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).