TC GAZİ ÜNİVERSİTESİ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ ORTA ÖĞRETİM FEN VE MATEMEATİK ALANLARI EĞİTİMİ BÖLÜMÜ FİZİK EĞİTİMİ ANABİLİM DALI MOBİL CİHAZLARIN ÇALIŞMA SİSTEMLERİ VE ÇEVRE ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ Hazırlayan: ERDEM CAN 030557008 Tez Danışmanı: Dr. Mustafa KARADAĞ ANKARA 2006 ERDEM CAN Sayfa 1
1. GSM Tarihçesi İÇİNDEKİLER MOBİL CİHAZLARIN ÇALIŞMA SİSTEMLERİ Genel Bakış Hücresel Konsept Şebeke Elemanları Frekans Bandı Frekans Tekrar Kullanımı Site Tipleri 2. GSM Mimarisi GSM Şebeke Yapısı Mobil İstasyon Mobil Telefon Cihazı SIM kart Baz İstasyonu Sistemi BTS BSC Transcoder Şebeke Anahtarlama Sistemi MSC HLR VLR EIR AUC IWF EC İşletme-Bakım Sistemi (OMS) 3. GSM İşletme Prensipleri Mobility Konuşma Kurulması MOC MTC Handover Intra-BSC Handover Inter-BSC Handover ERDEM CAN Sayfa 2
MOBİL CİHAZLARIN İNSAN SAĞLIĞINA ETKİSİ 1. Önbilgi 2. Kısa Vadeli Zararları a. Beyin hücrelerinde ölüm riski b. Yaşam kalitesinde düşüş c. Duyma bozuklukları d. Görüş alanında daralma 3. Uzun Vadeli Zararları a. ON(10) yıl beklemek mi gerekiyor? b. Savunmasız beyin c. Ve kanser! d. Beyin tümörleri e. Lemfoma kanseri f. Genetik yapı tehlikede g. Kamuoyundan saklanan araştırmalar h. REFLEX: Genetik etkiler teyit ediliyor i. DNA zincirinde kırılmalar j. Kırmızı kan hücrelerinde deformasyon k. Tel Aviv Üniversitesi'nden önemli uyarı l. Yanlış faktörler m. Bağışıklık sistemini bozuyor n. Yüksek tansiyon o. Sperm sayısını azaltıyor p. Cilt kanseri q. Sinirler duyarsızlaşıyor r. İki dakikalık konuşma çocuk beynini etkiliyor 4. Diğer Çalışmalar 5. Ne Yapmalı? 6. SONUÇ KAYNAKÇA ERDEM CAN Sayfa 3
1. GSM TARİHÇESİ 1.1 Genel Bakış 1972 yılında Bell Laboratuvarları nda mobil iletişim için hücresel kavramı ortaya kondu ve bütün dünyada bu temelde farklı analog mobil iletişim sistemleri geliştirildi. Örneğin: Total Access Communication System (TACS) İngiltere de, Nordic Mobile Telephone System (NMT) İskandinav ülkelerinde, Advance Mobile Phone System (AMPS) USA de, Radio Mobile Telephone System (RMTS) İtalya da, C-450 Almanya da, NTT Japonya da kurulan sistemlerdir. Yukarıdaki sistemlerden bazılarının gelişimi çok başarılı olmuştur. Fakat sistemlerin bağımsız olmaları ve birbirleri ile uyumlu olmamaları gibi kesin kısıtlamalar vardı. Bir sistemdeki mobil telefon cihazı başka bir sistemde kullanılamıyordu. Yine aynı zamanda N- ISDN (Narrow band Integrated System Digital Network) geliştirildi ve ISDN servislerinin Mobil telefonda uygulanmasıyla pazar içinde büyük gelişme sağladı. 1982 yılında, Avrupalı otoriteler, büyük bir öngörü ile Mobil iletişimdeki uzun süreli potansiyeli belirlemiş ve mobil iletişimin sonraki jenerasyonunu planlamaya başlamışlardır. CEPT (Conference of Europen Post and Telecomunications Administration) toplantısında 2.jenerasyon sistemi oluşturmak amacıyla GSM (Groupe Special Mobile) çalışma grubu kuruluştur. Yeni sistemin dizayn felsefesi: Avrupa ülkeleri arasında dolaşıma izin verecek (Roaming). Açık standartlarla dizayn edilecek. ISDN 1 servislerinin sağlanabileceği dijital teknoloji kullanılacak. Geliştirilen sistem Global System for Mobile Communication (GSM) adını almıştı. Sistem ismi ile komite isminin karışıklık oluşturmaması için komitenin ismi Groupe Special Mobile den (GSM), Special Mobile Groupe (SMG) olarak değiştirildi. 