Introducción a la red de telefonía celular GSM-2G y Wimax-3G Parte-2

Programa Willay
Ing. Ronal Barrientos Deza
Introducción a la Red Inalámbrica
GSM/GPRS/EDGE
3 Interfaz Radio
Cusco, Febrero de 2008
PARTE - 2
Pontifica Universidad Católica del Perú

Programa WillayIng. Ronal Barrientos
Interfase Radio
Contenido (1)
 3.1 Introducción
 3.1.1 Tráfico y Señalización
 3.1.2 Mobile Station Status (GSM y GPRS)
 3.2 Canal Físico : Diagrama del Acceso Múltiple
 3.2.1 Frecuencias
 3.2.2 TDMA trama
 3.2.3 Normal Burst
 3.3 Canales Lógicos
 3.3.1 Mapping en Canal Físico
 3.3.2 Time-Division Multiplexing en Canal Físico
 3.3.3 Canal Mapping
 3.3.4 Timing Advance
 3.3.5 Búsqueda (CS and PS Paging)
 3.3.6 Acceso a la Red del usuario
 3.3.7 Canales Lógicos, recapitulativo

Interfase Radio
Contenido (2)
 3.4 Procesamiento de la Voz
 3.4.1 Tasa de un Canal Radio
 3.4.2 Transmisión Discontinua
 3.4.3 Modulación GMSK
 3.5 Técnicas de Salto en Frecuencia
 3.5.1 Frecuencia Hopping

Interfase Radio
3.1.1 Tráfico y Señalización
 TRAFICO :
INFORMACION, intercambio de Usuario-a-Usuario, Requiere de
recurso radio dedicado luego de la coneccion CS o PS.
En GSM, el TRAFICO PS o CS puede ser intercambiado entre
SPEECH y DATA
 SIÑALIZACION :
INFORMACION intercambios (en muchos casos sin el conocimiento del
usuario) entre el EQUIPO MOVILE y la RED
 Fuera de llamada :
 Durante llamada :

Interfase Radio
3.1.2 MS status: Acceso Radio
"Connected"
"Power Off"
Modo: Circuit Switching (GSM)
MS no
localizable
MS
localizable
“Idle"

Interfase Radio
3.1.2 MS status: Acceso Radio
"Idle"
Out of Time
data Tx o Rx
"Ready""Stand-by"
Modo: Packet Switching (GPRS)
MS no
localizable
MS
localizable

Interfase Radio
3.2.1 Canal Físico : las Frecuencias
Frecuencia
UPLINK
Banda
MS -> BTS
DOWNLINK
Banda
(BTS ->MS)
900 banda
extensión de bandad GSM
(2 x 25 MHz : 124 portadoras)
1800 banda
MHz
MHz
200 kHz
890
935
960
915
880 1710
1785
1805
1880
915
960
925
ARFCN

Interfase Radio
3.2.1 Canal Físico : las Frecuencias
UPLINK
Banda
MS -> BTS
DOWNLINK
Banda
(BTS ->MS)
1 BTS (3 portadoras)
Frecuencia spacing
45 MHz in 900,
95 MHz in 1800,
22
17
7 frecuencia
22
17
7
ARFCN
Frecuencia

Interfase Radio
3.2.2 Canal Físico : La Trama TDMA
1 BTS (3 portadoras)
TDMA trama = 4.615 ms
1 "CANAL" (en 1 dirección)
mismo "CANAL" (si bidireccional)
Eje de tiempo
Time slot (o ventana de burst)
1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70
1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70
22
17
7
22
17
7
Desplazamiento de tiempo entre
transmisor y receptor : 3 TS
Eje de frecuencia
UPLINK
Banda
MS -> BTS
DOWNLINK
Banda
(BTS ->MS)

Interfase Radio
3.2.3 Canal Fisico : Normal Burst
TDMA trama = 4.615 ms
CANAL
Eje temporal
Tiempo de guarda
Secuencia de aprendizaje
577 µs
Time Slot (TS) o Burst Periodo (BP)
1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 70
22
17
7
Burst
”Data” (114 bits)

