Oki... este vremea sa studiem nitel tehnologiile care fac posibila comunicarea prin dracovenia aia mica si tzaraitoare pe care o poarta din ce in ce mai multi romanashi atarnata de turu' nadragilor si-i face sa se creada jmekeri prin simplul fapt ca vorbesc in vazu' tuturor... WARNING - vor predomina caderile de limbaj tehnicist... heheh. Prolly there will be more to come.

Sistemul GSM utilizeaza banda de frecvente de 900 MHz.

Banda de frecvente utilizata este de 890-915 MHz (transmisie mobila) si 935-960 MHz (transmisia de baza).

Pentru a permite maximum de utilizatori, fiecare banda este subdivizata in 124 frecvente purtator, cu un ecart de 200 kHz, folosind tehnici FDMA. Fiecare din aceste frecvente purtator sunt in continuare subdivizate in segmente de timp, folosind TDMA. De aceea, un canal radio poate suporta 8 canale de trafic “la rata maxima”. A fost introdusa o schema la “rata medie”, cu 16 canale de trafic. TDMA asigura fiecarui utilizator frecventa purtatoare pe o perioada de aproximativ 0,577 ms.

Exista totodata si o banda de extindere de 15 MHz in ambele sensuri. Puterea maxima a statiilor mobile depinde de clasa mobilelor. Trebuie luate masuri de precautie pentru a evita interferentele cu alti utilizatori. Este prevazut un control al puterii in 15 trepte de 2 dB. La inceputul si sfârsitul fiecarui segment de timp, nivelul emitatorului trebuie crescut si scazut in rampa, intr-un mod controlat.

Salturile de frecventa pot fi folosite optional, pentru utilizarea eficienta a spectrului de frecvente si pentru reducerea interferentelor. Rata de salt este de un salt per cadru TDMA (4,6 > s) sau 217 salturi pe secunda.

Metoda de modulare folosita este GMSK, cu o valoare BT de 0,3 la o rata bruta de 270 KB/s. Sincronizarea fazei si frecventei trebuie sa compenseze efectul Doppler pentru vehicule cu viteza de pâna la 250 km/h, ca si deviatia standard de frecventa si trebuie sa ofere un avans de timp pentru compensarea intârzierii de propagare datorita intreruperilor circulare, pentru trasee aflate in celule cu o raza de pâna la 35 km.

Difuzarea mesajelor

Difuzarea mesajelor este o facilitate care permite emisia unor mesaje de pâna la 93 de caractere catre toate aparatele mobile aflate intr-o zona geografica. Aceasta opereaza “pe fundal” (background mode) si este receptionata numai când mobilul este inactiv. Se poate transmite un nou mesaj la fiecare doua secunde. Utilizatorul poate alege intre a accepta sau refuza toate mesajele, sau a fi selectiv, de ex. sa accepte rapoartele legate de trafic dar nu si cele meteorologice.

Codarea canalelor GSM

Rata de transmisie generala pentru canalul radio este de 270 KB/s. Aceasta este impartita in 8 canale cu rata maxima si 16 canale cu rata medie de transmisie, plus canalele de semnalizare. Codarea este complexa, pentru a obtine probabilitatea maxima de a detecta si corecta erorile aparute intr-o cale de propagare normala. Semnalul de audiofrecventa este criptat, codat si intercalat intr-un mod complex, pentru a permite Corectia Erorilor la Transmisie.

Datele sunt apoi transmise sub forma de impulsuri, in segmente de timp de 577 / s, fiecare continând 116 biti incriptati.

Exista 8 sau 16 astfel de segmente de timp per cadru TDMA, iar segmentele de receptie si emisie alterneaza, astfel incât statia mobila nu receptioneaza semnalul in acelasi timp in care emite, simplificând cerintele de filtrare.

Prin aceasta metoda, apare cel putin un segment de timp de rezerva intre emisie si receptie, permitând sintetizatorului sa schimbe frecventa (cu salt sau fara salt). Receptorul monitorizeaza totodata celulele adiacente pe durata unui segment de timp la fiecare cadru, pentru a determina intensitatea semnalului si a optimiza un posibil "hand-over".

