Javni ć - muricmilorad.files.wordpress.com · Napredne komunikacione tehnologije MOBILNE RADIO-KOMUNIKACIJE Javni ć elijski mobilni sistemi Predava č: mr Milan Narandži ć, dipl

Napredne komunikacione tehnologije

MOBILNE RADIO-KOMUNIKACIJE

JavniJavni ćelijski ćelijski mobilni sistemimobilni sistemi

Predavač:mr Milan Narandžić, dipl. ing.

Mobilne radio-komunikacije

35. GSM

Ćelijska organizacija Ćelijska organizacija sistemasistema mobilnmobilnee telefonijtelefonijee

� Nadgradnja nedovoljnih kapaciteta fiksne tf mrežeza teško dostupne i nenaseljene krajeve.

� Primena u velikim gradovima zbog velike potražnje za tf priključcima.

� Mobilna telefonija svuda u svetu ima dodeljen ograničen frekvencijski opseg (najčešće 800-900 MHz). Broj raspoloživih kanala ograničava kapacitet sistema.


45. GSM

Ćelijska organizacija sistemaĆelijska organizacija sistemamobilnmobilnee telefonijtelefonijee (nastavak)(nastavak)

� Porast interesovanja nametnuo je novi način upotrebe dodeljenog frekv. opsega.

� Ćelijski sistem omogućuje višestruku upotrebu jednog kanala ili frekvencijskog opsega u okviru sistema.

� Vrši se podela geografskog područja na manje oblasti -ćelije, sa svojom primopredajnom opremom� nesusedne ćelije mogu da koriste iste kanale.


55. GSM

ĆelijĆelijskaska strukturastruktura

· ·

· · ·

· ·

BS A BS B BS C

BS D BS E BS F BS G

BS - Bazna Stanica

·

·

· BS H BS I BS J

� Klaster - broj ćelija u grupi bez ponavljanjafrekvencija,

� Veličina i broj ćelija u klasteru određujuspektralnu efikasnost ćelijskog sistema.


65. GSM

Struktura ćelijskog sistemaStruktura ćelijskog sistema

PREKIDAČII

PROCESOR

Nacionalna telefonska mreža

Fizički tfvodovi

Telefonska centralamobilnog sistema

Kanali zaprenos govora

Kanal zaprenos podataka

�

�

Mobilnestanice

Ćelija 1 Ćelija 2

Baznastanica

Osnovu ćelijskog sistema čine:� Mobilna stanica (MS),� Ćelijska ili bazna stanica

(BS),� Centrala mobilnog

sistema, MSC (Mobile telephone Switching Center), kao i

� Veze između prethodna tri podsistema.


75. GSM

PreuzimanjePreuzimanje pozivapoziva

• Sistem sve vreme nadgleda vezu i po potrebi preusmerava vezu na drugu baznu stanicu na novoj frekvenciji.

• Prosleđivanje (handover , handoff) je proces automatske promene frekvencije, odnosno kanala

• Mobilna stanica ostvaruje vezu sa onom baznom stanicom od koje prima najjači test signal.


85. GSM

Osnovni elementi projektovanja Osnovni elementi projektovanja ćelijskog sistemaćelijskog sistema

� Projektovanje se može razbiti na više delova od kojih su bitni:� višestruka upotreba frek. kanala (prostorno

planiranje – formiranje ćelija), � smanjenje međukanalnih (istokanalnih) smetnji i

dostizanje željenog odnosa korisnog signala i smetnji,

� implementacija prosleđivanja (“handover”-a).


95. GSM

Projektovanje ćelijaProjektovanje ćelija

� Veličina ćelije određuje se prema obimu lokalnogsaobraćaja i zahtevima za određenim uslugama.� makro ćelije 1-10 km� mikro 100-1000 m� piko ~ 10 m

� Makro ćelije se koriste za ruralna područja i namestima gde je čest i brz prelaz između ćelija -autoputevi.

� Mikroćelije se koriste u oblastima sa velikomgustinom saobraćaja.


105. GSM

Projektovanje Projektovanje ććelijaelija(nastavak)(nastavak)

� Najefektniji način povećanja kapaciteta ćelijskog sistema jeste smanjenje prečnika ćelije (~1/r2).

