Rețele de telefonie mobilă GSM [610389]

1

Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Rețele de telefonie mobilă – GSM

Prof. Coordonator: Mocanu Bogdan
Studenți : Com ănescu Cristina -Adelina
Crantea Ionela -Emilia
Popa Darius -Ștefan
Popescu Mircea -Andrei
Echipa: 18
Grupa: 443C

2
Cuprins

1. Istoria GSM -ului………………………….. ………………………… 3
2. Arhitectura intern ă a rețelei GSM ………………………….. 5
Tipuri de handover ………………………….. ………………. 9
3. Interfe țele GSM ………………………….. ……………………….. 11
4. Benzi de frecvență utilizate în GSM ………………………. 13
5. Tehnici de acces multiplu ………………………….. ………….. 14
6. Realizarea unui apel ………………………….. …………………. 16
7. Bibliog rafie ………………………….. ………………………….. ….. 17

3

1. Istori a GSM -ului

1G – prima generaț ie de tehnologie wireless prezenta o serie de dezavantaje care a făcut necesară
evoluția sistemului de telecomunicații pentru reț eaua de telefonie .
Tehnologia 1G folose a semnale analogice pentru transmitere a de voce ceea ce duce la apariția
unor interferențe și calitatea redusă a vocii. De asemenea, durat a de viață a bateriei telefo anelor mobile
era afectată . O altă problemă majoră era securitatea apelurilor vocale, vocea nefiind criptată iar
apelurile care erau redate î n turnurile radio puteau fi interceptate de alte per soane. Roamingul nu era
permis ș i utilizatorii nu aveau nici acces la internet.

GSM – Global System for Mobile Communications (Sistem Global pentru Comunicaț ii Mobile)
reprezintă cea de -a doua rețea de telecomunicații mobile dezvoltată astfel:
• 1982 – a fost lansat inițial în Europa ca o inițiativă a CEPT – The European Conference of
Postal and Telecommunic ations Administrations (Conferința Europeană a Administ rării
Serviciilor Poștale și de Telecomunicaț ii). S-a decis utilizarea frecvenț elor din banda de 900
MHz
• 1985 – după 3 ani de discu ții s-a luat decizia ca sistemul ce va fi elaborat să fie unul digital
• 1987 – s-a decis ca modul de transmisie să fie TDMA (Time Division Multiple Access)
• 1990 – sistemul implementat a apărut în 13 ță ri europene
• 1991 – GSM -ul a fost lansat oficial

Marele avantaj al generației 2G este convertirea vocii î n semnal digital. Acest lucr u a redus
semnificativ perturbaț iile din timpul apelurilor de voce și a făcut mult mai ușoară prelucrarea
semnalelor. [1]

4

GSM a cunoscut un su cces fără precedent datorită noutăț ilor aduse care vor fi prezentate in
Tabelul 1.1 :

Teleservicii Telefonie normală -posibilitatea de a iniția/ recepționa convorbiri către/
de la alți abonați ficși/ mobili din î ntreaga lume (serviciul de roaming)
Furnizarea de servicii de date precum SMS (Short Message Service) ș i
MMS ( Multimedia Message Service)

Criptarea apelurilor
Telefax
Servicii de urgență ( abonatul inițiază un apel de urgență care este rutat
către cel mai apropiat , din punct de veder e geografic, serviciu de urgență )

Servicii
suplimentare Servicii de apel în aș teptare
Redirec ționare apel
Accesul mai multor utilizatori în acelaș i apel ( conferinț a)
Mesagerie vocala
Introducerea conceptului SIM (Subscriber Identity Module) ce permitea
identificarea utilizatorului
Informaț ii despre tarifare

Servicii de
transport Servicii de internet
Tabelul 1.1 – Servicii oferite de GS M

5
2. Arhitectura intern ă a rețelei GSM

BTS
BTS
BTS
BSC
MS

NMC
OMC
VLR

EIR
MSC
GMSC
AUC HLR
PSTN /
ISDN

MS = Mobile Station
BSS = Base Station Subsystem
– BTS = Base Transceiver Station
– BSC = Base Station Controller
OMS = Operation/Maintenance System
– OMC = Operation&Maintenance Center
– NMC = Network Management Center

