Mobilní komunikace Semestrální úloha GSM stručný přehled Jméno: Jan Melich Datum měření: 27.2.2006 1.Úvod: GSM (Global Systém for Mobile communication) - Globální Systém pro mobilní komunikaci Jedná se o druhou generaci systémů mobilních telefonů. Jde o plně digitální systém, který byl budován jako celoevropský systém na celulární bázi v kmitočtovém pásmu 900 MHz. GSM je používáno ve více než 200 zemí s více jak miliardou účastníků. Systém GSM umožňuje služby: telekomunikační (teleservices services) telefonie služby krátkých textových zpráv SMS (Short Message Service) teletext telefax skupiny 3 záznamovou službu (hlasová schránka) email bankovní služby informační služby přenosové (bearer services) asynchronní duplexní přenos 2400 9600 bit/s synchronní duplexní přenos 300 9600 bit/s 2. Historie: Mobilní sítě existují již poměrně dlouhou dobu (1949-OLN). Ale první celulární veřejná síť (1979 AMS Spojené státy, 1981 NMT severské evropské země,..) byla analogová s přístupovou metodou FDMA. Jednalo se o mobilní systémy první generace, které byli mezi často mezi sebou nekompatibilní. (Problém s mezinárodním roamingem tj.možností volného pohybu účastníka v mezinárodním měřítku v síti různých operátorů s jedním číslem stanice)
Proto v roce 1982 byla Sdružením evropských pošt a telegrafů (CEPT) sestavena skupina nazývaná Groupe Spécial Mobile (GSM) určená pro studium a vytvoření celoevropského veřejného celulárního systému. CEPT přijal doporučení, aby frekvenční spektrum 900 MHz (890-915 MHz a 935-960 MHz) bylo vyhrazeno pro budoucí pozemní a námořní mobilní systém, jímž se stává právě GSM. V roce 1989 přešla odpovědnost za GSM na Institut pro evropské telekomunikační standardy (ETSI), přičemž první etapa specifikace GSM byla publikována v roce 1990 obsahovala přes 6000 stran. roce 1990. Na začátku roku 1994 už světově používalo služby GSM více než 1.3 milionu lidí. Zkratka GSM se významově mění na Globální Systém Mobilní komunikace. 3. Radiové rozhranní: GSM je buňková (cellulární) síť, to znamená že mobilní telefony se připojují do sítě prostřednictvím nejbližší buňky. Celá oblast je tedy rozdělena na buňky. Každá buňka je obsluhována svou základnovou stanicí. princip sektorizace Počet základnových stanic lze zmenšit pomocí tzv. sektorizace, kdy do společných bodů tří sousedních buněk umístíme tři samostatné směrové antény. Velikost buněk užívaných v mobilních systémech: piko-buňka je určena pro kancelářské a bytové prostředí, maximální dosah signálu je několik stovek metrů mirko-buňka je určena pro městské aglomerace a hustou zástavbu, maximální dosah několik kilometrů makro-buňka pokrývá velké a řídce osídlené oblasti, dosah několik desítek kilometrů satelitní buňka pokrývá oblast z telekomunikační družice a umožňuje spojení i z méně dostupných míst
V rámci jedné buňky musí být zajištěno, aby ve stejném okamžiku mohlo být provozováno spojení mezi základnovou stanicí a větším počtem mobilních stanic. K tomu slouží metody vícenásobného přístupu (multiple access). Základní přístupové metody: FDMA (Frequency Division Multiple Access) vícenásobný přístup s kmitočtovým dělením. Dané frekvenční pásmo rozdělíme na subpásma, kterým jsou přiřazeny jednotlivé kanály TDMA (Time Division Multiple Access) vícenásobný přístup s časovým dělením. Ve frekvenčním pásmu vytvoříme časové rámce a přidělování jednotlivých kanálů na principu časového dělení CDMA (Code Division Multiple Access) vícenásobný přístup s kódovým dělením, spočívá v tom, že datová posloupnost každého komunikačního kanálu je na vysílací straně podrobena procesu dalšího kódování, který je speciálního kódovacího předpisu, který je odlišný od kódovacího předpisu všech ostatních kanálů. Standart GSM 900 používá jako přístupovou metodu kombinaci FDMA a TDMA. V rámci FDMA jsou obě frekvenční pásma rozděleny na 124 subpásem (F1 F124) o šířce 200 khz. V každém subpásmu je pak metodou TDMA vytvořeno 8 časových kanálů (T1 T8). Základnová stanice má tedy kapacitu 124 8 = 922 radiových okruhů
Během vývoje vznikly tři standarty, lišící se použitým frekvenčním pásmem GSM 900 GSM 1800 GSM 1900 Frekvenční pásmo MS -> BTS [MHz] 890-915 1710-1785 1850-1890 Frekvenční pásmo BTS -> MS [MHz] 935-960 1805-1880 1930-1970 Šířka pásma 2 25MHz 2 75MHz 2 75MHz Odstup radiových kanálů (nosných vln) 200 khz 200 khz 250 khz Metoda přístupu FDMA/TDMA FDMA/TDMA FDMA/TDMA Počet kanálů 2 124 2 374 2 298 GSM 900 používá buňky o průměru 2 až 35 km (nebo dokonce i větším, v městské zástavbě naopak i menší), zatímco GSM 1800/GSM 1900 pracuje s buňkami o průměru 0,2 až 8 km. 4. Struktura sítě: Základní subsystém lze rozdělit na tři části (subsystémy) BSS (Base Station Subsystém) subsystém základnových stanic V tomto subsystému komunikují mobilní stanice (mobilní telefony) se základnovými stanicemi prostřednictvím rádiového rozhraní. Subsystém BSS se skládá: BTS (Base Transciever Station) - základnové stanice zajišťuje fyzické spojení s mobilními stanicemi (MS) přes rádiové rozhraní. Udržuje a monitoruje spojení. BSC (Base Station Controller) - základnová řídicí jednotka dohlíží a řídí provoz radiových stanic BTS. Jejími důležitými úkoly je přidělování a uvolňování radiových kanálů pro komunikaci BTS s mobilní stanicí (vaším telefonem), dále pak handover (předávání kanálů a hovoru mezi buňkami) a další záležitosti technicko-správního charakteru.
