60
Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil hálózatok (GSM) Takács György

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

1

Infokommunikációs rendszerek --Kommunikációs rendszerek alapjai

6. előadásMobile telephone networks

Mobil hálózatok (GSM)

Takács György

Page 2: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

2

http://www.gsacom.com/news/statistics.php4

Page 3: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

• 2 billion people have no healthy tap water

• 1 billon of them has mobile phoneKomm. rendsz. 6. előadás 2011.

október 17.3

Page 4: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

4

Page 5: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

5

Page 6: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

6

Page 7: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

7

Page 8: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

8

In HUNGARY

Page 9: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

9

Page 10: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

10

Key success factors of GSM

In USA• No USA level decision on

applied technology• Concept: the competition

is only way to select best technology

• AMPS, DAMPS, GSM, UMTS work parallel

• State level service licences

IN Europe• Europe-wide specification

and standardization in the first step

• Service licences and frequencies for standard systems only

• Free competition in the terminal market

• Regulated service market

Page 11: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

11

GSM - The Wireless Evolution

• The Wireless Evolution is achieved through the GSM family of wireless technology platforms - today's GSM, GPRS, EDGE & 3GSM.

Welcome to the wireless evolution where you will find a wealth of information on the GSM family of wireless communications. GSM is a living, evolving standard - growing and adapting to meet changing customer needs.

It is the basis of a powerful family of platforms for the future - providing a direct link into next generation solutions including GPRS (General Packet Radio Services) EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) and 3GSM.

Page 12: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

12

cdma2000cdmaOne

2G 2.5G 3G

IMT-2000 capable systems

GSM GPRS

WCDMA

EDGE

TDMA

PDC

Útban a harmadik generáció felé

Page 13: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

13

Az EDGE vajon mi?• GSM = Global System for Mobile Communication• GPRS = General Packet Radio System• EDGE = Enhanced Date rates for GSM Evolution

• Harmadik generációs sebességek második generációs (GSM) spektrumban

• Az EDGE felgyorsítja a GSM-et…

GSM

9.6 kbpsHSCSD

57.6 kbps GPRS

160 kbpsEDGE

473.6 kbps

Da

ta r

ate

s

3G – 384 kbps

CS 1 TS CS 4 TSs PS 8 TSsCS4

PS 8 TSsMCS9

WCDMA

Page 14: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

14

GPRS

EGPRS = GPRS + EDGE moduláció

Page 15: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

15

GSM specification items• Voice oriented services• Separation of terminal and subscription• Europe-wide international roaming• Low bit-rate speech coding• High bandwidth utilisation• Low power consumption in inactive mode• Standards for system concept and air interface• No direct call number information on air interface• Encrypted speech coding on air interface• Authentication process• Handover up to 200km/h (car-phone or hand-held in train)• Outdoor and indoor coverage

Page 16: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

16

Basic figures of the GSMStandards

Page 17: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

17

Comparison of wireline and wireless systems

Page 18: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

18

GSM network components

Authentication CenterVisitor Location RegisterHome Location RegisterEquipment Identity Register

Mobile services Switching Center

Gateway MSC

Base Station ControllerBase Transceiver StationNetwork Management CenterOperation and Maintenance Center

Mobile Station

Page 19: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

19

Switching System Components

Home Location Register (HLR) Centralized network database for Subscriber identitySubscriber supplementary servicesSubscriber location informationSubscriber authentication information

Visitor Location Register (VLR)Information about subscribers located in an MSC service area (a copy of HLR information)

Roaming into a new MSC service area the actual MSC request information from the subscriber’s HLR.

The AUC is to authenticate subscribers attempting to use a networkEquipment Identity Register (EIR)

Database to block calls from stolen, unauthorized or defective MSs.

Page 20: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

20

Base Station System (BSS) componentsBase Station Controller (BSC)

Manages all the radio related functions of the networkMS handoverRadio channel assignmentcollection of cell configuration dataControlled by MSC

Base Transceiver Station (BTS)control the radio interface to the MSComprises transceivers and antennasControlled by BSC

Page 21: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

21

Network Monitoring Centers

Operation and Maintenance Center (OMC)

a computer system

connected to MSCs and BSCs via data links

presents information on the status of the network

Can control system parameters

For short term, regional issues

Network Management Center (NMC)

Centralized Control of a network

For long term system wide issues

Page 22: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 22

Mobile Station (MS)

• Used by mobile subscriber to communicate with the network

• Consist of mobile terminal and Subscriber Identity Module (SIM)

• Subscription is separated from the mobile terminal

• Subscription information is stored in a „smart card”

• Hand-held MS, Car-installed MS

Page 23: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

23

Ranges for different type of MSs

Page 24: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

24

GSM network components

Authentication CenterVisitor Location RegisterHome Location RegisterEquipment Identity Register

Mobile services Switching Center

Gateway MSC

Base Station ControllerBase Transceiver StationNetwork Management CenterOperation and Maintenance Center

Mobile Station

Page 25: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

25

GSM Geographic Network Structure

• CELL: area of radio coverage by one BS antenna system, assigned to specific number (Cell Global Identity)

• Location Area (LA): Group of cells, the identity of LA stored in VLR

• PLMN Service area: set of cells served by one network operator (e.g. PANNON)

