Telekomunikace gsm
Download
1 / 59

TELEKOMUNIKACE GSM - PowerPoint PPT Presentation


  • 76 Views
  • Uploaded on

TELEKOMUNIKACE GSM. Martin Šrotýř [email protected] Agenda. NMT GSM GPRS EDGE UMTS. Co je NMT. NMT – Nordic Mobile Telephony (1 G) – Finsko, Švédsko, Norsko, Dánsko – vývoj 70.léta, první síť 1981 analogová buňková radiotelefonní síť

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' TELEKOMUNIKACE GSM' - kami


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Telekomunikace gsm

TELEKOMUNIKACEGSM

Martin [email protected]


Agenda
Agenda

NMT

GSM

GPRS

EDGE

UMTS


Co je nmt
Co je NMT

NMT – Nordic Mobile Telephony (1 G)

– Finsko, Švédsko, Norsko, Dánsko

– vývoj 70.léta, první síť 1981

analogová buňková radiotelefonní síť

umí přenášet nejen hlas ale i textové zprávy DMS (Data and MessagingService) – na základě dodatečného vývoje

klasická telefonie s přepojováním okruhů


Architektura nmt a pou it techniky
Architektura NMT a použité techniky

FM – frekvenční modulace

FDMA – Frequency Division Multiple Access

Vysílací pásmo ZS: 463-467,5 MHz

Vysílací pásmo MS: 453-457,5 MHz

Šířka kanálu: 25 kHz

Počet kanálů: 180


Nmt vs gsm
NMT vs. GSM

NMTGSM

analog. digital.

Šířka kanálu: 25 kHz 200 kHz

Počet uživatelů v 1 kanálu: 1 8

Max. přenosová rychlost: 0,4 kbps 76,8 resp.115,2 kbps

+ velké procento pokrytí území - velmi dobré šíření rádiových vln

- relativně nízká kapacita sítě

- žádné šifrování - snadný odposlech


Nmt u n s
NMT u nás

Frekvence: 450 MHz

Provozovatel: Eurotel

Rok spuštění: 1991

Rok ukončení: 2006

Dnes: datové přenosy CDMA


Co je to gsm
Co je to GSM

GSM - Global System for Mobile communications (2 G)

digitální buňková radiotelefonní síť

umí přenášet nejen hlas ale i textové zprávy SMS a data (fax, obrázky, internet, …)

klasická telefonie s přepojováním okruhů


Historie gsm
Historie GSM

  • V roce 1982 CEPT zakládá skupinu GSM (GroupSpecial Mobile)

    navrhnutý systém musel splňovat kritéria:

    • Kvalitní a bezpečný přenos lidské řeči

    • Nízká cena vybavení a služeb

    • Podpora mezinárodního roamingu

    • Frekvenční hospodárnost

    • ISDN slučitelnost

    • Efektivitu v budoucnosti

    • Kompatibilnost s ostatními systémy


Historie gsm1
Historie GSM

1988 - CEPT začal tvořit GSM specifikace

1989 - byla odpovědnost za standardizaci tohoto systému přesunuta na Evropský telekomunikační normalizační institut (ETSI)

1990 byla specifikace Phase 1 sítě GSM prohlášena standardem

1992 - první funkční GSM operátor “OyRadiolinja Ab” ve Finsku

1996 – první GSM síť v ČR (Eurotel)

1999 – první GPRS síť v ČR (Eurotel)


