Curs 9. Sisteme de Comunicatii Radio Celulare. Sistemul Celular GSM (III)

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Curs 9. Sisteme de Comunicatii Radio Celulare. Sistemul Celular GSM (III)

Citation preview

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)1/5/2014 1/34

    Radiocomunicatii Celulare

    Curs #9Sisteme de comunicatii radio celulare.

    Sistemul celular GSM (III)

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)1/5/2014 2/34

    Cuprins Subsistemul radio GSM Categorii de handover GSM Gestionarea localizarii in GSM Avansul temporal Canale fizice si canale logice GSM Observatii

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Spectrul de frecvente GSM (GSM 900) doua sub-benzi 25 MHz

    traseu ascendent (UL, Up-Link): 890 MHz 915 MHz traseu descendent (DL, Down-Link): 935 MHz 960 MHz

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 3/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Spectrul de frecvente GSM latimea de banda a unui canal 200 kHz 124 canale RF (canalele de la partea inferioara/superioara a benzii de

    frecventa in mod normal nu sunt folosite) 45 MHz intre canalele pereche (ecartul dintre benzi)

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 4/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Spectrul de frecvente GSM numerotarea canalelor GSM ARFCN, Absolute Radio Frequency Channel Numbers

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 5/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Observatii #1 GSM 400: varinatele GSM 450 sau GSM 480 DCS1800, Digital Cellular Telecommunication System 1800

    varinatele GSM n banda 1800 MHz spectrul de frecvente GSM1800/DCS1800

    1/5/2014 6/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Cadrul TDMA informatia transmisa grupata in blocuri de 456 biti (4 x 2 x 57) 114 (2 x 57 biti) date codate timp echivalent alocat per TS (Time Slot): 156.25 biti durata cadru TDMA: 4.615 ms durata TS: 576.875 us durata unui bit: 3.692 us

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 7/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Tehnica de access GSM FDD pentru accesarea unor canale radio de 200 kHz si TDMA la nivelul celor 8 soloturi temporale (ST) ale unui cadru

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 8/34

    Sursa: M. Kaufmann, Wireless Communications and Networking, 2007.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Debite GSM modulatie GMSK rata de bit per cadru TDMA: R = 270.833 kbps rata efectiva de bit per TS: R = 33.854 kbps (270.833 kbps / 8 utilizatori) rata de bit (util + overhead) per TS: R = 22.8 kbps rata de bit (util) per TS: R = 13 kbps

    DTx, Discontinous Transmission durata de viata a bateriei interferente pe traseu ascendent (UL) / descendent (DL) zgomot de confort / comfort noise - emularea zgomotului de fond gestionarea mobilitatii si controlul puterii

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 9/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Idle Mode MS nu este angajat in trafic

    conectat in reteaua GSM (nivel de semnal) monitorizarea informatiilor din sistem (sincronizare) detectarea si decodarea canalului de paging (apelare MS)

    Dedicated Mode MS angajat in apel de voce / transfer de date

    stabilire conexiune bi-directionala (MS retea) monitorizarea si raportarea semnalului din celulele vecine (transfer al

    legaturii)

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 10/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Gestionarea mobilitatii si controlul puterii GSM

    Masuratori BTS nivelului semnalului receptionat (Rx-Level) calitatea transmisiei radio (Rx-Qual / BER)

    Masuratori MS nivelului semnalului receptionat (Rx-Level) calitatea transmisiei radio (Rx-Qual / BER) nivel semnal celule vecine: lista vecinilor (neighbor list)

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 11/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Rx-Level nivele de valori 0 64 senzitivitatea receptorului: -110 dBmW Rx-Level: nivelul ale semnalului peste valoarea de -110 dBmW

    Rx-Quality (Rx-Qual) nivele de valori 0 - 7 (0 - nivelul de calitate cel mai ridicat) + contor de timp Rx-Qual 4: degradarea calitatii semnalului garnatarea RX-Qual 3 degradarea Rx-Qual: interferentele din sistem sau nivel scazut al

    semnalului

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 12/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Controlul calitatii semnalului radio masuratori BTS si MS raportate la BSC BSC comanda: ajustarea parametrilor radio, nivelele de putere, saltul de

    frecventa neighbor list

    creat de BSC si difuzat in retea in fiecare celula (BCCH) freceventele disponibile si celulele adiacente celulei curente MS identifica in lista nivelul semnalului din celulele vecine

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 13/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Controlul puterii semnalului radio garantarea calitatii parametrilor transmisiei combaterea efectului de proximitate-departare

    desensibilizarea BTS pe UL de catre MS efect: degradarea calitatii serviciilor si apeluri pierdute

    controlat de retea optional pe DL (BTS) comanda PCF (Power Control Function) in GSM

