1 / 59

TELEKOMUNIKACE GSM

TELEKOMUNIKACE GSM. Martin Šrotýř srotyr@fd.cvut.cz. Agenda. NMT GSM GPRS EDGE UMTS. Co je NMT. NMT – Nordic Mobile Telephony (1 G) – Finsko, Švédsko, Norsko, Dánsko – vývoj 70.léta, první síť 1981 analogová buňková radiotelefonní síť

kami
Download Presentation

TELEKOMUNIKACE GSM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TELEKOMUNIKACEGSM Martin Šrotýřsrotyr@fd.cvut.cz

  2. Agenda NMT GSM GPRS EDGE UMTS

  3. Co je NMT NMT – Nordic Mobile Telephony (1 G) – Finsko, Švédsko, Norsko, Dánsko – vývoj 70.léta, první síť 1981 analogová buňková radiotelefonní síť umí přenášet nejen hlas ale i textové zprávy DMS (Data and MessagingService) – na základě dodatečného vývoje klasická telefonie s přepojováním okruhů

  4. Architektura NMT a použité techniky FM – frekvenční modulace FDMA – Frequency Division Multiple Access Vysílací pásmo ZS: 463-467,5 MHz Vysílací pásmo MS: 453-457,5 MHz Šířka kanálu: 25 kHz Počet kanálů: 180

  5. NMT vs. GSM NMTGSM analog. digital. Šířka kanálu: 25 kHz 200 kHz Počet uživatelů v 1 kanálu: 1 8 Max. přenosová rychlost: 0,4 kbps 76,8 resp.115,2 kbps + velké procento pokrytí území - velmi dobré šíření rádiových vln - relativně nízká kapacita sítě - žádné šifrování - snadný odposlech

  6. NMT u nás Frekvence: 450 MHz Provozovatel: Eurotel Rok spuštění: 1991 Rok ukončení: 2006 Dnes: datové přenosy CDMA

  7. Co je to GSM GSM - Global System for Mobile communications (2 G) digitální buňková radiotelefonní síť umí přenášet nejen hlas ale i textové zprávy SMS a data (fax, obrázky, internet, …) klasická telefonie s přepojováním okruhů

  8. Historie GSM • V roce 1982 CEPT zakládá skupinu GSM (GroupSpecial Mobile) navrhnutý systém musel splňovat kritéria: • Kvalitní a bezpečný přenos lidské řeči • Nízká cena vybavení a služeb • Podpora mezinárodního roamingu • Frekvenční hospodárnost • ISDN slučitelnost • Efektivitu v budoucnosti • Kompatibilnost s ostatními systémy

  9. Historie GSM 1988 - CEPT začal tvořit GSM specifikace 1989 - byla odpovědnost za standardizaci tohoto systému přesunuta na Evropský telekomunikační normalizační institut (ETSI) 1990 byla specifikace Phase 1 sítě GSM prohlášena standardem 1992 - první funkční GSM operátor “OyRadiolinja Ab” ve Finsku 1996 – první GSM síť v ČR (Eurotel) 1999 – první GPRS síť v ČR (Eurotel)

  10. ETSI standardy GSM Phase 2 • přidané specifikace • identifikace volaného a volajícího • přidržení a zaparkování hovoru • konferenční hovory • uzavřené skupiny uživatelů • rozšířené možnosti datových služeb Phase 1 základní hlasové a faxové/datové služby mezinárodní roaming předávání a blokování hovorů služba SMS SIM karta a šifrování

  11. Myšlenka Vývoj Implementace Phase 2+ Phase 2 Phase 1 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 ETSI standardy GSM Phase 2+ přidané specifikace privátní číslovací plány propojitelnost s jiným standardy mobilních sítí více profilů služeb vícenásobné číslo

  12. Druhy GSM systémů GSM – 900 890 – 915 MHz 935 – 960 MHz EGSM 880 – 915 MHz 925 – 960 MHz GSM – 1800 1710 – 1785 MHz 1805 – 1880 MHz DCS – 1800 GSM – 1900 1850 – 1910 MHz 1930 – 1990 MHz DCS – 1900 PCS – 1900

