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Unidade 7Sistema GSM

Tópicos• Estrutura da Rede GSM

• Arquitetura do Sistema

• Elementos do Sistema

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Estrutura da Rede GSM• No sistema GSM existe uma hierarquia de áreas:

– Área de Serviço GSM : toda área servida por todos os paísesmembros em que um móvel GSM pode operar;

– Área de Serviço de Rede Pública Móvel Terrestre (PLMN): podemexistir uma ou mais por país (operadora);

– Área de Serviço da MSC (Subdivisão da área de serviço PLMN):área coberta por todas as BSC’s controladas por uma MSC;

– Área de Localização – LA (Subdivisão da área de serviço MSC):área coberta por um sub-conjunto das BSC’s controladas por umaMSC, na qual a estação móvel pode mover-se livremente sematualizar a localização com a MSC;

– Células : área de cobertura de uma BTS.

Arquitetura do Sistema• A rede GSM é basicamente dividida em 4 partes

principais:

– Mobile Station (MS) – Estação Móvel

– Base Station Subsystem (BSS) - Subsistema de Rádio

– Network and Switching Subsystem (NSS) - Subsistema de Rede

– Operation Support Subsystem (OSS) - Subsistema de Operação e Suporte

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NSSBSSMS

Arquitetura do Sistema

SIM

SIM

SIM

ME

ME

ME

PSTN

ISDN

Interface de Rádio

Interface A

BSC

BTS

Interface A-bis

MSC

VLR HLR EIR AUC

OMC

OSS

Elementos do Sistema

• MS – Mobile Station

• BTS – Base Transceiver Station

• BSC – Base Station Controller

• MSC– Mobile Switching Center

• HLR – Home Location Register

• VLR – Visitor Location Register

• AUC – Authentication Center

• EIR – Equipament Identity Register

• OMC – Operation and Maintenance Center

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MS – Mobile Station

• Funções básicas

– Transmissão e recepção de voz e dados

– Sincronização de tempo (time slot) e sintonia de freqüência (portadora) – canal GSM

– Controle de Potência de transmissão

– Exibir mensagens curtas (SMS) de até 160 caracteres

– Monitorar a potência e a qualidade do sinal de células vizinhas para auxiliar o handover

time slot 05

time slot 03

time slot 07

time slot 02

time slot 04

time slot 06

time slot 01

time slot 08

200 KHz

Sincronização Temporal e Sintonia de Freqüência

• Canal GSM– Freqüência (portadoras de 200 KHz de banda)– Tempo (time slot)– Cada portadora contém 8 time slots

• O MS deve ser hábil para sintonizar uma freqüência (portadora) e sincronizar um time slot designados pelo sistema

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Potência Tx do MS

• As classes de 1 a 4 são destinadas a unidades veiculares e terminais portáteis. Nestas classes, devido aos altos níveis de potência, as antenas são geralmente montadas desacopladas dos terminais

• A classe 5 é destinada a terminais portáteis de pequeno volume para uso pessoal

Classes de Potência

Potência Máxima

Tolerância Máxima (dB)

1 20 W (43 dBm) ±±±± 2,5

2 8 W (39 dBm) ±±±± 2,5

3 5 W (37 dBm) ±±±± 2,5

4 2 W (33 dBm) ±±±± 2,5

5 0,8 W (29 dBm) ±±±± 2,5

Controle de Potência• Objetivo do controle de potência Tx do MS:

– Manter sempre o menor nível de potência necessária para a comunicação

– Minimizar a interferência co-canal do sistema

– Aumentar o tempo de duração das baterias

• A BTS realiza medidas do nível de potência de transmissão do móvel

• Com base nestas medidas o controle de potência é realizado pela BSC

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Controle de Potência

Níveis de Potência

Tolerância Máxima (dB)

Níveis de Potência

Tolerância Máxima (dB)

