Primul sistem radio de telefonie este cunoscut sub numele de Serviciul de Telefonie Mobilă Îmbunătă țit (IMTS – Improved Mobile Telephone Service)… [629250]

1
SISTEMUL DE TELEFONIE CELULAR

I. Introducere

Primul sistem radio de telefonie este cunoscut sub numele de Serviciul de Telefonie Mobilă Îmbunătă țit (IMTS –
Improved Mobile Telephone Service) pus în func țiune î n 1946. În IMTS era utilizat un turn înalt de transmisie care
permitea recep ția și transmi sia informaț iei pe mai multe canale alocate. O instala ție de comunicaț ie aflată în raza de
acțiune putea încerca să se conecteze la unul dintre aceste canale și să realizeze o comunicaț ie de voce. Din neferic ire
numă rul canalelor disponi bile nu a putut satisface nevoile utilizatorilor.

Soluția la această problemă a reprezentat -o împărț irea zonei deservite în celule de câț iva ki lometri diametru, fiecare
celulă operând într -un set de frecven țe (transmisie ș i recep ție) diferite fa ță de frecven țele celulelor adia cente.
Deoarece puterea transmi țătorului într -o anumită celulă a fost men ținută la un nivel suf icient de mic pentru a deservi
doar acea celulă, acelaș i set de frecven țe putea fi folosit î n mai multe locu ri.

Conceptul de re țea celulară aduce în principal două elemente noi:
• Primul – controlul procesului de handover – trecerea abona ților dintr -o celulă î n alta – necesită trans ferul de
la o frecven ță la alta fără nici o pauză sesizabilă.
• Al doilea – reutilizarea frecven țelor din celul ele adiacente, suficient de depă rtate unele de altele .

Acest tip de transmisie folosit ini țial era de natură analogică , iar tipul de acces este FDMA (Frequency Division
Multiple Access) . Serviciul e ste cunoscut sub numel e de Serviciul Avansat de Telefonie Mobil ă (AMPS –
Advanced Mobile Phone System ).

A fost dezvoltat apoi sistemul digital de comunica ții mobile GSM (Global System for Mobile Communications) ,
numit și genera ția 2G capabil să depă șească problemele pe care le produceau sistemele celulare analogice aflate în
funcțiune la acea dată și să ofere o capacitate mai mare de comunicare. Global System for Mobile Communications
(GSM – în mod original denumit după Groupe Special Mobile) a fost p us în funcțiune în 1991.

II. 2G – Global System for Mobile Communications (GSM)

Generația 2G propune în principal introducerea conceptului de modula ție digitală care presupune convertirea vocii în
semnal digital care este mult mai rezistent la perturbații și mult mai ușor de prelucrat. Generația 2G a fost inițial
destinată să ofere servicii vocale, dar asigură totodată și o capacitate limitată pentru serviciile de transmisii de date.

II.1. Servicii în GSM

Serviciile oferite de sistemul GSM se clasifică în trei mari categorii:
• servicii de transport
• teleservicii
• servicii suplimentare
Serviciile de transport (bearer services) sunt utilizate pentru transferul informa țiilor de DATE de la un utilizator
către un alt terminal, fie el sta ție mobilă (dacă acesta suportă transferul de date) sau spre un calculator conectat la un
modem î n PSTN (Public switched telephone network). Transferul se poate face sincron sau asincron cu o rata de
maximum 9,6Kb/s.
CURS RETELE DE COMUNICATII

2
Teleserviciile asigură comunica țiile între utili zatori în conformitate cu protocoalele stabilite de operatori:
• Telefonie la o rata de 13Kb/s,
• Apeluri de urgență (fonie),
• Serviciu de mesaje scurte sursă- destinatar (mesaje de 160 de caractere max ),
• Serviciu de difuzare de mesaje scurte, sursă- destinatari multipli,
• Telefax .

Servicii suplimentare
• Transferul apelului: când abonatul mobil este ocupat, nu răspunde sau nu este găsit în rețea,
• Interdicția apelurilor de la abonat spre rețea sau a apelurilor internaționale ,
• Identificarea abonatului chemă tor,
• Informa ții despre durată, tarif convorbire ,
• Mesagerie vocală.

II.2. Arhitectura rețelei GSM

Figura II.1. Arhitectura rețelei GSM

Structura rețelei GSM este prezentată în figura II.1. Aceasta poate fi împărțită î n 4 mari subsisteme:
• Stația mobilă – MS (Mobile Station)

• Subsistemul sta țiilor de baza – BSS (Base Station Subsystem) . Cuprinde echipamentele specifice
aspectelor radio:
 BTS – Base Transceiver Station (Stația radio de bază)
 BSC – Base Station Controller (Controler ul stații lor de bază )
• Subsistemul de re țea și comuta ție – NSS (Network and Switching Subsystem) . Include principalele
funcții de comutare, bazele de date de gestiune a mobilității ș i echipamentelor, autentificare. Administrează
comunicaț iile ș i conectează staț iile mobile la re țelele fixe sau către al ți utilizatori mobili. NSS cuprinde:
 MSC – Mobile Switching Centre (Centru l de comutație al serviciilor mobile)
 GMSC – Gateway MSC (MSC gateway)
 HLR – Home Location Register (Registru de localizare al abonaților proprii)
 VLR – Visitor Location Register (Registru de localizare al vizitatorilor)
 AUC – Authentication Centre (Centru de autentificare)
 EIR – Equipment Identity Register (Registru pentru identificarea echipamentelor mobile)

CURS RETELE DE COMUNICATII

3

• Subsistemul de operare și întreținere – OMS (Operation and Maintenance Subsystem) . Include
echipamente de calcul și periferice:
 OMC – Operation & Maintenance Center (Centrul de operare și între ținere al re țelei)
 NMC – Network Management Center (Centrul de management al re țelei)

II.2.1. Stația mobilă – MS (Mobile Station)

Stația mobilă este formată dintr-un telefon mobil digital ș i un card SIM (Subsciber Identity Module).