  13. Základní parametry GSM Šířka kanálu: 200 kHz Počet uživatelů v 1 kanálu: až 8

  14. Použité techniky FDD - Frequency Division Duplex vytvoření duplexního páru (UPL/DWL) TDMA – Time Division Multiple Access využítí opakujícího se časového úseku – timeslotu (TS) 1 frekvence (kanál) = 8 TS teoretický počet hovorů v jeden okamžik GSM – 900 = 992 (868 ~ 7 TS) EGSM = 1392 DCS – 1800 = 2992 DCS – 1900 = 2392

  15. Buňková síť Možnost opětovného využití stejných frekvencí po určité vzdálenosti. Mezi buňkami využívajícími stejné kanály musí být vzdálenost cca pětinásobek ekvivalentního poloměru buňky => sdružování kanálů do pravidelně se opakujících vzorů tzv. clusterů (svazků) Teoreticky stačí 7 frekvencí resp. 7 skupin radiových kanálů k pokrytí libovolného území.

  16. Typy buněk Principem buňkové sítě (cellular network) je rozdělení území na tzv. buňky (cell). Buňkou nazýváme území pokryté jedním anténním systémem ZS. Typy používaných buněk závisí na hustotě populace daného území: • pikobuňky (do 50 m) – pro místa s velkým provozem, obchodní zóny, městská zástavba, metro (DCS) • mikrobuňky (do 1 km) – pro místa s menším provozem, městská zástavba (DCS, GSM) • makrobuňky (max. 35 km) – pro místa s malým provozem, venkov (GSM)

  17. Typy buněk Všesměrové buňky ZS má anténní systém vysílající všesměrově (typicky makrobuňky) Sektorové buňky jeden anténní systém obsluhuje několik (typicky 3) buněk (typicky mikrobuňky)

  18. Sektorizace buněk Princip sektorizace buněk představuje značnou úsporu

  19. Architektura sítě Síť lze po technické stránce rozčlenit na 4 základní systémy: • Mobile Station (MS) - mobilní stanice • Base Station Subsystem (BSS) - subsystém základnových stanic • Network andSwitchingSubsystem (NSS) - síťový a spojovací subsystém • OperatingandMaintananceSubsystem (OMS) – subsystém řízení a údržby

  20. Systém MS Mobilní stanice (MS) se skládá ze dvou částí: • Terminál - vlastní telefon • zabezpečuje „trvalé“ radiové spojení se systémem BSS • zajišťuje komunikaci s účastníkem a zprostředkovává realizaci služeb • provádí kódování a dekódování vysílaných a přijímaných informací • karta SIM (Subscriber Identity Module) • přináší nezávislost uživatele na konkrétním terminálu • zajišťuje autentifikaci a podílí se na šifrování

  21. Systém BSS • BTS (Base Transceiver Station) • radiové spojení s MS • modulaci a demodulaci signálu • kódování a opravu chyb • měření signálu • atd. • BSC (Base Station Controller) – Modul řídící několik BTS • funkce spojené s mobilitou účastníka • handover a rozložení účastníků na jednotlivých fyzických radiových kanálech • řízení výkonu stanic a time advance • atd.

  22. Systém NSS Systém NSS je spojovací síť podobná síti ISDN. • MSC (Mobile Switching Centre) telefonní ústředna jakou známe z pevných sítí • MSC (Gateway MSC) zajišťuje spojení s vnějšími tlk. a datovými sítěmi

  23. Architektura GSM

  24. Systém NSS HLR (Home Location Register) - centrální databáze účastníků daného operátora • obsahuje IMSI (International Mobile Subscriber Identity) • MSISDN (Mobile Station ISDN Number) - telefonní číslo účastníka • adresu VLR, na které se právě účastník nachází • další pomocné údaje o účastníkovi (předplacené služby atd.) VLR (Visitor Location Register) databáze mobilních „návštěvníků“, kteří se momentálně nachází v oblasti působnosti daného MSC AuC (Authentication Center) je autentifikační centrum, které s použitím klíče z HLR ověřuje účastníka proti klíči v jeho SIM kartě EIR (Equipement Identity Center) je databáze všech telefonů umožňuje např. blokování telefonu po jeho zcizení

