2G ve 3G Teknolojileri - yildiz.edu.trsmakal/index_dosyalar/GSM.pdf · Operation and Support System (OSS-RC) 13.10.2010 TOLGA KÜÇÜKARSLAN 37. RBS • RBS , 3G ağında kullanıcının

2G ve 3G

Teknolojileri

TOLGA KÜÇÜKARSLAN

ĠSTANBUL, 2010

• TARĠHÇE

• ġEBEKE ALTYAPISI

• SĠSTEM ELEMANLARI

• ÇALIġMA ġEKLĠ

GSM

13.10.2010 2TOLGA KÜÇÜKARSLAN

TARĠHÇE


GSM Nedir?

• Global System for Mobile Communication’ın

kısaltmasıdır. Türkçesi, “Mobil ĠletiĢim Ġçin

Küresel Sistem" anlamına gelen cep telefonu

iletiĢim protokolüdür.

• GeliĢtirilmesinde Avrupa ülkelerinin öncü olduğu

bir sistemdir.

• Data ve ses transferi digital olarak yapılır.

• Kapsama alanları hücrelere bölünerek planlanır.


GSM ’in Ortaya Çıkışı

• 80’li yılların baĢında GSM çalıĢma grubu kurulduğunda,

Avrupa’da birbirleriyle uyumsuz 7 analog hücresel Ģebeke

bulunmaktaydı.

• Danimarka, Finlandiya, Norveç,Ġsveç

– NMT-450, NMT-900 (Nordic Mobile Telephone)

• Cihazlar Amerika ve Japonya’dan ithal ediliyordu.

• Amaç, tüm Avrupa ülkeleri için “ikinci nesil” olarak

adlandırılan tek bir standart belirlemekti.


Dünya Genelinde Kullanılan Mobil

ĠletiĢim Sistemleri

• GSM 900/1800 - Global System for Mobile Communication

– Avrupa’da GSM 900-1800 sistemleri kullanılmaktadır. Bu ülkelerde

transmisyonun 900 MHz ve 1800 MHz radyo frekansını kullanarak

yapılıyor olmasından dolayı GSM 900 ve GSM 1800 olarak

adlandırılmıĢtır.

• DCS 1800 - Digital Cellular System

– DCS 1800; Ġngiltere’de kullanılan mobil iletiĢim sistemidir. 1800 MHz

frekansı üzerinden iletiĢim sağlanır.

• PCS 1900 - Personal Communication System

– PCS 1900; Amerika’da kullanılan mobil iletiĢim sistemidir. 1900 MHz

frekansı üzerinden iletiĢim sağlanır.


Kablosuz Sistemlerin GeliĢimi

• 1G - 1980

• 2G - 1991– GPRS - 2000

– EDGE - 2003

• 3G - 2001– HSDPA - 2005

– HSUPA - 2008

• 4G


1G ve 2G• 1G

– Analog veri iletimi

– Ses taĢıma odaklı

– Hücresel sistem

– Enterferanslara dayanıklı değildir

– Ġsteyen her kiĢi, her 1G telefon görüĢmesini dinleyebilir

– Veri iletiĢimi gibi hizmetlere olanak tanımaz

• 2G– Sayısal teknoloji

– Daha yüksek ses kalitesi

– Daha büyük kapasite

– Sesi ve verileri Ģifreleme imkanı


ġEBEKE ALTYAPISI


• GSM 900

• GSM 1800

• GSM 1900

• GSM 1800 ve 1900’ün taĢıma kapasitesi daha yüksek

olduğu için genellikle ĢehirleĢmenin yoğun olduğu

bölgelerde kullanılır.

• GSM 1900 ise sadece Amerika BirleĢik Devletleri'nde

kullanılmaktadır.

• Bu üç sistem sırasıyla 900 Mhz, 1800 Mhz ve 1900

Mhz frekans bölgelerinde çalıĢmaktadır.