• Telefonul mobil (sau echipamentul terminal – figura II.2) reprezintă interfața cu utilizatorul uman (prin
microfon, receptor, tastatură, display).

Figura II.2. Schema bloc a telefonului mobil

Echipamentul terminal îndeplinește o serie de funcții precum:

 Codare voce
– Se realizează codarea/decodarea vocii (codare GSM – 13 kps )
– D etecția pauzelor de vorbire (VAD – Voice Activity Detection)

 Semnalizare
– Controlul semnalizărilor între terminalul mobil ș i rețea
– Semnalizări de apel
– S emnalizări de au tentificare și criptare r ealizate prin intermediul SIM ( Subsciber Identity Module)

 Controlul canalelor de comunicație care pot fi canale de trafic (voce) ș i canale de semnalizare.

 Criptarea este necesară pentru a asigura secretul convorbirii în mediul radio

 Multiplexarea asigură formarea cadrelor de semnal radio care conțin informații de comunicație (voce) și de
semnalizare

 Interfața radio realizează modularea și demodularea purtătoarelor radio cu semnale de convorbire ș i de
semnalizare

Prin intermed iul telefonulu i mobil, utilizatorul poate iniț ia o convorbire, care ia calea undelor radio, acestea
transmi țând apelul către BTS (Stația radio de bază) . Echipamentul terminal permite prelucrarea semnalelor pentru
transmisie- recepție în interfața radio.

• Cartela SIM (Subscriber Identity M odule ) asigură identitatea abonatului mobil, dar poate fi mutată de la o
stație mobilă la alta . Este securizată împotriva u tiliză rii improprii prin blocarea la introducerea eronată a PIN-ului
(Personal Identification N umbe r). Deblocarea telefonului în cazul introducerii codului PIN eronat de 3 ori se poate
face cu o cheie personală PUK (Personal Unblocking Key ).
CURS RETELE DE COMUNICATII

4

Cartela SIM con ține 3 tipuri de informaț ii:

 Date permanente de identificare:
– IMSI (International Mobile Subscriber Number) – este un număr personal care identifică abonatul (cartela)
într-un mod unic în re țeaua GSM. IMSI este universal, fiind valabil pentru întreg ansamblul de reț ele terestre mobile.
IMSI con ține următoarele info rmații despre abonat: țara, r ețeaua de origine, registrul pentru eviden ța abona ților
mobili locali (HLR – Home Location Register ) și un cod de securitate. Pentru protec ția identită ții abonatului , IMSI -ul
se transmite codat prin canalele radio ș i cât mai rar posibil. De aceea, pentru autentificarea periodică a sta ției mobile
se atribuie o identitate temporală (TMSI – Temporary Mobile Subscriber Identity) care este asociată telefonului în
limitele unei zone geografice bine delimitate ș i pentru o perioadă de timp suficient de scurtă pentru a nu putea fi
decriptată.
– chei de criptare
– algoritmi de autentificare

 Date dinamice:
– TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) – informa ții pentru localizarea terminalului

 Date adi ționale:
– lista con ținând numerele de telefon prescurtate
– mesaje SMS
– numere de telefon stocate pe SIM

II.2.2. Subsistemul stațiilor de baza – BSS (Base Station Subsystem)

• BTS – Base Transceiver Station (Stația radio de bază)

BTS asigură acoperirea radio a unei celule din re țeaua GSM. Aceasta este în contact cu sta ția mobilă (MS) ș i
îndeplineș te urmă toarele funcții:

 transmisia semnalelor către stațiile mobile aflate în zona sa de acțiune, atât pentru canalele de trafic cât și
pentru canalele de control;  recepția semnalelor primite de l a stațiile mobile aflate în zona de acțiune, atât pe canalele de trafic cât și pe
canalele de semnalizare și control;
 procesarea semnalelor după recepție sau înainte de transmitere, procesare prin care trebuie să se realizeze:
– codarea/decodarea datelor;
– modulare/demodulare;
 sincronizarea stațiilor mobile în fereastra de timp pe care au primit -o spre folosire, pe purtătoarea de
radiofrecvență;
 gestionarea semnalizărilor realizate între MS și BSC (Base Station Controller) ;
 realizarea de măsurători asupra nivelului ș i calității recepției semnalului pri mit de la stația mobilă;
 funcțiuni de management la nivel local.

