telefonicos - clase especial - redes celulares

Breve recuento de Redes Celulares 1G, Breve recuento de Redes Celulares 1G, 2G, 2,5G, 3G, 3,5G (y 4G de mentiritas)2G, 2,5G, 3G, 3,5G (y 4G de mentiritas)

William Yousef

Presentacion especial para Sistemas Telefónicos. USB

Fuentes AST CN 4th Edition

Nokia Systra

Las siguientes láminas, y la clase asociada, son material de apoyo para el estudio de la materia. No son un contenido exhaustivo del material.

Por lo tanto se les emplaza a suplementar el estudio mediante el uso de la bibliografía recomendada.

Presentandome

● Yousef Fadel, William. – Ingeniero Electrónico, USB Marzo. 1997.

– MBA IE Diciembre 2006

– Digitel 1998 ~ 2004

– Huawei 2007 ~ 2008

● [email protected]

mailto:[email protected]

1G1G

• Generacion 1: Voz Analogica

• La primera Llamada telefonica Celular la hizo el Dr. MARTIN Cooper (no Sheldon Cooper) de Motorolaen 1973 con un handset de 2Kg.

• El primer sistema Celular comercial fue el NMT (Nordic Mobile Telephony) en 1981. Otros que merecen mencion son: AMPS (Advanced Mobile Phone System) estrena en USA en 1983, y C-Netz en Alemania en 1985.

• EEUU Tenia un Solo estandar en todo el pais. En europa multiples estandares por cada Pais.

• AMPS Alcanza Economias de escala interesantes. Los demas no.

Advanced Mobile Phone SystemAdvanced Mobile Phone System

(a) Frequencies are not reused in adjacent cells.

(b) To add more users, smaller cells can be used.

2G• Para segunda generacion Voz Digital y algo de Data por circuitos:

EEUU adopto el Modelo PCS. Se define un esquema de servicios y se permite que cualquier tecnologia que los pueda dar participe, en Europa se decide unificar criterios usando una unica tecnologia en todo el continente.

• Los reguladores Europeos asignan el espectro para todo el pais (herencia de un fuerte arraigo en PTT) y los norteamericanos por mercado geografico (AT&T se habia disuelto en 1984).

• Europa y USA son mercados muy diferentes. En Europa te montas en un tren, y en 3 horas ya estas en otro pais.

• Viendo el exito de AMPS en USA, los europeos deciden usar una sola tecnologia en todo el continente, e incorporan a elladesde el principio facilidades para la internacionalizacion y el Roaming.

• De esto emergen 3 estandares. GSM, CDMA-One (IS-95) y TDMA (D-AMPS o IS-136). Nos vamos a centrar en el mas exitoso (GSM) y sus derivados.

CTXX1298/2.0 en 7 06/05/98 Sushil Gyanwali Copyright Nokia Telecommunications

Requirements of the new Cellular Requirements of the new Cellular StandardStandard

Primary

• There should be several network operators in each country. This should lead to the tariff and service provisioning competition.

• The system must be an open system - containing well defined interfaces between different system parts.

• GSM networks must be built without causing any major changes to the already existing Public Switched Telephone Networks (PSTN).

Other Requirements

• Pan European

• Good speech quality

• Efficient use of radio frequencies

• High capacity.

• Compatible with ISDN

• Compatible with other data communication specifications.

• Maintain good security for subscriber and transmitted information.


Advantages of GSMAdvantages of GSM

• GSM uses radio frequencies efficiently, and, due to the digital radio path, the system tolerates more inter cell disturbances.

• The average quality of speech achieved is better than in existing analogue systems.

• Data transmission is supported throughout the system.

• Speech is encrypted and subscriber information security is guaranteed.

• Due to the ISDN compatibility, new services are offered compared to the analogue systems.

• International roaming is technically possible within all the countries concerned.

• The large market toughens the competition and lowers the prices both for investments and usage.


GSM Network ArchitectureGSM Network Architecture

Mobile StationsBase Station Subsystem Network Management Subsystem

BaseTransceiverStations

Base StationController

TranscoderSubmultiplexer

Digital CrossConnect

A-Interface Air Interface X.25 Interface Abis Interface

IN Service Control PointShort MessageService Centre

Voicemail

Mobile Switching Centre/Visitor Location Register

Home Location Register/Authentication Centre/Equipment IdentityRegister

Network Switching Subsystem

PSTN/ISDN

CommunicationsServer

DataCommunication

Network

Database Server

Workstations

NetworkPlanningSystem

NetworkMeasurementSystem

TCP/IP

Data CommunicationsServer

GSMGSMGlobal System for Mobile CommunicationsGlobal System for Mobile Communications

GSM uses 124 frequency channels, each of which uses an eight-slot TDM system

GSM (2)GSM (2)

A portion of the GSM framing structure.


