Tipuri de retele de comunicatii mobile (GSM, TDMA, GPRS)

Tipuri de retele de comunicatii mobile

Telefonia mobila a cunoscut una din cele mai rapide cresteri si este cele unul din cele mai populare teleservicii.

Mobilitatea este asigurata prin accesul radio realizat prin statiile de baza Abonatul poate realiza apel indiferent de pozitia lui geografica si se poate deplasa in timpul convorbirii fara a fi afectata calitatea convorbirii. Pentru a asigura mobilitatea abonatului, este necesar ca statia mobila sa fie in contact radio permanent cu reteaua de comunicatii mobile.

Sistemele de comunicatii mobile au cunoscut o evolutie marcata de 3 generatii.

Primele generatii de sisteme mobile celulare, dezvoltate dupa 1980, sunt bazate pe tehnologii de comunicatie analogice bazate pe multiplexarea cu diviziunea in frecventa. Aceste sisteme asigurau servicii telefonice.

Prima generatie de sisteme digitale de comunicatii mobile (dezvoltata dupa 1990) utilizeaza tehnici de acces cu multiplexare cu diviziune in timp (TDMA - Time Oivision Multiple Acceess). GSM 900/1800 sunt sisteme digitale bazate pe comutatia de circuite care asigura servicii telefonice si de date de la terminale miniaturizate mobile. Calitatea comunicatiilor este foarte buna si se asigura o utilizare eficienta a spectrului de frecventa. Rata de crestere a comunicatiilor mobile este foarte mare. In prezent sunt peste 500 milioane de abonati ai sistemelor de comunicatii mobile.

Diversificarea serviciilor si dezvoltarea comunicatiilor multimedia impun cresterea vitezei de transmisie si eventual acces asimetric la Internet. Acestea au determinat dezvoltarea in continuare a sistemelor de comunicatii mobile astfel ca au fost obtinute sisteme de comunicatii mobile din generatia a2-a (2G) si a 3-a (3G).

Fig.1. Cresterea vitezelor de transmisie si a numarului de abonati ai sistemelor de comunicatii mobile

In urma dezvoltarii explozive a Internetul a aparut necesitatea accesului digital la reteaua cu comutatie de pachete de date, astfel ca dupa 1998 a fost dezvoltat conceptul GPRS (General Packet Radio Services), implementat ca noduri GPRS in sistemele GSM. Obiectivul principal era asigurarea accesului utilizatorilor la servicii similare celor oferite de N-ISDN. Sistemul combinat GSM - GPRS a constituit generatia a doua de sisteme de comunicatii mobile.

Sistemele din generatia a treia (3G), standardizate de ITU-RR sub numele de IMT-2000 (International Mobil Telecommunications 2000) sau de ETSI sub numele de UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), au avut ca obiective majore:

realizarea unei retele unificate globale pentru aplicatii fixe si mobile, telefonice si de date,

acces radio la servicii de banda larga

realizarea unei arhitecturi flexibile de servicii, care sa permita operatorilor sa raspunda cerintelor abonatilor la servicii de telecomunicatii.

Fig.2. Evolutia retelelor de comunicatii mobile

I.       GSM (Global System for Mobile Communications)

In fig.2. sunt prezentate comparativ o retea fixa si PLMN (Public Land Mobile Network). PLMN are celule grupate in arii de localizare (LA = Location Area)

Fig.3. Comparatie intre o retea fixa si PLMN bazata pe celule grupate in arii de localizare (LA)

I.1 Arhitectura generala a sistemului de telecomunicatii mobile

Comunicatia intre statia mobila si PLMN are loc prin canale radio.

Spectrul de frecvente alocat unui sistem mobil este partajat in benzi de frecventa care definesc canalele radio prin care se realizeaza comunicatia cu statia de baza. In plus se realizeaza o separare in frecventa a canalelor radio de emisie si receptie.

La proiectarea unui sistem de comunicatii mobile trebuie sa se aiba in vedere caracteristicile mediului de comunicatie dintre statia mobila si statia de baza, precum si de puterea de emisie limitata a statiei mobile. Aceste considerente determina impartirea ariei de acoperire in arii mai reduse numite celule.

Celula este aria in interiorul careia comunicatia dintre statia mobila si statia de baza este de calitate. Teoretic, forma unei celule se considera a fi un hexagon regulat. Dimensiunea celulei depinde de structura geografica a zonei deservite si de numarul de utilizatori. Raza unei celule poate atinge cativa kilometri. In mediile urbane, unde numarul de utilizatori este mare, aria de acoperire se poate diviza in microcelule cu raza de ~ 1 km (in medii urbane mediu populate) sau picocelule cu raza maxima de 300 m (in mediile dens

populate).

Statia de baza gestioneaza comunicatiile in interiorul si dintre celule asociate. Ea este formata din BTS si BSC.

BTS (Base Transceiver Station) contine echipament pentru transmisia si receptia radio, antene pentru una sau mai multe celule, echipament de criptare/decriptare a semnalului si pentru masurarea puterii semnalului receptionat.

BSC (Base Station Controller) gestioneaza canalele radio, care pot fi canale de trafic de comunicatie sau canale de semnalizare. BSC controleaza reteaua de acces radio si conexiunile prin aceasta. La acest nivel se realizeaza o concentrare de trafic si se controleaza mobilitatea si conexiunile din interiorul ariei deservite de BSC (la trecerea statiei mobile dintr-o celula in alta a aceleiasi arii de acoperire).

MSC (Mobile Switching Centre) este centrul de comutatie al serviciilor mobile. Acesta este un nod de comutatie care trebuie sa realizeze urmatoarele functii de baza

Asigura interconectarea cu retelele fixe de telecomunicatii;

Mentine o baza de date care gestioneaza

Identitatea si localizarea fiecarui mobil deservit (HLR = Home Location Register). Aceste informatii permit rutarea apelului terminalului mobil. Modificarea pozitiei unui mobil este comunicata prin MSC catre HLR.

Deplasarea unui mobil dintr-o celula in alta este urmarita cu ajutorul BTS si BSC. Baza de date care inregistreaza informatiile despre vizitatorii celulei se numeste VLR (Visitor Location Register). Ea este actualizata cu ajutorul BSC. Informatia referitoare la modificarea pozitiei mobilului va fi comunicata prin MSC catre HLR.

Gestioneaza mecanismele de transfer ale apelurilor, la modificarea
pozitiei mobilului prin deplasarea acestuia dintr-o celula in alta celula Apelul se va mentine, dar conexiunea va fi comutata pe un alt canal radio alocat prin celula in care a intrat mobilul.

Gestioneaza semnalizarile cu reteaua fixa si cu statiile de baza

GMSC (Gateway MSC) este un MSC specializat care serveste ca interfata cu alte retele de telecomunicatii. Toate conexiunile de la sau spre o retea fixa trec prin GMSC.

