GSM

1. GSM • Per: • Damià Castellà • Gilbert Gomà • Daniel Llobera • Rosa Ana Tomàs

2. HISTORIA DEL GSM

3. L’origen del estandar GSM • Cada país el seu pròpi sistema. • Desenvolupament descoordinat i incompatibilitat entre els sistemes mòbils dels diferents països. Sorgiren uns quants problemes: - Límits territorials - Imposibilitat de competir a nivell mundial

4. Per solucionar aquests problemes, el 1982 , la Conferencia d’ Administradors de Correus i Telecomunicacions (CEPT) va pendre dues decisions: • “Groupe Special Mobile” • Reserva de dos subbandes de freqüències pròximes a 900 MHz .

5. La primera generació de sistemes mòbils • Anys 80, els sistemes de primera generació van tenir una granpenetració en el mercat. • Les xifres indicaven la saturació de la capacitat d’aquests sistemes al principi dels 90. Va sorgir la tentació d’utilitzar part de les subbandes de freqüències destinades al GSM com ampliació. • La Unió Europea va emetre una Directiva en la que reservava dos subbandes de freqüències en la banda de 900Mhz i que tots els mòbils de primera generació haurien d’abandonar-les en els pròxims 10 anys.

6. Consolidació del estándar GSM • Mentrestant els membres de GSM realitzaven excel·lents progressos en el desenvolupament i l’acord d’estandars. • Van pendre desicions com: • Sistema digital • Utilització de tecnologia VLSI • Interficie amb la RDSI

7. GSM Sistema Digital • GSM es un sistema digital, on la informació a tractar (la veu) és enviada digitalment del terminal al servidor. • La forma de convertir en informació digital és medint cada cert tems l’altura de les ones sonores.

8. Integració del sistema GSM • La integració del sistema GSM en la societat europea va arribar el 1992, un any despres de l’acordat, degut a una serie de problemes: • El retràs en l’efectuació de proves de certificació • Necessesitat de modificar algunes especificacions GSM • Complexitat tècnica en la fabricació de terminals portàtils • La seva implantació en térmes geogràfics va realitzar-se en fases, començant per ciutats importants i aeroports seguint en autopistes. • No va ser fins el 1995, que el sistema va començar a funcionar a Espanya, i en la majoria de paisos europeus.

9. SISTEMES CEL·LULARS

10. Sistema de cel·les • GSM és un sistema cel·lular, composat per cel·les que són les unitats més petites de cobertura de la xarxa. Cel·la • Cada cel·la disposa: • Antena pròpia:Estació Base • Conjunt de freqüències

11. Tipus de Cel·les: -Cel·les Macro -Cel·les Micro -Cel·les Selectives -Cel·les “Umbrella” • Objectiu d’un sistema cel·lular: • Reutilització de canals o taules de freqüència, on aquests estan associats a estacions base.

12. ESTRUCTURA IARQUITECTURADE LA XARXA GSM

13. Arquitecturade la xarxa GSM

14. Subsistema d’estació base (BSS) • El sistema s’organitza com una xarxa de cel·lules radioelèctri-ques continues que proporcionen cobertura completa al àrea de servei. • Cada cel·lula pertany a una estació base (BTS) que opera un conjunt de canals de radio diferents als utilitzats en cel·lules adjacents i que es troben distribuïdes segons un pla cel·lular • Un grup de BTS’s es troben connectades a un controlador d'estacions base (BSC) encargat d’aspectes com: • El handover (traspàs del mòbil d’una celul·la a l’altra) • Control de potencia de les BTS’s i dels mòbils. • Maneig de tota la xarxa de radio.

15. Subsistema de xarxa i comunicació (NSS) • Està composat diferents registres: • MSC Central de comunicació de mòbils • AuC Centre d’Autentificació • VLR Registre de posicions visitades • HLR Registre de posicions base • EIR Registre d’identitat d’equips

16. Central de comunicació de mòbils (MSC) • Un o varios BSC es connecten a una central de commutació de mòbils (MSC), estructura principal del GSM. • Inicialització, enrutament, control i finalització de les trucades. • Informació sobre la tarificació. • Interfície entre: • 1 xarxa GSM  1 xarxa GSM • 1 xarxa GSM  Xarxes públiques de telefonia o dades

17. Informació sobre els abonats • La informació referent als abonats es troba emmagatzemada en dos bases de dades: • Registre de Posicions Base (HLR): • Analitza els nivells de subscripció, serveis suplementaris i localització actual. • Registre de Posicions Visitants (VLR) • Conte informació sobre nivells de subscripció suplementaris i àrea de localització per un abonat i si esta actiu o no.