GSM databasesGSM databases

Home Location register (HLR)

• Permanent data

• Regular update of subscriber’s current VLR

Visitor Location register (VLR)

• Temporary data

• Kept as long as subscriber is within it’s coverage area

• Updated from HLR

• Always associated with a Mobile Services Switching Centre (MSC)

VLR

MSC

HLR


Location AreasLocation Areas

• MSC/VLR area is divided into small areas called Location Area.

• A subscriber can move within this area without having to make a normal location update

• The maximum size of LA can be one MSC area and the minimum size is one cell.

• Paging is done in all cells of the LA where the subscriber is currently located

• LAI = MCC + MNC + LAC

LAI = Location Area Identity

MCC = Mobile Country Code

MNC = Mobile Network Code

LAC = Location Area Code

Reception Restaurant Bar Pool

LA 1

VLRMSC

LA 5

LA 4

LA 3

LA 2


Location updateLocation update

• The Mobile Station monitors the information broadcast by the network.

• The Mobile Station stores the current location area identity in the SIM card.

• The Mobile Station continues to monitor the broadcast information.

• If the location area identity being broadcast by the network is other than the one stored in SIM, the Mobile Station starts the location update procedure.


VLR

MSC(old)

Elements Involved in a Location UpdateElements Involved in a Location Update

VLR

MSC(new)

HLR

SIM

LocationUpdate

Mobile moves


Simplified Steps of a Mobile Originated Simplified Steps of a Mobile Originated CallCall

EXC GMSC HLR MSC VLR BSS MS

1. channel assignment

2. security procedures

3. call setup

4. check services etc.

5. all ok

6. call is proceeding

7. traffic channel allocated

8. set up the call

9. call set up complete

10. alert

11. B answers


HandoversHandovers

• Handover due to traffic reasons• When capacity of cell nears maximum, Mobile stations in the periphery of the cell maybe

handed over to neighbouring cell with lower traffic load.

• MSC starts the procedure

• Handover due to Signal quality and strength• When a Mobile subscriber is moving during a call, he may travel from one cell to another.

• Frequency resources of previous cells can not be used any more.

• The mobile Station is handed over to the new cell.

• BSC controlling the current cell makes the decision to perform a handover.

• There are four types of these hand overs


Summary of SS7 - Part 1Summary of SS7 - Part 1

• Signalling is the transfer of information between subscriber interface points and the network and between different network elements to help establish a call.

• Signalling Information is interchanged as standard sets of messages which was developed and standardised in to the present SS7 system..

• GSM networks need non call related signalling which is possible with SS7.

• The SS7 used in PSTN networks is not sufficient to fulfil the signalling requirements of GSM networks, thus new protocols specific to GSM were developed.


Summary of SS7 - Part 2Summary of SS7 - Part 2

• MTP is the basis of SS7, and it is responsible for transferring of signalling messages form one element to another within the same signalling network

• TUP/ISUP are the user parts of MTP which handle call control.

• SCCP is needed for virtual connections and connectionless signalling

• BSSAP is used for signalling between MSC-BSC and MSC-MS

• MAP is needed for signalling between NSS elements


Signalling in a GSM networkSignalling in a GSM network

PSTN / HLRs / other MSCs

LAPDmSS#7

BTSBTSBSCBSC

LAPD

MSCMSC

Radio Resource Management

SS#7

Mobility and Connection Management

2,5G• 2.5G Modificaciones a las tecnologias Digitales de 2G para poder

manejar data paquetizada. (GPRS para GSM y D-AMPS, EDGE para GSM). CDMA2000

• En el caso de GSM, esto nos lleva a una red con desorden disociatvo de personalidad (personalidades multiples).

• GRPS: Manteniendo el esquema de modulacion(Gaussian Minimum Shift Keying), permitimos el envio de data paquetizada en los timeslots. Modificamos la codificacion para permitirnos “tomar” de ser posible bits del FEC, y tomar mas de un timeslot a la vez.

• Para lograr esto, compramos nuevos handsets, modificamos el SW de los radios, y añadimos nuevos equipo a la red (PCU, SGSN, GGSN, CG, FW, Radius, etc)

• EDGE: Ahora si modificamos el esquema de modulacion, permitimos hasta 8PSK.