Sistemul de codare al comunicatiei vocale GSM

La lansarea sistemului GSM, la inceputul anilor ’90 era disponibil numai sistemul de codare "half rate". Acesta opera la rata de baza de 13 Kb/s, care a devenit 22Kb/s, atunci când a fost adaugata corectia erorilor de transmisie. Codarea "full rate" opereaza la 11,4 Kb/s global, aproape dublând capacitatea si eficienta spectrala a retelei pentru a se adapta la numarul mare de clienti noi.

Principiul de codare al sistemului GSM este numit RPE-LPE (Excitatie Regulata de Puls - Predictie pe Termen lung) si esantioneaza semnalul analogic cu un PCM uniform de 13 biti, la 8000 esantioane de semnal pe secunda.

Se foloseste o Transmisie Discontinua (DTX) complexa pentru a reduce puterea radiata, pentru folosirea eficienta a bateriei si pentru marirea eficientei spectrale.

Aceasta implica detectia activitatii vocale, cu introducerea unui zgomot de fond in perioadele de “liniste” si substitutie a cadrului de comunicatie vocala, pentru a reduce distorsiunile datorate interferentei.

Canalele de trafic si semnalizare in sistemul GSM

Canalele de trafic sunt definite pentru comunicatie vocala si de date, la viteze de 9,6 Kb/s, 4,8 Kb/s si 2,4 Kb/s.

Acestea pot fi "full rate" / "half rate" (cu exceptia ratei de 9,6 Kb/s care trebuie sa fie “full rate”)

În plus, sunt specificate o serie de canale de semnalizare logica. Acestea functioneaza la rate diferite si au functii individuale:

Canale de control asociate lent (Slow Associated Control Channels) - pentru semnalele de control si supervizare asociate cu canalele de trafic
Canale de control asociate rapid (Fast Associated Control Channels) - care preiau segmente de timp din alocarea traficului si sunt folosite pentru necesitati de control, cum ar fi "hand-over".
Canale de control dedicate (Dedicated Control Channels) - care sunt multiplexate pe un canal standard si sunt folosite pentru stabilirea inregistrarii, actualizarii localizarii, verificarea identitatii si a apelului.
Canale de control cu difuzare (Broadcast Control Channels) (numai legatura descendenta) - care ofera statiilor fixe informatii, cum ar fi identitatea statiei de baza.
Canalul de paging (Paging Channel) (numai legatura descendenta) - care informeaza aparatul mobil ca reteaua ii solicita semnalizarea.
Canal cu acces aleator (Random-Access Channel) (numai legatura ascendenta) - utilizat de statia mobila pentru a solicita accesul la retea.
Canalul de acordare a accesului (Access Grant Channel) (numai legatura descendenta) - care raspunde unui acces aleator si asigneaza un canal de control pentru semnalizarea urmatoare.
Canalul de distributie (Cell Broadcast Channel) (numai legatura descendenta) - transmite informatia referitoare la celula.

Controversa asupra sistemelor analogic si digital

Ca o reflectare a controversei intense legate de sistemele TV satelit analogice si digitale este cea legata de tehnologiile celulare digitale si analogice.

Cea mai rapida metoda de comparatie a sistemului digital cu cel analogic este prin evidentierea avantajelor noii tehnologii de inregistrare pe CD, fata de cea analogica, folosita la discurile din vinil pentru picup.

Principiul analogic presupune transmiterea informatiei catre receptor/ascultator, fara nici o prelucrare.

Principiul digital presupune balansarea informatiei, pentru a putea fi pastrata fara pierderi calitative.