NSS = Network Switching System
– MSC = Mobile Switching Center
– GMSC = Gateway Mobile Switching Center
– HLR = Home Location Register
– VLR = Visitor Location Register
– EIR = Equipment Location Register
– AUC = Aut hentication Register Figura 2.1 – Arhitectura internă a rețelei GSM

6

Arhitectura reț elei de telefonie 2G [2] prezentată in Figura 1.1 este compusă din 4 subsisteme după
cum urmează :

1) MS (Mobile Station) – Stația Mobilă este formată din:

Figura 2.2 – Structura internă a statiei mobile

a) ME (Mobile Equipment ) – Terminalul mobil

• Interfața cu utilizatorul uman prin intermediul microfonului, receptorului, tastaturii, displayului
• Este unic identificat cu ajutorul IMEI -ului ce permite blocarea accesu lui echipamentelor mobile
in reț ea

b) SIM (Subscriber Identity Modul)

• Conține IMSI (International Mobile Subscriber Number) ce permite identificarea utilizatorului
• MS poate fi operată doar cu un SIM valid, excepție făcând apelurile de urgență
• Prin inter mediul cartelei SIM este permisă localizarea î ntr-o arie de localizarea LA
• Conține un cod pentru identificarea reț elei
• E securizat prin intermediul unui PIN ce permite blocarea cartelei la introducerea eronată
repetată, deblocarea făcându -se cu o cheie personală PUK
• Permite utilizatorului să inițieze și să primească apeluri ș i alte serv icii
• Oferă posibilitatea stocă rii informaț iilor cu privire la apelurile efectuate sau recepționate
precum și a SMS -urilor și MMS -urilor, dar ș i a unei liste de numere de telefon

ME
SIM
MS

7

2) BSS (Base Station Subsystem) – Subsistemul staț iilor de baza

– Controlează interfața dintre MS ș i celelalte subsisteme ale GSM -ului
– Este alcă tuit din:

a) BTS (Base Transceiver Station)

• Are în componență echipament ul necesar pentru transmiterea și recepț ionarea semnalelor radio,
precum și echipamente pentru criptarea și decriptarea datelor
• Îndeplinește funcțiile de modulare și demodulare a semnalelor
• Comunică cu MS prin interfața radio și cu BSC prin interfața Abis

b) BSC (Base Station Controller)

• Gestionează resursele radio pentru unul sau mai multe BTS -uri
• Se ocupă cu alocarea și eliberarea canalelor radio
• Realizează procesul de handover atunci când este necesar

3) NSS (Network Switching Subsystem )–Subsistemul de rețea și comutaț ie
– Gestionează funcț iile de comutare ale sistemului permitându -le MSC -urile să comunice cu
alte reț ele cum ar fi PSTN/ ISDN
– Este format din :

a) MSC (Mobile Switching Center)

• Cea mai importantă funcț ie a sa este de a controla apelurile către și de la alte telefoane și
sisteme de date cum ar fi Rețea ua Publică de Te lefonie cu Comutare (PSTN) , Rețeaua Digitală
de Servicii Integrate (ISDN), rețele private și alte reț ele mobile
• Ofera informaț ii despre facturare
• Se ocupă cu î nregis trarea, actualizarea locației și transferul inter MSC ș i inter BSC

8
b) GMSC (Gateway MSC)

• Este utilizat pentru a direcționa apelurile în afara rețelei mobile. Ori de câte ori un apel pentru
un abonat mobil vine din afara rețelei mobile sau abonatul dorește să apeleze către cineva din
afara rețelei mobile, apelul este direcționat prin GMSC

c) HLR (Home Location Registers)

• Este o baz ă de date permanent ă in care se stocheaz ă toate informa țiile utilizatorilor din re țea cu
privire la identitate, loca ție si autentificare (IMSI – International Mobile Subscriber Identity,
MSISDN – Mobile Station ISDN Number)

d)VLR (Visitor Location Register)
• Este o baza de date temporar ă in care se stocheaz ă informatii cu privire la abona ții vizitatori si
se actualizeaz ă ori de cate ori un MS nou patrunde in zona sa prin baza de date HLR
• Este responsabil pentru:
o handover – procesul prin care un apel in curs de desfa șurare al datelor este
transferat cand mobilul se deplaseaz ă din aria acoperit ă de o singur ă celul ă si
intră in aria acoperit ă de o alta, apelul este transferat in cea de -a doua celul ă
pentru a se evita incheierea apelului => continuitatea apelului
o stocarea IMSI, TMSI, loca ția, cheia de autentificare a zonei