Interfețele BTS :
– radio spre MS
– interfața A bis spre BSC

Comunicația între stația mobilă și rețeaua de comunicații mobile se realizează prin canale radio. Spectrul de
frecvență alocat este partajat în benzi de frecvență care definesc canalele radio.
Majoritatea rețelelor GSM operează în benzile de frecvență de 900 MHz și 1800 MHz . În unele ț ă r i , c um a r f i
Statele Unite și Canada , sunt folosite și benzile de 850 MHz și 1900 MHz .
CURS RETELE DE COMUNICATII

5
Separarea în frecvență a canalelor radio de emisie și de recepție se realizează astfel :
GSM 850 – Downlink 824.2–849.2; Uplink 869.2–894.2; (MHz)
GSM 900 – Downlink 890.0–915.0; Uplink 935.0–960.0; (MHz)
GSM 1800 – Downlink 1710.2–1784.8; Uplink 1805.2–1879.8; (MHz)
GSM 1900 – Downlink 1850.2–1909.8; Uplink 1930.2–1989.8; (MHz)

Sistemele GSM folosesc pentru comunica ția radio:

a. diviziunea în frecvență (FDMA – Frequency Division Multiple Access) , prin împărțirea benzilor de
frecvență alocate în canale de radiocomunicație, cu lărgimea de bandă de 200 kHz (ecartul între purtătoare);

b. diviziunea în timp (TDMA – Time division multiple access ), prin alocarea purtătoarei de radiofrecvență la
mai mulți utilizatori, cu folosirea alternativă a canalului de radiofrecvență de către ace știa; 8 sloturi de timp pentru
fiecare purtătoare (8 canale telefonice pe purtătoare).

c. diviziunea în spațiu , prin repetarea pe un teritoriu a canalelor de radiofrecvență, în conformitate cu
schemele de grupare ș i refolosire a canalelor de RF în zone de reutilizare.

Figura II.3. Distribu ția canalelor în benzi de Figura II.4. Diviziunea în spa țiu prin împărț irea unei zone
frecvență și în sloturi de timp în celule radio și reutilizarea frecven țelor în celule
aflate la distan ță
În banda GSM -900, spre exemplu, se folosesc frecvențele 890-915 MHz pentru a transmite către stația de bază și se
prime ște de la aceasta pe frecvențele 935-960 MHz (figura II.5) , fiind create astfel 124 de purtătoare radio distan țate
la 200kHz.

Figura II.5. Utilizarea benzii de frecvență pentru recepție -transmisie

Având în vedere faptul că numărul frecven țelor purtătoare și al sloturilor (canalelor) de timp este limitat, s -a căutat
găsirea unei solu ții care să permită extinderea capacită ții rețelei. Problema poate fi rezolvată prin utilizarea mai
multor BTS -uri și împăr țirea unei zone de acoperire în mai multe celule (figura II.4) pentru care se alocă doar câteva
frecven țe pentru transmisie. Puterea de emisie a BTS -urilor va fi mică, astfel încât să acopere doar celula deservită și
să nu interfereze cu semnalele trimise de alte BTS -uri. În acest fel frecven țele pot fi reutilizate în alte celule suficient
de îndepărtate.

CURS RETELE DE COMUNICATII

6
În concluzie, într -un spa țiu dat, cu cât celulele sunt mai mici, cu atât numărul de frecven țe ce pot fi utilizate simultan
este mai mare ș i deci capacitatea reț elei crește. Pe de altă parte, interferen țele și costul re țelei fixe cresc. De aceea
operatorii de telefonie mobilă trebuie să găsească un compromis.
Nivelul fizic în interfa ța Abis de comunica ție între BTS ș i BSC este definit de o legătură PCM de 2Mb/s (32CT de
64kb/s), dar debitul pe un canal radio este de 13kb/s . Rezultă că este necesară reglarea diferen ței de debit. Acest
lucru se poate face în două moduri:
– prin multiplexarea a 4 canale de voce
– transcodarea canalelor de voce la 64kb/s

Transcodarea este realizată de u nitatea pentru adaptarea de viteză și transcodare (TRAU –Transcoder/Rate Adapter
Unit) care poate face parte din BSC sau poate fi o unitate separată.

Figura II.6. Unitatea pentru adaptarea de viteză și transcodare

Surplusul de la 13Kb/s în interfaț a radio la 16kb/s este utilizat ca informa ție de control pentru delimitarea celor 4
fluxuri care formează un canal de 64kb/s.
Un BTS deserve ște doar abonaț ii dintr -o anumită arie geografică – numită celulă radio. Aria ș i forma celulei depinde
de: – structura geografică a zonei
– numărul de utilizatori din zonă
Tipuri de celule radio
– Global – conexiune prin antena de satelit
– Macrocell – rază de acoperire mare (in mediul suburban)
– Microcell – rază de acoperire medie (in mediul urban)
– P icocell – rază de acoperire mică (in interiorul construcț iilor)

• BSC – Base Station Controller (Controlerul stațiilor de bază)
Mai multe stații de bază (BTS) sunt comandate de o unitate de control, BSC (Base Station Co ntroller). Unitatea de
control BSC împreună cu stațiile de bază (BTS) pe care le coordonează formează Sub- sistem S tațiilor de Bază,
BSS (Base Station sub -System).

