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Fundamentos de Redes Moviles
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HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
06.September 2013
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.
www.huawei.com
HUAWEI Confidential
Security Level:
Fundamentos de Redes Móviles GSM y UMTS
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Objetivos
Al completar el curso, usted conocerá:
• Las ideas básicas del sistema GSM tales como espectro de
frecuencia, etc.
• La estructura del sistema GSM y el protocolo utilizado
• Ciertos números que se refieren al BSS (subsistema de estaciones
base)
• 4 clases de combinaciones de canales
• Algunas técnicas de radio transmisión
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Referencias
BSS Feature Description
BSS Signaling Analysis Manual
BSC Technical Manual
Página 4
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Contenido
1. Principios de Redes Móviles
2. Equipos de redes móviles
3. Canales GSM y WCDMA
4. Procedimientos generales de señalización GSM
5. Flujo de llamadas GSM y UMTS
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Evolución de la telefonía celular
AMPSN-
AMPS
TACS
NMT
Others
1G 1980sAnálogo
GSMGSM
CDMA CDMA IS-95IS-95
TDMATDMAIS-136IS-136
PDCPDC
2G 1990sDigital
Motivado a la tecnología
3G IMT-2000
UMTSUMTSWCDMAWCDMA
cdmacdma20002000
Motivado a la demanda
La 3G significa servicios compuestos tanto para el operador como el suscriptor
TD-SCDMATD-SCDMA
Página 6
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Evolución de la tecnología GSM
Entra en vigencia el Protocolo Estándar para GSM
Al sistema se le llamó Sistema Global para Comunicaciones Móviles
El sistema GSM empieza a brindar servicios en Europa (2G)
Provee servicios en todo el mundo
El sistema GSM utiliza la Técnica de Micro Celdas
1989
1991
1992
1994
1996
Página 7
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Aspectos Generales del sistema GSM - Canales
0ch
Time slot
Slot 0
ch ch ch ch ch ch ch
Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot 5 Slot 6Slot 4 Slot 7
0ch ch ch ch ch ch ch ch
0ch ch ch ch ch ch ch ch
Frecuencia 1
Frecuencia 2
Frecuencia 3
Dominio
de la
Frecuencia
Dominio del Tiempo
El sistema GSM es un sistema celular de acceso por división en tiempo y por división de frecuencia (FDD-TDMA). Cada uno de los canales físicos se caracteriza por tener una frecuencia portadora y un número de time slot.
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Los sistema celulares están diseñados para poder operar con grupos de radios de
baja potencia desplegados en toda el Área de Servicio. Cada grupo de radios
sirve a las Estaciones Móviles que se encuentran ubicadas cerca de éstos. El
área que abarca cada grupo de radios se le conoce como CELDA.
Celda 1 Celda 0
Celda 2
Sitio
Aspectos Generales del sistema GSM - Celdas
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Técnicas de celdas
Una determinada área de cobertura de radio formada por un set de
transceptores que conectados a un set de antenas se le denomina
CELDA.
Macro Celdas
Al principio se adoptaron Estaciones Base (BTS) de Alta Potencia
para proveer los servicios. Las Estaciones Base cubren una área
extensa pero la frecuencia que utiliza no es eficiente. Por ello,
solamente se pueden proveer pocos canales a los abonados.
Micro Celdas
Posteriormente, se adoptaron las Estaciones Base de Baja Potencia
para poder cubrir una área de servicio mejor de alta capacidad. Al
mismo tiempo, se adopta la técnica de reúso de frecuencias para
mejorar la eficiencia en el uso de frecuencias y también toda la
capacidad de la red.
Micro y Macro Celdas
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Técnica de Acceso Múltiple
La Técnica de Acceso Múltiple permite a
varios abonados utilizar el mismo medio de
comunicación
Existen tres clases de Técnicas de Acceso
Múltiple: FDMA , TDMA y CDMA
El sistema GSM adopta FDD-TDMA
(FDMA y TDMA en conjunto)
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FDMA
FDMA utiliza diferentes canales
de frecuencia para establecer
una comunicación.
Todo el esquema de frecuencia
disponible se divide en varios
canales separados (de
transmisión y recepción). Cada
canal puede soportar el tráfico
para un abonado o información
de control.
Frecuencia
Tiempo
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TDMA TDMA establece la
comunicación en diferentes
timeslots.
La portadora se divide en
canales que se basan en el
tiempo. En una determinada
secuencia, diferentes señales
ocupan diferentes timeslots, es
decir, se transmiten varias
señales en la misma frecuencia
en diferentes tiempos.
