Manual Gsm Mass

GLOBAL SYSTEM FOR

MOBILE COMMUNICATIONS A Norma – Descrição da Tecnologia

Nuno Cota

Sistemas de Telecomunicações I

Secção de Sistemas de Telecomunicações

DEEC/ISEL, Outubro 2000

DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA

ELECTRÓ NICA E DAS

COMUNICAÇÕES

Índice

1. Introdução ___________________________________________________1

1.1 Introdução ____________________________________________________1

1.2 Evolução______________________________________________________2

1.3 A Norma GSM _________________________________________________4

1.4 Características do Sistema______________________________________5

2. Canal Rádio __________________________________________________7

2.1 Introdução ____________________________________________________7

2.2 Transmissão Digital ____________________________________________8

2.3 Acesso Múltiplo________________________________________________9

2.4 Problemas da Transmissão ____________________________________10

2.4.1 Atenuação de Percurso ______________________________________________ 11

2.4.2 Desvanecimento ____________________________________________________ 11

2.4.3 Dispersão Temporal _________________________________________________ 14

2.4.4 Alinhamento Temporal _______________________________________________ 15

2.5 Soluções_____________________________________________________15

2.5.1 Codificação de Fala _________________________________________________ 15

2.5.2 Codificação de Canal ________________________________________________ 17

2.5.3 Interleaving ________________________________________________________ 19

2.5.4 Frequency Hopping _________________________________________________ 20

2.5.5 Diversidade de Antenas ______________________________________________ 22

2.5.6 O Equalizador ______________________________________________________ 22

2.5.7 Avanço Temporal ___________________________________________________ 24

Índice

ISEL-DEEC-SST

ii

3. Arquitectura do Sistema______________________________________25

3.1 Introdução ___________________________________________________25

3.2 Mobile Station (MS) ____________________________________________29

3.2.1 Arquitectura ________________________________________________________ 29

3.2.2 Subscriber Identity Module (SIM)_______________________________________ 31

3.2.3 Características da Estação Móvel ______________________________________ 33

3.3 Base Station System (BSS)_____________________________________35

3.3.1 Arquitectura ________________________________________________________ 35

3.3.2 Base Transceiver Station (BTS) _______________________________________ 37

3.3.3 Base Station Controller (BSC) _________________________________________ 40

3.4 Switching System (SS)_________________________________________43

3.4.1 MSC/VLR e GMSC __________________________________________________ 45

3.4.2 Home Location Register (HLR) ________________________________________ 48

3.4.3 Authentication Centre (AuC) __________________________________________ 49

3.4.4 Equipment Identity Register (EIR) ______________________________________ 49

3.5 Interfaces ____________________________________________________50

3.5.1 Interface Abis ______________________________________________________ 50

3.5.2 Interfaces de A a F __________________________________________________ 52

4. Interface Rádio ______________________________________________53

4.1 Introdução ___________________________________________________53

4.2 Serviços _____________________________________________________53

4.3 Espectro Rádio _______________________________________________54

4.4 O Método de Acesso Múltiplo___________________________________55

4.5 Canais Lógicos _______________________________________________58

4.5.1 Canais de Tráfego ___________________________________________________ 58

4.5.2 Canais de Controle___________________________________________________ 59

4.6 Burst ________________________________________________________61

4.7 Organização dos Canais no Tempo______________________________63

4.7.1 Canais Dedicados____________________________________________________ 64

4.7.2 Canais Comuns _____________________________________________________ 68

4.7.3 Restrições __________________________________________________________ 72

4.8 Tramas ______________________________________________________72

5. Numerações e Identificações__________________________________75

5.1 Introdução ___________________________________________________75

Índice


iii

5.2 Identificação dos Assinantes Móveis____________________________75

5.2.1 Composição do IMSI _________________________________________________ 76

5.2.2 Estrutura do TMSI____________________________________________________ 77

5.3 Plano de Numeração para Estações Móveis______________________77

5.3.1 Estrutura do Número ISDN da Estação Móvel (MSISDN) ____________________ 77

5.4 Número de Roaming da Estação Móvel__________________________78

5.5 Identificação das Estações base e Áreas de Localização___________79

5.5.1 Composição da Identificação da Área de Localização_______________________ 79

5.5.2 Identificação Global da Célula __________________________________________ 80

5.5.3 Código de Identificação da Estação Base ________________________________ 80

5.5.4 Identificação da Zona de Assinatura Regional _____________________________ 82

5.5.5 Número de Localização _______________________________________________ 83

5.6 Identificação da Estação Móvel e Versão do Software _____________83

5.6.1 Identificação Internacional do Equipamento da Estação Móvel _______________ 83

6. Sinalização em GSM _________________________________________85

6.1 Introdução ___________________________________________________85

6.2 A Sinalização em GSM_________________________________________85

6.3 Modos de Operação ___________________________________________86

6.4 Medidas de Intensidade de Sinal________________________________88

6.4.1 Modo de Espera ____________________________________________________ 88

6.4.2 Modo Dedicado _____________________________________________________ 88

6.5 Móvel em Modo de Espera _____________________________________92

6.5.1 Selecção de PLMN __________________________________________________ 93

6.6 Selecção e Reselecção de Célula _______________________________96

6.6.1 Critério Rádio ______________________________________________________ 96

6.6.2 Critério de Reselecção _______________________________________________ 97

6.6.3 Algoritmo de Selecção da Célula_______________________________________ 98

6.6.4 Reselecção de Célula________________________________________________ 99

6.6.5 Serviço Limitado ____________________________________________________ 99

6.7 Segurança __________________________________________________100

6.7.1 Triplets ___________________________________________________________ 100

6.8 Actualização de Localização___________________________________102

6.9 Paging______________________________________________________104

6.10 Acesso Aleatório_____________________________________________105

Índice

ISEL-DEEC-SST

iv

6.11 Controle de Acesso __________________________________________105

6.12 Atribuição de Canal Inicial ____________________________________108

6.13 Atribuição do Canal Dedicado _________________________________108

6.14 Handover ___________________________________________________109

6.15 Porquê o Handover? _________________________________________109

6.16 Critérios no Handover ________________________________________110

6.16.1 Procedimentos envolvidos no handover ________________________________ 111

6.16.2 Execução do handover______________________________________________ 113

6.17 Gestão de Chamadas_________________________________________116

6.17.1 Chamada Originada no Móvel ________________________________________ 117

6.17.2 Chamada Terminada no Móvel _______________________________________ 118

Acrónimos____________________________________________________121

Bibliografia ___________________________________________________125

Capítulo

1 Introdução

1.1 Introdução

O crescimento dos sistemas de comunicações móveis é um dos maiores fenómenos

registados nas aplicações de telecomunicações nestes últimos anos. A possibilidade de se

efectuar e receber chamadas a partir de um terminal móvel sem fios, qualquer que seja a

localização, é uma das grandes atracções oferecidas aos consumidores.

A oportunidade de negócio está longe de estar esgotada, pois basta imaginarmos que

cada cidadão, e não cada casa, pode ser um potencial assinante móvel, incluindo as camadas

etárias mais jovens. Não admira pois que o crescimento do mercado das comunicações

móveis tende a superar qualquer um dos outros mercados das telecomunicações. As

comunicações móveis introduziram diversos conceitos nas telecomunicações, por exemplo,

um número de telefone deixou de estar associado a um local, como acontece com a rede fixa,

para estar associado a uma pessoa, qualquer que seja o local onde esta se encontre.

O sistema GSM é pois um exemplo de sucesso, onde a explosão da oferta e da

procura originaram taxas de penetração que não têm equivalência na história das

telecomunicações. Para isso contribuíram diversos factores, dos quais não está alheio o facto

deste sistema ser resultado de uma concertação de esforços entre entidades nacionais,

europeias e os fabricantes, de forma a criar uma norma robusta mas flexível, de acordo com as

necessidades locais, mas com grandes potencialidades.

Este texto pretende apenas servir de auxiliar de estudo aos alunos da disciplina de

Sistemas de Telecomunicações I do curso de Engenharia de Sistemas de Telecomunicações e

da Electrónica do ISEL. O texto foi escrito de forma a focar os pontos considerados principais

da tecnologia GSM em particular, bem como os princípios e características dos sistemas de

comunicações móveis celulares em geral. Pretende-se assim explicar de uma forma clara as

Introdução Capítulo 1

ISEL-DEEC-SST

2

principais características e opções do sistema, consideradas no texto das especificações, das

quais fazem parte mais de 6000 páginas de normas, que nem sempre são de fácil percepção, e

onde não são explicadas as razões de muitas opções tomadas durante o desenvolvimento do

sistema.

1.2 Evolução

A tecnologia das Telecomunicações Móveis não é de alguma forma recente, é um conceito

com cerca de 50 anos. Aparelhos montados em veículos já existem à 40 ou 50 anos, na altura

sistema extremamente dispendiosos e portanto em muito baixo número. Foi a partir dos anos

80 que as telecomunicações móveis começaram a crescer, com a entrada em funcionamento

de diversos sistemas baseados em tecnologias analógicas. Nos anos 90 entraram em

funcionamento as tecnologias digitais, acontecendo então a explosão nesta área que todos

conhecemos.

A capacidade de integração em larga escala alcançada nos anos 70 e o

desenvolvimento dos microprocessadores foi a porta aberta para o crescimento da oferta na

área dos móveis. Apareceram então os sistemas de 1ª Geração, sendo sistemas desenvolvidos

dentro de limites nacionais, ou de fabricantes, estando bastante limitados em termos de

crescimento. O aparecimento das tecnologias celulares foi o ponto de viragem no panorama

das comunicações móveis.

O conceito de células aparece como sendo o de áreas separadas, servidas pelo mesmo

canal rádio. Surge da necessidade de utilização de diversos canais de rádio, assim como da

necessidade de mobilidade do móvel sem perder nunca o sinal rádio, tirando partido da

limitada distância de propagação de ondas de alta frequência. Em vez de aumentar a potencia

de transmissão os sistemas celulares são baseados no conceito de reutilização: a mesma

frequência pode ser reutilizada em diferentes locais, deste que estes estejam a uma distância

mínima entre si. Assim quanto menor for o tamanho das células, maior será o número de

canais que podem ser utilizados simultaneamente na área constituída por diversas células.

Como pode ser observado na Figura 1.1, a área de cobertura das células é

representada de forma hexagonal, o que não corresponde de forma nenhuma à cobertura real

no terreno. A distribuição de frequências pelas diversas células depende do tráfego, mas deve

ter sempre em conta a possível interferência doutra célula com a mesma frequência.

O conceito celular foi introduzido pelos Laboratórios Bell e foi motivo de estudo em

várias partes do mundo durante os anos 70. Nos estados unidos surgiu o primeiro sistema

celular, o AMPS – Advanced Mobile Phone Service, em 1979, sendo depois adoptado pelos

países nórdicos e escandinavos através do sistema NMT – Nordic Mobile Telephone ,

aparecendo depois diversos sistemas deste tipo, representados no Quadro 1.1.



3

f1

f2

f1

f3

f1

f3

f2

f3

f2

f3

f1

f2

Figura 1.1 – Topologia Celular.

Norma Frequência Número de Canais Região

AMPS 900 MHz 832 Américas (1)

TACS 900 MHz 1000 Europa

ETACS 900 MHz 1240 Reino Unido

NMT 450 450 MHz 180 Europa

NMT 900 900 MHz 1999 Europa (1)

C-450 450 MHz 573 Alemanha, Portugal

RTMS 450 MHz 200 Itália

Radiocom 2000 450 MHz 256 França

NTT 900 MHz 600 Japão

JTACS/NTACS 900 MHz 400 Japão (1) O sistema AMPS é também utilizado na Austrália. Os sistemas AMPS, TACS e NMT são utilizados em várias partes de africa e do Sudeste asiático

Quadro 1.1 – Sistemas Celulares Analógicos

Em 1982 os países nórdicos, através da PTT – Nordic Post, Telephone and Telegr aph

apresentaram uma proposta à CEPT – Conférence Européene de Postes et

Télécommunications no sentido de se desenvolver um sistema comum europeu de

telecomunicações móveis na banda dos 900 MHz. Como resultado foi criado um grupo

denominado por Group Spécial Mobile (GSM) que teve o primeiro encontro em Dezembro de

1982 onde estiveram, presentes 31 pessoas de 11 países europeus.

Entre 1982 e 1985 as discussões centraram-se no tipo de tecnologia a utilizar: digital

ou analógica. Em 1985 o GSM decidiu desenvolver um sistema digital. Em 1986 diversos

fabricantes participaram num encontro em Paris onde se pretendia decidir o tipo de acesso

rádio. Foi decidido optar pelo TDMA – Time Division Multiple Access. Em 1990, por pedido

do Reino Unido, foi feita uma adaptação das especificações definidas até então, de forma a

permitir uma interface rádio na banda dos 1800 MHz. Esta variante do GSM foi denominada


ISEL-DEEC-SST

4

de DCS 1800 – Digital Communication System at 1800 MHz . Em 1991 começam a ser

fabricados os primeiros equipamentos GSM, iniciando os principais operadores europeus a

actividade comercial em 1992.

1.3 A Norma GSM

As especificações GSM não impõem requisitos em termos de hardware, mas especifica em

pormenor as funcionalidades e interfaces das diversas entidades envolvidas no sistema. Isto

permite que os fabricantes evoluam em termos de hardware, mas que simultaneamente

permite que os utilizadores e operadores adquiram equipamento de diferentes origens. As

recomendações GSM são constituídas por 12 séries, as quais estão listadas no Quadro 1.2. A

norma foi registada sob a sigla GSM, passando a significar “Global System for Mobile

communications”, com o seguinte logotipo:

Série Conteúdo 01 Generalidades 02 Aspectos do Serviço 03 Aspectos da Rede 04 Interface e protocolos MS-BSS 05 Camada física do percurso rádio 06 Especificação da codificação de voz 07 Adaptador terminal para a MS 08 Interface BSS-MSC 09 Interfuncionamento de redes 10 Interfuncionalidade de serviços 11 Especificações de equipamento e de fabrico 12 Operação e Manutenção

Quadro 1.2 – Recomendações GSM.

No fim dos anos 80 a comunidade GSM não conseguiu terminar as especificações para toda a

gama de serviços e potencialidades a que se tinham proposto, por falta de tempo, pois

existiam muitas pressões para que o sistema começasse a ser comercializado. Assim nasceu a

fase 1 da normalização, constituída por um limitado conjunto de serviços e potencialidades. O

objectivo da fase 2 era terminar todas as potencialidades e características que tinham ficado

pendentes na fase anterior , ver Figura 1.2.

A fase 1 das especificações GSM está encerrada para quaisquer modificações ou

melhoramentos. Os resultados da primeira fase de recomendações serviram não apenas de

plataforma para continuar o desenvolvimento do GSM, mas definiram também uma série de

serviços e características do sistema. A terceira fase de normalização, a fase 2+ pretende

cobrir potencialidades relacionadas com os assinantes, tais como múltiplos números

atribuídos ao mesmo assinante, bem como potencialidades ao nível dos negócios.



5

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

Ideia Normalização Implementação/utilização

Fase 1

Fase 2

Fase 2+

Figura 1.2 – As fases das Especificações GSM

1.4 Características do Sistema

A opção por determinadas características do sistema GSM nem sempre foi fácil, tendo de se

pesar diferentes escolhas e analisar as vantagens e desvantagens de cada opção. Depois de

ficar decidido a opção por uma transmissão digital, houve que decidir também o tipo de

acesso rádio e a largura de banda.

ATRIBUTO GSM 900 DCS 1800

Norma ETSI GSM serie 01 a 12

Frequências utilizadas ( MHz) 890 - 915 935 - 960

1710 - 1785 1805 - 1880

Faixa de frequências disponível (MHz) 25 + 25 75 + 75 Modo de acesso TDMA/FDMA Espaçamento dos canais rádio (KHz) 200 Separação entre canais radio de cada sentido (MHz) 45 95 Número de canais rádio por sentido 124 374

Número de canais de voz por canal rádio Débito total – 8 Débito parcial – 16

Tipo de transmissão Digital Débito do canal rádio (Kbit/s) 270 Tipo de codificação RPE-LTP Modulação GMSK Protecção de canal C/I (dB) 9 Protecção do canal adjacente (dB) 60 Roaming Sim Handover Sim Potência máxima do móvel (W) 8 (+39 dBm) 4 Sensibilidade de recepção do móvel (dBm) -102 100 Raio máximo de células (Km) 30 8 Débito útil máximo por canal do voz (bits/s) 9600 Salto de frequência Sim Cartão de assinante Sim Autenticação Sim Codificação no interface rádio Sim Duração da trama (ms) 4,615 Tráfego ≤1 000 E/Km2

Quadro 1.3 – Atributos do sistema GSM 900 / DCS 1800.

O sistema GSM utiliza como tipo de acesso o TDMA – Time Division Multiple Access, no

qual cada portadora é dividida em oito janelas temporais. A estação móvel recebe e envia na


ISEL-DEEC-SST

6

mesma janela temporal, o que significa que cada portadora suporta oito conversas em

simultâneo. As características do sistema podem ser visualizadas no Quadro 1.3.

Ao compararmos as especificações dos dois sistemas, além do número de canais

disponíveis, a grande diferença reside na potência dos móveis. O sistema GSM permite uma

grande diversidade no tipo de equipamento móvel, podendo a potência deste oscilar entre os

20 W e os 0,8 W. O sistema DCS 1800 foi desenvolvido desde o início com especificações

que prevêem apenas a utilização de equipamento de baixa potência. A sensibilidade de

recepção por parte dos móveis é outra das diferenças entre os sistemas, sendo mais baixa no

DCS 1800, o que não é uma desvantagem, pois esta diferença pode ser sempre compensada

pela estação de base, aumentando a potência de transmissão.

Contudo, o DCS 1800 não pode ser considerado um substituto do sistema GSM 900,

mas sim um complemento àquele sistema. É, como atrás foi referido, um sistema dedicado

aos grandes meios urbanos, e áreas bastante edificadas. Pode ser considerado o meio pelo qual

o sistema celular conquistará os utilizadores nos meios de grande densidade de assinantes e no

interior de edifícios

Capítulo

2 Canal Rádio

2.1 Introdução

Nos sistemas de comunicações móveis, utiliza-se equipamento rádio em vez do tradicional fio

para transferir informação entre o telefone e a rede global de comunicações. Esta diferença na

tecnologia não é trivial, acarretando muitos problemas que terão de ser resolvidos de forma a

se conseguir um sistema fiável, e com qualidade.

Qualquer um de nós que já ouviu uma estação de rádio, quer seja em casa ou no

automóvel, deparou-se com uma série de problemas. Por exemplo se passamos por um túnel,

ou se estamos em casa numa cave, a qualidade de recepção modifica-se bastante. Por vezes

mover um pouco o aparelho, ou a antena já é o suficiente para melhorar consideravelmente a

qualidade de recepção. Este problema é causado pelas zonas de sombra, ou pelo

desvanecimento, sendo um dos muitos problemas a combater num sistema móvel.

Outro dos problemas que já enfrentamos, até na recepção de televisão, é a

interferência ou ruído. Isto acontece sempre que o sinal desejado é fraco, em relação a uma

outra fonte de sinal, ou ruído, acontecendo muitas vezes com as estações de rádio, quer pelo

enfraquecimento do sinal desejado, quer pela aproximação excessiva entre portadoras. Um

sinal interferente pode ser descrito como o sinal não desejado que se sobrepõe ao sinal

desejado.

Como já vimos anteriormente, uma das características dos sistemas celulares é a

reutilização de frequências. Esta característica pode resultar no aparecimento de sinais

interferentes em certas zonas, sob certas condições. A forma de evitar este problema é

efectuar um correcto planeamento de frequências. Este assunto será tratado mais adiante.

Canal Rádio Capítulo 2

ISEL-DEEC-SST

8

Neste capítulo iremos identificar alguns dos maiores problemas que afectam as

comunicações móveis, bem como as soluções encontradas para fazer frente a estes problemas.

Além disto teremos ocasião de estudar os princípios das comunicações digitais.

2.2 Transmissão Digital

A transmissão digital consiste no envio de uma série de símbolos, uns e zeros, de um ponto

para o outro. Para isso é pressuposto que a fonte de informação já seja também ela digital. No

entanto a voz é considerado um sinal analógico, ou seja, é um sinal constituído por uma onda

com uma determinada frequência ou frequências. Por isso há que efectuar uma conversão

entre um sinal analógico e informação digital, a isto é chamada conversão Analógico/Digital

(conversão A/D).

A conversão A/D, Figura 2.1, pode ser conseguida por diversas formas. O método

mais utilizado em telecomunicações para converter sinais de voz em digital é chamado de

PCM – Pulse Code Modulation . Este método envolve principalmente três passos distintos:

• Amostragem;

• Quantificação;

• Codificação.

Conversão A/D

Analógico Digital

Figura 2.1 – Conversão A/D

Os dois primeiros passos mencionados anteriormente foram já objecto de estudo pelos alunos

em disciplinas anteriores sendo a sua descrição dispensável. No entanto o estudo da

codificação, é de alguma forma importante neste âmbito.

Depois de quantificado o sinal, é necessário representar esta quantificação de alguma

forma. Em sistemas digitais esta representação é efectuada utilizando um código binário. De

forma a obter 256 níveis de quantificação são necessários 8 bits de dados. Em GSM são

utilizados 13 bits, obtendo ao todo 8192 níveis de quantificação.

Depois de completo o processo PCM, incluindo uma amostragem a 8 kHz e

codificação a 8 bits, a informação resultará num débito binário de 8000 × 8 = 64 kbit/s. A

ligação digital utilizada para transportar esta informação é chamada de ligação PCM ou PCM

Link. O canal PCM resultante desta ligação terá obviamente uma taxa de transmissão de 64



9

kbit/s, sendo o canal mais baixo na hierarquia PCM, em que cada canal transporta a

informação de voz ou dados de um equipamento telefónico básico.

Para se utilizar as ligações mais eficientemente, normalmente opta-se por multiplexar vários

canais PCM na mesma ligação. Para isso é utilizada a técnica TDM-Time Division

Multiplexing que se traduz pela utilização da ligação durante um certo tempo para cada canal

PCM. Obviamente que daqui resultará uma ligação com um débito binário muito superior. A

Figura 2.2 mostra um exemplo de 32 canais multiplexados em uma ligação PCM que é

chamado de sistema PCM de primeira ordem. O bit rate resultante será de 32 × 8 × 8000 =

2048 kbit/s ou 2 Mbit/s.

Amostr. Quant. Codific.64 kbit/sCanal 0

~


~


~

...

Multiplexer

2048 kbit/s

32 canais

Figura 2.2 – Multiplexagem de 32 canais numa ligação PCM

O resultado da multiplexagem é uma trama com 32 slots em que o slot 0 é utilizado para

sincronização e o slot 16 é utilizado para sinalização, Figura 2.3.

0 1 16 17 3115

Sincronização Sinalização

Canais voz1-15

Canais voz1-15

Figura 2.3 – Trama com PCM 2Mbit/s

2.3 Acesso Múltiplo

O Acesso Múltiplo por Divisão na Frequência – FDMA é utilizado na maior parte dos

sistemas móveis analógicos convencionais. Nestes sistemas, é atribuída uma portadora a cada

canal, tendo o receptor que mudar de frequência quando necessita escutar outro canal. Cada

chamada utiliza uma banda de frequência para transmitir e outra banda para receber, não

podendo mais estas bandas ser utilizadas nessa célula.


ISEL-DEEC-SST

10

Em GSM utiliza-se o TDMA – Time Division Multiple Access, no qual cada

portadora é dividida em janelas temporais, normalmente chamadas de Time Slots . No caso

particular do GSM existem oito time slots em cada portadora. O conjunto de todos os time

slots de uma portadora é chamado de trama TDMA.

Na Figura 6 podemos observar a diferença entre o TDMA e o FDMA. À primeira vista

podemos pensar que existem oito canais por frequência em TDMA, em vez de um canal no

FDMA, no entanto a realidade não é bem assim. É verdade que poderão existir oito chamadas

em simultâneo em cada frequência, mas temos também de olhar para a largura de banda de

cada canal de frequência. Em alguns dos sistemas FDMA convencionais (Ex. NMT, TACS) a

separação entre cada canal de frequência é de 25 KHz.

Em GSM e DCS a separação entre canais de frequência é de 200 KHz. Isto significa

que do ponto de vista de eficiência de espectro rádio, oito canais em GSM utilizando TDMA

é semelhante à utilização de 8 canais de frequência em FDMA. A grande vantagem da

utilização do TDMA é ao nível do planeamento de frequência, requerendo este sistema um

planeamento especial, mas que é vantajoso em relação ao FDMA.

BTS

0 1 2 3 4 5 6 7

frequência 1

BTS

frequência 1

frequência 2

TDMA FDMA

Figura 2.4 – Diferença entre os sistemas TDMA e FDMA

2.4 Problemas da Transmissão

Desde que o sinal é transmitido pelo equipamento rádio até chegar ao destino, é afectado por

diversos fenómenos, resultando daí numerosos problemas, que deverão se superados para que

a recepção seja efectuada com sucesso. Serão identificados nos seguintes pontos os principais

problemas encontrados na transmissão rádio em comunicações móveis.

2.4.1 Atenuação de Percurso

A atenuação de percurso é responsável pelo enfraquecimento sucessivo do sinal à medida que

o receptor se afasta do emissor, sem existirem quaisquer obstáculos entre os dois pontos. Esta



11

atenuação é causada pela dispersão do sinal pelo espaço. Considerando que não existem,

obstáculos entre o emissor e o receptor, a densidade de potência recebida na antena de

recepção é inversamente proporcional ao quadrado da distância d a que se encontra o emissor

e ao quadrado da frequência de trabalho, ou seja:

22 fdLS ∝

( ) ( )KmMHzdBS dfL log20log204,32 ++=

A aproximação anterior só é válida para sistemas móveis em que a distância entre emissor e

receptor é pouca. Existem expressões mais completas para quantificar esta atenuação, que já

têm em conta o facto de não existir um plano de terra ideal, como por exemplo os modelos de

Egli, Okumura ou Hata.

Em comunicações móveis, muito dificilmente se sente este problema, pois antes de

causar estragos na comunicação, a chamada já foi transferida para outra estação base mais

perto.

2.4.2 Desvanecimento

2.4.2.1 Desvanecimento Log -normal

Raras vezes utilizamos o telefone móvel em ambientes abertos, sem quaisquer obstáculos. Na

maioria das situações de utilização de móveis, existem diversos obstáculos entre a estação

base e o móvel, montes, edifícios, árvores, etc, que originam o chamado efeito de sombra,

resultando numa diminuição da potência do sinal recebido. O móvel ao mover-se vai fazer

com que a potência do sinal recebido varie, dependendo do número e do tipo de obstáculos

que existem entre o emissor e o receptor.

Figura 2.5 – Desvanecimento Log-normal

A variação da potência de um sinal é chamada de desvanecimento. Este é um tipo de

desvanecimento. Se o logaritmo da intensidade de sinal medido em diferentes locais, sempre à


ISEL-DEEC-SST

12

mesma distância da estação base, fosse representado em gráfico, a curva resultante tomaria a

forma de uma distribuição normal em volta de um valor médio. Por isso é chamado a este

fenómeno Desvanecimento Log-normal, também denominado por vezes de Desvanecimento

Lento, pois a ocorrência de mínimos é bastante espaçada (1 a 20 metros), Figura 2.5.

2.4.2.2 Desvanecimento Rápido

Em áreas densamente urbanizadas, com grandes densidades de edifícios, a utilização do

telefone móvel pode enfrentar outro problema, o Desvanecimento Rápido ou de Rayleigh.

Como neste tipo de ambientes não existe normalmente linha de vista entre a estação base e o

móvel, a propagação faz-se por reflexões, difracções e dispersões, denominando-se

normalmente por multipercurso.

O campo total recebido pelo móvel é a soma de todas as ondas incidentes, podendo

daí resultar sinais com diferentes amplitudes, dependendo da fase de cada uma das ondas

incidentes. A profundidade dos mínimos e a sua frequência dependem da posição do móvel,

da sua velocidade e da frequência de emissão. Apenas como aproximação, podemos dizer que

a distância entre dois mínimos do desvanecimento de Rayleigh é cerca de metade do

comprimento de onda. Considerando as frequências de trabalho no caso do GSM 900 e do

DCS 1800, a distância média entre mínimos será respectivamente de 17 cm e 8 cm.

Figura 2.6 – Desvanecimento Rápido ou de Rayleight

Para melhor compreendermos o resultado deste fenómeno podemos observar as seguintes

figuras, onde se ilustra a variação do campo recebido ao longo de 10 metros em cada direcção

numa área bastante edificada. Podemos observar claramente a dependência da frequência

entre as duas figuras.



13

10 m

10 m

-20 dB

0 dB

10 m

10 m

-20 dB

0 dB

Figura 2.7 – Campo recebido em função da distância na frequência de 100 e 300 MHz

2.4.2.3 Desvanecimento Total

Nos pontos anteriores vimos ao todo três fenómenos que afectam a propagação, e

consequentemente a potência do sinal recebido. Assim, na globalidade, quando o móvel se

afasta da estação base a potência do sinal irá sofrer uma variação que corresponderá à soma

dos três fenómenos, Figura 2.8. À medida que o receptor se afasta, a potência média do sinal

irá diminuir gradualmente devido à atenuação de percurso, mas simultaneamente o sinal sofre

variações lentas, devido ao desvanecimento log-normal, e variações rápidas, devido ao

desvanecimento provocado pelo multipercurso.