� Manje ćelije zahtevaju više opreme, jer svaka BSzahteva primopredajnik i komutacionu opremu.

� Snaga, kao i dimenzije uređaja, na prijemu i predaji zavise od veličine ćelije,

� Kod malih makro ćelija snaga može biti 10-100 mW, a kodmikro i piko čak i manje od 1 mW.

Napredne komunikacione tehnologije

MOBILNE RADIO-KOMUNIKACIJE

Druga generacija javnih Druga generacija javnih ćelijskih mobilnih mrežaćelijskih mobilnih mreža


155. GSM

Druga generacija javnih Druga generacija javnih ćelijskih mobilnih mreža 2Gćelijskih mobilnih mreža 2G

� Javna zemaljska mobilna mreža, PLMN (Public LandMobile Network) treba da omogući integraciju digitalnih mobilnih servisa sa fiksnim digitalnim mrežama integrisanih službi, ISDN (IntegratedServices Digital Network).♦ “Udarac” novim satelitskim mobilnim sistemima (Iridium,

ICO),

� Evolucija javne ćelijske mobilne komunikacione mreže ide u pravcu digitalnih radio-sistema i mreža malih ćelija, za prenos govora i podataka.


175. GSM

Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih Poređenje digitalnih ćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2Gćelijskih sistema 2G

Sistem Osobine

Pan-evropskiGSM

Američki (IS-54)DAMPS 800 *

Japanski JDC

Godina početka rada 1992. 1992. 1991. Opseg rada Tx [MHz]

MS BS

890 - 915 935 - 960

824 - 849 869 - 894

810 - 826 ** 940 - 956 **

Multiple Access TDMA / FDMA TDMA / FDMA TDMA / FDMAMetod dupleksiranja FDD FDD -

Razmak između Rx i Tx kanala [MHz] 45 45 45 Širina jednog kanala [kHz] 200 30 25

Širina jednog dupleksnog kanala [kHz] 2 x 200 2 x 30 2 x 25 Broj dupleksnih kanala po RF kanalu 8 3 3

Ukupan broj dupleksnih kanala 125 x 8 832 x 3 - Modulacija GMSK π/4 QDPSK π/4 QDPSK

Snaga MS Tx, max [W] srednja [mW]

1 125

0.6 200

- -

Dodela kanala dinamička fiksna fiksna Kodovanje govora i brzina [kbit/s]

RELP-LPT 13

VSELP 8

VSELP 8

Brzina prenosa u TC [kbit/s] 270.833 48.6 42 Trajanje frame-a [ms] 4.615 40 20


205. GSM

PANPAN--EVROPSKI GSMEVROPSKI GSM

� Skraćenica GSM u originalu predstavlja nazivkomiteta zaduženog za donošenje novogstandarda - Groupe Spécial Mobile.

� GSM je osnovan 1982.g. od strane CEPT-a(Conferérence Européene des Administrations des Postes et Télécommunications).


225. GSM

Istorijat razvoja GSM sistemaIstorijat razvoja GSM sistema

� 1991. Skraćenica GSM dobija novo značenje i postaje naziv sistema - Global System for Mobile communications

� 1992. Službeno puštanje u rad GSM servisa u Evropi.� Kraj 1993. donosi milion pretplatnika GSM mreži.

Javljaju se prvi komercijalni servisi van Evrope:Australija, Hong Kong, Novi Zeland.

� Danas u svetu postoje nove varijante GSM sistema: evropski DCS-1800 i američki PCS-1900.


235. GSM

GSM u svetuGSM u svetuGSM u svetuGSM u svetuGSM u svetuGSM u svetuGSM u svetuGSM u svetu

• Preko 67% tržišta bežične telefonije pripada GSM-u.

• Preko 300 operatora u 142 države svetaopredelilo se za GSM sistem (kraj 1999.g.), pri čemu najviše korisnika ima u Evropi i Aziji.

• U junu 2002. u svetu je bilo 703.199.310 korisnika GSM mreže (369.035.330 u Evropi), sa godišnjim porastom od 29,9%.

• GMS nije uspeo da se proširi u SAD i Kanadi, gdedominira CDMA standard.