• GSM Service Area: geographic area in which a subscriber can gain access to a GSM network (e.g. Europe)

Page 26: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

26

Cell

Page 27: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

27

Location Area (LA)

Page 28: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

28

GSM Geographic Network Structure

Page 29: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

29

MS states

• Idle: the MS is ON but a call is not in progress

• Active: The MS is ON and a call is in progress

• Detached: The MS is OFF

Page 30: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

30

Idle key terms

• Registration: MS informs a network that it is attached

• Roaming: MS moves around the network in idle mode

• International Roaming: MS moves into a network which is not its home network

• Location Updating: MS inform the network when enters in new LA

• Locating: BSC function to suggest connection to another cell based on MS measurement reports

• Paging: The network tries to contact an MS by broadcasting message containing MS identity

Page 31: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

31

Active key terms

• Handover: Process, where a call is switched from one physical channel to another, while MS moves around

Page 32: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

32

MS registration

• MS power ON

• MS scans for control channel frequencies

• MS measures signal levels and records it

• MS tunes to the strongest frequency

• MS register to the network

• Network update the MS status to idle

• Network store location information

Page 33: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

33

MS sending power control

Page 34: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

34

MS roamingThe idle MS moves thorough the network, scan the control channels, tune to the strongest channel, in new LA inform the network of its new location

Page 35: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

35

The MSISDN

CC Country Code (36 for Hungary)NDC National Destination Code (20 for PANNON)SN Subscriber Number (e.g. 9888444)

Page 36: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

36

IMSI -TMSIMCC Mobile Country CodeMNC Mobile Network CodeMSIN Mobile Station Identification Number

Stored in SIM, HLR, VLR

Temporary IMSI numberKnown to MS at registrationLocal significanceWithin MSC8 digits

Page 37: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

37

IMEITAC Type Approval CodeFAC Final Assembly CodeSNR Serial Number

Page 38: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

38

Mobile Station Roaming Number (MSRN)

CC Country Code (36 for Hungary)NDC National Destination Code (20 for PANNON)SN Service Node

Page 39: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

39

Local Area Identity (LAI)

LAC Location Area Code

Page 40: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

40

Cell Global Identity (CGI)

CI Cell Identity

Page 41: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

41

Network Station Identity Code (BSIC)

NCC Network Colour CodeBCC Base Station Colour Code

Page 42: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

42

Call to an MS

Page 43: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

43

Call to an MS

1. Call entering to GSM network is routed to the nearest GMSC

2. The GSM analyse the MSISDN to find the HLR (subscriber registered in) The MSC/VLR address is stored in HLR, the IMSI is stored in HLR

3. The HLR send request to an MSRN to the MSC/VLR included in the message the IMSI

4. The MSRN is returned via HLR to the GMSC

Page 44: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

44

Call to an MS

Page 45: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

45

Call to an MS

5 The GMSC routes the call to the MSC/VLR by MSRN

6 The MSC/VLR retrieve the Ms’s IMSI

7 Using IMSI MSC identifies LA

8 The MS is paged in cells in the LA

9 MS responds, authentication, cipher mode setting, IMEI check are carried out

10 Traffic channel connected from MSC to BSC and the BTS

Page 46: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

46

Call to an MS

Page 47: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

47

Call from MS

Page 48: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

48

Call from MS1. Call start with a signalling channel using

RACH (Random Access Channel)

2. MS indicates request, IMSI is analyzed, MS marked busy in The VLR

3. Authentication is performed by MSC

4. Ciphering is initiated, IMEI validated

5. MSC receives a setup message from MS (including B number)

Page 49: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

49

Call from MS

Page 50: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

50

Call from MS

6 Link established between MSC and BSC to assign traffic channel

7 call confirmation

8 Call accepted

Page 51: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

51

Call from MS

Page 52: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

52

Basic Handover

Page 53: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

53

Basic Handover

1. BSC send handover-required message to the MSC

2. The MSC ask the target MSC to assist. The Target MSC allocates a handover number that reroutes the call.

3. A handover request is sent down to the new BSC

4. The BSC tells the new BTS to activate a TCH

5. The MSC receives the information about the new Traffic CHannel

Page 54: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

54

Basic Handover

Page 55: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

55

Basic Handover

6. The MSC passes info on new TCH from new BSC

7. A speech path to the new MSC is set up.

8. A handover command goes to the MS with frequency and time slot data in the new cell.

9. The MS sends handover burst on the new TCH

10. The target MSC is informed that the handover successful

11. A new path in the Group Switch is set up.

Page 56: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

56

Basic Handover

Page 57: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

57

The GSM Voice Coder

Page 58: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

58

The original signal, the predicted signal, and the long term predictor output signal

Page 59: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

59

The GSM Speech Signal Processing

Page 60: Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17. 1 Infokommunikációs rendszerek -- Kommunikációs rendszerek alapjai 6. előadás Mobile telephone networks Mobil

Komm. rendsz. 6. előadás 2011. október 17.

60

Today’s SolutionsServices

Access Transport & Switching Networks

CA

TV

PL

MN

PS

TN

/ISD

N

Da

ta/IP

Ne

two

rks

PL

MN

PS

TN

/ISD

N

Dat

a/IP

Net

wo

rks

CA

TV

Services/Applications

Connectivity

Future Solutions

Network development trends