Frequência : 300 MHz

Frequência : 100 MHz


ISEL-DEEC-SST

14

Atenuação de Percurso

Desvanecimento Rápido

DesvanecimentoLog-Normal

Nívelde

Sinal(dB)

log (distância)

Figura 2.8 – Intensidade de sinal versus distância

2.4.3 Dispersão Temporal

Outro problema com que se deparam as transmissões digitais é a dispersão temporal. Este

problema tem também origens na reflexão de sinais, mas ao contrário dos problemas

existentes com a propagação multipercurso, os objectos que originam a reflexão estão muito

mais afastados do receptor.

A consequência da dispersão temporal é a interferência inter-simbólica, na qual

diferentes símbolos chagam ao receptor sobrepostos, tornando a sua identificação muito

difícil. Na Figura 2.9 é apresentado um exemplo, na qual a estação base envia a sequência

“1” “0”. Se o sinal reflectido chega ao receptor aproximadamente um bit time depois do sinal

directo, irá existir uma sobreposição de símbolos, sendo a diferenciação entre símbolos difícil

de se efectuar. Neste caso o símbolo “1” interfere com o símbolo “0”.

Figura 2.9 – Dispersão Temporal

No GSM 900 e no DCS 1800, a taxa de transmissão através do interface rádio é de 270 Kbit/s,

o que significa que um bit time terá a duração de 3,7 µs, correspondendo a aproximadamente



15

1,1 Km. Se existir um obstáculo situado a 1 Km para lá do receptor, significa que o sinal

reflectido terá mais 2 Km de percurso que o sinal directo. Assim, o símbolo reflectido irá

sobrepor-se a outro símbolo transmitido 2 símbolos depois. Este problema é bastante

complicado, tendo contudo uma fácil solução, como iremos observar mais adiante.

2.4.4 Alinhamento Temporal

O facto de um sistema utilizar o acesso múltiplo TDMA significa que cada móvel terá o seu

time slot para emitir, permanecendo inactivo até voltar a aparecer esse mesmo time slot . Caso

contrário, qualquer emissão fora do time slot irá interferir com outras possíveis conversações.

Quando existem grandes disparidades de distâncias entre móveis, por exemplo um

está a 200m e outro a 25 Km, poderão surgir problemas. Imaginemos que o móvel afastado

utiliza o slot 6, enquanto o móvel que está localizado perto da base utiliza o slot 7 . Devido ao

atraso na propagação, a informação ao chegar à estação base, irá sobrepor-se à informação

que o móvel que está perto enviou, tornando-se impossível manter estas duas chamadas. Este

é outro dos problemas que tem solução relativamente fácil.

2.5 Soluções

Nos seguintes pontos iremos analisar algumas das soluções encontradas para os problemas

vistos anteriormente. Estas soluções incluem desde a codificação de voz até à transmissão.

2.5.1 Codificação de Fala

Como vimos anteriormente, a técnica de codificação PCM produz um ritmo de 64 Kbit/s por

cada canal de voz. Ora se juntarmos 8 canais de voz, teremos um débito necessário de 512

Kbit/s, fora os bits necessários para garantir uma protecção da transmissão. Este é um ritmo

incomportável para o interface rádio GSM, pelo que tem que se recorrer a técnicas de

codificação de fala para reduzir bastante o débito binário. Como não se pode enviar a

informação respeitante à fala, teremos de enviar os parâmetros que a constituem. No processo

de codificação adoptado no GSM é feita primeiro uma conversão A/D a 13 bits, sendo

posteriormente o resultado dividido em blocos de 20 ms.

Como sabemos como é criada a fala, desde o diafragma passando pelos pulmões até à

zona vocal, onde se incluem as cordas vocais e a língua, podemos criar um modelo

paramétrico da fala, Figura 2.10.


ISEL-DEEC-SST

16

Sequência de excitação

"Filtro"

Fala

Figura 2.10 – Processo de fala humano

A fala é constituída por sons vozeados e não vozeados. Sons vozeados são aqueles produzidos

pela vibração das cordas vocais, as vogais por exemplo. Nos sons não vozeados não existe

vibração das cordas vocais, as consoantes. Os sons vozeados podem ser reproduzidos

aplicando um filtro com as características das cordas vocais a uma sequência de pulsos,

enquanto nos sons não vozeados a excitação pode ser feita por um gerador de ruídos. Como as

características da fala não variam muito rapidamente, os parâmetros do filtro podem

considerar-se aproximadamente constantes durante 20 ms.

O que se pretende do lado do emissor é criar um modelo do filtro H que deverá ter

características inversas semelhantes ao do filtro utilizado para criar a fala, como se pode ver

na Figura 2.11. Estes parâmetros são calculados adaptativamente de forma a termos à saída

do filtro H um sinal que deverá aproximar-se tanto quanto possível de ruído branco com

características gaussianas. Simultaneamente é calculada a frequência das cordas vocais.

H (= 1/"Filtro")

1/H

Voz

"Voz"

Sequência deexcitação

Parâmetros dofiltro

Figura 2.11 – O modelo de transmissão da voz



17

Finalmente o que se irá transmitir é a informação respeitante aos parâmetros do filtro H e as

características da sequência de excitação presente à saída do filtro H. Consegue-se assim uma

boa qualidade de voz com um baixo débito binário. O codificador de voz utilizado no GSM

tem um débito binário de 13 Kbit/s.

2.5.2 Codificação de Canal

Em comunicações digitais, a qualidade de recepção é geralmente expressa em função da

quantidade de bits correctos do total recebido. A esta definição é chamada normalmente de

BER – Bit Error Rate. O BER define a percentagem de bits do total recebido que foram

detectados como errados. Esta percentagem deve ser tão pequena quanto possível, sendo

infelizmente impossível manter-se zero, principalmente devido ao ambiente em que se

encontra inserida a comunicação e devido a este estar constantemente a alterar-se. Isto

significa que deve ser permitido existir uma determinada taxa de erros e ao mesmo tempo

existir possibilidade de corrigi-los, ou pelo menos detectar de forma a que os bits errados não

sejam interpretados como informação correcta. Isto é ainda mais importante quando se trata

de transmissão de dados, sendo na transmissão de voz a taxa de erros aceitável mais elevada.

Para permitir a detecção e correcção de erros ocorridos na transmissão é utilizada

normalmente uma Codificação de Canal. A codificação de canal fará com que os bits de

informação sejam distribuídos por mais bits do que existiam à partida, resultando daí alguma

redundância. Passam a ser necessários mais bits, mas a segurança com que se transmite esta

informação aumenta substancialmente. Os códigos de correcção de erros podem dividir-se em

duas categorias:

− Códigos de bloco;

− Códigos convolucionais.

Na codificação de bloco, um número de bits de verificação é adicionado aos bits de

informação. Os bits de verificação são dependentes dos bits de informação enviados no bloco

de mensagem.

Codificador de BlocoBloco Mensagem Bloco Codificado

Info Info Check

Figura 2.12 – Codificação de Bloco

Na codificação convolucional, o bloco de bits gerados pelo codificador é dependente dos bits

do bloco corrente, bem como dos blocos anteriores, funcionando o codificador como uma

máquina de estados. No codificador utilizado em GSM por cada bit nma entrada resultam dois

na saída, pelo que a taxa é de 1:2.


ISEL-DEEC-SST

18

Codificador ConvolucionalBloco Mensagem Sequência de saída

Info Info informaçãocodificada

Figura 2.13 – Codificação Convolucional

Os códigos de bloco são normalmente utilizada em sistemas que utilizam sinalização

orientada ao bloco e que permitem efectuar repetição de transmissão. É um código

normalmente orientado para a detecção de erros. Os códigos convolucionais estão

normalmente associados à correcção de erros, e é utilizado normalmente onde não é possível

a retransmissão de informação, devido ao atraso que esta iria provocar.

Na norma GSM é considerada tanto a codificação de bloco como a codificação

convolucional. Primeiro alguns dos bits de informação são codificados em bloco, resultando

num bloco de informação e outro de paridade. Em seguida estes bits e outros de informação

sofrem uma codificação convolucional. O objectivo do processo é tentar corrigir os erros na

recepção através da codificação convolucional. Caso se continue a detectar erros com o

código de bloco, esta informação é desprezada.

50 bits muito importantes Codificador deBloco

132 bits importantes

CodificadorConvolucional

78 bits menos importantes

456bits

Figura 2.14 – Codificação de canal

Antes de continuarmos na descrição do processo de codificação, convém lembrar que a

informação respeitante à fala é dividida em segmentos de 20 ms. Estes segmentos são então

digitalizados e sujeitos à codificação de fala. O codificador de fala debita 260 bits por cada

segmento de 20 ms de fala, sendo estes 260 bits divididos em:

− 50 bits muito importantes

− 132 bits importantes e

− 78 bits menos importantes

Aos primeiros 50 bits são adicionados 3 bits de paridade ( codificação de bloco). Estes 53 bits

mais os 132 bits importantes e 4 bits tail são codificados convolucionalmente resultando em

378 bits (1:2). Os restantes 78 bits não são protegidos.



19

2.5.3 Interleaving

Infelizmente os erros ocorrem com mais frequência do que o desejado. Podem ser causados

pelo desvanecimento, afectando vários bits consecutivos, o que traz problemas, pois a

codificação de canal consegue detectar ou corrigir apenas poucos bits errados numa

mensagem. Para isso é utilizada a técnica do interleaving.

O interleaving tem como objectivo efectuar a descorrelação nas posições relativas dos

bits nas palavras de código e nos bursts já modulados. Podemos dividir as razões da utilização

deste sistemas em dois pontos. O primeiro tem haver com o facto de os erros tenderem a

ocorrer mais consecutivamente do que unicamente. Isto é verdade no interior de um burst e

resulta quer dos erros estatísticos na transmissão rádio, quer da interferência entre símbolos

introduzida pela modulação. O segundo ponto acontece por ser mais dificil efectuar códigos

eficientes quando alguns bits adjacentes estão errados, o que significa que uma melhor

performance pode ser conseguida quando os erros são aleatórios.

A técnica de interleaving consiste em separar b bits duma palavra de código em n

bursts de forma a alterar as relações de proximidade entre bits. Quanto maior for o valor de n,

melhor é a performance da transmissão. Por outro lado quanto maior for o valor de n, mais

longo será o atraso na transmissão. Este compromisso deve ser considerado, e depende da

utilização do canal.

Numa transmissão normal em GSM o processo passa-se do seguinte modo: Os blocos

de voz em débito total são intercalados em 8 blocos, ou seja, os 456 bits de um bloco são

separados em 8 grupos de 57 bits, Figura 2.15.

8 blocos

1917|||||||

449

210||||||||

450

311||||||||

451

412||||||||

452

513||||||||

453

614||||||||

454

715||||||||

455

57bits

816||||||||

456

Figura 2.15 – Interleaving de um segmento de 20 ms de voz

Cada burst de dados no interface rádio GSM tem capacidade para 114 bits de informação,

portanto dois blocos de 57 bits. No entanto, em caso de perca do burst , perdemos 25 % de um

bloco de voz, um valor demasiado elevado para que o codificador de canal consiga recuperar.

A solução é enviar no mesmo burst contribuições de dois blocos de voz distintos, baixando a


ISEL-DEEC-SST

20

percentagem de perca para 12,5%, um valor já razoável, apesar de aumentarmos o atraso total

para transmitir um bloco de voz. Com esta solução, utilizamos dois níveis de interleaving na

transmissão. Na seguinte figura, podemos observar como são transmitidos quatro segmentos

de 20 ms de voz.

AA

AB A

B AB AB A

C BC BC B

C BD CD C

D C

20 ms voz456 bits

20 ms voz456 bits

20 ms voz456 bits

20 ms voz456 bits

A B DC

Figura 2.16 – Transmissão de Blocos de Informação

2.5.4 Frequency Hopping

Esta técnica pode ser designada em português por salto de frequências, sendo no entanto uma

nomenclatura pouco utilizada, pelo que utilizaremos a nomenclatura anglo-saxónica. A

técnica de frequency hopping consiste na alteração da frequência utilizada por um canal em

intervalos regulares. Esta técnica está dividida em dois tipos, a Fast Frequency Hopping

(rápida) e a Slow Frequency Hopping (lenta). O interface rádio do sistema GSM utiliza Slow

Frequency Hopping, pois a frequência mantêm-se a mesmo ao longo da transmissão de todo o

burst . Na Figura 2.17 podemos observar um exemplo dum diagrama tempo-frequência para

um canal de frequency hopping. A técnica foi adoptada por este sistema, devido a duas razões,

a diversidade de frequências e a diversidade de interferências.



21

Tempo

Frequência

Figura 2.17 - Slow Frequency Hopping no domínio do tempo-frequência

A primeira da razões é a diversidade de frequências (frequency diversity). Na cadeia de

transmissão são introduzidos códigos de correcção de erros, baseados em redundância: os

dados são processados em redundância, de tal forma que os dados originais possam ser

reconstruídos, mesmo com um certo número de erros. Esta redundância é espalhada sobre

vários bursts . A slow frequency hopping garante por isso que a informação é enviada em

várias frequências, aperfeiçoando assim a performance de transmissão. Quando o móvel

move-se a grande velocidade, a diferença entre as suas posições durante a recepção de dois

bursts sucessivos do mesmo canal é suficiente para descorrelacionar as variações do fading de

Rayleigh no sinal. Neste caso, a técnica do slow frequency hopping não traz grande melhorias,

mas também não prejudica a transmissão. No entanto, quando o móvel está estacionário ou

move-se a pouca velocidade, a técnica permite que a transmissão chegue a um nível de

performance de altas velocidades. O ganho foi avaliado para ser por volta dos 6,5 dB. Esta

vantagem é de grande importância num sistema como o DCS 1800, onde a se utiliza quase

exclusivamente portáteis.

A segunda vantagem é a diversidade de interferências (interference diversity), uma

propriedade associada ao CDMA (Code Division Multiple Access). Em zonas de grande

tráfico a capacidade de um sistema celular é limitado pelas sua próprias interferências

causadas pela reutilização de frequências . A razão de interferência relativa (C/I) pode variar

bastante entre chamadas. O nível da portadora (C) altera-se com a posição do móvel

relativamente à BTS, com uma quantidade de obstáculos entre eles, distância, etc.. O nível de

interferência (I) altera-se dependendo se a frequência está sendo utilizada por outra chamada

em alguma célula perto, e também varia de acordo com a distância em relação à origem da

interferência, o seu nível, etc.

Como o objectivo do sistema é normalmente satisfazer o maior número possível de

utilizadores, a sua capacidade é calculada com base numa dada proporção de chamadas

sujeitas a um decréscimo da qualidade devido a interferências. Se considerar-mos um sistema


ISEL-DEEC-SST

22

onde o nível de interferência perceptível pela chamada significa o nível de interferência

causado por muitas outras chamadas, então, quanto maior for esse número de interferências,

melhor é o sistema. É assim que opera a diversidade de interferências.

2.5.5 Diversidade de Antenas

No ponto anterior, vimos uma forma de conseguir alguma diversidade de frequência, de

forma a aumentarmos a probalidade de recepção de um burst . Outra forma de conseguir

diversidade consiste na utilização de dois canais de recepção, incluindo as antenas. As antenas

são colocadas a uma distância de forma a serem independentemente influenciadas pelo

desvanecimento de Rayleight e a que a probalidade de ambas serem afectadas por um mínimo

simultaneamente ser baixa.

Escolhendo a cada instante o melhor dos dois sinais recebidos, o impacto do

desvanecimento pode ser reduzido bastante. A distância entre as antenas deve ser escolhida

de forma a que a correlação entre os dois sinais seja mínima. A 900 MHz podemos conseguir

um ganho de 3 dB com uma distância de cinco a seis metros entre antenas. Para 1800 MHz

obviamente esta distância diminuirá substancialmente.

1 2 21

tempo

Pot.Sinal

Figura 2.18 – Diversidade de Antenas

2.5.6 O Equalizador

Como já foi referido anteriormente, as reflexões com origem em objectos a alguma distância

do receptor causa Interferência Inter Simbólica. Os bits são espalhados pelo tempo,

sobrepondo-se uns aos outros, sendo difícil para o receptor perceber qual o símbolo correcto.

Este fenómeno acontece não só nas comunicações móveis, e não só em comunicações, mas

sim em todo o tipo de telecomunicações. Sejam fibras ópticas, cabos coaxiais, feixes

hertzianos ou qualquer outro tipo de canal este problema existirá sempre que não exista

adaptação e conhecimento do canal por parte do receptor. Para que a recepção seja correcta

terá de existir um modelo do canal, adaptando-se então os filtros e todo o receptor a este

canal. Em comunicações móveis isto ainda é mais difícil acontecer, pois as características do

canal alteram-se constantemente.



23

A solução adoptada é o equalizador de Viterbi, que cria um modelo matemático do canal de

comunicação que é neste caso o interface rádio, Figura 2.19. Em GSM os dados são

transmitidos em bursts colocados numa janela temporal de aproximadamente 577 µs. No

meio de cada burst é incluída uma sequência de bits, com um padrão conhecido, denominada

por sequência de treino. Comparando a sequência conhecida num correlador com a sequência

de treino recebida é possível ao equalizador criar um modelo do canal. O canal é considerado

constante durante a transmissão de um burst .

Criado o modelo do canal, há que “passar” um burst por este modelo. Deste burst já

sabemos qual a sequência de treino, pelo que necessitamos descobrir quais os dados

transmitidos. Depois de comparada a saída do modelo com o burst recebido, é calculada uma

possível sequência de dados para minimizar esta diferença. Esta sequência volta a ser

introduzida no modelo para verificação. O processo é repetido até que a diferença seja

mínima. Obviamente que seria irrealistico experimentar todos os padrões possíveis para os

dados. Assim o complexo algoritmo de Viterbi permite rapidamente efectuar uma escolha do

padrão a experimentar.

Dados DadosS'

Modelodo Canal

Correlador

? ?S

diferença

Escolher"? "

de forma aminimizardiferença

Viterbi

Figura 2.19 – Equalizador Viterbi

As especificações GSM consideram um equalizador que deverá ser capaz de lidar com sinais

reflectidos atrasados até quatro bit times, correspondendo a cerca de 15 µs ou uma diferença

de percurso entre o sinal reflectido e o directo de 4,5 Km. Além disso o sinal reflectido é

também afectado pelo desvanecimento rápido. Contudo o desvanecimento deste sinal é

independente do sinal chegado directamente, podendo este facto ser utilizado pelo equalizador

para melhorar o desempenho. Desde que o sinal reflectido não chegue atrasado mais do que

15 µs, todos os raios recebidos aumentam a energia total e melhoram a qualidade de recepção.

2.5.7 Avanço Temporal

O método de multiplexagem por divisão no tempo utilizado no percurso rádio do GSM obriga

a que a BTS tem que receber os sinais chegados de diferentes estações móveis muito perto uns


ISEL-DEEC-SST

24

dos outros. De forma a alcançar este objectivo, ultrapassar o atraso na propagação desde a

BTS até ao móvel, e tendo em conta que os tempos de guarda entre bursts escolhidos são

muito pequenos por causa da eficiência do espectro, é necessário um mecanismo para

compensar este atraso de propagação. Para permitir isto, a estação móvel adianta o momento

da transmissão relativamente à sua escala básica, a qual é devida à recepção dos bursts, um

tempo indicado pela infra-estrutura, o avanço temporal.

O avanço temporal pode tomar valores de 0 a 233 µs, o qual é suficiente para cobrir

distâncias até um máximo de 35 Km sem qualquer outro sistema especial, e considerando a

velocidade da luz. Este limite vem de considerações relacionadas com a codificação (o avanço

temporal é codificado em 64 bits, com um bit período como unidade, daí 233 µs), mas

existem outras limitações importantes.

Capítulo

3 Arquitectura do

Sistema

3.1 Introdução

A arquitectura do sistema, foi desenhada de forma a minimizar a complexidade das estações

base de transmissão, para em caso de alterações topológicas, como a criação ou sectorização

de células, o custo seja o menor possível. Outro conceito importante em conta no desenho, foi

a gestão e manutenção centralizada da rede bem como a interligação a outras redes,

particularmente à rede fixa. Esta arquitectura pode ser observada na Figura 3.1.

MobileStation

Mobileservice

SwitchingCentre

PSTNand

ISDN

OutraMSC/VLR

Data CommunicationNetwork

OMC

BaseTransceiver

Station

BaseStation

Controler

BSS

SS7

tráfego+ SS7

SS7

tráfego+ SS7

Air Interface A Interface

A bisInterface

X.25 HomeLocationRegister

VisitorLocationRegister

Figura 3.1 - Arquitectura de um sistema Celular

Arquitectura do Sistema Capítulo 3

ISEL-DEEC-SST

26

No extremo do sistema temos a estação móvel ou MS (Mobile Station), que para além da

parte de rádio e funções de processamento para acesso à rede através do interface rádio, deve

incorporar o interface para com o homem (microfone, auscultador, visor, teclado, ...) e ou o

interface para interligação com equipamento terminal (computador pessoal ou fax). Outro

aspecto significativo da arquitectura da estação móvel, é o módulo do assinante, onde está

envolvido mais que uma simples identificação. O SIM (Subscriber Identity Module) é

essencialmente um cartão inteligente contendo toda o informação relativa ao assinante e

alguma informação do sistema.

Responsável pelo estabelecimento da ligação entre a estação móvel e o NSS

(Networking Switching System), o subsistema estação de base, ou BSS (Base Station Sub-

sistem), agrupa as infra-estruturas de máquinas que são específicas aos aspectos rádio

celulares. O BSS encontra-se em contacto directo com as estações base, através do interface

rádio, incluindo portanto o equipamento responsável pela transmissão e recepção do percurso

rádio e sua gestão. Necessitando de controle, o BSS encontra-se também em contacto com o

OMC (Operation and Maintenance Centre) através duma rede de comunicação de dados a

funcionar sobre X.25. Os equipamentos abrangidos por este subsistema são:

• BTS - Base Transceiver Station. A BTS compreende os dispositivos de

transmissão e recepção de rádio, incluindo as antenas, bem como o processamento de

sinal específico do interface rádio.

• BSC - Base Station Controller. O BSC é responsável por toda a gestão do interface

rádio, através do comando remoto da BTS e da MS, e principalmente da atribuição de

canais de rádio bem como o controle de handover. Está ligada por um lado ao SS, e

por outro a várias BTS’s .

Outro subsistema é o SS (Switching System), que inclui as principais funções de comutação

do DCS, bem como as bases de dadas necessárias para os assinantes e para a gestão da

mobilidade.

Dentro do subsistema NSS, as funções de comutação básicas são executadas pelo

MSC (Mobile Switching Centre), que tem como principal papel o da coordenação e

estabelecimento de chamadas de e para os assinantes do sistema. O MSC tem ligações com os

BSS’s, com as redes externas, com o OMC e com as bases de dados.

Três importantes bases de dados do sistema armazenam informação sobre os

assinantes e equipamento. O HLR (Home Location Register), guarda a informação sobre

níveis de assinaturas, serviços suplementares e a posição actual, ou mais recente, dos

assinantes da própria rede. Associada a cada MSC existe um VLR (Visitors Location



27

Register), que conserva informação sobre níveis de assinantes, serviços suplementares e a

posição actual dos assinantes “visitantes” dessa área. Outra base de dados é o AuC

(Authentication Center), que contêm toda a informação adequada para evitar as intromissões

no interface rádio e a utilização indevida do equipamento.

Quanto ao sistema de operação e gestão OSS (Operation and Suport System), este

desempenha diversas tarefas, requerendo todas interacção com as infra-estruturas, tal como

com a BSS ou o NSS. As principais funções do OSS são:

• Operação e manutenção das máquinas da rede. Responsável por este

serviço está uma máquina a que se dá o nome de OMC (Operation and

Maintenance Centre), e que é considerada a interface entre o homem e a

rede, permitindo a este efectuar operações de manutenção, assim como fazer

a gestão de todas as máquinas do sistema.

• Gestão das assinaturas, taxação e contabilização. Normalmente é uma

máquina independente que se ocupa destas tarefas. Com ligação ao HLR para

consulta e actualização de dados referentes aos assinantes, assim como

também para taxação. Este aspecto, de taxação e contabilização, é um assunto

para o qual não existem especificações dedicadas nas recomendações do

sistema, sendo assim um processo livre. No entanto tem-se verificado uma

convergência de princípios aplicados para uma mais fácil interligação de

redes e uniformização neste aspecto a nível internacional.

• Gestão do equipamento móvel. Parte desta tarefa é realizada na operação

de rede pelas máquinas da infra-estrutura. Contudo, existe uma máquina,

identificada como sendo EIR (Equipment Identity Register), responsável

pelo armazenamento dos dados relativos ao equipamento móvel. Um

exemplo da necessidade da gestão do equipamento móvel é o de procurar

MS’s roubadas ou com funcionamento estranho.

Na Figura 3.2 podemos observar um exemplo de um sistema móvel, onde são

apresentadas as diversas entidades envolvidas no sistema, bem como as ligações entre elas.


ISEL-DEEC-SST

28

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BTS

BS

CB

TSB

TSB

SC

BTS

BTS

BS

C

BS

CB

SC

BS

C

BTS

MS

C

HLR

AuC

EIR

VLR

OM

C

MS

CV

LRM

SC

VLR

AuC

HLR

OM

C

EIR

VLR

MS

C

HLR

EIR

AuC

OM

C

PS

TN

Sw

itch

ing

Sys

tem

Bas

e S

tati

onS

yste

m

MS

MS

MS

MS

MS

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MS

MS

MS

=

Mob

ile S

tatio

nB

TS =

Bas

e Tr

ansc

eive

r Sta

tion

BS

C =

Bas

e S

tatio

n C

ontro

ller

MS

C =

Mob

ile S

witc

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Cen

ter

OM

C=

Ope

ratio

n an

d M

aint

enan

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LR =

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iste

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LR =

Hom

e Lo

catio

n R

egis

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EIR

=

Equ

ipm

ent I

dent

ifica

tion

Reg

iste

rA

uC =

Aut

hent

icat

ion

Cen

ter

= Tr

áfeg

o e

Sin

aliz

ação

= S

inal

izaç

ão N

º 7

= Li

gaçã

o X

.25

Figura 3.2 – Exemplo de Arquitectura de um sistema móvel



29

3.2 Mobile Station (MS)

O desenvolvimento das Estações Móveis para GSM e consequentemente para DCS tem-se

traduzido num verdadeiro desafio para a indústria das comunicações, tendo estas que

compatibilizar a crescente exigência de capacidade de processamento, com o, cada vez

menor, tamanho e custo dos móveis. O meio para este desenvolvimento tem sido conseguido

pela convergência das normas envolventes e da tecnologia.

Diferentes tipos de estações móveis têm diferentes potências de emissão e diferentes

alcances. Um móvel portátil tem uma potência de emissão mais baixa, e consequentemente

menos raio de acção, do que um móvel instalado num veículo. Existem cinco classes de

potência de emissão de móveis, de acordo com a norma GSM. Estas classes são apresentadas

no seguinte quadro:

Máxima Potência de Emissão Classe

GSM 900 DCS 1800 1 Indefinida 1 Watt 2 8 Watts 0,25 Watts 3 5 Watts 4 Watts 4 2 Watts Indefinido 5 0,8 Watts Indefinido

Quadro 3.1 – Classes de Potência de Emissão.

3.2.1 Arquitectura

Servindo simultaneamente de terminal ao utilizador e estabelecimento de ligação via rádio

com o sistema, a MS constitui um exemplo da combinação das técnicas de informação e

electrónica. Para o desenvolvimento dos terminais GSM houve que ter em conta também as

características de radiação da antena tal como a compatibilidade electromagnética em relação

ao funcionamento simultâneo com outros sistemas. Estes conceitos obrigaram à utilização do

mais moderno que há em integração de circuitos electrónicos e processamento digital de

sinais, combinados com a cada vez mais optimizada utilização dos processadores. Conceito

não menos importante é a alimentação, tal como baterias ou cargas, que embora tenham

conhecido uma evolução nos últimos tempos, esta não tem acompanhado a evolução do

restante sistema.


ISEL-DEEC-SST

30

Módulo banda-baseASIC4 ASIC5 ASIC6 ASIC7

Chanelcoder ADCDCS

vocoder

Demodulator

Módulo RádioASIC3GMSK

modulator

ASIC2ASIC1Up

converterPower

Amplifier

Downconverter

Filtering

Antenna

MicroprocessorROMRAMASIC8Synthesizer

battery

interfacefunctions

display

subscriberidentitymodule

keypad

buzzer

Módulo Sintetizador Módulo de Control

Ear

piec

eM

icro

phon

e

Figura 3.3 - Diagrama de blocos de uma MS

A arquitectura das MS’s para GSM tem como base sempre os Processadores Digitais de

Sinal, o seu desenvolvimento guiou-se pelos três critérios essenciais de optimização, sendo

estes:

Custos de fabrico

Autonomia

Dimensões e peso do equipamento

O diagrama de blocos apresentado na Figura 3.3, representa apenas um exemplo da

arquitectura da MS. Assim, a MS incorporará sempre três subsistemas principais:

Subsistema Rádio. Este subsistema tem como funções a filtragem e amplificação

do sinal captado pela antena, na recepção, e a geração, modulação e amplificação

do sinal a ser transmitido, na transmissão.

