Las funciones relacionadas con el proceso de llamadas y los
abonados est n implementadas en el sistema de Conmutación
mientras que las funciones relacionadas con la radio se
concentran en el Sistema de Estaciones Base.
El sistema de Operación de mantenimiento atiende las actividades
necesarias para la gestión de la red celular y del sistema del
GSM
El sistema de Conmutación (SS)
El sistema de conmutación realiza las funciones normales en
telefonía, como son el control de tráfico, el análisis de
números, la facturación y las estadísticas de llamadas, e incluye
las siguientes funcionalidades.
Central de Conmutación de Servicios Móviles (MSC)
Registro de abonados locales (HLR)
Registro de abonados visitantes (VLR)
Centro de Comprobación de identificación (AUC)
Registro de identidad del equipo (EIR)
Sistema de Estación Base (BSS)
El sistema de Estación Base, fundamentalmente es responsable de
las funciones radio, gestiona las comunicaciones por radio con
las unidades móviles, maneja con autonomía el paso de llamadas
activas entre células en el rea que est bajo su control. El BBS
controla también los niveles de la potencia de la señal de radio
tanto de las estaciones base como de los móviles.
El sistema de Estaciones Base de Ericsson puede manejar, no
solamente el tráfico ordinario sino también situaciones de
averías normales, sin tener que estar bajo el control del sistema
de Operación y Mantenimiento (OSS). Esto significa que el OSS no
entra en el tratamiento de tráfico.
El controlador de estaciones base (BSC) del sistema de Estación
Base de Ericsson tiene la flexibilidad de trabajar en toda la
gama de capacidad, desde aplicaciones rurales pequeñas a las
metropolitanas grandes. Por ejemplo una BSC puede controlar hasta
512 transceptores.
Sistema de operación y Mantenimiento (OSS)
Las funciones de operación y mantenimiento de la red GSM de
Ericsson se realizan ambas localmente, en los nodos de la red GSM
y centralmente mediante el OMC. Juntos los dos juegos de
funciones proporcionan los medios necesarios para poder llevar
una eficiente gestión de la red.
Cada elemento de la red GSM de Ericsson lleva incorporadas
funciones de mantenimiento que supervisan e informan sobre el
estado operativo del elemento. Los errores que se detectan se
clasifican según su gravedad. En muchos casos las funciones
locales de operación y mantenimiento pueden resolver con
autonomía el problema, por ejemplo, conmutando el tráfico a una
unidad de reserva.
Las funciones dentro de OSS se basan en el nuevo Sistema de
Operación y Gestión de Redes de Telecomunicación. Consiste en una
“familia” de aplicaciones individuales que utilizan ordenadores
normalizados, RISC y el sistema operativo UNIX. Se ha elegido un
subconjunto de las funciones de gestión para construir el Sistema
TMOS como soporte operativo del GSM de Ericsson.
Sistema GSM de Motorola
Motorola ha diseñado una estructura basada en controladores de
estación base de menos capacidad que en el caso de Ericsson y que
est n colocados cerca de las propias estaciones base. Esta
estructura permite dar al sistema una mayor agilidad y más
flexibilidad de configuraciones.
El transcodificador/adaptador de velocidad est situado o bien
cerca de la MSC o bien en el BSC, dependiendo de la configuración
del sistema.
Sistema de Estación Base (BSS)
El sistema de estación base puede tener varias configuraciones.
Hay dos tipos básicos de bastidores en el sistema BSS, el llamado
BSSC que realiza funciones de BSC y también puede realizar
funciones de transcodificación y el llamado BTS que realiza
funciones propias pero también puede realizar funciones de BSC e
incluso de transcodificador, aunque sea un bastidor propio de
BTS.
El BSS utiliza solo 6 tipos de tarjetas distintas que realizan
todas las funciones propias del mismo. Utiliza dos tipos de
combinaciones para el salto de frecuencia.
Sistema de Operación y mantenimiento (OSS)
El sistema de Operación y mantenimiento se realiza localmente en
los BSS y centralmente en el Centro de Operación y Mantenimiento
(OMC)
En el BSS se emplean unas ¾ partes del SW a la operación y el
Mantenimiento.