Etsi standardy gsm
ETSI standardy GSM

Phase 2

  • přidané specifikace

  • identifikace volaného a volajícího

  • přidržení a zaparkování hovoru

  • konferenční hovory

  • uzavřené skupiny uživatelů

  • rozšířené možnosti datových služeb

Phase 1

základní hlasové a faxové/datové služby

mezinárodní roaming

předávání a blokování hovorů

služba SMS

SIM karta a šifrování


Etsi standardy gsm1

Myšlenka

Vývoj

Implementace

Phase 2+

Phase 2

Phase 1

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

ETSI standardy GSM

Phase 2+

přidané specifikace

privátní číslovací plány

propojitelnost s jiným standardy mobilních sítí

více profilů služeb

vícenásobné číslo


Druhy gsm syst m
Druhy GSM systémů

GSM – 900 890 – 915 MHz 935 – 960 MHz

EGSM 880 – 915 MHz 925 – 960 MHz

GSM – 1800 1710 – 1785 MHz 1805 – 1880 MHz

DCS – 1800

GSM – 1900 1850 – 1910 MHz 1930 – 1990 MHz

DCS – 1900

PCS – 1900


Z kladn parametry gsm
Základní parametry GSM

Šířka kanálu: 200 kHz

Počet uživatelů v 1 kanálu: až 8


Pou it techniky
Použité techniky

FDD - Frequency Division Duplex

vytvoření duplexního páru (UPL/DWL)

TDMA – Time Division Multiple Access

využítí opakujícího se časového úseku – timeslotu (TS)

1 frekvence (kanál) = 8 TS

teoretický počet hovorů v jeden okamžik

GSM – 900 = 992 (868 ~ 7 TS)

EGSM = 1392

DCS – 1800 = 2992

DCS – 1900 = 2392


Bu kov s
Buňková síť

Možnost opětovného využití stejných

frekvencí po určité vzdálenosti.

Mezi buňkami využívajícími stejné

kanály musí být vzdálenost cca

pětinásobek ekvivalentního

poloměru buňky => sdružování

kanálů do pravidelně se opakujících vzorů tzv. clusterů (svazků)

Teoreticky stačí 7 frekvencí resp. 7 skupin radiových kanálů k pokrytí libovolného území.


Typy bun k
Typy buněk

Principem buňkové sítě (cellular network) je rozdělení území na tzv. buňky (cell). Buňkou nazýváme území pokryté jedním anténním systémem ZS.

Typy používaných buněk závisí na hustotě populace daného území:

  • pikobuňky (do 50 m) – pro místa s velkým provozem, obchodní zóny, městská zástavba, metro (DCS)

  • mikrobuňky (do 1 km) – pro místa s menším provozem, městská zástavba (DCS, GSM)

  • makrobuňky (max. 35 km) – pro místa s malým provozem, venkov (GSM)


Typy bun k1
Typy buněk

Všesměrové buňky

ZS má anténní systém vysílající všesměrově (typicky makrobuňky)

Sektorové buňky

jeden anténní systém obsluhuje několik (typicky 3) buněk (typicky mikrobuňky)


Sektorizace bun k
Sektorizace buněk

Princip sektorizace buněk představuje značnou úsporu


Architektura s t
Architektura sítě

Síť lze po technické stránce rozčlenit na 4 základní systémy:

  • Mobile Station (MS) - mobilní stanice

  • Base Station Subsystem (BSS) - subsystém základnových stanic

  • Network andSwitchingSubsystem (NSS) - síťový a spojovací subsystém

  • OperatingandMaintananceSubsystem (OMS) – subsystém řízení a údržby


Syst m ms
Systém MS

Mobilní stanice (MS) se skládá ze dvou částí:

  • Terminál - vlastní telefon

    • zabezpečuje „trvalé“ radiové spojení se systémem BSS

    • zajišťuje komunikaci s účastníkem a zprostředkovává realizaci služeb

    • provádí kódování a dekódování vysílaných a přijímaných informací

  • karta SIM (Subscriber Identity Module)

    • přináší nezávislost uživatele na konkrétním terminálu

    • zajišťuje autentifikaci a podílí se na šifrování


Syst m bss
Systém BSS

  • BTS (Base Transceiver Station)

    • radiové spojení s MS

    • modulaci a demodulaci signálu

    • kódování a opravu chyb

    • měření signálu

    • atd.

  • BSC (Base Station Controller) – Modul řídící několik BTS

    • funkce spojené s mobilitou účastníka

    • handover a rozložení účastníků na

      jednotlivých fyzických radiových kanálech

    • řízení výkonu stanic a time advance

    • atd.


Syst m nss
Systém NSS

Systém NSS je spojovací síť podobná síti ISDN.