Subsistema Processador de Sinal Banda -base. Este subsistema engloba toda a

interface acústica (microfone, auscultador e altifalante), o processamento digital

do sinal ( codificação da voz, codificação/descodificação do canal) e a

desmodulação do sinal recebido.



31

Subsistema de Controle. Este módulo é responsável pelo controle dos subsistemas

anteriores, rádio e processador de sinal banda-base, e pela gestão das interfaces

externas, tendo portanto o controle de todo o terminal.

3.2.2 Subscriber Identity Module (SIM)

O Subscriber Identity Module – SIM é considerado por vezes uma entidade integrante do

Sistema Móvel. Com excepção das chamadas de emergência, o móvel só pode operar quando

estiver presente um SIM válido. O móvel deve conter funções de segurança que permitam

efectuar a autenticação do assinante, ou seja, uma chave secreta de autenticação e um

algoritmo de encriptação. O SIM guarda três tipos de dados:

− Dados fixos, gravados antes de ser efectuada a assinatura. Por exemplo, a chave

de autenticação do assinante (Ki) e algoritmos de segurança.

− Dados temporários da rede. Por exemplo, o código de identificação da área de

localização, o TMSI e as redes onde o acesso é negado.

− Dados relacionados com o serviço. Por exemplo, o idioma por defeito e

informações relacionadas com custos de chamadas e serviços.

O módulo SIM é suportado por um cartão que deve ser colocado no móvel. Este cartão segue

as normas ISO para o efeito. Existem dois tipos de cartões fisicamente diferentes. O tipo ID-1

que é do tamanho de um cartão de crédito comum e o tipo Plug-in que é normalmente retirado

do cartão anterior, sendo muito mais pequeno do que o do tipo ID-1 e é colocado dentro do

móvel, conforme mostra a Figura 3.4. Os interfaces lógico e físico com os dois tipos de

carões são idênticos em ambos os tipos de cartões.

SIM

Figura 3.4 – Cartão SIM tipo ID-1 e Plug-in

GLOBAL SYSTEM FOR


ISEL-DEEC-SST

32

A norma GSM define uma série de aspectos relacionados com segurança que devem ser

suportados pelo SIM. Estes aspectos são:

− Algoritmo de autenticação A3;

− Chave de autenticação do assinante Ki;

− Algoritmo para gerar a chave de encriptação A8;

− Chave de encriptação Kc;

− Controle de acesso aos dados armazenados e funções executadas no SIM;

Como já foi referido anteriormente o SIM contêm uma série de dados necessários para o

correcto funcionamento do móvel. Esta informação pode ser relacionada com o assinante

móvel, com serviços GSM e relacionada com a PLMN. Os requisitos para o armazenamento

de informação são divididos em dois tipos, de acordo com a norma GSM, obrigatório e

opcional.

Os dados que a norma impõe que sejam guardados no SIM são:

− Informação administrativa: descreve o modo de operação do SIM;

− Identificação do CI do cartão: identificação única de cada SIM e do seu

emissor;

− Tabela de serviços do SIM: Indica quais os serviços opcionais

implementados no SIM;

− Identificação Internacional do Assinante móvel (IMSI);

− Informação de localização: inclui a identificação temporária do

assinante (TMSI), a informação da área de localização, o valor corrente

da periodicidade de actualização periódica de localização e o estado da

actualização de localização;

− Número de sequência da chave de encriptação e a própria chave de

encriptação(Kc);

− Informação relativa aos canais BCCH: lis ta de portadoras de

frequências utilizadas na selecção de célula;

− Classe(s) de controle de acesso;

− PLMN’s esquecidas;

− Período de procura da HPLMN;

− Idioma preferido do assinante;

A informação relacionada com a localização, a chave de encriptação e o número de sequência

da chave de encriptação devem ser sempre actualizadas após terminar a chamada e quando o

móvel é correctamente desactivado.



33

Além da informação anterior o SIM deve também guardar a seguinte informação relacionada

com os aspectos de segurança:

− Número de Identificação Pessoal (PIN);

− Indicador se PIN activo ou desactivo;

− Contador de erros de introdução do PIN;

− A chave para desbloquear o PIN (PUK);

− Contador de erros de PUK;

− Chave de autenticação do assinante, Ki;

Todos os dados relacionados com o assinante, tais como o PIN e o PUK, que tenham sido

transferidos para o móvel durante a operação devem ser removidos após o SIM ter sido

retirado ou o móvel ter sido desactivado.

3.2.3 Características da Estação Móvel

As características ou capacidades do equipamento móvel fazem parte do sistema GSM, pois

permite tirar partido ou não das capacidades do sistema. Existem três tipos de características:

básicas, suplementares e adicionais.

As capacidades ou características básicas estão directamente relacionadas com a

operação dos serviços básicos de telecomunicações. As capacidades básicas podem ser

obrigatória (M) ou opcionalmente (O) implementadas.

• Afixação do número chamado (M) . Esta característica permite ao assinante

verificar o número antes de efectuar a chama da;

• Indicação de progresso na chamada (M). Permite ao utilizador aperceber -se

se a chamada está em progresso. Esta indicação pode ser feita por intermédio de

sons, música, mensagens ou indicação visual com base na sinalização trocado

com o sistema;

• Indicação do País/PLMN (M). A indicação de qual a rede e país em que o

móvel está registado. Esta informação é útil para que o utilizador se aperceba de

quando está em roaming, e se a rede escolhida está correcta;

• Selecção de País/PLMN (M). Quando existe mais do que uma rede disponível

numa determinada área, deve ser permitido ao utilizador efectuar a escolha da

rede de serviço.

• Teclado (O). O meio físico pelo qual o utilizador deve introduzir o número

pretendido, bem como controlar o móvel. Este meio não é obrig atório que seja

um teclado, pode ser por intermédio de voz, de um DTE ou outro equipamento ;


ISEL-DEEC-SST

34

• IMEI (M). Cada MS deve ter uma identificação única, a qual deve ser enviada

para a PLMN sempre que solicitado. Esta identificação é criada pelo fabricante ;

• Indicação e reconhecimento de Mensagens Curtas (M). Esta característica

permite a entrega de mensagens curtas à MS pela rede. Podem também ser

obtidas mais informações respeitantes à mensagem, tal como hora de chegada,

emissor, etc.

• Indicação de overflow de Mensagens Curtas (M). Indicação dada ao utilizador

de que não possível receber mais mensagens, pois a memória destinada ao efeito

está completa.

• Interface com DTE/DCE (O). O móvel pode dispor de uma ligação standard

para interligação de um DTE.

• Interface com ISD N (O). O móvel pode dispor de uma ligação standard para

interligação à RDIS.

• Função de Acesso Internacional (O). A MS pode ter uma tecla cuja função

primária ou secundária está marcada com “+” e permite enviar sinalização para

o sistema gerando um código d e acesso internacional no sistema. Esta função

pode ser útil pois o código de acesso internacional não está normalizado. Em

Portugal este código é “00”, mas pode diferir noutros países.

• Indicador de Serviço (M). Terá de ser disponibilizada ao utilizador i nformação

indicando se é possível efectuar uma chamada, tanto por razões de sinal como

por o móvel estar registado na rede. Esta informação pode ser combinada com a

indicação de País/PLMN.

• DTMF (M). A MS deve ser capaz de gerar os tons necessários a cumpri r o

protocolo DTMF.

• Comutador ON/OFF (M). Deve ser disponibilizado ao utilizador meios para

desligar ou ligar o móvel em qualquer circunstância. Esta comutação de estado

deve ser realizada de uma forma “soft” para permitir avisar o sistema quando

desligamos o aparelho.

• Gestão da identidade do assinante (M). A identificação do assinante está

contida no SIM (IMSI). O equipamento móvel deve saber manusear esta

identificação de forma a terminar uma chamada sempre que o Sim seja

removido, etc.

• Chamadas de Emerg ência (M). Deve ser permitido a qualquer utilizador

estabelecer chamadas de emergência, mesmo quando não tenha sido introduzido

o PIN correctamente ou o SIM.



35

As capacidades suplementares estão directamente relacionadas com a operação dos serviços

complementares, como por exemplo a afixação do número de telefone. Estas capacidades

suplementares são a indicação de custos de chamadas e o controlo de serviços suplementares.

Em adição aos serviços anteriores, existe uma série de serviços permitidos neste

sistema. Estes serviços podem ser por exemplo o barramento de chamadas, contador de custos

de chamadas, marcação abreviada ou a selecção do tipo de mensagens curtas.

3.3 Base Station System (BSS)

Como foi referido anteriormente, o sistema de estações base é o principal responsável pelas

funções de rádio do sistema. Assim, além da gestão do recurso rádio da rede, o BSS trata do

handover das chamadas em curso. Outra responsabilidade deste subsistema é a gestão dos

dados de configuração das células como também o controle do nível de potência na estação de

base e estação móvel. Este subsistema usufrui também de autonomia para tratar a maior parte

de possíveis falhas do sistema, não tendo assim nestes casos que intervir o OSS.

3.3.1 Arquitectura

O subsistema estação base, contém todo o equipamento, incluindo o de transmissão e de

controle, necessários para assegurar a ligação entre os assinantes distribuídos e movendo-se

através das várias células que compreendem a área de cobertura. A arquitectura deste

subsistema está representada na Figura 3.5, e tal como se pode observar inclui dois tipos de

equipamento:

A BTS, que inclui os recursos rádio e de sinalização necessários a assegurar o

tráfego numa determinada célula.

O BSC, que controla todas as BTS’s e respectivos interfaces rádio necessários para

cobrir a área do BSS.

BSC Rede deTransporte BTS

Interface A-Bis

TerminalLocal

AlarmesExternos

Equipamentode Teste

Alimentação

Sistema deAntenas

TxRx

Rx

InterfaceRádio

Figura 3.5 – Sistema de Estações Base


ISEL-DEEC-SST

36

A BTS é basicamente responsável pela camada física do interface rádio. O modo de acesso ao

canal de rádio adoptado pelo sistema GSM é do tipo TDMA, o que permite a um único

transceiver rádio servir simultaneamente 16 canais de débito parcial ou 8 canais de débito

total.

Um BSC pode compreender uma ou mais BTS’s, de modo a abranger diversas

arquitecturas possíveis da rede. Além da gestão dos recursos rádio das BTS’s que controla, o

BSC também monitoriza as principais funções de operação e manutenção destas. A gestão dos

handovers entre células, é feita autonomamente pelo BSC, desde que as células envolvidas no

processo sejam controladas pelo mesmo.

Além dos equipamentos anteriores, fazem parte também deste subsistema os

Conversores de Voz, conhecidos por speech transcoders ou também por Transconding and

Rate Adaptation Unit (TRAU). Os speech transcoders são utilizados para adaptar o formato

GSM de codificação de baixo débito (13 Kbits/s), utilizados no canal rádio, para o utilizado

na rede fixa (64 Kbit/s). São instalados entre o BSC e o NSS, devendo ficar geralmente no

local da comutação, de modo a tirar partido das capacidades da codificação de fala do

sistema, podendo também ficar junto do BSC. Quando o equipamento fica colocado junto ao

MSC, pode-se assim reduzir os custos de interligação, agrupando-se quatro canais de voz

GSM num canal PCM.

Toda esta arquitectura deve apresentar flexibilidade em relação à cobertura que se

pretende, dependendo da área a cobrir, edifícios e tipo de arruamentos. Poderá existir uma

cobertura omnidirecional ou sectorizada, de acordo com as necessidades de tráfego, dando

assim origem a diversos tipos de configurações ao nível do BSS, como mostra a Figura 3.6.



37

BSC

BSC

BSC

BSC

BSC

Interface A

Interface A

Interface A

Interface A

Interface A

Configuração sectorizada com BSC remota

Configuração sectorizada

Configuração em cadeia

Configuração em estrela

Configuração omnidireccional

Figura 3.6 - Configurações típicas dos BSS´s

3.3.2 Base Transceiver Station (BTS)

A Estação Base guarda todo o equipamento de transmissão rádio para uma determinada

configuração de antenas, além do necessário equipamento para monitorização. Existem no

mercado diversas configurações para estações base, desde equipamento reduzido, para

exteriores ou interiores ou equipamento móvel. Um exemplo deste equipamento para

interiores, sob a forma de bastidores pode ser observado na Figura 1.7.

Em termos de funcionalidade basicamente a BTS assegura a recepção e transmissão

rádio, tendo para isso um ou mais transreceptores (TRX) para assegurar a capacidade

requerida. A BTS disponibiliza diversas funções, relacionadas quer com o recurso rádio, quer

com operação e manutenção do sistema.


ISEL-DEEC-SST

38

Figura 3.7 – Estações Base para interior

3.3.2.1 Funcionalidade

As funções de recurso comum são funções que dizem respeito a todos os móveis na área de

cobertura e não apenas a um ou outro móvel. As funções de recursos comuns incluem os

recursos gerais do sistema de transmissão e recepção utilizado para tráfego com todas as

estações móveis ligadas à célula. Estão incluídas neste tipo de funções:

− Sistemas de Difusão de Informação. O BSC define mensagens de informação

para serem guardadas e armazenadas, regularmente difundidas pela BTS no canal

de broadcast . Ao aparecer uma falha no transceiver, onde é feita a difusão de

informação, a falha é transmitida ao BSC, o qual envia um canal de informação

para seleccionar um novo TRX que toma a responsabilidade da emissão destas

informações.

− Paging. As identidades móveis definidas pelos BSC’s são enviadas pelo canal de

controle comum.

− Pedido de Canal pela Estação Móvel. Ao receber um pedido de canal por parte

da MS, a BTS informa o BSC, pelo que este responde com a atribuição de um

canal de controle dedicado (DCCH) para sinalização entre o MSC e a MS. A



39

partir deste canal, é então atribuído um canal de tráfego para comunicação de voz

e dados.

As funções de recursos dedicados são responsáveis pelo tráfego individual de cada MS ligada

à estação base. Incluem as seguintes funções:

− Activação do Canal. Através desta função, o BSC obriga a BTS a activar um

canal de recursos dedicados para uso do seu canal lógico associado. Ao ser

atribuído o canal, o BSC informa o TRX sobre diversos parâmetros, tais como tipo

e codificação do canal.

− Desactivação do Canal. Função inversa à anterior, ou seja, a BTS desactiva o

canal.

− Inicio de Encriptação. É executado pela BTS e suportado pela chave de

encriptação , chave esta que é processada no procedimento de autenticação do

parâmetro RAND (numero aleatório) e a chave de assinante individual.

− Detecção de Handover. A BTS tem atenção para com o acesso aleatório ao canal

que foi inicializado para handover.

As funções de canal terrestre incluem diversas funções que lidam directamente com

codificação de voz e adaptação dos débitos de dados. Estas funções são:

− Codificação de Voz. Esta função está localizada na TRAU (Transcoder and Rate

Adaptation Unit) remota no BSC, e trata de efectuar a codificação de voz, feita

entre 64 Kbit/s e 13 Kbit/s.

− Controlo na Banda de TRAU Remotas. É adicionada informação de controlo a

dados e voz. Além disto, 4 canais de informação são multiplexados num canal de

informação de 64 Kbit/s entre o BSC e a BTS.

− VAD/DTX. O detector de actividade de voz (VAD) detecta se quem falou mais

recentemente está ou não a falar, e em caso de silêncio o recurso rádio é

informado e a transmissão rádio é desligada, DTX (Discontinuos Transmission ).

As funções de multiplexagem e codificação destinam-se a formatar a informação nos canais

físicos. Incluídas neste tipo de funções estão as funções de:

− Multiplexagem no Percurso Rádio. Os canais lógicos são multiplexados nos

canais físicos.

− Codificação de Canal e Interleaving. Esta função trata de formatar a sequência

de bits em cada timeslot do canal físico.


ISEL-DEEC-SST

40

− Encriptação e Operação Inversa. A voz é codificada e descodificada utilizando

a chave de encriptação. Esta chave é gerada no Centro de Autenticação (AuC) e

carregada no TRX.

O controlo dos recursos rádio são assegurado pelas funções de:

− Medidas de Qualidade. São feitas medidas de qualidade e de intensidade de

sinal em todos os canais dedicados activos de uplink. Em relação ao downlink, as

medidas de qualidade e intensidade do sinal, assim como dos níveis de sinal das

BTS’s vizinhas são feitas na MS e enviadas ao BSC onde são processadas.

− Medidas de Alinhamento Temporal. Esta função trata de enviar um sinal à MS

para avançar o timing da transmissão à BTS de modo a compensar os atrasos de

propagação. A BTS continuamente analisa e actualiza o alinhamento temporal,

sendo este alinhamento em seguida enviado ao BSC juntamente com os dados

medidos no uplink.

− Controlo de Potência da BTS e da MS. Estas potências são controladas pelo

BSC de modo a minimizar o nível de potência transmitido, de forma a reduzir a

interferência cocanal.

− Transmissão e Recepção. A transmissão de rádio inclui frequency hopping

utilizando comutação em banda base com diferentes transmissores para cada

frequência. A recepção inclui igualização e diversidade.

− Falha na Ligação de Rádio. A função ao detectar um falha, imediatamente

informa o BSC.

Deverá existir sincronização entre BTS pertencentes ao mesmo BSC. A sincronização da BTS

é feita tendo em conta a Frequência de Referência cuja informação temporal é extraída das

ligações PCM do BSC, e o Número de Trama, que pode ser colocado e lido no contador de

número de trama.

3.3.3 Base Station Controller (BSC)

As recomendações GSM, relativamente ao BSC, impõem grande flexibilidade ao nível de

hardware, software e rede, de modo a permitir diversificar o tipo de configurações. A

existência do BSC é justificada por inúmeras vantagens, desde a simplificação das BTS’s,

passando pela descentralização do MSC, o que significa a concentração dos serviços e funções

de comutação telefónica no MSC, deixando para o BSC a gestão de rádio da rede, até à maior

eficiência das estruturas de dados.



41

A escolha do local ideal para a colocação do equipamento que constitui o BSC é normalmente

uma decisão que tem a ver principalmente com factores económicos, relacionados com os

custos das ligações entre BSC e MSC. Normalmente opta-se sempre que possível pela co-

localização do BSC e MSC, evitando assim as ligações entre BSC e MSC. Na Figura 3.8 são

apresentados os equipamentos da unidade de adaptação de ritmo (TRAU) e do BSC.

Figura 3.8 - Equipamento de Unidade de Adaptação de Ritmo e BSC


Um grande conjunto de funções executadas pelo BSC é relativo à gestão rádio da rede. O

sistema rádio de um sistema celular está normalmente sob grande pressão devido à taxa de

crescimento de assinantes que continuamente entram no sistema. Depois da activação do

sistema é sempre necessária uma reconfiguração para adaptação ao crescimento do tráfego.

Uma parte das funções do BSC é normalmente relacionado com o correcto funcionamento do

equipamento, tendo outra parte a responsabilidade de controlar a eficiência do tráfego no

percurso rádio. Estes objectivos são conseguidos pelas funções:

− Administração dos dados descritivos e de configuração das células. É

possível por intermédio de um comando definir e obter a descrição de

células bem como alterar e remover descrições e definições. A célula é

normalmente definida por um nome simbólico, enquanto a descrição é

constituída por informações relativas às identificações globais de células

(CGI), códigos de identificações de estações base (BSIC) e número dos


ISEL-DEEC-SST

42

canais de broadcast (BCCH). Os dados de configuração de uma célula

incluem por sua vez a inserção, alteração e remoção dos números dos

canais de RF bem como dos níveis de potência de emissão destes canais.

− Administração dos dados dos sistema de informação. Os dados do

sistema de informação são dados específicos a uma determinada célula

difundidos para as estações móveis, quer estas estejam em modo de

espera ou dedicadas. Esta informação pode ser por exemplo se a célula

está ou não barrada a acessos, a máxima potência de emissão permitida

na célula, informação relativa às frequência das estações base vizinhas,

etc.

− Administração dos dados de localização. Para assegurar as funções de

localização é utilizada uma série de dados que podem ser alterados,

corrigidos ou removidos. Por exemplo os dados relativos ao algoritmo de

construção das listas de células, a histerese, e offset podem ser alterados

de forma a balancear o tráfego numa determinada área.

− Medidas de Tráfego. O BSC executa uma série de funções relacionadas

com medidas de tráfego. O resultado destas medidas é normalmente

transferido para o OSS para posterior análise. Exemplos destas medidas

são o número de tentativas para estabelecer chamadas, congestionamento,

níveis de tráfego, número de handovers, número de chamadas caídas, etc.

Além das funções anteriores o BSC está também responsável por carregar todo o software

para as estações base, visto estas não terem discos rígidos. Assim em caso de falha ou de

activação as BTS’s têm de carregar todo o software a partir do BSC. Além desta função o

BSC tem de assegurar todos os mecanismos que permitam estabelecer, manter e terminar

ligações rádio com os móveis. Na fase de estabelecimento de ligações com os móveis estão

envolvidos os seguintes passos:

− Paging. Com base em pedidos do MSC o BSC envia mensagens de

paging para as BTS que pertencem à área de localização em causa, sendo

depois esta informação passada aos móveis através do canal de paging. A

situação da carga de tráfego do BSC é verificada antes de se iniciar este

procedimento.

− Estabelecimento de uma ligação para sinalização. Na fase de

estabelecimento de chamadas a comunicação passa a ser feita através dos

canais de sinalização próprios para o efeito atribuídos pelo BSC. Se a



43

ligação tem inicio no móvel é verificada a situação de tráfego do BSC. Se

tem inicio no MSC já tinha sido verificada quando existiu o paging.

− Atribuição de canal de tráfego. Depois da atribuição do canal de

sinalização inicial, o próximo passo para o MSC é mandar o BSC atribuir

um canal de tráfego para a ligação em causa. Se todos os canais de

tráfego estiverem ocupados pode ser feita uma tentativa de encontrar um

canal nas células vizinhas.

Depois de estabelecida a ligação com o móvel o BSC não termina por aqui o seu trabalho mas

antes inicia aqui as mais complexas funções de forma a supervisionar e manter as ligações em

curso. A intensidade do sinal e qualidade de voz são permanentemente medidas pela MS e

BTS sendo então transmitidas para o BSC, permitindo-lhe assegurar com eficiência os

seguintes mecanismos:

− Controlo de potência na MS e BTS. O BSC calcula a potência de

emissão dos móveis e estações base com base nas medidas que lhe são

enviadas. Esta informação é enviada para os móveis e BTS com uma

periodicidade de 480 ms de forma a preencher os objectivos do controlo

de potência.

− Localização. A função de localização continuamente avalia o estado da

ligação rádio entre o móvel e a BTS e, se necessário, sugere um handover

para outra célula. Esta decisão é tomada com base nos resultados das

medidas tanto da célula em causa com das células vizinhas.

− Handover. O handover é o processo pelo qual uma ligação activa á

transferida para outra célula. Existem diversos tipos de handover, com

várias causas possíveis e diferentes entidades envolvidas. Este

mecanismo será estudado mais tarde.

− Frequency Hopping. As sequências de hopping são definidas pelo BSC

que as envia para os móveis e estações base.

− Mensagens Curtas. O BSC assegura a gestão das listas de espera, envio

e repetições de mensagens curtas.


ISEL-DEEC-SST

44

3.4 Switching System (SS)

O sistema de comutação inclui as principais funções de comutação do sistema, assim como as

bases de dados necessárias para os assinantes e para a gestão da mobilidade. A sua principal

função é a gestão da comunicação entre utilizadores de DCS e utilizadores de outras redes.

SS

PST

N / ISD

N

HLR

AuC

EIR

VLR

VLR

BSS

OSS

MSC

GMSC

Figura 3.9 - Componentes do Sistema de Comutação

Como podemos observar na Figura 3.9, o sistema de comutação inclui os seguintes

elementos funcionais:

− Gateway Mobile services Switching Centre (GMSC);

− Mobile services Switching Centre (MSC);

− Visitor Location Register (VLR);

− Home Location Register (HLR);

− Authentication Centre (AuC);

− Equipment Identity Register (EIR).

Normalmente o MSC e o VLR estão integrados no mesmo nó da rede. Isto acontece devido à

intensa troca de informação entre os equipamentos em todos os estabelecimentos de

chamadas, o que poderia resultar numa excessiva carga nos canais de sinalização se estes

equipamentos estivessem em nós separados.



45

O MSC pode também incluir a funcionalidade de Gateway, passando a actuar como

uma gateway para o sistema móvel, denominando-se neste caso por GMSC. O HLR pode

estar isolado na rede ou integrado junto a um nó de um MSC/VLR. Já o AuC é normalmente

um equipamento externo isolado, normalmente um computador, sendo ligado ao HLR por

canais de sinalização. Quanto ao EIR, esta funcionalidade está normalmente integrada no

computador do AuC.

3.4.1 MSC/VLR e GMSC

O centro de comutação de serviços móveis (MSC) é o coração da rede móvel. O MSC é

responsável pela total gestão das chamadas, tendo de estabelecer, encaminhar, controlar e

terminar chamadas. Além das funções relacionadas com o controle de chamadas o MSC é

também responsável por gerir os handovers entre dois BSC’s pertencendo ao mesmo MSC

ou a MSC diferentes, assim como suportar diversos serviços suplementares. Todas as

funcionalidades relacionadas com contas e taxação são também da responsabilidade do MSC,

bem como efectuar o interface com as redes públicas de voz (PSTN) e dados (ISDN).

Normalmente o VLR e o MSC estão integrados, no entanto devem ser vistos como

dois nós funcionais independentes. O VLR é basicamente uma base de dados que contém

diversa informação acerca de todos os assinantes móveis presentemente cobertos pela zona de

serviço do MSC. Sendo assim cada MSC deve ter o seu próprio VLR.

O MSC Gateway (GMSC) faz a interligação entre a rede GSM e outras redes. É o

ponto da rede GSM por onde entram as chamadas para os assinantes móveis. O GMSC tem a

função de interrogar o HLR para pedir informação acerca da localização do utilizador destino.

Esta localização é dada através do endereço do MSC/VLR. Em seguida o GMSC é também

responsável por encaminhar a chamada para o MSC da área de serviço onde esta localizado o

assinante. O GMSC tem de intervir sempre que um dos extremos da chamada é um assinante

fixo, ou de outra rede externa.



ISEL-DEEC-SST

46

Registo de Visitantes

Armazenamento e gestãode todos os dados doassinante

Mobile Application Part

Protocolo utilizado paraos procedimentos desinalização com o HLR

Análise

Análise dos endereços edas numerações IMSI

Administração

Disponibilização decomandos e relatórios

Acesso

Suporte de todos os aspectos relacionados com aligação entre o móvel e a rede GSM

BSCTráfegoSinalização

HLR

Figura 3.10- Entidades funcionais no MSC/VLR

A arquitectura do MSC, bem como a estruturação das suas funcionalidades está muito

dependente dos fabricantes, apesar de as funções serem normalizadas, bem com os interfaces.

Assim no âmbito deste texto só interessa analisar as funções relacionadas com a mobilidade,

desprezando todas as outras relacionadas com a sinalização, comutação, taxação, etc.

De uma forma geral os serviços móveis estão divididos principalmente em cinco módulos

funcionais, Figura 3.10:

• Registo de Visitantes. O registo de visitantes é o módulo que suporta o

chamado VLR. É responsável por guardar e gerir os dados dos móveis

que estão sob a área de cobertura do MSC. Estes dados são recebidos do

HLR e contêm diversa informação, tal como:

− Identificação Internacional do Assinante Móvel (IMSI);

− Número do Móvel (MSISDN);

− Serviços suportados pelo assinante;

− Categoria do assinante;

− Os triplets utilizados na autenticação;

− Dados dinâmicos, que são alterados com frequência, tal

como o estado (attach/detach), localização (LAI), etc.

Cada registo de visitante tem como chave de pesquisa o IMSI.

• Mobile Application Part (MAP). A MAP é a parte da aplicação móvel

que é responsável por todos os procedimentos de sinalização com o HLR,

tal como:



47

− Actualização de Localização, que é enviada para o

HLR;

− Cancelamento de Localização, que é recebida do HLR;

− Envio de Parâmetros, que é pedido pelo HLR de forma

a serem disponibilizado novos triplets ;

− Disponibilização do número de Roaming, que envia

um número de roaming para o HLR para ser enviado ao

GMSC.

• Análise. As funções de análise têm por objectivo analisar os números

IMSI. Esta análise tem como finalidade verificar se o número é nacional

ou internacional. Esta função utiliza também o IMSI como referência para

encontrar um registo de assinante sempre que é necessário aceder ao

registo.

• Administração. A parte de administração permite que sejam executadas

diversas funções com base em comandos recebidos do terminal, tal como

as configurações e definições dos BSC’s, das células, número de série de

IMSI’s e de números de roaming. Permite também disponibilizar

relatórios de toda a informação relacionada com as configurações ou

definições, bem como informação relativa aos dados de assinantes.

• Acesso. Este módulo funcional permite estabelecer, manter e terminar

ligações entra a MS e a rede, com base nas seguintes funções:

− Gestão da Ligação, coordena todos os estabelecimentos,

supervisionamento e libertação de chamadas;

− Gestão de Mobilidade, assegura toda a funcionalidade

da actualização de localização bem como os

procedimentos de autenticação;

− Gestão dos Recursos Rádio , coordena o paging, o

handover, inicia a encriptação. Contem tabelas que

relacionam BSC’s com áreas de localização (LAI).