În termeni pur muzicali, aceasta inseamna ca discurile inregistrate analogic sunt supuse in mare masura zgârierii si zgomotelor de fond, in timp ce schimbarea pistelor este dificila. CD-urile inregistrate digital, pe de alta parte, sunt mult mai robuste, inregistreaza mai multa muzica, pe o suprafata mai mica, nu au zgomot de fond si pistele pot fi schimbate cu usurinta. În acelasi fel, tehnologiile analogice si digitale caracterizeaza si lumea telefoniei celulare. Exista sustinatori atât pentru tehnologia digitala cât si pentru cea analogica. Datorita volumului de fabricatie si a numarului mare de abonati, sustinatorii sistemului analogic considera ca pretul convorbirii si al terminalului este mai convenabil. Acest aspect este vazut de sustinatorii sistemului digital ca o falsa economie. În primul rând, tehnologiile analogice sunt foarte susceptibile la interceptare, atât prin accesul ilegal la linii cât si prin interceptarea apelurilor vocale, folosind “scannere” radio simple.

Sistemul celular GSM foloseste o tehnologie de criptare a datelor care ofera un nivel suplimentar de securitate a apelurilor, in timp ce securitatea oferita de Registrul de Identitate a Echipamentului si combinatia codurilor PIN/PUK ale cartelelor SIM imbunatatesc suplimentar proprietatile de securitate ale sistemului digital. Spre deosebire de telefoanele analogice, codurile de acces ale retelei digitale nu pot fi interceptate in timpul emisiei de persoanele care ar dori sa efectueze convorbiri gratuite pe contul altor abonati. Semnalele digitale sunt totodata mult mai clare decât cele analogice, care sunt caracterizate invariabil de zgomote de fond.

Tehnologiile analogice au serioase probleme de capacitate, ceea ce inseamna ca, in zone cu densitate mare, obtinerea unei linii de iesire devine o adevarata problema. Tehnologiile digitale utilizeaza mai bine capacitatea disponibila prin combinarea unui numar de apeluri simultane pe aceeasi frecventa. Se pot, deci, efectua mai multe apeluri printr-o statie de baza, ceea ce inseamna ca este nevoie de mai putine statii de baza instalate - reducând astfel costurile. Cu sistemul analogic se realizeaza numai un singur apel pe frecventa.

Având capacitatea intrinseca de a oferi o gama larga de servicii, tehnologia celulara digitala este superioara celei analogice. Aceasta poate oferi facilitati cum ar fi transmisiile de date/fax, Serviciul de Mesaje Scurte (SMS), Identificarea Sursei Apelului si Restrictia acesteia sau "Cell Broadcast".

Anatomia unei retele GSM

Modul de functionare a unei retele GSM.

Sistemele GSM 900/DCS 1800 utilizeaza o gama performanta de echipamente digitale, pentru a oferi o transmisie optima, fara zgomote de fond.

În continuare, sunt prezentate câteva componente si proceduri critice care ii permit sistemului aceste performante.

BTS (Base Transceiver Station)

GSM foloseste o serie de transmitatori radio numiti Statie de Baza Emisie-Receptie (BTS) pentru a conecta telefonul celular la o retea celulara. Fiecare BTS are alocata o celula, numita asa pentru ca acopera o anumita zona geografica. BTS-urile sunt toate interconectate, motiv pentru care un mobil se poate muta de la o celula la alta - un proces numit “hand-over” - fara a pierde conectarea. BTS poate contine unul sau mai multe emitator-receptoare, pentru a oferi capacitatea necesara. Un amplasament de celula poate fi omnidirectional sau poate fi impartit in trei celule directionale tipice.

BSC (Base Station Controller)

Un set de BTS-uri este conectat la un Controler al Statiilor de Baza. Functia primara a unui BSC este mentinerea apelului. În timp ce un abonat se deplaseaza, este foarte probabil sa iasa din zona unei celule si sa intre in zona alteia. În timpul unui apel, statia mobila “asculta” toate statiile de baza inconjuratoare si transmite BSC-ului un raport continuu asupra intensitatii semnalului. Aceasta permite BSC-ului sa ia o decizie corespunzatoare asupra momentului initierii "hand-over"-ului si carei celule noi i se va remite semnalul.