0 43 dBm ±±±± 2,5 8 27 dBm ±±±± 4

1 41 dBm ±±±± 4 9 25 dBm ±±±± 4

2 39 dBm ±±±± 4 ou 2,5 10 23 dBm ±±±± 4

3 37 dBm ±±±± 4 ou 2,5 11 21 dBm ±±±± 4

4 35 dBm ±±±± 4 12 19 dBm ±±±± 4

5 33 dBm ±±±± 4 ou 2,5 13 17 dBm ±±±± 4

6 31 dBm ±±±± 4 14 15 dBm ±±±± 4

7 29 dBm ±±±± 4 ou 2,5 15 13 dBm ±±±± 4

• O controle de potência é feito em passos de 2 dB

Short Message Service

• Esta especificação é importante para a disseminação e implementação do serviço

• Outras tecnologias (CDMA e D-AMPS) implementam o SMS porém são especificadas separadamente, ou seja, não há obrigação dos fabricantes em implementar a funcionalidade

Toda unidade móvel GSM é especificada com a capacidade

mínima de exibição de 160 caracteres de SMS

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Monitoramento do Nível e da Qualidade do Sinal

• Monitorar a potência e a qualidade do sinal de células vizinhas para auxiliar o handover

Nível

(dBm)

BER

Célula 01

Célula 02

Célula 03

Outras Funções do MS

• Equalização de distorção devido ao multipercurso

• Ajuste temporal (Timing Advance) para sincronizar a sua transmissão com o slot de tempo da sua recepção levando em consideração os atrasos de propagação

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Time Advance

BTS

Atraso t1

Atraso t2

TS0

TS1

Ordem dos time slots: TS0, TS1,...,TS7

atrasos de propagação: t1 > t2

SIM Card

• SIM Card = Subscriber Identity Module Card

• Cartão plástico removível do tamanho de um selo postal

• Contém as informações de identificação do usuário

• Permite maior flexibilidade e segurança ao usuário

• Permite na prática a idéia de Comunicação Pessoal (Personal Communication)

Animação Oi

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SIM Card

• O SIM Card é formado por:– Um microprocessador– Uma memória do tipo RAM– Uma memória do tipo ROM

• Alguns dados contidos no SIM Card:– Informação de localização– Aplicativos de segurança (Autenticação)– IMSI = International Mobile Subscriber Identity

• Dados que podem ser armazenados no SIM:– PIN = Personal Identification Number– Agenda Telefônica, etc...

PIN – Personal Identification

Number

• Exerce a funcionalidade de senha para o usuário;

• O PIN (com 4 dígitos) pode ser alterado, ativado ou desativado;

• Toda vez ao entrar no sistema, o usuário digita o PIN (se ativado) que é comparado com o PIN armazenado no SIM Card. Três tentativas inválidas desabilitam o SIM Card do usuário. Para habilitar novamente o SIM, o usuário deverá digitar o PUK (PIN Unlocked Key) que é também armazenado no SIM e possui 8 dígitos;

• Desabilitar o PIN simplifica o procedimento de chamada porém aumenta o risco contra uso indevido.

PIN

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BTS – Base Transceiver Station

• Funções Básicas da BTS GSM:– Responsável pela interface de rádio com o MS– Emite sinais codificados, criptografados, multiplexados e

modulados. Na recepção faz o processo inverso– Ajusta taxas de transmissão (dados ou voz) e de codificação.

Transmissão de voz existem duas taxas básicas: Full Rate e a Half Rate

– Executa sincronização com outras BTS do sistema

“Nossa conhecida

Estação Rádio-Base

(ERB)”

Sincronização das BTS GSM

• As BTSs GSM recebem um sinal de sincronismo da BSC (Base Station Controller)

• O sincronismo é fundamental para alocação dos time slots e para o processo de handover

BSC

BTS

BTS

BTS

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Outras Funções da BTS

• Controla o Timing Advance (Ajuste Temporal) das unidades móveis (MS’s);

• Monitora a qualidade do enlace reverso (uplink): monitora o nível e a qualidade do sinal do MS;

• Faz detecção de acessos aleatórios: é capaz de receber informações de acessos aleatórios de uma unidade móvel qualquer, através do canal de controle comum;