  • MSC (Mobile Switching Centre) telefonní ústředna jakou známe z pevných sítí

  • MSC (Gateway MSC) zajišťuje spojení s vnějšími tlk. a datovými sítěmi



Syst m nss1
Systém NSS

HLR (Home Location Register) - centrální databáze účastníků

daného operátora

  • obsahuje IMSI (International Mobile Subscriber Identity)

  • MSISDN (Mobile Station ISDN Number) - telefonní číslo účastníka

  • adresu VLR, na které se právě účastník nachází

  • další pomocné údaje o účastníkovi (předplacené služby atd.)

    VLR (Visitor Location Register) databáze mobilních „návštěvníků“, kteří se momentálně nachází v oblasti působnosti daného MSC

    AuC (Authentication Center) je autentifikační centrum, které s použitím klíče z HLR ověřuje účastníka proti klíči v jeho SIM kartě

    EIR (Equipement Identity Center) je databáze všech telefonů

    umožňuje např. blokování telefonu po jeho zcizení


Syst m oms
Systém OMS

Je centrálním počítačovým systémem, který komunikuje s většinou prvků sítě GSM a umožňuje operátorovi jejich centrální správu a dohled nad jejich funkcí.

  • OMC (Operating and Maintanance Center)

    • okamžité řízení a údržba sítě spíše regionálního charakteru

    • realizuje rozhodnutí NMC

  • NMC (Network Management Center)

    • dlouhodobější řízení a plánování sítě jako celku (stahuje statistiky a měření)

    • kolektuje alarmy sítě

    • sledování zatížení a plánování rozšiřování kapacit


Datov slu by v gsm 2g
Datové služby v GSM (2G)

CSD - CircuitSwitched Data

  • nejstarší typ přenosu dat v GSM pracující na principu přepojování okruhů -> stejná priorita jako hovor

  • schéma 1+1 (1 TS pro upl a 1 TS pro dwl)

  • malé rychlosti 9,6 kbps resp. 14,4 kbps

    HSCSD - High Speed CircuitSwitched Data (2G/ 2,5G)

  • stejný princip jako u CSD -> stejná priorita jako hovor

  • sdružování TS + efektivnější využívání volných TS

  • možnost asymetrického přenosu dat

  • 18 tříd HSCSD - třída 6 2+2, 3+1


Csd vs hscsd
CSD vs. HSCSD

CSDHSCSD

obsazení celého kanáluobsazení celého kanálu

Možnost sdružování TS:

ne ano

Přenosová schémata (upl + dwl):

1+1 dle třídy možno až 8+8

Max. přenosová rychlost:

9,6 resp. 14,4 kbps 76,8 resp.115,2 kbps



Co je to gprs
Co je to GPRS

GPRS - General Packet Radio Service (2,5 G)

Paketový přenos dat v síti GSM

Snadná implementace – nutnost nových MS

Zvýšení přenosových rychlostí a kapacity

Sdílení kanálů pro HSCSD a GPRS

Hovor má přednost před daty


Gsm vs gprs
GSM vs. GPRS

GSMGPRS

obsazení celého kanálu paketový přenos

Ideální:

pro přenos hlasu a videa pro „burst“ přenosy

Platím:

za všechny mi přidělené kanály pouze tolik, kolik přenesu

Kapacita sítě - jeden kanál může využít:

1 účastník až 12 účastníků

Max přenosová rychlost:

76,8 kbps 171,2 kbps


Pou it techniky1
Použité techniky

  • modulace GMSK (Gaussovská modulace s minimálním zdvihem)

  • proměnná schémata přenosu - sdružování TS

    • 3+1, 2+2, 4+1, 3+2 apod.