1988 de ETSI ( European Telecomunication Standart Institute) kuruldu. Bu enstitü daha önce farklı standartlarla ifade edilen CEPT aktivitelerini (tüm telekomünikasyon standartlarını), GSM standartları da dahil olmak üzere tek bir standart altında topladı. GSM standartları artık ETSI standartları içinde isimlendirilmişlerdir. SMG iki seçenekle geldi: - GSM 900 Bu sistem 900 MHz frekans bandını kullanmaktadır. Temel olarak kırsal alan için tasarlanmıştır ve maksimum cell yarıçapı 35 km dir. - DCS 1800 Bu sistem 1800 MHz frekans bandını kullanmaktadır. Temel olarak abone yoğunluğunun fazla olduğu şehirsel alanlar için tasarlanmıştır ve maksimum cell yarıçapı 7-8 km dir. 1 ISDN: Ses ve görüntü verilerini aynı hat üzerinden iletimine olanak sağlar ERDEM CAN Sayfa 4
1.2 Hücresel Konsept Tüm mobil şebeke kapsama alanı küçük hücrelere ayrılmıştır, her bir hücrenin kendi alıcı/vericisi ve tanımlı frekansları bulunmaktadır. Mobil istasyon bir hücreden başka bir hücreye hareket edebilir ve herhangi bir sabit bağlantı olmaksızın konuşma yapabilir. Şebekede alıcı/verici açısından Hücresel konseptin avantajları: Güç tasarrufu : BTS ve Mobile istasyon açısından hücre ölçüsü küçüktür, dolayısıyla daha az enerji harcanacaktır. Frekans tekrar kullanımı : Aynı radyo frekansları komşu hücrelerde girişime (interference) sebep olmayacak güvenli bir mesafe bırakılarak tekrar kullanılabilir. Bu sayede şebeke, kısıtlı radyo frekans taşıyıcıları ile daha fazla sayıda aboneye servis verebilir. Mobil abonenin avantajları : Hareketlilik Esneklik Rahatlık Şebeke sağlayıcı için avantajları : Şebeke genişleme esnekliği Verimlilik Kolay konfigürasyon ve frekans planı Gelir/kar payları 1.3 Şebeke Elemanları GSM Şebekesi; Santral (MSC Mobile service Switching Centres), Baz istasyonu sistemi (BSS- Base Station Systems) ve Mobil telefondan (MS Mobile Stations) oluşmaktadır. Bu üç bileşen kendi içlerinde alt elemanlara ayrılabilir. Örneğin; BSS grubunda, Baz istasyonu (BTS Base Transceiver Stations), Baz istasyonu kontrol ekipmanı (BSC Base Station Controllers) ve Transcoder birimleri bulunmaktadır. MSC, BSS ve MS ile konuşma yapabilir, konuşma alabilir ve ücretlendirme gibi sabit telefon şebekesinde (PSTN Public Switched Telephone Network) yapılabilecek bütün işlemler yerine getirilebilir. MS ile yalnızca aynı şebekede bulunan diğer MS lerle konuşabilme yeterli olmayacağından abonenin başka telefon şebekesi aboneleri ile görüşmesini de sağlayabilmek için GSM şebekesi ile PSTN şebekesini arasında bağlantı yapılması gerekmektedir. Mobil abonelerinin GSM Network ü içinde servis aldıkları bölge cell olarak isimlendirilir. Cell ler BSS tarafından sağlanır. Her bir BSS, ekipman üreticisine bağlı olarak bir veya daha fazla cell sağlayabilir. GSM de teorik cell şekli Hexagonal olarak çizilmiştir. Bununla beraber pratikte bu kadar düzgün ve kesin bir şekil çizmek pek mümkün değildir. Planlamacıların yapacağı çalışma sonunda gerçek cell şekli oluşacaktır. ERDEM CAN Sayfa 5
Gerçek Cell Kapsama alanı Teorik Cell Kapsaması Servis alınan bölge aynı zamanda Kapsama Alanı olarak da isimlendirilir. Bağımsız olarak çalışan, bir birime ait ekipmanın bulunduğu yer SİTE olarak isimlendirilmektedir. (Ör: Bir Baz istasyonunun bulunduğu yer; BTS site, MSC nin bulunduğu yer yine ayrı bir site-msc site olarak nitelendirilir). PSTN MSC - MS - BSS ERDEM CAN Sayfa 6