BSC îndepline ște următoarele func ții:

 administrează canalele radio aflate în subordine – alocarea, eliberarea, distribuția canalelor radio în funcție de
necesitățile de trafic;
 supraveghează calitatea folosirii resurselor radio prin:
– interpretarea măsurătorilor făcute de stațiile de bază și de stațiile mobile;
– controlarea puterii de emisie a stației mobile;
– măsurători de trafic și interpretarea evenimentelor de trafic;
 transferul mesajelor de control între stația mobilă (MS) și centrul de comutație al serviciilor mobile (MSC ),
prin intermediul stației de bază (BTS);
 admi nistrarea resurselor radio pe durata convorbirii;
 realizează operațiuni legate de gestionarea subsistemului stațiilor de bază (BSS – Base Station Subsystem):
CURS RETELE DE COMUNICATII

7
 gestion ează transferu l legăturii de comunicație în cazul deplasă rii stației mobile, între stațiile de bază
subordonate aceluia și BSC;
 gestionarea datelor privind localizare a stațiile mobile;

Legăturile de comunicație ș i de semnalizare între BSC și BTS -uri se realizează prin interfa ța Abis prin mijloace
radio, pe cablu coaxial sau p e fibră optică. Legă tura cu MSC se realizează prin interfa ța A, de regula prin linkuri de
fibră optică .

II.2.3. Subsistemul de rețea și comutație – NSS (Network and Switching Subsystem)

• MSC – Mobile Switching Centre (Centrul de comutație al serviciilor mobile)
MSC r ealizează funcții de conexiune între:
– abonații mobili,
– un abonat mobil ș i un abonat al altei rețele telefonice fixe (conexiune realizată prin intermediul GMSC =
Gateway MSC)

Funcți ile MSC se împart î n două categorii:

 Funcții similare celor din rețelele publice fixe:
– tratarea apelurilor,
– rutarea,
– taxarea

 Funcții specifice rețelelor celulare:
– verificarea identității abonatului;
– secretizarea comunicației de date;
– controlul roaming-ului, – inițierea și supravegherea procedurilor de localizare ș i transfer a legăturii de comunicație în condițiile
deplasării stației mobile

• GMSC – Gateway MSC (MSC gateway)

GMSC permite con ectarea abona ților dintr -o rețea GSM cu al ți abona ți din alte reț ele mobile sau din rețeaua fixă
PSTN.

• HLR – Home Location Register (Registru de localizare al abonaților proprii)

HLR – este baza de date de localizare a abonaților din reț ea. HLR con ține informaț ii permanente ș i temporare despre
abona ți.

 Informa țiile permanente constau în:
– numărul de abonat mobil internaț ional (IMSI – International mobile subscriber number – î nscris pe SIM);
– numă rul de apel al abonatului;
– cheia de autentificare;
– tipurile de servicii oferite de rețea ș i la care abonatul are acces.

 Informa țiile temporare sunt:
– adresa VLR curent (care administrează MS acum);
– numărul către care trebuie redirecț ionate apelurile (daca abonatul a selectat acest serviciu);
– starea curentă a abonatului (accesibil, funcționare pe robot, deconectat etc.)
– parametri tranzitorii pentru autentificare și cifrare.
CURS RETELE DE COMUNICATII

8

• VLR – Visitor Location Register (Registru de localizare al vizitatorilor)

VLR este baza de date a abonaților vizitatori. Este o bază de date care conține o copie a principalelor informații
referitoa re la abonați și înregistrate în HLR. Aceste informații sunt temporare, deoarece sunt conținute de VLR doar
pe durata de timp în care abonatul mobil se află pe teritoriul controlat prin VLR -ul respectiv. Fiecare MSC are
asociat câte un VLR.

• AUC – Authentication Centre (Centru de autentificare)

AuC este responsabil de:
– procesul de autorizare a accesului unui abonat mobil în rețea;
– cifrare a transmisiei pe traseul radio;
– atribuirea identității temporare, TMSI (Temporary Mobile Subscriber I dentity).

În momentul în care abonatul se conectează la reț ea (porne ște telefonul), acesta transmite printr -un canal de control o
cerere de autentificare împreuna cu numărul de abonat mobil internaț ional ( IMSI – International mobile subscriber
number – înscris pe SIM). Aceasta cerere ajunge la centrul de autentificare AuC care va genera un cod criptat
RAND (Random) ce va putea fi decriptat doar de terminalul cu IMSI -ul corect.
Stația mobilă decriptează mesajul și trimite informa ția către AuC care va compara mesajul decriptat de SM cu cel
criptat anterior. Dacă cele două coduri corespund, atunci are loc autentificarea abonatului în re țea și alocarea unui
numă r temporar de identificare TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity ) care este folosit în schimbul
mesajelor între MS și rețea. TMSI este înregistrat î n VLR și este schimbat când abonatul trece dintr -o zonă î n alta,
sau la diferite momente d e timp pentru a evita interceptă rile.

• EIR – Equipment Identity Register (Registru pentru identificarea echipamentelor mobile)

EIR reprezintă o bază de date centralizată pentru controlul numărului de identitate al echipamentelor mobile care
operează într -o rețea mobilă.
Controlul se face prin verificarea numărului internațional de identificare al echipamentelor, IMEI (International
Mobile Equipment Identity). Numărul IMEI este unic, fiecare echipament obținând, încă de la fabricant, o identitate
unică.

II.2.4. Subsistemul de operare și întreț inere – OMS (Operation and Maintenance Subsystem)

• OMC – Operation & Maintenance Center (Centrul de operare și între ținere al re țelei)
OMC realizează funcții de management la nivelul unei părți din rețea. OMC comunică cu entități ale sistemului
GSM .