Figura 2.2 – Realizarea procesului de handover

9

Tipuri de handover

➢ Intra BTS handover
➢ Intra -BSC handover
➢ Inter -BSC handover
➢ Inter -MSC handover

Intra BTS Handover
– apare în momentul în care este necesar ă schimbarea frecven ței sau slotului utilizat de un telefon
mobil atunci c ând apar interferen țe
– terminalul mobil r ămâne ata șat la acela și transceiver al BTS -ului, dar schimb ă canalul sau slotul

Intra BSC Handover
– se realizeaz ă atunci c ând telefonul mobil se deplaseaz ă în afara ariei de acoperire a unui BTS, dar în
altă arie controlat ă de acela și BSC
– astfel BSC -ul poate efectua transferul și atribui un nou canal și un nou slot telefonului mobil. Acest
lucru are loc înainte ca vechiul BTS s ă fie eliberat de la comunicarea cu telefonul mobil

Inter BSC Handover
– are loc c ând telefonul mobil se deplaseaz ă din aria de acoperire a unui BTS în aria de acoperire a unui
alt BTS
– în acest caz controlul BTS -urilor este f ăcut de BSC -uri diferite. Aceast ă predare este gestionat ă de
MSC

Inter MSC Handover
– se întampl ă când telefonul mobil se deplaseaz ă din aria de acoperire a unui BTS în aria de acoperire a
unui alt BTS
– ambele BTS -uri sunt controlate de BSC -uri diferite iar ambele BSC -uri de MSC -uri diferite
– cele doua MSC -uri negociaz ă realizarea handover -ului

10
Handover -ul poate e șua în cazul în care:
– nu este disponibil niciun canal în BS -ul respectiv
– nu sunt sufic iente resur se care pot fi utilizate
– durata procesului de transfer este prea mare

e) AUC (Authenitication Centre)
• Oferă accesul abona ților în rețea
• Autentificarea este necesar ă la fiecare înregistrare

f) EIR (Equipment Identity Registry)
• Este o baz ă de date care stocheaz ă IMEI -ul tuturor echipamentelor care figureaz ă în rețea
• Este alc ătuită din 3 liste :
o lista neagr ă – utilizat ă pentru a se evita primirea apelurilor deranjante;
toate apelurile si mesajele primite de la contactul ad ăugat la lista neagr ă vor fi
blocate
– este util ă și in cazul echipamentelor declarate pierdute sau furate
pentru a le bloca accesul în rețea
o lista alb ă – utilizat ă pentru a primi apeluri si mesaje doar de la contacte care se afl ă
pe aceast ă listă
o lista gri – utilizat ă pentru IMEI -urile suspicioase care nu se încadreaz ă pentru lista
albă si urmeaz ă să fie cercetate [3]

4) OMS (Opera tion and Maintenance Subsystem) – Sistemul de operare si
întreținere

– Susține func ționarea și întreținerea GSM
– Permite inginerilor de sistem s ă monitorizeze, s ă diagnosticheze și să depaneze toate aspectele
sistemului

a) OMC (Operation Maintanance Center)
• realizeaz ă funcții de management
b) NMC (Network Management Center)
• controlul si optimizarea re țelei

11
3. Interfe țele GSM

Figura 3.1 – Distribuirea interfe țelor în arhitectura intern ă a GSM -ului [4]

Interfa ța Um – este interfa ța radio folosit ă pentru a realiza schimbul între un telefon mobil (ME) și o
stație de baz ă (BTS / BSC).
Interfa ța Abis – este o interfa ță intern ă a BSS care leag ă un BSC și un BTS. Aceasta permite
controlul echipamentelor radio și alocarea frecven ței în BTS .
Interfa ța A – este folosit ă pentru a realiza comunicarea între BS C și MSC. Interfa ța conține
informa ții ce permit canalelor s ă fie alocate echipamentelor mobile folosite de BSS -uri.
Interfa ța B – se afl ă între MSC și VLR. Este folosit ă de fiecare dat ă când MSC -ului îi sunt necesare
date despre un MS din zona sa.
Interfa ța C – se afl ă între HLR și GMSC. Permite obtinerea informa țiilor de rutare necesare
finaliz ării apelului atunci c ând apelul este din afara re țelei. Pot fi transmise op țional informa țiile de
facturare de MSC c ătre HLR atunci c ând apelul este încheiat.
Interfa ța D – este situat ă între VLR și HLR. Interfa ța permite schimbul de date despre loca ția ME –
ului.
Interfa ța E – realizeaz ă legatura între două MSC -uri.