MSC (Mobile Switching Centre)

Combinatia dintre un telefon celular si cartela SIM creeaza o “semnatura” - care include numarul de abonat - care este transmisa de la telefonul celular la cea mai apropiata statie de baza, pentru a se verifica daca respectivul utilizator, ca abonat al unei anumite retele, are dreptul de a folosi reteaua. Solicitarea este inaintata prin reteaua statiilor de baza catre Centrul Mobil de Comutare (MSC).

MSC totodata directioneaza toate apelurile de intrare si iesire, catre si de la retelele de telefonie fixa sau alte retele celulare.

HLR (Home Location Register)

MSC include un echipament esential (HLR), care ofera informatiile administrative necesare pentru verificarea identitatii, inregistrarea si localizarea persoanei respective, in calitate de abonat al retelei.

În cazul in care abonamentul este valabil, MSC transmite un mesaj telefonului prin reteaua statiilor de baza, care indica faptul ca mobilul are acces la retea. Numele sau codul acelei retele va aparea pe afisajul cu cristale lichide (LCD) al telefonului celular. Dupa ce a aparut pe ecranul LCD “numele” retelei, inseamna ca sunteti conectat la retea si puteti efectua si primi apeluri. Întregul proces de initiere a sesiunii de lucru dureaza numai câteva secunde.

AuC (Authentication Centre)

Dupa ce a fost primita solicitarea de initiere a sesiunii de lucru, HLR verifica imediat “semnatura” continuta in solicitare, comparând-o cu baza de date a abonatilor, aflata in Centrul de Autentificare.

EIR (Equipment Identity Register)

Acesta va verifica daca telefonul GSM care solicita intrarea in retea este furat sau raportat ca fiind lipsa, comparând numarul IMEI al telefonului cu informatiile din EIR.

Polling

În acelasi timp, HLR inregistreaza si statia BTS la care este conectat in acel moment telefonul dvs. celular, astfel incât atunci când centrul MSC al retelei directioneaza un apel de intrare catre telefonul celular, in primul rând va verifica HLR, pentru a afla unde va aflati. La intervale diferite de timp, telefonul celular va transmite mesaje retelei, indicându-si pozitia, acesta fiind un proces numit "polling".

Multiplexarea

Fiecare statie de baza utilizeaza tehnici digitale pentru a facilita conectarea simultana a mai multor telefoane la aceasta, pentru a permite mai multor abonati sa primeasca si sa initieze apeluri. Comutarea digitala intre apeluri este numita Multiplexare. Oricum, combinatia functiei de urmarire si semnatura digitala permit centrului MSC sa directioneze acel apel catre statia BTS specifica, la care este conectat telefonul dvs. celular si apoi exclusiv catre telefonul dvs. celular - chiar daca mai multi abonati sunt conectati simultan la acea statie BTS.

Hand-Over

Când are loc “hand-over” catre alta celula in timp ce calatoriti, VLR este actualizat imediat si continua sa monitorizeze exact unde ar trebui sa directioneze apelurile dvs. in cazul in care v-ati deplasa catre un alt BTS. Aceasta procedura de directionare inseamna ca, din sute de mii de abonati, numai telefonul mobil corespunzator va suna.

VLR (Visitor Location Register)

Când doriti sa efectuati un apel, o alta sectiune a MSC, numita Registrul Locatiei Vizitatorilor (VLR), verifica daca intr-adevar aveti permisiunea de a efectua acel apel. De exemplu, daca aveti interdictie de a forma numere internationale, un mesaj de acest gen va fi generat de VLR si transmis in retea si va fi apoi directionat aproape instantaneu catre telefonul dvs. mobil.

SMS

Mesajele SMS pot fi receptionate de telefonul dvs., chiar si atunci când efectuati un apel. Acest lucru este posibil, deoarece aceste semnale sunt transmise pe canale radio diferite - canalul de semnalizare, respectiv canalul de voce.

Tehnologii celulare analogice

AMPS: Sistemul Avansat de Telefonie Celulara. Dezvoltat de Bell Labs in anii ’70 si utilizat comercial pentru prima oara in Statele Unite in anul 1983. Acest sistem functioneaza in banda de 800 MHz si este standardul celular cel mai raspândit in lume.

