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Redes de Comunicación II
Módulo II. Redes multiservicio conmutadas
Tema 4. Redes móvilesParte B. Redes 2.xG
Tema 4. Redes móviles 2
Perspectiva
• 2G: Second Generation• Diferencia esencial frente a 1G:Diferencia esencial frente a 1G:▫ Modulación Digital• Ejemplo representativo: GSM (Global System for• Ejemplo representativo: GSM (Global System for
Mobile Communications)▫ TDMA GMSK▫ TDMA, GMSK ▫ Canales de 200 kHz channel, máx. 13,4 kb/timeslot
Tema 4. Redes móviles 3
Perspectiva
• 2.5 G▫ GPRS (General Packet Radio System)
Compatible con la red GSMUsa los timeslots GSM y modulación de mayor orden paraalcanzar 60 kb/time slotalcanzar 60 kb/time slotCanales de 200 kHz Ancho de banda máximo 171.2 kb/s
• 2.75G▫ EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution)
Compatible con la red GSMCompatible con la red GSMTDMACanales de 200 kHz GMSK + 8PSKAncho de banda máximo 384 kb/s
Tema 4. Redes móviles 4
TheThe GiantsGiants CausewayCauseway -- IrlandaIrlanda
Índice
• Estructura celular• Acceso radio: TDMAAcceso radio: TDMA• Dimensionamiento de una célula TDMA• Arquitectura• Arquitectura• Señalización
F i i t T• Funcionamiento y Traspasos
Tema 4. Redes móviles 5
Índice
• Estructura celular• Acceso radio: TDMAAcceso radio: TDMA• Dimensionamiento de una célula TDMA• Arquitectura• Arquitectura• Señalización
F i i t T• Funcionamiento y Traspasos
Tema 4. Redes móviles 6
División / Sectorización
División Sectorización
Tema 4. Redes móviles 7
Estructura celular
• Zonas urbanas▫ Sectorizadas
A2A3
C2
C1
C3 A1
D1
B2
B1
B3D3Sectorizadas
3/94/12 C1D2 D2D1
B2
B1A2
D3
A2
D3B3
A3
A3 B1
D2
A1
D1
C2
C1
C3
A2/▫ R, del orden del km.• Zonas rurales D2
C2
C1D2 D2
A1
A3C1
D1
D3
A3
B2
B1A2
B3
Zonas rurales▫ Omnidireccional▫ R hasta 30-35 km
⎞⎛C
D2 A3C1
R, hasta 30 35 km.• Relación de protección: dB9
cocanal=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
UP I
CR⎠⎝ UI
Tema 4. Redes móviles 8
Estructura celular4/12 3/9
D3
D2D1 C1
C1
C2C3 B1
A3 B1
D2
A1
D1
C2
C1
C3
A2 A3 C1
C2
A1
C3
B2
B1
B3
A2
D2D1
B3D3 B2 C3 C2
Tema 4. Redes móviles
Acceso radio: TDMA
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Acceso radio: TDMA (Time-Division Multiple Access)
1. Se divide el espectro en dos bandasBanda ascendente (UL)Banda ascendente (UL) Banda descendente (DL)
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Acceso radio: TDMA
2. Cada banda se divide en sub-bandas:125 portadoras 125 canales de 200 kHz125 portadoras 125 canales de 200 kHz
Tema 4. Redes móviles 11
Acceso radio: TDMA
3. Cada portadora se multiplexa en el tiempo (TDM): se “ranura” el tiempo en 8 “slots” o intervalosse ranura el tiempo en 8 slots o intervalos
Trama con 8 canales físicos
0 1 2 3 4 5 6 7
Tema 4. Redes móviles 12
Notas
• Nota 1: Modulación GMSK▫ La señal, antes de ser modulada, se filtra con un filtro
Gaussiano paso bajo, que reduce la interferencia entre canales adyacentesM d l ió di i l f▫ Modulación digital en fase
• Nota 2: T M lti t▫ Tramas Multi-tramas
▫ Multi-tramas Super-tramas▫ Super tramas Hiper tramas
1 Supertrama = 26 ó 51 ó 102 tramas1 Hipertrama = 2.048 supertramas▫ Super-tramas Hiper-tramas
• Nota 3:▫ GSM 900MHz GSM 1800MHz
p p1 Hipertrama = 2.715.648 tramas
GSM 900MHz, GSM 1800MHz
Tema 4. Redes móviles 13
Notas• Nota 4: Canales lógicos▫ Canales de comunicación
Canales de tráfico (TCH – Traffic CHannel)Canales de tráfico (TCH Traffic CHannel)- TCH/F▫ 9,6 Kbps, para datos / 13 Kbps, para voz
- TCH/Hb d / b▫ 4,8 Kbps, para datos / 6,5 Kbps, para voz
Canales de señalización (ACCH – Associated Control CHannel)- SACCH (potencia y alineamiento)- FACCH (urgencia)FACCH (urgencia)
▫ Canales de controlCanales de difusión- BCH – Broadcasting CHannels (de info de la red: identificación BS, ayuda a sincron)g ( , y )Canales comunes- RACH – Random Access CHannel (acceso de MS a la red)- PCH – Paging CHannel (Búsqueda de móvil)
AGCH A G t CH l (A i ió d l d t áfi t l)- AGCH – Access Grant CHannel (Asignación de un canal de tráfico o control)Canales dedicados de control- SDCCH – Standalone Dedicated Control CHannel (temporales durante registro y
establecimiento)
Tema 4. Redes móviles
Planificación célula TDMA