18. Centre d’Autentificació (AuC) • Es una base de dades: • Objectius: • Controlar als mòbils que es troben en la seva àrea d’influència. • Per propòsits de seguretat (autentificació i encriptació) • Motiu: • Evitar possibles estafes. • Utilització de targetes d’abonats que estiguin robades • Que no hi hagi gent que utilitzi el servei sense pagar.

19. Registre d’Identitat d’Equips (EIR) • Guarda informació sobre: • El tipus d’estació mòbil en us. • Llista de tots els terminals vàlids identificats amb el IMEI. • Pot eludir que es realitzi una trucada quan: • Es detecta que ha sigut una trucada robada. • Pertany algun model mòbil no homologat • El terminal te algun fallo elèctric susceptible d’afectar negativament a la xarxa.

20. Estació Mòbil (SM) • Composat per: • L’equip terminal (TE) • La terminació mòbil (MT) • La targeta SIM

21. Equip Terminal (TE) • El equip terminal realitza les següents funcions: • Transmissió radio • Gestió canals de transmissió de radio • Capacitat del terminal, interfície home-maquina • Codificació de veu • Protecció d’errors • Control de flux de dades • Adaptació de velocitat de dades d’usuari i velocitat del canal • Suport de terminals múltiples • Gestió de mobilitat

22. Terminació Mòbil (MT) • Tres tipus: • MT0: Realitza funcions anteriorment mencionades • MT1: Inclou interfície RDSI • MT2: Inclou interfície CCITT series X y V

23. Targeta SIM (I) • Mòdul de identificació d’usuari (SIM): • Es necessari per que una estació mòbil GSM pugui funcionar dins la xarxa GSM. • Existeixen dos tipus: • Una targeta intel·ligent que pugui ser retirada de l’estació mòbil quan l’usuari deixa d’utilitzar-la. • Un mòdul que es incorporat al mòbil amb el fi d’estar instal·lat permanentment.

24. Targeta SIM (II) • El SIM ha de contenir la següent informació: • Numero de sèrie • Estat del SIM (bloquejat o desbloquejat) • Clau del algorisme d’autentificació (Ki) • Algorisme d’Autenticació (A3) • Identificació internacional del usuari mòbil (MSI) • Identificació temporal del usuari mòbil (TMSI) • Algorisme de generació de claus de xifratge (A8) • Clau del algorisme de xifratge de senyalització i de dades (A5) • Numero de seqüència de la clau del algorisme de xifrat. • Classe de control d'accés del usuari.

25. Gestió de la seguretat Autenticació Encriptació

26. Handover • El handover pot ser de quatre tipus: • Intracel·lular (canvi de freqüència) • Inter BCS • Intra BCS i Inter MSC • Inter MSC • Existeixen tres motius per els que es pot produir un handover • Per moviment de l’aparell GSM • Per millorar el comportament de la xarxa. • Per millorar les condicions de tràfic d’una cel·lula.

27. INTERFICIE RADIOELÈCTRICA La interfície entre les estacions mòbils i les estacions base

28. Situació de les freqüències • La banda d’espectre radioelèctrica en el sistema GSM es: • 890-915 MHz per comunicacions de E.M a E.B • 935-960 MHz per les comunicacions de E.B a E.M • La separació entre les portadores de canals GSM es de 200 Khz. • Això suposa 124 canals possibles.

29. Esquema de múltiple accés • Per aconseguir una major quantitat d’usuaris, a part del sistema cel.lular, el GSM utilitza altres tècniques com: • FDMA (Frecuency Division Múltiple Access): s’assigna una freqüència determinada dins del rang disponible. (1 per parlar, 1 per escoltar). • TDMA (Time División Múltiple Access) : Cada telèfon te assignat un període de temps per poder comunicar-se amb el sistema. Cada canal de radiofreqüència esta dividit en intervals de 577 usg (burst). Els intervals de temps estan agrupats en conjunt de 8 intervals consecutius que formen la trama TDMA. • Una mica de freqüència de salt (Frequency Hopping).Alleugera les diferències en la qualitat dels canals.

30. Estructura dels canals • Hi han dos tipus canals en el sistema GSM: • Tràfic (TCHs): • Suporten veu i dades codificades. • Tipus: • TCH/F: velocitat completa (22.8 kbit/s). Estan formats per un grup de 26 trames TDMA anomenat 26-multitrama. • TCH/H: velocitat mitja (11.4 kbit/s). També estan agrupats en 26-multitrama.