Las conexiones entre el BSC y BTS se realizan mediante RS232. Se
generan estadísticas, alarmas, etc. Debido a los pocos tipos de
tarjetas diferentes que existen los repuestos son reducidos.
El OMC centraliza la Operación y Mantenimiento. Utiliza
interfaces estándares sistema UNIX y base de datos INFORMIX. El
interfaz hombre máquina es fácil con el X-Windows
En próximos boletines vamos a desarrollar lo mas interesante del
GSM, el interface Radioeléctrico.
INTERFACE RADIOELECTRICO
La banda de espectro radioeléctrico destinada a su uso por el sistema GSM es de 890 a 915 Mhz para las comunicaciones de E.M a
E.B y de 935 a 960 Mhz para las comunicaciones de E.B. a E.M.
La separación entre portadoras de los canales GSM es de 200 Khz y
se ha definido una banda de guarda de otros 200 Khz a cada lado
de las bandas GSM por lo que el número de canales posibles en la
banda es de 124, con frecuencias portadoras que tienen un valor
de:
Fu=890 + 0.2 * n Mhz siendo 1<=n<=124
Fd=Fu + 45 Mhz
La trama del TDMA
Cada uno de los antedichos canales de radiofrecuencia est
dividido en intervalos de tiempo de unos 577 usg (exactamente
15000/26 usg, que es lo que se denomina relación de aspecto TDMA
y es un par metro fijado inicialmente en las especificaciones
GSM)
Estos intervalos de tiempo est n agrupados en conjuntos de 8
intervalos consecutivos formando la llamada trama. Las tramas
así formadas se agrupan en multitramas de una de estas formas:
Una multitrama formada por 26 tramas y por tanto, con una duración de 120 msg. Esta multitrama es utilizada para contener
canales de tráfico y sus canales de control asociados.
Una multitrama formada por 51 tramas y por tanto, con una duración aproximada de 235.4 msg. Esta multitrama es utilizada
exclusivamente para canales de control.
Hay ocho canales físicos por cada canal de radiofrecuencia. Por
tanto, para especificar un determinado canal físico habrá que
indicar el canal de radiofrecuencia en el que est el canal
físico, de los ocho posibles, de que se trata dentro de ese canal
de radiofrecuencia.
La estructura de trama utilizada para cada canal físico es
independiente de la de los demás.
Esto quiere decir que cada uno de los ocho canales que forman un
canal de RF puede estar agrupado en un modelo diferente de
multitrama.
El siguiente nivel dentro de la estructura de TDMA es la
supertrama. Esta tiene una duración de 6.12 sg y est formada por
51 multitramas de 26 tramas o 26 multitramas de 51 tramas.
La flexibilidad de la estructura de trama mencionada en el
párrafo anterior tiene su límite en que el cambio de tipo de
multitrama usado en un canal físico est permitido solamente en
las transiciones de supertrama.
El último nivel de la estructura es la hipertrama, que consiste
en 2048 supertramas de duración aproximada 12533.76 sg (3h 28m
53sg 760 msg). Las tramas TDMA se numeran respecto a este nivel
es decir su numeración va de 0 a 2715647. Este período de tiempo
tan largo es necesario para soportar los mecanismos de
encriptación que lleva el sistema GSM.
Estructuras de Datos
Hay dos tipos principales de canales en el sistema GSM, los de
tráfico (TCHs) y los de control (CCHs). Alguno de estos canales
son bidireccionales y otros unidireccionales.
• Canales de trafico (TCHs)
Los canales de tráfico est n destinados a soportar voz o datos
codificados.
Tanto los TCHs llevan información de un tipo o de otro, pueden
ser de dos formas generales:
• TCH/F, canales de tráfico de velocidad completa, que trabajan a
22.8 kbit/s
• TCH/H, canales de tráfico de velocidad media, que trabajan a
11.4 kbit/s
En el caso de datos con r‚gimen binario de 9.6 kbit/s estos tan
sólo pueden ser transmitidos mediante TCH/Fs.