  • alokace TS pouze při přenosu dat

  • 4 třídy kódování

    Třída přenosová rychlost uživatelská rychlost

    CS-1 9,05 kbps 6,7 kbps

    CS-2 13,4 kbps 10 kbps

    CS-3 15,6 kbps 12 kbps

    CS-4 21,4 kbps 16,7 kbps



Sgsn serving gprs support node
SGSN – Serving GPRS Support Node

Zařízení obsluhující GPRS provoz v GSM sítích (ověřování totožnosti, šifrování a tarifikace)

  • Supluje MSC

  • Je spojena s BSC

  • Počítá prošlá data pro následný billing

  • Konvertuje protokol sítě GSM do „IP“

  • Komunikace s GGSN na otevření požadavku o spojení zákazníka


Ggsn gateway gprs support node
GGSN – Gateway GPRS Support Node

Brána mezi GPRS sítí a Internetem

Routing dat do internetu nebo korporátních sítí

Routing paketů z externích sítí do MS

Kolektuje charging data a provozní statistiky

Přiděluje IP adresu na základě požadavku zákazníka, resp. nastavení v HLR


Co je to edge
Co je to EDGE

EDGE – Enhanced Data for GSM Evolution (2,5 G)

- někdy též označováno jako EGPRS (enhanced GPRS)

Paketový přenos dat v síti GSM

Zvýšení přenosových rychlostí a kapacity oproti GPRS

Hovor má přednost před daty


Pou it techniky2
Použité techniky

  • modulace 8-PSK

  • 9 tříd kódování

    • MCS-1 až MCS-9

  • proměnná schémata přenosu - sdružování TS

    • 3+1, 2+2, 4+1, 3+2 apod.

  • alokace TS pouze při přenosu dat


Edge vs gprs
EDGE vs. GPRS

  • GPRSEDGE

  • Přenosová rychlost v (1 TS): 22,8 kbps 62,9 kbps

  • Uživatelská rychlost (1 TS): 20 kbps (CS-4) 59,2 (MCS-9)

  • Max. uživatelská rychlost (8 TS): 160 kbps 473,6 kbps

  • Změna kódování

  • Náročná implementace

    (výměna BTS)

  • Vyšší rychlosti


Pr b h paketov ho datov ho spojen gprs edge
Průběh paketového datového spojení (GPRS/EDGE)

GPRS attach

PDP kontext

GPRS detach


Slu by poskytovan v gsm
Služby poskytované v GSM

  • Telefonie - klasické volání, 112, faksimilie

  • Datovéslužby - viz výše

  • SMS

  • MMS

  • VAS - informační služby (aktuality, sport, ekonomika, atd.)

    • uvítací melodie

    • distribuce pozadí, témat, her a melodií do MS

    • bankovní služby

    • navigační služby



Co je to umts
Co je to UMTS

UMTS – Universal Mobile Telecommunications System (3 G)

paketovývysokorychlostnípřenos dat

hovor / videohovor jsou data

větší kapacita než u GSM

možnost handoveru mezi UMTS a GSM

při přetížení GSM může převzít hovor UMTS síť


P sma umts
Pásma UMTS

párové pásmo 1920 – 1980 MHz

a

2110 – 2170 MHz

nepárové pásmo 1910 – 1920 MHz

a

2010 – 2025 MHz

šířkakanálu: 5 MHz


Pou it techniky3
Použité techniky

  • WCDMA – Wideband Code Division Multiple Access

  • FDD - Frequency Division Duplex

    • pro párové pásmo

      1920 - 1980 MHz (upl) 2110 - 2170 MHz (dwl)

  • TDD – Time Division Multiple Duplex

    • pro nepárové pásmo


Gsm gprs vs umt s
GSM + GPRS vs. UMTS

GSM + GPRS UMTS

Ideální:

pro přenos hlasu a dat pro vysokorychlostní přenosy

Plusy:

masovost a cena nové služby a aplikace

Mínusy:

rychlost cena

Pokrytí:

celoplošné místně (ostrůvky)

Přenosová rychlost:

max. 384 kbps až 2 Mbps


A rchitektura umts
ArchitekturaUMTS


A rchitektura umts1
ArchitekturaUMTS

UMTSGSM

Node-B BTS

RNC  BSC

Propojení UTRAN a stávající GSM sítě

Každé RNC (Radio Network Controller) se propojí s

  • SGSN – zařízení obsluhující GPRS provoz v GSM sítích

  • MSC, na kterých se provede upgrade


Node b
Node-B

Obsahuje rádiové přijímače a vysílače, anténní systém obsluhující jednu nebo více buněk a slouží jako jednotka, zprostředkující přenos dat mezi rádiovým rozhraním na jedné straně a pozemní fixní částí sítě na straně druhé.