Contem também informação que permite encaminhar

directamente uma chamada de emergência de uma

determinada célula para o centro de emergência mais

próximo.


ISEL-DEEC-SST

48

− Interface com o BSC , permite encaminhar tráfego para

o BSC, bem como seleccionar e atribuir canais PCM às

ligações estabelecidas.

3.4.2 Home Location Register (HLR)

O HLR é basicamente uma base de dados central, contendo os dados permanentes associados

a um determinado conjunto de assinantes, tal como as suas identificações ISDN (MSISDN) e

GSM (IMSI), categorias ( ordinário, prioritário, assinante, testes telefónicos, etc. ), estado,

lista de serviços de rede e de telecomunicações e localização ( identificação do MSC/VLR ).

Alguns destes dados são normalmente transferidos para o VLR visitado, seguindo assim os

movimentos dos assinantes através da rede móvel.

A localização dos assinantes é guardada no HLR e utilizada no encaminhamento das

chamadas para o assinante, na direcção da MS. Para assegurar esta função de

encaminhamento, existem comutadores dedicados dentro da rede, o GMSC, que consultam o

HLR durante a gestão de chamada de um assinante. Quando aparece uma chamada, é

encaminhada para o MSC, que controla os BSC´s, fazendo estes a cobertura da área onde o

assinante está posicionado na altura da chamada.


Base de Dados

Armazenamento e gestãode todos os dados doassinante

Mobile Application Part

Protocolo utilizado paraos procedimentos desinalização com o HLR

GMSC

VLR

AuC

Análise

Análise dos endereços edas numerações IMSI

Administração

Disponibilização decomandos e relatórios

Figura 3.11 – Entidades Funcionais do HLR

Em termos funcionais podemos adoptar o mesmo critério que utilizamos no caso do MSC e

dividir o HL em quatro blocos funcionais. Estes blocos são bastante semelhantes aos

definidos no MSC, com excepção da base de dados que não existia no MSC, Figura 3.11:

• Base de Dados. É aqui que estão guardados os dados do assinante, tal

como a localização (endereço do MSC/VLR), os serviços suplementares

subscritos e os que estão activados e os triplets que são disponibilizados

pelo AuC.



49

• Mobile Application Part (MAP). A MAP é a parte da aplicação móvel

que é responsável por todos os procedimentos de sinalização com o

MSC/VLR, GMSC e AuC, tais como:

− Actualização de Localização, que é recebida do

MSC/VLR;

− Envio de Triplets, enviados para o AuC;

− Pedido de número de Roaming, MSRN, recebido do

GMSC e enviado para o VLR.

• Análise. Translação do IMSI em MSISDN e vice-versa.

• Administração. A parte de administração permite que sejam executadas

diversas funções com base em comandos recebidos do terminal, tal como

Inserção, alteração, remoção ou impressão dos dados guardados.

3.4.3 Authentication Centre (AuC)

Um conceito de segurança característico dos sistemas celulares é a utilização de uma chave

secreta para todos os utilizadores da rede, que evitam duplicação de cartões SIM e fraudes na

facturação dos serviços, e a encriptação do canal rádio que permite privacidade nas chamadas.

A protecção das chaves secretas é feita concentrando-as numa base de dados segura e

centralizada, chamada AuC. Esta não só guarda as chaves secretas, mas também calcula a

informação necessária à autenticação e cifra de cada chamada.

A funcionalidade do AuC, bem como os dados guardados serão estudados na secção

sobre segurança. Em conclusão, a segurança no sistema abrange quatro aspectos:

Privacidade da comunicação;

Privacidade da localização e identidade do assinante;

Controlo do acesso à rede em relação ao assinante;

Controlo do acesso à rede em relação ao equipamento;

3.4.4 Equipment Identity Register (EIR)

Cada estação móvel tem a sua própria informação de identificação, o número de identificação

internacional de equipamento móvel (IMEI). O sistema disponibiliza um mecanismo de

verificação do equipamento móvel, suportado pelos dados guardados no EIR. O EIR é

periodicamente actualizado a partir de uma base de dados europeia, de forma a que os dados


ISEL-DEEC-SST

50

existentes nos diversos EIR’s dos operadores sejam consistentes no que diz respeito à situação

dos móveis. O EIR guarda três listas de IMEI’s:

− Lista Branca, contendo números de série de todo o equipamento móvel

GSM que está apto a uti lizar o sistema GSM;

− Lista Negra, contendo todas as identificações de equipamento móvel cujo

acesso às redes GSM deve ser impedido;

− Lista Cinzenta, contendo as identificações de equipamento defeituoso ou

sem aprovação por parte das entidades competentes.

3.5 Interfaces

Em termos de interfaces, o sistema GSM utiliza entre as entidades do sistema circuitos de 2

Mbit/s, físicos. O mais complexo interface é o interface Rádio, que irá ser estudado no

próximo capítulo. O único ponto que convém realçar no âmbito do estudo do sistema é a

adaptação de ritmos e a multiplexagem de canais GSM em canais PCM.

3.5.1 Interface Abis

Os sistemas de estações base (BSS), que é constituído pelas BTS´s e BSC´s, assegura o

acesso à sinalização de informação e a canais de tráfego através da interface Abis., que está

localizada entre a BTS e o BSC transmitindo a 2 Mbit/s.

3.5.1.1 Canais de Tráfego (TCH)

Um canal com uma capacidade de rede de 13 Kbit/s é disponibilizado para transmissão rádio

de sinais de voz, ao contrário das redes fixas de transmissão (por exemplo ISDN) onde a

capacidade de canal é de 64 Kbit/s. A interligação entre estes dois sistemas requer a utilização

de equipamento de transcoding (TCE), existindo para cada canal de tráfego um TRAU

(Transcoder/ Rate Adapter Unit ) - Figura 3.12.

Para além de recodificar o sinal de voz, é necessário que o ritmo de transmissão de

dados seja adaptado. São utilizados canais de tráfego de 16 Kbit/s na rede GSM, pois é

necessário um canal adicional de 3 Kbit/s entre o TRAU e o CCU (Unidade de Codificação de

Canal) na BTS para funções de controle.

O TCE está geralmente localizado no MSC, para que se possa obter uma redução de

dados ao longo de todos os circuitos de 2 Mbit/s. Cada circuito de 2 Mbit/s pode então conter

até 128 canais de tráfego, ocupando cada um destes 2 bits do TS (16 Kbit/s) na trama de 2

Mbit/s.



51

SUBMUX/DMX

MUX/DMX

TRAU

64 kbit/sSinalização SS#7 2 Mbit/s2 Mbit/s

TCH16 kbit/s

Speech64 kbit/s

TCE

Figura 3.12 - Equipamento para a conversão de tráfego

A trama TRAU utilizada para a transmissão de voz contém 320 bits, separados da

seguinte forma: 35 bits para a trama de sincronização, 260 bits de dados para o bloco de voz

codificada, e 25 bits para funções de controle entre o TRAU e o CCU. Tramas TRAU são

também definidas para serviços datacom e comunicações com o OMC.

3.5.1.2 Sinalização

Para além dos canais de tráfego, o interface ABis também transporta a informação de

sinalização necessária nos canais de 64 Kbit/s - Figura 3.13. Um canal de sinalização é

normalmente assegurado para cada transceiver da BTS para controlar até 8 assinantes por

frequência de portadora. Os comandos e as mensagens utilizados para estabelecer e remover

as chamadas são definidos na gestão de recurso rádio, onde são determinados os níveis de

recepção e qualidade nas MS, BTS e até 6 estações bases adjacentes. O BSC avalia estes

parâmetros rádio e utiliza-os quando efectua decisões de handover.


ISEL-DEEC-SST

52

TDMA0 654321 7

BSCTRX I

TransceiverUnit f 1

BTS

TRX II

TS 31

Sign TRX I

Sign TRX I

TS 0

0 1 2 34 5 6 7

0 1 2 34 5 6 7

f1

MS

Figura 3.13 - Canais de Tráfego e Sinalização na interface Abis.

3.5.2 Interfaces de A a F

Estes interfaces fornecem acessos à base de dados para as funções de gestão, estando

baseadas nos circuitos físicos de 2 Mbit/s. O protocolo de sinalização do canal comum

estendido SS#7, fornece todas as capacidades de uma rede inteligente (IN).

Capítulo

4 Interface

Rádio

4.1 Introdução

De todos os interfaces, o Interface Rádio é provavelmente o que se reveste de mais

importância em termos de engenharia de telecomunicações, sendo a sua especificação uma

das mais complexas do sistema, quer para seguir a uniformização atrás referida, quer para

conseguir a máxima eficiência possível do espectro utilizável.

A transmissão rádio em GSM é caracterizada essencialmente por áreas de sombra e

reflexão multipercurso. As dificuldades de transmissão são acrescidas pelo facto dos

assinantes poderem deslocar-se numa zona densamente edificada. Como podemos ver, os

requisitos técnicos para a implantação de uma rede GSM é muito mais exigente que uma

ligação rádio. Iremos abordar dois aspectos fundamentais na transmissão em GSM, o método

de múltiplo acesso e o processamento da informação. Mas antes, para nos melhor situarmos

no sistema, consideraremos os serviços necessários, e a forma como o sistema os suporta.

4.2 Serviços

A transmissão de dados de e para a estação móvel tem a finalidade de suportar diversos

serviços do sistema, os quais iremos em seguida enumerar. Diversos canais são utilizados

para efectuar a transmissão de diferentes fluxos de informação simultaneamente.

Transmissão de Dados do Utilizador. O principal objectivo dum sistema de

comunicação é transportar a informação do utilizador. O mais importante serviço

oferecido aos utilizadores GSM é a voz. O interface rádio deve antes de tudo

Interface Rádio Capítulo 4

ISEL-DEEC-SST

54

suportar uma transmissão de voz bidireccional. Além da voz, o serviço deve

também disponibilizar meios para transmissão de dados. Em GSM é possível

transmitir dados a 9600 bit/s, 4800 bit/s e 2400 bit/s.

Sinalização. Dados do utilizador não são o único fluxo de informação

transportado durante uma chamada. Existem também as mensagens de sinalização

que permitem à estação móvel e à rede gerir diversos aspectos relacionados com o

utilizador ou aspectos técnicos relativos à comunicação. Também o

estabelecimento e terminação de uma chamada recorre a mensagens de

sinalização.

Modo de espera. A limitação do espectro rádio não permite que cada utilizador

disponha sempre de um canal de tráfego próprio. Os canais de tráfego só são

atribuídos aos utilizadores quando surge a necessidade. Um móvel é considerado

em modo dedicado quando dispõe de um canal de tráfego, ou seja, quando existe

possibilidade de transmissão bidireccional entre o móvel e o sistema. Quando o

móvel está ligado ( ON ), sem que esteja em modo dedicado, é considerado em

modo de espera, ou em Idle Mode. Neste modo, o móvel está também em

permanente contacto com o sistema, para receber mensagens de paging e para

monitorizar o desempenho rádio de forma a escolher a estação base que esteja em

melhores condições de assegurar a comunicação.

4.3 Espectro Rádio

O sistema GSM foi inicialmente planeado como um sistema celular para funcionar na banda

dos 900 MHz, chamada de “banda primária”. Esta banda primária inclui duas sub-bandas de

25 MHz cada uma, 890-915 MHz e 935-960 MHz, conforme mostra Figura 4.1. Isto não

significa que toda a banda deve ser utilizada logo de inicio, até porque geralmente existirão

diversos operadores, sendo atribuído a cada um uma porção desta banda. No entanto todo o

equipamento móvel deve estar preparado para funcionar em qualquer uma destas frequências,

pois a sua utilização não deve estar limitada apenas a um país ou a um operador.

Em 1990, a pedido do Reino Unido, uma segunda banda de frequência foi

considerada pelas normas. Esta banda divide-se também em duas sub-bandas, 1710-1785

MHz e 1805-1880 MHz, cada uma com 75 MHz no total, ou seja, três vezes a banda inicial

para 900 MHz. Neste caso nem todo o equipamento móvel está preparado para funcionar com

as duas bandas em simultâneo, os chamados Dual-Band.

As frequências centrais dos canais de frequência estão distam entre si 200 KHz,

estando o primeiro canal a 200 KHz da banda limite. Existem 124 canais de frequência numa

banda total de 25 MHz para o GSM 900 e 374 canais numa banda de 75 MHz no DCS 1800.



55

Devido à modulação utilizada no sistema, a banda utilizada é um pouco acima dos 200 KHz,

podendo resultar em alguma interferência entre dois canais adjacentes.

No entanto, o espectro de modulação é um pouco mais largo do que os 200 KHz,

resultando em algum nível de interferência entre bursts em slots simultâneos, ou em slots

adjacentes. Este facto torna-se um incómodo, principalmente perto dos extremos da banda.

Por isso, as frequências dos extremos são normalmente evitadas, sendo prática normal a não

utilização dos canais de frequência dos extremos, excepto quando existe acordo com os

operadores da banda adjacente. Além disso é de evitar a utilização de canais adjacentes na

mesma célula ou em células adjacentes. Como consequência o número de canais por sentido é

normalmente limitado a 372 canais.

Canal124

Canal1

Canal2

Canal3

Canal1

Canal2

Canal3

Canal124

DCS 1800

GSM 900

Banda de Transmissão do Móvel Banda de Transmissão da BTS

uplink downlink890

1710

915

1785

935

1805

960

1880

MHz

Espaçamento Duplex 45 MHz / 95 MHz

25 MHz / 75 MHz 25 MHz / 75 MHz

200 KHz(374) (374)

Figura 4.1 – Bandas de transmissão para os sistemas GSM900 e DCS1800

4.4 O Método de Acesso Múltiplo

O método de acesso no sistema DCS1800 é feito com base numa combinação de dois

sistemas de acesso, Figura 4.2:

FDMA ( Frequency Division Multiple Access ); A cada canal faz-se

corresponder uma frequência. O utilizador pode aceder a 2qualquer

frequência;

TDMA ( Time Division Multiple Access ); Cada frequência portadora é

dividida num número de time slots e a cada um deles corresponde um

canal de comunicação independente.


ISEL-DEEC-SST

56

1 2 3 4 5 6 7 8 n

20/25 khz Nº do Canal de VozFrequência

Tempo

T1

R1

T2

R2

T3

R3

T4

R4

T5

R5

T6

R6

T7

R7

T8

R8

FDMA

T8

R8

Necessário1 Transmissor e

1 Receptor por cadacanal de voz

S

E

Necessário apenas1 Transmissor e

1 Receptor para 8canais de voz

TDMA

12

34

56

78

12

200 kHz Nº do Canal de Voz

0,557 msTempo

Frequência

Figura 4.2 – Diferença entre TDMA e FDMA.

A combinação destes dois sistemas de acesso é feita por aplicação do sistema TDMA a cada

canal FDMA, obtendo assim uma trama TDMA por frequência portadora. Esta combinação

apresenta diversas vantagens, tais como:

apenas uma portadora ao mesmo tempo no receptor, o que reduz

consideravelmente a complexidade do bloco de recepção;

a não linearidade do receptor não origina intermodulação;

a selectividade é conseguida no domínio do tempo;

o processamento e armazenamento de sinais digitais apresenta vantagens

face aos sinais analógicos;

a atribuição de canal por pedido pode ser implementada (por ajuste na

duração de burst para corresponder ao pedido);

podem reduzir-se os efeitos do desvanecimento por multipercurso

utilizando um equalizador (decision feedback equalizer);

os efeitos da interferência de canal podem ser reduzidos utilizando um

equalizador (decision feedback equalizer);

A transmissão via rádio em GSM é efectuada através de bursts . Um Burst consiste numa série

de bits, com duração finita e que ocupa espectro rádio. São enviados em janelas de tempo e

frequência, designado por slots. A frequência central dos slots é espaçada 200 KHz, dentro da

banda de frequência do sistema, e estes ocorrem com intervalo de tempo de 15/26 ms, ou seja

577 µs, Figura 4.3. Os limites das durações dos slots são simultâneos numa determinada

célula e o intervalo de tempo correspondente a slots simultâneos é o Time Slot (TS).



57

12

34

56

78

12

200 kHz

Tempo

Frequência200 kHz

FDMA FDMA

TDMA

SI

EI

Necessário1 Transmissor e

1 Receptor para 8canais de voz

SII

EII

III

6

1 time slot = 15/26 ou 0.577 ms

TrainingSequence

26 bits 8,25358 bits

GPTBMensagemMensagem

3 58 bits

TB

120/26 ou 4,615 ms

Figura 4.3 - Um slot no Domínio do Tempo e Frequência.

Utilizar um canal significa transmitir bursts em instantes específicos no tempo e frequência,

ou seja slot específico. Geralmente os slots de um canal não são contíguos no tempo, tendo

por isso um canal uma definição temporal que dá, para cada time slot , o número de slots que

fazem parte do canal. Esta definição é cíclica mas varia de acordo com o tipo de canal.

Frequência de um canal define-se como sendo a frequência de cada slot pertencente

ao canal. Existem canais de frequência fixa para os quais a frequência é a mesma para cada

slot, e canais de frequência variável, hopping, cujos slots podem utilizar frequências

diferentes.

Para canais bidireccionais, por exemplo TCH, as duas direcções poderiam ser

definidas de diversas formas, mas por razões de simplicidade, as definições do canal para as

duas direcções são sempre relacionadas de uma maneira bastante simples: um espaço para a

frequência fixa, duplex separation, de 45/75 MHz e um tempo de guarda, que depende do tipo

de canal, que separa dois slots correspondentes de um dado canal.

Cada móvel envia um ou mais bursts para a BTS, estando os bursts de todos os

móveis sincronizados de forma a ocuparem slots não sobrepostos numa trama TDMA. Esta

sincronização é realizada de modo a permitir que no momento da chegada só exista um burst ,

evitando assim colisão com bursts de outras fontes. Em resposta, a BTS, enviará também

bursts para os móveis.


ISEL-DEEC-SST

58

Com este sistema é conseguido um acesso múltiplo, ou seja uma multiplicidade de

móveis que podem utilizar a rede simultaneamente, ocupando assim time slots na trama

TDMA, ou seja canais físicos.

4.5 Canais Lógicos

Um canal lógico é um canal que transporta um determinado tipo de informação sobre um

canal físico. Existem diversos tipos de canais lógicos, utilizados em diferentes situações e

com diferentes objectivos. Na Figura 4.4 podemos observar os tipos da canais lógicos

existentes em GSM.

Canais Lógicos

Canais de TráfegoCanais de Controle

DCCHCanais de Controle

Dedicado

DébitoParcial

DébitoTotal

FCCH SCH BCCH PCH AGCH RACH SDCCH SACCHFACCH

TCH/H TCH/F

BCHCanais deBroadcast

CCCHCanais de

Controle Comum

Figura 4.4 – Canais Lógicos

Dois tipos de canais lógicos asseguram a comunicação, dependendo dos objectivos, ou seja,

dos serviços atrás referidos, os canais de controle e os canais de tráfego.

4.5.1 Canais de Tráfego

Os canais de tráfego transportam quer em uplink, quer em downlink, dados e voz do

utilizador, ponto a ponto. São definidas duas formas de utilização do canal:

Full Rate TCH/F. O canal quando utilizado em débito total de informação,

suporta um ritmo de 22.8 Kbit/s.

Half Rate TCH/H. O canal quando utilizado em débito parcial de informação,

suporta um ritmo de 11.4 Kbit/s.

Presentemente apenas se utiliza a configuração Full Rate pois ainda não estão disponíveis

codificadores de fala de Half Rate com a qualidade de voz desejável.



59

4.5.2 Canais de Controle

Quando ligamos um móvel, o primeiro objectivo deste será procurar uma estação base

adequada para que seja possível o respectivo registo e posterior escuta. Esta procura é

realizada através de um varrimento em toda a banda de frequência, ou opcionalmente,

utilizando uma lista de algumas portadoras atribuídas ao operador, lista esta que se encontra

guardada no SIM. Após o móvel encontrar a portadora mais forte, em termos de sinal, terá de

verificar se esta é ou não uma portadora BCCH. Uma portadora BCCH é a frequência

utilizada para transportar os canais de Broadcast. Deve existir uma por cada célula, sendo esta

portadora normalmente denominada por C0.

Uma vez encontrada a frequência de broadcast o móvel terá de utilizar dois tipos de

canais:

q Canais de Broadcast - BCH. Este tipo de canais é utilizado em

downlink, ponto a multiponto, sendo utilizado como:

− Canal de Correcção de Frequência - FCCH. Neste canal é

transmitida uma onda sinusoidal, o que permite cumprir dois

objectivos. O primeiro é garantir que esta frequência é uma

portadora de Broadcast. O segundo é permitir ao móvel que se

sincroniza com a frequência de emissão da estação base.

− Canal de Sincronização - SCH. Depois de escutar o canal de

correcção de frequência, a MS terá de sincronizar-se com a

estrutura da trama TDMA desta célula e garantir também que a

estação base escolhida pertence a uma rede GSM. Escutando o

canal de sincronização – SCH o móvel não só recebe o número

da trama TDMA como também o Código de Identificação da

Estação Base, o BSIC. Este código apenas pode ser descodificado

se a estação base pertencer à rede GSM.

− Canal de Controlo de Broadcast - BCCH. A última informação

que a MS terá de receber de forma a iniciar Roaming, esperar

chamadas ou efectuar chamadas, diz respeito à célula e ao

sistema. Esta informação é difundida neste canal, o BCCH, e

entre outras informações incluí a Identificação da Área de

Localização – LAI, a máxima potência de emissão permitida na

célula e as portadoras de Broadcast das células adjacentes nas

quais o móvel necessita de efectuar medições.


ISEL-DEEC-SST

60

A partir de agora a MS está sintonizada com a estação base e sincronizada

com a estrutura de tramas TDMA da célula. As estações base não está

sincronizadas entre si, pelo que cada vez que o móvel decidir mudar de célula

terá de ler o respectivo FCCH e SCH.

q Canais de Controlo Comum - CCCH. Os canais de controle comum são

canais que estão disponíveis para serem utilizados por todos os móveis,

sendo os recursos rádio que os transporta comuns a todos os móveis. Este

tipo de canais divide-se em:

− Canal de Paging - PCH. Com certos intervalos de tempo o

móvel escuta o canal de paging, PCH, para verificar se o sistema

quer entrar em contacto com o móvel. A razão deste contacto

poderá residir numa chamada para o móvel, ou simplesmente

numa mensagem curta para o móvel. A informação enviada no

PCH é uma mensagem de paging que inclui o número de

identificação do móvel (IMSI) ou um número temporário

(TMSI). O PCH é utilizado em downlink ponto a ponto.

− Canal de Acesso Aleatório - RACH. Como consequência de

uma mensagem de paging, ou simplesmente porque o utilizador

deseja efectuar uma chamada, o móvel terá de entrar em contacto

com o sistema. Para isso o móvel terá de pedir um canal de

sinalização através do canal de acesso aleatório – RACH. É

utilizado em uplink ponto a ponto.

− Canal de Acesso Atribuído - AGCH. Em resposta ao pedido

efectuado no RACH, o sistema terá de atribuir um canal de

sinalização para alguma troca de informação entre o móvel e o

sistema, o SDCCH. Esta atribuição é realizada através do canal

de acesso atribuído – AGCH. É utilizado em downlink ponto a

ponto.

q Canal de Controlo Dedicado - DCCH. Os canais de controlo dedicado

são atribuídos a um móvel em particular, sendo os recursos rádio

independentes entre os diversos canais. Este tipo de canal divide-se em:

− Canal de Controlo Dedicado Stand Alone - SDCCH. É usado

para sinalização do sistema durante a inicialização da chamada,

antes da atribuição de um TCH ser feita. Poderá ser utilizado

também para a transmissão de mensagens curtas em modo de

espera. É neste canal que é realizada a autenticação bem como a



61

atribuição de canal de tráfego, sendo enviado a frequência e time

slot que definem o canal. É utilizado em up/downlink ponto a

ponto.

− Canal de Controlo Associado Lento - SACCH. É associado a

um TCH ou a um SDCCH, sendo um canal de dados contínuo

transportando informação de sinalização, tal como relatórios de

medidas do nível de intensidade do sinal recebido na célula onde

está presente e as suas adjacentes. Em downlink o móvel recebe

informação respeitante ao avanço temporal e controle de

potência. É utilizado em up/downlink ponto a ponto.

− Canal de Controlo Associado Rápido - FACCH. É associado

ao TCH e funciona em modo stealing. Isto significa que se por

acaso durante a transmissão de voz for necessário trocar

informação de sinalização com o sistema, a um ritmo muito mais

alto que o SACCH, pode fazê-lo, mas “roubando” segmentos de

voz de 20 ms para se efectuar essa sinalização. É o caso do

handover, em que a interrupção não será sentida pelo utilizador

porque o codificador de voz volta a transmitir os segmentos não

transmitidos. É utilizado em up/downlink ponto a ponto.

Estes canais lógicos são utilizados em diferentes configurações, dependendo da

funcionalidade de que se quer tirar partido na utilização dos canais. Essas configurações

podem ser observadas no Quadro 4.1.

Configuração Utilização BCCH Utilizado quando não há ligação física disponível

BCCH+CCCH CCCH Utilizado pela MS no estado de espera (idle state)

SDCCH+SACCH Utilizado pela MS no canal de controlo dedicado TCH/F+FACCH+SACCH TCH/H+FACCH+SACCH Utilizado pela MS quando a chamada é estabelecida

2TCH/H+FACCH+SACCH

Quadro 4.1- Configurações dos Canais Lógicos.

4.6 Burst

O formato da informação transmitida durante um time slot numa trama TDMA é chamado de

Burst. A transmissão em GSM é feita através de bursts . Estes têm uma janela temporal de

duração mínima de 576+12/13 µs ou seja 15/26 ms. Neste intervalo de transmissão o valor da

amplitude de emissão ascende desde o valor 0 para o seu valor nominal. A fase do sinal é


ISEL-DEEC-SST

62

então modulada para transmitir um pacote de bit´s , decrescendo então o valor da amplitude

até atingir novamente o 0.

Cinco tipos de bursts são definidos de acordo com a sua característica de amplitude no tempo:

q Burst Normal. É utilizado para transportar informação nos canais de tráfego e de

controlo, excepto para RACH, SCH e FCCH. Contém dois pacotes de 57 bits

separados por uma sequência de verificação ou teste de 26 bits e encapsulados

por tail bits . As especificações consideram também um tempo de guarda com a

duração de 8.25 bits.

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Informação

57

Informação

57

S

1

S

1

Sequênciade Teste

26

Tail

3

148 bits

Figura 4.5 – Burst Normal

Os bits de informação são constituídos por 57 bits de voz ou dados encriptados, mais um bit

de indicação de stealing flag que nos indica se o burst foi preterido para sinalização FACCH

ou não.A training sequence é um padrão de bit conhecido e utilizado pelo equalizador para

criar um modelo de canal, que permite amenizar a dispersão no tempo.Os tail bits são

constituídos por três bits com o valor ‘0’, que servem para inicializar o modulador e sinalizar

a paragem da transmissão.

O tempo de guarda ou guard period é sempre um espaço vazio. Como temos um

máximo de oito utilizadores por portadora utilizando diferentes time slots é necessário

assegurar que eles não se sobrepõem durante a transmissão. Permite que a potência de saída

suba e desça de acordo com as especificações (ramp-up e ramp-down).

Burst de Acesso . É utilizado para acesso aleatório e tem um período de guarda

maior para o acesso inicial de um móvel que desconhece o avanço de tempo. O

móvel pode estar longe da BTS, o que implica que o burst inicial chegará atrasado

e, como não há avanço de tempo no primeiro burst , este tem que ser mais curto

para que não se sobreponha no time slot seguinte. O burst é constituído por 36

bits de informação, encapsulado por sete e três bits respectivamente no início e

fim do burst e, uma sequência de sincronismo de 41 bits.

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Informação

57

Informação

57

S

1

S

1

Sequênciade Teste

26

Tail

3

148 bits

Figura 4.6 – Burst de Acesso



63

Burst de Correcção de Frequência. É utilizado na sincronização da frequência

do móvel, e é equivalente a uma portadora não modulada. As repetições destes

bursts constituem o FCCH. Este burst é muito específico. É um burst longo, cujo

objectivo é permitir que as estações móveis encontrem e desmodulem o burst de

sincronização da célula. A sua constituição é a mais simples de todos os bursts , é

composto por 142 bits fixos com o valor ‘0’, forçando o modulador a deixar

passar uma portadora não modulada.

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Sequência Fixa

142

Tail

3


Burst de Sincronização - SB. É utilizado para a sincronização no tempo do

móvel e é constituído por uma longa training sequence fácil de detectar, e

transporta informação do número de trama TDMA com o código de identificação

da estação base (BSIC), utilizado pelo móvel para verificar a identidade da BTS

quando faz medidas de intensidade de sinal e para detectar mudança de operador.

As repetições destes bursts constituem o SCH.

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Informação

39

Sequênciade Teste

64

Tail

3

Informação

39


Dummy Burst - DB. É utilizado pela BTS e não contém informação. A sua

constituição é idêntica à do NB, onde em vez de bits de informação, estão bits

misturados com um determinado padrão.