I.2 Reteaua celulara

Reteaua de radiotelefonie mobila celulara este divizata in celule, in fiecare celula fiind montate una sau mai multe statii de baza care acopera, din punct de vedere radio, teritoriul respectiv. In sistemele celulare se realizeaza transferul (handover) automat al legaturii statiei mobile de la o statie de baza la alta, in functie de pozitia statiei mobile.

Teoretic, reteaua este impartita in hexagoane, care acopera teritoriul in care se doreste introducerea serviciului radiotelefonic celular.

In fiecare celula hexagonala se utilizeaza un numar de canale, in functie de traficul estimat.

Un grup de celule hexagonale in care nu se repeta nici un canal util, dar pe care s-au repartizat toate canalele disponibile, formeaza o zona de repartitie radio. Intr-o zona de repartitie radio se pot grupa N = 3,4, 7, 9,12,13 celule.

Fig.4. Sisteme celulare cu marcarea conturului unei zone de repetitie radio (PQRSTU)

Se observa ca, din considerente geometrice, N nu poate lua orice valoare intreaga

Fiecare celula are asociata o statie de baza. Numarul de celule dintr-o zona este stabilit in functie de raportul semnal/perturbatie (S/P) admis. Pentru a asigura o calitate buna a receptiei se recomanda pentru raportul semnal/perturbatie valori minime de 18 dB pentru sistemele radiotelefonice celulare cu modulatie analogica si 13 dB pentru sistemele cu modulatie digitala

Calculul real al acoperirii teritoriului cu serviciul de radiotelefonie mobila trebuie sa ia in considerare relieful zonei considerate, distributia zonelor cu trafic mare, distributia populatiei.

Fiecarei statii de baza i se repartizeaza mai multe canale utilizate in zona de servire a celulei asociate.

In sistemul GSM, interfata radio, aflata intre statia mobila si statia de baza, utilizeaza benzile de frecventa

890-915 MHz pentru sensul de transmisie de la statia mobila la statia de baza

935-960 MHz pentru sensul de transmisie de la statia de baza la statia mobila

In fiecare din aceste benzi sunt stabilite cate 124 frecvente purtatoare, distantate intre ele cu 200 kHz.

Fiecare statie de baza are alocate un numar de purtatoare, in functie de traficul estimat in celula respectiva. Distanta dintre o purtatoare utilizata pentru emisie si una utilizata pentru receptie in statia de baza este de 45MHz. Canalul de comunicatie este duplex.

Pe fiecare purtatoare sunt multiplexate (in GSM) cu diviziunea in timp cate 8 canale 'fizice'. In acest fel, opt statii mobile pot realiza legaturi radio bidirectionale cu statia,de baza pe o pereche de frecvente purtatoare.

Fig.5. Comunicarea pe canale de comunicatii cu acces multiplu cu diviziune in timp.

Pentru reducerea numarului de transferuri (handovers), sistemele de radiocomunicatii mobile au posibilitatea de a organiza celule mai mari numite 'umbrela', care vor fi folosite numai pentru utilizatorii care se deplaseaza cu viteza mare.

I.3. Servicii de utilizator

Obiectivul major al serviciilor in PLMN este asigurarea mobilitatii abonatilor, ceea ce impune adoptarea unor solutii complexe de mentinere a conexiunii pentru abonatii in miscare, precum si identificarea pozitiei abonatului pentru realizarea rutarii adecvate a apelurilor.

Serviciul telefonic

Cea mai importanta sarcina a PLMN este sa asigure un serviciu de calitate in conditiile transmisiei radio. Calitatea serviciului telefonic depinde in principal de metoda de codare a vocii folosita prin reteaua de acces radio. In GSM se pot folosi ca metode de codare: 'full-rate coding' (13 kbit/s) si 'half-rate codmg' (6,3 kbit/s)

Serviciul de date

Viteza de transfer de date folosita in GSM este de 9,6 kbit/s. O crestere la 14,4 kbit/s se poate obtine prin folosirea de noi metode de codare pe canal.

Telefax

PLMN poate realiza servicii de telefax analogice din grupa 3.

Servicii suplimentare

Serviciile suplimentare sunt similare celor din retelele fixe.

Servicii de mesagerie

Aceste servicii sunt importante in PLMN, deoarece terminalele pot fi intrerupte sau abonatul poate fi intr-o zona in care nu are acces radio la PLMN..

Serviciile de mesagerie pot fi de tipul posta vocala, telefax sau servicii de mesaje scurte (SMS = Short Message Service).

SMS permite utilizatorului sa receptioneze mesaje scurte (in GSM mesaje de maxim 160 caractere). Un mesaj care nu poate fi furnizat imediat, va fi memorat intr-un centru de serviciu de mesaje scurte pana cand mobilul le solicita

Dezvoltarea serviciilor

Dezvoltarea exploziva a comunicatiilor mobile si a comunicatiilor de date de tip Internet au condus la cereri de modificari importante referitor la posibilitatile de comunicatii de date prin sistemele de comunicatii mobile.

Sistemele actuale sunt optimizate pentru transfer de voce.

Versiunile actualizate au permis o crestere a capacitatii de transfer pana la 100 kbit/s.

Noile sisteme de comunicatii mobile, ca de exemplu UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), vor realiza o imbunatatire semnificativa in domeniul serviciilor asigurate pentru utilizatori.

I.4. Terminale

Dezvoltarea telefoaneleor mobile a fost caracterizata de doua tendinte importante: reducerea dimensiunii si cresterea inteligentei.

Un terminal mobil trebuie sa asigure functiile corespunzatoare cerintele utilizatorilor:

Calitatea comunicatiei

Inteligibilitate,

Calitate acceptabila a semnalului receptionat,

Recunopasterea vorbitorului corespondent,

Raportul semnal/zgomot suficient de mare.

Securitatea comunicatiei,

Mobilitatea utilizatorilor,

Controlul conexiunilor,

Controlul resurselor radio.

Fig.6. Schema functionala a statiei mobile

Statia mobila dispune de un echipament terminal si o cartela SIM (Subscriber Identity Module).

Echipamentul terminal dispune de urmatoarele unitati functionale:

Interfete de utilizator pentru:

comunicatii telefonice (microfon, receptor, claviatura, afisaj)

comunicatii de date (interfata de conectare la PC).

Unitatea de codare a vocii, realizata prin conversie analog-digitala prin esantionare cu frecveta de 8 KHz, urmata de o cuantizare uniforma cu 13 biti pe esantion (8 x 13 = 104 Kbps) si de o compresie a semnalului, digital pentru a obtine semnalul de 13 Kbps transmis prim subsistemul radio,

Unitate de control canale de trafic de voce permite:

detectia pauzelor in vorbire prin VAD (Voice Activity Detection) si implementarea mecanismului de transmisie discontinua (transmisie cu 13 kbps pentru semnal util si transmisie cu debit redus - 500 bps- a informatiei de zgomot de fond),

detectia si corectia erorilor.

