2G ve 3G Teknolojileri

Transkript

1 2G ve 3G Teknolojileri TOLGA KÜÇÜKARSLAN ĠSTANBUL, 2010

2 GSM TARĠHÇE ġebeke ALTYAPISI SĠSTEM ELEMANLARI ÇALIġMA ġeklġ 2

3 TARĠHÇE 3

4 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. 4

5 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. 5

6 Dünya Genelinde Kullanılan Mobil ĠletiĢim Sistemleri GSM 900/ Global System for Mobile Communication Avrupa da GSM sistemleri kullanılmaktadır. Bu ülkelerde transmisyonun 900 MHz ve 1800 MHz radyo frekansını kullanarak yapılıyor olmasından dolayı GSM 900 ve GSM 1800 olarak adlandırılmıģtır. DCS Digital Cellular System DCS 1800; Ġngiltere de kullanılan mobil iletiģim sistemidir MHz frekansı üzerinden iletiģim sağlanır. PCS Personal Communication System PCS 1900; Amerika da kullanılan mobil iletiģim sistemidir MHz frekansı üzerinden iletiģim sağlanır. 6

7 Kablosuz Sistemlerin GeliĢimi 1G G GPRS EDGE G HSDPA HSUPA G 7

8 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 8

9 ġebeke ALTYAPISI 9

10 KULLANILAN FREKANS ARALIKLARI 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. 10

11 KULLANILAN FREKANS ARALIKLARI Sistem GSM 900 GSM 1800 GSM 1900 Frekanslar Yukarı Link Mhz Mhz Mhz Aşağı Link Mhz Mhz 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 İletim Hızı 270 kbps 270 kbps 270 kbps 11

12 Kanallar GSM Frekans Bantları 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 Duplex Mesafesi Uplink Downlink MHz Duplex Mesafesi : Bant Genişliği : 45 MHz 25 MHz 25 MHz 12

13 GSM TaĢıyıcı Frekansları 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). 13

14 HÜCRE Baz İstasyonu Kapsam Alanı HÜCRE HÜCRE 14

15 HÜCRE Yüksek Makro Hücreler Mikro Hücreler Düşük Piko Hücreler 15

16 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 16

17 SİSTEM ELEMANLARI 17

18 ġebeke MĠMARĠSĠ BSS(Base Station Subsystem) SS(Switching System) OMC(Operation and Maintenance Center) 18

19 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) 19

20 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 20

21 BTS (Base Tranceiver Station) (Baz Ġstasyonu) Bir baz istasyonu kendisine bağlı hücreler içinde olan cep telefonları ile bağlantı kurar. 21

22 BSC (BASE STATION CONTROLLER) (BAZ ĠSTASYONU KONTROLÖRÜ) - Baz Ġstasyonlarını denetler - Cep telefonu konuģma baģlatırken süreç kontrol eder -Location update yapar Base Station Controller -Handover sürecini kontrol eder -Paging i kontrol eder -SinyalleĢme kanallarını denetler 22

23 MSC (Mobile Switching Center) (Mobil Anahtarlama Merkezi) BSC 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'lerin arasındaki geçişi sağlamak BSC 23

24 HLR(HOME LOCATĠON REGĠSTER-Abone Bilgileri Kalıcı Veri Tabanı) 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. 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 24

25 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. 25

26 OMC(Operation and Maintenance Center-Operasyon ve Yönetim Merkezi) Hata yönetim sistemi Konfigürasyon yönetim fonksiyonu Yazılım yönetim sistemi 26

27 ÇALIġMA ġeklġ 27

28 GSM Kanal Yapısı Trafik Kanalları TCH Kontrol Kanalları BCCH, FCCH, PCH, RACH 28

29 Location Update BTS 1 BTS 2 BSC 1 BSC 2 MSC 1 MSC 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 29

30 Arama Kurulumu HLR Gateway MSC SABĠT TELEFON ŞEBEKESĠ 30

31 A-Number Arama Sonrası KONUŞMA DETAY KAYDI (CDR) MISISDN KONUŞMA SÜRESĠ B-NUMBER FATURALAMA SĠSTEMĠ 31

32 Handover BSC (MSC) 32

33 A-Number Kısa Mesaj Servisi (SMS) MSC 1 SMSC Katma Değerli Servisler B-Number MSC 2 HLR HSBC MİLLİYET 33

34 3G - WCDMA 34

35 WCMDA WCDMA ağ yapısı WCMDA RAN(Radio Access Network) WCDMA Core Network WCDMA Frekans Spektrumu Çoklu EriĢim Teknikleri Veri Ġletimi Hücre Planlama 35

36 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) 36

37 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) 37

38 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. 38

39 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. 39

40 WCDMA CORE NETWORK YAPISI Core Network, veri alıģveriģinde paket anahtarlamalı ve devre anahtarlamalı yapıyı kullanan elemanlardan oluģur. 40

41 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 41

42 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. 42

43 MSS in genel görevleri: Çağrının kurulması Roaming yönetimi Handover yönetimi Güvenlik Ücretlendirme Numara taģınılabilirliği altyapısı 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. 43

44 WCDMA UMTS SPEKTRUMU 44

45 ÇOKLU ERĠġĠM TEKNĠKLERĠ Mobil sistemlerde değiģik çoklu eriģim teknikleri kullanılmaktadır. WCDMA de CDMA(Kod bölmeli çoklu eriģim) tekniği kullanılmaktadır. 45

46 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. 46

47 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. 47

48 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. 48

49 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 49

50 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.işlem sonucu otaya çıkan veri chip dizisi olarak adlandırılır. Veri sembolü başına chip sayısı spreading factor olarak ifade edilir. 50

51 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. 51

52 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. 52

53 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. 53

54 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. 54

55 HÜCRE PLANLAMA WCDMA de PN hücrelerde frekans planlamasının yerine PN kod planlaması uygulanır. AĢağıdaki örnekteki 7 PN kodunun tekrar kullanımı planlanmıģtır. 55

56 TEġEKKÜRLER 56