GPRS – Porque con 21 laminas, aun no GPRS – Porque con 21 laminas, aun no hemos mandado datahemos mandado data

Fuente: http://misnt.indstate.edu/harper/Students/GPRS/GPRS.html

GPRS

● Se definen 4 esquemas de codificación:– CS-1 8Kbps

– CS-2 12Kbps

– CS-3 14.4Kbps

– CS-4 20Kbps

● Se permite Operacion Multi-Slot

PCU – SGSN

● El PCU (Packet Control Unit) es HW adicioanl en la BSC que se encarga de gestionar el mecanismo de paquetes en la interfaz de aire, y se conecta con el SGSN usando ..... Frame Relay!

● Serving GRPS Support Node: Es un switch de paquetes (router). Sus funciones principales son Peer, Mobility Management, Encripcion y compresion, y cobro.

GGSN

● El Gateway GPRS Support Node tiene como funciones:

– Intrface con el mundo exterior.

– Punto de ancla.

– Cobro.

GPRS - Modulación

● GSM usa una tecnica de modulacion llamada Gaussian Minimum Shift Keying. Este es heredado por GPRS. Por ende, en una red GSM, solo hay que añadir el PCU, el SGSN y el GGSN, mas cambios de SW.

EDGE - Modulación● En EDGE mantenemos todas las estructuras de GRPS,

pero cambiamos el esquema de modulación a 8PSK, por lo que hay que añadir moduladores en las antenas

http://www.lnt.ei.tum.de/mitarbeiter/zangl/htmldocs/bachelor_ohlendorf/Standards.htm

3G● 3G Mayores anchos de banda. Todos se basan en CDMA. CDMA2000

1xRTT EV-DO (USA, otros), W-CDMA (Europa, otros) y TD-SCDMA (China).

● Aqui el ITU-R interviene, y comienza a proveer dedfiniciones formales de lo que consiste una generacion.

● Pero los departamentos de mercadeo de los operadores y fabricantes de equipos tambien intervienen con una verdadera sopa de letras, y generaciones fraccionarias.

Third-Generation Mobile Phones:Third-Generation Mobile Phones:Digital Voice and DataDigital Voice and Data

Basic services a 3G network should provide

• High-quality voice transmission

• Messaging (replace e-mail, fax, SMS, chat, etc.)

• Multimedia (music, videos, films, TV, etc.)

• Internet access (web surfing, w/multimedia.)

WCDMA

● Es un verdadero estandar de 3˚ Generación.

● Mantiene sistemas e interfaces similares a los de (E)GPRS.

● Cambia el esquema de modulación (una vez mas). Para emplear CDMA.

● Hay una verdadera sopa de ltras y fracciones, algunas d elas cuales se les llama 4G. La mas recientes es HSPA+ (Teorico:42Mbps)

CDMA – Code

Division Multiple Access -

AST

(a) Secuencias de Chirps binarios para 4 estaciones(b) Secuencias Bipolares (c) Seis ejemplos de Transmisión(d) Recuperación de la transimisón de la estación C

4G (de mentirita)● 4G: Anchos de banda aun mayores, compatibilidad mundial a nivel de

espectro. WiMAX (Corea) y LTE (Europa).

● 802.16m y LTE NO, repito, NO cumplen con las normas de lo que la ITU-R denomina 4G.

● Sin embargo, estos dos estandares son el camino hcia el futuro.

● Y vamos en circulo pues regresamos a TDMA, en un esquema muy similar al de EDGE. (OFDM)

● (Referenias sobre FDM, CDMA y OFDM en:

http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik-110.300/1999/Wireless/modulation_3.html)

4G – WiMAX - 811.16e● Es, junto con LTE una de las 2 tecnologías de 4˚

generación, pero, a diferencia de LTE, esta disponible HOY.

● Se basa en emplear un esquema de modulación OFDM para aumentar la eficiencia espectral, manteniendo la simplicidad de los sistemas (comparado con CDMA).

● Puede funcionar también como última milla (reemplazar a PDH o ADSL, por ejemplo).

● Revisar el capitulo correspondiente en el libro rojo.

WiMAX

http://www.tml.tkk.fi/Studies/Tik-110.300/1999/Wireless/modulation_3.html

Latencia en Sistemas Celulares

● Will'tek Communications GMB Whitepaper: “From UMTS To LTE and beyond” 2007

Arquitectura de LTE

● Tomado de: “LTE: Nuevas tendencias en comunicaciones moviles” 2010 Fundacion Vodafone España.

PCCS

● Preguntas● Comentarios● Chistes● Sugerencias

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