Interfase Radio
3.2.3 Canal Fisico : Normal Burst
 Secuencia de Aprendizaje :
 Stealing Flags :
26 bits
"Stealing Flags"
S = 0
S = 1
57 bits 57 bits+
+
Tráfico (or Signalling out of call)
Señalizacion durante la llamada
Secuencia de aprendizaje
57 bits 57 bits

Interfase Radio
3.3.1 Canales Lógicos: Mapping en Canal Físico
Ejemplo : «Difusión"
frecuencia,downlink:
1 2 3 5 6 7TS
Frequency Correction
Timing synchronization
System information
Subscriber paging
Response to access request
Out of call signalling -> MSi
Power Control -> MSi
Traffic samples -> MSj
In call signalling -> MSj
BTS MS
FCCH
SCH
BCCH
PCH
AGCH
SDCCH
SACCH
TCH
FACCH
0 4
FCCH
BCCH
PCH
AGCH
SDCCH
SACCH
TCH
FACCH
SCH1
2
3
4
Traffic sample decoding
In call signalling receipt
Power Control
Out of call signalling receipt
Mobile presynchronization
Subscriber paging
Response to access request

Interfase Radio
3.3.1 Canales Lógicos: Mapping en Canal Físico
Uso de Canales Lógicos
En la transacción de la Red y el MS
SACCH FACCH
PCH RACH SDCCH + SACCHAGCH TCH / FACCH + SACCH
1 2 3 4 5

Interfase Radio
3.3.2 Time Division Multiplexing
0 1 2 3 4 5 6 7TS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 0 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 232425
Multitrama : 51 tramas (= 235 ms aprox.)
"TRAFICO" tipo Multitrama :
"SIÑALIZACION" tipo Multitrama :
1 TDMA trama = 120/26 # 4.615 ms
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 232425 0
Multitrame : 26 trames = 120 ms
GSM (Circuit Switching) - Voz
0

Interfase Radio
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 5051 0
Multitrama : 52 tramas (= 240 ms.)
52 trama - Multitrama pdch:
0 1 2 3 4 5 6 7TS
1 TDMA trama = 120/26 # 4.615 ms
GPRS (Packet Switching) – Data (1)
Block
0
Block
1
Block
2
Block
3
Block
4
Block
5
Block
6
Block
7
Block
8
Block
9
Block 10 Block 11
0

Interfase Radio
GPRS (Packet Switching) (2)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 5051 0
Multitrama : 52 tramas (= 240 ms.)
Block
0
Block
1
Block
2
Block
3
Block
4
Block
5
Block
6
Block
7
Block
8
Block
9
Block 10 Block 11
TFI: Temporary Flow Identifier:
Creada cuando una Data debe ser transmitida y hasta que toda la data sea transmitida
BSN: Block Sequence Number
Data Flow del Usuario BData Flow del Usuario A Data Flow del Usuario C
TFI 28 TFI 2 TFI 19
TFI =28
Data
BSN =21
TFI =28
Data
TFI =28
Data
BSN =22 BSN =23
TFI =28
Data
BSN =24
TFI =28
Data
TFI = 2
Data
BSN =25 BSN =12
TFI = 2
Data
BSN =13
TFI = 2
Data
TFI = 2
Data
BSN =14 BSN =15
TFI = 19
Data
BSN =75
TFI = 19
Data
TFI = 19
Data
BSN =76 BSN =77
0

Interfase Radio
3.3.3 Canal Mapping
TS
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
« Difusión » Frecuencia
otras
freuencias
FCCH + SCH + BCCH + PCH + AGCH
uplink dirección
downlink dirección
RACH
TS 0 :
TS 1 : 8 SDCCH/8 + 8 SACCH/8 En cada dirección
otros TSs: TCH (+ SACCH / FACCH) En cada dirección
BTS
Ejemplos : Número de frecuencias Número de TCH por canal ERLANGS (formula B, blocking 2%)
3 22 15
4 30 22
5 38 29