KULLANILAN FREKANS ARALIKLARI


Sistem GSM 900 GSM 1800 GSM 1900

Frekanslar

Yukarı Link

Aşağı Link

890 - 915 Mhz

935 - 960 Mhz

1710 - 1785 Mhz

1805 - 1850 Mhz

1850 - 1910 Mhz

1930 - 1990 Mhz

Dalga Boyu ~ 33 cm ~ 17 cm ~ 16 cm

Bant Genişliği 25 Mhz 75 Mhz 60 Mhz

Duplex Mesafe 45 Mhz 95 Mhz 80 Mhz

Kanal Aralığı 200 kHz 200 kHz 200 kHz

Kanal Sayısı 124 374 299

İletim Hızı 270 kbps 270 kbps 270 kbps

KULLANILAN FREKANS ARALIKLARI


Kanal Tipi Kanal Aralığı Örnekler

Simplex Tek yön FM Radyo, Televizyon

Half Duplex Çift yön / Tek taraflı Telsiz

Full Duplex Çift yön / Çift taraflı GSM Mobil Sistemler

• Kanallar

DownlinkUplink

890 915 935 960MHz

45 MHz

25 MHz 25 MHz

Duplex Mesafesi :

Bant Genişliği :

Duplex Mesafesi

GSM Frekans Bantları


• GSM ortak bir frekans/zaman bölmeli çoklu-eriĢim sistemi

kullanır(FDMA, TDMA).

• Varolan spektrum ardıĢık 200 KHz bandlara bölünür ve bu

bandların herbiri GMSK module edilmiĢ RF taĢıyıcıyı

destekler.

• Bu bandların herbiri de 8 TDMA zaman bölümünü

destekler.

• RF taĢıyıcıları hem yukarı-link hem de aĢağı link olarak

simultane iletiĢimi destekler(full-duplex).

GSM TaĢıyıcı Frekansları


HÜCRE

Baz İstasyonu

HÜCRE

Kapsam Alanı

HÜCRE


Makro Hücreler

Mikro Hücreler

Piko Hücreler

Yüksek

Düşük

HÜCRE


Frekansın Yeniden Kullanılması

C = k. N. M

C: toplam kanal sayısı

k : hücre başına tanımlı kanal sayısı

N: hücre grubu sayısı

M: frekans tekrarlanma sayısı


SİSTEM ELEMANLARI


ġEBEKE MĠMARĠSĠ

• BSS(Base Station Subsystem)

• SS(Switching System)

• OMC(Operation and Maintenance Center)


GSM ġEBEKE ELEMANLARI

BSS-Base Station Subsystem(Baz İstasyonu Sistemi) •BTS - Base Transceiver Station•BSC - Base Station Controller•TC - Transcoder

SS- Switching System(Anahtarlama merkezi)•MSC - Mobile Services Switching Center•VLR - Visitor Location Register•HLR - Home Location Register•AUC - Authentication Center•EIR - Equipment Identity Register

OMC-Operation and Maintenance Center(Operasyon ve Yönetim Merkezi)


MS (Mobile Station)

Mobil cihaz ve SIM kartından oluĢur.

SIM (Subcriber Identity Module -

Abone Kimlik Modülü)

SIM Kart aboneye iliĢkin 3 tip bilgi saklar

• SABĠT BĠLGĠLER

IMSI, abone onay Ģifresi

• GEÇĠCĠ ġEBEKE BĠLGĠLERĠ

TIMSI, Location Area Ġdentity

• SERVĠSLERE ĠLĠġKĠN BĠLGĠLER

Dil seçimi, telefon rehberi


BTS (Base Tranceiver Station)

(Baz Ġstasyonu)• Bir baz istasyonu kendisine bağlı hücreler içinde olan cep

telefonları ile bağlantı kurar.