Tiempo
Frecuencia
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CDMA
CDMA establece la
comunicación en diferentes
secuencias de códigos.
Antes de la transmisión se
realiza una codificación
especial, de modo que no se
perderá nada de la
información una vez que ésta
se combina, y se transmite
toda junta en la misma
frecuencia y al mismo tiempo.
Tiempo
Frecuencia
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A las señales Uplink y Downlink para un usuario se le asignan diferentes
frecuencias, esta técnica se la conoce como Duplexación por División de
Frecuencia (Frequency Division Duplex - FDD).
BTS
Downlink - ARFCN 128 ( 869.2 MHz)
Uplink – ARFCN 128 ( 824.2 MHz)
Aspectos Generales del sistema GSM - FDD
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Espectro de frecuencias 2G
Sistema Banda Uplink (MHz) Downlink (MHz) Rango de canales
GSM-450 450 450,6–457,6 460,6–467,6 259–293
GSM-850 850 824,2–849,2 869,2–894,2 128–251
P-GSM-900 900 890,0–915,0 935,0–960,0 1–124
E-GSM-900 900 880,0–915,0 925,0–960,0 975–1023, 0-124
R-GSM-900 900 876,0–915,0 921,0–960,0 955–1023, 0-124
T-GSM-900 900 870,4–876,0 915,4–921,0 dinámico
DCS-1800 1800 1.710,2–1.784,8 1.805,2–1.879,8 512–885
PCS-1900 1900 1.850,2–1.909,8 1.930,2–1.989,8 512–810
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Espectro de frecuencias 3G
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GSM 900
Separación Dúplex: 45MHz
Ancho de banda del canal: 200KHz
Espectro de frecuencia GSM
Uplink
890 915 935 960MHz
Downlink
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GSM 850
Separación Dúplex: 45MHz
Ancho de banda del canal: 200KHz
Espectro de frecuencia GSM
Uplink
824 849 869 894MHz
Downlink
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Separación Dúplex: 80MHzAncho de Banda del Canal: 200KHz
Uplink
1850 1910 1930 1990MHz
Downlink
DCS 1900
Espectro de frecuencia GSM
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Tipos de Celda
Omni
1
120degree
1
23
Omni-directional CellOmni-directional Cell
120 Degree Cell120 Degree Cell
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Reutilización de frecuencias
7 sites X 1 cell reuse
2
1
2
3
4
5
6
7
4 sites X 3 cells reuse
1
8
9
210
46
5 37
11
12
R
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Componentes de red GSM-GPRS R99
GSM /GPRS BSS
BTS
BSC
BTS
BSC
PCU
MS(ME + SIM)
MS
OSSOMC
SMS system
SGSN
CG BG
GGSN
GPRS Backbone
MSC/VLR GMSC
HLR/AUC
SS7
PSTNISDN
CS
Internet,Intranet
Other PLMN
PS
Página 23
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Interfaces de una red GSM R99
BSC
BSC
PCU SS7
SMS system
Internet,Intranet
MSC/VLR GMSC
HLR/AUC/EIR
SGSN
CG BG
GGSN
GPRS backbone
Outra PLMN
A
Gb
Gi
Gp
C/D/Gs
Gr/Gs/Gd/Ge Gc
Ga
Abis
OSSOMC
Pb
Um
BTS3012
BTS3012
BTS3012
MS
MS
MS
PSTN ISDN
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Arquitectura de red R4
GSM /GPRS BSS
BTS
BSC
NodeB
RNC
PCU
UTRAN
SCP
SMS
SCE
HLR/AUC
SGSN
CG BG
GGSN
GPRS backbone
SS7
MGW MGW
IP/ATM Backbone
VMSC Server GMSC Server
PSTNISDN
Other PLMN
Internet,Intranet
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Estructura de una red UMTS
RNS
RNC
RNS
RNC
Core Network
NodoB NodoB NodoB NodoB
Iu-CS Iu-PS
Iur
Iub IubIub Iub
CN
UTRAN
UEUu
CS PS
Iu-CSIu-PS
CSPS
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Arquitectura de red R5
GSM / GPRS BSS
BTS
BSC
NodoB
RNC
PCU
UTRAN
SCPSMS
SCE
HLR / AUC / HSS
SGSN
CG BG
GGSN
GPRScolumna vertebral
MGW MGW
VMSC servidorGMSC servidor
IP / ATM BackboneDominio CS
Dominio PS
Iu-CS
Iu-PS
Backbone IP
MRFP
Dominio IMS
MGW
P-CSCFS-CSCF
MGCF
MRFC
SS7
PSTN / PLMN
Internet,Intranet
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Área de servicio (SA)
PLMN service area
......