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Planificación célula TDMADatos disponibles
E⎡ ⎢
⎤ ⎥
ρu
E
km2⎣ ⎢
⎦ ⎥
GoS %( ) GoS %( )
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Planificación célula TDMA
• Proceso de planificación:1. Despejar Lb de la ecuación de balance de potencia1. Despejar Lb de la ecuación de balance de potencia2. Sustituir Lb en el modelo de propagación y despejar R3 Calcular c3. Calcular c
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Planificación célula TDMA
1. Despejar Lb de la ecuación de balance de potencia
PR,MS ≥ SMS
⎫ ⎪PR,MS = SMS
P = P + (G L) L + (G L)
⎫ ⎬ ⎪
⎭ ⎪ PR,MS = PT ,BTS + (G −L)BTS −Lb + (G −L)MS⎭ ⎪
⇒ Lb = PT ,BTS + (G − L)BTS + (G −L)MS − SMS
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Planificación célula TDMA
2. Sustituir Lb en el modelo de propagación y despejar R
Lb =ξ1 +ξ2 log R( )⇒Modelo de propagación b ξ1 ξ2 g( )
Lb −ξ1 Lb = PT ,BTS − SMS
R = 10 ξ2
,
+(G −L)BTS + (G −L)MS
Tema 4. Redes móviles 18
Planificación célula TDMA
p3. Dado R calcular c
GoS %( ) pB
%( )100
= pB,MAX
uC MAX uC E[ ] uC ,MAX uC E[ ]
R → SC →uc ,MAX = ρuSc
Tema 4. Redes móviles 19
Arquitectura
• Dispositivo o estación móvil (MS)• RedRed
Red (visión superficial)
Di itiDispositivo móvil
Tema 4. Redes móviles 20
Arquitectura• ¿Qué es la estación móvil? Conjunto formado por:
Terminal móvil (sólo llamadas de emergencia al 112)Tarjeta SIM (Subscriber Identity Module): acceso al resto de serviciosTarjeta SIM (Subscriber Identity Module): acceso al resto de servicios
• Terminal móvil▫ Identificado por un número de 15 dígitos: IMEI (International▫ Identificado por un número de 15 dígitos: IMEI (International
Mobile Equipment Identifier)Permite a las operadoras controlar el acceso de un terminal concreto a su reda su red
• Tarjeta SIM▫ Cada SIM tiene asignado:▫ Cada SIM tiene asignado:
Número GSM (9 dígitos España) = MSISDNClave de acceso personal (PIN: Personal Identification Number)La tarjeta SIM también puede ser utilizada para almacenar númerosLa tarjeta SIM también puede ser utilizada para almacenar números de teléfono y SMS
Tema 4. Redes móviles 21
ArquitecturaReded
BS: Base StationBSC: Base Station Controller
MSC: Mobile Switching CenterOtros nodos especializados
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Arquitectura
MS: Mobile StationBS: Base StationBSC: BS ControllerMSC: Mobile Switching CentreOMC: Operation and Maintenance CentreOMC: Operation and Maintenance CentreVLR: Visitor Location RegisterHLR: Home Location RegisterEIR: Equipment Identity RegisterSMSC: Short Message Service Centre
Tema 4. Redes móviles 23
Arquitectura• La red GSM contiene 3 sub-sistemas:▫ BSS (Base Station Subsystem) ▫ NSS (Network Subsystem), también
conocido como SwitchinggSubsystem (SSS)
▫ OMS (Operating and MaintenanceSubsystem)Subsystem)
• Arquitectura▫ Cada conjunto de estaciones base
esta controlada por una BSC▫ Cada grupo de BSCs se conecta con
una central de conmutación MSCuna central de conmutación MSC (mobile switching center) mediante líneas
▫ Las MSC’s están conectadas entreBSS
▫ Las MSC s están conectadas entre ellas y utilizan una red orientada a conexión para señalización SS7
Tema 4. Redes móviles
Arquitectura
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ArquitecturaSubsistema de estaciones base
• BSS (Base Station Subsystem):▫ Un conjunto de estaciones base
(BS o BTS):Transceptores radio y antenas.Puede tener asignado 1 o másPuede tener asignado 1 o más portadoras
▫ BSC: Controlador de las BS:l ( )Control BS (1 o varias)
Gestión recursos radio (asignación canales)( g )Gestión de traspasos entre BS
Tema 4. Redes móviles
Arquitectura:
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Arquitectura: Subsistemas del Núcleo
▫ SMSC (Short Message Service Center)Centro de tratamiento de mensajes cortos SMSSMS
▫ OMC (Operation and Maintenance Center)▫ MSC (Mobile Switching Center)
Central similar a las de redes fijasCentral similar a las de redes fijas- Conmutación- Señalización SS7
F i di i lFunciones adicionales para entornos móviles:- SS7 MAP (Parte de Aplicaciones Móviles)
T- Traspasos- Gestión de la movilidad- Autenticación
¡Para ello requiere un conjunto de bases de datos especiales!