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Padrão Conhecido

58

Sequênciade Teste

26

Tail

3

Padrão Conhecido

58


4.7 Organização dos Canais no Tempo

A organização do canal ao longo do tempo pode ser bastante complexa. Esta organização é

sempre periódica, mas o comprimento do ciclo, bem como o número de slots num ciclo varia

de acordo com o tipo de canal. O posicionamento dos períodos no tempo é conseguido através


ISEL-DEEC-SST

64

da sincronização do sistema. Cada célula assegura um clock de referência, que define os time

slots e ainda um esquema de dating em relação ao qual os ciclos de todos os canais são

referidos.

No sistema GSM cada time slot é dado por um número que é conhecido quer pela

estação base, quer pela estação móvel, e que faz parte da informação de sincronização. A

descrição dum dado canal, downlink, refere-se ao seu esquema de numeração. A numeração

do TS é cíclica, mas com um longo período, cerca de 3 horas e meia. Este ciclo foi escolhido

como um múltiplo de todos os ciclos necessários para o múltiplo acesso.

Como foi referido no início deste ponto, a organização temporal depende do canal. Assim

passaremos a especificar esta organização dividindo os canais em dois tipos: Canais edicados

e Canais Comuns.

4.7.1 Canais Dedicados

Estes canais são utilizados quando a estação móvel encontra-se em modo dedicado, como foi

referido atrás. Estes são:

• TCH/F e o seu SACCH ou FACCH

• TCH/H e o seu SACCH ou FACCH

• SDCCH e o seu SACCH

4.7.1.1 TCH/F + SACCH

Um canal TCH/F está sempre associado a um canal de baixo ritmo (slow-rate) para

sinalização, o SACCH. O grupo resultante não vem nomeado nas especificações, mas para

facilitar a explicação, daqui para a frente designaremos-lhe por TACH/F.

Um TACH/F consiste em 1 slot todos os 8 TS em cada direcção, ou seja um slot todos

os 4.615 ms e cujo número de TS (TN) é 8 vezes um inteiro, mais um valor k entre 0 e 7

específico do canal. Este valor k é a fase módulo 8 dos números dos slots do canal.

Dependendo do TN, poderão ser definidos oito tipos de TACH/F, dois dos quais, tendo a

mesma fase, são considerados slots simultâneos.

A separação entre os dois canais, TCH/F e SACCH, está também especificada no

domínio do tempo, utilizando um ciclo de 26 TACH/F, ou seja 26×8 slots sucessivos, o que se

traduz num período de 120 ms. Este período foi escolhido como múltiplo de 20 ms por forma

a obter algum sincronismo com as redes fixas. Assim pode-se explicar o valor anteriormente

atribuído ao TS, pois ele corresponde a exactamente ( )120 26 8× ms, ou seja 15/26 ms.



65

Um ciclo de 26 slots de TACH/F inclui 24 slots , nos quais são enviados bursts de

TCH/F, um slot, no qual é enviado um SACCH, e um slot onde não há transmissão, como

podemos observar na Figura 4.10.

0 321 4 765 8 11109 12 151413 16 191817 20 232221 24 25

T TT T T T T S TT T T T T T TT T T T T TT T TT TT T T T T TT T T T T T TT T T T T T ST T T

T TT T T T T TT T T T T T TT T T T T T ST T T

701

8 BP ciclo tempoT

S

TCH/F

SACCH

Figura 4.10 - Organização no tempo de um TACH/F

A posição no tempo dos bursts TCH/F (e só destes), segue um ciclo de 13×8 TS. Os inícios

deste ciclo são quase simultâneos para os TCH/F de diferentes TN’s, ou seja o primeiro slot

do ciclo 13×8 dum TCH/F de TN¨1 segue-se imediatamente ao slot correspondente ao TCH/F

de TN0.

Do ponto de vista da estação de base, a organização na direcção Uplink deriva sempre

da de Downlink, com um atraso de 3 TS. Este valor de atraso é constante para todo o sistema e

permite aos slots dum canal servir com o mesmo TN em ambas as direcções. Mas, o ponto de

vista da estação móvel é afectado por considerações relacionadas com atrasos na propagação,

os quais para grandes distâncias entre o móvel e a BTS não podem ser desprezados, quando

comparados com a duração de um burst.

offset

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

0 1

0 1

Nº da Trama TDMA

Nº da Trama TDMA

Downlink C 0

Uplink C 0

45 MHz (GSM 900)

95 MHz (DCS 1800)

Transmissão daBTS para a MS

Transmissão da MSpara a BTS

Figura 4.11 – Atraso entre a recepção e a transmissão num móvel

Na Figura 4.11 é considerado que o móvel se encontra muito próximo da BTS, de forma não

se considerar os atrasos na propagação. Mas quando a distância aumenta, estes atrasos não

podem continuar a ser desprezados, e assim, o exacto de 3 TS não pode ser mantido ao mesmo

pela BTS e pelo móvel. Mas é imperativo que os bursts recebidos na BTS “encaixem”

correctamente nos time slots , e que os bursts dos móveis que utilizem time slots adjacentes

não se sobreponham.


ISEL-DEEC-SST

66

A solução encontrada é a da estação móvel avançar a sua emissão relativamente à

recepção um tempo de compensação. Este tempo é chamado de Timing Advance (avanço

temporal) e é calculado pela BTS e passado ao móvel através da sinalização.

4.7.1.2 TCH/H + SACCH

Também o TCH/H é atribuido juntamente com o seu SACCH, sendo este grupo

denominado por TACH/H. Um TACH/H é definido no tempo, como em média um slot em

cada 16 TS, já que neste canal não é exacta a sua repetição em cada ciclo de 13×16 TS. Este

ciclo é apresentado na Figura 4.12.

0 321 4 765 8 11109 12 151413 16 191817 20 232221 24 25

T TT T T T T S TT T T T T T TT T T T TT T T

T TT T T T T TT T T T T T TTT T T T T ST T T

T TT T T T T T T T T T T TT T T T T T ST T T

70

1

8 BP ciclo tempoS

S

TCH/F e SACCH para MS1

SS

STT

T

T

T TCH/F e SACCH para MS0

Figura 4.12 - Organização no tempo de TACH/Hs.

A separação entre o TCH/H e o seu SACCH é realizada para melhor compreensão do TACH/H

ao longo do ciclo de 13 TACH/H slots, ou seja, 120 ms. O ciclo contém 12 slots para os bursts

TACH/H’s e um para o SACCH. Todos os slots do TACH/H são utilizados para transmissão.

4.7.1.3 SDCCH + SACCH

Quanto ao SDCCH e o seu SACCH, são mais complexos do que os anteriores, pois,

de acordo com a sua organização temporal, os tipos diferem. Alguns estão agrupados em 8, de

forma equivalente a um TACH/F, chamados SADCCH/8. Outros podem estar agrupados em 4

e combinados com canais comuns formam um canal equivalente a um TACH/F, e são

chamados de SADCCH/4.

Todos os SADCCH/8 têm muitas características em comum: seguem um ciclo de

102×8 TS, onde 8 slots são utilizados para os bursts SDCCH e 4 slots são usados para os

bursts SACCH. O comprimento do ciclo SADCCH/8 (102) não traduz uma simples relação

com o ciclo TACH/F (26, e 4 vezes 26 é 104). A origem desta escolha é a de possibilitar a

associação de 4 SADCCH/8 com canais comuns. Esta diferença entre os comprimentos do

ciclo SADCCH/8 e do TACH/F ou /H resulta numa ligeira diferença de velocidades de

transmissão ( 2 % ), para os SACCH’s correspondentes.



67

70 1

8 B

P c

iclo

tem

po

08

1224

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

SS

SS

SS

SS

SS

SS

3244

T

SS

48

SS

416

2028

3640

50

5159

6375

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

SS

SS

SS

SS

SS

SS

8395

SS

99

SS

5567

7179

8791

101

S

TS

TS

TS

SA

DC

CH

nº

4T

S

TS

TS

TS

Con

junt

o de

8

026

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

SS

3242

SS

SS

46

SS

2229

3950

5177

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

TT

SS

8393

SS

SS

97

SS

7380

8790

101

36

Con

junt

o de

8

SA

DC

CH

nº

5S

AD

CC

H n

º 6

SA

DC

CH

nº

7

SA

DC

CH

nº

0S

AD

CC

H n

º 1

SA

DC

CH

nº

2

SA

DC

CH

nº

3

Figura 4.13- Organização temporal de SDCCH+SACCH

A relação de fase do SADCCH/8 sofre alterações entre os slots TCH e os SACCH, assim

como também entre as direcções de uplink e downlink. A Figura 4.13 mostra a organização

temporal para ambas categorias de SADCCH/8.


ISEL-DEEC-SST

68

A partir da figura é fácil compreender que o SADCCH/8, não pode ser derivado de cada um

dos outros por uma simples translação no tempo. O resultado é a existência de 12 diferentes

escalonamentos para os móveis em ligação no SADCCH/8.

4.7.2 Canais Comuns

Os canais comuns foram definidos nas especificações do sistema com o intuito de serem

agrupados de forma a seguirem algumas combinações. As suas definições temporais estão

baseadas no mesmo ciclo: 51×8 TS. Os canais comuns são: FCCH e SCH, o BCCH e PAGCH

(PCH + AGCH), o RACH, e finalmente o CBCH.

Estes canais diferem intencionalmente dos canais dedicados de modo a permitir ao

móvel detectar o canal de sincronização (SCH) e o canal de correcção de frequência (FCCH)

das estações base que o circundam, ambos necessários para que o móvel se sincronize e assim

se mantenha. De facto o importante é que o ciclo dos canais comuns não seja múltiplo dos

canais de tráfego, de forma a permitir a escuta dos canais de sincronismo das estações base

circundantes no slot idle existente nos canais TACH/F.

4.7.2.1 FCCH e SCH

Os canais FCCH e SCH seguem a mesma estrutura temporal, ou seja, 1 slot SCH segue cada

slot FCCH após 8 TS, Figura 4.14. Cada um destes dois canais utiliza 5 slots em cada ciclo

de 51×8 TS. Este conjunto, FCCH+SCH, só é definido uma única vez em cada célula. Em

todas as células, os slots destes dois canais têm a mesma posição dentro do ciclo 8 TS, ou seja,

o mesmo TN, que por definição é o TN 0. Estes canais servem como referência para que o

móvel saiba o TN dum slot, já que cada burst do SCH indica a parte restante da numeração de

time slot.

701

Ciclo de 8 TS tempoFCCH

0 1 1110 20 21 30 31 40 41

SCH

F S F S F S F S F S

F

S

Figura 4.14 - Organização Temporal dos FCCH e SCH

4.7.2.2 BCCH, PCH e AGCH

Além dos dois canais anteriormente referidos, os canais comuns incluem os canais

BCCH, PCH e o AGCH. A diferença entre estes dois últimos canais reside mais na sua

utilização do que nas sua características de transmissão. A organização entre o PCH e o

AGCH é bastante variável e pode ser diferente de célula para célula. Ao conjunto do PCH e o



69

AGCH é chamado de PAGCH. São definidos dois tipos de PAGCH, de acordo com as suas

capacidades, já que utilizam um número diferente de slots no ciclo. O de maior capacidade é

denominado por PAGCH/F e ocupa 9 blocos de 4 TS cada um. O de menor capacidade por é

denominado por PAGCH/T e ocupa uma terça parte do anterior, utilizando 3 blocos de 4 TS

cada um. O grupo de canais formado por um BCCH e um PAGCH/F utiliza 40 slots em cada

ciclo de 51×8 TS, enquanto o grupo formado por BCCH e um PAGCH/T utiliza 16 slots do

ciclo 51×8 TS, como mostra a Figura 4.15.

BCCH

2 6 12 22 32 42

PAGCH

701

Ciclo de 8 TS tempo

B

P

B

B

B B P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P

50

2 6 12 22 32 42

B B B B P P P P P P P P P P P P

50

PAGCH/F:

PAGCH/T:

Figura 4.15 - Organização temporal do BCCH e do PAGCH

4.7.2.3 RACH

Tal como o PAGCH, o canal RACH divide-se também em dois tipos, consoante a sua

capacidade. O RACH/F utiliza 1 slot todos os 8 BP, de forma que a sua organização é

semelhante à do TACH/F em uplink. O RACH/H utiliza 23 slots em cada 51×8 BP de forma

equivalente a 2 vezes o canal TACH/F em uplink. A Figura 4.16 mostra-nos a sua

organização temporal.

2 6 12 22 32 42

RACH

701

Ciclo de 8 TS tempoR

R R R R R R R R

50

14 36 45

RACH/F:

RACH/H:

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R RR

4

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R RR R

Figura 4.16 - Organização Temporal de um RACH.

4.7.2.4 Organização dos Canais na Célula

A organização dos canais numa célula relaciona-se com a gestão dos recursos temporais da

estação de base. Como um transreceptor elementar (TRX) não pode emitir ou receber dois

bursts em diferentes frequências durante o mesmo time slot , a estação de base contém

normalmente diversos TRX’s de forma a atingir uma determinada capacidade. De forma a


ISEL-DEEC-SST

70

optimizar os custos, é desejável escolher canais de forma a que formem grupos onde só um

burst é emitido num dado instante, assim como ocupar os time slots dentro destes grupos tanto

quanto possível.

De forma a facilitar os agrupamentos referidos, a organização do interface rádio faz

grande uso do ciclo 8 TS. Assim todo o TRX é capaz de cobrir 8 grupos de canais,

correspondendo cada grupo a um dado TN.

Numa célula, existem três possíveis combinações de canais comuns . Todas as

células, como foi referido anteriormente, difundem um único FCCH e um único SCH, mas

para o BCCH, PAGCH, e RACH, cada célula suporta pelo menos 1 canal. Os canais comuns

são sempre agrupados de modo a tirar a máxima eficiência do espectro. As três combinações

possíveis são:

1ª Básica. Inclui na direcção de downlink 1 FCCH, 1 SCH, 1 BCCH e 1 PAGCH,

todos com o mesmo TN 0. Na direcção de uplink, esta configuração contém 1

RACH/F. Todos estes canais utilizam a mesma quantidade de recursos que um

TACH/F, o que permite que uma única estação base passa gerir esta combinação

mais sete canais de TACH/F (de TN 1 a 7), Figura 4.17.

BCCH

2 6 12 22 32 42

PAGCH

70

1

Ciclo de 8 TS tempo

B

P

B

B

B B P P P P P P P P P P P P

50

2 6 12 22

R

32 42

R R R R R R R R R R R R R R R R

50

Downlink:

Uplink:

FCCH

SCHS

F

F S F S F S F S F S

R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R RRR

RACHR

P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P

Figura 4.17 - Combinação Básica de canais comuns

2ª Células de pequena capacidade. Quando a capacidade de 1 PAGCH/T e um

RACH/F não são necessários, o operador pode estar interessado em combinar

para downlink 1 PAGCH/T com o usual SCH, FCCH, BCCH mais 4 SDCCH/8

(downlink). Para uplink a combinação é de um canal RACH/H mais quatro canais

SDCCH/8 (uplink) , Figura 4.18.



71

BCCH

2 6 12 22 32 42

PAGCH

701

Ciclo de 8 TS tempo

B

P

B

B

B B P P P P P P P P P P P P D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D

50

2 6 12 22 32 42

D D R R D D D D D D R R R R R R

50

Downlink:

Uplink:

FCCH

SCHS

F

F S F S F S F S F S

D D D D R R R R R R R R R R R R R R R R R D D D D D D D D D D D DRR

RACH

SDCCH/8D

R

Figura 4.18 - Combinação de canais comuns para células de pequena capacidade

3ª Células de grande capacidade. Utilizada quando a capacidade de um canal

PAGCH/F e um RACH/F não são suficientes para muito tráfego. Assim nesta

combinação uma célula pode acomodar três conjuntos de extensão, contendo cada

extensão os mesmos canais que uma combinação básica, excepto os canais FCCH

e SCH, que são únicos para a mesma célula.

No Quadro 4.2, podemos observar as diversas combinações possíveis de canais com o

mesmo TN, enquanto no Quadro 4.3 estão representadas as possíveis combinações de canais

na mesma célula, conforme a capacidade pretendida para esta.

Canais Slots não Utilizados

1 TACH/F 1 em 26

2 TACH/H nenhum

8 SDCCH/8 3 em 51

1 SCH + 1 FCCH + 1BCCH + 1 PAGCH/F + 1 RACH/F

downlink: 1 em 51

uplink: nenhum

1 BCCH + 1 PAGCH/F + 1 RACH/F Downlink: 11em 51

uplink: nenhum

1 BCCH + 1 PAGCH/T + 1 RACH/H + 4 SDCCH/8

downlink: 11 em 51

uplink: nenhum

Quadro 4.2 - Combinações possíveis de canais com o mesmo TN.


ISEL-DEEC-SST

72

Capacidade da Célula Número de TRX Combinações Possíveis

Pequena 1 TRX’s TN 0: FCCH, SCH, BCCH, PAGCH/T, RACH/H, 4TACH/8; TN 1 a 7: 1 TACH/F cada.

Média 4 TRX’s

TN 0: FCCH, SCH, BCCH, PAGCH/F, RACH/F; 2 × 8 TACH/8; 29 TACH/F.

Grande 12 TRX’s

TN 0: FCCH, SCH, BCCH, PAGCH/F, RACH/F; 1 TN 2, 1 TN4, 1 TN 6: BCCH, PAGCH/F, RACH/F; 5 × 8 TACH/8; 87 TACH/F.

Quadro 4.3 - Combinações possíveis de canais na mesma célula.

4.7.3 Restrições

Os canais comuns, FCCH, SCH, BCCH, PAGCH e RACH, são uma restrição à utilização da

frequency hopping, pois neste caso a utilização de frequência fixa é obrigatória. Esta restrição

tem a finalidade de permitir uma mais fácil aquisição de sincronismo, já que o móvel para

detectar um burst FCCH vai tentar detectar um burst SCH na mesma frequência. Como este

burst é demasiado pequeno para conter a sequência de hopping para o BCCH, a forma mais

simples de ultrapassar isto é colocar o BCCH na mesma frequência que o SCH. Se o PAGCH

e o RACH fossem canais hopping, as suas sequências de hopping podiam ser difundidas no

canal BCCH, mas iria tornar o sistema ainda mais complexo.

Outra particularidade dos canais comuns, é que a frequência que estes utilizam deve

ser emitida continuamente, mesmo que não haja informação para completar os bursts . Esta

particularidade deve-se ao facto de simultaneamente existirem móveis, nas células vizinhas,

que continuamente fazem medidas nestas frequências, de forma a determinar a melhor célula

a que devem ligar-se.

4.8 Tramas

A numeração de tramas em GSM é fundamental, pois os mecanismos criptográficos utilizam

como parâmetro este mesmo número de trama. Assim a estação de base está encarregada de

numerar todas as tramas, dentro de um padrão cíclico, devido à encriptação.

Uma trama é definida como uma sucessão de slots . A trama elementar, Trama

TDMA, é constituída por 8 time slots começando num time slot 0 , com uma duração de 4,615

ms. O extracto seguinte da hierarquia de tramas do GSM , Figura 4.19, é composto pela

Multitrama-26 ou Multitrama-51.



73

A multitrama-26 é definida como uma sucessão de 26 tramas TDMA, e corresponde

ao ciclo de 26×8 TS ou 120 ms utilizado no transporte do TACH/F e do TACH/H. Da mesma

forma a multitrama-51 é definida como uma sucessão de 51 tramas TDMA, e corresponde ao

ciclo de 51×8 TS utilizado no transporte do TACH/8 e nos canais comuns. A multitrama-51 é

geralmente utilizada para sinalização. A escolha entre estas duas multitramas é efectuada pelo

operador aquando da optimização do sistema.

543210 204720462045204420432042

1 Hipertrama = 2048 Supertramas = 2.715.648 Tramas TDMA (3 horas 28 min 53 seg 760 microseg

0

1 supertrama = 1326 tramas TDMA (6,12 seg)

1 2 3 4 46 47 48 49

24 25

50= 51 Multitramas 26 ou 26 Multitramas 51

0 1 2 3 22 23 24 25 0 1 2 3 47 48 49 50

1 Multitrama 51 = 51 tramas TDMA

0 1

1 Multitrama 26 = 26 tramas TDMA

2

0 1 2 3 4 5 6 7

1 trama TDMA = 8 Timeslots (4,615 ms)

Tempo deGuarda

8.25

Tail

3

Informação

57

Informação

57

S

1

S

1

Sequênciade Teste

26

Tail

3

148 bits

1 Timeslot = duração de 156,25 bits (15/26 ~ 0,577 ms)

Figura 4.19 - Hierarquia de tramas

A Supertrama é constituída por 51×26 tramas TDMA, com uma duração de 6,12 s, e

corresponde ao menor ciclo para o qual a organização de todos os canais é repetida.

No topo desta hierarquia encontra-se a Hipertrama, o período de numeração, ou seja o

número 2 715 648. Tem um comprimento de 2048×51×26×8 BP, ou seja 12535,760 segundos

ou 3 horas, 28 minutos, 53 segundos e 760 milisegundos. É obviamente um múltiplo de todos

os ciclos cotados anteriormente, e representa todos os ciclos na transmissão no percurso rádio.

Capítulo

5 Numerações e

Identificações

5.1 Introdução

Uma rede GSM é bastante complexa, sendo composta por dois sistemas, o sistema de estações

base e o sistema de comutação. O sistema de comutação por sua vez é composto pelas

entidades MSC, VLR, HLR, AuC e EIR que permitem efectuar o interface entre o sistema de

estações base e a PSTN/ISDN. Se pensarmos ainda que cada operador pode dispor de

diversos MSC’s, VLR’s e HLR’s encaminhar uma chamada ainda se torna mais complexo.

De forma a que o encaminhamento e comutação de uma chamada de ou para um móvel

seja feito de uma forma eficiente, ou seja, da forma mais curta e mais rápida, deverão intervir

neste processo o mínimo de entidades possíveis. Para isso existe um plano de numeração e

endereços cujo objectivo é acelerar e tornar o encaminhamento mais fácil. É por esta razão

que se torna importante percebermos a constituição das identificações que estão envolvidas

em GSM. Este é o objectivo deste capítulo.

5.2 Identificação dos Assinantes Móveis

A cada assinante do sistema GSM deverá ser atribuída uma identificação internacional de

assinante móvel única. Esta identificação é definida pelo CCITT como International Mobile

Subscriber Identity – IMSI.

O IMSI facilita a correcta identificação do assinante ao longo de todo o percurso rádio, bem

como através da rede e é utilizado em toda a sinalização no sistema GSM. Toda a informação

Numerações e Identificações Capítulo 5

ISEL-DEEC-SST

76

existente no sistema relacionada com o assinante está ligada a um IMSI. O IMSI é guardado

no SIM, HLR e no VLR associado à área de localização onde se encontra o assinante móvel.

De forma a disponibilizar o serviço de confidencialidade do assinante, protegendo a

identificação do assinante no interface rádio, os VLR’s poderão atribuir uma identificação

temporária aos assinantes visitantes denominada por Temporary Mobile Subscriber Identity –

TMSI. O VLR terá de ser capaz de correlacionar o IMSI e o TMSI para um determinado

móvel. O TMSI tem um significado apenas local, ou seja, dentro da área de um MSC/VLR, e

é alterado em determinados intervalos de tempo ou quando ocorrerem eventos relacionados

com o assinante.

Para que a procura dos dados do assinante no VLR se torne o mais rápida possível é definida

uma identificação suplementar denominada por Local Mobile Station Identity – LMSI. O

LMSI pode ser atribuído pelo VLR durante a actualização de localização sendo então enviada

para o HLR juntamente com o IMSI. Apesar de o HLR não utilizar esta identificação, esta é

incluída juntamente com o IMSI em todas as mensagens relacionadas com a estação móvel

enviadas para o VLR .

5.2.1 Composição do IMSI

A composição do IMSI está representada na seguinte figura:

3 dígitos 2 dígitos15 dígitos no máximo

NMSIIMSI

MCC MNC MSIN

Figura 5.1 - Constituição do IMSI.

O IMSI é composto por três partes:

i) Mobile Country Code (MCC). O MCC é constituído por três dígitos e

pretende ser a identificação móvel do país onde está domiciliado o

assinante móvel. Esta identificação é atribuída pelo CCITT, de acordo com

o anexo A da recomendação E.212. No caso de Portugal o código é 268;

ii) Mobile Network Code (MNC). Em aplicações GSM o MNC é constituído

por dois dígitos. Este código identifica o operador GSM (PLMN) a que

pertence o assinante móvel.

iii) Mobile Subscriber Indentification Number (MSIN). O MSIN identifica o

assinante móvel dentro do operador móvel GSM.



77

A identificação nacional do assinante móvel – NMSI é composta pelo MNC e pelo MSIN.

5.2.2 Estrutura do TMSI

Uma vez que o TMSI apenas tem um significado local, ao nível de cada MSC/VLR, a

respectiva estrutura e codificação é escolhida por acordo entre o fabricante e o operador. No

entanto a estrutura não pode exceder os quatro octetos, podendo ser utilizada uma

representação hexadecimal para a sua codificação.

O TMSI só deve ser atribuído em modo encriptado, de acordo com a especificação GSM

03.20. Existe no entanto uma restrição quanto à constituição deste código, não podendo este

ser constituído por 32 bits a “1”. Isto acontece porque o TMSI tem de ser guardado no SIM, e

este utiliza 32 bits a “1” para indicar que o TMSI não é válido.

5.3 Plano de Numeração para Estações Móveis

O plano de numeração descrito aqui define a estrutura dos números utilizados por um

assinante de uma rede fixa (ou móvel) para efectuar uma chamada telefónica para um móvel

pertencente a um operador GSM.

Em principio deve ser possível a qualquer assinante do ISDN ou PSTN efectuar chamadas

para qualquer móvel de uma PLMN GSM. Isto implicará que os números ISDN dos móveis

devem estar de acordo com o plano de numeração em cada país.

5.3.1 Estrutura do Número ISDN da Estação Móvel (MSISDN)

O MSISDN identifica de uma forma única o assinante móvel a partir de um plano de

numeração de uma rede telefónica pública. São estes os números marcados quando se efectua

uma chamada para um utilizador móvel.

Os MSISDN’s são atribuídos de acordo com o plano de numeração da recomendação E.164

do CCITT e E.213. A sua composição é a seguinte:

Número Móvel Nacional

Número Móvel ISDN Internacional daEstação Móvel

CC NDC SN

Figura 5.2 - Constituição do MSISDN.

O número é composto por:


ISEL-DEEC-SST

78

i) Country Code (CC). Código do país onde o móvel está registado. No caso

de Portugal é 351.

ii) National Destination Code (NDC). É atribuído um código nacional do

destino a cada PLMN, podendo em certos países atribuír-se mais do que

um NDC para cada PLMN GSM.

iii) Subscriber Number (SN) . Número do assinante móvel destino.

O MSISDN poderá ter uma dimensão total variável, sendo limitado no máximo a 15 dígitos,

excluindo os prefixos.

Por exemplo, um assinante espanhol que pretenda efectuar uma chamada para um assinante

móvel português, terá de marcar:

Prefixo Internacional em Espanha

Código do País

Código destino Nacional

Número do Assinante

00 351 933 3344556

5.4 Número de Roaming da Estação Móvel

O Mobile Station Roaming Number (MSRN) é utilizado para encaminhar uma chamada

directamente para a estação móvel. O MSRN deve ser constituído pela mesma estrutura que o

MSISDN, tendo em atenção que agora SN é o endereço da MSC.

MSRN

CC NDC SN

Figura 5.3 - Constituição do MSRN

A utilização do MSRN pode ser melhor compreendida lendo o capítulo 6. Quando chega uma

chamada para um móvel, o GMSC envia ao HLR o MSISDN. O HLR sabe em que Área de

Serviço de MSC/VLR é que o assinante está localizado presentemente. Assim, de forma a

disponibilizar um número temporário que será utilizado para o encaminhamento, o HLR pede

à corrente VLR/MSC para atribuir e retornar o MSRN do assinante destino.



79

VLR

HLR

PSTN GMSCMSISDN

MSC

MSISDN

MSRN

IMSI MSRNMSRN

1

2

3 45

6

IMSI Endereço MSC

IMSI MSRN

Figura 5.4 - Utilização do MSRN.

Quando o HLR recebe o MSRN, envia-o para o GMSC, o qual por sua vez encaminha a

chamada para o comutador MSC/VLR onde o assinante chamado está registado

presentemente.

5.5 Identificação das Estações base e Áreas de Localização

5.5.1 Composição da Identificação da Área de Localização

A Identificação da Área de Localização (LAI) é utilizada em duas situações distintas:

1. Paging. Neste caso serve para informar o MSC de qual a área de

localização em que está a estação móvel, para lhe ser enviado paging;

2. Actualização de localização dos assinantes móveis.

3 dígitos 2 dígitos

Identificação da Área de Localização

MCC MNC LAC

2 dígitos

Figura 5.5 - Constituição da LAI

A LAI é composta por três partes:

i) Mobile Country Code (MCC). O MCC é constituído por três dígitos e

pretende ser a identificação móvel do país onde está domiciliado o

assinante móvel. O valor do MCC é o mesmo dos três dígitos contidos no

IMSI;


ISEL-DEEC-SST

80

ii) Mobile Network Code (MNC). Este código identifica o operador GSM

(PLMN) a que pertence o assinante móvel. O valor do MNC é o mesmo

dos dois dígitos contidos no IMSI;

iii) Location Area Code (LAC). O código da área de localização tem

comprimento fixo (2 octetos) e identifica uma determinada área de

localização dentro operador GSM.

