Global System for Mobile communications (GSM)

Global System for

Mobile communications (GSM)

Global System for Mobile communications (GSM)

• GSM je najrasprostranjeniji digitalni komunikacioni sistem koji se danas koristi i spada u mobilne komunikacione mreže druge generacije (2G).

• GSM je osmislila grupa formirana 1982. godine sa zadatkom da razvije standard za Pan-evropsku celularnu mobilnu mrežu, a prva komercijalna GSM mreža podignuta je 1992. godine.

• Sistem je trebao da zadovolji sljedeće kriterijume:- Dobar subjektivni kvalitet prenešenog govora,- Niska cijena terminala i usluga,- Podrška međunarodnom roaming-u,- Mogućnost upotrebe džepnih terminala,- Podrška širokom dijapazonu novih servisa,- ISDN kompatibilnost.

GSM opsezi

Karakteristike fizičkog sloja GSM mreže

Višestruki pristup TDMA/FDMA

Tip dupleksa FDD

Širina kanala 200 kHz

Broj korisnika po kanalu 8

Digitalni protok po korisniku 13 kb/s

Modulaciona tehnika (glas) GMSK (BT=0.3)

Digitalni protok po kanalu (uplink/downlink)

270.833 kb/s

Udio zaglavlja u frame-u 27 %

Spektralna efikasnost 1.35 b/s/Hz

Tip ekvilajzera Adaptivni

Arhitektura GSM mreže

• Mobilna stanica - MS (Mobile Station)

• Podsistem bazne stanice - BSS (Base Station

Subsystem)

• Mrežni i komutacioni podsistem - NSS (Network

and Switching Subsystem)

• Podsistem upravljanja i podrške - OSS

(Operation and Support Subsystem)

Arhitektura GSM mreže(glavni elementi)

Arhitektura GSM mreže

Mobile Station (MS)

MS se sastoji od dva glavna elementa:• Mobile Equipment or Terminal

Mobilna stanica je prenosni (20W ili 8W) ili mobilni terminal (2W ili 0,8W), tj. oprema pretplatnika kojoj se pridružuje jedinstvena hardverska identifikacija (IMEI - International Mobile Equipment Identity).

• Subscriber Identity Module (SIM) SIM je “pametna”kartica koja se ubacuje u mobilni terminal i koristi se za identifikaciju specifikacija korisnika koje se odnose na njegovu adresu i tip servisa koji se opslužuje. Zaštićena je četvorocifrenim PIN (Personal Identification Number) kodom. SIM kartica sadrži IMSI (International Mobile Subscriber Identity) broj korisnika.

BSS se sastoji od dva glavna elementa:• Base Transceiver Station (BTS)

Bazna stanica se sastoji od jednog ili više primo-predajnika (uključujući kombajnere i druge elemente) i antenskog sistema koji omogućuju vezu sa mobilnim stanicama. Javlja se u jedno ili više-sektorskoj konfiguraciji, pri čemu svaki sektor može da predstavlja zasebnu ćeliju.

• Base Station Controller (BSC)Kontroler baznih stanica (BSC) upravlja resursima više BTS-ova. Primarna funkcija BSC-a je uspostavljanje i održavanje poziva, a vrši i funkcije dodjele kanala, kontrole kvaliteta veze, kontrole snage, signalizacije, kontrole opšteg saobraćaja, odluke o frekvencijskom skakanju i handover-u.

Base Station Subsystem (BSS)

Network and Switching Subsystem (NSS)

• NSS se sastoji od jednog hardverskog i četiri softverska elementa.

• Hardverski elemenat NSS-a je Mobile services Switching Center (MSC)

Mobilni komutacioni cenar vrši funkciju centrale u GSM mreži i

obezbjeđuje konekciju sa drugim mrežama. Ta konekcija se ostvaruje

preko Gateway Mobile services Switching Center (GMSC) koji

predstavlja interfejs između GSM i PSTN, odnosno PLMN (Public

Land Mobile Network) mreža.

• Softverski elementi NSS-a su:

- Home Location Register (HLR)

HLR je baza podataka u kojoj se čuvaju podaci o korisnicima kao što su adresa, tip usluge, trenutna lokacija, stanje na računu i dr. Jedan HLR može da opslužuje više MSC-ova.

- Visitor Location Register (VLR)

VLR je dinamička baza podataka koja se pridružuje svakom od MSC-a. U njemu se smeštaju informacije vezane za MS koje se trenutno nalaze u geografskoj oblasti koju kontroliše taj MSC.

Network and Switching Subsystem (NSS)

- Authentication Center (AuC)AuC je zaštićena baza podataka, koja se pridružuje svakom HLR-u, i koja sadrži kopije tajnih ključeva za autorizaciju svih postojećih SIM kartica, koji se koriste za proveru autentičnosti i kodovanje radio kanala. On takođe sadrži algoritme za autorizaciju i kriptovanje.

- Equipment Identity Register (EIR)EIR sadrži bazu podataka sa listom svih validnih mobilnih terminala u mreži, gde je svaka mobilna stanica identifikovana svojim IMEI brojem.

Network and Switching Subsystem (NSS)

Operation and Support Subsystem (OSS)

• OSS je povezan sa svim elementima NSS-a i sa

BSC-om i vrši kontrolu i monitoring GSM mreže.