  25. Systém OMS Je centrálním počítačovým systémem, který komunikuje s většinou prvků sítě GSM a umožňuje operátorovi jejich centrální správu a dohled nad jejich funkcí. • OMC (Operating and Maintanance Center) • okamžité řízení a údržba sítě spíše regionálního charakteru • realizuje rozhodnutí NMC • NMC (Network Management Center) • dlouhodobější řízení a plánování sítě jako celku (stahuje statistiky a měření) • kolektuje alarmy sítě • sledování zatížení a plánování rozšiřování kapacit

  26. Datové služby v GSM (2G) CSD - CircuitSwitched Data • nejstarší typ přenosu dat v GSM pracující na principu přepojování okruhů -> stejná priorita jako hovor • schéma 1+1 (1 TS pro upl a 1 TS pro dwl) • malé rychlosti 9,6 kbps resp. 14,4 kbps HSCSD - High Speed CircuitSwitched Data (2G/ 2,5G) • stejný princip jako u CSD -> stejná priorita jako hovor • sdružování TS + efektivnější využívání volných TS • možnost asymetrického přenosu dat • 18 tříd HSCSD - třída 6 2+2, 3+1

  27. CSD vs. HSCSD CSDHSCSD obsazení celého kanáluobsazení celého kanálu Možnost sdružování TS: ne ano Přenosová schémata (upl + dwl): 1+1 dle třídy možno až 8+8 Max. přenosová rychlost: 9,6 resp. 14,4 kbps 76,8 resp.115,2 kbps

  28. Průběh „okruhového“ datového spojení (CSD/HSCSD)

  29. Co je to GPRS GPRS - General Packet Radio Service (2,5 G) Paketový přenos dat v síti GSM Snadná implementace – nutnost nových MS Zvýšení přenosových rychlostí a kapacity Sdílení kanálů pro HSCSD a GPRS Hovor má přednost před daty

  30. GSM vs. GPRS GSMGPRS obsazení celého kanálu paketový přenos Ideální: pro přenos hlasu a videa pro „burst“ přenosy Platím: za všechny mi přidělené kanály pouze tolik, kolik přenesu Kapacita sítě - jeden kanál může využít: 1 účastník až 12 účastníků Max přenosová rychlost: 76,8 kbps 171,2 kbps

  31. Použité techniky • modulace GMSK (Gaussovská modulace s minimálním zdvihem) • proměnná schémata přenosu - sdružování TS • 3+1, 2+2, 4+1, 3+2 apod. • alokace TS pouze při přenosu dat • 4 třídy kódování Třída přenosová rychlost uživatelská rychlost CS-1 9,05 kbps 6,7 kbps CS-2 13,4 kbps 10 kbps CS-3 15,6 kbps 12 kbps CS-4 21,4 kbps 16,7 kbps

  32. GPRS Architektura

  33. SGSN – Serving GPRS Support Node Zařízení obsluhující GPRS provoz v GSM sítích (ověřování totožnosti, šifrování a tarifikace) • Supluje MSC • Je spojena s BSC • Počítá prošlá data pro následný billing • Konvertuje protokol sítě GSM do „IP“ • Komunikace s GGSN na otevření požadavku o spojení zákazníka

  34. GGSN – Gateway GPRS Support Node Brána mezi GPRS sítí a Internetem Routing dat do internetu nebo korporátních sítí Routing paketů z externích sítí do MS Kolektuje charging data a provozní statistiky Přiděluje IP adresu na základě požadavku zákazníka, resp. nastavení v HLR

  35. Co je to EDGE EDGE – Enhanced Data for GSM Evolution (2,5 G) - někdy též označováno jako EGPRS (enhanced GPRS) Paketový přenos dat v síti GSM Zvýšení přenosových rychlostí a kapacity oproti GPRS Hovor má přednost před daty