12
Interfa ța F – se afl ă între MSC și EIR. Aceasta furnizeaz ă informa ții cu privire la starea IMEI -ului
echipamentului mobil.
Interfa ța G – interconecteaz ă două VLR -uri de MSC -uri diferite, permi țând transferul informa țiilor
despre abona ți
Interfa ța H – este localizat ă între HLR și AUC

Tabelul 3.1 – Localizarea interfețelor in arhitectura intern ă a GSM
Interfa ța Localizare
Um MS <-> BTS air interface
Abis BTS < -> BSC
A BSC < -> MSC
B MSC < -> VLR
C MSC < -> HLR
D VLR < -> HLR
E MSC < -> MSC
F MSC < -> EIR
G VLR < -> VLR
H HLR <-> AuC

13
4. Benzi de frecven ță utilizate în GSM

Benzile de frecven ță utilizate de re țelele GSM sunt de 900 MHz și 1800MHz, excep ție făcând
Canada și SUA care folosesc benzi de 850 MHz si 1900 MHz.
In tabelul 4.1 vom prezenta benzile de frecven ță în care opereaz ă rețelele GSM, eviden țiind
separarea Uplink/Downlink:

Sistem Directie Banda de frecventa (MHz)
GSM 850 Uplink 824.2 – 848.8
Downlink 869.2 – 893.8
GSM 900 Uplink 890.0 – 915.0
Downlink 935.0 – 960.0
GSM 1800 Uplink 1710.2 – 1784.8
Downlink 1805.2 – 1879.8
GSM 1900 Uplink
1850.2 – 1909.8

Downlink 1930.2 – 1989.8

Tabelul 4.1 – Benzile de frecven ță utilizate în GSM [5]

14
Pentru ca modul Full Duplex s ă fie opera țional este necesar ca transmisiunile de tipul Uplink și
Downlink s ă fie separate în frecven ță de o distan ță minim ă numit ă distan ța duplex . Dac ă aceast ă
distan ță nu ar fi folosit ă ar exista interferen țe între frecven țele de Uplink și Downlink.
Pe lângă distan ța duplex fiecare sistem de telefonie include și o separare a purt ătoarelor care
este distan ța benzii în frecven ța între dou ă canale care sunt transmise în aceea și direc ție. A stfel se va
evita suprapunerea informa țiilor dintr -un canal în alt canal adiacent.
Aceast ă lungime depinde de cantitatea de informa ții care va fi transmis ă în canal. Cu c ât
volumul de informa ții transmise cre ște, cu at ât va cre ște și distan ța în frecven ță dintre cele dou ă canale.

5. Tehnici de acces multiplu

FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Figura 5.1 – Frequency Division Multiple Access [6]

FDMA este procesul prin care un canal sau o l ățime de band ă sunt împărțite în mai multe benzi
individuale, fiecare put ând fi folosit ă de un singur utilizator.
Unul dintre cele mai vechi sisteme FDMA este reprezentat de sistemul original al telefonului
analogic care folosea o ierarhie de tehnici de multiplexare a frecven țelor pentru a putea pune mai multe
apeluri mobile pe o singur ă linie.
Semnalele audio analogice sunt cuprinse între 300 -3400Hz fiind folosite pentru a modula
subpurt ătoarele în 12 canale pornind de la 60 KHz și ajung ând la 108KHz. Aceste subpurtatoare mai
suportau înca o multiplexare în frecven ță, subportatoarele ajung ând la frecven țe cuprinse între 312 –
552KHz folosind acelea și metode de modulare. [7]

15
TDMA (Time Divison Multiple Access)

Figura 5.2 – Time Division Multiple Access
TDMA este o tehnic ă digital ă care împarte un singur canal sau band ă în intervale de timp.
Intervalele de timp pot fi semnale vocale sau date, cum ar fi texte sau e -mail-uri.
Aceast ă tehnic ă funcționeaz ă bine cu semnale de date vocale lente dar este util ă și pentru
videoclipuri comprimate și alte date de mare vitez ă.
Spectrul radio este împar țit în benzi de 200 KHz, iar apoi folosindu -se tehnica de divizare in
timp sunt puse opt apeluri vocale intr -un singur canal.