    Rx-Level in raport cu pragul minim / maxim stabilit Rx-Qual pentru evitarea interferentelor

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 14/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Transferul legaturii (handover) in GSM rapoarte ale masuratorilor din retea realizate de MS

    celula curenta si celulelel adiacente reteaua decide deservirea MS intr-o noua celula

    alocarea / eliberarea canalului de trafic utilizat declansarea procedurii de handover:

    nivelul semnalului UL sau DL (mentinerea calitatii legaturii) calitatea semnalului UL sau DL (mentinerea calitatii legaturii) distanta (limitarea razei celulei) viteza de deplasare a mobilelor traficul celular (distribuirea traficului intre celule) intretinerea retelei (eliberarea unei celule comandata de retea)

    Subsistemul radio GSM

    1/5/2014 15/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Handover intra-celular nivel scazut al Rx-Qual nu sunt raportate alte celule adiacente reteaua aloca un nou TS sau un nou canal radio in aceeasi celula

    Handover declansat de nivelul semnalului Rx-Level: nivelul semnalului din celule adiacente (neighbour list) cu 3-6

    dB mai puternice

    Handover declansat de calitatea semnalului Rx-Qual > 3 nu depinde de Rx-Level

    Categorii de handover GSM

    1/5/2014 16/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Handover declansat de distanta idicarea razei celulei pentru traficul din interior

    securitate, delimitatrea razei de deservire

    Handover declansat de viteza mobilului delimitarea traficului vehicular de cel pedestru / interiorul cladirilor celule umbrela alocate utilizatorilor vehiculari

    Handover declansat de traficul celular predefinirea unor praguri ale traficului celular celule de tip hot-spot (alocare temporara de resurse)

    asigura capacitate pentru trafic tranzitoriu / ocazional

    Categorii de handover GSM

    1/5/2014 17/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Handover intra-BSC

    Categorii de handover GSM

    1/5/2014 18/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Handover inter-BSC

    Categorii de handover GSM

    1/5/2014 19/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Handover inter-MSC

    Categorii de handover GSM

    1/5/2014 20/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Reteaua radio GSM divizata in arii de localizare LA, Location Area limitarea zonei de difuzare a apelului MS monitorizeaza / actualizeaza aria de localizare

    reteaua difuzeaza LAI VLR indica LAI actualizat pentu fiecare MS

    Gestionarea localizarii in GSM

    1/5/2014 21/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    traficul celular GSM este sincronizat n timp cu ceasul BTS MS1 in vecinatatea BTS si MS2 distant (20 km) intarzierea de popagare 132 us (2 x 66 us one-way delay) suprapunere a TS adiacente pe traseul UL (TS 4 si TS5)

    Avansul temporal

    1/5/2014 22/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Solutia #1 marirea intervalului de gard dintre ST scderea eficienei spectrale a transmisiei

    Solutia #2 (sistemul GSM) meninerea eficienei spectrale cu utilizarea conceptului de avans temporal

    TA (Timing Advance) msurtori continue la nivelul BTS a ntrzierii dintre timpul programat

    transmiterii propriei salve i timpul recepiei salvelor de la statia mobila reteaua comanda TA MS compenseaza ntrzierile de porpagare pe interfata radio

    Avansul temporal

    1/5/2014 23/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    TA: compemnsarea intazierilor in sistemul GSM pe traseu ascendent (UL) GSM Phase 1 compensare decalaj de pn la 233 us compensarea a 63 durate de bit: 63 x 3.69 us 233 us divizat n 64 de pai (TA0 - TA64) cu rezoluie de 550 m per pas TA distana / raza maxima a unei celule GSM de 35 km

    TA: indicator al dimensiunii celulei si al distantei dintre MS si BTS

    Observatii #2

    1/5/2014 24/34

    Sursa: A. Mishra, Advanced Cellular Network Planning and Optimisation, 2007

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    RX-Level: maparea nivelului semnalului masurat

    RX-Qual: maparea valorilor BER

    Observatii #2 (cont.)

    1/5/2014 25/34

    M. Tolstrup, Indoor Radio Planning: A Practical Guide for GSM DCS UMTS and HSPA, Wiley, 2008.

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Canale fizice asocierea dintre TS si ARFCN (DL si UL)

    Canale logice canalul fizic mapeaza diferite canale logice tipul informatiei transportate:

    Canale de trafic (TCH, Traffic CHannel) voce si date utilizator

    Canale de control (CCH, Control CHannel) informatie de semnalizare si control

    Semnalizarile GSM

    1/5/2014 26/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    TCHs, Traffic Channels voce si date codate ocupa ST 1 ST 7 functii si formate identice pe UL si DL TCH/F, canal de trafic cu rata intreaga

    un ST per cadru TDMA 13 kbps (codare voce), 22.8 kbps (codare canal)