C-450: Instalat in Africa de Sud in anii ’80. Acesta este foarte asemanator cu sistemul C-Netz. Astazi este cunoscut ca Motorphone si este operat de Vodacom SA.

C-Netz: Este un sistem mai vechi, functionând in special in Germania si Austria, pe frecventa de 450 MHz.

Comvik: Un sistem lansat in Suedia in august 1981 de catre reteaua Comvik.

N-AMPS: Sistemul Avansat de Telefonie Celulara de Banda Îngusta. A fost dezvoltat de Motorola, ca tehnologie intermediara intre sistemul analogic si cel digital. Acesta are o capacitate de aproximativ trei ori mai mare decât AMPS si functioneaza pe frecvente de 800 MHz.

NMT450: Telefonia Mobila Nordica/450. Dezvoltata in special de Ericsson si Nokia, pentru a deservi populatia din zonele greu accesibile ale tarilor Nordice. Sistemul functioneaza pe 450 MHz.

NMT900: Telefonia Mobila Nordica/900. Varianta pe 900 MHz este o modernizare a sistemului NMT 450 si a fost creata pentru cresterea capacitatii si pentru a oferi acces terminalelor de tip handheld.

NMT-F: Versiunea franceza a sistemului NMT900.

NTT: Nippon Telegraph and Telephone. Acesta este vechiul standard analogic japonez. Versiunea de capacitate mare este numita HICAP.

RC2000: Radiocom 2000. Acesta este un sistem francez, lansat in noiembrie 1985.

TACS: Sistemul de Comunicatii cu Acces Total. Sistemul a fost dezvoltat de Motorola si este similar cu AMPS. A fost prima oara utilizat in Marea Britanie in 1985, cu toate ca in Japonia este numit JTAC. Acesta opereaza in gama de frecvente de 900 MHz.

Tehnologii Celulare Digitale

A1-Net: Numele austriac al retelelor GSM 900.

CDMA: Acces Multiplu cu Diviziune in Cod (IS-95). A fost dezvoltat de Qualcomm si este caracterizat de o capacitate inalta si o raza mica a celulelor. Foloseste aceleasi benzi de frecventa ca si AMPS si suporta operatii AMPS.

CT-2: Este un standard digital de generatia a doua. CT2 are 40 frecvente purtatoare x 1 duplex per purtatoare = 40 canale voce.

CT-3: Telefonie fara fir de a treia generatie, precursoare a sistemului DECT.

D-AMPS (IS-54): AMPS Digital. O modernizare a AMPS analogic. Proiectat pentru folosirea mai eficienta a canalelor existente. DAMPS (IS-54) foloseste acelasi ecart al canalelor de 30 kHz si aceleasi benzi de frecvente (824-849 si 869-894) ca si AMPS. Folosind TDMA in locul FDMA, IS-54 mareste numarul utilizatorilor de la 1 la 3 pe canal (pâna la 10 cu TDMA extins). O infrastructura AMPS/D-AMPS poate suporta folosirea atât a telefoanelor analogice AMPS, cât si a celor digitale D-AMPS. Ambele opereaza in banda de 800 MHz.

DCS 1800: Standardul Digital Mobil. Sistem GSM care opereaza in gama de 1800 MHz. Este o versiune diferita de sistem GSM; telefoanele mobile GSM (900 MHz) nu pot fi folosite in retelele DCS 1800.

DECT: Acest sistem a inceput ca si Ericsson CT-3, dar s-a dezvoltat in directia Standardului European Digital Mobil. Este conceput ca un standard mai flexibil decât CT2, prin aceea ca are mai multe canale RF (10 purtatoare RF x 12 duplex per purtatoare = 120 canale voce duplex). Are o performanta multimedia mai mare, deoarece purtatoarele de 32 Kbit/s pot fi concatenate.

E-Netz: Numele german pentru retelele GSM 1800.

GSM: Sistemul Global de Comunicatii Mobile. Primul standard digital european, dezvoltat pentru realizarea compatibilitatii celulare in intreaga Europa. Succesul sau s-a raspândit in toata lumea. Acesta opereaza pe frecventa de 900 MHz.

