Teoria Wireless Communication

GSM: Seconda generazione comunicazione radio mobile (2G)

E' basato su tecniche digitali, ma ancora orientato a supportare dei servizi telefonici mobili. Ha dei canali logici per supportare i servizi per i dati, ma con un bit-rate limitato. L'architettura del GSM è composta da 4 sottosistemi:

1. Terminale usato dal cliente per accedere alla rete
2. Sottosistema Stazione Mobile (MS): telefono cellulare GSM contiene nel suo hardware un codice indelebile che serve a identificarlo, cioè l'International Mobile Equipment Identity (IMEI). Esso viene memorizzato nel telefono direttamente dal costruttore.
3. Un telefono cellulare non può essere usato senza una SIM Card, sulla quale sono memorizzati tutti i dati relativi al cliente radiomobile; questi dati nei sistemi cellulari analogici normalmente venivano memorizzati all'interno del telefono.
4. La SIM Card dispone di una memoria seriale e di un microprocessore in grado di eseguire alcuni algoritmi (Encryption algorithms).

La SIM contiene le informazioni necessarie per l'accesso alla rete GSM e per l'identificazione del cliente.

1. radiomobilecambia Location Area (LA)o HLR Number per poter identificare l`HLR responsabile
2. Stato della MS (spenta, non raggiungibile....)
3. servizi supplementari sottoscritti
4. Location Area Identity, LAI controllata dal MSC/VLR nella quale area di competenza la MS si trova momentaneamente

L`HLR memorizza costantemente i dati relativi alle MS che si trovano nella rete. Principalmente l`HLR memorizza la posizione attuale di ogni MS e i servizi supplementari sottoscritti. Ogni HLR è identificato dalla HLR Number. La HLR Number viene inviata ai VLR interessati e permette ad ogni VLR di identificare l`HLR di ogni MS che si trova momentaneamente nella sua area di competenza. Normalmente ogni rete dispone di un HLR centrale e di un VLR per ogni MSC.

L`HLR memorizza i seguenti dati:

• International Mobile Subscriber Identity, IMSI: L`IMSI è memorizzata sulla SIM e identifica un cliente radiomobile in tutte le reti
• Mobile Station ISDN Number, MSISDN: il numero telefonico del cliente

Servizi supplementari sottoscrittio VLR Number per identificare il VLR responsabile

Le funzioni principali di un HLR sono:

• localizzazione della MS, per questo dialoga con il VLR responsabile
• sicurezza, dialoga con l'AuC e con il VLR
• instradamento delle chiamate, dialoga con il GMSC
• tariffazione
• gestione dei servizi supplementari

L'AuC memorizza gli algoritmi di autentificazione che sono stati assegnati alle MS. L'AuC controlla anche se il servizio è stato richiesto da una MS autorizzata. L'AuC produce parametri che vengono poi inviati al HLR e al VLR per l'autentificazione. Il meccanismo di autentificazione verifica la leggittimità della SIM senza trasmettere i dati personali come l'IMSI sul canale radio. L'autentificazione avviene quando la MS effettua o riceve una chiamata, quando fa un Location Update o quando attiva o disattiva servizi supplementari.

L'AuC memorizza le seguenti informazioni:

• IMSI
• Ki Individual Subscriber Autentication Key
• TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity

Identityo LAI Location Area Identityo RAND generatoreo algoritmi A3 e A8

Ogni telefono cellulare GSM contiene nel suo hardware un codice idelebile memorizzato direttamente dalcostruttore, l'IMEI International Mobile Equipment Identity. Quando una MS si registra invia alla rete anchel'IMEI che viene memorizzata nel registro EIR. Il registro EIR associa ogni IMEI ad una delle seguenti treliste:

1. White List: Questa lista contiene le IMEI di tutti i terminali autorizzati
2. Black List: Questa lista contiene le IMEI di tutti i terminali non autorizzati. Questi telefoni troveranno sbarramenti in tutte le reti. In questa lista sono ad esempio contenuti i terminali rubati
3. Grey List: Questa lista contiene le IMEI di tutti i terminali momentaneamente non autorizzati perché si trovano in fase di riparazione o perché la versione software è troppo vecchia

