lunedì, maggio 19, 2008

GSM

Quando sento parlare , o leggere come in un grande centro (come andarsela a cercare comprando li', vero?) di trial band immagino di assistere ad un telefono molto rumoroso gettato nel fango e cavalcato da mini piloti.

Oppure degli ignoranti che dopo aver pontificato con un sacco di parolacce pseudotecniche sulle qualita' del loro orribile htc escono con l'affermazione "c'e' segnale: posso telefonare.".

Peccato che se escludiamo l' UMTS dovremmo essere abituati ai cellulari, esistono, i gsm, dal 1992 in Italia.


Testo preso da
John Scourias University of Waterloo JscouriasATneumann.uwaterloo.ca
e arrangiato da Marco Valerio, iw2fpo e iw2jtd.

Pubblicato in packet radio nel 1993. parte prima

Se vi e' piaciuta provo il recupero del nastro successivo.
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INTRODUZIONE

Il sistema GSM e' stato attivato ufficialmente in Italia nel'ottobre 1992, gli apparati sono Ericsson, Siemens, Italtel. (Omnitel usa Nokia e Motorola)

Il GSM e' un sistema cellulare' 'digitale'; alcuni dei vantaggi del GSM sono:
- possibilita' di effettuare e ricevere chiamate all'estero dove il
sistema e' attivo
- Segretezza delle informazioni (non e' possibili ascoltare le chiamate)
- Trasmissione dati
- Il numero abbonato e altri numeri per l'identificazione non risiedono
nel telefono come nel tacs, bensi' in una carta chiamata SIM
(Subscriber Identity Module)
- migliore qualita' della conversazione (ricostruzione dati persi)
- capacita' di traffico molto piu' ampie di quelle tacs
- molti servizi aggiuntivi

Gli svantaggi sono dovuti alla gestione del sistema che e' molto piu' complessa di quella tacs, problemi di interferenza dovuti alla ripetizione dei cluster (gruppi di frequenze che identificano una serie di celle), poche frequenze disponibili, problemi ancora tra apparati di case costruttrici diverse, l'area di copertura di una cella ridotta al massimo a 35 chilometri, ecc.

Struttura fisica del sistema mooolto riassunta e' la seguente:

MSC (Mobile Services Switching Centre)
|
+-------+-------+
| |
BSC BSC (Base Station Controller)
| |
+-------+-------+ +-------+
| | | | |
BTS BTS BTS BTS BTS (Base Transceiver Station)


Diverse radio basi (BTS) sono collegate ad un unico BSC che ha il compito di gestire handover, power control ed altre funzioni; diversi BSC sono collegati ad un unico MSC che gestisce, tra le altre, il collegamento tra la rete GSM e la rete pubblica.
MSC e' collegato a database che gestiscono le informazioni degli abbonati che 'entrano nell'area' (VLR Visitor Location Register) o che si sono registrati nell'area (HLR Home.... che contiene inoltre informazioni relative all'abbonamento)
Un telefono (MS) che si sposta in comunicazione tra un'area di copertura ed un'altra effettua un 'handover', il livello dell'handover puo' essere tra due BTS dello stesso BSC o tra due con BSC diverse, o tra due MSC; in quest'ultimo caso esistono ancora problemi (cadute).

A Livello logico una serie di radio basi vengono raggruppate sotto un'unica area chiamata LA (Location Area). Ogni singola cella ha un nome univoco in tutto il sistema GSM esistente; la cella si identifica attraverso il CGI (Cell Global Identity) che contiene l'identificativo della nazione, rete, LA e numero cella. In ogni istante si conosce la posizione di ogni telefono presente sulla rete; il telefono in fase di accensione e di spegnimento si registra nella rete (vedremo poi come).

alcuni fra i termini tecnici piu' ricorrenti:

-idle telefono acceso in 'ascolto'
-dedicated telefono in conversazione
-assignment occupazione del canale voce, inizio conversazione
-handover passaggio tra due BTS in fase di conversazione
-release rilascio di una conversazione
-location upd. in fase di accensione vengono inviate informazioni alla rete
relative all'abbonamento ecc.
-power control la BTS dice al MS con quale potenza deve accedere nella sua
area di copertura, questo limita il consumo delle batterie
e crea minori interferenze
-SMS short msg sono messaggi che gli utenti si possono scambiare senza
attivare la conversazione
-freq. hopping e' la possibilita' di 'saltare' da un canale all'altro
all'interno di una singola cella

DATI TECNICI

Il sistema GSM e' un sistema cellulare, cioe' logicamente suddiviso in celle;
di solito una cella e' composta da tre gruppi antenne messi 120 gradi l'uno dall'altro (3 BTS), ogni antenna e' composta da 2 RX che sono le piu' esterne per il diversity e una centrale TX (2 se esiste anche il tacs sullo stesso traliccio). Una serie di celle che contengano tutte le frequenze disponibili formano un cluster; i cluster si ripetono, per cui le frequenze vengono ripetute su tutto il territorio. Ogni singola BTS puo' trasmettere su piu' frequenze (vedremo in seguito)