1.4 Frekans Bandı Hücresel Mobil iletişim sisteminde telefonlarla sistem arasındaki haberleşme hücrelerde radyo frekans ları ile sağlanmaktadır. Konuşma ve haberleşme bilgisi bu radyo frekansları ile taşınmaktadır. Baz istasyonlarından yapılan bu radyo yayınımları hücre kapsama alanını oluşturmaktadır. Hücresel sistem için dar bir frekans bandı ayrılmış olup aşağıda ki şekilde farklı mobil sistemler için frekans band aralıkları belirtilmiştir. GSM RADIO FREQUENCY BANDS GSM-900 UPLINK DOWNLINK 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960MHz E-GSM UPLINK DOWNLINK 880 MHz 925 MHz 915 MHz 960MHz DCS-1800 UPLINK DOWNLINK 1710 MHz 1785 MHz 1805 MHz 1880 MHz PCS-1900 UPLINK DOWNLINK 1850 MHz 1910 MHz 1930 MHz 1990 MHz Frekans bandı iki kısma ayrılmıştır: UPLINK - Mobil telefondan Baz istasyonuna doğru gerçekleşen iletim yolu DOWNLINK - Baz istasyonundan Mobil telefona doğru gerçekleşen iletim yolu olarak isimlendirilmektedir. Alış ve veriş için iki farklı frekans aralığı kullanılmaktadır. Mobil sistem için 1 aboneye ait konuşma bilgisini en iyi şekilde taşıyabileceğimiz band genişliği 25 KHz olarak hesaplanmıştır. Analog (yaygın olarak araç telefonu sistemleri ve USA de halen kullanılmakta olan bazı şebekeler) ve Digital Mobil sistemlerde farklı iletim sistemleri tasarlanmış olmakla beraber kabaca bu band genişliği esas alınmıştır. ERDEM CAN Sayfa 7
Digital mobil sistemlerde (GSM, DCS1800, PCS vs.) frekans bandı 200 KHz lik dilimlere ayrılmıştır. Her bir frekans diliminde zaman bölümlemesi yapılarak 8 kişiye ait bilgi (konuşma veya diğer) taşınmaktadır. GSM e ait frekans bandı; 25MHz Uplink, 25MHz Downlink ve 20MHz de bu iki band arasında koruma bandı ve ileride gerçekleşecek uygulamalar için rezerve olarak bırakılmıştır. 25MHz lik dilim içinde 125 adet 200KHz lik taşıyıcı frekans bulunmaktadır. Bu frekans dilimlerinin herbiri frekans veya frekans kanalı olarak isimlendirilmektedir. Frekans dilimlerinde kullanılan radyo dalgalarının özelliği gereği oluşan harmoniklerin band dışına taşıyor olması nedeniyle bize ayrılan frekans aralığının başında ve sonunda 100KHz lik kısımlar diğer frekansların etkilenmemesi için kullanılmamaktadır. Bu nedenle toplam 125 frekans kanalının 124 adedi etkin olarak kullanılmaktadır. GSM900 sisteminde bir abonenin konuşmasını çift yönlü taşımak için 1 adet Uplink ve1 adet de Downlink frekansı kulanmak gerekmektedir. Abone için alış ve verişte (Downlink ve uplink) aynı kanal numaralı frekans kanalı kullanılmaktadır. Örneğin; abonenin konuşmaları 3 nolu Uplink frekans kanalı üzerinden Baz istasyonu aracılığı ile diğer telefon abonesine iletilirken, karşı taraftan gelen ses bilgisi abonemize yine 3 nolu Downlink frekans kanalı üzerinden gelmektedir. Sistemde frekans tanımlamaları ve kullanımı bir çift frekans kanalından oluşan tek bir frekans şeklinde olmaktadır. Sistemde bir frekanstan bahsedildiğinde bu aralarında 45 MHz aralık bulunan Downlink ve Uplink frekans kanalını ifade etmektedir. 