BSC (BASE STATION CONTROLLER)

(BAZ ĠSTASYONU KONTROLÖRÜ)

- Baz Ġstasyonlarını denetler

- Cep telefonu konuĢma

baĢlatırken süreç kontrol eder

-Location update yapar

-Handover sürecini kontrol

eder

-Paging’i kontrol eder

-SinyalleĢme kanallarını

denetler

Base Station

Controller


• Servis hizmetlerinin yüklenmesi

• Diğer MSC'lerle ağ kurmak

• Kullanıcıların VLR'ye kaydı

• Bağlantı ve sinyal idaresi

• Sistem verileri, sistem kayıtları, ücretlendirme ve LOG verilerini kayıt etmek

• Güvenlik

• Diğer ağlara bağlantı kurmak (GMSC)

• Intra ve Inter-Handover'de BSC'lerinarasındaki geçişi sağlamak

BSC

BSC

MSC (Mobile Switching Center)

(Mobil Anahtarlama Merkezi)


HLR(HOME LOCATĠON REGĠSTER-Abone Bilgileri Kalıcı Veri Tabanı)

•HLR, ilgili MSC bölgesine ait bütün

abonelerin kullanıcı veri ve kimlik

bilgilerini saklar.

IMSI ( İnternational Mobile Subscriber

Number-Uluslararası Mobil Abone Kimliği)

Doğrulama parametreleri ve abonenin

kabul edilen bütünleyici servisleri gibi

kalıcı veriler

•VLR ile bilgi alışverişi

VLR(Visitor Location Register-

Geçici Kayıt Merkezi)

•VLR, her seferinde HLR'a sormadan aramanın

sağlanması için, HLR’dan gereken tüm bilgileri kopyalar.

•Abone ile ilgili geçici bilgiler yer alır(TMSI).

•Ücretlendirme, kısıtlamalar gibi bazı işlemler yapılır.


EIR( Equipment Identity Register - Mobil Telefon Kayıt Sistemi)

•EIR, GSM ağında kullanılan telefonların

IMEI numaralarını kontrol edip kendi bilgi

bankasıyla karĢılaĢtırır ve çalınmıĢ olup

olmadığına karar verir. Bunun sonucuna göre

telefonun ağa kaydına izin verilir veya

verilmez.

AUC (Authentication Center- Kimlik Belirleme Sistemi)

•AUC, cep telefonunun GSM ağına

kaydedilmesi için SIM karttaki-bilgileri

kontrol eder.

•Veritabanındaki bilgilere göre aboneye

ağa girebilmesi için izin verir veya

vermez.13.10.2010 25TOLGA KÜÇÜKARSLAN

OMC(Operation and Maintenance Center-Operasyon ve Yönetim Merkezi)

•Hata yönetim sistemi

•Konfigürasyon yönetim fonksiyonu

•Yazılım yönetim sistemi


ÇALIġMA ġEKLĠ


GSM Kanal Yapısı

• Trafik Kanalları

– TCH

• Kontrol Kanalları

– BCCH, FCCH, PCH, RACH


Location Update

MSC 1

BSC 2

BTS 2MSC 2

• CEP TELEFONU BCCH KANALINI DİNLER

• MSC İLE BAĞLANTI KURAR

• LOCATION UPDATE TALEBİ YAPAR

• LOCATION UPDATE ONAYI GELİR

• HLR’DA ABONE YER BİLGİSİ DEĞİŞİR

• YER BİLGİSİ YENİ VLR’A KAYDEDİLİR

BSC 1

BTS 1


Arama Kurulumu

Gateway MSC

HLR

SABĠT TELEFON

ŞEBEKESĠ


Arama SonrasıA-Number

MISISDN

KONUŞMA SÜRESĠ

B-NUMBER

FATURALAMA

SĠSTEMĠ

KONUŞMA DETAY KAYDI (CDR)


Handover

BSC (MSC)


Kısa Mesaj Servisi (SMS)

SMSCMSC 1

A-Number

B-Number MSC 2

Katma Değerli Servisler

MİLLİYETHSBC

HLR


3G - WCDMA


WCMDA

• WCDMA ağ yapısı

• WCMDA RAN(Radio Access Network)