Interfase Radio
3.3.3 Canal Mapping
0 1 2 3 4 5 6 7
TS
0 1 2 3 4 5 6 7
”Difusión”
frecuencia
Other
frecuencia
(FCCH + SCH + BCCH) + (PCH + AGCH + RACH) + (4 SDCCH/4 + 4 SACCH/4)
TS 0 de la frecuencia difusión :
otros TSs: TCH + SACCH (+ FACCH))
BTS
Estructura del Multitrama en "Time Slot" 0 (BCCH) :
DOWNLINK (Multitramas of 51 tramas)
F = FCCH S = SCH B = BCCH C = CCCH (PCH or AGCH) R = RACH Dn/An = SDCCH / SACCH/4
UPLINK
F S B C F S F S F S -F SC C D0 D1 D2 D3 A0 A1
F S B C F S F S F S -F SC C D0 D1 D2 D3 A2 A3
R R R RR R R R R R R RR R R R R R RR R R R R RR RD3 A2 A3 D0 D1 D2
R R R RR R R R R R R RR R R R R R RR R R R R RR RD3 A0 A1 D0 D1 D2

Interfase Radio
3.3.4 Timing Advance
BTS
MS
Presincronizado
BTS
Tx
Rx
Tx
RxMS1
TS i
TS i
T.A. medido por la BTS
Access Burst
Tiempo de propagación de envio
BTS
Tx
Rx
Tx
RxMS1
TS i
TS i
(after TA)
- TA
Tiempo de propagación de envio
Tiempo de propagación de retorno

Interfase Radio
3.3.5 Paging del Usuario
BSC
La Red Conoce en tiempo real el LOCATION AREA (LA) en el cual el MS se desplaza.
Un LA puede cubrir varias células
El Paging Channel es utilizado para señalar “que hay una llamada a un MS”. El mismo
mensaje “Paging” es transmitido a todas las células en el LA (celulas marcadas).
Solo los MS en estado “IDLE” (pre-sincronizado) pueden responder al “Paging”.

Interfase Radio
3.3.6 Acceso a la Red del MS
 Un “access request” es siempre iniciado por el MS
(cuando un MS es solicitado, el proceso "paging" se pone en marcha).
 El canal lógico RACH es utilizado para transmitir el mensaje "canal REQUEST".
 El canal "random" elije de forma aleatoria un TS.
Existe el riesgo de colisión durante el acceso.
MS1
MS5
MS2 MS3 MS4 MS4
MS5
Si existe colisión, debe normalmente ser resuelto luego de una “pseudo-randon” espera .

Interfase Radio
3.3.7 Canal Lógico, recapitulativo
GSM (circuit switching) - Voz
Abreviación Nombre Tipo Rol/Informacion transmitida Burst forma
Frequency Correction CHannel MP --> MS Frec de sincronización y alineamiento Frequency
Synchronization CHannel MP --> MS Timing sincro - trama N° Sync
Broadcast Common CHannel MP --> MS Canal de difusión de info sistem Normal
Random Access CHannel PP <-- MS Acceso a la red (Channel request) Access
Paging CHannel PP --> MS Paging del Usuario (paging) Normal
Access Grant CHannel PP --> MS SDCCH Asignación del canal (Imm.Ass) Normal
Cell Broadcast Control CHannel MP --> MS Difusión mensaje corto (SMS) Normal
Notification CHannel MP --> MS Notificacion de acceso Normal
Señalización
(out of call)
Standalone Dedicated Ctrl CH. PP <----> Señalización Normal
Slow Associated Control CH. PP <----> Rep. medidas - P Contr. - Timing adv. Normal
Traffic / Full Rate CHannel PP <----> 13 kbit/s tráfico Normal
Traffic / Half Rate CHannel PP <----> 5.6 kbit/s tráfico Normal
Slow Associated Control CH. PP <----> Rep. medidas - P Contr. - Timing adv. Normal
Fast Associated Control CH. PP <----> Señal en llamasa Normal
Familia
FCCH
SCH
BCCH
Difución
Control
Dedicado
al tráfico +
señalizacion
(during call)
RACH
PCH
AGCH
CBCH
NCH
SDCCH
SACCH
TCH/F
TCH/H
SACCH
FACCH