Área de Servicio
Área de servicio del MSC
Área de ubicación
Celda
Área de servicio de PLMN
Área de Servicio del MSC
Área de ubicación (LA)
Celda (CID)
Área de servicio de PLMN
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El LAI es el código internacional del área de ubicación.
MCC: Código de País Móvil (Mobile Country Code). Está compuesto por tres dígitos. Ej.: El MCC de Venezuela es “734"MNC: Código de Red Móvil (Mobile Network Code). Está compuesto por 2 dígitos. Ej.: El MNC de Digitel es “02”, Movistar “04”, y Movilnet “06” LAC: Código de Área de Ubicación (Location Area Code). Es un código hexadecimal de dos bytes. Los valores 0000 y FFFF no son válidos. Por ejemplo: 734-02-0011
Identificación de Área de Ubicación
MCC MNC LAC
LAI – Location Area Identification
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
La CGI es una identificación internacional única de celdas
El formato que se utiliza es LAI+CI
LAI: Identificación de Área de Ubicación
CI: Identificación de Celda. Este código utiliza un código
hexadecimal de dos bytes para identificar las celdas dentro
de la LAI.
Por ejemplo: 734-02-0011-0001
CGI: Identificación Global de Celda
CGI – Cell Global Identification
CELDA 1 / CI: 0001 CELDA 0/ CI: 0000
CELDA 2 / CI: 0002
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NCC (PLMN network color code) Network Color Code: Código de color de la red PLMN. Está compuesto por 3 bits. Permite distinguir varias PLMN cercanas.
BCC (BTS Color Code): Código de Color de BTS. Está compuesto por 3 bits. Se utiliza este código para distinguir diferentes celdas asignadas con la misma frecuencia.
BSIC - Base Station Identification Color Code
NCC (3bits) BCC (3bits)
BSIC
NCC=101BCC=100
BCC=101
BCC=001NCC=100BCC=001
BCC=010
BCC=101
PLMN 0 PLMN 1
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CC: Código de País. Por ejemplo: El Código de país de Venezuela es “58"
NDC: Código Nacional de Destino. Por ejemplo: El Código Nacional de Destino de Digitel es 412, de Movistar 414/424, y de Movilnet 416/426
SN: Número de Abonado. Formato: H0 H1 H2 H3 ABCDEjemplo: 58-412-2305327
CC NDC SN
Número Móvil Nacional
Número Móvil ISDN Internacional
MSISDN - MS International PSTN/ISDN Number
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MCC: Código de País Móvil. Está compuesto por 3 dígitos. Por ejemplo: El MCC de China es "460“MNC: Código de Red Móvil. Está compuesto por 2 dígitos. Por ejemplo: El MNC de China Telecom es "00“MSIN: Número de Identificación de Abonado Móvil. H1H2H3 ABCDEF Por ejemplo: 666-9777001NMSI: Identificación de Abonado Móvil Nacional. Está formada por el MNC y el MSIN Ejemplo de IMSI: 460-00-666-9777001
Máximo 15 dígitos
3 dígitos 2 dígitos
IMSI
MCC MNC MSIN
NMSI
IMSI – International Mobile Subscriber Indentity
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Se asigna el TMSI una vez efectuada la autenticación del
abonado con éxito. El VLR controla la asignación de nuevos números de TMSI y le
informa al HLR. Se utiliza la Identificación Temporal de Abonado Móvil para
asegurar que la identidad del abonado no sea divulgada en la
interfaz de aire. La TMSI está compuesta por 4 bytes (8 números
hexadecimales) y es determinada por el operador.
TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identification
TMSI: Identificación Temporal de Abonado Móvil
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IMEI - International Mobile Station Equipment Identification
TAC FAC SNR SP
IMEI
IMEI: Identiifcación Internacional del Terminal MS
TAC: Type Approval Code, 6 bit. Determinado por el Type Approval CenterFAC: Final Assembly Code. 2 bit. Determinado por el fabricanteSNR: Serial Number. 6 bits. Asignado por el fabricante del MSSP: 1 bit. No utilizado.
Ver el IMEI de su MS: *#06#
TAC: Type Approval Code, 6 bit. Determinado por el Type Approval CenterFAC: Final Assembly Code. 2 bit. Determinado por el fabricanteSNR: Serial Number. 6 bits. Asignado por el fabricante del MSSP: 1 bit. No utilizado.
