2g ve 3g teknolojileri - yildiz.edu.trsmakal/index_dosyalar/gsm.pdf · operation and support system...
TRANSCRIPT
2G ve 3G
Teknolojileri
TOLGA KÜÇÜKARSLAN
ĠSTANBUL, 2010
• TARĠHÇE
• ġEBEKE ALTYAPISI
• SĠSTEM ELEMANLARI
• ÇALIġMA ġEKLĠ
GSM
13.10.2010 2TOLGA KÜÇÜKARSLAN
TARĠHÇE
13.10.2010 3TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 4TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 5TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 6TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Kablosuz Sistemlerin GeliĢimi
• 1G - 1980
• 2G - 1991– GPRS - 2000
– EDGE - 2003
• 3G - 2001– HSDPA - 2005
– HSUPA - 2008
• 4G
13.10.2010 7TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 8TOLGA KÜÇÜKARSLAN
ġEBEKE ALTYAPISI
13.10.2010 9TOLGA KÜÇÜKARSLAN
• 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
13.10.2010 10TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 11TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 12TOLGA KÜÇÜKARSLAN
• 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
13.10.2010 13TOLGA KÜÇÜKARSLAN
HÜCRE
Baz İstasyonu
HÜCRE
Kapsam Alanı
HÜCRE
13.10.2010 14TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Makro Hücreler
Mikro Hücreler
Piko Hücreler
Yüksek
Düşük
HÜCRE
13.10.2010 15TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 16TOLGA KÜÇÜKARSLAN
SİSTEM ELEMANLARI
13.10.2010 17TOLGA KÜÇÜKARSLAN
ġEBEKE MĠMARĠSĠ
• BSS(Base Station Subsystem)
• SS(Switching System)
• OMC(Operation and Maintenance Center)
13.10.2010 18TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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)
13.10.2010 19TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 20TOLGA KÜÇÜKARSLAN
BTS (Base Tranceiver Station)
(Baz Ġstasyonu)• Bir baz istasyonu kendisine bağlı hücreler içinde olan cep
telefonları ile bağlantı kurar.
13.10.2010 21TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 22TOLGA KÜÇÜKARSLAN
• 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)
13.10.2010 23TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 24TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 26TOLGA KÜÇÜKARSLAN
ÇALIġMA ġEKLĠ
13.10.2010 27TOLGA KÜÇÜKARSLAN
GSM Kanal Yapısı
• Trafik Kanalları
– TCH
• Kontrol Kanalları
– BCCH, FCCH, PCH, RACH
13.10.2010 28TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 29TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Arama Kurulumu
Gateway MSC
HLR
SABĠT TELEFON
ŞEBEKESĠ
13.10.2010 30TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Arama SonrasıA-Number
MISISDN
KONUŞMA SÜRESĠ
B-NUMBER
FATURALAMA
SĠSTEMĠ
KONUŞMA DETAY KAYDI (CDR)
13.10.2010 31TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Handover
BSC (MSC)
13.10.2010 32TOLGA KÜÇÜKARSLAN
Kısa Mesaj Servisi (SMS)
SMSCMSC 1
A-Number
B-Number MSC 2
Katma Değerli Servisler
MİLLİYETHSBC
HLR
13.10.2010 33TOLGA KÜÇÜKARSLAN
3G - WCDMA
13.10.2010 34TOLGA KÜÇÜKARSLAN
WCMDA
• WCDMA ağ yapısı
• WCMDA RAN(Radio Access Network)
• WCDMA Core Network
• WCDMA Frekans Spektrumu
• Çoklu EriĢim Teknikleri
• Veri Ġletimi
• Hücre Planlama
13.10.2010 35TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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)
13.10.2010 36TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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)
13.10.2010 37TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 38TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 39TOLGA KÜÇÜKARSLAN
WCDMA CORE NETWORK YAPISI
• Core Network, veri alıĢveriĢinde paket anahtarlamalı ve devre
anahtarlamalı yapıyı kullanan elemanlardan oluĢur.
13.10.2010 40TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 41TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 42TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 44TOLGA KÜÇÜKARSLAN
ÇOKLU ERĠġĠM TEKNĠKLERĠ
• Mobil sistemlerde değiĢik çoklu eriĢim teknikleri kullanılmaktadır.
• WCDMA’de CDMA(Kod bölmeli çoklu eriĢim) tekniği
kullanılmaktadır.
13.10.2010 45TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 46TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 47TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 48TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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
13.10.2010 49TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 50TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 51TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 52TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 53TOLGA KÜÇÜKARSLAN
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.
13.10.2010 54TOLGA KÜÇÜKARSLAN
HÜCRE PLANLAMA• WCDMA’de PN hücrelerde frekans planlamasının yerine PN kod
planlaması uygulanır.
• AĢağıdaki örnekteki 7 PN kodunun tekrar kullanımı planlanmıĢtır.
13.10.2010 55TOLGA KÜÇÜKARSLAN
TEġEKKÜRLER
13.10.2010 TOLGA KÜÇÜKARSLAN 56