Unitatea de semnalizare si unitatea de control a canelelor de control,
care realizeaza

controlul conexiunilor, controlul localizarii utilizatorului,

controlul mobilitatii,

controlul resurselor radio,

controlul puterii semnalului receptionat,

controlul autentificarii utilizatorului,

Unitatea de criptare pentru controlul securitatii comunicatiei prin criptarea semnalelor transmise,

Unitatea de multiplexare, care asigura multiplexarea semnalelor de comunicatie si de semnalizare

Interfata radio, care asigura transmisia la distanta a pachetelor de trafic si control prin purtatori radio prin :

Modulatie, amplificare RF si antena la emisie,

Antena, amplificator RF si FTB si demodulator la receptie.

Statiile mobile au asociate clase de statie mobila care definesc nivelul maxim in reglajul puterii. Nivelul minim este de 13 dBm (20 mW) indiferent de clasa

I.5. Standardizare pentru comunicatii mobile

Standardele pentru comunicatii mobile definesc caracteristicile de baza ale prinicpalelor sisteme de comunicatii mobile.

In tabelele 1 si 2 sunt prezentate caracteristicile standardizate ale unor sisteme de comunicatii mobile analogice si digitale.

Tabelul1. Standarde pentru retele de comunicatii mobile analogice:

NMT (Nordic Mobile Telephony) a fost prima retea analogica de comunicatii mobila publica (1981). Canalele de trafic si de control sunt analogice. Transmisia utilizeaza modulatia in frecventa pe un purtator din banda de frecventa alocata retelei NMT. Au existat doua variante NMT 450 si NMT 900 cu 450 si respectiv 900 benzi de frecventa utilizate.

GSM a fost specificat de ETS1 si intrat in exploatare in 1992. Canalele de trafic (voce, date) si canalele de control in sistemul GSM sunt digitale. Sistemul este conceput sa asigure mobilitate internationala si posibilitatea interconectarii cu alte tipuri de retele de telecomunicatii.

Tabelul2. Standarde pentru primele retele de

comunicatii mobile digitale

DCS 1800 reprezinta corespondentul GSM 900 in banda 1800 MHz. DCS 1800 permite utilizarea flexibila a structurilor macro, mini si micro-celulare. Celulele mari cu raza de ~ 5 Km pot fi folosite in zone rurale, celulele mici (~1 km) sunt folosite pentru zonele urbane, iar micro-celulele sunt indicate in interiorul cladirilor sau in locuri foarte aglomerate. Sistemul a fost optimizat din punctul de vedere al performantelor terminalelor portabile de mica putere.

ADC este un sistem american de telefonie celulara digitala, care a devenit accesibil comercial in 1991 si este o versiune digitala a sistemului AMPS (sistem de comunicatii mobile analogic, operational din 1984) Terminalele portabile sunt adaptate sa poata comuta pe canale de trafic analogice sau digitale.

DECT este un sistem de telefonie fara fir, care foloseste legaturi radio cu puteri de emisie mici. Sistemul este util pentru retele cu acoperire redusa, care necesita o calitate ridicata a circuitului telefonic. Aplicatiile pot fi: extinderea retelei telefonice fixe prin legaturi radio, in zone cu densitate mica de utilizatori sau in zone cu afluenta mare de vizitatori, conectarea terminalelor mobile la o mini-centrala DECT.

Organizatiile de standardizare (ITU-T, ANSI, EIA, TIA, ETSI) au publicat un numar mare de standarde pentru retelele de comunicatii mobile . Acestea se refera la:

codarea vocii in retelele de comunicatii mobile,
definirea elementelor de retea,

tehnici de acces radio (TDMA, FDMA, CDMA),

protocoale de semnalizari interne retelelor de comunicatii mobile si semnalizarile cu alte retele,

managementul mobilitatii,

managementul resurselor radio.

I.6. Comutatie

Reteaua de comunicatii mobile utilizeaza aceleasi tehnici de comutatie ca retelele PSTN si N-ISDN.

Centrul de comutatii mobile (MSC) din PLMN realizeaza suplimentar functii determinate de mobilitatea abonatilor:

Un MSC are de controlat o retea in care numarul de terminale dintr-o arie de localizare a MSC nu este fix. Acesta depinde de numarul de vizitatori;

Rutarea intre MSC se realizeaza pe baza unui numar alocat temporar asociat vizitatorului pe durata unui apel. Acest numar este referit ca 'roaming number'.

Intr-o retea fixa cu comutatie de circuite, rutarea este executata o singura data, iar conexiunea se mentine pana la terminarea apelului.

In PLMN, mobilele se pot muta pe durata unei convorbiri. Pot fi necesare noi rutari si realizarea unor noi conexiuni spre celulele in care se realizeaza deplasarea abonatului. Managementul mobilitatii este realizat cu ajutorul bazelor de date din HLR si VLR.

Comutatia in PLMN este realizata la 4 nivele ale structurii PLMN : BTS, BSC, MSC, GMSC.

Fig.7. Controlul comutatiei in PLMN

Concentrarea traficului este realizata in interfata radio (BTS), din cauza numarului limitat de canale radio de trafic. Concentrarea este controlata de BSC prin alocarea canalelor radio la terminalele mobile.

BSC conecteaza canalele de trafic intre BTS si MSC. De asemenea in BSC se realizeaza comutatia ceruta de apeluri, atunci cand mobilul se deplaseaza de la o celula la alta in interiorul zonei alocate unui BSC.

MSC realizeaza conexiuni intre canalele de trafic de 64 kbit/s intre GMSC si BSC. Prin MSC se controleaza modificarea conexiunilor de comunicatii impusa de deplasarea mobilului dintr-o arie alocata unui BSC si in aria alocata unui BSC vecin in care a intrat mobilul.

GMSC comuta canale de trafic de 64 kbit/s intre o retea externa si MSC din PLMN. Pentru apelurile de intrare, GMSC se va conecta initial la HLR pentru a defini localizarea curenta a abonatului chemat si pentru a identifica MSC prin care se va finaliza conexiunea.

Exista cinci tipuri de handover:

a. handover in interiorul unei celule Ca urmare a interferentelor sau a perturbatiilor, se va aloca un nou canal de trafic in aceiasi celula Comutatia de pe un canal pe altul este controlata de BSC.

b. Handover in interiorul unui BTS La trecerea mobilului de la o celula la alta, care apartine aceleiasi BTS, comutatia pe un alt canal radio va fi controlata numai de BSC.

c. Handover in interiorul unui BSC Cand mobilul se deplaseaza dintr-o celula gestionata la un BTS in alta celula gestionata de alt BTS, in cazul in care cele doua BTS sunt gestionate de acelasi BSC, atunci comutarea pe un alt canal va implica participarea celor doua BTS si a BSC.

