Eventos mais importantes no desenvolvimento do GSM

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Global System for Mobile Communication
Maria João Almeida de Sá Barros Disciplina de
Rede Digital de Acesso Mestrado em Eng.
Electrotécnica e de Computadores 2º Semestre
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Sumário

• INTRODUÇÃO HISTÓRICA
• A REDE GSM
• ÁREAS DA REDE GSM
• CÉLULAS GSM
• HANDOVER
• INTERFACE RÁDIO
• IDENTIFICAÇÃO
• ESPECIFICAÇÕES DO GSM
• PROTOCOLOS DE SINALIZAÇÃO
• SERVIÇOS PARA O ASSINANTE
• GPRS
• CONCLUSÕES

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GSM

• É um standard para comunicações celulares
  digitais, aceite a nível global
• Desenvolvido pelo GSM (Groupe Spécial Mobile) com
  o intuito de ultrapassar o problema das
  incompatibilidades internacionais dos sistemas
  telefónicos celulares até aí existentes
• Primeiro sistema telefónico celular digital
• Características
• Eficiência espectral
• Roaming internacional
• Baixos custos dos terminais e dos serviços
• Boa qualidade de voz
• Compatibilidade com outros sistemas, tais como
  ISDN (Integrated Services Digital Network)
• Capacidade para suportar novos serviços e
  facilidades.

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História do GSM
1982 Foi formado pela CEPT (Conference of
European Posts and Telecommunications) o grupo
GSM para criar um standard europeu para
comunicações celulares 1986/1987 Optou-se por
adoptar um sistema digital e usar uma solução de
banda estreita, o TDMA (Time Division Multiple
Access), para método de acesso 1990
Preparação do sistema. Fase 1 das especificações
GSM 1991 Inicializou-se a comercialização do
serviço GSM 1995 Cobertura de áreas rurais.
Fase 2 das especificações GSM.
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A Rede GSM
A rede GSM é dividida em 4 partes principais -
A Estação Móvel responsável pelo pedido e
aceitação de ligações - O Sistema de
Comutação responsável pelo processamento das
chamadas e pelas funções relacionadas com os
assinantes - O Sistema da Estação Base
responsável por todas as funções relacionadas
com rádio - O Sistema de Suporte e Operação é
a unidade funcional a partir da qual o operador
de rede monitoriza e controla o sistema. Realiza
a gestão e as operações locais (regionais e
centralizadas).
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A Rede GSM
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Áreas da Rede GSM
A Rede GSM é constituída pelas seguintes áreas
geográficas
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Células GSM
É típico o uso de várias células pequenas
dentro de uma grande, operando em diferentes
frequências. As células pequenas vão suportar a
maioria do tráfego, enquanto que a grande vai
cobrir os buracos entre as pequenas.
Uma possível configuração de células
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Células GSM
As células podem ser classificadas de acordo com
a dimensão da sua cobertura
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Células GSM
Antenas GSM acima dos 40 de latitude, da
operadora TMN
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Células GSM
São aqui apresentados alguns dados da rede TMN, a
título de curiosidade - Número de CEBs em
Portugal à volta de 90 - Número de antenas
(ETBs) em Portugal à volta das 5500 -
Localização de algumas ETBs - 1 em Almada -
3 em Braga - 1 em Bragança - 1 em
Chaves - 4 em Coimbra - 3 em Faro - 4 no
Funchal - 3 em Leiria - 9 no Picoas (em
Lisboa) - 3 na Trindade (no Porto) - 1 em
Sto Ovídio (em Gaia) - ...
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Handover
Numa rede celular, as ligações rádio e fixas
necessárias não são permanentemente alocadas
durante toda a ligação. Handover é a comutação
entre diferentes canais ou células duma chamada
previamente estabelecida. Existem 4 tipos de
handover nos sistemas GSM, dependendo da chamada
ser transferida entre - canais da mesma
célula - células (ETB) controladas pelo mesmo
CEB - células controladas por CEB diferentes,
mas pertencendo ao mesmo CCSM - células
controladas por diferentes CCSMs. Os dois
primeiros são denominados handovers internos
porque só envolvem um CEB. Os outros dois tipos
são chamados handovers externos, uma vez que são
conseguidos pelos CCSMs envolvidos.
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A Interface Rádio
Método de acesso ao meio combinação entre
multiplexagem na frequência (FDMA-Frequency
Division Multiple Access) e no tempo (TDMA-Time
Division Multiple Access) FDMA atribui uma
frequência a cada utilizador TDMA permite que
vários utilizadores partilhem o mesmo canal -
Alocadas duas bandas de frequências de 225MHz de
largura de banda cada - uma na ordem dos
900MHz - outra na ordem dos 1800MHz - Usando
FDMA Cada banda de frequências de 25MHz é
dividida, em 125 frequências portadoras,
espaçadas umas das outras de 200KHz
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A Interface Rádio
- Usando FDMA Cada banda de frequências de
25MHz é dividida, em 125 frequências portadoras,
espaçadas umas das outras de 200KHz - Cada
Estação Base tem uma ou mais portadoras - A
alocação de frequências (25MHz) é feita tanto
para o sentido ascendente, como para o
descendente - Usando TDMA Cada frequência
portadora é depois dividida em 8 canais lógicos
(unidades de tempo) - Frame TDMA conjunto de
uma frame-temporal de cada um dos 8 canais - A
taxa de transferência total (8 canais)
270.833Kbit/s, tendo cada canal uma taxa de
transferência de 22.8Kbit/s
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Identificação
O mais importante no problema da identificação é
localizar na rede a posição geográfica da
EM. Existem quatro tipos de identificação -
Identificação de assinantes - Identificação de
áreas - Identificação de equipamento móvel -
Identificação de equipamento de rede
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Identificação de Assinantes
Cada assinante é identificado por um IMSI
(International Mobile Subscriber Identity). O
IMSI é composto pelo - MCC (Mobile Country
Code) - MNC (Mobile Network Code) - MSIN
(Mobile Subscriber Identity Number). Código que
identifica o assinante na rede. Estrutura do
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
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Identificação de Assinantes
Em conjunto com o IMSI, todos os assinantes de
redes móveis têm de ter um MSISDN (Mobile
Subscriber International ISDN Number), para que
possam ser alcançados a partir da rede de
telefones internacional. O MSISDN é composto
por - um CC (Country Code) - um NDC (National
Destination Code) - e um SN (Subscriber
Number). Estrutura do MSISDN (Mobile Subscriber
International ISDN Number)
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Identificação de Áreas
Áreas e células são identificadas usando LAIs
(Location Area Identification) e CGIs (Cell
Global Identifications). O CGI completo
identifica a célula a nível global. Estes
códigos são constituídos pelo - MCC (Mobile
Country Code) - MNC (Mobile Network Code)
- LAC (Location Area Code), que é um código que
identifica a área de localização - E, só no
caso do código de identificação das células
(CGI), o CI (Cell Identity), que identifica a
célula dentro da área de localização. Estrutura
do LAI (Location Area Identification) e do CGI
(Cell Global Identification)
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Identificação de Áreas
Cada Estação Base tem um código de identificação
que está constantemente a ser transmitido para o
canal de difusão para que as EM as possam
distinguir. Este código chama-se BSIC (Base
Station Identification Code). O BSIC é composto
pelo - NCC (Network Colour Code), que é um
código de 3 bits atribuído a cada operador de
rede para que a EM possa saber a que Estações
Base lhe é permitido o acesso - BCC (Base
Station Colour Code), que é também um código de 3
bits e é atribuído à Estação Base pelo operador
de rede. Estrutura do BSIC(Base Station
Identification Code)

