Conceptos celulares - Arquitectura GSM

La red GSM se divide en cuatro sistemas principales:

  • Sistema de conmutación (SS)

  • Sistema de estación base (BSS)

  • Estación móvil (MS)

  • Centro de operación y mantenimiento (OMC)

El sistema de conmutación, también llamado Sistema de red y conmutación (NSS), es responsable de realizar el procesamiento de llamadas y las funciones relacionadas con el abonado. El sistema de conmutación incluye las siguientes unidades funcionales:

  • Centro de conmutación móvil

  • Inicio Ubicación Registro

  • Registro de ubicación de visitantes

  • Registro de identidad del equipo

  • Centro de autentificación

Centro de conmutación móvil

Mobile Switching Center (MSC) realiza todas las funciones de conmutación para todas las estaciones móviles, ubicadas en el área geográfica controlada por sus BSS asignados. Además, interactúa con PSTN, con otros MSC y otras entidades del sistema.

Funciones de MSC

  • Manejo de llamadas que hace frente a la naturaleza móvil de los suscriptores considerando el registro de ubicación, la autenticación de suscriptores y equipos, el servicio de transferencia y prepago.

  • Gestión del canal de radioenlace lógico necesario durante las llamadas.

  • Gestión del protocolo de señalización MSC-BSS.

  • Manejo del registro de ubicación y aseguramiento del interfuncionamiento entre la estación móvil y VLR.

  • Controla los traspasos entre BSS y entre MSC.

  • Actuando como una puerta de enlace MSC para interrogar a HLR. El MSC que está conectado a la red PSTN / ISDN se denomina GMSC. Este es el único MSC en la red conectado al HLR.

  • Funciones estándar de un interruptor como cargar.

Registro de ubicación de casa (HLR)

El registro de ubicación de casa contiene:

  • La identidad del abonado móvil llamado International Mobile Sub Identity (IMSI).

  • Número de directorio ISDN de la estación móvil.

  • Información de suscripción de servicios.

  • Restricciones de servicio.

  • Información de ubicación para el enrutamiento de llamadas.

Se recomienda un HLR por red GSM y puede ser una base de datos distribuida. La interfaz hombre-máquina cambia los datos permanentes en HLR. Los datos temporales como la información de ubicación cambian dinámicamente en HLR.

Registro de ubicación de visitantes (VLR)

El VLR siempre está integrado con el MSC. Cuando una estación móvil se desplaza hacia una nueva área de MSC, el VLR conectado a ese MSC solicitaría datos sobre la estación móvil al HLR. Posteriormente, si la estación móvil realiza una llamada, el VLR tiene la información necesaria para establecer la llamada sin tener que interrogar al HLR cada vez. VLR contiene información como la siguiente:

  • Identidad del sub móvil,

  • Cualquier identidad secundaria móvil temporal,

  • Número de directorio ISDN del móvil,

  • Un número de directorio para enrutar la llamada a la estación de roaming,

  • Parte de los datos de HLR para los móviles que se encuentran actualmente ubicados en el área de servicio de MSC.

Registro de identidad del equipo

El Registro de identidad del equipo consiste en la identidad del equipo de la estación móvil denominado Identidad internacional del equipo móvil (IMEI), que puede ser válido, sospechoso y prohibido. Cuando una estación móvil accede al sistema, se evoca el procedimiento de validación del equipo antes de prestar los servicios.

La información está disponible en forma de tres listas.

  • Lista blanca: el terminal puede conectarse a la red.

  • Lista gris: el terminal está bajo observación de la red para detectar posibles problemas.

  • Lista negra: los terminales denunciados como robados no están aprobados. No se les permite conectarse a la red. EIR informa al VLR sobre la lista, el IMEI particular está en.

Centro de autenticación

Está asociado con un HLR. Almacena una clave de identidad llamada clave de autenticación (Ki) para cada suscriptor móvil. Esta clave se utiliza para generar los tripletes de autenticación.