Quando una MS prova ad accedere alla rete l'MSC verifica con l'aiuto del EIR se l'IMEI della MS che richiede l'accesso è

Contenuta bella Black- o Grey List. Un EIR è sufficiente per controllare tutte le MS attive nella rete. In futuro è prevista l'interconnessione di tutti gli EIR per evitare l'utilizzo di terminali rubati in tutte le reti GSM. Quando un cellulare rubato prova a registrarsi in una rete GSM, l'operatore può identificare la SIM card e l'area di chiamata da dove avviene la richiesta anche senza lasciar accedere la MS nella rete. Tutte le chiamate dirette a utenti di rete fissa oppure di rete mobile di altro operatore passano attraverso un MSC speciale, detto Gateway Mobile Switching Center, GMSC. Il GMSC è il punto di collegamento della rete GSM con altre reti. Quando ad esempio un cliente di rete fissa chiama un cellulare GSM, la chiamata viene subito inoltrata al GMSC. Il GMSC entra in contatto col HLR che identifica la posizione attuale della MS e quindi l'MSC responsabile. La chiamata viene poi passata dal GMSC al MSC responsabile.

Sottosistema di manutenzione (OMSS = OMC + ...)

NMC): Controlla il coretto funzionamento della rete. È suddiviso in "Operation and Maintenance Centre" ed in "Network Management Centre". L'OMC permette all'operatore di controllare la funzionalità di una parte della rete (alcuni MSC). Le funzioni principali sono:

• gestione della rete
• gestione della sicurezza
• configurazione della rete
• gestione dei lavori di manutenzione
• lista di tutte le chiamate effetuate dal cliente radiomobile, per la boletta

Il controllo della rete GSM può essere centralizzato in uno o più NMC. L'NMC coordina tutti gli OMC presenti in rete.

Interfaccia Radio GSM

Bande di frequenza:

1710-1785 MHz 1805-1880 MHz

Criterio di accesso multiplo: Viene utilizzato un criterio ibrido di FDMA/TDMA. La spaziatura in frequenza avviene ogni 200 KHz, quella nel tempo avviene considerando 8 time-slots da 577 μs (in cui il burst dei dati è di 546 μs). Dunque l'accesso multiplo viene garantito da un frame FDMA da 200 KHz ed un frame TDMA da 4.6 ms, permettono di avere 8 diverse chiamate vocali su un singolo frame contemporaneamente.

200KHz 5o Multiframe a 26 frame: chiamato multiframe per il traffico, composto da 26 frames per una durata di 120 ms; di questi 24 vengono utilizzati per il traffico, mentre i due di avanzo per il controllo (13° e 26° frame). Una cella allocata come canale di traffico, seguirà questo standard composto da 12 frame normali, 1 SACCH (controllo), 12 frame normali, 1 frame vuoto.

o Multiframe a 51 frame: chiamato multiframe di controllo, composto da 51 frame per una durata di 235,4 ms. Questo tipo di multiframe è diviso in

Un cellulare a cui è assegnato lo stesso slot in entrambe le direzioni non trasmette e riceve contemporaneamente. Ciò riduce considerevolmente la necessità di costosi filtri per isolare il trasmettitore dal ricevitore. Fornisce anche un risparmio di spazio.

Controllo di Potenza GSM

Il controllo della potenza fornisce un adattamento della potenza di trasmissione sia per un MS che per una BTS, al fine di soddisfare uno specifico obiettivo in ricezione che garantisce un dato requisito di qualità; il controllo ed il monitoraggio della potenza risulta necessario, in quanto lavorare con una potenza maggiore induce un aumento dell'interferenza verso altri collegamenti. Un criterio di controllo è quello della trasmissione discontinua (Discontinuous-Tx, DTX), che si basa sul trasmettere dati solo quando è necessario.

Pro: si riducono (i