Transcript mobil2uj
Maros Dóra 2012 GSM frekvenciasávok GSM900 : uplink: 890~915MHz downlink: 935~960MHz duplex távolság: 45MHz sávszélesség: 25MHz fr. raszter: 200KHz 124 duplex vivő csatornaszámok: 1-124 GSM1800 : uplink: 1710-1785MHz downlink: 1805-1880MHz duplex távolság: 95MHz sávszélesség: 75MHz fr. raszter: 200KHz 374 duplex vivő csatornaszámok: 512-885 GSM EGSM900 : uplink: 880~890MHz downlink: 925~935MHz duplex távolság: 45MHz sávszélesség: 10MHz fr. raszter: 200KHz GSM1900MHz: uplink:1850~1910MHz downlink:1930~1990MHz duplex távolság: 80MHz sávszélesség: 60MHz fr. raszter: 200KHz GSM rádiós interfész 1 TDMA keret = 8 időrés 0 1 2 3 4 5 6 7 Fizikai csatorna: Egy vivőfrekvencia egy időrése - fxTy IDŐ TS0-TS7 DL és UL időzítés Bázisállomás GSM GSM antennák Omni-directional antenna (körsugárzó) 360 fokos sugárzás Directional antenna (szektorsugárzó) Egy szektorban sugároz pl. 120 fok, 60 fok GSM Hexagonális cellaminta Körsugárzó antennák R R R Zöld vonalon egyforma térerő a két antenna felől GSM A frekvencia újrafelhasználás elve (Frequency reuse) Azonos vivőfrekvenciát használó cellák, reuse factor:7 Két egymás melletti cellában nem lehet azonos frekvencia! Körsugárzó antennákat alkalmazunk GSM 3/9-es cluster 120 fokos szektorsugárzóval B3 C1 A1 A2 C3 A1 A3 B1 B2 A3 B2 C1 C2 B3 C1 B3 A2 C3 A1 A2 A1 B2 A3 C1 A3 B1 Reuse factor = 9 GSM B2 B3 C1 C3 C2 A1 A2 A1 A3 4/12-es cluster 120 fokos szektorsugárzóval D3 C1 A1 A2 C3 A1 A3 B1 B2 D2 C2 D1 D2 B3 A1 C3 B2 D3 C1 C2 B1 A2 C3 C1 B3 A1 Reuse factor = 12 GSM D2 A3 B1 C3 C2 D1 D2 A1 D3 Szomszédos csatorna interferencia Két frekvenciasáv között nincs átlapolódás. 200 KHz f 200 KHz Két frekvenciasáv átlapolódik, zavarja egymást! (C/A) f GSM C/I és C/A hányados Azonos csatorna interferencia Szomszédos csatorna interferencia GSM GSM logikai csatornák Forgalmi csatornák (Traffic Channels) Data CH TCH Voice CH Kontrol csatornák (Control Channels) CCH GSM BCH 14.4Kbit/s FR TCH 9.6Kbit/s FR TCH 4.8Kbit/s FR TCH 4.8Kbit/s HR TCH (TCH/H4.8) FR (Full Rate, 13Kbit/s)) HR (Half Rate, 6.5 Kbit/s) FCCH (DL): Frequency Correction CH. SCH (DL): Synchronization CH. BCCH (DL): Broadcast Control CH. CCCH RACH (UL): Random Access CH. AGCH (DL): Access Grant CH. PCH (DL): Paging CH. DCCH SDCCH: Stand-alone Dedicated CCH. FACCH: Fast Associated CCH. SACCH: Slow Associated CCH. Szóró (Broadcast) csatornák típusai Broadcast Channels (BCH): Szóró csatornák. Ezek csak downlink irányú csatornák. Felelősek főleg a szinkronizációért, frekvencia korrekcióért, valamint a BTS ezeken sugározza pl. a celláról és a hálózatról szóló általános információkat. Mivel ez szórócsatorna, nem pont-pont között valósul meg, hanem pont-multipont, mivel a cellában lévő összes MS veszi ezt a csatornát. A BCH-ba tartoznak a következő csatornák: Broadcast Control Channel (BCCH): Általános szóró csatorna. A BCCH-n sugározza a BTS az általános információkat, mint pl. a hálózat kódját, a cellában használatos frekvenciákat, cella azonosítót, környező cellák információit és még sok egyéb dolgot (maximális teljesítmény a cellában, LAC stb.). Frequency Correction Channel (FCCH): Frekvencia korrekciós csatorna. Olyan információt tartalmaz, melynek segítségével az MS a BTS BCCH vivőjére tud hangolni. Az FCCH egy modulálatlan szinusz jel (csupa nulla), melyre az MS bekapcsolás után vagy másik cellába történő átlépéskor