Tema 4. Redes móviles
Arquitectura:
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Arquitectura: Subsistemas del Núcleo
▫ Bases de datos o RegistrosRegistro de localización base (HLR)
Información abonados claves seguridad- Información abonados, claves seguridad- Localización del “móvil”
Registro de localización de visitantes (VLR)I f ió bá i d l ó il- Información básica de los móviles que se encuentren en ese momento bajo su zona de cobertura (LA: Location Area).
Registro de identidad de equipos (EIR)Registro de identidad de equipos (EIR)- Información identidad de los terminales
(robados, no permitidos, etc)AuC (Autentication Center)AuC (Autentication Center)- Parámetros de seguridad y privacidad:▫ Claves y algoritmos de autenticación y
cifradocifrado
Tema 4. Redes móviles 27
Señalización
• Importante▫ En redes fijas:
la señalización sólo se produce en el establecimiento y liberación de llamadas
▫ En GSM:En GSM: es necesaria señalización adicional (localización y registro), previa a la llamada (establecimiento canales radio) y durante la ll d ( t l d l i ió )llamada (control de la comunicación)Utiliza SS7Debe incluir nuevas funciones:- Gestión de recursos radio▫ Asignación de canales radio, control comunicación
- Movilidad de los terminalesMovilidad de los terminales▫ Cifrado, localización
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Funcionamiento• Además de funciones de cualquier red de comunicación
(conmutación, transporte, señalización), debido a las restricciones que impone la movilidad:restricciones que impone la movilidad:▫ Periódicamente se comprueba la posición
Si se detecta cambio:- Actualizar registrosNecesidad de señalización adicional- En SS7 se implementa en la parte de usuario de aplicaciones
móviles▫ Ajuste automático de potencia:
Si la MS está cerca de la BS se reduce la potencia transmitida ppor la MS.- Ahorro baterías en la MS.- Reducción interferencia cocanal
▫ Traspasos
Tema 4. Redes móviles
Funcionamiento
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FuncionamientoTraspaso (handover, handoff)
• La red debe:Detectar la disminución de potencia en el móvil (“estación p (móvil”)Detectar hacia qué célula se dirige éste
M did d i d d l BS d l ió ó il- Medida de potencia de todas las BS que rodean a la estación móvil.
Reservar un radiocanal libre en la célula destinoHacer petición de traspasoHacer petición de traspaso- Necesario un “pequeño” solapamiento entre células
El cambio debe ser rápido, para evitar cortes en la comunicación
• Algoritmo de handover:Una conversación en curso tiene más importancia que una
ll dnueva llamada
Tema 4. Redes móviles
Funcionamiento
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FuncionamientoTraspaso (handover, handoff)
1. Entre BSs pertenecientes a la misma BSC.
2. Entre BSs pertenecientes a la misma MSC.
3. Entre BSs pertenecientes a distintas MSC.
Tema 4. Redes móviles 31
Anexo: generalidades
• Transmisión digital: voz y datos• Servicios ofrecidos▫ Servicios portadores
Transmisión datos, a velocidad variable, hasta 9,6 Kbps▫ Tele-servicios
Telefonía, a 13 ó 6.5 Kbps modo circuitoV i id ( difi d CELP)- Voz comprimida (codificador CELP)
Llamadas de emergencia (112)Mensajes cortos SMS 160 caracteres modo paqueteMensajes cortos SMS 160 caracteres modo paquetefax
▫ Servicios suplementarios, similares a RDSIIdentificación de usuario llamante, restricción de identificación propia, etc.
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