5.5.2 Identificação Global da Célula

A Identificação Global de Célula (CGI) é utilizada para identificar a célula dentro de uma

determinada área de localização. Esta identificação é conseguida, juntando à LAI a

Identificação da Célula (CI) que tem um comprimento fixo de 2 octetos, ou 16 bits.


Identificação da Área de Localização

MCC MNC LAC

2 dígitos

CI

2 dígitos

Identificação Global da Célula (CGI)

Figura 5.6 - Constituição da CGI

5.5.3 Código de Identificação da Estação Base

A estação móvel tem que descodificar número de referência da estação base que a está a

servir. Este número de referência é denominado por BSIC - Código de Identificação da

Estação Base (BSIC), o qual se aplica mais propriamente a uma célula, sendo uma

identificação ambígua. Várias células podem ter o mesmo BSIC, sendo mesmo prática

corrente atribuir o mesmo BSIC às células vizinhas. O BSIC permite que as estações móveis

distingam as células que transmitem o seu canal de referência na mesma frequência (ver

Figura 5.7). Por exemplo, quando o espectro rádio disponível para um determinado operador

é limitado a, por exemplo, 2 MHz, a planificação da frequência tem que abranger pelo menos

10 frequências.

O melhor método de atribuição de frequência de referência pode não ser capaz de

evitar a sobreposição da cobertura neste caso, e uma estação móvel passa a receber em certos

casos dois canais de referência com a mesma frequência. Uma situação semelhante é também

ao longo das fronteiras. Enquanto que dentro dum país a atribuição de frequências para os

diferentes operadores é de tal modo a evitar a sobreposição, dois operadores públicos em cada

lado da fronteira podem ter a mesma frequência em comum. Na maioria dos casos, uma

estação móvel contínua em posição de receber a mesma frequência de referência transmitida

por duas estações bases de diferentes operadores. Por todas estas razões, é necessária a



81

utilização de um método que permita distinguir células que utilizam a mesma frequência de

referência. Este é o papel do BSIC, uma palavra de código de 6 bits, difundida no SCH em

todas as células.

BSIC1

f1

BSIC2

BSIC3

f1

f1

BSIC0

f1

BSIC0

f1 f1

BSIC2

Figura 5.7 Escolha do BSIC.

O BSIC é um código de 6 bits de comprimento, sendo estruturado da seguinte forma:

3 bits

BSIC

NCC BCC

3 bits

Figura 5.8 - Constituição do BSIC

O BSIC é composto por duas partes:

i) Network Colour Code (NCC). O NCC (3 bits) identifica o país. Este

código serve para diferenciar países junto das suas fronteiras, pelo que o

código poderá repetir-se entre países. A seguir é apresentada uma lista de

NCC’s que serve de exemplo para a região da Europa:

Austria : 0 Belgium : 1 Cyprus : 3 Denmark : 1 Finland : 0 France : 0 Germany : 3 Greece : 0 Iceland : 0 Ireland : 3 Italy : 2 Liechtenstein : 2


ISEL-DEEC-SST

82

Luxembourg : 2 Malta : 1 Monaco : 3 (poss ibly 0 (=France)) Netherlands : 0 Norway : 3 Portugal : 3 San Marino : 0 (possibly 2 (=Italy)) Spain : 1 Sweden : 2 Switzerland : 1 Turkey : 2 UK : 2 Vatican : 1 (possibly 2 (=Italy) Yugoslavia : 3

ii) Base Station Colour Code (BCC). O BCC (3 bits) identifica a estação

base, de forma a ajudar a distinguir entre estações base que utilizem a

mesma frequência para os canais de Broadcast.

É atribuído um BSIC a cada célula, dentro de 64 valores possíveis. Em cada célula, o seu

BSIC é difundido em cada burst enviado no SCH, sendo então conhecido pelas estações

móveis que estão sincronizadas com a célula. O BSIC é utilizado para diversas funções,

ajudando a evitar ambiguidades ou interferências que podem resultar quando a estação móvel

está numa determinada posição que permita a recepção de duas células que utilizam a mesma

frequência de Broadcast.

No caso de a MS estar ligada a uma das células em causa, o BSIC tem as seguintes

funções:

– Os três bits menos significativos do BSIC (BCC) indicam qual das 8

sequências de treino é utilizada nos bursts enviados nos canais comuns de

downlink da célula. Diferentes sequências de treino permitem uma

melhor qualidade de recepção em caso de interferência.

O BSIC é utilizado para modificar os bursts enviados pela estação móvel no canal de acesso.

Este procedimento ajuda a evitar que uma das células descodifique correctamente os bursts de

acesso enviados para a outra célula.

5.5.4 Identificação da Zona de Assinatura Regional

Para as assinaturas regionais têm de ser definidas zonas/regiões onde é permitido o Roaming.

Isto é conseguido pelo Regional Suscription Zone Identity (RSZI). A estrutura do RSZI é a

seguinte:



83

RSZI

CC NDC ZC

Figura 5.9 - Constituição da RSZI

O RSZI é composto por:

i) Country Code (CC). Código do país onde o móvel está registado. No caso

de Portugal é 351.

ii) National Destination Code (NDC). É atribuído um código nacional do

destino a cada PLMN, podendo em certos países atribuir-se mais do que

um NDC para cada PLMN GSM.

iii) Zone Code (ZC). Código da zona em causa.

5.5.5 Número de Localização

O Número de Localização (LN) é um número que define uma determinada localização dentro

de uma rede GSM. Este número é utilizado para implementar serviços como assinaturas

regionais/locais e diferenciar contas geograficamente.

O LN é constituído da seguinte forma:

LN

CC NDC LSP

Figura 5.10 - Constituição do LN

A estrutura do campo LSP do número de localização é resultado de um acordo entre o

operador GSM e a entidade reguladora de comunicações dentro do país. É desejável que este

número seja facilmente interpretável sem conhecimento da estrutura interna da rede GSM.

Assim normalmente é atribuído a este número o código regional utilizado nas redes fixas.

5.6 Identificação da Estação Móvel e Versão do Software

5.6.1 Identificação Internacional do Equipamento da Estação Móvel

A Identificação Internacional do Equipamento da Estação Móvel (IMEI) é utilizada para

identificar de forma única o equipamento móvel.

O IMEI está estruturado do seguinte modo:


ISEL-DEEC-SST

84


IMEI - 15 dígitos

TAC FAC SNR spare

6 dígitos 1 dígito

Figura 5.11 - Constituição do IMEI

O IMEI é composto pelos seguintes campos:

i) Type Approval Code (TAC). Este código é determinado por uma entidade

central quando é aprovado o equipamento.

ii) Final Assembly Code (FAC). Identifica o fabricante.

iii) Serial Number (SNR). O número de série identifica de forma única cada

equipamento com o mesmo TAC e FAC.

iv) Spare. Um bit separado para uma utilização futura. Este dígito deverá ter

sempre o valor 0 quando transmitido pela estação móvel.

Identificação Internacional do Equipamento Móvel e Número da Versão do Software

A Identificação Internacional do Equipamento Móvel e Número da Versão do Software

(IMEISV) é utilizada para identificar de forma única o equipamento móvel e o software.

O IMEISV está estruturado do seguinte modo


IMEISV

TAC FAC SNR SVN


Figura 5.12 - Constituição do IMEISV

O IMEI é composto pelos seguintes campos:

i) Type Approval Code (TAC). Este código é determinado por uma entidade

central, quando é aprovado o equipamento.

ii) Final Assembly Code (FAC). Identifica o fabricante.

iii) Serial Number (SNR). O número de série identifica de forma única cada

equipamento com o mesmo TAC e FAC.

iv) Software Version Number (SVN). Permite ao fabricante do equipamento

móvel identificar diferentes versões do software de um determinado tipo de

hardware. O valor 99 no SVN é reservado para uma futura utilização.

Capítulo

6 Sinalização em

GSM

6.1 Introdução

Os capítulos anteriores trataram de abordar sucintamente as soluções técnicas adoptadas pelo

GSM ao nível de arquitectura, interfaces e equipamento. Todas essas questões partilham do

mesmo objectivo: assegurar um conjunto de serviços de forma fiável e segura. Isto permitirá

ao utilizador GSM desfrutar de uma série de serviços e facilidades, nunca antes oferecidas, de

uma forma simples e rápida. Para isso existe um conjunto de operações, e troca de

informações, efectuadas no sistema que o comum dos utilizadores jamais se aperceberá, mas

que por vezes se revestem de alguma complexidade.

Neste capítulo, a que demos o nome de sinalização em GSM iremos abordar os mais

importantes procedimentos efectuados por um móvel em GSM, de uma forma superficial e

simplista. Isto porque a complexidade de informação e sinalização envolvida nos

procedimentos em GSM requeria não só um grande dispêndio de tempo, bem como um

extenso conhecimento ao nível de redes fixas, tal como ISDN, SS7, etc. Este tipo de

informação deverá ser dado apenas em forma de especialização a engenheiros que estejam

directamente envolvidos profissionalmente com as questões em causa..

6.2 A Sinalização em GSM

A maior parte do processamento de sinalização em GSM passa-se ao nível da camada 3. A

camada 3, é em termos de sinalização a mais complexa, estando encarregada principalmente

Sinalização em GSM Capítulo 6

ISEL-DEEC-SST

86

de estabelecer, manter e terminar uma ligação. A camada 3 assegura as funções de suporte

necessárias relacionadas com o controlo dos serviços suplementares e o serviço de mensagens

curtas. As normas GSM consideram que esta camada é composta por três subcamadas com

objectivos específicos, e independentes entre si.

Em primeiro lugar existe a subcamada de Gestão dos Recursos Rádio , cujo papel é

estabelecer e libertar ligações estáveis entre estações móveis e um MSC enquanto a chamada

decorrer e qualquer que seja a movimentação do utilizador. Deve jogar com um recurso rádio

limitado e geri-lo dinamicamente entre todas as necessidades.

A subcamada de Gestão de Mobilidade está principalmente relacionada com estação

móvel, mais precisamente o SIM no interior do móvel, a HLR e o MSC/VLR. A gestão das

funções de segurança é realizada pelas mesmas máquinas, mais precisamente belo AuC que

está situado no interior do HLR. A BSS não faz parte desta subcamada.

As funções da subcamada Gestão de Chamadas são o estabelecer um circuito para

um determinado utilizador quando lhe for pedido, e claro manter e libertar. Esta subcamada

inclui meios postos à disposição do utilizador de forma a este manter algum controlo sobre a

gestão das chamadas que origina ou recebe, através de serviços suplementares. A variedade

destas funções, torna mais fácil a sua explicação agrupando-as em três domínios:

Controlo de Chamadas. Os MSC/VLR’s, GMSC’s e HLR’s, através de

funções básicas de gestão de chamadas, são capazes de gerir a maior

parte de serviços orientados ao circuito, postos à disposição do

utilizador, incluindo voz e dados;

Serviços Suplementares. Estes serviços têm o objectivo de co nceder

algum controlo sobre as chamadas ao utilizador que as originou ou

recebeu.

Serviços de Mensagens Curtas. O sistema está ligado a um centro de

serviços de mensagens curtas, que pode estar ligado a várias redes,

proporcionando assim um serviço de envio de mensagens curtas ponto -a-

ponto.

6.3 Modos de Operação

Para melhor percebermos os diversos procedimentos, bem com a sinalização envolvida será

conveniente definirmos aqui os modos de operação de uma estação móvel GSM.

Simultaneamente identificaremos as operações e procedimentos envolvidos nestes modos de

operação. Uma estação móvel pode estar situada em três modos de operação:



87

1. Modo Inactivo. Neste modo o móvel está completamente desligado, está

OFF. O móvel está desligado da rede, que não é informada das mudanças

de posição do móvel nem o móvel recebe qualquer informação desta.

2. Modo Espera. O móvel está alimentado, está ON, mas não está envolvido

em qualquer comunicação com a rede. No entanto este está ligado à rede,

seleccionando a melhor célula a que se deve comunicar, (re)selecção de

célula. Para isso continuamente a estação móvel retira medidas acerca da

intensidade e qualidade do canal BCCH da sua célula e das células

vizinhas. Quando esta abandona a uma área de localização, tem que

informar a rede acerca da sua nova área de localização, actualização de

localização. A rede, conhecendo a localização do móvel pode enviar

paging para este quando necessário. Além disto, o móvel pode ainda,

neste modo, realizar o acesso aleatório . A estas possibilidades,

movimentação, selecção de célula e de novas áreas de localização, com a

possibilidade de receber paging da rede, e ainda de efectuar acessos

aleatórios é chamado de roaming.

3. Modo Dedicado. A estação móvel está envolvido na comunicação com o

sistema, tendo-lhe o sistema associado um canal dedicado, como

resultado do acesso aleatório feito pelo móvel. Esta comunicação inclui

autenticação, encriptação, configuração de chamada e atribuição de um

canal de tráfego. A rede informa o móvel relativamente aos valores de

controlo de potência e avanço no tempo . Tal como no modo anterior,

neste modo a estação móvel efectua continuamente medidas ao sinal

recebido da sua célula e das células vizinhas. Quando, em resultado das

medidas, a célula vizinha oferece melhores condições de comunicação, é

efectuado um handover, durante o qual a chamada é redireccionada para

a nova célula. A decisão de handover é tomada pelo sistema com base

nas informações recebidas do móvel sobre a qualidade e intensidade de

sinal e com base na situação de tráfego.

Em seguida iremos abordar estes dois últimos modos de operação do móvel, descrevendo

alguns dos procedimentos referidos. Mas antes, analisemos a forma como são efectuadas as

medidas de intensidade de sinal, que em modo de espera, quer em modo dedicado.


ISEL-DEEC-SST

88

6.4 Medidas de Intensidade de Sinal

As medidas de intensidade do sinal desempenham um papel fundamental no sistema, pois é a

partir delas que se faz mudança de estação base, controle de potência, etc. As medidas de

intensidade do sinal são efectuadas pela estação móvel em ambos os modos de

funcionamento, o modo de espera e o modo dedicado.

6.4.1 Modo de Espera

O móvel é considerado em modo de espera quando ligado (alimentado), mas não possui

nenhum canal dedicado para troca de informação. Ao ligar o aparelho, é automaticamente

feita a selecção da célula, podendo esta ser realizada de duas formas:

O móvel ao ligar-se, faz um varrimento aos 124/374 canais rádio e calcula os

níveis médios de cada um deles. Em seguida sintoniza a frequência do canal com

nível mais forte e tenta detectar um canal BCCH nessa frequência. Caso o canal

rádio não contenha um canal BCCH, o móvel sintonizará o 2º canal mais forte e

assim consecutivamente. Ao detectar o canal BCCH, o móvel lê os respectivos

dados para saber se se pode “agarrar” a essa célula.

Outra forma da escolha da célula é por consulta a dados em memória. O móvel

tem incluído na memória do SIM quais as portadoras BCCH a monitorizar na

selecção da célula. Esta lista inclui as 6 portadoras mais fortes e é actualizada

pelo móvel.

6.4.2 Modo Dedicado

Neste modo o móvel já tem um canal dedicado, estando portanto uma chamada em curso.

Durante esta chamada o móvel juntamente com a informação, reporta continuamente, por

intermédio do SACCH, o nível do sinal recebido.

Vários aspectos do processo de medidas merecem algumas explicações. Um deles é

como as medidas realizadas pela estação móvel e pela estação de base têm que ser

transferidas para um único ponto para tratamento, o BSC. Este será o primeiro ponto a

estudar. Outro ponto é de como a estação móvel realiza as medições relativamente às estações

base vizinhas.

6.4.2.1 Relatório de Medidas

De forma a tornar os handovers eficientes, o ritmo a que é feito medidas deve ser tão alto

quanto possível. Em GSM, o ritmo mínimo de envio de relatório é de uma vez por segundo. A



89

estação móvel tem que reportar as medidas, não só da a célula que a serve, mas também de

todas as células vizinhas possíveis, as quais podem ser candidatas a células destino. Neste

sistema as estações móveis podem efectuar medidas de até 6 células vizinhas, mais as

medições relativas à célula que a serve.

A actividade de relatório de medidas da estação móvel representa um ritmo de pelo

menos 130 bit/s. Este relatório é transportado pelas mensagens no canal de sinalização

pequeno associado com cada TCH e chamado SACCH, cuja máxima capacidade equivale a

duas vezes este ritmo. Assim, o ritmo de actualização pode ser de até duas vezes por segundo,

se o SACCH não está a ser utilizado para outros propostos em paralelo. E aqui fica uma razão

porque foi escolhido ter um canal separado do canal principal. Se a multiplexagem do TACH

(TACH = TCH + SACH) não for feita com base em bursts , mas através da partilha de bursts

(uns poucos bits para o SACCH e os restantes para o TCH), então a transmissão descontínua

tinha que ser inútil por causa dos constantes pedidos para relatório de medidas.

6.4.2.2 Medições das Células Vizinhas

A necessidade da estação móvel efectuar medições sobre o nível de recepção das células

vizinhas, enquanto se encarrega de uma chamada numa determinada célula, levanta um

número de questões técnicas. A primeira questão é simplesmente saber quando pode a estação

móvel realizar estas medições.

Em GSM, é possível às estações móveis efectuarem estas medições enquanto mantêm

a ligação, e sem necessitar que tenham dois receptores, graças ao mecanismo do TDMA. Na

verdade, a estação móvel mede as características das células vizinhas no intervalo entre a

transmissão de um burst e a recepção de outro burst . Estes intervalos são de comprimento

variado, dependendo do tipo de canal dedicado. O pior caso corresponde ao TACH/F. Os

intervalos, para cada período de 120 ms, são mostrados na Figura 6.1 e são como se segue:

• Desde o fim da recepção até ao inicio da transmissão: 26 intervalos de

2 TS-ε, onde um TS dura pelo menos 577 µs e ε representa o avanço

temporal;

Estes intervalos são demasiados curtos para serem utilizados para

medidas.

• Desde o fim da transmissão até ao inicio da recepção: 26 “pequenos”

intervalos de 4 TS+ε e um “longo” intervalo de 12 TS +ε. Este intervalo

existe graças ao slot idle não utilizado no ciclo 26.


ISEL-DEEC-SST

90

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

23 24 idle

idle2423

Tramas TDMA

Tramas TDMA

Uplink

Downlink

45/95 MHz ≈1ms

≈2 ms ≈6 ms

Figura 6.1 - Intervalos de medição disponíveis na estação móvel.

A partir destes valores, é óbvio que qualquer método de medições eficiente necessita que a

MS faça medições, não só durante o intervalo longo, mas também durante os intervalos

pequenos. A medição tem que ser efectuada numa frequência que seja diferente da utilizada

na transmissão do burst precedente ou na recepção do próximo burst .

Como foi explicado anteriormente, o escalonamento da estação móvel é muito rígido,

tendo como consequência o facto das estações móveis não poderem ser sobrecarregadas com

a necessidade de escutar um canal específico de uma célula vizinha, o que em GSM quer dizer

encontrar um burst específico entre oito, para além de comutar para a frequência certa. A

solução escolhida necessita que cada BTS emita continuamente (durante o período de burst)

numa frequência fixa com um nível de potência constante. Isto tem que ser feito

independentemente do estado dos slots correspondentes, ou seja, quer estejam a ser usados

por algum canal activo ou idle e sem aplicar necessariamente transmissão descontínua ou

controlo de potência. Esta continuidade da transmissão permite às estações móveis nas células

vizinhas efectuarem medições precisas sempre que possam, sem qualquer outro

constrangimento, que não seja o seu escalonamento.

Um problema que se levanta é saber como a estação móvel determina qual a

frequência a medir. Primeiro é necessário para a estação móvel distinguir quais as frequências

que são usadas como referência nas outras células das frequências que podem ser

interferentes, de forma a ter certeza de qual a célula a medir. Segundo, é mais eficiente do

ponto de vista da estação móvel, limitar-se a medir a frequência de referência das células

vizinhas. Este último ponto é resolvido enviando para as estações móveis uma lista de

frequências a serem medidas. O primeiro ponto é um pouco mais complicado. Este necessita

que a estação móvel faça um pouco mais do que apenas medir o nível do sinal recebido.

A frequência de referência é a que transporta a sincronização e os canais de correcção

de frequência (SCH e FCCH) da célula e é normalmente denominada de frequência BCCH..

Uma forma da estação móvel certificar-se que o canal recebido é actualmente a frequência de

referência (e não outro canal de outra célula transmitido na mesma frequência) é saber se esta

frequência transporta um FCCH. Isto ajuda a conhecer outra necessidade do sistema: a pré-



91

sincronização. Pelo facto da sincronização ser necessária antes da transmissão, uma estação

móvel tem que obter alguma informação de sincronização da célula destino, o mais tardar

durante a execução do handover.

A pré-sincronização necessita que a estação móvel descodifique não só o FCCH, mas

também o SCH do canal de referência. Estas tarefas são realizadas no intervalo “longo” atrás

mencionado. A este intervalo “longo” é chamado o slot idle , o qual acontece uma vez em cada

26 ciclos de slot. O slot idle não tem o nome apropriado, já que a estação móvel está tudo

menos idle durante este período. Para detectar o FCCH é preciso escutar um potencial canal

de frequência durante uma janela temporal suficientemente longa.

A estação móvel tem que descodificar número de referência da estação base que a está

a servir. Este número de referência é denominado por BSIC (Base Station Identity Code ), o

qual se aplica mais propriamente a uma célula, sendo uma identificação ambígua. Várias

células podem ter o mesmo BSIC, sendo mesmo prática corrente atribuir o mesmo BSIC às

células vizinhas. O BSIC permite que as estações móveis distingam as células que transmitem

o seu canal de referência na mesma frequência.

Da forma como a multitrama está organizada, só de 10 em 10 time slots estes contém

um SCH, podendo assim o móvel estar a receber um BCCH ou um CCCH em vez dum SCH.

Para evitar isso, a multitrama que transporta o TCH é deslizada e comparada com as que

transportam canais de controlo. Como a 1ª tem um ritmo de repetição de 26 tramas TDMA, e

as 2ª de 51 tramas TDMA, isto significa que a trama IDLE deslizará sobre todas as tramas dos

canais de controlo na multitrama 51, Figura 6.2.

10 x 8 TS10 x 8 TS

10 x 8 TS

10 x 8 TS

11 x 8 TS

Trama Idle

Figura 6.2 – Deslizamento entre as multitramas-26 e 51.


ISEL-DEEC-SST

92

Resumindo, e tendo em atenção o processo anterior, o escalonamento das medições é

realizado da seguinte forma, Figura 6.3:

1. O Móvel recebe informação e mede a intensidade do sinal e o BER da

célula de serviço no TS 2;

2. Móvel transmite;

3. Neste intervalo livre o móvel aproveita para medir a intensidade do sinal

em pelo menos uma das células adjacentes;

4. No intervalo longo, aproveitando o slot idle, o móvel tenta ler o BSIC no

SCH (TS 0) duma das células adjacentes.

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2

1 2 13 2 4

23 24 idle

idle2423

Tramas TDMA

Tramas TDMA

Uplink

Dowlink

45/95 MHz

Figura 6.3 – Principio das medições efectuadas pelo móvel

6.5 Móvel em Modo de Espera

Quando se liga um móvel, ele irá tentar estabelecer contacto com um operador público GSM

(PLMN). O operador em particular que deverá ser contactado, poderá ser seleccionado

manualmente pelo assinante, ou automaticamente pelo móvel. Dentro do operador, o móvel

irá escolher uma célula apropriada, e em que o serviço esteja disponível, sintonizando-se aos

respectivos canais de controle (BCCH e CCCH). Esta escolha é conhecida como “acampar

na célula”. Se necessário o móvel irá então registar a sua presença na área de localização

(LA) da célula escolhida, através de um procedimento de actualização de localização (LU) ou

de registo de IMSI.

Caso o móvel venha a perder a cobertura da célula, irá então reseleccionar a melhor

célula alternativa do operador. Se esta nova célula pertence a uma nova área de localização,

então irá existir uma actualização de localização. Caso seja mesmo perdida a cobertura do

operador, então terá o móvel de, ou seleccionar automaticamente um novo operador, ou

indicar ao assinante a lista de PLMN’s à escolha para que seja efectuada uma selecção

manual.

O acampamento numa célula em modo idle, permitirá:

a) Que o móvel receba informação do sistema relativamente ao operador.



93

b) Disponibilizar meios para que o móvel, se o desejar, estabelecer chamadas.

c) Recepção de paging por parte do móvel, normalmente consequência d a chegada

de uma mensagem.

Caso o móvel não se tenha instalado com sucesso na célula pretendida, ou se o SIM não

estiver inserido, irá passar a um estado de Serviço Limitado, numa qualquer célula. Neste

estado apenas será permitido ao assinante efectuar chamadas de emergência.

Os procedimentos envolvidos em modo de espera poderão ser divididos em três tipos:

− Selecção de PLMN;

− Selecção e reselecção de célula;

− Actualização de localização.

A forma com estes procedimentos interagem, está descrita na Figura 6.4:

Selecção dePLMN

Selecção deCélula

Actualizaçãode Localização

Modo de SelecçãoAutomática/Manual

Indicação parao utilizador

Selecção dePLMN peloutilizador

PLMN'sDisponíveis

PLMNSeleccionada

respostasda LU

Alteraçõesna célula e

LA

pedidos de CM

Indicação deServiço

Figura 6.4 – Procedimentos efectuados pelo móvel em modo idle.

6.5.1 Selecção de PLMN

Antes de descrevermos o processo de selecção de PLMN existe uma série de definições que é

necessário referir, de forma a uma melhor compreensão de todo o processo.


ISEL-DEEC-SST

94

6.5.1.1 Definições

Normalmente o móvel opera no seu próprio operador, denominado por HPLMN - Home

PLMN. Contudo poderá ser seleccionado um operador em que o móvel é apenas visitante,

VPLMN – Visited PLMN. Para efectuar esta selecção existem dois modos possíveis:

i) Modo Automático – Este modo utiliza uma lista de PLMN’s ordenada por ordem

de prioridades. Será escolhida o PLMN com prioridade superior que esteja

disponível.

ii) Modo Manual – Aqui o móvel indicará ao utilizador quais os PLMN’s disponíveis.

Apenas depois de o utilizador seleccionar um PLMN o móvel irá tentar obter

serviço.

Sempre que o móvel utiliza serviços de um operador que não o de origem, é considerado em

Roaming. Existem principalmente dois tipos:

− Roaming Internacional – Este é o caso em que o móvel acede ao serviço de um

PLMN de um país diferente do que pertence o seu HPLMN.

− Roaming Nacional – Aqui o móvel irá receber serviço de um operador que está

no mesmo país do que o seu HPLMN. Neste caso o móvel realiza uma procura

periódica pelo seu HPLMN.

Para prevenir que existam diferentes tentativas de obtenção de serviço numa LA não

autorizada, estas são adicionadas numa lista de LA’s proibidas. Todas as LA’s da lista nunca

serão acedidas no modo Automático. A LA só será removida quando o utilizador seleccionar

manualmente o operador em causa, e for seleccionada com sucesso a LA. Esta lista é apagada

quando o móvel for desligado, ou o sim retirado.

Se, em resposta a um pedido de actualização de localização, for recebido uma

mensagem “Acesso não Permitido”, então o móvel adicionará este PLMN à lista de PLMN’s

proibidos, existente no SIM. Desta forma, o móvel nunca mais seleccionará automaticamente

este PLMN. Esta entrada apenas será removida da lista quando for permitido o acesso ao

operador, na sequência de uma selecção manual de operador. Esta lista é mantida mesmo

depois de o móvel ser desligado ou o SIM ser retirado, pois está gravada no próprio SIM.

Sempre que o móvel encontre uma célula em que seja possível acampar e o pedido de

actualização de localização nessa célula for aceite o móvel passa a ser considerado registado

no PLMN. O móvel guardará então a identificação do PLMN no SIM, passando então a

denominar-se PLMN registado a este PLMN.



95

6.5.1.2 Descrição

A selecção de PLMN pode ser efectuada em diversas circunstâncias:

− ao ligar o equipamento. Neste caso o móvel seleccionará e tentará efectuar uma

LU no PLMN registado.

− na recuperação de rede devido a uma falha na cobertura. Aqui o móvel também

terá de efectuar a selecção, mas apenas efectuará um pedido de actualização de

localização caso seja necessário. Iremos mais à frente definir as condições para

que seja necessário a actualização de localização

− na reselecção de rede por parte do utilizador. Em qualquer momento o utilizador

poderá iniciar uma reselecção e registo num PLMN disponível.

− Quando o móvel está em roaming nacional. Neste caso o móvel tentará

periodicamente obter serviço no seu HPLMN. A periodicidade pode variar entre

6 minutos e 8 horas, como poderá também não existir. Este valor deverá ser

guardado no SIM. Esta Selecção periódica apenas deverá acontecer no caso do

móvel estar no país de origem.

Em qualquer um destes casos, o processo de selecção é semelhante. Caso seja seleccionada o

PLMN registado, e o pedido de actualização de localização for aceite, deverá ser indicada a

respectiva rede ao utilizador.