Canales de control (CCHs)
Los canales de control soportan señalización y datos de
sincronización entre estaciones base y móviles. Hay tres
categorías de canales de control:
Difusión, común y dedicado
Los CCHs de difusión son canales unidireccionales utilizados para
difundir información a las estaciones móviles. Se definen varios
tipos:
FCCH, utilizado para la corrección de frecuencia de las estaciones base
BCCH, utilizado para difundir información general
SCH, utilizado para la sincronización de trama en la estación
móvil.
Los CCHs comunes, CCCHs son usados durante el establecimiento de
la conexión ente EB y EM antes de que se haya asignado al móvil
un CCHs dedicado (RACH,PCH,AGCH)
Los CCHs dedicados son básicamente de tres tipos:
SDCCH que soportan datos de señalización que sitúen el
establecimiento de la conexión EM-EB y la asignación de canal.
SACCH, que est siempre asociado a un canal de tráfico o a un
SDCCH y se corresponden dentro del mismo canal físico. Soporta
información general entre EM y EB.
FACCH que soporta datos de señalización al igual que el SDCCH y
est asociado a un TCH. Este tipo de canal de control se asigna
cuando no ha sido asignado un SDCCH y obtiene acceso al recurso
“robando” tramas del canal de tráfico al que ha sido asignado.
Tipos de Burst
La velocidad de bit que modula una portadora GSM es de 270.838
kbit/sg que significa un intervalo de 577 usg que corresponde a
una duración de 156.25 bits. Se denomina “burst” a esta ráfaga o
secuencia de datos de extensión 156.25 bits.
El burst est hecho de una parte útil y una de guarda. La primera
contiene los datos para ser transmitidos, una secuencia de
entrenamiento y una cola de bits. En la segunda, el período de
guarda, no se transmite nada y su propósito es permitir una
variación en el tiempo de llegada del burst sin que se solapen
las partes útiles de los burst adyacentes.
Se definen 5 tipos de burst en el sistema GSM cuatro de ellos son
de duración completa (156.25 bits) y otro corto:
burst normal, que consta de un período de guarda de 8.25 bits y
116 bits de datos encriptados. El resto de los bits se reparten:
3 para la cola de arranque, 3 para la cola de parada, 26 para la
secuencia de entrenamiento usada para ecualización del canal de
radiofrecuencia.
Burst de corrección de frecuencia, que tiene 8.25 bits de período
de guarda, 3 para la cola de arranque, 3 para la cola de parada,
142 restantes son 0
Este burst es utilizado para la sincronización de frecuencia en
el móvil. También permite al móvil encontrar fácilmente el canal
(CCH) de difusión, ya que este burst tan fácilmente identificable
est únicamente en el canal CCH de difusión.
Burst de sincronización, que es utilizado para la sincronización
temporal del móvil.
Est formado por 8,25 bits de período de guarda, 3 para la cola de
arranque, 3 para la cola de parada, una secuencia de
entrenamiento de 64 bits y el resto de datos.
Burst postizo (Dummy Burst), que tiene la misma estructura que el
normal pero no transmite datos, los bits encriptados son
sustituidos por unas series conocidas de bits cuyo valor medio es
la mitad de 116. Es utilizado para rellenar la transmisión del
tranceptor de control de la estación base cuando no hay canales
de tráfico que transmitir.
Burst de acceso, que es el usado por el móvil para acceder al
sistema. Se caracteriza por tener un período de guarda de
duración de 68,25 bits para prevenir que el móvil no conoce el
tiempo de avance del primer acceso.
ENLACE DE VOZ
Para transmitir la señal de voz por el canal digital del GSM se
utiliza un codificador de voz que convierte la voz en una señal
digital con la velocidad de 13 kbit/s. El codificador trabaja con
bloques de duración de 20 ms, es decir con bloques de 260 bits.
Codificación de canal
El hecho de que la EM est‚ en movimiento y las irregularidades
del terreno producen variaciones y desvanecimientos en la señal
recibida por el móvil.
Estas variaciones producen errores en las transmisiones
digitales, en el entorno rural cuando estos desvanecimientos son
muy grandes descendiendo demasiado el nivel de señal, en el
entorno urbano el nivel de interferencia cocanal puede superar el
límite tolerado.