  • Kódování fyzických kanálů

  • Modulace / Demodulace

  • Ochrana proti chybám

  • Vysílání / Příjem

  • Řízení výkonu


RNC

RNC

Node-B

Kontroluje a ovládá funkčnost několika základnových stanic Node-B. RNC má na starost přidělování rádiových kanálů a je důležitou jednotkou sledující a registrující mobilitu účastníka.

  • Řízení rádiových prostředků

  • Přidělování rádiových kanálů

  • Kontrola přístupu (zabezpečení)

  • Šifrování

  • Řízení handoveru

  • Řízení výkonu


Umts core network cn
UMTS Core Network (CN)

  • spojovací funkce (propojení účastníků, směrování paketů)

  • udržuje a aktualizuje důležité uživatelské informace (poloha, bezpečnost, účtování)

  • zajišťuje spojení do dalších sítí (ISDN, X.25, PSTN, Internet, ...)

    3 domény:

  • s přepojováním okruhů (CSD)

  • s přepojováním paketů (PSD)

    • pracuje na protokolu IP

    • firewall

  • Cell Broadcast



Datov slu by shrnut
Datové služby - shrnutí

Tarifikace za strávený čas

CSD - jeden kanál rychlost 9,6 kbit/s

HSCSD - spojení několika logických kanálů v síti GSM

- rychlost 43,2 kbit/s downlink, 14,4 kb/s uplink (3+1)

Tarifikace podle přenesených dat

GPRS - přenos dat po paketech

- rychlost teoreticky 172 kbit/s, reálně kolem 53,6 kbit/s

EDGE - zvětší poměr přenosu dat kanálu na 48 kbit/s, současně 8 kanálů

- rychlost teoreticky 384 kbit/s

UMTS - 384 kbit/s až 2 Mbit/s (rychle se pohybující účastníci 144 kbit/s)

- HSDPA až 14,4 Mbit/s


Datov slu by v voj po adavky
Datové služby – vývoj, požadavky

Rozvoj IT a multimediálních služeb zvyšuje požadavky na přenosové technologie

Dochází ke zrychlování tempa vývoje mobilních technologií

Nástup technologie 4. generace

Definice 4. generace dle ITU

rychlost stahování dat 100 Mb/s za pohybu a 1Gb/s v klidovém stavu


4 generace lte
4. generace - LTE

LTE – Long Term Evolution (3,9G)

  • downlink 172,8 Mbps, uplink 57,6 Mbps

    LTE Advanced (4G)

  • naplnění cílů ITU – downlink přes 1Gbps (teoreticky)

    Vývoj mobilních sítí z oddělené oblasti přepojování okruhů(CS) a přepojování paketů(PS) k jediné společné síti IP (využití VoIP)

    OFDM (Orthogonal Freqency Division Multiplexing)

  • Signál je vysílán na vícero nosných frekvencích a tím se zvyšuje jeho odolnost vůči rušení (interferenci).

  • Další využití OFDM: DVB –T, A DSL, PLC, WiMAX



Lte epc
LTE - EPC

EPC – Evolvent Packet Core

nová páteřní síť LTE na paketovém principu spojování

základ transformace IP technologií do mobilních sítí

podporuje přenos hlasu přes IP - VoIP


Lte v r
LTE v ČR

Problémy s nasazením technologie (rok 2012):

Kmitočtová pásma (1800, 1900, 2600MHz) – aukce (nutná změna zákona o e-komunikacích)

Koncová zařízení – dostatek zařízení na trhu

Finanční a technologická náročnost – přestavba sítí tel. operátorů (cca 60-140 Mbit/s na jednu základnovou stanici)


Aukce lte v r
Aukce LTE v ČR

Celkově firmy za získané frekvenční spektrum zaplatily:

  • Telefónica: 2,802 miliard korun

  • T-Mobile: 2,614 miliard korun

  • Vodafone: 3,113 miliard korun

  • Celkový zisk do státního rozpočtu: 8,529 miliard korun

    Další účastníci:

  • Sazka

  • Revolution Mobil




ad