ráhangolódik. Synchronization Channel (SCH): Szinkronizációs csatorna. A BTS ezen a csatornán sugározza az MS felé a BTS kódját, valamit a TDMA keretszámot, melyet az MS felhasznál a titkosítási algoritmushoz. A csatorna csak downlink irányú. GSM Közös kontrol (Common Control) csatornák típusai Common Control Channels (CCCH): Közös kontrol csatornák. A BTS vagy az MS elérésére használják. A csatornákat az mobil készülékek közösen használják, azonban az információ csak egy MS-re vonatkozik. A CCCH magába foglalja a következő csatornákat: Paging Channel (PCH): Kereső csatorna. Downlink irányú, a BTS ezen értesíti az MS-t, ha bejövő hívása van. Access Grant Channel (AGCH): Hozzáférést felkínáló csatorna. Downlink irányú. Hívás felépítésekor a BTS kioszt egy SDCCH csatornát az MS számára, amelyen keresztül a jelzésváltás történik Random Access Channel (RACH): Véletlen elérésű csatorna. Uplink irányú. Híváskezdeményezéskor, vagy egy hívásértesítésre válaszoláskor ezen keresztül éri el az MS a BTSt. GSM Dedikált kontrol (Dedicated Control) csatornák típusai Dedicated Control Channels (DCCH): Dedikált jelzéscsatornák. A dedikált azt jelenti, hogy a csatorna egy bizonyos MS-hez van társítva. Ezt a csatornát használják hívás felépítéshez, fenntartáshoz szükséges jelzések átviteléhez, mint pl. handover. A DCCH csatornák kétirányúak. Három csatorna tartozik ebbe a csoportba: Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH): Önálló dedikált jelzéscsatorna. Ezen a csatornán történik a hívás felépítéséhez szükséges jelzésátvitel az MS és a BTS között, mint pl. IMEI ellenőrzés, Autentikáció, titkosítás, TCH kijelölés. Amint az MS-nek kiosztásra került egy TCH, a mobil készülék elhagyja ezt a csatornát. Slow Associated Control Channel (SACCH): Lassú kisegítő jelzés csatorna. Ezen a csatornán küldi az MS a BTS felé az aktuális és a szomszédos cella mérési értékeit. Ezen értékek alapján dönt a BSC a csatornaváltásról, valamint vezérli az MS kimeneti teljesítményét és időzítését. TCH-hoz és SDCCH-hoz társul. Fast Associated Control Channel (FACCH): Gyors kisegítő jelzéscsatorna. Hasonló az SACCH-hoz, csak ezt akkor használják, amikor pl. sürgős handoverre van szükség, hogy elkerüljék a kapcsolat megszakadását. Ha a TCH időrésben a Stealing Flags (F) bit jelzi, akkor a TCH-n a titkosított beszéd bitek helyett jelzéseket visznek át. A folyamat olyan gyors, hogy a beszéd minőségét nem zavarja. TCH-hoz társul. GSM GSM burstök típusai GSM FC, S és A burst FCCH 148 bit SCH RACH 86 bit 0,577 ms, 156,25 bit G Guard periódus: védősáv T Tail bitek:000 GSM N és D burst BCCH, PCH, AGCH, SDCCH, SACCH, FACCH, TCH IDLE: „csak kitöltésre”, nem információ! 0,577 ms, 156,25 bit F Stealing Flag GSM A Guard periódus idő jellemzője Guard periódus Burst tartalom GSM TCH keretszervezés GSM Control csatornák keretszervezése BCCH vivő TS0 Downlink F:FCCH S:SCH C:Common Uplink Ez a struktúra a BCCH vivő 0. időrésében levő információkat tartalmazza. Az ismétlődés 51 keretenként történik. GSM Control csatornák keretszervezése BCCH vivő TS1 A Dowlink irányú csatornaszervezéshez képest az Uplink irány megegyezik, de időben el van tolva! GSM Keretszervezés GSM Rádiós átviteli jellemzők I. A hullámhossz és a frekvencia összefüggése A kisugárzott jel hullámhossza a kialakult elektromágneses hullám egy periódusának hossza. A frekvencia és a hullámhossz összefüggése: λ = c/f, ahol λ - hullámhossz (m) c - az elektromágneses hullám terjedési sebessége (vákuumban ill. levegőben körülbelül 3*108; pontosan 299792458 m/s) f - frekvencia (Hz) Példa: 1. f=900 MHz (9*108 Hz) λ =? 