Para proteger la transmisión contra errores, el sistema GSM
utiliza un FEC (Forward Error Correction) que consiste en la
adición de bits redundantes de paridad a los datos transmitidos,
siendo capaz el sistema de detectar que ha habido un error y
corregirlo. También utiliza codificación convolucional.
La codificación de voz subdivide los bits del enlace en dos
clases, aplicándosele a cada una de ellas una codificación de
canal diferente. El resultado de ello es una señal digital de
velocidad 22.8 kbit/s. Por tanto, el bloque primigenio del
codificador de voz de duración 260 bits se transforma a la salida
del codificador de canal en uno de 456 bits.
Interleaving
Los desvanecimientos que como se ha mencionado, generan errores
en los sistemas móviles, evolucionan a una velocidad mucho
menor que 270 kbit/s (velocidad de transmisión del sistema GSM) y
por tanto los errores tienden a suceder en ráfagas. Los errores
en el canal se distribuyen en períodos con una alta tasa de error
seguidos de intervalos muy largos con tasas de error bajas. Para
que el código corrector de errores trabaje adecuadamente los
errores deben estar distribuidos más o menos uniformemente en el
tiempo por lo que la reordenación y el interlineado son las vías
en que esto es conseguido en el sistema GSM.
Los bloques de 456 bits codificados son reordenados e
interlineados sobre 8 grupos multiplexados en el tiempo, bien
sobre los 4 pares, bien sobre los cuatro impares. Cada bloque de
456 bits codificados se dividen en 8 partes (57 bits) que son
entremezclados con los del bloque precedente o con los del
posterior. A estos nuevos grupos de 114 (57+57) bits se les añade
unos bits (1+1) que indican si los bits del enlace de voz de las
partes pares o impares han sido sustituidos por datos de FACCH.
Estos nuevos grupos de 116 (58+58) bits son los que forman los
burst que se transmiten.
encriptación
Para mostrar el concepto de encriptación hay que explicar como es
autentificado el acceso al sistema GSM de una EM.
Un abonado móvil es identificado en el sistema GSM por su
identidad internacional de abonado móvil (IMSI) que no debe ser
transmitida claramente en ningún mensaje de señalización en el
enlace radio.
Normalmente el EM se identifica en un rea de localización dada
enviado una identidad temporal de abonado móvil (TMSI).
Fuera de este rea la localización del rea de identificación
(LAI) debe ser enviada. Unicamente el caso de que TMSI y LAI no
correspondan, se pregunta su IMSI a la EM y más tarde se envía un
nuevo TMSI a la EM de forma encriptada. En todo el proceso
intervienen también la clave secreta de autentificación del
abonado y un número de acceso aleatorio enviado por la EB. La
clave usada para encriptar proviene de estos últimos.
El cambio de clave en el encriptado se produce a petición del
operador de red y cuando el móvil cambia de una celda a otra
(handover).
Modulación
El principal objetivo de la modulación es convertir los datos a
ser transmitidos en una forma que se ajuste tanto a los
requisitos de transmisión del medio usado como a cualquiera
impuesto por el sistema y las operaciones.
La modulación que más se adapta es la GMSK (Gaussian Minimun
Shift Keing) que es una modulación en frecuencia digital binaria
con un índice de modulación de 0,5 en la que se ha realizado
previamente sobre la señal moduladora un filtrado gaussiano con
0.3 de producto BT (ancho de banda por el periodo de bit de la
señal moduladora).
En estos momentos hay dos fabricantes que han optado por dos
sistemas distintos aunque similares.
Ericson y Motorola
Sistema GSM de Ericsson
Ericsson ha diseñado una estructura basada en controladores de estación base de gran capacidad, colocados junto a las centrales
de conmutación y utilización de estaciones bases simples. Estas
estaciones base utilizan la interface A-bis para conectarse al
BSC El transcodificador/adaptador de velocidad est situado en
el BSC para ahorrar medios de transmisión.
El sistema GSM de Ericsson se divide en tres sistemas que siguen
el modelo general GSM
Sistema de conmutación (SS
Sistema de Estación Base (BSS)
Sistema de operación y mantenimiento (OSS)