• NMC – Network Management Center (Centrul de management al re țelei)

Func țiile îndeplinite de NMC sunt:
– analiza și prelucrarea evenimentelor din rețea
– controlul întregii rețele
– instrument de planificare a rețelei
– instrument de monitorizare ș i optim izare a întregii rețele
CURS RETELE DE COMUNICATII

9
II.3. Generații 2G extinse

II.3.1. GPRS – General Packet Radio Service

Serviciul GPRS cunoscut și sub numele de 2.5G este utilizat pentru a descrie sistemele 2G care au implementat un
domeniu cu comutare de pachete, în plus față de domeniul cu comutare de circuite. GPRS func ționează introducând
servicii de transfer de date printr -o rețea cu comutație de pachete peste rețeaua GSM deja existentă.
GPRS poate oferi un tr afic de date de la 56kbps la 114 kbps. Poate fi folosit pentru servicii ca Wireless Application
Protocol (WAP), Multimedia Messaging Service (MMS), și pentru servicii de comunicații prin internet cum ar fi
email -ul și accesul world wide web (www). Transferul de date prin GPRS este taxat de obicei la numărul de MB
transferați, în timp ce comunica țiile de date prin intermediul tradiționalului sistem cu comutație de circuite sunt
taxate la minut , indiferent dacă utilizatorul folosește rețeaua sau este în repaus.

Prin introducerea GPRS s -a produs o modificare în subsi stemul sta ției de bază constând într -o actualizare a
programelor instalate în echipamentele de emisie recep ție și în nodurile de control ale stației de bază. Modificarea
presupune introducerea unei noi unități numită Unitatea de Control a Pachetelor (PCU – Packet Control Unit) cu rolul
de a administra transferul pachetelor de date între utilizatori și rețeaua nucleu GPRS, dar și retransmisia pachetelor
de date sau alte func ții specifice protocolului GPRS.

Figura II.7. Arhitectura rețelei GSM/GPRS

Așa cum se poate observa în figura II.7, în arhitectura rețelei GSM apar două noi unități specifice serviciului GPRS:
• SGSN – Serving GPRS Node Support (Nodul Suport pentru Serviciul GPRS)
• GGSN – Gateway GPRS Support Node (Nodul Suport Poartă GPRS)
De menționat că atât SGSN cât și GGSN trebuie să aibă posibilitatea de comunicare cu bazele de date ale rețelei
GSM la care rețeaua GPRS este atașată.

SGSN (Serving GPRS Node Support) este responsabil cu livrarea pachetelor de date de la și către stațiile mobile din
interiorul ariei sale de serviciu, pachetele fiind oferite prin nodurile suport GPRS și prin PCU (Packet Control Unit). În sarcinile SGSN sunt incluse:
• rutarea pachetelor,
• transferul pachetelor,
CURS RETELE DE COMUNICATII

10
• managementul mobilității,
• managementul localizării.

SGSN îndeplinește și funcții de taxare. Acesta colectează informațiile despre taxare, referitoare la folosirea
resurselor rețelei proprii și în particular pe cele legate de folosirea interfeței radio.

În GSM, criptarea datelor și a vocii se realizează în BTS (Base Transceiver Station). În GPRS, responsabilitatea
acestei operații cade în sarcina unității SGSN. Acesta preia și operația de compresie a datelor pachet, care este o caracteristică opțională a GPRS.
Unitatea GGSN (Gateway GPRS Support Node) a r ețelei GPRS realizează interfața către rețeaua externă de date cu
comutație de pachete. O caracteristică importantă a unei rețele mobile GSM/GPRS este că oferă roaming pentru date
(figura II.8). Roamingul este însă o capacitate pe care protocoalele pentru pachete de date fixe IP nu o acceptă. De
aceea, GGSN rămâne entitatea funcțională prin care se realizează tranzacțiile de pachete atunci când stația mobilă se deplasează, schimbând aria de rutare (controlul legăturii trece de la un SGSN la alt SGSN).

Figura II.8. Funcție de roaming asigurată de GGSN

II.3.2. EDGE – Enhanced Data rates for GSM Evolution
EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) cunoscut ă și sub numele de 2.75G este o tehnologie de evoluție a
rețelei GSM/GPRS care este destinată să aducă o îmbunătățire în calitatea serviciilor de date. EDGE este considerată
ca fiind punctul de legătură între rețelele GSM/GPRS și cele 3G.

Tehnologia EDGE introduce codificarea de tip 8PSK (8 Phase Shift Keying) prin care se face un salt de la transmisia
cu un bit per simbol la cea cu 3 bi ți per simbol, triplându -se astfel viteza de transmisie fa ță de GPRS. Viteza de
transmisie superioară obținută prin codarea de tip 8PSK implică însă rate de erori mai mari, fiind necesară folosirea unor coduri de corec ție a erorilor superioare. Astfel, tehnologia EDGE oferă viteze maxime teoretice de 473,6 Kbps
atunci când sunt utilizate toate cele 8 segmente de timp (corespu nzătoare unei frecvențe purtătoare) pentru un singur
abonat.
De asemenea se poate utiliza o combina ție a două metode de modulație GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) și
8PSK pentru a optimiza eficien ța și calitatea, în funcție de condițiile specifice c analelor radio. În condi ții de semnal
radio bun, este folosită modula ția 8PSK care asigură viteze mari de transmisie a datelor, iar în condiții de semnal
radio slab se folose ște modulația GMSK, care menține conexiunea dar vitezele de transmisie sunt mai mi ci.
Rețelele EDGE și GPRS funcționează în paralel; un utilizator se va conecta automat la una dintre rețele în funcție de
tipul telefonului mobil și aria de acoperire.
CURS RETELE DE COMUNICATII

11
III. 3G – Third Generation of Mobile Telecommunications Technology

Dezvoltarea sistemelor 3G a fost susținută de trei principale motivații:
• Realizarea de transmisii multimedia pe suport radio;
• Obținerea unor capacități sporite pentru utilizator, în raport cu cele oferite de tehnologia 2G;
• Realizarea unui standard sau a unor grupuri de standarde cu aplicație la nivel global.