NSS (Network and Switching Subsystem) - síťový spojovací subsystém Jedná se o systém fungující podobně jako ústředna. NSS řídí komunikaci mezi mobilními účastníky sítě GSM a mezi účastníky jiných telekomunikačních sítí. Z jedné strany je tedy napojen na stanice BSS a z druhé strany pak na všechny dostupné externí sítě, do nichž daná síť GSM umožňuje přístup (ostatní mobilní sítě, ISDN, PLMN, apod.). Mimo klasické přepojovací funkce plní další úkoly vyplývající z mobility účastníků - obsahuje databáze účastníků a sleduje jejich pohyb. Subsystém NSS se skládá: MSC (Mobile services Switching Centre) - mobilní ústředna slouží v podstatě stejně jako klasická ústředna v pevné síti. Sestavuje jednotlivá spojení v rámci mobilní sítě i směrem do ostatních sítí (pokud má funkci brány tj. GMSC). Kontroluje přidělení kanálů, eviduje všechny uživatele a účtují se zde hovory. HLR (Home Location Register) - domovský lokalizační registr je databáze, kde jsou shromážděny údaje o všech registrovaných účastnících. Jsou zde uložena čísla IMSI (identifikační čísla SIM karty), údaje o lokalitě účastníka (do jakého registru VLR byla data o účastníkovi zkopírovaná, informace o předplacených službách, na něž máte nárok a tato databáze je kontrolována vždy, když o využití nějaké této služby žádáte. Typicky se sem uvádí, že například neplatíte účet. Každý účastník je vždy registrován jen v jediné databázi HLR (většinou v místě, kde byla zakoupena SIM karta). VLR (Visitor Location Register) - návštěvnický lokalizační registr je též databáze podobná HLR, ovšem tento registr uchovává přechodně aktuální informace o mobilních účastnících pohybujících se v oblasti příslušné MSC. Jedná se o dočasnou neúplnou kopii HLR. V okamžiku, kdy účastník opustí danou oblast, jsou tato data zrušena. AuC (Authentication Centre) - autentizační centrum je chráněná databáze obsahující klíče pro ověřování účastníků. Ověřuje totožnost každého účastníka před zahájením komunikace a zabezpečuje tak ochranu proti zneužití systému GSM. Bývá součástí HLR. Bloky HLR a AuC mohou být využívány i několika ústřednami MSC. EIR (Equipment Identity Register) - registr mobilních stanic obsahuje databázi identifikačních čísel IMEI mobilních telefonů. Pomocí EIR se tak dá zamezit neoprávněnému používání mobilního telefonu. U některých telefonů se ale dá toto číslo lehce změnit. V současnosti se však vyrábí i telefony s nezměnitelným identifikačním číslem. EIR je těsně propojen s AuC a je pouze jeden v celé síti operátora. EIR má 3 databáze: - White list: obsahuje známá a platná IMEI čísla - Black list: obsahuje IMEI čísla patřící neplatným nebo ukradeným mobilním telefonům. - Grey list: obsahuje IMEI čísla, která je potřeba sítí sledovat
OSS (Operation and Support Subsystem) operační a podpůrný subsystém Operační subsystém má na starosti provoz a údržbu celé sítě GSM. Zajišťuje zároveň záležitosti finančního charakteru (tarifikace účastníků, evidence plateb, apod.) Subsystém NSS se skládá: OMC (Operations and Maintenance Centre) - provozní a servisní centrum řídí provoz a provádí údržbu technického zázemí ostatních subsystémů sítě GSM (NSS a BSS). NMC (Network Management Centre) - centrum managementu sítě zajišťuje dohled sítě, monitoruje alarmy přicházející z jednotlivých BTS a BSC, podílí se na jejich dálkové správě a případné rekonfiguraci. Rovněž je prostředníkem k zajištění opravy případných defektů. ADC (Administrative Centre) - administrativní centrum se podílí se na správě a managementu účastníků sítě GSM. Sleduje registrace, tarifování, placení účtů atd.