Fig.8. Handover in interiorul celulei

Fig.9. Handover in interiorul zonei deservite de un BTS

Fig.10. Handover in interiorul zonei deservite de un BSC

Handover in interiorul unui MSC Cand mobilul se deplaseaza dintr-o celula gestionata la un BSC in alta celula gestionata de alt BSC, in cazul in care cele doua BSC sunt gestionate de acelasi MSC, atunci comutarea pe un alt canal va implica participarea a MSC, a doua BTS (de plecare si de sosire a mobilului) si a doua BSC (de plecare si de sosire a mobilului).

Fig.11. Handover in interiorul zonei deservite de un MSC

Handover intre doua MSC . Cand mobilul se deplaseaza dintr-o celula in alta, in situatia in care cele doua celule apartin de MSC diferite, atunci la realizarea comutatiei participa BST, BSC si MSC asociate celulei de plecare si celulei de sosire.

Fig.12. Handover intre doua zone deservite de MSC diferite

I.7. Tehnici de transmisie

Retelele mobile utilizeaza doua tehnici de transmisie: radio celular pentru acces la abonati si sisteme punct la punct pentru nivelele superioare nivelului statiei de baza

In PLMN, retaua de acces a sistemelor digitale controleaza canalele vocale, care utilizeaza codare cu rata binara redusa, care sa permita transmiterea a mai multor canale de trafic prin conexiunea de 64 kbit/s (4 conexiuni de 13 kbit/s in conexiunea GSM). Conversia intre 13 si 64 kbit/s este realizata in BSC.

Majoritatea retelelor mobile nu au propria retea de transmisie. Pentru interconectarea MSC si a BSC se pot folosi linii inchiriate. Ca o alternativa pot fi folosite linkuri radio pentru interconectarea BSC si BTS.

Tehnicile de transmisie prin cai radio in PLMN impun:

alegerea de antene adecvate,

o metoda de modulatie,

multiplexare in frecventa si in timp a canalelor,

metode de control al erorilor,

codarea vocii pentru retelele digitale,

criptarea semnalelor transmise prin aer.

Tehnicile de multiplexare folosite frecvent in retelele de comunicatii mobile sunt FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (TimeDivision Multiple Access).

FDMA este o tehnica folosita in sistemele de telefonie mobila analogice (ex. NMT). Domeniul de frecvente alocat celulelor se refera la un Iink de la mobil la statia mobila numit uplink si un Iink de la statia mobila la mobil numit downlink. Separarea in frecventa intre aceste linkuri trebuie sa fie suficient de mare (45 MHz) pentru a se elimina interferentele dintre ele.

Fiecare Iink este divizat intr-un numar de canale unidirectionale. Pentru o comunicatie telefonica duplex se va asocia cate un canal pe fiecare Iink (uptink si downlink).

Fig.13. Principiul FDMA

TDMA este o tehnica de acces cu multiplexare cu diviziune in timp. Pe fiecare frecveta radio se realizeaza multiplexarea in timp a mai multor canale de comunicatii. Pentru fiecare frecventa, timpul este divizat in intervale de timp de durata T. Un numar de M intervale de timp formeaza un cadru TDMA. Fiecare utilizator mobil are alocat unul sau mai multe intervale de timp intr-un cadru
TDMA.

Fig.14. Principiul TDMA

In GSM, un interval de timp are durata de 577 s (3/5200 s).

Un cadru TDMA contine 8 intervale de timp si are o durata de 4,6 ms (5/650 s)

Tehnica de alocare a unui interval de timp pe o frecvena radio este numita acces multiplu cu diviziune in timp (TDMA).

Un canal logic defineste tipul de informatie transmisa printr-un interval de timp al unui cadru TDMA. Canalele logice se pot clasifica in functie de modul de utilizare astfel:

canale logice dedicate,

canale logice comune.

Canalele logice dedicate pot fi canale de trafic sau canale de control.

Canalele de trafic sunt canale bidirectionale folosite pentru transmisia si receptia traficului util intre utilizatorii mobili. Pe un canal de trafic de tip TCH (Traffic Channel), rata de transmisie pentru voce poate fi este de 13 kbit/s pentru 'Full rate' sau 6,5 kbit/s pentru 'Half rate',.

Canalele de control dedicate DCCH (Dedicated Control Channel) sunt canale bidirectionale asociate unui canal de trafic, destinate transmisiei informatiilor de semnalizare folosite astfel:

SDCCH (Stabd-alone dedicated Contrai Channel) pentru
identificarea serviciului solicitat de mobil si alocarea canalului de trafic statiei mobile;

SACCH (Slow Associated Control Channel) pentru transmiterea de informatii referitoare la masuratorile de nivel al puterii;

FACCH (Fast Associated Control Channel) folosit pentru realocari de canale si gestionarea transferurilor;

Canalul logic comun poate fi accesat de oricare dintre mobilele aflate intr-o celula. Aceste canale se pot clasifica astfel:

BCH (Broadcast Channel) este un canal unidirectional prin care se transmit continuu informatii spre statiile mobile. Exista trei tipuri de canale de difuziune:

BCCH (Broadcast Control Channel) este folosit pentru transmiterea de informatii specifice celulei,

FCCH (Frequency Correction Channel) este folosit pentru transmiterea de informatii de corectie frecventa pentru sincronizarea dupa tactul BTS ,

SCH (Synchronisation Channel) este folosit pentru sincronizare cadru si identificarea statiei de baza

CCCH (Common Control Channel) reprezinta o clasa de canale comune, bidirectionale de control, care pot fi:

RACH (Random Access Control Channel) folosit de statiile mobile pentru a solicita canal de trafic sau canal dedicat de semnalizare;

AGCH (Access Grant Control Channel) folosit de BTS pentru a comunica alocarea unui canal dedicat, solicitat anterior.

PCH (Paging Channel) este un canal de paging (apel) utilizat de BTS pentru avertizarea statiilor mobile despre apelurile sosite din retea.

Fig.15. Canale logice ale sistemului GSM

I.8. Inteligenta retelei si servicii cu valoare adaugata

Cresterea cerintelor de inteligenta a retelelor pentru comunicatii mobile a fost determinata de functiile complexe de acces radio si de mobilitatea terminalelor. Pe de alta parte, introducerea conceptului de retea inteligenta in aceste retele asigura diversificarea serviciilor pentru abonati. Operatorul isi asigura in acest fel succesul in fata concurentei mari pe piata de servicii de telecomunicatii si isi asigura sporirea veniturilor rezultate din aceste servicii.

I.9. Semnalizari

Semnalizarile in GSM asigura comunicatii intre entittile functionale. Semnalizarile apar la interfetele dintre subsistemele GSM.

Fig.16. interfete intre subsistemele GSM

Nivelele functionale sunt prezentate in maniera OSI.