Ver el IMEI de su MS: *#06#
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Control de potencia
8W
La potencia de Uplink y de Downlink pueden ser controladas independientemente
BCCH -------
No obedece Power control
0.8W
5W
2W
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Propósitos del Control de Potencia
Efectos de control de potencia del enlace de subida• Superar el efecto Near Far, disminuir la interferencia intra-
frecuencia, aumentar la capacidad de enlace de subida
• Ahorrar potencia de transmisión en el UE
Propósitos de enlace de bajada de control de potencia• Salvaguardar el recurso de energía celular, aumentar la capacidad
del enlace de bajada
• Disminuir la interferencia entre celdas
Principio de control de potencia• Establecer la mínima necesaria, no la máxima posible
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Propósitos de Handover
¿Por qué se necesita un sistema de traspaso de
móvil?
• Movilidad del usuario
• Balanceo de la carga
• Estructura jerárquica de las celdas
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Hard Handover (WCDMA y GSM)
Antes del Handover Después de Handover
El radio enlace no existe simultáneamente
SRNC / BSC
NodoB/ BTSNodoB/ BTS
SRNC / BSC
NodoB/ BTSNodoB/ BTS
CNCN
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Conceptos sobre la transferencia blanda (soft handover, WCDMA)
Soft Handover (transferencia blanda): las señales de
los NodeB diferentes se fusionan en la RNC
Softer handover (traspaso mas blando): las señales de
diferentes celdas, pero desde el mismo NodeB se
fusionan en el NodeB
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HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Flujo de la transferencia blanda (soft Handover) (Intra-RNC)
Antes de la entrega Después de Handover
SRNC
NodoBNodoB
SRNC
NodoBNodoB
SRNC
NodoBNodoB
Durante el Handover
CNCN CN
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Flujo Soft Handover
RNC (SRNC)
AirBridge
AirBridge
AirBridge
Core Network
Nodo B
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Flujo Soft Handover
RNC (SRNC)
AirBridge
AirBridge
AirBridge
Fusionada en el Nodo B
Core Network
Nodo B
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Flujo Soft Handover
Fusionada en la RNC
RNC (SRNC)
AirBridge
AirBridge
AirBridge
Core Network
Nodo B
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Flujo Soft Handover (SRNC-DRNC)
Fusionada en SRNC
Nodo B
AirBridge
AirBridge
AirBridge
Serving RNC
Drift RNC
Core Network
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Flujo Soft Handover (Reubicación SRNC)
Nodo B
AirBridge
AirBridge
AirBridge
Serving RNC
RNC
Core Network
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Contenido
1. Principios de Redes Móviles
2. Equipos de redes móviles
3. Canales GSM y WCDMA
4. Procedimientos generales de señalización GSM
5. Flujo de llamadas GSM y UMTS
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Estación móvil (MS)
Identificación Internacional del Terminal Móvil (IMEI)
– Terminal Móvil
Identificación Internacional del Abonado Móvil (IMSI)
– Módulo de Identificación de Abonado
MS = ME + SIM CARD
Página 48
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Módulo de Identificación de Abonado (SIM)
Información permanente Identificación Internacional del Abonado Móvil
(IMSI)
• Clave de Autenticación de Abonado (Ki)
• Información temporal• Identificación Temporal de Abonado Móvil (TMSI)
• Identificación del Área de Ubicación (LAI)
SIM
Página 49
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Base Tranceiver Station (BTS)
Transmisión Radio
Intercambio de
señalización entre los
móviles y la
infraestructura (LAPD
m)
Intercambio de
señalización entre la
BTS y la BSC (LAPD)
BTS 3012AE Huawei
Página 50
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Base Station Controller (BSC)
• Es el órgano inteligente del
BSS
• Tiene por función principal
gestionar los recursos
radio
• Es un conmutador que
realiza la interconexión
hacia el MSC
BSC6000 Huawei
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Packet Control Unit (PCU)
• Segmenta y reensambla
las PDU
• Gestiona la jerarquía de
transmisión y la
arquitectura de los
canales de datosPCU6000 Huawei
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Radio Network Controller (RNC)
BBU3900 Huawei
BSC6900 Huawei
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Mobile-service Switching Center – MSC Home Location Register – HLR Visitor Location Register – VLR Equipment Identity Register – EIR Authentication Center – AUC Echo Canceller – EC
AUCAUCHLRHLR
MSC/VLRMSC/VLR
PSTN
NSS
EIREIROMC
BSS
ECEC
Subsistema de Conmutación de Red (NSS)
Página 54
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Mobile-service Switching Center – MSC
Procesamiento de llamadas
Soporte O&M
Gestión de las interfaces
Inter-network & Inter-working
Tasación / Facturación
Página 55
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Home Location Register – HLR
Base de datos de SubscriberID (IMSI y MSISDN)
Identificación del VLR actual (current location)
Información de servicios suplementarios
Status del suscriptor
Authentication key y funcionalidad AuC
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Visitor Location Register – VLR
Status del MS (IMSI attached/detached/busy/idle, etc.)
