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Tecología GSM

 

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GSM: Arquitectura y Principios

 

Arquitectura de la Red GSM

  

La infraestructura básica de un sistema GSM no difiere en mucho de la estructura de cualquier red celular. La mayoría de los elementos implicados son compartidos con otros servicios, por lo que en el presente estudio, nos centraremos principalmente en aquellos específicos para el servicio de datos.

 

El sistema consiste en una red de radio-células contiguas para cubrir una determinada área de servicio. Cada célula tiene una BTS (Base Transceiver Station) que opera con un conjunto de canales diferente de los utilizados por las células adyacentes.

 

Un determinado conjunto de BTSs es controlado por una BSC (Base Station Controller). Un grupo de BSCs es a su vez controlado por una MSC (Mobile Switching Centre) que enruta llamadas hacia y desde redes externas (R.T.B., R.D.S.I., etc.) públicas o privadas (figura 2).

  

 Figura 2. Red GSM

 

Base Transceiver Station.

 

La función principal de una BTS es proporcionar un número de canales radio a la zona a la que da servicio. La antena puede ser omnidireccional o sectorial (se divide la célula en tres sectores, con diferentes juegos de frecuencias). Una BTS con un transceptor y con codificación "full rate" proporciona 8 canales en el enlace radio, uno de los cuales se utiliza para señalización. Con una codificación "half rate" el número de canales disponibles se duplica (16=15+1).

 

Base Station Controller.

 

La función primaria de una BSC es el mantenimiento de la llamada, así como la adaptación de la velocidad del enlace radio al estándar de 64 Kbit/s. utilizado por la red. Desde el momento en que el usuario es móvil, éste puede estar cambiando con más o menos frecuencia de celda; el procedimiento por el que la llamada se mantiene en estas condiciones sin que se produzcan interrupciones importantes se conoce con el nombre de "handover". GSM proporciona unos tiempos de conmutación mucho más bajos que otros sistemas celulares.

 

En GSM, durante una llamada, la estación móvil está continuamente "escuchando" a una serie de estaciones base así como informando a la BSC de la calidad de la señal con que está trabajando. Esto permite a la BSC tomar la decisión de cuando iniciar un handover y a qué célula. La BSC controla a su vez la potencia de trabajo de la estación móvil para minimizar la interferencia producida a otros usuarios y aumentar la duración de la batería.

  

Mobile Switching Centre.

 

La MSC es el corazón del sistema GSM. Es el centro de control de llamadas, responsable del establecimiento, enrutamiento y terminación de cualquier llamada, control de los servicios suplementarios y del handover entre MSCs, así como la recogida de información necesaria para tarificación. También actúa de interfaz entre la red GSM y cualquier otra red pública o privada de telefonía o datos. Para soportar los servicios telemáticos, la MSC incorpora un elemento conocido como GIWU que será objeto de un tratamiento específico en el presente estudio.

  

Home Location Register.

 

El HLR contiene información de estado (nivel de subscripción, servicios suplementarios, etc.) de cada usuario asignado al mismo, así como información sobre la posible área visitada, a efectos de enrutar llamadas destinadas al mismo (terminadas en el móvil). En un esquema de numeración múltiple (Multinumbering) pueden existir números adicionales (AMSISDN) dependientes de un principal (MSISDN) asociados a diferentes servicios de datos y fax, caracterizados por una serie de atributos que también quedan recogidos en esta base de datos.

  

Visitor Location Register.

 

El VLR contiene información de estado de todos los usuarios que en un momento dado están registrados dentro de su zona de influencia; información que ha sido requerida y obtenida a partir de los datos contenidos en el HLR del que depende el usuario. Contiene información sobre si el usuario está o no activo, a efectos de evitar retardos y consumo de recursos innecesarios cuando la estación móvil esta apagada.  

 

Principios Operativos

 

GSM trabaja en la banda de 900 MHz con una combinación de FDMA (Frequency División Multiple Access) y TDMA (Time Division Multiple Access) para conseguir los requeridos 124 pares de portadoras radio de 200 KHz, cada una de los cuales puede manejar 8 canales por medio de TDMA con 8 "time slots" (0,557 ms.). Es decir, aunque una portadora da servicio a 8 canales, en un instante dado sólo uno de esos canales está utilizando el ancho de banda disponible. Cada uno de esos canales podría subdividirse a su vez en dos canales (codificación half-rate).

 

La banda de frecuencia utilizada es 890-915 MHz para el enlace ascendente (Móvil-BTS) y 935-960 MHz para el descendente (BTS-Móvil). Para prevenir interferencias, las BTSs adyacentes usan diferentes frecuencias.

 

La modulación utilizada es GMSK (Gaussian Minimum Shift Key) a una velocidad de 270 Kbit/s. El codificador de canal tiene dos modos de operación dependiendo de que la información a transmitir sea telefonía (voz) o datos.

 

La voz es muestreada, cuantificada y codificada a una velocidad básica de 13 Kbit/s. que pasa a 22.8 Kbit/s., cuando se añade la corrección de errores hacia delante (FEC). La información adicional de sincronización y los periodos de guarda entre time-slots aumenta la velocidad de bit a 33.9 Kbit/s.

 

Para poder soportar la transmisión de datos en una red GSM, es necesario implementar una serie de funcionalidades:

 

Funciones de adaptación de velocidad.

 

Funciones de corrección de errores RLP (Radio Link Protocol).

 

Funciones de conversión de protocolo L2R (Layer 2 relay).

 

La adaptación de velocidad se realiza a dos niveles; en un primer nivel se adapta la velocidad de usuario a la velocidad del canal radio, y una segunda adaptación sobre 64Kbit/s. Las funciones de adaptación de velocidad se basan en las recomendaciones V.110 y X.30 del CCITT.

 

La función RLP introduce control de flujo y corrección de errores en las comunicaciones no transparentes, para conseguir una alta calidad de servicio.

 

La función L2R establece una conversión entre la estructura de datos de usuario y una estructura adaptada al protocolo RLP.

 

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