Takođe, vrši kontrolu saobraćajnog opterećenja

BSS-a.

• Često se označava kao OMC (Operation and

Maintenance Center)

Interfejsi u GSM mreži

• Um (Radio)-Interface ---- između MS-a and BSS-a• Abis-Interface ---- između BTS-a i BSC-a• A-Interface ---- između BSC-a i MSC-a• B-Interface ---- između MSC-a i VLR-a• C-Interface ---- između MSC-a i HLR-a• D-Interface ---- između HLR-a i VLR-a• E-Interface ---- između MSC-ova• F-Interface ---- između MSC-a i EIR-a

GPRS

• GPRS (General Packet Radio Service) predstavlja nadgradnju GSM sistema u cilju omogućavanja data servisa.

• Osnovna razlika izmedju GSM-a i GPRS-a je u tome što GSM koristi tehniku sa komutacijom kola (circuit switching) dok GPRS koristi paketsku komutaciju (packet switching).

• Kod GPRS mreža prenos podataka je zasnovan na paketskoj komutaciji, dok je prenos govora baziran na konceptu komutacije kola.

• Teorijski GPRS može da obezbijedi binarni protok od 115 kb/s.

Arhitektura GPRS mreže

Novi mrežni čvorovi kod GPRS-a

• Gateway GPRS Support Node (GGSN)GGSN predstavlja tačku pristupa spoljnoj mreži za prenos podataka i vrši funkciju rutiranja paketa ka tekućoj lokaciji mobilnog korisnika. Zbog ovoga GGSN mora da ima pristup HLR-u sa ciljem da dobije informaciju o lokaciji mobilnog korisnika kome se prosleđuje paket.

• Serving GPRS Support Node (SGSN)SGSN opslužuje potrebe mobilne stanice i zadužen je za upravljanje radom MS-a sa tačke gledišta mobilnosti.

Novi mrežni čvorovi kod GPRS-a

• Packet Control Unit (PCU)Glavna funkcija PCU bloka je usmeriavanje prenosa govora ka MSC-u, odnosno prenosa paketa prema SGSN-u.

• GPRS register (GR)

GR obavlja funkciju HLR-a za data servise.

• SGSN location register (SLR)SLR obavlja funkciju VLR-a za data servise.

Universal Mobile

Telecommunication System (UMTS)

Mobilne mreže treće generacije (3G)

Cilj 3G mreža je objedinjavanje voice, data, multimedijalnih i interaktivnih servisa kroz jedinstvenu mrežu.

UMTS

UMTS je evropski standard za 3G mobilne mreže i dio je IMT-2000 familije standarda.

UMTS opsezi

1850 1900 1950 2000 2100 2150 2200

1885 1980 2010 2025 2110 2170

IMT-2000 IMT-2000MSS MSS

MSS MSS

MSS MSS

GSM1800

DE

CT

TD

D

TD

D

FDD-UL FDD-DL

PCS Reserved

MD

S

UMTS-FDD: 1920 - 1980 MHz (uplink) / 2110 - 2170 MHz (downlink)UMTS-TDD: 1900 - 1920 MHz + 2010 - 2025 MHz

NorthAmerica

Europe/Asia Pacific

ITU-T

MHz

1920

Karakteristike fizičkog sloja UMTS mreže

Višestruki pristup (Widebend) CDMA

Tip dupleksa FDD/TDD

Širina kanala 5 MHz

Chip rate 3,84 Mchip/s

Digitalni protok prema korisniku 384 kb/s (izvorni UMTS)1,8 Mb/s do 14.4 Mb/s

(HSxPA)

Modulacija QPSK (16QAM, 64QAM)

Arhitektura UMTS mreže

• Oprema korisnika – UE (User Equipment)UE predstavlja korisnički terminal koji može biti moilni terminal, PDA uređaj ili računar

• Podsistem radio mreže – RNS (Radio Network Subsystem)

• Mrežno jezgro – CN (Core Network)

Arhitektura UMTS mreže(glavni elementi)

Radio Network Subsystem

Radio Network Subsystem

• Podsistem radio mreže (RNS) je interfejs između korisničke opreme (UE) i jezgra mreže (CS)

• RNS predstavlja radio-pristupni dio UMTS mreže i često se označava sa UTRAN (UMTS Radio Access Network)

• RNS se satoji od dvije glavne komponente:- Kontrolera radio mreže (RNC – Radio Network

Controler) koji obavlja slučnu funkciju kao BSC u GSM mreži

- Node-ova B (UMTS primo-predajne bazne stanice)

Core Network

Core Network

• Obzirom da se kod UMTS mreža koristi komutacija kola za govorni saobraćaj, a komutacija paketa za saobraćaj podataka, slično kao kod GPRS mreža, UMTS jezgro mreže je podijeljeno na dva logička i funkcionalna dijela:

- Elementi za komutaciju kola (Circuit switched elements),

- Elementi za komutaciju paketa (Packet switched elements).

• Elementi u oba domena (MSC, GMSC, GGSN, SGSN, HLR, AUC, EIR) obavljaju slične funkcije kao u GSM/GPRS mreži.