1.5 Frekans Tekrar Kullanımı GSM de tahsis kullanılabilecek toplam frekans sayısı 124 adettir. Bu frekanslar her ülkede bir veya birden fazla şebekenin kapsamasını sağlamak için kullanılacak toplam kapasitedir. Dolayısıyla planlanan bütün şebekeler için bu frekanslar paylaşılmak durumundadır. Örneğin; ülkemizde GSM900 şebekesi olarak Telsim ve Turkcell şebekeleri kurulmuştur. Her iki şebekede bu 124 adet frekansı paylaşmışlardır. Telsim e tahsis edilen frekanslar: 21 30 ve 40 79 Aralığında bulunan 50 adet Turkcell e tahsis edilen frekanslar: 10 19 ve 81 120 Aralığında bulunan 50 adet Geri kalan frekanslar tahsisden sorumlu makamın (Telsiz İşleri Genel Md.) kontrolünde olup, yeni şebekeler için veya mevcut şebekelere ilave tahsis şeklinde kullanılabilir. Bu her ülkenin kendi şartları ve Telekomünikasyon kurullarının genel standartları çerçevesinde değerlendirilmektedir. Bir operatörün sınırlı sayıdaki bu frekanslarla bütün ülkeyi kapsaması oldukça zordur. Standart hücre çapı yaklaşık 70 km dir. Türkiye gibi bir ülkeyi düşünecek olursak Telsim örneğiyle 50 frekansla bütün ülkeye yayın gerçekleştiremeyiz. Bu durumu aşmak için operatörler frekansları tekrar tekrar kullanmak için modeller geliştirmişlerdir. Bir şebekede frekansların hangi sıklıkla ve ne kadar kullanılacağının hesaplanması gerekmektedir. ERDEM CAN Sayfa 8
Frekans 3 Frekans 2 Frekans 4 Frekans 1 Frekans 7 Frekans 5 Frekans 6 Frekans4 Frekans1 Radyo dalgaları baz istasyonu ve mobil telefonlardan belirli bir güçte yayınlanırlar. Planlamaya göre değişmekle birlikte standart seviye, Baz istasyonu için 20Watt ve Mobil telefonlar içinse 2W gücündedir. Radyo dalgaları çevre şartları ile orantılı olarak zayıflarlar. İlave bir etki olmaksızın havada zayıflama mesafenin karesi ile ters orantılıdır. D BTS Sinyal gücü +43dBmW(20watt) -106dBmW(0.001pW) 35km Mesafe ERDEM CAN Sayfa 9
Mobil telefon ve baz istasyonunun sinyalleri minimum alış seviyesi 106 dbmw tır. Bu seviyeden daha düşük güçte gelen sinyaller işlenememektedir. Radyo dalgalarının eriştiği bu minumum seviye hücre kapsama alanını belirlemekte yaklaşık sınırları oluşturmaktadır. Fakat bu sınırların dışında sinyal zayıflayarak da olsa yayınımını devam ettirmekte ve sonsuzda sıfır seviyesine yaklaşmaktadır. Bu zayıf sinyaller aynı frekansta bir sinyalle (veya yakın frekansla, 1 ve 3 nolu frekanslar 2 nolu frekansın bitişik frekanslarıdır) karşılaşınca bu sinyali zayıflatıcı ya da diğer bir tabirle bozucu bir etki göstermektedir. Bu olay interference olarak isimlendirilir. Interference seviyesi konuşma kalitesini doğrudan etkilemektedir. Hücreler planlanırken coğrafi konum ve sinyal güçlerinin ne seviyede olacağı ve frekans seçimi interference etkisi gözönünde bulundurulmalıdır. 1.6 Site Tipleri Temel olarak hücreler iki şekilde düzenlenmektedir: Omni cell: Bu cell tipinde site 1 cell den oluşmaktadır ve baz istasyonundan yayınım 360 eşit olarak gerçekleştirilmektedir. Bu site için antenler bu yayınıma uygun özel liktedir ve yine Omni anten olarak isimlendirilir. Sektör cell: Sektör site lar bir veya birden fazla cell den oluşmaktadır. GSM de kullanılan genel yapı 3 cell den oluşan sektör yapıdır. Her bir cell aynı zamanda sektör olarak isimlendirilir. Sektörler yönlü antenler kullanılarak oluşturulur. Bu tip antenler ön yüzey doğrutusunda belirli bir açıyla yayınım yaparlar. Sektör yapıda hücre sınırlarını bir bölgeye odaklama ve daha kesin olarak belirlemek daha kolaydır. Yine antenler belirli bir eğimli monte edilebilirler. Böylece radyo sinyallerinin gidebileceği alanları bilmek ve sınırları planlamak daha