  • RAND (número aleatorio),

  • SRES (Respuesta firmada) -Para autenticar IMSI,

  • Kc (clave de cifrado): para cifrar la comunicación a través de la ruta de radio entre la MS y la red.

Centro de operación y mantenimiento (OMC)

Es la entidad funcional a través de la cual el operador de red puede monitorear y controlar el sistema realizando las siguientes funciones:

  • Instalación de software

  • La gestión del tráfico

  • Análisis de datos de desempeño

  • Rastreo de abonados y equipos

  • Gestión de la configuración

  • Administración de abonados

  • Gestión de equipos móviles

  • Gestión de cobros y facturación

Sistema de estación base (BSS)

BSS conecta la MS y la NSS. Está compuesto por lo siguiente:

  • Estación Transceptora Base (BTS) también llamada Estación Base.

  • Controlador de estación base (BSC).

BTS y BSC se comunican a través de la interfaz Abis estandarizada. BTS está controlado por BSC y un BSC puede tener muchos BTS bajo su control.

Estación transceptora base (BTS)

BTS aloja los transceptores de radio y maneja los protocolos de enlace de radio con la estación móvil. Cada BTS se compone de dispositivos de transmisión y recepción de radio que incluyen antenas, procesadores de señal, etc. Cada BTS puede admitir de 1 a 16 portadoras de RF. Los parámetros que diferencian a los BTS son el nivel de potencia, la altura de la antena, el tipo de antena y el número de portadoras.

Funciones de BTS

  • Es responsable de la sincronización de tiempo y frecuencia.

  • Se llevará a cabo el proceso de codificación de canal, encriptación, multiplexación y modulación para transdirección e inversa para recepción.

  • Tiene que hacer arreglos para la transmisión por adelantado desde los móviles dependiendo de su distancia de BTS (Timing Advance).

  • Tiene que detectar las solicitudes de acceso aleatorio de los móviles, medir y monitorear los canales de radio para el control y la transferencia de energía.

Controlador de estación base

BSC gestiona los recursos de radio para uno o un grupo de BTS. Maneja la configuración de canales de radio, saltos de frecuencia, traspasos y control de los niveles de potencia de RF. BSC proporciona las señales de referencia de sincronización de tiempo y frecuencia transmitidas por sus BTS. Establece conexión entre la estación móvil y el MSC. BSC está conectado a través de interfaces a MSC, BTS y OMC.

Estación móvil

Se refiere al equipo terminal utilizado por los suscriptores inalámbricos. Consiste en -

  • SIM-Módulo de identidad del suscriptor

  • Equipo móvil

La tarjeta SIM es extraíble y, con la tarjeta SIM adecuada, se puede acceder a la red utilizando varios equipos móviles.

La identidad del equipo no está vinculada al suscriptor. El equipo se valida por separado con IMEI y EIR. La SIM contiene un chip de circuito integrado con un microprocesador, memoria de acceso aleatorio (RAM) y memoria de solo lectura (ROM). La SIM debe ser válida y debe autenticar la validez de MS al acceder a la red.

SIM también almacena información relacionada con el suscriptor como IMSI, identidad de ubicación celular, etc.

Funciones de la estación móvil

  • Transmisión y recepción de radio

  • Gestión de canales de radio

  • Codificación / decodificación de voz

  • Protección contra errores de enlace de radio

  • Control de flujo de datos

  • Tasa de adaptación de los datos del usuario al enlace de radio

  • Gestión de movilidad

Mediciones de rendimiento de hasta un máximo de seis BTS circundantes e informes al BSS, MS puede almacenar y mostrar mensajes alfanuméricos breves recibidos en la pantalla de cristal líquido (LCD) que se utiliza para mostrar la marcación de llamadas y la información de estado.