265. GSM

Prednosti GSMPrednosti GSM--aa nad nad analognim sistemimaanalognim sistemima

� Internacionalni roaming (jedinstven digitalni standard),� Smanjenje cene terminala (VLSI tehnologija, male

snage),� Nove usluge (prenos podataka, faksimila, kratke poruke

SMS (Short Message Service), zabrana pristupa, postojanje prioritetnih pretplatnika),

� Ostvareni standardizovani interfejs (kompatibilnostsa ISDN, PDN, PSTN),

� Veći kapacitet sistema (klaster sa manjim brojem i manjim prečnikom ćelija),

� Povećan nivo sigurnosti i privatnosti.


275. GSM

Karakteristike digitalnog GSM Karakteristike digitalnog GSM radioradio--sistemasistema

� Podnosi niži odnos signal/interferencija od analognog sistemausled primene

♦ frekvencijskog skakanja♦ interleavinga.♦ kanalskog kodovanja:

♦ kodovi za detekciju greške CRC - Ciklični redudantni kod (Cyclic Redundant Coding),

♦ kodovi za korekciju greške (konvolucioni kodovi brzine 1/2, 1/3, 1/6 sa MLSE dekoderom).

• GSM je projektovan za brzine kretanja MS manje od 250 km/h i maksimalno kašnjenje usled višestruke propagacijejednog kanala manje od 16 µs, na osnovu čega maksimalnadimenzija ćelije iznosi 35 km.


285. GSM

Arhitektura GSM mrežeArhitektura GSM mrežepremaprema ETSIETSI--juju


305. GSM

Baze podataka u GSM mrežiBaze podataka u GSM mreži

• HLR (Home Location Register)- baza podataka koja sadrži podatke o korisnicima koji su registrovani u pridruženom području.

♦ Sadrži: IMSI (International Mobile Subscriber Identity), MSISDN (Mobile Station ISDN Number), kategoriju korisnika, dodatne uslugena koje je korisnik pretplaćen, privremene podatke o trenutnojlokaciji itd.

♦ Mreža može imati jedan ili više HLR, ali svaki korisnik ima podatke u samo jednom registru.

• VLR (Visitor Location Register) - baza podataka koja sadrži promenjive podatke o svim MS, koje se trenutno nalaze u MSC servisnom području.

♦ Svakom korisniku se dodeljuje privremeni identifikacioni broj, TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identification)

♦ Svaka MSC ima jedinstven VLR, vrši se stalno ažuriranje podataka sa odgovarajućim HLR.


315. GSM

Baze podataka u GSM mrežiBaze podataka u GSM mreži(nastavak)(nastavak)

• EIR (Equipment Identity Register) skladišti podatke kojim se identifikuju MS – IMEI (International Mobile Equipment Identity).

• AUC (Authentication Center) je povezan sa HLR-om i služi za autentifikaciju (proveru identiteta).

• AUC upoređuje podatke o identitetu pretplatnika dobijene od MS i HLR i na osnovu toga se odlučuje da li će veza biti uspostavljena.

• Generiše SRES (Signed RESponse) (po algoritmu A3, na osnovu IMSI i Ki) i RAND (slučajan broj) koji se čuvaju u HLR zajedno sa ključem za šifrovanje podataka i sinhronizacije, Kc.


355. GSM

Preuzimanje pozivaPreuzimanje poziva

• MS meri snage signala BTS koji dopiru do nje i ta informacija seprosleđuje BSC.

• Ukoliko narednu BTS opslužuje drugi BSC u prosleđivanju učestvuje jedan ili više MSC.


365. GSM

Interfejsi GSM mrežeInterfejsi GSM mreže premapremaETSIETSI--juju


385. GSM

SSignalizacijaignalizacija GSMGSM mrežemreže

• Prenos signalizacije između pojedinih entiteta u GSM mreži zasnovan je na sistemu signalizacije po zajedničkomkanalu broj 7, CCSS7 (Common Channel Signalling System number 7).

� GSM specificira fizički, nivo podataka i mrežni sloj OSI modela:1. fizički nivo – prenos bita,2. nivo voda podataka – uspostavljanje, održavanje i raskid veze,3. nivo mreže:

• RR (Radio Resource) podnivo upravlja vezom BTS-MS,• MM (Mobility Management) podnivo upravlja mobilnošću,• CM (Connection Management) podnivo: Call Control, Short

Message Service i Supplementary Services.