Noile sisteme 3G, trebuiau să facă față unei creșteri rapide a necesarului de comunicații mobile precum și a
mobilității din ce în ce mai mare a utilizatorilor, ceea ce justifică trecerea de la standardele naționale și regionale
la cele globale. Astfel, 3G oferă capacități certe pentru aplicații și servicii avansate, bazate pe interactivitate,
mobilitate, bandă largă și poziționare. Tipurile de servicii oferite de sistemele 3G se diversifică față de oferta
garantată de tehnologia 2G incluzând aplicații precum :
– multimedia de nivel înalt interactiv (teleconferințe, videoconferințe);
– acces rapid LAN și Internet/Intranet, videoclipuri la cerere, cumpărături online;
– acces la jocuri interactive, mesaje radiodifuzate și informații publice complexe;
– date comutate (acces LAN de viteză redusă, acces Internet/Intranet, fax etc.)
– mesagerie simpl ă (serviciu de mesaje scurte, e–mail, radiodifuziune și mesa gerie de informații publice, comenzi
/ plăți pentru comerțul electronic simplu etc.);
– transmisii vocale (comunicații de voce bidirecționale, conferințe, poștă vocală).
Garantarea acestor servicii este posibilă deoarece generația 3G oferă viteze de transmisie sporită, de până la 4 Mbit/s
(în unele variante până la 12 Mbit/s) și prezintă posibilități multiple pentru servicii multimedia de calitate și pentru operare în medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digitală a semnalului, ce funcționează în banda de 2 GHz.
Una dintre principalele caracteristici noi ale sistemelor 3G față de cele prezentate de 2G o reprezintă alocarea
dinamică a resurselor sistemului pentru utilizatori. Dacă în sistemele 2G, utilizatorul primea resursele de comunicație
(banda de frecvență și intervalul de timp) la începutul comunicației și își menținea aceste resurse până la terminarea
acesteia, în 3G, resursele sunt alocate dinamic. Alocarea resurselor pentru utilizator se face în funcție de necesitățile
comunicației și resursele se pot modifica în cadrul aceleiași sesiuni de comunicație.

Principalele două familii ale tehnologiilor pentru comunica ții mobile 3G sunt:
• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
• CDMA2000 (Code Division Multiple Access).
Tehnologia C MDA2000 a fost dezvoltată de compania Qualcomm și este utilizată cu precădere în America și Coreea
de Sud, în timp ce în Europa se folose ște numai tehnologia UTMS dezvoltată inițial de institutul european ETSI
(European Telecommunications Standard Institut e) și preluată apoi de grupul 3GPP (Third Generation Partnership
Project).

Vom discuta în continuare doar despre standardul UMTS utilizat în Europa.

Elementele de rețea ale sistemului UMTS sunt împărțite în trei categorii (figura III.1) :

• Terminalul utilizatorului – UE (User Equipement).
• Rețeaua de acces radio – UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
• Rețeaua centrală – CN (Core Network).
Rețeaua de acces radio denumită generic UTRAN este formată din unul sau mai multe subsisteme R NS (Radio
Network Subsystems), care la rândul lor sunt formate din stații de bază Node B (echivalente cu BTS -urile din GSM)
și unități RNC (Radio Network Controllers). Node B este o stație de bază, ce comunică cu UE (User Equipement)
prin tehnologia WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) , iar RNC controlează resursele radio precum
unitatea BSC (Base Station Controller ) din GSM.
CURS RETELE DE COMUNICATII

12

Rețeaua de acces radio UTRAN îndeplinește mai multe categorii de funcții privind controlul accesului în sistem,
funcții de criptare și de decriptare a informațiilor pe canalul radio, funcții de mobilitate, legate de controlul și
managementul resurselor radio și legate de serviciile difuzate.
Rețeaua centrală CN (Central Network) este partea sistemului UMTS ce conectează UTRAN la rețelele externe, cum
ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) și Internet.

Echipamentul de utilizator UE (User Equipement) este format dintr -o cartelă denumită USIM (UMTS Subscriber
Identification Module) și echipamentul mobil, ME (Mobile Equipment).

Figura II.1. Arhitectura rețelei UMTS

Așa cum se poate observa în figura II.1, nucleul re țelei CN (Core Network) este asemănător cu cel prezentat la
structura GSM/GPRS (2.5G). Domeniul comutării de circuit cuprinde serviciile clasice de comutare de circuite
pentru comunicații de voce, incluzând de asemenea și partea de semnalizare. Resursele sunt rezervate la stabilirea
conexiunii și componentele din cadrul GSM (MSC, GMSC, VLR etc) sunt folosite în mod similar.
Domeniul comutării de pachete utilizează componentele specifice GPRS precum: SGSN și GGSN. Ambele domenii
au nevoie de bazele de date (EIR, HLR, AuC) pentru identificarea echipamentelor, managementul loca ției,
autentificare, etc.