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Identificação de Equipamento Móvel
Cada Estação Móvel é identificada pela IMEI
(International Mobile Equipment
Identification). O IMEI é constituída pelo -
TAC (Type Approval Code), que identifica o tipo
de equipamento móvel - FAC (Final Assembly
Code), que identifica o local do último assembly
da unidade - o SNR (Serial Number), que é o
número de série da unidade em questão - e o
dígito de reserva (spare), que é zero. Estrutura
do IMEI (International Mobile Equipment
Identification)
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Identificação de Equipamento de Rede
Apesar de cada Entidade do Equipamento de Rede
ter uma identidade, normalmente só pode ser
identificada através de outros códigos de
identificação - O RLR (Registador de
Localização de Residentes) só pode ser
identificado pelos primeiros dígitos do IMSI ou
do MSISDN - O CCSM (Centro de Comutação de
Serviços Móveis) e o RLV (Registador de
Localização de Visitantes) podem ser
identificados pelo MSRN - Para identificar o
RLV (Registador de Localização de Visitantes)
basta o LAI. O CCSM (Centro de Comutação de
Serviços Móveis), o CEB (Controlador de Estação
Base) e a ETB (Estação de Transciever Base) só
são identificados pelo CGI - É de referir que o
BSIC só identifica uma única Estação Base se
houver informação de como o BSIC foi obtido
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Especificações do GSM

• Bandas de Frequência
• por volta dos 900 MHz
• por volta dos 1800 MHz
• Separação de Canais 200 KHz
• Tipo de Modulação GMSK (Gaussian minimum Shift
  Keying)
• Taxa de Transferência Total 270 Kbps
• Método de Acesso FDMA/TDMA
• Codificador de Voz RPE-LPC (Regular Pulse
  Excited-Linear Predictive Coding)
• Taxa de Codificação de Voz 13 Kbps.