Location Area Identity (LAI)
Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI)
Asignación del Roaming Number
Página 57
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Se chequea el IMEI en el White List
Se chequea el IMEI en las Black/Grey List
Si no,
El EIR se refiere al equipo, no al usuarioEquipment Identity Register – EIR
Lista blanca
Lista negra
Lista gris
Página 58
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Centro de Operación y Mantenimiento (OMC)
OMC
Gestión de Eventos / Alarmas
Gestión deSeguridad
Gestión de Configuraciones
Gestión de Performance
Gestión de Fallas
Página 59
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Contenido
1. Principios de Redes Móviles
2. Equipos de redes móviles
3. Canales GSM y WCDMA
4. Procedimientos generales de señalización GSM
5. Flujo de llamadas GSM y UMTS
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Canal Físico y Canal lógico
Página 61
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Burst
• Ráfaga de acceso (Access Burst)(AB): Se utiliza en acceso inicial MS
• Ráfaga de corrección de frecuencia (Frequency correction burst )(FB): Se utiliza en la sincronización de frecuencia de entre la MS y la BTS
• Ráfaga síncrona (Synchronous burst ) (SB): Se utiliza en la sincronización de tiempo entre MS y la BTS
3bit 39 encrypted bits
39 encrypted bits
3bit 8.25bit
Tail bit Tail bit Guard intervalDataData
64 synchronous bits
Guard interval
3bit 142bit 3bit 8.25bit
Tail bit Tail bitData
8bit 41 synchronous bits
36 encrypted bits
3bit 68.25bit
Tail bit Tail bit Guard intervalData
Página 62
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Burst
Ráfaga normal (Normal Burst)(NB)
Se utiliza para transportar la información del canal de tráfico y el canal de
control, excepto para RACH
Ráfaga Simulada (Dummy burst) (DB)
Utilizado en la transmisión de tramas de relleno por BTS en intervalos de
tiempo cuando no hay información a entregar
3bit 142 modulation bits 3bit 8.25bit
Tail bit Tail bit Guard interval
3bit 57 encrypted bits 57 encrypted bits 3bit 8.25bit
Tail bit Tail bit Guard intervalDataData
26bit1 1
Training sequence
Frame stealing flag
Página 63
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
FCCH
SCH
BCCH
PCH
AGCH
BCCH
CCCH
CanalComún
SDCCH
SACCH
FACCH
TCH / F
TCH / H
DCCH
TCH
CanalDedicado
Canal logico de enlace de bajada
Página 64
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
RACH CCCH
CanalComún
SDCCH
SACCH
FACCH
TCH / F
TCH / H
DCCH
TCH
CanalDedicado
Canal lógico de enlace de subida
Página 65
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
El uso de canales lógicos
FCCHEncendido
Asignar canal de señalización
Buscar ráfaga de corrección de frecuencia
Buscar ráfaga sincrónica
Escuche la información del sistema
Controlar mensaje de búsqueda
Enviar ráfaga de acceso
Establecer la convocatoria
Asignar canal de voz
Conversación
Liberacion de la llamada
Modo de espera
SCH
BCCH
PCH
RACH
AGCH
SDCCH
SDCCH
TCH
FACCH
Modo dedicado
Modo de espera
Página 66
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Relación entre canales (WCDMA, GSM)
Logical channels Transport channels Physical channels
BCCH BCH P-CCPCH
FACH S-CCPCH
PCCH PCH S-CCPCH
CCCH RACH
PRACH
FACH S-CCPCH
CTCH FACH S-CCPCH
DCCH, DTCH DCH DPDCH
HS-DSCH HS-PDSCH
RACH, FACH PRACH, S-CCPCH
Página 67
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
Contenido
1. Principios de Redes Móviles
2. Equipos de redes móviles
3. Canales GSM y WCDMA
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Resumen
En este curso hemos aprendido:• Visión de conjunto de los principios de la red móvil
• Elementos, equipos e interfaces GSM y WCDMA
• Canales GSM y WCDMA
• Procedimientos generales de señalización GSM
• Flujo de llamadas GSM
www.huawei.com
¡Gracias!