Refolosind infrastructura preexistentă se pot obțin e economii financiare substan țiale și mulți operatori au fost astfel
convinși să folosească UMTS dacă deja au implementat GSM.

III. 4G – Fourth Generation of Mobile Telecommunications Technology

În 2004, asociația 3GPP (Third Generation Partnership Project) a început studiul despre evoluția UMTS. Scopul a fost acela de a îmbunătăți sistemele de comunicații mobile oferind latențe din ce în ce mai mici și rate de transfer a
datelor cât mai mari viitorilor utilizatori. LTE (Long Term Evolution – generaț ia a 4 -a) reprezintă rezultatul muncii
acestora.

LTE este o tehnologie de comunicații mobile care permite transferul rapid, eficient și accesibil al unei cantități mari
de date prin optimizarea utilizării spectrului de frecvențe. Datorită vitezei sporite și a reducerii timpilor de așteptare,
utilizatorii se pot bucura de o gamă largă de aplicații (navigare web în timp real, jocuri în rețea, social media și
CURS RETELE DE COMUNICATII

13
videoconferințe), chiar și atunci când se află în mișcare. Datorită caracteristicilor sale tehnice, LTE poate răspunde
cerințelor tot mai complexe de aplicații pentru Internet mobil.

Ca evoluție a standardului UMTS, LTE face trecerea la o rețea de comunicații IP, care permite tu turor rețelelor de
telefonie mobilă să se contopească într -o singură rețea mult mai vastă, unificată prin toate elementele sale (telefoane,
servere, calculatoare). În acest scop, LTE se bazează pe protocoalele TCP/IP, acestea fiind coloana vertebrală a Internetului. Tehnologia LTE este implicată în creșterea capacității rețelelor de telefonie mobilă și deschide noi
perspective în măsura în care acestea vor oferi viteze mai mari decât ceea ce este posibil pentru Internet prin cablu cu DSL.

Long Term Evolution aduce importante îmbunătățiri tehnologiilor 3G, remarcându- se în special prin debitele net
superioare: 100 Mbps viteza de transmisie de la stația de bază la stația mobilă, și 50 Mbps viteza de la utilizator la stația de bază, cu posibilitatea de extindere la 300Mbps respectiv realizarea unei întârzieri de mai puțin de 5ms.
Pentru a obține aceste rezultate, în interfața radio numită EUTRAN (Evolved UMTS Radio Access Network) sunt
integrate mai multe tehnologii:
• accesul multiplu OFDMA (O rthogonal Frequency Division Multiple Access) pe calea descendentă
• accesul multiplu SCFDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) pe calea ascendentă
• tehnologia antenelor inteligente MIMO (Multiple -Input and Multiple-Output – utilizează antene multiple la
recepție și emisie pentru a profita de efectele multicale pentru a transmite date adiționale fără a cauza interferență).

O altă schimbare este aceea că o parte din funcțiile controlate anterior de rețeaua de bază a fost transferată spre periferie. Aceasta conduce direct la aplatizarea arhitecturii rețelei, făcând ca timpii de latență să poată fi reduși iar
datele să poată fi rutate pe căi mai scurte spre destinația lor. Această nouă arhitectură a fost dezvoltată pentru a of eri
un nivel considerabil mai înalt de performanță, aliniat la cerințele LTE. Drept rezultat, operatorii vor începe
introducerea de hardware în conformitate cu standardele noii arhitecturi LTE SAE (System Architecture Evolution),
astfel încât nivelele anti cipate de date să poată fi disponibile la introducerea LTE. Noul SAE a fost dezvoltat astfel
încât să fie deplin compatibil cu LTE Advanced, noua tehnologie 4G. Prin urmare, atunci când LTE Advanced va fi
implementat, rețeaua va fi în măsură să manipuleze cantități de date ce sporesc în continuu, necesitând doar mici
schimbări.

Arhitectura rețelei 4G (figura III.1) se compune din:

• Terminalul utilizatorului – UE (User Equipement).
• Rețeaua de acces radio – E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network).
• Rețeaua centrală – CN (Core Network EPC – Evolved Packet Core).

Figura III .1. Arhitectura rețelei LTE
CURS RETELE DE COMUNICATII

14
În timp ce CN este format din mai multe noduri logice, rețeaua de acces este alcătuită în esență doar dintr -un singur
tip de nod, Evolved NodeB (eNodeB), care se conectează la UE.