Interfase Radio
3.3.7 Canal Lógico, recapitulativo
GPRS (data switching) - Data
NCH
Abbreviation Name Type Role/Info carried Burst format
Packet Broadcast Common CH. MP --> MS Difusión Normal
Random Access CHannel PP <-- MS Acceso a la Red (Channel request) Access
Packet Paging CHannel PP --> MS Paging del usuario (paging) Normal
Access Grant CHannel PP --> MS SDCCH asig de canal (Imm.Ass) Normal
Notification CHannel MP --> MS Notific. del canal Normal
Packet Data Transfer Channel PP <----> Normal
Packet Associated Control Ch. PP <----> Normal
Packet Timing Control Ch. PP <----> Timing advance Normal
Family
PBCCHBroadcast
PCCCH
pdch
PRACH
PPCH
PAGCH
PDTCH
PACCH
PTCCH
Acknowledge - Power Control
Data

Interfase Radio
3.4.1 Tasa de un Canal Radio
GPRS: DATA (CS)
 CS-1 : 8.8 Kbps (por TS)
EDGE: DATA (MCS)
 MCS-1 : 8.8 Kbps (GMSK)
 MCS-5 : 22.4 Kbps (8PSK)
 MCS-6 : 29.6 Kbps (8PSK)
 MCS-7 : 44.8 Kbps (8PSK)
 MCS-8 : 54.4 Kbps (8PSK)
 MCS-9 : 59.2 Kbps (8PSK)
GSM : VOZ
 FR/EFR : 13 Kbps / 12.2 Kbps
 HR : 5.6 Kbps
 AMR : from 4.75 to 12.2
 Data : maximum 14.4 Kbps
FR : Full Rate
EFR : Enhanced Full rate
HR : Half rate
AMR : Adaptive Multi-Rate (variable speech coding rate)
CS : Coding Schemes
MCS : Modulation and Coding Schemes (MCS)

Interfase Radio
3.4.1 Generación de un Canal Radio - AMR
Multi-Tasa Adaptativo AMR (Adaptive Multi-Rate)
Codificaión del canal = protección de vozCodificaión de voz = información de voz
Condición de
Radio media
Condición de
radio pésima
Condición de
radio ideal
Benefices del AMR:
En función de las condiciones radio de la célula, aumenta la calidad de voz durante las
conversaciones.
Solo los MS que soportan el AMR son beneficiarios
NSS debe integrar este modo
Modos del Codec
HR : 6 posibles tasas : 4.75, 5.15, 5.9, 6.7, 7.4, 7.95 Kbps
FR : 8 posibles tasas : 4.75, 5.15, 5.9, 6.7, 7.4, 7.95, 10.2, 12.2 Kbps

Interfase Radio
3.4.2 Transmisión Discontínua (DTX)
 Obligatorio en el MS y la BTS en el sentido uplink:
 DTX (Transmisión Discontinua ) : (~ 500 bit/s) durante el silencio
 VAD (Voice Activity Detection): Mide la Energía de la señal permitiendo detectar los
instantes de silencio (ni voz ni tonalidad), filtro adaptativo del lado transmisor
 Genearacion de la Bulla de Confor : Reconstituye la ”background noise” en
recepción,
SS S S S S S S S S
480 ms
BTS
TRAU --> BTS
MS <--> BTS
Voz
Silencio
SID trama
TRAU
MS
...……...

Interfase Radio
3.4.3 Modulación GMSK
/2
t
0-Tb
(t)
Tb
MSK
Tb/2-Tb/2
GMSK
dB
0
-10
-20
-30
-70
0 100 200 300 400-100-200
kHz
200
KHz

Radio Interface
3.5.1 Frecuencia Hopping
0 1 2 3 4 5 6 7
TS
Frecuencia
de difucion
Otras
frequencies
FCCH/ SCH/ BCCH/ CCCH
SDCCHNo Hopping
TS0 : Hopping sobre 4 frecuencias TS3 : Hopping sobre 5 frecuencias

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