Nivelul fizic (1) se refera la urmatoarele interfete:

interfata radio (Um) este realizata cu canale temporale pe purtatoare
radio;

interfata BTS-BSC (Abis) bazata pe canale temporale digitale de 64
kbit/s, poate utiliza cablu coaxial, FO sau link de microunde.

- interfata BSC-MSC(A) constituie nivel 1 al sistemului de semnalizare no.7 (SS 7), care este bazat pe canale de 64 kbit/s si foloseste ca suport fizic perechi torsadate, cablu coaxial, fibra optica

Nivelul legaturii de date (2) are ca scop realizarea de legaturi fiabile in interfetele Um (protocol LAPDm), Abis /BTS-BSC/ (LAPD) si A /BSC-MSC/ (nivel 2 SS7 /MAP-2).

Nivelul de retea (3) este folosit la toate entitatile centrale ale sistemului: MSC, VLR, GMSC,' HLR, AUC, EIR. AUC este folosit pentru autentificarea utilizatorilor, iar EIR este un registru de identificare a echipamentelor.

Nivelurile superioare implica multiple protocoale, care pot fi clasificate in urmatoarele categorii: CC - controlul conexiunilor, CM - managementul conexiunilor, MM - managementul mobilitatii, RR - managementul resurselor radio.

CC - controlul conexiunilor.

La interfetele cu retelele fixe, protocoalele au ca obiectiv tratarea apelurilor. Protocoalelel utilizate sunt: TUP pentru apelurile telefonice PSTN, ISUP pentru aplicatii N-ISDN.

CM - managementul conexiunilor.

CM contine procedurile pentru stabilirea/eliberarea conexiunilor, servicii suplimentare si serviciul de mesaje scurte. Managementul conexiunilor este realizat de statia mobila MS si MSC si controleaza conexiunile pe durata apelurilor si a comunicatiilor de la terminalele mobile.

MM - managementul mobilitatii

MM asigura controlul localizarii MS, functii de securitate (autentificare, identificare).

RR managementul resurselor radio.

Managementul resurselor implica comunicatii intre MS, BTS, BSC, MSC. Obiectivul de baza este gestionarea resurselor radio pentru stabilirea conexiunilor, transferul datelor, eliberarea conexiunilor radio dedicate.

RR include functiile de control pentru operatiile pe canalele temporale radio comune sau dedicate.

Fig.17. Arhitectura simplificata a protocoalelor GSM.

Protocoalele folosite pe sectiunea BSC-BTS-MS realizeaza urmatoarele functii:

Transmiterea informatiilor de retea si celule ,

Paging. Cautarea este initiata de MSC care transmite ordine de cautare prin BSC la BTS. BTS transmite continuu apelurile de cautare, detecteaza raspunsurile si trimte rapoarte catre BSC. Sunt de asemenea receptionate apelurile transmise de mobile pentru care se trimit rapoarte la BSC.

Alocarea si eliberarea unui canal comun pentru a permite schimbul de mesaje intre mobil si BSC.

Alocarea si eliberarea unui canal de trafic in cazul setarii sau eliberarii apelului sau al deplasarii mobilului.

Controlul criptarii /decriptarii, care pot fi activate sau inhibate;

Controlul coderului de voce si al adaptarii ratelor canalelor de informatie.

Masurarea calitatii transmisiei in BTS si raportarea rezultatelor la BSC.

Protocoalele folosite pe sectiunile MSC-BSC si MSC-MS realizeaza urmatoarele functii:

inregistrarea si autentificarea cand abonatul deschide mobilul;

Conectarea initiala a mobilului la retea;

Paging, apelare, handover, alocarea canaleleor de trafic, criptare;
Protocoalele folosite intre MSC-uri sunt specificate in SS 7 si corespund protocolului MAP (Mobile Application Part) pentru semnalizarea handover, iar pentru setarea si eliberarea conexiunilor se aplica protocolul ISUP (ISDN User Part).

Schimbul de semnalizari intre GMSC si MSC este conform ISUP din SS 7.

Comunicatia cu alte retele poate fi SS 7 (cu partea de aplicatii TUP sau ISUP) sau semnalizare pe eanal asociat (CAS) / ex. R2/.

Fig.18. Setarea unei conexiuni de la PSTN la un mobil

In fig.18 se prezinta un exemplu de setarea conexiunii de la PSTN la un terminal mobil.

(1)PSTN a receptionat cifrele chematului mobil si prelungeste conexiunea la GMSC din PLMN. Semnalizare PSTN - GMSC poate fi SS 7 (TUP sau ISUP) sau poate fi semnalizare pe canal individual (CAS).

GSM nu cunoaste pozitia mobilului in retea. GMSC transmite catre HLR numarul chemat.

HLR care cunoase localizarea chematului, identifica MSC care va controla conexiunea si va comunica cu VLR asociat acestuia, pentru a-i cere un numar de rutare. VLR va transmite datele mobilului.

GMSC va receptiona numarul de rutare pe care-l foloseste pentru selectia rutei spre MSC-ul in raza caruia se afla terminalul mobil solicitat.

MSC consulta VLR si obtine datele de localizare ale mobilului. Pe baza acestor date se comanda gasirea mobilului sub controlul BSC 11.

BSC 11 trimite un apel de cautare la toate celulele deservite de BSC 11. Raspunsul chematului este detectat de BTS si comunicat catre BSC 11. BSC 11 aloca un canal de control pentru semnalizari.

Se aloca un canal de trafic pentru accesul radio si intre MSC1 si BSC 11. MSC 1 informeaza GMSC, de finalizarea legaturii. PSTN primeste o confirmare privind conexiunea realizata

I.10. Interconectarea PLMN cu alte retele

Interconectarea PLMN cu alte retele necesita acorduri intre operatori privind capacitatea de trafic, semnalizarile si modalitatile de decontare intre operatori. Sunt folosite solutii tehnice de interconectare, de adaptare a interfetelor de interconexiune, utilizarea de semnalizari compatibile.

Sistemele de telecomunicatii mobile au introdus un concept nou de roaming international in cooperarea dintre operatorii din tari diferite.

Competitia nationala impune cooperare in utilizarea frecventelor, a planului de numerotare si a altor resurse.

Operatorii incheie acorduri pentru inchirierea capacitatii de transmisie (trunchiuri si linii de acces). In multe cazuri, liniile sunt inchiriate de la operatorul retelei fixe. Roamingui international impune acorduri de roaming intre operatori, care folosesc acelasi tip de sistem de comunicatii mobile (ex. GSM). Pentru ca utilizatorii sa aiba acces la tehnologii de comunicatii diferite, este necesar ca acestia sa dispuna de terminale care sa lucreze in mod dual (adaptat pentru fiecare sistem in parte).