kesindir, dolayısıyla şebekenin sinyal kalitesi daha iyi olacaktır. Hücreleri daha küçük dilimlere (sektör) ayırmakla abonelere daha kaliteli hizmet sunma ve kapasitenin daha etkin kullanımı mümkün kılınmaktadır. Düşük abone kapasitesinin olduğu ve olabildiğince geniş alanların kapsanmak isteneceği kırsal bölgeler için Omni-cell tipleri, yüksek abone kapasitesi ve yoğun cell yerleşiminin gerçekleştirileceği şehirsel alanlar için Sektör-cell tipleri tercih edilir. Omni hücre 360 eşit yayınım, 1 hücre 1 veriş ve 1 alış anteni (Tx ve Rx antenleri) CELL1 CELL2 CELL3 Sektör site 120 açılı 3 hücre (sektör) lü hücre 3 veriş, 3 alış anteni ERDEM CAN Sayfa 10
2. GSM MİMARİSİ 2.1 GSM Şebeke Yapısı GSM şebekesi üç ana bileşenden oluşmaktadır. Bu sistem mimarisini oluşturan eleman gruplarıdır ve yine şebeke elemanı sayılmamasına rağmen 4. bileşen gibi düşünebileceğimiz önemli bir birimde Mobil istasyon olarak nitelendirilen telefon ve abonedir. Herbir şebeke bileşeni kendi içinde birden fazla ekipmandan oluşmaktadır. Genel olarak GSM standartlarında şebeke yapısı ve elemanlar arasındaki bağlantı açık olarak ifade edilmiştir. Böylece bu standartlara göre üretilen ekipmanlar farklı üreticilerin markaları dahi olsa birbiri ile uyumlu çalışabilir. Örneğin; Motorola üretimi bir Baz istasyonu sistemi, Ericsson a ait bir santral ile çalışabilir. Bu durum işletmeciler ve dolayısıyla aboneler için rekabet edilebilir bir ortam sağlamakta ve esneklik her iki tarafın yararına olmaktadır. Standartlar bütün şebeke elemanları ve yapıyı açık olarak tanımlamış olmakla beraber bazı konularda teknik olarak sistem yararına olan durumlar için üreticiler esnek bırakılmıştır. Bu da birebir bütün elemanların değilde ana bileşenler bazında üreticiden bağımsız bağlantıyı mümkün kılmaktadır. Baz istasyonu, Baz istasyonu kontrol ünitesi ve Transcoder dan oluşan radyo sistemi (BSS: Base Station Sub-system) için bütün ekipmanlar aynı üretici grubundan olmak durumundadır. Böylece bazı işletim birimleri her ekipmanda birebir kurulmak yerine birleştirilerek ortak kullanılmakta ve daha verimli kılınmaktadır. GSM şebekesinin ana grupları: Mobil istasyon ( MS: Mobile Station) Abonenin şebekede görüşme için kullanması gereken mobil telefon, fax makinası vs. Baz istasyonu sistemi ( BSS: Base Station System) Abonenin şebekeye girişini sağlayan Mobil istasyon ile santral arasındaki radyo bağlantı sistemidir. Santral sistemi ( NSS: Network Switching System) Mobil abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerde bulunan telefon aboneleri ile bağlantısını sağlayan ve abonelik işlemlerini yürüten sistemdir. İşletme-Bakım sistemi ( OMS: Operation and Maintenance System) Şebekenin bir merkezden kontrolünü sağlayan işletme sistemi ve bu amaçla yapılan tüm faaliyetleri içermektedir. ERDEM CAN Sayfa 11
İşletme Bakım Sistemi Şebeke Anahtarlama Sistemi NMC VLR HLR AUC OMC MSC EIR IWF PSTN EC TRANSCODER BSC ME SIM BTS Baz İstasyonu Sistemi ERDEM CAN Sayfa 12