Se o móvel estiver em selecção automática, e quando não existe nenhuma rede

registada, ou se não foi possível o registo por indisponibilidade ou falha no processo de

registo, o móvel selecciona e tenta efectuar o registo em outros PLMN’s, caso estes estejam

disponíveis, pela seguinte ordem:

i) HPLMN ( se não foi previamente seleccionada);

ii) Cada PLMN cuja identificação esteja guardada no SIM;

iii) Outras PLMN cujo sina l esteja acima de –85 dBm por ordem

aleatória;

iv) Todas as restantes PLMN’s por ordem decrescente de sinal..

Quando o registo é bem sucedido o móvel apresentará a respectiva indicação ao utilizador.

Caso contrário, o móvel apresentará a indicação “Serviço Indisponível”, e espera até que haja

alguma rede disponível. Caso existam redes que estejam disponíveis, mas não tenha sido bem

sucedido o pedido de actualização de localização, o móvel entrará em modo de serviço

limitado.


ISEL-DEEC-SST

96

No caso de uma selecção manual, será apresentada a lista de PLMN’s referida

anteriormente, pela ordem indicada, sendo o utilizador a escolher a rede. Todo o restante

processo é semelhante ao da selecção automática.

6.6 Selecção e Reselecção de Célula

O objectivo da selecção de célula é o de obter um serviço normal, situando-se na célula e

registando-se no PLMN de forma a:

a) Receber informação de sistema do PLMN (no BCCH), por exemplo, as opções da

célula.

b) Receber mensagens de paging do PLMN, por exemplo, na chegada de uma

chamada.

c) Iniciar um estabelecimento de chamada originada no móvel, e quaisquer outras

acções originadas pelo assinante ou móvel.

Só as células que proporcionam uma transmissão com um desempenho mínimo, podem ser

escolhidas pelo móvel. Esta escolha tem como objectivo maximizar a qualidade da

transmissão, e minimizar o risco de perca de chamada. Desta forma as especificações definem

dois critérios para este efeito: o critério rádio, e o critério de reselecção.

6.6.1 Critério Rádio

De forma a maximizar a qualidade da transmissão, foi definido um critério, o qual tem em

atenção o nível do sinal recebido pela estação móvel na frequência de referência, a máxima

potência de transmissão da estação móvel e alguns parâmetros específicos da célula. Este

critério é chamado de C1 e é definido do seguinte modo:

C1 := (A-Max(B,0))

A := Nível Médio de Recepção - RXLEV_ACCESS_MIN

B := MX_TXPWR_MAX_CCH - Potência Máxima do MS

Os parâmetros MX_TXPWR_MAX_CCH e RXLEV_ACCESS_MIN são difundidos na célula.

Este critério é utilizado da seguinte forma. Quando se procuram células, sejam elas

células vizinhas em modo de serviço normal, ou PLMN´s, só as células com C1 positivo são

tidas em conta. Quando tem que ser feita uma escolha entre células, a célula com o melhor C1

é escolhida entre as equivalentes para outros critérios. Como consequência C1 determina dois

parâmetros:



97

• o limite de cobertura para cada célula medido isoladamente, tendo em

conta que a área exterior onde C1 é positivo não existe célula para as

estações móveis.

• a fronteira entre duas células adjacentes para a selecção em modo idle

determinado de forma a que C1=C1´. As fronteiras com todas as células

adjacentes determinam um segundo limite de célula normalmente dentro

da área delimitada por C1=0.

A Figura 6.5 mostra um exemplo de duas células com os seus limites C1=0 e a linha de

iguais C1´s . Porque a potência máxima de transmissão da estação móvel intervém no cálculo

de C1, os limites são diferentes para diferentes classes de móveis. Existem outros limites de

células determinados pela selecção da célula para handover. É da responsabilidade do

operador escolher os parâmetros de forma a obter um compromisso correcto entre as

fronteiras das células, tráfego e qualidade de transmissão para as diferentes classes de

estações móveis assim como uma consistência entre os parâmetros e algoritmos de handover.

BTS ABTS B

C1A > 0C1B < 0

C1A < 0C1B > 0

C1 A

= C

1 B

Figura 6.5 - Limites de célula de acordo com C1.

6.6.2 Critério de Reselecção

De forma a optimizar a reselecção de célula, existem parâmetros adicionais que poderão ser

difundidos no BCCH de cada célula. O processo de reselecção de célula utilizará um

parâmetro definido como C2, que é definido como:

Se T < PENALTY_TIME

C2=C1 + CELL_RESELECT_OFFSET - TEMPORARY_OFFSET

Senão

C2=C1 + CELL_RESELECT_OFFSET


ISEL-DEEC-SST

98

Em que o parâmetro CELL_RESELECT_OFFSET é uma histerese que tem por objectivo

evitar um efeito de ping-pong entre duas células vizinhas. A célula com o maior valor de C2 é

seleccionada. O parâmetro T é um contador que iniciará a contagem quenado o móvel entrar

na célula. Ora isso significará que nos primeiros PENALTY_TIME a célula será posta em

desvantagem no valor de TEMPORARY_OFFSET.

A aplicação do parâmetro C2 serve para evitar que móveis que se desloquem a grandes

velocidades escolham as células de dimensão menor, isto para evitar sucessivos handovers e a

respectiva carga no tráfego das microcélulas.

6.6.3 Algoritmo de Selecção da Célula

O objectivo da selecção de células pode ser resumido da seguinte forma: de forma a obter um

serviço normal, a estação móvel tem que se situar numa das células, que deverá obedecer às

seguintes condições:

i) Deverá pertencer ao PLMN seleccionado;

ii) Não deve estar barrada;

iii) Não deve estar contida numa LA pertencente à lista “LA forbidden”;

iv) A atenuação de percurso entre o móvel e a estação base deverá estar abaixo do

limite imposto pelo operador;

Inicialmente, o móvel irá procurar por uma célula que satisfaça as quatro condições

anteriores. Existem dois métodos para isto:

1) Selecção normal de célula. Neste método o móvel não tem qualquer

conhecimento à priori acerca dos canais rádio associados às portadoras BCCh das

células. Por isso mesmo, terá de efectuar uma procura, percorrendo os canais

rádio por ordem decrescente de intensidade de sina, de forma a identificar as

portadoras BCCH. Apenas deverá ser tentado o acesso numa célula de baixa

prioridade caso não seja possível encontrar uma de alta prioridade.

2) Selecção de célula pela lista de portadoras. Aqui, o móvel dispõe de uma lista de

portadoras BCCH utilizadas no PLMN. Esta lista pode ter sido obtida a partir de

anteriores selecções de células. As portadoras aqui guardadas deverão ser

procuradas por ordem decrescente de intensidade de sinal.

Depois de identificadas as células que estão em condições de serem as escolhidas, é então

descodificado os respectivos canais BCCH, e calculados os critérios C1 para cada célula.

Deverá ser escolhida a célula que oferece o C1 mais elevado.



99

Se, depois de ter efectuado um varrimento a um determinado número de canais RF

com a maior intensidade de sinal recebido, 30 no GSM 900 e 40 no DCS 1800, o móvel não

encontrar uma célula apropriada do operador seleccionado, o móvel poderá terminar a procura

para aquele PLMN. Caso o móvel não encontre nenhuma célula apropriada, tentará acampar

numa célula qualquer, ficando assim num estado de “Serviço Limitado”.

6.6.4 Reselecção de Célula

Depois de efectuada a selecção de célula com sucesso o móvel passa estar acampado na

célula. Enquanto estiver neste estado poderá necessitar de seleccionar uma célula diferente.

Esta reselecção de célula poderá assim ocorrer devido a um dos seguintes eventos:

i) O parâmetro que traduz o critério rádio C1 indica que a atenuação no

percurso é demasiado elevada, ou seja, C1<0;

ii) Existe uma falha na recepção de informação em downlink;

iii) A célula em que se encontra o móvel passou a estar barrada;

iv) Existe uma célula melhor, em termos do critério C2, na mesma área de

localização. Ou existe uma célula “muito” melhor noutra área de localização.

v) Um acesso aleatório foi tentado nesta célula sem êxito.

Na condição iv) repararam concerteza no questão do “muito”, que vamos passar a explicar.

Se o móvel se move na fronteira entre LA adjacentes, poderá originar repetidamente

alterações de área de localização, o que se traduzirá numa significativa carga em termos de

sinalização. Para prevenir isto, é definido um parâmetro definido como

CELL_RESELECT_HYSTERESIS que deverá ser utilizado em conjunto com o parâmetro C2.

Isto significará que para escolhermos uma célula de LA diferente, o critério C2 dessa célula

terá de estar pelo menos CELL_RESELECT_HYSTERESIS acima do actual.

6.6.5 Serviço Limitado

Temos agora que nos referir aos casos onde o serviço normal não pode ser garantido, sendo

possível contudo um serviço limitado. Isto acontece quando o utilizador não tem acesso a um

serviço normal em qualquer um dos PLMN´s encontrados. Se o HPLMN é aceitável, isto é, se

o acesso é localmente evitado por nível de assinatura em vez de propagação rádio, a selecção

da célula é a mesma que no modo de serviço normal. Por outro lado, a estação móvel

selecciona a célula aceitável com o melhor C1 independentemente do PLMN ou da área de

localização das células. O móvel procura continuamente em todo o espectro novas células de


ISEL-DEEC-SST

100

forma a encontrar um PLMN aceitável logo que possível. Quando este é encontrado, pode ser

seleccionado e tentando-se então obter um serviço normal.

6.7 Segurança

Vamos agora abordar os aspectos principais relacionados com a segurança em GSM. Estes

aspectos têm principalmente três objectivos: fazer autenticação do móvel e assinante, garantir

confidencialidade da identificação do assinante e disponibilizar uma comunicação segura, ou

seja, cifrada. As principais entidades em GSM que asseguram a segurança são o AuC e o EIR

quanto a base de dados, e o VLR e móvel em termos de execução de algoritmos.

6.7.1 Triplets

Na altura da assinatura é atribuída ao assinante uma chave de autenticação

representada normalmente por Ki, juntamente com a respectiva identificação – IMSI. Esta

chave será guardada no centro de autenticação, o AuC, e será utilizada sempre que se

pretender o trio de parâmetros. Este trio de parâmetros, normalmente denominado por Triplet,

é um conjunto de três valores, gerados pelo AuC, utilizados na autenticação e encriptação. O

outro ponto onde será guardado o Ki é no SIM do móvel.

AuCGeradorAleatório

Base deDados

IMSIKiA3A8

A3Algoritmo deAutenticação

A8Algoritmo deEncriptação

RAND

SRES

Kc

Ki

Figura 6.6 - Geração de Triplets.

Para gerar os triplets , Figura 6.6, o AuC tem incluído um gerador de números aleatórios, bem

como a base de dados contendo quer a identificação do assinante, IMSI, quer a chave de

autenticação e os algoritmos de autenticação e encriptação A3 e A8. Em primeiro lugar é

gerado um número aleatório, definido por RAND. Este valor será um dos parâmetros do

triplet. Em seguida, utilizando o RAND e o Ki, é gerada a chave de encriptação Kc e a

resposta assinada, SRES, que são os restantes parâmetros do triplet.



101

Os triplets são gerados a pedido do HLR, podendo ser atribuídos 1, 3 ou 5 conjuntos

de parâmetros de forma a que o HLR tenha sempre de reserva pelo menos um conjunto de

parâmetros para futuros pedidos por parte dos MSC/VLR.

A autenticação consiste em verificar se a identidade do assinante móvel, IMSI, é a

correcta. Este processo permitirá proteger a rede contra utilizações indevidas. O procedimento

de autenticação consiste em enviar o parâmetro RAND para o móvel, sendo posteriormente

recebida a resposta. Caso esta coincida com o resultado esperado SRES significa que o móvel

está autenticado.

Outro procedimento importante para assegurar uma correcta segurança em GSM é a

encriptação da informação entre o móvel e a estação base. É este o percurso mais vulnerável a

possíveis escutas. A encriptação assegura a privacidade em ligações de dados e voz do

utilizador, bem como de toda a sinalização trocada com o móvel.

O procedimento de encriptação tem inicio com o envio de uma mensagem de

Comando de Modo de Cifra para a BTS pelo MSC. Esta mensagem, contendo a chave de

encriptação Kc, é em seguida enviada para o móvel. A Figura 6.7 mostra todo este processo.

O móvel envia a resposta através de uma mensagem Modo de Cifra Completo , a qual é

encriptada através de Kc, e do número da trama TDMA utilizando o algoritmo de encriptação

A5. Depois de recebida na BTS a mensagem é desencriptada utilizando os mesmos

parâmetros e algoritmo. Se este processo tiver êxito, a mensagem será enviada ao MSC. A

partir daqui toda a informação passa a ser encriptada.

VLR

MSC

1 Comando Modo Cifra 2

Encriptação

AlgoritmoA5

KcNº Trama

TDMA

Desencript.Algoritmo

A5

Kc

Nº Tram

aTD

MA

Sucesso ?

Modo CifraCompleto 3

4

5

6

Comando Modo Cifra

Modo CifraCompleto

Modo CifraCompletoencriptado

Figura 6.7 - Processo de Encriptação em GSM.


ISEL-DEEC-SST

102

6.8 Actualização de Localização

A informação da localização é guardada em dois locais diferentes na infra-estrutura, o HLR e

o MSC/VLR visitado. De facto a mesma informação é conhecida em três lugares diferentes do

sistema, a estação móvel é o terceiro local. Esta informação pode mudar, e vários

procedimentos são necessários para manter a consistência entre as três entidades. Na Figura

6.8 poderemos observar os diferentes tipos de actualização de localização.

1. Mudança de célula dentro da mesma área de localização. O móvel

seleccionou uma nova célula dentro da mesma LA. Neste caso não existe

qualquer procedimento de actualização de localização, pois o registo

existente nas bases de dados mantém-se actuais;

2. Mudança de célula de diferentes áreas de localização em duas situações

distintas:

a. LA controladas pelo mesmo MSC/VLR. O móvel seleccionou uma

nova célula de LA diferentes, em que o MSC/VLR que controla esta

área de serviço é o mesmo que anteriormente.

b. LA controlados por diferentes MSC/VLR. O móvel seleccionou uma

nova célula de LA diferentes, em que o MSC/VLR que controla esta

área de serviço é diferente.

3. Cancelamento de registo do IMSI. Existem duas situações que poderão estar

na origem deste procedimento, o utilizador desligou o móvel, ou o móvel

desligou-se por falta de bateria.

4. Registo de IMSI. Este procedimento é actuado quando se liga o móvel, ou

após uma falha de cobertura de sinal.

5. Actualização de Localização periódica. Basicamente este procedimento diz

respeito à necessidade que a estação móvel tem de contactar regularmente a

rede quando está em serviço normal. Isto é feito automaticamente pela

estação móvel, e toma a forma de um procedimento de actualização de

localização. A periodicidade do procedimento fica ao critério do operador,

podendo ir dos 6 minutos até cerca de 24 horas. O operador tem também a

possibilidade de cancelar este mecanismo.

6. Cancelamento de registo implícito . Este procedimento é causado pela

ausência de actividade por parte do móvel, ou seja, terminou o prazo de

actualização periódica, sem que tivesse existido algum pedido do móvel.

Outro caso é o da chegada de uma chamada, ou de SMS, e não ser possível

encontrar o móvel.



103

2b.

LA3

LA1

LA2

MSC/VLR-A(LA1+LA2)

MSC/VLR-B(LA3)

3. 4.

2a.

5. 1.

6.

Figura 6.8 - Tipos de Actualização de Localização.

A razão normal para a alteração é quando a estação móvel decide que a melhor área de

localização para servir o utilizador tem que ser alterada. Então a estação móvel notifica o

MSC/VLR ao qual pertence a nova célula. Este MSC/VLR pode ser o mesmo que antes, se é

quem controla tanto a anterior como a nova área de localização, ou um novo MSC/VLR. Neste

último caso, o MSC/VLR por sua vez notifica o HLR, o qual notifica o anterior MSC/VLR. O

caso normal, quando a MSC/VLR não precisa contactar com o HLR para responder acontece

quando o utilizador já está registado na sua base de dados.

Quando a MSC/VLR necessita contactar com o HLR do assinante, tem primeiro que

saber qual o HLR a contactar. Os utilizadores são identificados por um número, o IMSI

(International Mobile Subscriber Identity ) que é a identificação internacional do assinante

móvel. Este número é fornecido pela estação móvel sempre que acede à rede, e é tão

especifico que a MSC/VLR é capaz de saber a PLMN do subscritor, e o equipamento HLR

encarregado do utilizador. Assim através deste número a MSC/VLR pode entrar em contacto

com o HLR pretendido.

BSC

VLR

MSC

3

HLR

1

2

6

45

6

Figura 6.9 - Actualização de Localização.


ISEL-DEEC-SST

104

Na Figura 6.9 estão representados os vários procedimentos tipicamente envolvidos numa

actualização de localização:

1. O móvel escuta o canal BCCH da melhor célula, e verifica a LAI. Se esta

área de localização é diferente da anterior, então o móvel decide efectuar um

pedido de actualização de localização. Esta decisão pode ser tomada também

no caso de ligação de móvel, ou de actualização periódica;

2. O móvel faz um acesso ao sistema e pede um canal de sinalização SDCCH

até ao MSC/VLR. Neste momento será efectuada uma autenticação do

móvel;

3. O MSC terá de consultar o VLR para saber se o móvel estava antes registado,

e em caso afirmativo, registar a nova localização. É também pedido ao HLR

as chaves de autenticação para que o móvel seja autenticado;

4. Caso seja necessário o HLR será contactado a fim de transferir a localização

do móvel para este novo MSC/VLR. Neste caso o anterior VLR terá de ser

contactado.

5. É dada a resposta ao pedido do móvel

6. O móvel pede ao BSC para ser libertado o canal dedicado de sinalização.

6.9 Paging

Quando uma chamada para um utilizador chega ao sistema, a MSC determina a área de

localização onde a estação móvel está registada e envia uma mensagem para todas as BSC’s

que controlam as células na respectiva área de localização. Esta mensagem contém a

identificação do assinante (IMSI), para determinar o sub-canal de paging e a lista de células

nas quais é necessário efectuar o paging.

Por sua vez, a BSC envia uma mensagem para o dispositivo da BTS encarregado do

PAGCH do respectivo TN (determinado pela BSC a partir do IMSI e da configuração do canal

comum), para cada célula da lista. Esta mensagem contém o número do sub-canal de paging,

calculado pela BSC, assim como e TN do PAGCH. Esta sequência de procedimentos pode ser

observada na Figura 6.10.



105

MSC

VLRBSCIMSI, Lista de Células

IMSI, Lista de Células

BSC

TS, NºSubCanalPCH

TS, NºSubCanal PCHIMSI <-> LAI

Figura 6.10 - Fluxo de informação no procedimento de Paging.

Outro ponto importante é a política de repetições. O sistema deve assegurar uma boa

qualidade de serviço, apesar de por vezes a qualidade de transmissão estar muito longe da

perfeita. Assim, a indicação de paging não deve ser enviada apenas uma vez em cada célula.

Uma valor típico será de enviar três vezes. No entanto, a este respeito as especificações do

sistema falham, não especificando qualquer valor, nem qual o mecanismo responsável por

efectuar estas repetições.

6.10 Acesso Aleatório

Depois de seleccionada a célula o móvel terá sempre de aceder à rede, seja na selecção inicial,

em actualização de localização, ou quando pretende efectuar uma chamada. O sistema não

dispõe de uma forma de saber quando as estações móveis precisam comunicar, e portanto esta

primeira mensagem do móvel não pode ser escalonada de forma a eliminar a transmissão

simultânea de mais do que um móvel. Como consequência imediata teremos a colisão.

Claro que os móveis não transmitem a qualquer momento, mas seguem o tempo de

slotting imposto pelo sistema TDMA. Quando duas estações móveis transmitem no mesmo

slot pode acontecer duas coisas: um dos bursts é recebido pela BTS a um nível suficiente alto

em comparação com o outro, permitindo a sua correcta recepção, ou, em caso contrário, não é

possível uma recepção correcta. As colisões são portanto uma causa de perda de mensagens,

que cresce com o aumento de tráfego.

6.11 Controle de Acesso

De forma a permitir um ritmo de sucesso satisfatório nas tentativas de acesso aleatório, têm

que ser utilizadas repetições. O método de repetições não pode ser assim tão simples, pois


ISEL-DEEC-SST

106

doutra forma, o seu efeito pode ser desastroso e pode até levar a uma situação de deadlock

completo.

Quando um pedido não foi respondido, a estação móvel irá repeti-lo. Se duas estações

móveis cujas tentativas colidiram, tentarem novamente efectuar o acesso uma constante de

tempo à frente, então vão novamente colidir. As repetições no RACH são portanto efectuadas

depois de um intervalo de tempo aleatório, eliminado assim o caso anteriormente visto.

Em GSM, o primeiro método de controlar o tráfego no sistema consiste em quer o

número de repetições, quer o intervalo entre elas, ser controlado através de parâmetros

difundidos regularmente no BCCH. Já que é importante existir um curto atraso entre o

momento em que a BSC decide alterar parâmetros e o momento em que os móveis funcionam

de acordo com eles, foi decidido envia-los em todas as mensagens BCCH, ou seja, 4 vezes por

segundo. O sistema é controlado por dois parâmetros broadcast , o tempo médio entre

repetições (TX_INTEGER), e o número máximo de repetições permitidas (MAX_RETRANS).

Parâmetro Valor Resultante

TX_INTEGER

MAX_RETRANS

escalonamento aleatório de cada tentativa de 3 a 50 slots

permitidas até 1, 2, 4 ou 7 repetições

Quadro 3. 1 - Parâmetros de controle de repetições do RACH.

O canal RACH é responsável apenas pela primeira ligação na cadeia de recursos, e não é

necessariamente quem provoca a congestão do sistema. Existem outros que são também

responsáveis pelo fenómeno, como o PAGCH, que possui uma capacidade limitada para

transportar as mensagens de atribuição inicial e de paging. A alocação de canais é outra

possível causa de congestão, já que o número de canais é limitado em cada célula. Um

controlo de sobrecarga eficiente toma em consideração todos estes factores e tenta cortar o

tráfego na fonte em casos de congestão. Isto quer dizer que os mecanismos de controlo de

sobrecarga não têm necessariamente que tentar maximizar o RACH mas limitá-lo ao máximo

tráfego que a cadeia pode suportar.

A segunda forma de controlar o tráfego consiste na rejeição de pedidos, através do

envio de uma mensagem de rejeição, impedindo assim a estação móvel de aceder ao canal

durante um certo tempo. O mecanismo evita assim que a estação móvel promova mais

repetições, quer através do mecanismo automático de repetições, ou através de repetidos

pedidos do utilizador, uma tendência natural dos utilizadores perante a falha. Obviamente este

mecanismo só deve ser utilizado quando houver uma ameaça de sobrecarga de todo o sistema,

já que incrementa significativamente o tempo de serviço.



107

Por último, existe uma terceira, e mais robusta, linha de defesa e faz uso do conceito

das classes de acesso. Basicamente, consiste em evitar que toda a população de estações

móveis aceda à célula, através de uma indicação no BCCH. Este método é bastante eficiente,

já que permite um corte no tráfego em muitas fontes, sem implicar um tráfego adicional no

sentido do móvel. De forma a conseguir isto, os subscritores são divididos em dez

balanceadas sub-populações, por meio de uma alocação aleatória controlada pelo operador

PLMN.

A classe de acesso à qual o utilizador pertence é guardada no SIM estando portanto

disponível na estação móvel. Em situações de tráfego normal, todas as classes têm um acesso

permitido. Quando o tráfego necessita de um corte, a BSC pode decidir bloquear 1 2 ou

qualquer número destas classes de acesso, reduzindo estatisticamente o montante do tráfego

em 10%, 20%, ... . A estação móvel pertencente a uma classe de acesso bloqueada fica assim

impedida de aceder ao sistema, excepto para casos específicos, como por exemplo chamadas

de emergência. Para permitir um eficiente serviço, em casos que o período de sobrecarga se

arrasta por algum tempo, a BSC tem que ter cuidado em alterar o conjunto de classes não

autorizadas regularmente.

Para permitir que categorias especiais de utilizadores continuem a ceder à rede em

situações de congestão, estão definidas mais cinco classes, para os utilizadores VIP, como

mostra o Quadro 6.1. O acesso para estas classes é também controlada através de indicadores

difundidos no BCCH. Os utilizadores “privilegiados” correspondentes pertencem a uma das

10 classes normais, e ao mesmo tempo pertencem a uma (ou várias) das classes especiais e

podem aceder à rede quando pelo menos uma das suas classes são permitidas. Os serviços de

emergência estão sempre com acesso permitido.

Classe de Acesso “Especial” Categoria do Utilizador 11 12 13 14 15

deixado aberto ao operador PLMN serviços de segurança

utilidades públicas serviços de emergência

uso interno por pessoal da PLMN

Quadro 6.1 - Quadro de acessos para utilizadores especiais

Quando um móvel tentou aceder a uma célula e não obteve sucesso, é permitido que

seleccione uma célula vizinha ( segunda melhor célula) e tente o acesso à rede através desta

célula. Não é então permitido que regresse à célula anterior pelo menos durante 5 segundos.

Em caso de acesso rejeitado ou de uma classe de acesso bloqueada é aplicado o procedimento

normal de selecção de célula, o que significa que alguns móveis não estão permitidos a aceder

à rede por um certo período, contudo com estas medidas, a média de serviços por estação

móvel aumenta numa situação de congestão.


ISEL-DEEC-SST

108

A mensagem de pedido de canal consiste em apenas 8 bits. Claro que esta mensagem

não tem capacidade para transportar toda a informação da estação móvel, pelo que esta

informação é incluída na “mensagem inicial”, que vai ser primeira mensagem a ser

transmitida no canal dedicado. Um outro problema é o de como as estações móveis

reconhecem a resposta ao seu pedido, pois com uma mensagem tão pequena poderia existir

outras iguais. A solução para isso, é que 5 dos 8 bits são escolhidos aleatoriamente pelo

móvel, o que reduz drasticamente a probalidade de dois móveis terem a mesma mensagem no

mesmo time slot . Os restantes 3 bits indicam a razão do acesso à rede.

6.12 Atribuição de Canal Inicial

Depois ter recebido a mensagem de pedido de canal da estação móvel, a rede responde com o

envio de uma mensagem de atribuição imediata para a estação móvel. Esta mensagem é

enviada pelo canal PAGCH.

A indicação de atribuição inicial enviada para a estação móvel contém a descrição do

canal atribuído, o avanço no tempo inicial a ser aplicado, a potência máxima de transmissão

inicial, bem como uma referência que permite a todas estações móveis que esperavam a

mensagem saberem qual delas está a ser endereçada ou não. Esta referência é a mesma que o

móvel calculou aleatoriamente aquando do pedido de acesso.

A mensagem de atribuição imediata pode ser enviada em qualquer bloco do PAGCH,

mesmo nos sub-canais de paging. Como consequência, já que o móvel fez uma tentativa de

acesso, deve monitorizar todo o PAGCH, do mesmo TS que o RACH utilizado no acesso, por

uma resposta da rede. As mensagens BCCH têm que ser portanto descodificadas

continuamente durante este período, de forma a que a estação móvel estabeleça os parâmetros

de controlo do RACH em tempo real. Esta fase é bastante complexa para a estação móvel em

termos de recepção (40 bursts todos os 51×8 TS), quase comparável à recepção do TACH/F.

6.13 Atribuição do Canal Dedicado

Depois de completado o acesso, o BSC escolhe um canal dedicado para atribuir à estação

móvel com base em sofisticados algoritmos, os quais maximizam o montante total de tráfego

dado pelos recursos disponíveis.

A atribuição é feita com base em três estratégias:

Atribuição Muito Prematura. O BSC atribui um canal de tráfego logo na

atribuição inicial;



109

Atribuição Prematura. O BSC atribui um canal de tráfego logo que tem a

certeza de que o referido canal será utilizado;

Atribuição Tardia. O BSC atribui o canal de tráfego só depois do destino

da chamada responder a esta. Esta estratégia é a mais eficiente em termos

de recursos, mas oferece um alto grau de serviço.

6.14 Handover

A possibilidade de mudar de célula sem perder ligação com o sistema é uma função muito

importante num sistema celular, e a maior fonte de complexidade na gestão do recurso rádio.

A qualidade da ligação entre a estação móvel e a estação base pode-se deteriorar quando o

móvel move-se para longe da BTS, aproximando-se dos limites da célula. A uma certa

distância da estação base a alteração da ligação rádio para outra estação base pode

incrementar bastante a qualidade da ligação.

A decisão de iniciar o handover, e a escolha da célula destino, são baseadas num

número de parâmetro, e várias razões podem resultar nesta decisão. Primeiro iremos estudar

estas razões, e então depois a descrição dos parâmetros que afectam a escolha.

6.15 Porquê o Handover?

À primeira vista, o objectivo do handover é evitar a perda duma chamada estação móvel

progresso quando a estação móvel deixa a área de cobertura rádio da célula estação móvel

causa. Alguns cortes são muito mal recebidos pelos utilizadores, e têm um importante peso na

sua opinião acerca da qualidade de serviço do sistema. A este tipo de handover é costume

chamar de Handover de Resgate, onde existe uma enorme probalidade de a chamada cair se

não se mudar de célula. Uma forma extrema de handover de resgate é o restabelecimento de

chamadas, o qual é uma tentativa de salvar a ligação depois perda efectiva de comunicação

com a célula que servia a estação móvel.