Interconectarea PLMN cu PSTN si N-ISDN se realizeaza prin GMSC. Conectarea la retelele altor operatori de tip PLMN se realizeaza de asemenea prin GMSC. Interconectarea se realizeaza in mod obisnuit la PSTN/N-ISDN la nivel de centru de tranzit.

Fig.19. Interconectarea PLMN cu PSTN, N-ISDN si alte retele PLMN

Un alt tip de interconexiune apare intre operatori ai retelelor comunicatii mobile si furnizorii de servicii Internet (ISP = Internet Servic Provider).

In zonele geografice izolate, greu accesibile (munte, paduri), conectan abonatilor prin cablu este o solutie costisitoare si care necesita mult timp. Solutiile de acces radio sunt solutii atractive. Ele sunt bazate pe legaturi rad in bucla de abonat sau sistemle celulare fixe. Aceste retele de acces radio potl conectate la PLMN sau PSTN.

In zonele geografice cu densitate foarte mare de abonati, sistemele de tip DECT sunt mai economice decat PLMN. Sistemul DECT nu este insa adecvat pentru deplasari cu viteza mare ale mobilelor.

Fig.20. Interconectarea intre PLMN si Internet

Fig.21. Exemple de costuri pentru diverse tehnologii de acces radio

II GPRS (General Packet Radio Service)

Sistemele de comunicatii mobile din generatia a 2-a realizeaza o completare a retelelor GSM astfel incat pe langa serviciile cu comutatie de circuite oferite de acestea, sa asigure si accesul radio la servicii cu comutatie de pachete necesar accesului cu debite de pana la 115 kbit/s catre Internet.

GPRS este un standard ETSI (European Telecommunications Standards Institute) pentru serviciul de transport, cu comutatie de pachete, in sistemele GSM.

Tehnologia de acces folosita este TDMA si CDPD (Cellular Digital Packet Data).

Prin introducerea GPRS in sistemele GSM se obtine:

interfata radio pentru debite de pana la 115 kbit/s,

folosirea eficienta si partajata a resurselor radio de catre mai multi utilizatori,

timp de acces mult mai mici decat in serviciul cu comutatie de circuite,

taxare dupa volumul de date transmise si nu dupa durata conexiunii.
Canalele temporale sunt folosite simultan pentru serviciile oferite de GSM si GPRS.

In GPRS, unei statii mobile ii pot fi alocate mai multe intervale temporale in acelasi cadru TDMA, ceea ce inseamna o mare flexibilitate in satisfacerea nevoilor de trafic (banda) ale utilizatorilor. Mai mult, alocarea intervalelor temporale este independenta pentru cele doua sensuri, astfel ca traficul poate fi asimetric.

Spre deosebire de GSM, intervalele de timp sunt alocate in GPRS numai pe durata transmiterii sau receptionarii de pachete de date, ceea ce inseamna o utilizare mai eficienta a resurselor radio. Un canal radio poate fi astfel alocat la mai multi utilizatori de comunicatii de date.

Resursele radio ale unei celule pot fi partajate de toate statiile mobile de tip GPRS sau non-GPRS aflate in celula, pentru servicii GSM sau GPRS.

Nodurile de retea GPRS au rolul de a ruta pachetele de date intre statiile mobile si retelele de date externe cu comutatie de pachete. Arhitectura GPRS este prezentata in fig.21. Exista doua tipuri de noduri suport GPRS:

SGSN - nodul suport GPRS de serviciu, care realizeaza

Rutarea pachetelor de date,

Managementul mobilitatii,

Managementul conexiunii spre statia mobila MS,

Autentificare si criptarea;

GGSN - nodul suport de interfata (Gateway) intre reteaua backbone si retelele externe de date cu comutatie de pachete, care realizeaza

Conversia pachetelor de date GPRS in formatul PDP (Packet Data Protocol) adecvat retelei externe (IP, X.25),

Conversia adreselor PDP ale pachetelor sosite de la retelele externe in adresele GSM ale utilizatorilor destinatari,

Transferul pachetetlor de date catre SGSN,

Taxarea comunicatiei de date,

Fig.22. Arhitectura GPRS

Toate celelalte componente ale sistemului GSM trebuie sa fie completate cu componente specifice GPRS.

Statia mobila MS pot functiona in trei moduri diferite, in functie de capabilitatile statiei mobile si a terminalului:

Clasa A permite statiei mobile sa aiba acces simultan la o

conexiune cu comutatie de circuite (GSM conventional) si la un transfer der date (functionare GPRS);

- Clasa B permite statiei sa fie atasata simultan in conexiune cu comutatie de. circuite (CS) si cu comutatie de pachete (PS), dar aceste servicii nu pot fi folosite simultan.

- Clasa C permite statiei mobile conectarea la un moment dat la un singur serviciu (CS sau PS), cu exceptia mesajelor scurte SMS care pot fi receptionate sau transmise in orice moment.

BTS trebuie sa fie completat cu software specific GPRS.

BSC trebuie completat cu echipament si software specififc GPRS.

MSC trebuie completat cu software specific GPRS:

HLR (Home Location Register) este o baza de date cu informatii despre abonatii operatorului GSM-GPRS: parametri de identificare si autentificare, servicii suplimentare, localizarea statiei mobile, adresa IP statica, etc.

VLR (Visitor Location Register) contine date despre toate statiile mobile aflate temporar in aria de localizare a unui MSC (pentru CS) sau in aria de rutare SGSN (pentru PS), astfel ca necesita completare cu software specific GPRS instalat in SGSN.

AUC (Authentication Center) ramane nemodificat, deoarece autentificarea pentru GPRS se face la fel ca la GSM

III. UWITS (Universal Mobile Telecommunication System)

UMTS este un sistem selectat de ITU in cadrul proiectului IMT-2000 International Mobile Telecommunications) pentru definirea sistemelor de comunicatii mobile din generatia a 3-a (3G).

Cerintele impuse sistemelor de comunicatii din generatia a 3-a sunt urmatoarele:

sistem global de comunicatii,

flexibilitate in introducerea de noi servicii prin includerea de functii inteligente si asigurarea de servicii multimedia,

utilizarea eficienta a resurselor radio,

posibilitatea de a conlucra cu sistemele de telecomunicatii existente, fixe sau mobile, in vederea realizarii serviciilor de comunicatii,

asigurarea calitatii serviciilor de voce si video comparabile cu cele asigurate de retelele fixe de telecomunicatii,

asigurarea accesului la servcii de date cu viteze mari de pana la 2 Mbit/s.

Principalele caracteristici ale UMTS sunt urmatoarele:

o noua interfata radio care permite accesul la debite mari necesare serviciilor multimedia,

permite realizarea unui concept de retea unificata pentru aplicatii fixe sau mobile, telefonice sau de date,

ofera o arhitectura functionala flexibila care ppermite introducerea rapida de servicii noi de telecomunicatii impuse de piata de servicii de counicatii.

