redes de comunicación ii -...

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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)

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

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 %( )

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

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

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

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

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

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

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

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.