Hay cinco categorías diferentes de unidades de telefonía móvil especificadas por el sistema GSM europeo: 20 W, 8 W, 5 W, 2 W y 0,8 W. Estos corresponden a niveles de potencia de 43 dBm, 39 dBm, 37 dBm, 33 dBm y 29 dBm. Las unidades de 20 W y 8 W (potencia máxima) son para uso en estaciones portátiles o montadas en vehículos. La potencia del MS se puede ajustar en pasos de 2 dB desde su valor nominal hasta 20 mW (13 dBm). Esto se hace automáticamente bajo control remoto desde BTS.

Transcodificadores

Los transcodificadores son entidades de red insertadas para interconectar el lado MSC con el lado móvil. La tasa de codificación de voz en el lado PSTN es de 64 Kbps, y en GSM por aire, la voz se codifica como 13 Kbps. Para reducir la tasa de datos en la interfaz aérea y reducir la carga del enlace terrestre (4: 1), los transcodificadores se introducen en un lugar apropiado, principalmente con MSC.

El transcodificador es el dispositivo que toma multiplexores de voz de 13 Kbps o de datos de 3.6 / 6/12 Kbps y cuatro de ellos para convertirlos en datos estándar de 64 Kbps. Primero, los 13 Kbps o los datos a 3.6 / 6/12 Kbps se elevan al nivel de 16 Kbps insertando datos de sincronización adicionales para compensar la diferencia entre un discurso de 13 Kbps o datos de velocidad más baja y luego cuatro de ellos son combinado en el transpondedor para proporcionar un canal de 64 Kbps dentro del BSS. A continuación, se pueden multiplexar cuatro canales de tráfico en un circuito de 64 Kpbs. Por lo tanto, la tasa de datos de salida de TRAU es de 64 Kbps.

Luego, se multiplexan hasta 30 de estos canales de 64 Kpbs en 2.048 Mbps si se proporciona un canal CEPT1 en la interfaz A-bis. Este canal puede transportar hasta 120 (16x 120) señales de tráfico y control. Dado que la velocidad de datos a la PSTN es normalmente de 2 Mbps, que es el resultado de combinar canales de 30 por 64 Kbps o de 120 Kbps por canales de 16 Kpbs.

Otros elementos de la red

Otros elementos de red incluyen componentes como el Centro de servicios SMS, el buzón de correo de voz y el flujo de SMS.

Centro de servicio SMS

Interactúa con MSC que tiene una funcionalidad de interfuncionamiento para proporcionar el servicio de mensajes cortos (SMS) a los abonados móviles. Los SMS pueden estar destinados a la máquina de fax, PC en Internet u otro MS. La ubicación de la MS receptora es consultada por MSC y entregada.

Correo de voz

Cuando el abonado móvil no está en condiciones de responder a las llamadas entrantes debido a que está ocupado / fuera del área de servicio, la llamada se desvía a un buzón de correo que ya ha sido activado por el abonado. Para ello, se ha establecido una conectividad separada de MSC. El suscriptor será alertado por SMS más tarde y podrá recuperar el mensaje.

Flujo de SMS

  • Cuando un usuario envía un SMS, la solicitud se realiza a través del MSC.

  • El MSC reenvía el SMS al SMSC donde se almacena.

  • El SMSC consulta al HLR para averiguar dónde está el móvil de destino y reenvía el mensaje al MSC de destino si el móvil de destino está disponible.

  • Si el móvil no está disponible, el mensaje se almacena en el propio SMSC actual. En la mayoría de las instalaciones, si un móvil no está disponible para la entrega de SMS, el SMSC no vuelve a intentarlo. En cambio, el MSC de destino informa al SMSC cuando el móvil vuelve a estar dentro del alcance. El manejo de SMS es una operación de almacenamiento y reenvío a diferencia de USSD.

  • El SMS tiene un período de validez durante el cual esperará a que el móvil de destino esté disponible. Después de ese tiempo, el SMSC eliminará el mensaje. El período de validez puede ser establecido por el usuario. La validez normal es de 1 día.