CDMA (Code Division Multiple Access)

Figura 5.3 – Code Division Multiple Access
CDMA reprezint ă o altă tehnic ă digital ă care se bazeaz ă pe tehnica spectrului r ăspândit,
prelu ând versiunea digitalizat ă a unui semnal analogic și îl răspândește pe o l ățime de band ă mai larg ă
la un nivel de putere mai mic.
In CDMA fiecare canal folose ște întregul spectru dis ponibil.
Aceast ă tehnic ă oferă în mod constant o capacitate pentru voce și comunic ații de date mult mai
bune f ăcând posibil ă conectarea mai multor abona ți la un moment dat.

16
6. Realizarea unui apel

Un apel in retelele de comunica ții mobile ce folosesc tehnologia 2G se realizeaza astfel:
➢ înainte ca un telefon mobil s ă poată stabili un apel trebuie mai întâi să stabileasc ă o conexiune
la rețea
➢ atunci c ând un telefon este pornit el scaneaza ini țial canalele de control pentru a -l alege pe cel
mai puternic. Acest proces are loc atunci c ând telefonul mobil este men ținut pornit. Nivelul de
semnal al canalului ales va fi afi șat pe receptor.
➢ când un utilizator formeaz ă un num ăr pentru a efectua un apel se va trimite o cerere de ini țiere
a apelului. Impreun ă cu aceast ă solicitare, telefonul mobil trimite și num ărul său de identificare
a mobilului , num ărul de serie electronic si num ărul de telefon apelat
➢ stația de baz ă prime ște aceste date și le trimite la MSC care va valida cererea si verifi ca
numărul de indentificare a mobilului. Dac ă este valid ă, o conexiune la persoana apelat ă se face
prin PSTN
➢ ulterior MSC va solicita sta ției de baz ă să mute telefonul mobil pe un canal vocal neutilizat,
astfel încât conversa ția să înceap ă
➢ când apelul se află în desfa șurare MSC -ul se va ocupa de reglarea puterii transmise de telefonul
mobil atunci c ând intra sau iese din aria de acoperire a fiec ărei sta ții de baz ă
➢ în cazul în care canalul utilizat este afectat de perturba ții BSC -ul poate cere modificarea
frecven țelor pe care se realizeaz ă comunica ția [8]

17
7. Bibliografie

[1] https://fliphtml5.com/rrhn/eejm/basic accesat la data 04.11.2020
[2] https://www.tutorialspoint.com/gsm/gsm_architecture.htm accesat la data 04.11.2020
https://books.google.ro/books?id=am7nEHEl –
XEC&pg=PT179&dq=GSM&hl=ro&sa=X&ved=2ahUKEwj75qjsx –
jsAhVN66QKHTzcATwQ6AEwBXoECAkQAg#v=onepage&q=GSM&f=false accesat la
data 04.11.2020
[3] http://ares.utcluj.ro/cm_2018_files/curs3.pdf accesat la data 06.11.2020
[4] http://what -when -how.com/roaming -in-wireless -networks/gsm -interfaces -and-protocols –
global -system -for-mobile -communication -gsm-part-1/ accesat la data 06.11.2020
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/GSM_frequency_bands accesat la data 07.11.2020
[6] https://web.sonoma.edu/esee/courses/ee442/lectures/sp2017/lect13_m ultiple_access.pdf
accesat la data 10.11.2020
[7]https://www.electronicdesign.com /technologies/communications/article/21802209/fundame
ntals -of-communications -access -technologies -fdma -tdma -cdma -ofdma -and-sdma accesat la
data 10.11.2020
[8] https://www.electro schematics.com/mobile -phone -how-it-works/ accesat la data
17.11.2020

18