• WCDMA Core Network

• WCDMA Frekans Spektrumu

• Çoklu EriĢim Teknikleri

• Veri Ġletimi

• Hücre Planlama


WCDMA AĞ YAPISI

• UE – User Equipment (Kullanıcı cihazı)

• Radio Access Network (Radyo EriĢim Ağı)

• Core Network (Omurga Ağ)

• External CS and PS Networks (DıĢ devre ve paket

anahtarlamalı ağlar)


WCDMA RAN

• WCDMA RAN, kulanıcı cihazı ile core network arasındaki bağlantıyı sağlayan erişim ağıdır.Aşağıdaki elemanlardan oluşur:

Radio Network Controllers (RNC)

RAN aggregators

Radio Base Stations (RBS)

Operation and Support System (OSS-RC)


RBS

• RBS , 3G ağında kullanıcının karĢılaĢtığı ilk arayüzdür.

• Aynı zamanda NodeB diye adlandırılır.

• RAN’a ilk bağlatının yapılmasını sağlar.

• Belirli frekans ve kod ile radyo sinyalinin yayılmasını sağlar.

• NodeB’ler RNC’ye bağlanır.


RNC

• RNC, kendine bağlı NodeB’lerin yönetiminden sorumludur.

• Radyo kaynaklarının yönetimini ve optimizasyonunu sağlar.

• Handover sürecine dahil olur.

• Hücre içerisinde güç kontrolünü sağlar.

• Scrambling/Spreading kodları üretir.


WCDMA CORE NETWORK YAPISI

• Core Network, veri alıĢveriĢinde paket anahtarlamalı ve devre

anahtarlamalı yapıyı kullanan elemanlardan oluĢur.


CORE NETWORK

• Core network paket ve devre anahtarlamalı servislere altyapı sağlayan destek nodlarından oluşur.Core network genel olarak aşağıdaki görevleri üstlenir:– Çağrı kurulumu– Mobilite yönetimi– Ücretlendirme– Abone datasının yönetimi– Servislerin kontrolü– Güvenlik

• Core network’teki destek nodları ise genel olarak şu şekilde sıralayabiliriz:– MSS – MSC Server– MGW – Media Gateway– HLR, VLR– SGSN – Serving GPRS Support Node– GGSN – Gateway GPRS Support Node


MGW

• Media Gateway’ler Core network’te önemli bir role sahiptir.

• BSC ve RNC’lerin sinyalleĢme linkleri MGW’ler tarafından kontrol

edilir.

• PSTN’e, diğer operatörlere ve diğer Ģirket networklerine bağlantı

MGW’lerde tanımlı sinyalleĢmeler aracılığıyla yapılır.

• MGW’ler saha çok abone datasının iĢlenmesinde rol alırlar.

• Networkteki sinyalleĢme ve trafik yükü MGW’ler tarafından yönetilir.


MSS• MSC Server’lar, MSC’lerin yerini

almıĢlardır.

• MGW’ler MSS’lere bağlanırlar.

• MSS’ler kullanıcı datasıyla ilgili bir

iĢlem yapmaz.

• Abone arama yapmak

istediğinde, bu istek MSS’e gelir

• MSS, HLR’da ve route

tablosunda gerekli kontrolleri

yaptıktan sonra, MGW’ye çağrı

için yol tahsis etmesini emreder.

• MGW gerekli yönlendirmeyi

yaptıktan sonra çağrı baĢlar.

• Ücretlendirme kısmı ise MSS’de

kontrol edilir.

•MSS’in genel görevleri:

• Çağrının kurulması

• Roaming yönetimi

• Handover yönetimi

• Güvenlik

• Ücretlendirme

• Numara taĢınılabilirliği

altyapısı13.10.2010 43TOLGA KÜÇÜKARSLAN

WCDMA UMTS SPEKTRUMU


ÇOKLU ERĠġĠM TEKNĠKLERĠ

• Mobil sistemlerde değiĢik çoklu eriĢim teknikleri kullanılmaktadır.

• WCDMA’de CDMA(Kod bölmeli çoklu eriĢim) tekniği

kullanılmaktadır.