435. GSM

Frekvencijski opsezi GSM Frekvencijski opsezi GSM sistemasistema

• Dupleksni par sa razmakom od 45 MHz:� 890 - 915 MHz za smer od MS ka BTS – uplink

(odlazni);� 935 - 960 MHz za smer od BTS ka MS – downlink

(dolazni).

�

• 125 parova nosilaca, međusobni razmak 200 kHz,korišćenje zaštitnih opsega (“guard band” )

890 915 935 960 MHz

GSM 900


445. GSM

TDMA ram ili okvirTDMA ram ili okvir

• Normalan burst (0,577 ms) sastoji se od,

♦ 3 bita preambule♦ 3 bita postambule, 2 X 1 kontrolna bita,♦ 2 X 57 bita poruke,♦ 26 bita sekvence za uhodavanje i ♦ 8,25 zaštitnih bita (guard time=0,03

ms).

3


455. GSM

Vremenski multipleks Vremenski multipleks -- TDMATDMA

• Svaki nosilac se koristi za prenos 8 komunikacionihkanala u vremenskoj sekvenci.

• Svakom kanalu je dodeljen jedan vremenski slot u TDMA okviru.

• Prenos jednog kanala se odvija u “burst” režimu -samo u toku dodeljenog vremenskog slota, brzinomod 271 kbit/s.

• Zaštitno vreme (“guard time” ) između slotova iznosi0,03 ms.


475. GSM

GSM radioGSM radio--interfejsinterfejs


485. GSM

Karakteristike digitalnog GSM Karakteristike digitalnog GSM radioradio--sistemasistema

• Modulacija, GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)♦ Digitalna frek. modulacija sa kontinualnom fazom, uz primenu

parcijalnog odziva (partial response),♦ Koriste se Bandwith-Time product BT = 0.3 i protok od 271 kbit/s,♦ Efikasno koristi spektar i dozvoljava upotrebu pojačavača klase AB i

B (za razliku od QPSK).

• Frekvencijsko skakanje, FH (Frequency Hopping) ♦ Povećava privatnost, optimizuje upotrebu kanala sa većim

slabljenjem i smanjuje uticaj fedinga i interferencije,♦ Opciono se primenjuje za BS, a obavezno za MS,♦ Jedan skok po TDMA ramu (217 skokova u sekundi), perioda

ponavljanja jednaka je trajanju hiper-rama,♦ FH se ne može primeniti na BCCH i CCCH.


495. GSM

Obrada signala unutar MSObrada signala unutar MS

A/D formiranjerama

kodergovora

kanalskikoder

interliving šifrovanje formiranjebursta

modulator

D/A dekodergovora

Viterbijevdekoder

deinterliving dešifrovanje ekvalizator prijemnikdemodulator

smer kretanjaporuke

smer kretanjaporuke

8 kHz13 bita 160 odbiraka

od po 13 bita13 kbit/s 22.8 kbit/s 33.8 kbit/s

271 kbit/sburst


505. GSM

Antenska opremaAntenska oprema

• MS:♦ Koristi štapne (monopol) λ/2 ili λ/4 antene.

• BTS:♦ Za mikro ćelije pogodne su neusmerene λ/4 antene ili

usmerene (npr. jagi) sa dobitkom ∼ 8 dB.♦ Kod makro ćelija koriste se neusmerene antene, većih

visina (npr. 6-12 m) ili usmerene antene sa uglomzračenja 30o, 60o,120o za sektorisane ćelije.

♦ Prostorni diversiti na prijemu u BS opciona mogućnost.


515. GSM

Kontrola snageKontrola snage• Kontrola snage se ostvaruje automatski pomoću BSC-

a čime se minimizuje interferencija.• Pragovi prijema BS i MS su tipično -104dBm• Klasifikacija prema maksimalnoj snazi

klasa snage m aksim alna snaga M S (dB m ) m aksim alna snaga B T S (dB m ) 1 20 W (43) 320 W (55) 2 8 W (39) 160 W (52) 3 5 W (37) 80 W (49) 4 2 W (33) 40 W (46) 5 0 ,8 W (29) 20 W (43) 6 10 W (40) 7 5 W (37) 8 2,5 W (34)


525. GSM

Logički kanaliLogički kanali

TCH/F TCH/H BCCH FCCH SCH PCH AGCH RACH SACCH SDCCH FACCH

full-rate half-rate

Broadcast Common DedicateChannels Control Control

Channels Channels

Traffic channels Signaling channels

downlink uplink slow fast

GSM channels

• Protok logičkih kanala od 100 bit/s do 22,8 kbit/s.• Samo određene kombinacije logičkih kanala su dozvoljene u

istom fizičkom kanalu.


