Redes de Comunicación II -...
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1
Redes de Comunicación II
Módulo II. Redes multiservicio conmutadas
Tema 4. Redes móvilesParte B. Redes 2.xG
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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
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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
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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
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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
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Tema 4. Redes móviles 6
División / Sectorización
División Sectorización
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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
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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
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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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Tema 4. Redes móviles 10
Acceso radio: TDMA
2. Cada banda se divide en sub-bandas:125 portadoras 125 canales de 200 kHz125 portadoras 125 canales de 200 kHz
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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
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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
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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)
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Tema 4. Redes móviles
Planificación célula TDMA
14
Planificación célula TDMADatos disponibles
E⎡ ⎢
⎤ ⎥
ρu
E
km2⎣ ⎢
⎦ ⎥
GoS %( ) GoS %( )
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Tema 4. Redes móviles 15
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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Tema 4. Redes móviles 16
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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Tema 4. Redes móviles 17
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
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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
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Tema 4. Redes móviles 19
Arquitectura
• Dispositivo o estación móvil (MS)• RedRed
Red (visión superficial)
Di itiDispositivo móvil
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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
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Tema 4. Redes móviles 21
ArquitecturaReded
BS: Base StationBSC: Base Station Controller
MSC: Mobile Switching CenterOtros nodos especializados
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Tema 4. Redes móviles 22
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
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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
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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
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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!
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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
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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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Tema 4. Redes móviles 28
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
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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
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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.
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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.