3*108 / 9*108 = 3/9 [m] ~ 0,33 [m] 2. f=2,6 GHz (2,6*109) 3*108 / 2,6*109 = 1,154 * 10-1 ~ 0,1154 [m] GSM Rádiós átviteli jellemzők II. Rádióhullámok szabadtéri terjedése (Path loss) RSL Teljesítményszi nt a vevőben (dB) A szabadtéri csillapítás általános leírása: a0 = 20 log (4Πd/λ) a0 = 20 log (df) + 28,14 d (távolság az adóantennától) GSM Rádiós átviteli jellemzők III. Terjedési modellek Makrocellás terjedési modellek: Kevésbé forgalmas, elővárosi és vidéki környezet, laza beépítettséggel, nagyobb mozgási sebességgel Hata, COST231 Mikrocellás terjedési modellek: Forgalmas, nagyvárosi, sűrűn beépített környezet, kisebb mozgási sebességgel Walfish-Ikegami modell, COST 231 Beltéri (indoor) terjedési modellek Mootley-Keenan (félempirikus) Ray-tracing GSM Rádiós átviteli jellemzők IV. Árnyékolás, shadowing RSL (dB) Átlagérték Árnyékolás okozta változás (lassú fading) GSM d = Távolság az adóantennától Rádiós átviteli jellemzők V. Többutas terjedés (multipath fading) Verődések okozta változás (gyors fading) GSM Rádiós átviteli jellemzők VI. A frekvencia ugráltatás elve (frequency hopping) A különböző keretekben lévő burst-ök más-más frekvencián kerülnek átvitelre Az ugratás sebessége 217/mp 4 frekvencia Más hullámhossz Fading völgyek eltolódnak! GSM Rádiós átviteli jellemzők VII. Szimbólumok közötti áthallás (ISI) Bithiba a vevőben! 1? 0? A terjedési késleltetésből adódóan (> 1 bitidő) az egymás után küldött szimbólumok azonos időben érnek a vevőbe! GSM Rádiós átviteli jellemzők VIII. A VITERBI demodulátor és dekódoló Rádió csatorna Rádiós csatornán érkezett időrés tartalma Módosult training sequence Vevőben található eredeti training sequence GSM Eredeti bitsorozat Korrelátor Viterbi kiegyenlítő Módosított csatornamodell Rádiós átviteli jellemzők IX. Interleaving elve Eredeti jelfolyam Kevert jelfolyam Csomagvesztés Rekonstruált jelfolyam Az eredeti jelfolyam azonos hosszúságú blokkokra van osztva, az egymás utáni blokkok elküldése különböző időkben történik! GSM Rádiós átviteli jellemzők X. Interleaving elve a GSM beszédcsatornán 57 bit 20 ms csatornakódolt beszédminta (456 bit) 8 blokkra van bontva Egy blokk egy keretben van elküldve (B blokk) Egy burst-be két minta egy-egy blokkja kerül GSM Az GSM védelmi jellemzői I. A biztonsági funkciók ellátásában a következő funkcionális elemek vesznek részt: Mobil állomás (MS) Bázisállomás (BTS) Mobil kapcsolóközpont (MSC/MSS) Autentikációs központ (AUC) Honos helyregiszter (HLR) Látogató helyregiszter (VLR). GSM Az GSM védelmi jellemzői II. A SIM kártya csak a személyes azonosító szám (PIN = Personal Identity Modul) megadásával működik, ez kellő biztonságot nyújt a kártya ellopása (klónozása) esetén is. A hitelesítés vagy autentikáció az IMSI érvényességének ellenőrzésére szolgál. A hitelesítés az előfizetői kártya (SIM) segítségével történik, számított paraméter alapján. A titkosítás teljes bizalmasságot biztosít a rádiós csatornán az előfizetői információnak (beszédnek vagy adatnak). A titkosítás csak a mobilkészülék és a bázisállomás között valósul meg, a központban az információ már nincs titkosítva. Minden mobiltelefon rendelkezik egy IMEI azonosítóval, amely alapján