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Protocolos de sinalização em GSM
Estrutura de protocolos de sinalização em GSM
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Protocolos de sinalização em GSM
Os protocolos de sinalização em GSM estão
estruturados em 3 camadas gerais - Camada 1
camada física - Camada 2 camada de ligação de
dados - Camada 3 dividida em 3
subcamadas - subcamada 1 Gestão de Recursos
de dados, que controla o estabelecimento, a
manutenção e a terminação de canais fixos e de
rádio, incluindo handovers - subcamada 2
Gestão de Mobilidade, que gere procedimentos de
actualização de localização e registo, assim como
autenticação e segurança - subcamada 3 Gestão
de Conexão, que faz o controlo geral das chamadas
e gere serviços suplementares e SMS (Short
Message Service).
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Protocolos da Camada 1
TDMA/FDMA São protocolos para o acesso ao meio,
usando banda estreita. MTP (Message Transfer
Part) Protocolo usado nas camadas de transporte
do SS7 (Signalling System 7 sistema de
sinalização usado para controlo de
ligações). Este protocolo providencia fiabilidade
na transferência e entrega de mensagens de
sinalização.
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Protocolos da Camada 2
LAPDm (Link Access Protocol D-channel
modificado) Versão modificada do protocolo LAPD,
usado em ISDN para a ligação de dados. A versão é
modificada para a interface rádio. Ao contrário
do LAPD, não faz sincronização uma vez que na
interface rádio a sincronização é feita pelo
TDMA. SCCP (Signaling Connection Control
Protocol) Protocolo usado na camada de rede do
SS7. Este protocolo faz endereçamentos e
transferências de informação orientadas à
conexão.
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Protocolos da Camada 3
RR (Radio Resources Protocol) Este protocolo
lida com a alocação e libertação de canais rádioe
com os vários parâmetros do canal. É crucial no
estabelecimento de qualquer comunicação com as
EMs. MM (Mobility Management Protocol) Este
protocolo lida com a administração da localização
e dos handovers. CM (Circuit Mode Connection
Call Protocol) Este protocolo administra o
estabelecimento e a terminação das
chamadas. BSSMAP (Base Station System
Application Part) Este protocolo lida com as
mensagens internas da rede.
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Protocolos de sinalização em GSM
No sistema de comutação são ainda usados dois
importantes protocolos para sinalização o MAP e
o ISUP. Tanto um como o outro, usam os protocolos
de transporte do SS7 o MTP e o SCCP. MAP
(Mobile Application Part protocol) Protocolo que
é usado em toda a sinalização funcional entre o
CCSM, o RLV, o RLR e o RIE. O MAP inclui todos os
procedimentos de sinalização necessários para -
actualização de localizações - localização de
clientes - ... ISUP (ISDN User Part) Realiza
o estabelecimento das chamadas. Usa-se o ISUP
para se conseguir compatibilidade com redes
externas.
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Serviços para o Assinante

• Telefonia
• SMS (Short Message Services)
• Chamadas de Emergência
• DTFM (Dual Tone Multifrequency)
• Facsmile (através de um conversor de fax
  apropriado, entre o fax e o telefone)
• Radiodifusão de mensagens escritas
• Voicemail
• Redireccionamento de mensagens
• Barramento de chamadas (tanto da transmissão como
  da recepção)
• Chamada em espera
• Teleconferência (até seis assinantes)
• Identificação de chamadas.

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GPRS
O GPRS (General Packet Radio Service) foi
standardizado pelo ETSI como fazendo parte da
Fase 2 do desenvolvimento do GSM e representa a
primeira implementação da tecnologia de comutação
por pacotes em GSM, que é essencialmente uma
tecnologia de comutação por circuitos. Usando
GPRS consegue-se uma taxa de transferência de
dados até aos 115Kbit/s. Com a implementação do
GPRS os operadores GSM ganharão -
compatibilidade com a terceira geração de redes
móveis (usam comutação por pacotes) -
compatibilidade com redes TCP/IP e X.25,
permitindo assim ligações a um vasto número de
redes de dados públicas e privadas - capacidade
de acesso à Internet.
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Conclusões
Considerando - as possibilidades de expansão
apresentadas pelo GSM, tanto a nível geográfico
como a nível tecnológico, - as suas
características complexas e actuais - e os seus
baixos custos de manutenção, pode-se considerar
que preenche os requisitos para se tornar num
sistema de comunicações pessoais universal. De
facto, o GSM é usado como base para o
desenvolvimento do UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System). Avançando o quanto
antes para a implementação do GPRS reduz-se o
investimento necessário para fazer a transição
para a terceira geração de redes móveis.