PCS: Servicii de Comunicatii Personale. Banda de frecvente PCS este de la 1850 la 1990 MHz, care cuprinde o gama larga de standarde celulare noi, cum ar fi N-CDMA si GSM 1900. Telefoanele GSM 900 de banda unica nu pot fi folosite in retele PCS.

Inmarsat: Sistemul de Satelit International Maritim, care foloseste un numar de sateliti GEO. Este disponibil ca Inmarsat A,B,C si M.

IS-54: Tehnologie bazata pe TDMA, folosita de sistemul D-AMPS la 800 MHz.

IS-95: Tehnologie bazata pe CDMA, folosita la 800 MHz.

IS- 136: Tehnologie bazata pe TDMA

JS-008: Standard bazat pe CDMA pentru 1900 MHz.

PDC: Celular Digital Personal este un sistem japonez bazat pe TDMA, care functioneaza in benzile de 800 si 1500 MHz.

PHS: Personal Handy System. Un sistem japonez, care ofera servicii de transmisii de date si o claritate excelenta a vocii.

TDMA: Acces Multiplu cu Diviziune in Timp. Primul standard digital proiectat in SUA. A fost adoptat de TIA in anul 1992. Primul sistem comercial TDMA a aparut in anul 1993.

TETRA: Sistemele Trans-Europene de Trunking Radio, proiectate sa suporte atât voce, cât si transmisii de date.

UMTS: Standardul Universal de Telefonie Mobila - urmatoarea generatie a telefoniei celulare globale, care va fi disponibil in jurul anului 2004.

WLL: Sistemele Mobil cu Bucla Locala, sunt sisteme cu un numar limitat, aflate in mod normal in zone foarte indepartate, unde utilizarea liniilor fixe este imposibila.

Terminologie utila de telefonie celulara

A-TDMA: Acces Avansat Multiplu cu Diviziune in Timp

AuC: Centru de Autentificare

Canal de control: Canalul prin care telefonul si statia de baza de telefonie celulara comunica prima data.

Canal de control invers: Frecventa opusa, cu 45 MHz mai joasa decât canalul de control. Frecventa folosita de telefonul mobil.

Canal voce: Canalul care vi se asigneaza pentru a initia un apel, dupa schimbul de date pentru identificarea abonatului.

CDMA: Acces Multiplu cu Diviziune in Cod

CLIP: Identificarea Sursei Apelului

CLIR: Restrictionarea Identificarii Sursei Apelului

EIR: Registrul Identitatii Echipamentului

ESN: Serie Electronica

FDMA: Acces multiplu cu Diviziune in Frecventa

HLR: Registrul de Control al Locatiei

IMEI: Identitatea Internationala a Echipamentului Mobil (un cod de 15 cifre, folosit pentru identificarea telefoanelor GSM/DCS/PCS de catre retea)

Ki: Cheie individuala de identificare a abonatului

LAI: Identitatea Zonei de Localizare

MoU: Memorandum of Understanding (un protocol semnat de operatorii GSM)

MSC: Centrul Mobil de Comutare - Sistemul care plaseaza apelurile si care preia si receptioneaza date de la abonat sau de la PSTN (Reteaua Publica de Comutatie)

OMS: Subsistemul de Operare si Întretinere a retelei GSM.

PCS: Sisteme de comunicatii personale

PIN: Numarul Personal de Identificare

PUK: Codul personal de deblocare a PIN

SMS: Serviciul de Mesaje Scurte

SMSC: Centrul de Servicii de Mesaje Scurte.

Statie de Baza Emisie-Receptie: Statia de baza a retelei care comunica cu telefonul mobil.

TDMA: Acces Multiplu cu Diviziune in Timp

Bibilicografie:

1. Cartea lui Andrew Tannenbaum, ``Retele de calculatoare'', editia a III-a, capitolul 2
2. Informatii de pe site-ul Connex, http://www.connex.ro
3. O g<rrr>oaza de site-uri tematice (cautati-va ce va trebuie cu http://www.gsmsearch.com