585. GSM

Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne Internet i mobilne komunikacijekomunikacijekomunikacijekomunikacijekomunikacijekomunikacijekomunikacijekomunikacije

• Nokia je pokušala integraciju računara i mobilnog telefona, bez očekivanog tržišnog efekta.

• Kao alternativa razvijen je mobilni telefonsposoban da ostvari vezu sa Internetom na bazi WAP protokola (Wireless Application Protocol) – Nokia 7110 sa micro browser-om).

• Zahteva se izrada odgovarajućeg software-a na strani servera, kao i servisa zasnovanih na WAP-u.

• Kooperacija Microsoft-a i Ericsson-a(kompanija Ericsson Microsoft Mobile Venture AB) na implementaciji WAP-a.


595. GSM

Mobilne staniceMobilne stanice

• Minimizacija dimenzija, težine i cene...• Jedinstveno označena sa IMEI, • Koristi inteligentnu karticu - SIM (Subscriber Identity Module)

koja sadrži ključ za identifikaciju pretplatnika Ki,♦ SIM kartica je univerzalna – odgovara različitim modelima GSM

telefona.♦ Neovlašćena upotreba sprečava se aktiviranjem PIN koda

(Personal Identification Number Code).• Od kraja 1998.g. nova generacija GSM mobilnih aparata:

♦ više frekvencijskih opsega (multi-band), i ♦ više načina rada (multi-mode).

• 1999.g. prvi tzv. svetski telefon (world phone):♦ Koristi se za većinu tekućih standarda (GSM 900, 1800 i 1900 MHz,

D–AMPS 800 i 1900 MHz kao i za analogni AMPS sistem 800 MHz),


635. GSM

GSM GSM GSM GSM GSM GSM GSM GSM mreža mreža mreža mreža mreža mreža mreža mreža u u u u u u u u SrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbiji (Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)(Mobtel)

• 15. 10. 1996. puštena je u komercijalnu upotrebu prva mrežadigitalnog GSM 900 sistema.

• MOBTEL Srbija♦ Naziv mreže: Yu Mobtel, mrežni kod:

220 01, a pozivni broj (063);♦ Vlasništvo BK Trade, Moskva 51% i JP

PTT "Srbija“ 49%.♦ Do danas, MOBTEL ima 1.900.000

korisnika (50% korisnika mobilne telefonije u Srbiji) i oko 88% pokrivenosti teritorije Republike Srbije i 95% ukupne populacije;*

♦ Mobtel je sklopio preko 212 roaming ugovora sa operaterima iz 97 država širom sveta.*

* podaci iz oktobra 2003.


645. GSM

GSM GSM GSM GSM GSM GSM GSM GSM mreža mreža mreža mreža mreža mreža mreža mreža u u u u u u u u SrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbijiSrbiji (MTS)(MTS)(MTS)(MTS)(MTS)(MTS)(MTS)(MTS)

• U avgustu 1998.g. puštena je u rad još jedna GSM 900 mreža.

• Mobilna telefonija Srbije MTS:♦ Naziv mreže: Jug 03, mrežni kod:

220 03, a pozivni broj (064);♦ Vlasništvo a. d. “Telekom Srbija”:

JP PTT saobraćaj "Srbija" (51%), STET, Italija (29%) i OTE,Grčka(20%);

♦ Danas mreža ima 1.924.613 korisnika, pokrivenost teritorije77,17 % i populacije 93,50 %;*

♦ U sistemu postoji 442 bazne stanice.*

♦ Trenutno aktivni roaming ostvaren je sa 76 operatera iz 39 država.*

* podaci iz aprila 2004.

Documents

Javni ć - muricmilorad.files.wordpress.com · Napredne komunikacione tehnologije MOBILNE RADIO-KOMUNIKACIJE Javni ć elijski mobilni sistemi Predava č: mr Milan Narandži ć, dipl