2.2 Mobil İstasyon (MS: Mobile Station) MS iki kısımdan oluşmaktadır: Telefon cihazı (ME: Mobile equipment) ve SIM (Subscriber Identity Module) denilen akıllı kart. ME abonenin şebekeye bağlanmasını sağlayan donanımdır. Sesi elektriksel sinyallere ve GSM in kullandığı iletim formatına dönüştürerek konuşmayı sağlar. SIM kart ise aboneye ait bilgileri ve sağlanacak servislere ilişkin yazılımı içermektedir. SIM kart telefon cihazına takılır ve bu durumda telefon abone için kişiselleşir. ME özel tip bir seri numarasına sahiptir. Bu numara kullanılarak SIM kart olmaksızın bazı servisler kullanılabilir. Örneğin; acil durumlar için 112 acil servis numarası Sım kart olmadan da aranabilir. Konuşma servislerinin sağlanabilmesi için SIM kart ve ME cihazı birlikte kullanılmalıdır. ME ME + SIM MS : MobileStation ERDEM CAN Sayfa 13
2.2.1 Mobil Telefon Cihazı (ME) Mobil telefon cihazı abonenin şebekeye girişi için gerekli olan bir kısmıdır. Mobil telekomünikasyon sistemlerinde kullanılan 3 tip telefon cihazı bulunmaktadır: Araca monteli Bu cihaz arabaya monte edilmektedir ve antenleri aracın dış kısmında bulunmaktadır. 1980 li yıllarda kurulan mobil şebekelerin aboneleri cihazları büyük ve ağır olmaları nedeniyle çoğunlukla araçlara monte edilmiş olarak kullandılar. Bu şebekelerde sonraki versiyonlarla kıyaslandığında halk arasında araç telefonu ve şebekesi olarak isimlendirilmişlerdir. 5 8 watt güçlerindedir. Portatif mobil cihazlar Bu cihazların ahize birimleri elde taşınabilir olmakla beraber anten ayrı bir RF ünitesine bağlıdır. Cihaz sürekli elde taşınmak şeklinde değilde bir yerden bir yere taşınarak belirli alanlarda kullanılmaktadır. (İş yeri, şantiye, arazi vs.) Elde taşınabilir cihazlar Bu cihazlar tamamı elde taşınabilecek hacim ve ağırlıktadır. RF ünitesi, anten ve telefon cihazı küçültülerek birleştirilmiştir. Bugün kullandığımız cep telefonları bu tiptedir. Şebekelerde sinyal seviyelerinde dengeyi ve belirli bir kaliteyi sağlayabilmek açısından cihaz güçleri sınıflandırılarak sistemde buna göre tanımlamalar yapılmıştır. Cihaz RF (Radio Frequency) güç değerleri Güç sınıfı Güç Çıkışı (Watt) 1 20 (kullanılmıyor) 2 8 (Portatif cihazlar) 3 5 (Araç telefonu) 4 2 (GSM900 cep tel.) 5 0.8 (GSM1800 cep tel.) Mobil cihaz genel özellikleri: Yukarıdaki tabloda verilen güç değerlerini sağlayabilme Faz1 ve Faz2 özelliklerini destekleme Şifreleme yapabilme SMS (Short Message Services) gönderme/alma Belirlenen frekans bandında iletimi sağlama 2.2.2 SIM kart SIM kart abone bilgilerini taşıyan akıllı kart olup, mobil cihaz içine takılmaktadır. Temel olarak şu bilgileri içerir: IMSI (International Mobile Subscriber Identity) ERDEM CAN Sayfa 14
Bu numara şebekede aboneyi tanımlayan özel bir numaradır. Abone şebekede tek numarayla birden fazla servisi kullanabilir. (Telefon numarasından farklı bir numara) Bu numara yalnızca şebekeye ilk girişte kullanılır. TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) IMSI yerine kullanılan bir numara olup, periyodik olarak değiştirilmektedir. Böylece abone bilgileri ve konuşma güvenliği için dinlenmeye karşı ilave bir korunma sağlamaktadır. LAI (location Area Identity) Abonenin şebekede (Kendi şebekesi veya tanımlı herhangi bir GSM şebekesi) bulunduğu yeri tanımlar. Bu kod sayesinde aboneye gelen çağrılar için bağlantı kurulmaktadır. Ki Abone bilgisi ve konuşma güvenliğini sağlamak amacıyla kullanılan bir şifreleme ve sorgulama anahtarıdır. Bu kod her abone için ayrı olup, SIM kart ve AUC ta kayıtlıdır. Ki kullanılarak MS ile BTS arasında iletilen tüm bilgiler (sinyalleşme ve konuşma) şifreli olarak gönderilir. Şifreleme ve deşifre işlemini sağlayan anahtar kod Ki dır. MSISDN (Mobile Station International Services Digital Network) Bu abonenin kullandığı telefon numarasıdır. Ülke kodu, şebeke kodu ve abone telefon numarasının birleşmiş halidir. Ör: 90 5xx xxxxxxx Abone tel. No Şebeke kodu (Turkcell Telsim Avea gibi) Ülke kodu (Türkiye) SIM kartta abonenin şebekeden servis alması için gerekli bu bilgiler dışında ilave bilgileri de sağlayabilir. Telefon numaralarını kaydetme, hesap makinası vs. kullanıma bağlı özellikleri bulunmaktadır. 