În rețeaua UMTS stațiile de bază NodeB erau conectate într -o configurație tip stea la RNC -uri, care realizau cea mai
mare parte a managementului resurselor radio, iar RNC -urile erau conectate la rețeaua de bază CN. În cadrul LTE,
RNC -ul a fost eliminat, managementul re sursei radio revenind stațiilor de bază, care în noul stil sunt numite eNodeB –
uri sau eNB -uri. Acestea sunt conectate direct la rețeaua de bază prin interfața S1.
Pe lângă aceasta noile eNodeB -uri sunt conectate prin interfața X2 la eNodeB -urile adiacente. Aceasta oferă un nivel
mult mai mare de interconectivitate directă, permițând ca multe apeluri să fie rutate direct, în măsura în care un
număr mare de convorbiri și conectări sunt îndreptate către celelalte stații mobile din aceleași celule sau dintr -unele
adiacente. O consecință a lipsei unui nod de control centralizat este că atunci când UE se află în mișcare rețeaua
trebuie să transfere toate informațiile referitoare la UE, adică contextul UE, împreună cu orice date memorate, de la
un eNodeB la altul.
eNodeB- urile exercită diverse alte funcții, printre care se includ controlul resursei radio, ce constă în controlul
accesului la rețea, distribuția pachetelor și controlul mobilității radio, ce cuprinde deciziile de transfer pentru mobil
sau pentru echipamentul de utilizator UE.
Similar rețelei de acces a LTE, și rețeaua nucleu este mai puțin complexă, fiind comp usă din cinci noduri principale ,
la ca re se pot adăuga noduri care asigură compatibilitatea cu rețelele GSM și UMTS. Partea Core a rețelei (numită
EPC-Evolved Packet Core) este responsabilă pentru controlul global al UE și stabilirea purtătoarelor. Principalele
noduri logice ale EPC sunt: PDN Gateway (P -GW – Packet Data Network Gateway ), Serving Gateway (S -GW),
Mobility Management Entity (MME).
În plus față de aceste noduri, EPC include, de asemenea, alte noduri logice și funcții, cum ar fi Home Subscriber Server (HSS) și Policy Control and Charging Rules Function (PCRF).

Controlul aplicațiilor multimedia, cum ar fi VoIP este asigurată de subsistemul multimedia IP (IMS), care este
considerat a fi în afara EPC -ului.
Nodurile logice ale părții Core sunt prezentate în figura III.1 și discutate în detaliu mai jos:

• PCRF – Policy Control and Charging Rules Function este responsabil pentru controlul politicii de luare a
deciziilor, precum și pentru controlul fluxului bazate pe politica de tarifare în Policy Control Enforcement Function
(PCEF) ce se află în P -GW (Packet Data Network Gateway ). PCRF atribuie QoS-ul (QoS clasa de identificare și
ratele de biți), care decide modul în care un anumit flux de date va fi tratat în PCEF și asigură că acest lucru este în conformitate cu profilul abonamentului utilizatorului.

• P-GW ( sau PDN Gateway – Packet Data Network Gateway ) este responsabil pentru alocarea adresei IP
pentru UE, precum și punerea în aplicare a QoS -ului în conformitate cu regulile date de PCRF (Policy Control and
Charging Rules Function) . Este responsabil cu filtrarea pachetelor IP de downlink ale utilizatorului în funcție de
diferitele QoS -uri ale purtătoarelor. P-GW efectuează aplicarea QoS -ului pentru a se asigura rata de bit garantată
pentru fiecare purtătoare radio. De asemenea, servește ca punct comun pentru a asigura mobilitate pentru
interconectarea cu tehnologii non- 3GPP cum ar fi CDMA2000 și rețelele WiMAX.

• S-GW (Serving Gateway ) – Toate pachetele IP ale tuturor utilizatorilor sunt transferate prin intermediul
Serving Gateway -ului car e servește ca punct comun pentru mobilitate a locală a purtătoarelor de date atunci când UE
se mișcă între diferite eNodeB -uri. De asemenea, reține informații despre purtătoare atunci când UE este în starea
idle și memorează temporar în buffer datele de dow nlink în timp ce MME -ul inițiază paging -ul către UE pentru a
restabili purtătoarea. În plus, S -GW efectuează unele funcții administrative în rețeaua vizitată, cum ar fi colectarea de
informații pentru încărcare (de exemplu, volumul de date trimise sau prim ite de la utilizator) și de interceptare legală.
De asemenea, servește ca punct comun pentru mobilitatea interconectării cu alte tehnologii 3GPP: GPRS și UMTS.

CURS RETELE DE COMUNICATII

15
• MME – Mobility Management Entity este nodul de control care prelucrează semnalizarea între UE și Core
Network. MME administrează funcțiile de control ale mobilității (autentificarea și securitatea) și de interacțiune cu
stațiile mobile în stare de așteptare (actualizarea locației și pagingul), funcții îndeplinite de VLR (Visitor Location
Register), respectiv GMM (GPRS Mobility Management), în rețelele GSM / GPRS / UMTS. De asemenea, MME
controlează purtătoarele alocate de nodurile din nucleul rețelei și semnalizarea în rețea. Funcțiile principale ale
MME -ului pot fi clasificate astfel:
– Funcții legate de gestionarea purtătoarei – aceasta include stabilirea, menținerea și eliberarea de purtătoare.
– Funcții legate de gestionare a conexiunii – aceasta include crearea conexiunii și securitate între rețea și UE.

• HSS – Home Subscriber Server conține d atele utilizatorilor, printre care și profilele QoS la care au acces,
precum și orice restricții de acces la serviciile de roaming. Acesta deține, de asemenea, informații despre PDN -urile
la care utilizatorul se poate conecta. În plus, HSS deține informați i dinamice cum ar fi identitatea MME la care
utilizatorul este în prezent atașat sau înregistrat. HSS poate să integreze, de asemenea, centrul de autentificare (AUC), care generează vectorii de autentificare și chei de securitate.

CURS RETELE DE COMUNICATII