BSC – Base Station Controller

• Funções básicas de uma BSC:– Gerenciamento de canais (alocação dos canais)– Controle dos níveis de potência das BTS’s e dos MS’s– Controla o processo de handover entre células– Fornece o sinal de sincronismo para as BTS’s

BSCBTS

Interface Aérea

Interface A-bis

MSCInterface A

Rede

Fixa

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Gerenciamento de Canais

• A BSC determina e aloca os canais (portadora +time-slot) para os MS’s em sua área de cobertura

• Realoca freqüências para as BTS’s com alta demanda de tráfego em horários de pico (alocação dinâmica de canais)

• Em situações de interferência co-canal excessiva, a BSC pode designar um novo canal para a unidade móvel (handover intracelular)

P2 , TS3

P9 , TS8

BSCBTS

Controle de canais

MSC – Mobile Switching Center

• Funções principais do MSC:– Procedimento de paging (busca de um usuário)

– Coordenação do processamento de chamada de todos os MS’s em sua área de cobertura

– Registro de localização

– Interoperabilidade com outras redes

– Responsável pela tarifação dos assinantes baseados em sua área

– Criptografia

– Comunicação entre diversas BSS’s

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HLR – Home Location Register

• Dados permanentes armazenados pelo HLR:– IMSI (identidade de assinante móvel internacional): identifica não-

ambigüidade de MS’s na rede GSM mundial– MS ISDN: nº único do MS reconhecido na rede toda– Categoria do MS: pós-pago ou pré-pago– Restrição de Roaming (permitido ou não)– Parâmetros relacionados com serviços suplementares– Chave de autenticação: é usado no procedimento de segurança e

especialmente para autenticar a identidade declarada de um MS

HLRÉ uma base de dados com as informações

dos assinantes locais (home)

IMSI – International Mobile

Subscriber Identity

• MCC (Mobile Country Code): representa o código do país do móvel

• MNC (Mobile Network Code): representa o código da Rede GSM (PLMN) do móvel

• MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): número que identifica o móvel dentro de uma rede GSM PLMN.

MCC MNC MSIN

3 dígitos 2 dígitos máximo 10 dígitos

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Dados Temporários Armazenados no HLR

• IMSI• LMSI (Local MS identity): número único temporário designado a um assinante

móvel visitante para acelerar o processo de busca de dados do assinante no VLR;

• Endereço VLR: identifica o VLR que atualmente controla o MS• Endereço MSC: identifica a área MSC na qual o MS está registrado• Chaves temporárias de autenticação• MSRN (MS Roaming Number): número usado para rotear chamadas

originadas para o MS

HLR

VLR – Visitor Location Register

• Funções básicas do VLR:– Trabalhar junto com o HLR (copia todas as suas informações)

– Transferir a chave de criptografia do HLR para o BSS servidor para a criptografia/decriptografia

– Suporte ao procedimento de busca (paging)

VLRÉ uma base de dados com as informações

dos assinantes em roaming

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AUC – Authentication Center

• A legitimidade (autenticação) do usuário é realizada pela AuC juntamente com o HLR

• O AUC armazena as informações necessárias para proteger a comunicação através da interface aérea contra possíveis fraudadores– Informações de autenticação

– Chaves criptográficas

AUC

EIR – Equipament Identity Register

• O EIR é um banco de dados que armazena todos os IMEI (International Mobile Equipament Identity) de todos os móveis registrados

EIR

Existem três categorias de Equipamentos Móveis classificados no EIR:

� White List: IMEI’s dos aparelhos válidos, que não apresentam nenhum problema em seu registro

� Gray List: IMEI’s dos aparelhos que apresentam problemas (falha de software, quebra ou defeito de hardware)

� Black List: IMEI’s dos aparelhos relatados como roubados

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OMC – Operation and Maintenance

Center

• Responsável pelo(a):– Suporte para manutenção;– Controle de versão e configuração de software;– Status da rede;– Coleta de dados de tráfego da rede;– Controle de falhas;– Geração de alarmes.