FDMA• Frekans bölmeli çoklu eriĢim tekniğinde, her kullanıcıya

eĢit band geniĢlikli ayrı bir frekans tahsil edilir. Bu

sebeple frekans bandı verimsiz kullanılır.

• Bu teknik 1G sistemlerinde kullanılmıĢtır.


TDMA

• Zaman bölmeli çoklu eriĢim tekniğinde bir frekans kanalı sekiz eĢit

zaman aralığına bölünür.

• Her bir kullanıcıya bir zaman aralığı ayrılır.

• Bu sistemde zaman senkronizasyonu önemlidir.

• 2G networklerinde TDMA yapısı kullanılmaktadır.


CDMA

• Kod bölmeli çoklu eriĢim tekniğinde bütün kullanıcılar aynı frekansı

kullanır.

• Her bir kullanıcı datası sadece o kullanıcının çözebileceği bir kodla

kodlanır.

• Aynı frekans kullanımından dolayı kullanıcı verileri ağdaki bütün

kullanıcılar tarafından alınabilir.


VERĠ ĠLETĠMĠ

• WCDMA’de, dar band ses sinyali 5 MHz’lik bir kanala yayılır.

• Bunun için 2 iĢlem uygulanır:

– Ses sinyalini 5 MHz’e yayma

– Diğer abonelerle karıĢmaması için kodlama


SPREADING FACTOR• Verinin 5 MHz yayılması için Channelization Codes(Orthogonal Codes- CC

veya OC) şeklinde adlandırılan kodlar kullanılır.

• Bu kodlar downlink yönünde kullanıcı verilerinin birbirinden ayrılarak karışmamasını sağlar.

• Girilen verideki her bir bit CC ile çarpılır.İşlem sonucu otaya çıkan veri ‘chip’ dizisi olarak adlandırılır.

• Veri sembolü başına chip sayısı spreading factor olarak ifade edilir.


CC VE PN KODLARI

• WCMDA teknolojisinde, her bir vericiye farklı bir Pseudo Noise kodu

ve her bir data kanalına farklı bir CC kodu atanmıĢtır.

• Her bir CC ayrı bir kanalı tanımlar ve bu kodlar downlink yönünde

kanalları birbirinden ayırır; yani kullanıcıları ayırır.


PN KODLARI• CC kodları uplink yönünde kullanıcıları ayırmada kullanılamaz.

• Bu nedenle kullanıcıları ayırmada PN kodları kullanılır. Data kanallarını ayırmada ise CC kodları kullanılır.

• Her bir PN kodu farklı bir vericiyi tanımlar.


CC OLUġTURMA

• Farklı uzunluklardaki ortogonal kodlar “Walsh Tree” algoritması kullanılarak

üretilir.

• AĢağıdaki kod ağacı 1,2,4 ve 8 uzunluklu CC kodlarını göstermektedir.

• DüĢük SF kullanıldığı zaman, daha az sayıda kod üretilir. Bu daha az

sayıda kanal demektir.

• DüĢük SF sınırlı sayıda kanal ve yüksek veri hızı demektir.


KORELASYON VE SENKRONĠZASYON

• Vericiye giren bit OC

ile çarpılır ve gönderilir.

• Gönderilen bit dizisi

alıcıdaki OC ile çarpılır

ve toplanır.

• Çıkan sonuca göre

alınan veri doğrulanır.


HÜCRE PLANLAMA• WCDMA’de PN hücrelerde frekans planlamasının yerine PN kod

planlaması uygulanır.

• AĢağıdaki örnekteki 7 PN kodunun tekrar kullanımı planlanmıĢtır.


TEġEKKÜRLER

13.10.2010 TOLGA KÜÇÜKARSLAN 56

Documents

2G ve 3G Teknolojileri - yildiz.edu.trsmakal/index_dosyalar/GSM.pdf · Operation and Support System (OSS-RC) 13.10.2010 TOLGA KÜÇÜKARSLAN 37. RBS • RBS , 3G ağında kullanıcının