Ogni frequenza GSM ha una larghezza di banda di 200 KHz suddivisa logicamente in 8 parti, cioe' e' in grado di gestire 8 conversazioni contemporaneamente. La larghezza di banda viene sfruttata per trasmettere delle informazioni in pacchetti (frame), ogni frame contiene informazioni relative alle 8 call. La frame di base cioe' quella piu' piccola si
chiama burst, e' composta da 142 bit + 14.25 bit di inizio/fine per un totale di 156.25 bits. La durata di ogni singola frame e' di 0.577 ms.
Esistono vari tipi di burst, di correzione, di sincronizzazione, di accesso ecc; 51 burst formano frame di 235 msec che e' la configurazione standard; frame dello stesso tipo vengono raggruppate per creare le informazioni che circolano in ogni singolo canale logico del GSM.

51 burst formano una multiframe
26 multiframe formano una superframe
2048 superframe formano una hyperframe

890-915 MHz range usato da MS per Tx
935-960 MHz range usato da MS per Rx
numero di frequenze : 124
numero di call = 124*8

Ogni singolo burst o frame viene chiamato TDMA burst o frame, questo perche'
contiene informazioni relative alle 8 call suddivise per divisione di
tempo (TDMA Time Division Multiple Access)

In ogni stato del telefono (idle, dedicated ecc), il MS sa che tipo di
informazioni andare a prendere dalle frames generali; queste informazioni
relative ad un singolo stato del MS vengono raggruppate sottoforma di
canali GSM.

--Esistono canali di traffico (TCH)

--Esistono canali di controllo (BCCH Broadcast Control Channel)
SCH = Sync channel
BCCH = broadcast, informazioni generali sulla BTS

--Esistono canali di controllo comune (CCCH)
PCH = paging channel
RACH = random access channel, usato per richiedere accesso
AGCH = Access Grant..., usato per accedere all'SDDCH

--Esistono canali di controllo dedicati (DCCH)
SDCCH = Stand Alone Ded. Control Channel, usato durante una call setup
SACCH = Slow Associated ... (misure inviate dal telefono)
FACCH = Fast Associated ... usato per alte velocita'

La BTS invia al telefono il ritardo o l'anticipo con cui puo' accedere alle informazioni che circolano nelle frame (TA Time Advance)
Il TA va da 1 a 63 che corrisponde a circa 35 Km di distanza dalla BTS; (nota: e' questo il motivo per cui anche se vi e' segnale non potete chiamare!)
ogni valore indica i bit di ritardo con cui il MS deve accedere alla frame.
In centrale esiste un parametro collegato al TA che se modificato limita
la dimensione della cella; e' il valore massimo a cui TA puo' arrivare
raggiunto il limite viene richiesto un handover incondizionato al telefono.


Nella parte 1 abbiamo visto in maniera molto semplice come e' strutturato il sistema GSM, come viene utilizzata la larghezza di banda (8 divisioni di tempo pari a 8 conversazioni) e un elenco dei canali logici (non tutti) utilizzati dal sistema.

Entrando in particolare chiameremo le 8 divisioni di tempo TIMESLOT abbr.TS

Abbiamo inoltre visto che col range di frequenze 900 MHz disponibili otteniamo 124 frequenze utilizzate dal sistema; ogni frequenza ha 8 TS per cui 124*8 chiamate effettuabili contemporaneamente (in realta' sono meno)
Ogni radio base, che chiamiamo BTS e' una cella, un sito e' invece composto
da 2 o 3 BTS; per essere chiari: quando si vedono in giro tralicci con 3 gruppi di 3 o 4 antenne direttive, quello e' un sito composto da 3 radio basi o BTS e la copertura e' pari a 3 celle. A volte si identifica col nome cella l'insieme delle 3 celle formate da un sito.

Ogni BTS ha la possibilita' di gestire piu' di una frequenza chiamate portanti, TI ne ha almeno 2 per radio base, in Grecia ne hanno anche 6 per radio base; se ampliamo il discorso a molti altri siti, si puo' capire
quale lavoro di pianificazione di copertura e di assegnamento di frequenze
esista dietro il sistema cellulare GSM.
Se poi si riscontrano interferenze e, quindi, la variazione di alcune
frequenze in uno o piu' siti, si devono ripianificare tutte le frequenze
dei cluster adiacenti.


ESEMPIO: ipotizziamo una BTS con 2 portanti
portante 1 : 8 timeslot (da 0 a 7) 0 1 2 3 4 5 6 7 detta portante BCCH
portante 2 : 8 timeslot (da 0 a 7) 0 1 2 3 4 5 6 7 detta 1 portante TCH
portante 3 : 8 timeslot (da 0 a 7) 0 1 2 3 4 5 6 7 detta 2 portante TCH


In teoria la BTS in questione puo' gestire 24 conversazioni contemporaneamente
in realta' gestisce 22 conversazioni perche' il TS 0 della portante BCCH
e' dedicato al canale di controllo BCCH, il TS 1 della portante BCCH e'
dedicato al canale SDCCH.