Criteriile de selectie a UMTS au fost:

costul infrastructurii,

capacitatea,

flexibilitate in utilizarea spectrului,

costul terminalelor,

flexibilitate in utilizarea siintroducerea serviciilor,

maturitatea si riscurile tehnologice,

- standarde acceptate pe plan international.

III.1. CDMA (Code Digital Multiple Access)

CDMA este o tehnologie de acces radio propusa pentru realizarea sistemelor de comunicatie mobile din generatia a 3-a, numita IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).

In fig.22. sunt prezentate comparatie tehnicile de acces multiplu de tip FMDA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) si CDMA (CodeDivision Multiple Access).

cod

a.FDMA b.TDMA c.DS-CDMA

Fig.23. Tehnici de acces multiplu folosite in W-CDMA

Accesul de tip FDMA asigura ortogonalitatea in frecventa, largime de bada ingusta pe purtator, transmisie si receptie continua. Nu necesita sincronizare.

Accesul de tip TDMA asigura ortogonalitatea in timp, largime de bada mare pe purtator, transmisie si receptie discontinua. Necesita sincronizare in timp.

DS-CDMA asociaza coduri diferite pentru transmiterea informatiei utilizatorilor, necesita o largime de banda mare, iar transmisia si recetia sunt continue,

DS-CDMA (Direct Sequence CDMA) foloseste tehnica numita tehnica numita 'spreading' care consta in codarea fiecarui simbol radio primar cu o secventa 'chip' cu o rata mult mai mare ca rata simbolului. Se obtine o largime a benzii determinata de raportul dintre chip si rata simbolului.

Fig.24. Principiul codarii in DS-CDMA

In fig. 25. si 26. se prezinta scheme de principiu pentru 'Spreading' si modulare pentru canalele uplink (de la statia mobila (MS) spre retea) si downlink (de la retea la MS).

Fluxurile de date pentru linkurile upllnk (DPDCH si DPCCH) sunt mapate pe ramuri distincte I si Q si fiecare flux de date este codat folosind coduri OVSF (Orthogonal Spreading Factor), care asigura ortogonalitatea intre canalele diferitilor utilizatori.

Dupa codare, fluxurile de date obtinute sunt multiplexate. Semnalul obtinut este tratat ca un semnal complex I + j Q, care va fi multiplicat cu un code 'scrambling'.

Modularea semnalului astfel obtinut in urma opeartiilor de 'spreding' si 'scrambling' este modulat cu modulatorul QPSK (Quaternary Phase Shift Keying)

Fig.25. Schema de realizare a codarii si modularii in canale uplink

Fig.26. Schema de realizare a codarii si modularii in canale downlink

III.2. Caracteristicile interfetei radio UMTS.

III.2.1. TDD si FDD.

Interfata radio UMTS, bazata pe CDMA, poate folosi doua moduri TDD (Time Division Duplexing) si FDD (Frequency Division Duplexing).

Modul TDD este folosit pentru aplicatiile cu trafic mare. Sunt folosite doua mecanisme diferite care sa asigure partajarea de catre utilizatori a aceleiasi frecventa fara bruiaj mutual. In acest scop este folosit un multiplexaj temporal. Debitul de transfer poate atinge 2048 Mbit/s.

Modul FDD foloseste multiplexarea in frecventa si in cod. Pentru fiecare comunicatie sunt necesare doua purtatoare una pentru legatura ascendenta si alta pentru legarura descendenta. Debitele de transfer accesibile pot atinge 384 kbit/s.

Fig.27. Modurile duplex TDD si FDD

In 1998, ETSI (European Telecommunication Standard Institute) a decis utilizarea UMTS urmatoarelor tehnologii si benzi de frecventa alocate:

pentru arii largi, tehnologia W-CDMA (Wideband CDMA) cu perechi
de benzi FDD:

- 1920-1980 Mhz pentru uplink,

- 2110 - 2170 MHz pentru downlink;

pentru arii mici, tehnologia TD-CDMA cu banda de frecventa folosita in mod TDD:

- 2010/2025 MHz

Tabelul 10. Zone de acoperire UMTS

III.2.2. Descrierea sistemului bazat pe TDD.

a. Arhitectura protocolului de interfata radio.

Arhitectura protocolului de interfata radio este prezentata in fig. 27.

Nivelul LAC (Link Access Control) gestioneaza canalele logice prin care se realizeaza comunicatia cu statiile mobile. Canalele logice sunt specializate in raport cu informatia transferata prin interfata radio. Se disting in acest sens urmatoarele tipuri de canale logice:

Canale comune:

BCCH (Broadband Control Channel) - permite difuzarea parametrilor specifici necesari statiilor mobile SM sa identifice reteaua careia ii apartine si sa obtina accesul la ea,

PCH (Paging Channel) - pentru informarea statiei mobile despre apelurile de intrare si canalul dedicat alocat pentru acces,

RACH (Random Access Channel) - pentru transmiterea cererilor statiei mobile pentru acces la retea,

FACH (Forward Access Channel) - pentru transportul informatiei de control de la statia de baza la statia mobila

DCCH (Dedicated Control Channel)

Canale de trafic: :

DTCH (Circuit Switched Mode Dedicated Traffic Channel)

UPCH (User Packet Traffic Channel).

Fig.28. Arhitectura protocolului de interfata radio

Nivelul MAC (Media Access Control) controleaza modul in care informatiile sunt transmise in interfata radio.

Nivelul fizic (PHY = Physic) asigura interfata intre nivelul de transport si suportul fizic care transporta informatiile prin canale fizice.

In modul FDD, un canal fizic este definit de cod, frecventa si faza relativa (I/Q = In phase/ Quadrature phase), in timp ce in modul TDD, canalul fizic este caracterizat de cod, frecventa si interval de timp.

Fig.29. Structura canalelor logice

Canalele fizice pot fi:

Primary CCPCH (Primary Common Control Physical Chanel), care este un canal unidirectional de la statia de baza spre terminalul mobil si este folosit pentru masurarea nivelului de receptie in MS in vederea selectiei celulei,

Secondary CCPCH (Secondary Common Control Physical Channel),Canalele fizice comune sunt partajate de mai multe MS si sunt folosite pentru paging, control sau informatii de utilizator,

PRACH (Physical Random Access Channel) este un canal de acces aleatoriu folosit de statia mobila pentru a cere acces la unul sau mai multe canale de trafic,

DCH (Data Channel) sunt canalele fizice dedicate sunt folosite pentru comunicatii punct-la-punct, care pot fi:

DPDCH (Dedicated Physical Data Channel)

DPCCH (Dedicated Physical Control Channel)

SCH (Synchronization Channel)

Corespondentele realizate de nivelele interfetei radio intre canale sunt prezentate in fig.29.