a hálózatok ellenőrizhetik a készülék státusát. Ha lopott készülékről van szó, a hálózathoz való hozzáférést le lehet tiltani, vagy más intézkedést lehet életbe léptetni. GSM Az AUC feladata: a TRIPLET előállítása AUC Ki IMSI1 – Ki1 A3 algoritmus IMSI2 - Ki2 IMSI3 – Ki3 Signed Response Ki A8 algoritmus Véletlenszán generátor RAND RAND SRES Kc Ciphering Key RAND Random Number GSM Az autentikáció folyamata SIM GSM A Kc generálása SIM GSM A titkosítás folyamata Kc 64 bits frame number 22 bits Mobil frame number 22 bits A5 készülék (ME) S1 114 bits A5 S2 114 bits S1 114 bits ciphering deciphering S2 114 bits deciphering ciphering MS GSM Kc 64 bits BTS A kiszolgáló cella kiválasztása (IDLE mód) BCCH vivő 2 BCCH vivő 1 BCCH vivő 3 Kiszolgáló (serving) BTS RSL vivő1 > RSL vivő2 > RSL vivő 3 GSM IMSI Attach/Detach, az IMSI flag 1 VLR SDCCH Bekapcsoláskor: IMSI attached Kikapcsoláskor: IMSI detached GSM 0 IMSI rekord A Location Area Location Area 1 (LAC1) MSC/ MSS GSM Location Area 2 (LAC2) Location Area 3 (LAC3) A Location Area jelentősége (paging) A Paging üzenet a kijelölt LA-n belül az összes cellában kiküldésre kerül! GSM Location update eljárás BCCH-n az új cella más LAC-t (LAC2) közvetít Location Area 1 (LAC1) Location Area 2 (LAC2) IMSI rekord LAC1 LAC2 A Location Update eljárás frissíti a LAC-t a VLR IMSI rekordon! GSM VLR Location update eljárás MSC/MSS szolgáltatási területen belül BSC1 LA1 LA2 (6) IMSI: LA1 LA2 (5) Loc. Upd, Req. (SDCCH) VLR (4) Immediate Assign. (AGCH) (2) Channel Req. IMSI (RACH) (1) new LAI (7) Loc. Upd. Accept. (SDCCH) MSC (3) Channel required BSC 2 (7)Loc. Upd. Accept. GSM Location update eljárás MSC/MSS szolgáltatási területek között VLR (7) Location Cancellation BSC1 MSC1 LA LA 1 2 (5) IMSI: VLR1 VLR2 (2) Loc. Upd. Req. (SDCCH) (1) new LAI (3) IMSI MGT (2) Loc. Upd. Request VLR HLR (4) Suscriber Information Request BSC2 (8) Loc. Upd. Ack (SDCCH) GSM (6) Loc. Upd. Acknowledge MSC2 (6) Subscriber Information Handover (handoff) típusai Rescue handover: A cél a kapcsolat megmentése (pl. a BTS-től való távolság miatt, a MR alapján a BSC handover parancsot ad MS-nek) Traffic handover: Forgalmi okok miatti áthangolás (pl. hirtelen megnő a forgalom a kiszolgáló cellában, torlódás következhet be) Confinement handover: S/N optimalizálása, adási teljesítmény optimalizálása GSM Szomszédos cella mérése TCH multikeret Downlink 24. 25. IDLE 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 24. 25. IDLE Uplink A multikeret végén 12 időrésnyi idő áll rendelkezésre a BSIC ellenőrzésére a szomszédos cellában! GSM A mérési report (measurement report) BSC Kiszolgáló (serving) BTS Összevont jelentés TCH BCCH vivő Szomszédos cellák BCCH vivő TCH-n végzett mérések a serving cellában: RXLEV TCH-n végzett mérések Mérési jelentés RXQUAL RXLEV (measurement report) DISTANCE RXQUAL SACCH DISTANCE Szomszédos cellák mérése a BCCH vivőn: RXLEV GSM A handover margin jelentése Jelerősség (SS) Jelerősség (SS) HO. MARGIN (B) SS MIN. (A) SS MIN. (B) BTS A GSM a cb BTS B A handover esetek I. Intracell handover Forrás: Alien Coders: Basics of GSM in depth GSM A handover esetek II. Intercell handover Forrás: Alien Coders: Basics of GSM in depth GSM A handover esetek II. Inter BSC handover Forrás: Alien Coders: Basics of GSM in depth GSM A handover esetek III. Inter MSC handover Forrás: Alien Coders: Basics of GSM in depth GSM