  36. Použité techniky • modulace 8-PSK • 9 tříd kódování • MCS-1 až MCS-9 • proměnná schémata přenosu - sdružování TS • 3+1, 2+2, 4+1, 3+2 apod. • alokace TS pouze při přenosu dat

  37. EDGE vs. GPRS • GPRSEDGE • Přenosová rychlost v (1 TS): 22,8 kbps 62,9 kbps • Uživatelská rychlost (1 TS): 20 kbps (CS-4) 59,2 (MCS-9) • Max. uživatelská rychlost (8 TS): 160 kbps 473,6 kbps • Změna kódování • Náročná implementace (výměna BTS) • Vyšší rychlosti

  38. Průběh paketového datového spojení (GPRS/EDGE) GPRS attach PDP kontext GPRS detach

  39. Služby poskytované v GSM • Telefonie - klasické volání, 112, faksimilie • Datovéslužby - viz výše • SMS • MMS • VAS - informační služby (aktuality, sport, ekonomika, atd.) • uvítací melodie • distribuce pozadí, témat, her a melodií do MS • bankovní služby • navigační služby

  40. Služby poskytované v GSM SMS MMS

  41. Co je to UMTS UMTS – Universal Mobile Telecommunications System (3 G) paketovývysokorychlostnípřenos dat hovor / videohovor jsou data větší kapacita než u GSM možnost handoveru mezi UMTS a GSM při přetížení GSM může převzít hovor UMTS síť

  42. Pásma UMTS párové pásmo 1920 – 1980 MHz a 2110 – 2170 MHz nepárové pásmo 1910 – 1920 MHz a 2010 – 2025 MHz šířkakanálu: 5 MHz

  43. Použité techniky • WCDMA – Wideband Code Division Multiple Access • FDD - Frequency Division Duplex • pro párové pásmo 1920 - 1980 MHz (upl) 2110 - 2170 MHz (dwl) • TDD – Time Division Multiple Duplex • pro nepárové pásmo

  44. GSM + GPRS vs. UMTS GSM + GPRS UMTS Ideální: pro přenos hlasu a dat pro vysokorychlostní přenosy Plusy: masovost a cena nové služby a aplikace Mínusy: rychlost cena Pokrytí: celoplošné místně (ostrůvky) Přenosová rychlost: max. 384 kbps až 2 Mbps

  45. ArchitekturaUMTS

  46. ArchitekturaUMTS UMTSGSM Node-B BTS RNC  BSC Propojení UTRAN a stávající GSM sítě Každé RNC (Radio Network Controller) se propojí s • SGSN – zařízení obsluhující GPRS provoz v GSM sítích • MSC, na kterých se provede upgrade

  47. Node-B Obsahuje rádiové přijímače a vysílače, anténní systém obsluhující jednu nebo více buněk a slouží jako jednotka, zprostředkující přenos dat mezi rádiovým rozhraním na jedné straně a pozemní fixní částí sítě na straně druhé. • Kódování fyzických kanálů • Modulace / Demodulace • Ochrana proti chybám • Vysílání / Příjem • Řízení výkonu

  48. RNC RNC Node-B Kontroluje a ovládá funkčnost několika základnových stanic Node-B. RNC má na starost přidělování rádiových kanálů a je důležitou jednotkou sledující a registrující mobilitu účastníka. • Řízení rádiových prostředků • Přidělování rádiových kanálů • Kontrola přístupu (zabezpečení) • Šifrování • Řízení handoveru • Řízení výkonu

  49. UMTS Core Network (CN) • spojovací funkce (propojení účastníků, směrování paketů) • udržuje a aktualizuje důležité uživatelské informace (poloha, bezpečnost, účtování) • zajišťuje spojení do dalších sítí (ISDN, X.25, PSTN, Internet, ...) 3 domény: • s přepojováním okruhů (CSD) • s přepojováním paketů (PSD) • pracuje na protokolu IP • firewall • Cell Broadcast

  50. Datové služby - srovnání

More Related