Fig.30. Corespondente intre nivelele fizic, transport si logic.

b. Formatul cadrelor

Un canal fizic este structurat pe trei nivele:

multicadru cu o durata de 720 ms, format din 72 de cadre radio,

cadrul radio - unitate de procesare cu 16 intervale de timp si durata 10 ms.,

interval de timp - o unitate care contine simboluri de informatie.

Simbolurile de informatii contin un numar de 'chipuri', deci informatia utilizatorului este codata

Fiecare canal radio foloseste multiplexarea in timp a 16 canale temporale de o durata de 625 ms fiecare.

Canalul fizic este un purtator specific definit de frecventa, cod si de faza (vezi fig. 25).

Continutul de informatie dint-un canal temporal depinde de tipul canalului. In fig.31 si 32 sunt prezentate exemple de cadre pentru canalul fizic (Primary CCPCH) si canalelor dedicate 'uplink'.

Fig.31. Formatul cadrului pentru canalul fizic Primary CCPCH

Fig.32. Formatul cadrului pentru canal dedicat uplink

c. Codare canal

Codarea poate fi realizata folosind doua scheme posibile de codare: Convolution Coding si TurboCoding

Schemele de codare care folosesc aceste tehnici de codare sunt prezentate in fig. 33. si 34.

Fig. 33. Codare pentru canalul comun de control si 'Primary CCPCH'

Fig.34. Codare pentru canale fizice dedicate

Codarea convolutionala este folosita pentru servicii standard cu BER =10^-3 (BEB . Bit Error Rate), iar codarea Turbo este folosita pentru servicii cu BER

Interleaving.

Operatia de intercalare a bitilor (numita Interleaving) in canalul de transport poate fi realizata conform procedurii prezentata in fig.34.

Fig.35. Procedura interleaving

III.2.3. Arhitectura retelei cu acces radio UMTS.

Reteaua de acces radio terestra UMTS, numita UTRAN { UMTS Terrestrial Radio Access Network) asigura interfata radio dintre terminalul mobil si reteaua de baza UMTS si este bazata pe modul de transfer asincron (ATM).

Terminalul UMTS comunica cu reteaua de acces UTRAN prin interfata radio Uu.

Reteaua de acces este constituita din interfete radio numite Nod B (similare BTS din GSM), care sunt conectate la un controler al retelei radio, notat cu RNC (Radio Network Controller) similar cu BSC din GSM. Un RNC controleaza mai multe noduri B prin interfata lub.

RNC este conectat la reteaua de baza UMTS prin intefata Iu.

Standardizarea interfetelor folosite in UMTS permite o adaptare si integrare a echipamentelor produse de diversi producatori in realizarea retelei UMTS.

Fig.36. Arhitectura retelei de acces UMTS

Functiile principale realizate de UTRAN sunt urmatoarele:

functii de control al accesului la sistem:

controlul admisiei,

controlul congestiei,

difuzarea informatiilor de sistem;

functii de securitate:

folosirea identificatorului temporar,

functii referitoare la handover

functii de manageemnt si control ai resurselor radio:

controlul conexiunilor radio,

rezervarea si eliberarea canalelor radio fiyice,

transferul pachetelor de date

controlul puterii RF,

codarea/decodarea semnalelor pe canalele radio.

III.3. Arhitectura retelei de baza UMTS.

Folosirea tehnologiilor CDMA si ATM in retelele de acces UMTS este total diferita de cea folosita in GSM.

Reteaua de baza a UMTS va fi o evolutie a GSM care are in vedere doua principii:

utilizarea in continuare a investitiilor realizate in GSM prin conservarea arhitecturii GSM,

utilizarea tehnologiilor de comutatie si transmisie de pachete de date IP pentru a beneficia de costuri de exploatare reduse si pentru a facilita accesul la serviciile Internet.

Specificatiile 3GPP (Third Generation Partnership Project) din 1999 pentru reteaua de baza a UMTS raspund acestor cerinte prin crearea unei arhitecturi hibride GSM/GPRS, mentinand tehnologiile si sistemele cu comutatie de circuite si cu comutatie de pachete.

Se obtine in acest fel o retea de comunicatii mobile de voce si date cu acces radio ATM, bazat pe CDMA, care permite accesul la servicii de banda larga si asimetrice.

Fig.37. Evolutia retelei 3G in mediul GSM

Fig.38. Arhitectura retelei de baza a UMTS pe GSM si GPRS

In paralel au fost dezvoltate specificatii 3GPP pentru o noua varianta de UMTS bazata numai pe retea de transport IP. In abordarea acestei variante s-au avut in vedere urmatoarele considerente:

traficul de date va creste in viitor foarte mult si solutia cea mai buna pentru acesta este solutia IP,

reteaua IP este deja pregatita sa trateze trafic de timp real (voce, video, multimedia) la preturi reduse si cu o calitate a serviciilor (QoS= Quality of Service) corespunzatoare.

daca reteaua de comunicatii utilizeaza tehnologie IP, atunci serviciile fixe si mobile pot partaja aceleasi resurse ale retelei.

Fig. 39. Arhitectura retelei de baza UMTS pe tehnologie IP

UMTS este o retea bazata pe comutatie si transport de pachete de date, care foloseste accesul CDMA, bazat pe ATM, care asigura accesul la servicii foarte diverse cu cereri de banda ingusta sau de banda larga, cu debit constant sau variabil. Asigurarea calitatii comunicatiilor vocale si video realizate prin retele cu comutatie de pachete este in curs de rezolvare, astfel ca UMTS/IMT 2000 va permite realizarea unei retele unice globale, care sa asigure orice tip de serviciu si care dispune de interfete specifice pentru conectarea la alte retele de comunicatii existente.

III.4. Arhitectura functionala a UMTS.

Toate sistemele din generatia a 3-a utilizeaza transportul de date IP si sunt pregatite sa asigure o larga diversificare a serviciilor, folosind in acest scop conceptul de retea inteligenta (IN).

UMTS dispune de servere VHE (Virtual Home Environment), care asigura functii necesare controlului apelurilor si serviciilor . Arhitectura functionala a VHE este prezentata in fig.39.

Arhitectura VHE include functii de comutatie (SSF) spre procesele de tratare a serviciilor solicitate. Tratarea serviciilor este controlata de SCF care poate folosi datele memorate in baza de date a serviciilor (SDF). VHE poate asigura Tnanagementul serviciilor (SMF) si poate permite crearea cu usurinta a unor noi servicii folosind SCEF.

IMT 2000 foloseste tehnologii ca retele inteligente, telefoane inteligente, protocoale Jawa, etc. pentru crearea si controlul serviciilor de telecomunicatii. IMT 2000 pune la dispozitie o noua tehnologie de comunicatii mobile care va permite oferirea de servicii personale de telecomunicatii independente de terminal, de suportul de transmisie si de tehnologie.

Fig.40. Arhitectura functionala a VHE (Virtual Home Environment)