Vediamo i 5 (a mio avviso) canali piu' significativi del sistema GSM:
-BCCH
Canale di controllo sempre presente in idle mode; porta informazioni
relative alla cella servente ed alle celle adiacenti: CGI (identificativo
cella), TXPWR potenza che deve avere il telefono per accedere alla cella,
DTX se trasmissione discontinua attiva ed altre info minori
-PCH
Canale di paging, riporta tutti i telefoni che stanno ricevendo chiamate,
se il telefono si accorge di essere presente nella lista si attiva la
procedura di paging
-SDCCH
Autentificazioni e registrazioni dei vari telefoni
-TCH
Canale di traffico che trasporta tra le altre le informazioni della
conversazione cioe' le parole crittografate
-SACCH
Canale per scambio messaggi, misure di campo, Time Advance ecc


DESCRIZIONE CONCETTI GENERALI

Le varie procedure verranno descritte successivamente.


-ROAMING (solo in idle mode)
Quando un telefono (MS) si sposta da una cella a cui e' connesso nell'area
di copertura di un'altra cella, il telefono stesso decide di cambiare
la frequenza (senza per questo avvisare la radio base). Questo e' il ROAMING.
Il MS e' in continua misura delle celle adiacenti che gli vengono inviate
dalla BTS attraverso il canale BCCH.
La procedura viene anche detta RESELECTION

-CAMBIO LOCATION AREA
Il telefono monitorizza sempre durante lo stato di idle mode il canale
BCCH, quando si accorge di essere passato su celle che hanno un
identificativo dell'area diverso da quello che lui aveva in precedenza viene
effettuata una procedura chiamata LOCATION UPDATING.

-REGISTRAZIONE
Questa registrazione viene fatta per aggiornare i database connessi all'MSC
di appartenenza, viene effettuata una procedura di rilascio con la vecchia
stazione (detta IMSI detach) e una registrazione presso la nuova
(IMSI attach)
Esiste la possibilita' di imporre al telefono una procedura di registrazione
periodica es. ogni 30 minuti; se non si ricevono informazioni dal MS
durante questo periodo, l'MSC si impone una procedura di detach.

-PAGING
Il telefono monitorizza sempre in idle mode il canale di paging; se si
accorge che e' in arrivo una chiamata per lui parte la procedura di
assegnamento del canale voce (chiamata). Il messaggio di paging non cambia
all'interno di una stessa area.

-ASSEGNAMENTO
Quando inizio una telefonata sia fatta dal MS che ricevuta, si attiva
una procedura di assegnamento del canale voce detta ASSIGNMENT

-HANDOVER
Detto in parole povere e' la procedura di ROAMING effettuata in conversazione
La conversazione passa su un'altra portante di un'altra BTS; non e' detto
che venga mantenuto lo stesso timeslot.
Viene attivata la procedura omonima.

-INTRACELL HANDOVER
Dopo aver effettuato l'assegnamento del canale voce, e' possibile un
nuovo assegnamento su un'altra portante della stessa cella. Se la BTS ha
solo una portante, viene cambiato timeslot.

-FREQUENCY HOPPING
Durante una conversazione puo' accadere di fare un HANDOVER; se il sistema
gestisce il freq. hopping, l'handover puo' essere effettuato su un'altra
portante della stessa BTS; il timeslot rimane lo stesso anche dopo
l'avvenuto handover.
Attualmente il sistema non lo gestisce.

-RELEASE
E' la chiusura della conversazione
Viene attivata la procedura omonima.

-DISCONTINUOUS TRANSMISSION
E' la trasmissione discontinua; il MS in comunicazione puo' comporre
delle frame complete di informazioni sulla codifica della voce anche se
tra gli utenti non vengono scambiate parole; questo occupa inutilmente il
canale voce. La trasmissione discontinua durante una 'pausa' nella
conversazione permette al MS di comporre delle frame di dimensioni ridotte.
Nel sistema GSM gestito da TI e' attiva la trasmissione discontinua.

-POWER CONTROL
la BTS dice al MS in conversazione con quale potenza deve accedere nella sua
area di copertura, questo limita il consumo delle batterie e crea minori
interferenze. Questa informazione viene inviata ogni 480 millisec.

-TRASMISSIONE DATI
La trasmissione dati e' a tutti gli effetti una conversazione tra due
utenti, viene impiegato lo stesso canale voce; la differenza e' che viene
abilitata una 'porta' (SAPI) dedicata alla trasmissione dati diversa da
quella attivata per una conversazione normale.



PIACIUTO?

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