    TCH/H, canal de trafic cu rata injumatatita un ST in cadre TDMA alternative

    Canale logice GSM

    1/5/2014 27/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    Canale de control (CCH, Control CHannel) Canale de difuzare (BCH, Broadcast CHannels)

    corectarea frecventei, sincronizarea cadrelor, structura canalelor de control

    Canale comune de control (CCCH, Common Control CHannels) difuzare apel si acces in retea

    Canale de control dedicate (DCCH, Dedicated Control CHannels) solicitare de servicii, autentificare abonat, validare echipament,

    criptare initiala, alocare canal de trafic

    Semnalizarile GSM

    1/5/2014 28/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    CCHs, Control Channels BCH, Broadcast Channels

    traseu descendent (DL) ocupa ST 0 dintr-un cadru TDMA asigura informatia de sincronizarea MS in interiorul unei celule monitorizat de MS din celule vecine in vederea deciziei MAHO FCCH, Frequency Correction Channel (sincronizare cu freceventa

    sistemului - oscilatorul local BTS) SCH, Synchronization Channel (identificarea statiei de baza - BSIC, Base

    Station Identity Code, sincronizarea cadrelor MS cu BTS, numarulcadrului)

    BCCH, Broadcast Control Channel (identitatea celulei si a retelei, canale alocate la nivelul celulei, secventele de salt in frecventa)

    Canale logice GSM

    1/5/2014 29/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    CCHs, Control Channels CCCH, Common Control Channels

    ocupa ST 0 dintr-un cadru TDMA PCH, Paging Channel (DL, difuzare apel din PSTN, transmite IMSI al

    abonatului vizat) RACH, Random Access Chanel (UL, cerere pentru alocarea unui canal:

    confirma cererea de apel PCH sau indica initierea unui apel MS; utilizaeaza tehnica de acces s-ALOHA)

    AGCH, Access Grant Channel (DL, BTS confirma alocarea SDCCH, indicaoperarea pe TS si ARFCN)

    Canale logice GSM

    1/5/2014 30/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    CCHs, Control Channels DCCH, Dedicated Control Channels

    canale bidirectionale cu operare si format identic UL si DL SDCCH, Stand-alone Dedicated Control Channel (semnalizari

    anterioare alocarii TCH de catre BS, semnalizari ce insotesc stabilireaconexiunii MS cu BS, autentificare abonat, validare echipament)

    ACCH, Associated Control Channel (asociat unui canal TCH si SDCCH) SACCH, Slow Associated Control Channel (asociat TCH, monitorizarea

    legaturii, pe DL: comanda avans temporal si nivelul puterii de transmisie; pe UL: nivelul semnalului receptionat, calitatea transmisieipe TCH, masuratori BCH pe celule vecine)

    FACCH, Fast Associated Control Channel (similar SACCH dar alocat unormasuratori urgente; asociat TCH in procedura de handover)

    Canale logice GSM

    1/5/2014 31/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    TCH/F, canal de trafic cu rata intreaga la 22.8 kbps N=124 (GSM900) => 992 utilizatori TCH/F

    TCH/H, canal de trafic cu rata injumatatita la 11.4 kbps 1984 utilizatori TCH/H

    CCHs, nu sunt active n mod permanent ci sunt combinateutiliznd acealai ST ( ST 0) cu alte canale de control

    DCCH (SDCCH, SACCH i FACCH) sunt mapate pe ST dedicate SDCCH sunt grupate cte 4 (SDDCH/4) sau cte 8 (SDDCH/8),

    mpreun cu un set de canale CCCH i sunt mapate ntr-un ST

    Observatii #3

    1/5/2014 32/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    BCCH este asociat slotului temporal ST 0, primul canal radio din celul / cadru TDMA

    la detectarea unui apel de ctre o staie mobil (IMSI) pe PCH, MS rspunde pe un canal RACH

    RACH este utilizat de MS cand rspunde la un apel, cnd stabileteun apel i atunci cnd i actualizeaz locaia

    MS solicita acces (RACH) sau raspunde la un apel (PCH) pe ST 0 al unui cadru TDMA

    Observatii #3 (cont.)

    1/5/2014 33/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)

    FACCH este asociat semnalizrilor rapide de gestionare a transferului unui apel specific

    FACCH este transmis utiliznd slotul temporal dedicat TCH prin aa numitul procedeu de "furt al biilor

    BS confirma accesul (AGCH) si aloca un canal SDCCH pentru semnalizarile din timpul unui apel

    AGCH: ultimul mesaj CCCH transmis de BS

    Observatii #3 (cont.)

    1/5/2014 34/34

  • Curs #9 Sisteme de comunicatii radio celulare. Sistemul celular GSM (III)1/5/2014

    Emanuel [email protected]

    35/34

    Radiocomunicatii CelulareCuprinsSlide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35