Noutros casos, pode ter interesse mudar a célula de serviço da estação móvel mesmo

que a qualidade da transmissão seja aceitável. Isto pode acontecer quando o nível de

interferência global melhorará significativamente se a estação móvel mudar para outra célula.

Os cálculos e simulações mostram de facto que existe normalmente uma célula em melhores

condições do ponto de vista da interferência. Esta consideração é especialmente verdadeira

quando está a ser utilizado controlo de potência, pois a célula correspondente à perda de

percurso mínima, minimiza também a potência de transmissão da estação móvel, o que vai

reduzir o nível de interferência. O handover com o objectivo de optimizar o nível de

interferência é chamado de Handover de Limitação.


ISEL-DEEC-SST

110

O terceiro tipo de handover é chamado como Handover de Tráfego. Pode acontecer

que uma célula esteja congestionada e as células vizinhas não. Tal uma situação acontece

tipicamente quando existem acontecimentos concentrados em determinada área geográfica,

como por exemplo feiras, eventos desportivos, etc. Por causa da cobertura actual das células

vizinhas muitas vezes sobrepostas, a transferência de algumas chamadas de uma célula para

outra menos congestionada pode melhorar temporariamente a situação do tráfego. Este tipo de

handover deve ser tratado com muito atenção, já que entra obviamente em conflito com o tipo

de handover anterior. Os handovers de tráfego vão necessariamente interferir com o

planeamento de células e aumentar o nível de interferência na área circundante.

6.16 Critérios no Handover

Dependendo do objectivo do handover, o critério a ter em conta difere, mas tem que ter

sempre informação sobre o que aconteceria com e sem handover, de acordo com a célula

destino.

O principal critério para o handover de resgate é a qualidade de transmissão na

ligação que está a decorrer, tanto em downlink como em uplink. A melhor informação deve

ser a avaliação da qualidade da transmissão. Com uma transmissão digital, o ritmo de erros da

transmissão é também um bom indicador da qualidade, assim como as perdas no percurso de

propagação. Outra parte da informação é o atraso na propagação. A transmissão no interface

rádio do GSM não suporta um grande atraso na propagação, e a ligação pode ser cortada se

este atraso se torna demasiado grande. Em GSM, todas estas medidas são importantes no

processo de decisão do handover. Tanto a estação móvel como a BTS medem regularmente a

qualidade do nível de transmissão e recepção, a partir do qual as perdas de percurso podem

interferir. A estação móvel transmite estas medidas para a BTS, a um ritmo de duas vezes por

segundo.

O critério chave para o handover de limitação é a qualidade de transmissão no

downlink e no uplink correspondente a cada célula vizinha, da célula onde a estação móvel

está ligada. Já que esta informação é bastante difícil de obter, o processo de handover tem que

funcionar só com a perda de percurso entre a estação móvel e um número de células vizinhas.

Na realidade, só os valores de downlink são medidos, pela estação móvel, e assume-se que a

perda de percurso é equivalente em ambas as direcções.

O processo de decisão para os handovers de tráfego necessita de informação do

tráfego de cada BTS, e esta informação é conhecida pelos MSC’s e BSC’s. Os handovers de

tráfego diferem um pouco dos handovers de resgate e de limitação, porque as razões de

tráfego ditam o número de estação móvel que têm que ser transferidas, duma determinada



111

célula, mas não indicam quais o devem ser. A escolha das “favoritas” normalmente passa

inicialmente por saber quais as estação móvel que estão perto de serem transferidas por outras

razões. Ou seja, o handover de tráfego recorre aos critérios anteriores e às respectivas

medidas. Duma forma sumária, a lista dos parâmetros a ter em conta no processo de decisão

do handover é dada em seguida:

• alguns dados constantes, como a máxima potência de transmissão:

⇒ da estação móvel;

⇒ da BTS que serve a célula;

⇒ das BTS’s das células vizinhas;

• medidas em tempo real realizadas pela estação móvel:

⇒ a qualidade da transmissão em downlink (taxa de erros);

⇒ o nível de recepção em downlink do canal corrente;

⇒ os níveis de recepção em downlink das células vizinhas;

• medidas em tempo real realizadas pela BTS:

⇒ a qualidade da transmissão em uplink (taxa de erros);

⇒ o nível de recepção em uplink do canal corrente;

⇒ o avanço temporal;

• considerações de tráfego, capacidades das células , ...

6.16.1 Procedimentos envolvidos no handover

O handover pode ser executado por diferentes razões, mas em todos os casos, a decisão de

tentar o handover de uma determinada estação móvel é tomada pelo BSC. Uma vez tomada a

decisão, e uma vez que foi escolhida uma nova célula (ou uma lista de candidatas), a

transferência actual tem que ser coordenada entre a estação móvel e as máquinas que gerem a

antiga célula (BTS-old) e a nova célula (BTS-new).

O procedimento de handover pode ser de diversas espécies, de acordo com os dois

principais critérios. O primeiro critério está relacionado com o mecanismo do avanço

temporal, e interfere apenas com a parte de “entrada” do procedimento do interface rádio

entre a estação móvel e a BTS-new. Podem se distinguir dois casos:

a estação móvel é capaz de calcular o novo avanço temporal (a ser utilizado

com a BTS-new), porque as células, antiga e nova, estão sincronizadas, tendo

neste caso o handover síncrono;


ISEL-DEEC-SST

112

o avanço temporal tem que ser inicializado tanto na estação móvel como na

BTS-new durante o procedimento de handover, sendo este caso chamado de

handover assíncrono.

O segundo critério diz respeito à localização do ponto de comutação da infra-estrutura. Esta

localização interfere fortemente com os procedimentos utilizados entre as entidades da infra-

estrutura.

De forma a descrever os diferentes casos, iremos utilizar o sufixo “old” para referir

todas as entidades ao longo do percurso da comunicação antes do handover, e “new” será

utilizado para o percurso após o handover. A BTS-old, BSC-old e MSC-old representam as

máquinas encarregadas da célula antiga, e BTS-new, BSC-new e MSC-new são as máquinas

encarregadas da nova célula. Pode acontecer que a BSC-old=BSC-new, ou MSC-old=MSC-

new.

Quer seja síncrono ou assíncrono, seja inter ou intra-MSC, e seja inter ou intra-BSC, a

execução do handover é composta principalmente por duas fases:

• numa primeira fase, a BSC-old realiza uma série de eventos com o

objectivo de estabelecer o futuro percurso rádio. Uma vez que isto esteja

feito, esta fase termina com o envio dum comando de handover para a

estação móvel;

• numa segunda fase, a estação móvel acede ao novo canal. Este acesso

provoca a comutação dos percursos na infra-estrutura, e a libertação do

antigo percurso.

Uma vez que a decisão de efectuar um handover foi tomada pela BSC-old, isto tem que ser

indicado ao ponto de comutação. Este último tem que então estabelecer os recursos terrestres,

se necessário, até à BSC-new, sinalizar com esta para atribuir um recurso rádio e fornecer a

todas máquinas interferentes no processo toda a informação necessária para o handover e a

futura gestão da ligação. Esta informação inclui:

• o modo de transmissão, utilizado para escolher e configurar o percurso

rádio duma forma apropriada, incluindo o novo canal rádio;

• O modo de encriptação;

• a identidade da célula origem, utilizada para determinar se o handover

pode ser efectuado duma forma síncrona ou assíncrona;

• a classe da estação móvel, utilizada para a futura gestão da ligação.



113

A estação móvel não sabe nada do que se passa nos processos da infra-estrutura e

decisões até receber a mensagem de handover. Esta mensagem contém toda a informação que

caracteriza a transmissão no novo canal (excepto o modo de encriptação o qual assume-se que

continua a mesmo de que no antigo canal), e os dados necessários para o acesso. Em

particular, esta mensagem indica à estação móvel se o procedimento de handover a seguir

deve ser síncrono ou assíncrono. Em ambos os casos, graças à pré-sincronização, a estação

móvel é capaz de se sincronizar rapidamente no novo canal e começar a recepção

imediatamente.

No caso de um handover síncrono, a estação móvel envia primeiro alguns bursts de

acesso, e então começa a transmissão normal, utilizando o avanço temporal calculado. Se a

handover é assíncrono, a estação móvel continua a enviar bursts de acesso até receber uma

resposta da BTS-new, que transporta o avanço temporal a utilizar. Só então é que começa a

transmissão normal. Este é o único caso onde os curtos bursts de acesso são utilizados num

canal dedicado. A razão para a utilização deste tipo de burst é o desconhecimento, por parte

do móvel, do avanço temporal adequado ao novo canal.

6.16.2 Execução do handover

Vamos então particularizar o processo para as diferentes situações. No primeiro caso temos o

mais simples handover, ou seja, ambas as células são controladas pelo mesmo BSC. Os

procedimentos envolvidos no processo estão representados e numerados na Figura 6.11.

Quando se desenrola um handover deste tipo, o MSC não é envolvido na troca de sinalização.

Contudo O MSC será informado assim que termine o handover, de forma a actualizar o

registo do assinante no VLR. Se as células envolvidas no processo não pertencerem à mesma

área de localização, então será necessário efectuar um procedimento de actualização de

localização após o handover.

A sequência de procedimentos será então:

1. Baseado nos critérios referidos anteriormente, o BSC decide efectuar um

handover entre as duas células. O BSC informa a BTS que esta deve activar

um TCH, com as mesmas características do canal anterior.

2. O BSC envia então a mensagem de handover para o móvel. Esta mensagem

contém informação acerca da frequência e escalonamento temporal do novo

canal, assim como a potência a utilizar inicialmente. Esta informação é

enviada no canal de sinalização associado rápido (FACCH), activado para o

efeito.


ISEL-DEEC-SST

114

3. O Móvel sintoniza a nova frequência e após a correcta sincronização, passa a

transmitir bursts de acesso para handover. Estes bursts são enviados no canal

FACCH.

4. Após detecção dos bursts de acesso, a nova BTS responde, enviando

informação acerca do avanço temporal, pelo no canal FACCH.

5. O móvel recebe a resposta e envia a mensagem de handover completo para o

BSC, através da nova BTS.

6. O BSC está em condições agora de mandar a BTS-old libertar o canal TCH

antigo.

BSCold

new

1

2

2

3

45

5

6

Figura 6.11 - Handover entre células controladas pelo mesmo BSC.

Na segunda situação, temos um handover entre células controladas por BSC diferentes, mas

pertencendo ao mesmo MSC. Neste caso já o MSC/VLR terá de ser directamente envolvido

no processo de estabelecimento do novo canal, pois o percurso terrestre do canal de tráfego

será alterado. Isto poderá ser observado na Figura 6.12:

VLR

BSCold

new

4

5

6

BSC

MSC

old

new

1

2

34

4

4

77

7

8

8

9

Figura 6.12 - Handover entre células controladas por diferentes BSC’s, mas no mesmo MSC.



115

A sequência numerada na figura será:

1. O BSC que serve no momento o móvel (old) envia uma mensagem de pedido

de handover ao MSC contendo a identidade da célula destino.

2. O MSC sabe qual o BSC que controla a nova célula, e envia-lhe um pedido

de handover.

3. O novo BSC verifica o estado dos canais (poderão estar todos ocupados), e

ordena então à BTS-new que active o canal para que o móvel possa ser

recebido.

4. Este BSC enviará então a mensagem de handover ao móvel, através do MSC

e do antigo BSC e BTS. É esta BTS que suporta o canal ainda activo. Esta

mensagem contém informação acerca das características do novo canal.



FACCH.




MSC, através do novo BSC.

8. O MSC informa o BSC que o handover correu bem e que poderá libertar os

canais de tráfego.

9. O BSC antigo manda a BTS-old libertar o canal anteriormente utilizado.

O terceiro e último caso trata do handover entre células que pertencem a áreas de serviço de

diferentes MSC’s. Este tipo de handover apenas poderá ser executado dentro do mesmo

operador. É claro que neste caso também os BSC serão diferentes. Vamos então explicar as

fases apresentadas na Figura 6.13:

1. O BSC que serve no momento o móvel (old) envia uma mensagem de pedido

de handover ao MSC-A. Neste mensagem é enviada a identificação da célula

destino;

2. O MSC-A verifica que a célula pertence a outro MSC, o MSC-B, e pede-lhe

então ajudo no processo;


ISEL-DEEC-SST

116

3. O MSC-B atribui um número ao handover para o reencaminhamento da

chamada. É então enviado uma mensagem de pedido de handover ao

BSC-new;

4. O novo BSC manda a BTS destino activar o novo canal de tráfego;

5. O MSC-B recebe a informação acerca do canal, e passa-a ao MSC-A

juntamente com o número de handover;

6. Nesta altura é estabelecida uma ligação para transporte de tráfego entre os

dois MSC’s. O estabelecimento deste circuito poderá passar pela PSTN.

7. O MSC-A enviará então a mensagem de handover ao móvel, através do

antigo BSC e BTS.



FACCH.




antigo MSC, através do novo BSC.

11. O MSC-A estabelece então um novo circuito de forma a que a chamada passa

a ser encaminhada através da nova ligação. Depois disso e«informa o antigo

BSC que já pode libertar o canal antigo

BSCold

new

7

8

9

old

4

10 10 VLR

MSC

VLR

MSCA

B

1

2

35

5

PSTN /

ISDN

PSTN /

ISDN

6

7

BSCnew

10

11

Figura 6.13 - Handover entre células controladas por diferentes MSC’s.



117

6.17 Gestão de Chamadas

A gestão de chamadas não é um tema novo. Consiste no estabelecimento e libertação de

circuitos de comunicação através de diversas redes. O desenvolvimento das redes fixas,

principalmente a PSTN e a ISDN, causou uma grande evolução nas técnicas de sinalização. As

redes celulares públicas em geral, e o GSM em particular, são basicamente redes de acesso a

estes sistemas de telecomunicações. O seu esquema de gestão de comunicações é bastante

dependente das técnicas existentes e oferece poucas novidades, por exemplo, a troca de

sinalização na interface entre o GSM e as redes exteriores é imposta pelas últimas. Os

procedimentos de sinalização da gestão de comunicações, definidos entre estações móveis e a

infra-estrutura GSM, são cópias adaptadas e simplificadas daquelas especificadas para o

acesso à ISDN.

No entanto a gestão de chamadas não é totalmente herdada da ISDN, pois os sistemas

celulares acarretam alguns problemas devido à mobilidade dos utilizadores e ao facto de não

existir nenhuma ligação fixa entre cada utilizador e a estrutura da rede. O ponto central é o

estabelecimento de chamadas com utilizadores que se deslocam. Um dos lados do problema é

o percurso que o sistema tem que percorrer para seguir o movimento dos utilizadores entre

chamadas, de maneira a localizá-los sempre que necessário. O outro lado do problema é o

encaminhamento da chamada através de redes até ao utilizador móvel.

6.17.1 Chamada Originada no Móvel

O facto de a chamada ser originada num móvel não implica uma grande diferença de

procedimento em relação às redes fixas. A principal diferença é que o número é

completamente digitado antes de ser estabelecido qualquer contacto com a rede, sendo este

visualizado na MS e estar sujeito a modificações antes da transmissão. Uma outra diferença,

aplicável em redes multi-serviço como GSM, é que informação adicional pode ser trocada

entre o utilizador e a rede no início da chamada, tal como o tipo de serviço ou o tipo de canal.

Na maioria dos casos, estes pontos serão tratados automaticamente pela estação móvel, quer

com valores por defeito ou previamente especificados.

Na Figura 6.14 poderemos observar o fluxo de informação através da rede GSM.

Estão representados e numerados as diversas fases do encaminhamento da chamada. Ao longo

da descrição do projecto será identificado o canal lógico em utilização.

1. Em primeiro lugar o móvel irá efectuar um acesso aleatório, através do canal

RACH, pedindo então um canal de sinalização dedicado SDCCH.


ISEL-DEEC-SST

118

2. O BSC atribui um canal de sinalização, através do canal de acesso concedido

AGCH.

3. É estabelecido o canal de sinalização entre o móvel e o MSC/VLR (SDCCH).

Este canal suportará toda a sinalização entre as entidades de rede e o móvel,

até ser estabelecido o canal de tráfego. A troca de informação agora

processada incluirá:

i) Envio da identificação do móvel – TMSI. Com base nesta

identificação, o VLR activa o registo do móvel e devolve a trio

de parâmetros ao MSC;

ii) Autenticação. O MSC enviará o parâmetro RAND ao móvel. O

móvel devolverá o respectivo SRES que deverá coincidir com o

valor devolvido pelo VLR..

iii) Inicio de encriptação. O BSC é informado da chave de

encriptação Kc.

iv) O móvel envia o pedido de chamada. O número destino é

enviado agora para o MSC (neste caso trata-se de um telefone

fixo).

4. O MSC informa o BSC para que seja atribuído um canal de tráfego ao móvel.

A informação relativa a este canal é então enviada ao móvel.

5. A partir de agora o móvel passará a utilizar o canal de tráfego TCH/SACCH.

6. O MSC envia agora o pedido para a rede fixa. O utilizador móvel passa agora

a ouvir o toque de chamada.

BSC

HLR

AuC

EIR

VLR

MSC

GMSC

VLR

PSTN /

ISDN

PSTN /

ISDN

61

23

4

4

4

5

3

Figura 6.14 - Estabelecimento de Chamada Originada no Móvel.



119

6.17.2 Chamada Terminada no Móvel

A maior diferença entre o estabelecimento de uma chamada para um utilizador PSTN/ISDN e

um utilizador móvel é que no primeiro, a localização exacta é conhecida, enquanto no

segundo nunca sabemos onde se encontra o móvel, podendo inclusivamente estar no

estrangeiro. Desta forma teremos de encontrar o móvel através das bases de dados e de pois

por paging e só então encaminhar a chamada para o local destino.

Na Figura Figura 6.15 estão representados os procedimentos que se deve efectuar no

estabelecimento da chamada. Neste caso trata-se de uma chamada originada na rede fixa, mas

na verdade, toda a sequência de procedimentos é semelhante, qualquer que seja a origem da

chamada. Passemos então a explicar as diversas fases:

12. O assinante fixo digita o número de telefone destino - MSISDN. Este número

é então analisado pela central de comutação local, que encaminha então a

chamada para a gateway do operador móvel, denominada por GMSC.

13. O GMSC analisa o MSISDN de forma a deduzir em que HLR se encontra

registado o assinante. Um operador móvel pode optar pela utilização de

diversos HLR’s, existindo então uma separação com base no MSIDN. É

então altura de interrogar o HLR acerca do estado do móvel, e a forma de

encaminhar a chamada para o mesmo.

14. Depois de chegado o número do assinante móvel ao HLR, terá então de se

proceder a várias operações:

i) O HLR terá de em primeiro lugar efectuar a transformação do

MSISDN na identificação móvel, o IMSI.

ii) Esta consulta verifica também o estado dos serviços do assinante,

pois pode-se dar o caso de estarem activos reenvios para outros

números, ou por exemplo, para um centro de voice mail.

iii) O HLR contacta agora o MSC da área de serviço onde se

encontra o móvel. Este contacto tem como objectivo a obtenção

do MSRN, que permitirá o encaminhamento da chamada para o

MSC. Repare-se que este MSC pode não ser do próprio operador,

podendo inclusive estar no estrangeiro. No entanto todo o

processo é semelhante.


ISEL-DEEC-SST

120

15. Com base no IMSI o VLR selecciona temporariamente um MSRN e

associa-o ao assinante em causa enquanto a chamada decorrer. Este número é

então devolvido ao HLR, que por sua vez o envia ao GMSC.

16. O GMSC está então agora em condições de encaminhar a chamada para o

destino, estabelecendo um circuito através da própria rede, ou através do

PSTN caso o assinante esteja em roaming. Esta chamada é encaminhada

directamente para o MSC.

17. Chegado o MSRN ao MSC/VLR, este converte-o no respectivo TMSI e

obtêm assim a LAI em que se encontra o assinante. É então iniciado o

processo de paging.

18. O MSC pede aos BSC’s que controlam as estações base que pertencem à área

de localização do móvel, que enviem uma mensagem de paging por forma a

encontrar o móvel. Esta mensagem tem como parâmetro o IMSI o TMSI do

móvel destino. É utilizado o canal de paging PCH em todas as estações base.

19. O móvel em causa deverá então responder ao paging, através do canal de

acesso aleatório RACH. O móvel envia o TMSI.

20. É atribuído um canal para sinalização dedicado SDCCH. Esta atribuição faz-

se através do AGCH. O canal lógico SDCCH é então estabelecido entre o

móvel e o MSC/VLR. É então que se dará todo o processo de autenticação

por forma a confirmar a identidade do móvel. Depois de iniciada a chamada

encriptada, será passada ao móvel toda a informação respeitante à chamada

em causa, por exemplo número de origem.

21. Depois de informado o BSC, é então atribuído um canal de tráfego ao móvel,

completando-se a ligação. Esta atribuição poderá ser efectuada antes ou

depois de inicio de alerta no móvel, dependendo da estratégia de atribuição

de canal de tráfego, como foi referido anteriormente.



121

BSC

HLR

AuC

EIR

VLR

MSC

GMSC

VLR

PSTN /

ISDN

PSTN /

ISDN

1

12

3

3

4

4

5

6

7

7

7

7

7

1089

11

Destino

Figura 6.15 - Estabelecimento de Chamada Terminada no Móvel .

Acrónimos

A3 Authentication algorithm – Algoritmo de autenticação

A5 Encryption algorithm – Algoritmo de encriptação

A8 Ciphering key generating algorithm – Algoritmo de geração de chave de cifra

AGCH Access Grant Channel – Canal de acesso atribuído

AMPS Advanced Mobile Phone Service

AuC Authentication Centre – Centro de Autenticação

BCC Base Transceiver Station (BTS) Colour Code – Código de cor da BTS

BCCH Broadcast Control Channel – Canal de controle de difusão

BCH Broadcast Channel – Canal de Difusão

BER Bit Error Rate

BP Burst Period – Período de duração de rajada de bits

BSC Base Station Controller - Controlador de Estações Base

BSIC Base transceiver Station Identity Code - Código de identificação de BTS

BSS Base Station System - Sistema de Estações Base

BTS Base Transceiver Station – Estação Transreceptora de Base

C0 BCCH Carrier – Portadora dos canais BCCH

C1 Path Loss Criterion – Critério rádio

C2 Reselection Criterion – Critério de reselecção de célula

CC Country Code - Código de país

CCCH Common Control Channel – Canal de controle comum

CCITT Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique

CDMA Code Division Multiple Access

CEPT Conférence Européene de Postes et Télécommunications

CGI Cell Global Identification – Identificação global de célula

CI Cell Identity – Identificação da Célula

DCE Data Circuit terminating Equipment – Equipamento de terminação de circuitos de dados

Acrónimos

ISEL-DEEC-SST

122

DCS Digital Communication System – Sistema Digital de comunicações

DCS 1800

Digital Communication System at 1800 MHz – Sistema Digital de comunicações a 1800 MHz

DTE Data Terminal Equipment – Equipamento terminal de dados

DTX Discontinuous transmission (mechanism) – Transmissão descontínua

EIR Equipment Identity Register – Registo de identificações de equipamento

ETR ETSI Technical Report

ETS European Telecommunications Standard

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FAC Final Assembly Code – Código final de fabrico

FACCH Fast Associated Control Channel – Canal de controle associado rápido

FCCH Frequency Correction Channel – Canal de correcção de frequência

FDMA Frequency Division Multiple Access

GMSC Gateway Mobile-services Switching Centre

GSM Global System for Mobile communications

HLR Home Location Register – Registo dos assinantes residentes

IMEI International Mobile station Equipment Identity Identificação Internacional do equipamento móvel

IMEISV International Mobile station Equipment Identity and Software Version Number – Identificação internacional do equipamento móvel e do software

IMSI International Mobile Subscriber Identity – Identificação internacional do assinante móvel

ISDN Integrated Services Digital Network – Redes digitais com integração de serviços

Kc Ciphering key – Chave de encriptação

Ki Individual subscriber authentication key – Chave individual de autenticação do assinante

LAI Location Area Identity – Identificação da área de localização

LMSI Local Mobile Station Identity – Identificação local do móvel

LN Location Number – Número de localização

LSP Locally Significant Part – Parte significativa localmente

MCC Mobile Country Code – Código do país móvel

MNC Mobile Network Code – Código de rede móvel

MS Mobile Station – Estação móvel

MSC Mobile-services Switching Centre, Mobile Switching Centre – Centro de comutação móvel

MSIN Mobile Subscriber Indentification Number – Número de identificação do assinante móvel

MSISDN

Mobile Station International ISDN Number – Número RDIS internacional da estação móvel

MSRN Mobile Station Roaming Number – Número de roaming da estação móvel

Acrónimos


123

NCC Network (PLMN) Colour Code – Código de cor do operador móvel

NDC National Destination Code – Código nacional do destino

NMSI National Mobile Station Identification number – Número de identificação nacional da estação móvel

NMT Nordic Mobile Telephone

OMC Operations & Maintenance Centre – Centro de Operação e Manutenção

OSS Operation & Support System – Sistema de suporte e de operação

PCH Paging Channel – Canal de paging

PCM Pulse Code Modulation - Modulação por codificação em impulsos

PIN Personal Identification Number – Número de identificação pessoal

PLMN Public Lands Mobile Network – Rede pública móvel

PSTN Public Switched Telephone Network – Rede pública de comutação telefónica

PTT Nordic Post, Telephone and Telegraph

PUK PIN Unblock Key - Chave para desbloquear o PIN

RACH Random Access Channel – Canal de acesso aleatório

RAND RANDom number (used for authentication) – Número aleatório

RSZI Regional Subscription Zone Identity – Identificação da zona de assinatura regional

SACCH Slow Associated Control Channel – Canal de controle associado lento

SCH Synchronization Channel – Canal de sincronização

SDCCH Stand-alone Dedicated Control Channel – Canal de Controle dedicado

SIM Subscriber Identity Module – Módulo de identificação do assinante

SN Subscriber Number – Número do assinante

SNR Serial NumbeR – Número de Série

SRES Signed RESponse (authentication) - Resposta assinada

SS Switching System – Sistema de Comutação

SVN Software Version Number - Número de versão de software

TAC Type Approval Code – Código de aprovação do equipamento

TACH Traffic Associated Channel – Canal de tráfego associado

TACS Total Access Communication System

TCH Traffic Channel – Canal de tráfego

TDMA Time Division Multiple Access

TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity - Identificação temporária do assinante móvel

TN Timeslot Number – Número da janela temporal

TRAU Transcoder/Rate Adapter Unit – Unidade de transcodificação e adaptação de ritmos

TRX Transceiver - Transreceptor

TS Time Slot – Janela temporal

VAD Voice Activity Detection – Detecção de actividade de voz

Acrónimos

ISEL-DEEC-SST

124

VLR Visitor Location Register – registo de localização de visitantes

ZC Zone Code – Código de zona

Bibliografia

Theodore S. Rappaport, “Wireless Communications – Principles & Practice”, Prentice Hall,1996

Yacoub, M.D., “Foundations of Mobile Radio Engineering”, CRC Press, 1993

Ericsson, “AXE 10 Survey”, Ericsson,

GSM 01.04 (ETR 100) : "European digital cellular telecommunications system (Phase 2); Abbreviations and acronyms".

GSM 03.03 (ETS 300 523): "European digital cellular telecommunications system (Phase 2); Numbering, addressing and identification".

GSM 03.08 (ETS 300 526) : "European digital cell ular telecommunications system (Phase 2); Organisation of subscriber data".

GSM 03.20 (ETS 300 534) : "European digital cellular telecommunications system (Phase 2); Security related network functions".

GSM 03.22 (prETS 300 535): "European digital cellular telecommunications system (Phase 2); Functions related to Mobile Station (MS) in idle mode".

GSM 04.01 (ETS 300 550): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Mobile Station - Base Station System (MS - BSS) interface. General aspects and prin ciples".

GSM 04.03 (ETS 300 552): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Mobile Station - Base Station System (MS - BSS) interface. Channel structures and access capabilities".

GSM 04.04 (ETS 300 553): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); layer 1. General requirements".

GSM 04.05 (ETS 300 554): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Data Link (DL) layer. General aspects".

GSM 04.07 (ETS 300 556): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Mobi le radio interface signalling layer 3. General aspects".

GSM 05.01 (ETS 300 573): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Physical layer on the radio path. General description".

GSM 05.02 (ETS 300 574): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Multiplexing and multiple access on the radio path".

GSM 05.03 (ETS 300 575): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Channel coding".

GSM 05.04 (ETS 300 576): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Modulation".

Bibliografia

ISEL-DEEC-SST

126

GSM 05.05 (ETS 300 577): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Radio transmission and reception".

GSM 08.08 (ETS 300 590): "Digital cellular telecommunications system (Phase 2); Mobile Switching Centre - Base Station System (MSC - BSS) interface. Layer 3 specification".

GSM 11.11 (ETS 300 608) : "European digital cellular telecommunications system (Phase 2); Specification of the Subscriber Identity Module – Mobile Equipment (SIM - ME) interface".

CCITT Recommendation E.164: "Numbering plan for the ISDN era".

CCITT Recommendation E.212: "Identification plan for land mobile stations".

CCITT Recommendation E.213: "Telephone and ISDN numbering plan for land mobile stations in public land mobile networks (PLMN)".

CCITT Recommendation X.121: "International numbering plan for public data networks".

Manual Gsm Mass

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