31. Control (CCHs) • Suporten senyalització i dades de sincronització entre estacions base i mòbils. • 4 Tipus: • Canals de Broadcast (BCH). S’usen per sincronitzar la xarxa. N’hi ha de tres tipus: • Canal de Control Broadcast (BCCH), identificació i accés. • Canal de Sincronització (SCH), porta la seqüència per demodular la informació. • Canal de Correcció de Freqüència (FCCH), porta la freqüència de referència per sincronitzar.

32. Canals de Control Comuns (CCCH). Ajuden a establir les trucades. N’hi ha de tres tipus: Paging Channel (PCH), Random Access Channel (RACH), Access Grant Channel (AGCH). • Canals de Control Dedicats (DCCH). Són utilitzats en l’intercanvi de missatges en la xarxa. N’hi ha de dos tipus: SDCCH (intercanvi de senyals d’informació) i SACCH (manteniment i control). • Canals de Control Associats Ràpids (FACH). Canvien tot o una part d’un canal de tràfic quan una senyal d’informació urgent es transmesa.

33. Burst • És la unitat en temps (0.577 ms) d’un sistema TDMA que modula una portadora GSM. Porta una seqüència de dades de 156.25 bits. • 5 Tipus: • Burst de correcció de freqüència. S’utilitza en el FCCH. • Burst de sincronització. S’utilitza en el SCH. • Burst d’accés aleatori. S’utilitza en el RACH. • Burst postís. S’utilitza per rellenar la transmissió quan no hi ha canals de tràfic per transmetre. • Burst normal. S’utilitza per portar la veu o les dades d’informació.

34. Esquema de les trames

35. L’ENLLAÇ DE VEU

36. Codificació de la veu • La senyal de veu (analògica) es convertida a senyal digital per transmetre-la al canal GSM. • S’utilitza un codificador de veu: • Velocitat 13 kbit/s • Blocs de duració 20ms o 260 bits

37. Codificació del canal (I) • El fet que la EM estigui en moviment i les irregularitats del terreny provoca alteracions en la senyal rebuda pel mòbil. • Aquestes variacions produeixen errors en les transmissions digitals. • Per detectar aquests errors es realitza una codificació dels blocs de veu. • Proces: • La codificació de veu subdivideix els bits d’enllaç en 3 classes:

38. Codificació del canal (II) • Cada classe se li aplica una codificació de canal diferent. • S’afegeix: • Classe 1: 3 bits de paritat (FEC). • Classe 2: 4 bits a zero. • Classe 3: 193 bits de redundancia per a protecció d’informació. (Codificació convolucional) • Resultat: • Bloc (260 bits)  Bloc (456 bits) • El bloc de 456 bits es passa per l’interleaver.

39. Interleaving (I) • Els errors produïts en sistemes mòbils: • Succeeixen a una velocitat molt menor que els 270 kbit/s (vel. de trans. del GSM). • Tendeixen a succeïr en rafegues. • Els errors en el canal es distribueixen formant: • Periodes amb una alta tasa d’error. • Intervals molt llargs amb tases d’error baix. • Per que el codi corrector treballi adecuadament els errors han d’estar distribuïts mes o menys uniformement en el temps.

40. Interleaving (II) • Els blocs de 456 bits codificats: • Reordenats i interliniats sobre 8 grups multiplexats en el temps. • Cada bloc es dividit en 8 parts (57 bits) que son entremesclats amb el bloc precedent o amb el posterior. • Aquests grups formats per 114 bits (57 + 57) s’els hi afegeix 2 bits per indicar si l’enllaç de veu ha estat substituit per dades de tipus FACCH. • Els 116 bits de cada bloc formen l’anomenat burst que es transmet.

41. Encriptació (I) • Tots els abonats mòbils tenen un codi d’identificació: • IMSI: Identitat Internacional d’Abonat Mòbil. • Aquest codi no es transmet clarament en ningun missatge de senyalització en l’enllaç de radio. • En l’area de localització (LAI) s’envia una indentitat temporal d’abonat mòbil (TMSI) • Si el TMSI i LAI no corresponen: • E.B pregunta ISMI a E.M • E.M envia ISMI (encriptat) a E.B • E.B envia un nou TSMI (encriptat) a la E.M.

42. Encriptació (II) • En el procés d’encriptació intervenen: • La clau d’encriptació: • La clau secreta d’autentificació d’abonat. • 1 numero aleatori enviat per la xarxa. • L’algorisme A8 (guardat a la tarjeta SIM). • L’algoriseme A5 encripta les dades a partir de la clau d’encriptació generada.