2.3 Baz istasyonu sistemi (BSS) Baz istasyonu sistemi şebekede MS ile MSC arasındaki bağlantıyı sağlayan digital ve RF ekipmanlarının bir kombinasyonudur. BSS mobil ile digital hava arayüzü (air interface) ve MSC ile de 2 Mbit/s hatlar üzerinden bağlantıyı gerçekleştirir. BSS in üç temel donanım elemanı vardır: 1. Baz istasyonu (BTS: Base Transceiver Station) 2. Baz istasyonu kontrol birimi (BSC: Base Station Controller) 3. Transcoder (TC) 2.3.1 BTS BTS mobil telefon ile şebeke arasındaki radyo bağlantısı ile ilgili bütün fonksiyonları yapmaktadır. Bir BTS ekipmanı bir veya birden fazla cell kapsamasını sağlayabilir, GSM de genellikle max. 3 cell kapsaması uygulanmaktadır. BTS fonksiyonları: Radyo kanal yönetimi; konuşma yapmak için gerekli radyo kanalının tahsisi ve konuşmayı başlatmak için gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi Sesin elektriksel formata dönüştürülmesi ve air interface deki iletim formatının sağlanması için gerekli işlemler: Kanal kodlama, harmanlama, şifreleme, BURST ERDEM CAN Sayfa 15
formatı, RF modulasyonu ve bütün bu işlemler tersi de yapılmak üzere çift yönlü gerçekleştirilmektedir. Radyo frekanslarının gönderimi ve alımı Frekans hopping Hondover 2.3.2 BSC BSC, BSS in akıllı kısmıdır. Kaynakların yönetimini ve işletme-bakım fonksiyonlarını kontrol eder. Bir BSC birden fazla BTS i kontrol etmektedir. Örneğin; kullandığımız Motorola BSC lerde donanım olarak bağlantıyı sağlar isek 100 BTS kontrol edilebilir. BSC fonksiyonları: BTS, TC ve OMC bağlantısını sağlamak Radyo kaynaklarının yönetimi (abone için kanal tahsislerinin yapılması) Radyo frekans yönetiminin gerçekleştirilmesi Konuşma işlemleri 2.3.3 Transcoder Transcoder, GSM de kullanılan iletim formatı ile genel telekomünikasyon sistemlerindeki iletim formatı arasındaki dönüşümü sağlar. GSM sisteminde air interface de iletimin zorluğu nedeniyle ve daha verimli kullanım için kabul edilmiş iletim değeri 16 Kbit/s dir. Normal telekom sistemlerinde ise 64 Kbit/s lik iletim kullanılmaktadır. Transcoder 16Kbit/s den 64 Kbit/s ve tersi yönde dönüşümü gerçekleştirmektedir. Ekipman olarak MSC lerin yanına yerleştirilmiştir. Kısaltma olarak, genel GSM literatüründe ve Nokia TC Motorola RXCDR Siemens TRAU ERDEM CAN Sayfa 16
2.4 Şebeke Anahtarlama Sistemi ( NSS ) NSS GSM şebekesinin anahtarlama fonksiyonlarını yerine getirir. Abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerle (PSTN yada diğer GSM şebekeleri) olan bağlantısı NSS üzerinden anahtarlanır. Ayrıca abonelik işlemleri ve abonenin hareketliliği için gerekli veriler NSS te bulunmaktadır. NSS in ana ekipmanları şunlardır: MSC - Mobile services Switching Centre HLR - Home Location Register VLR - Visitor Location Register EIR - Equipment Identity Register AUC - Authentication Centre EC - Echo Canceller IWF - Interworking Function 2.4.1 MSC MSC NSS alt sisteminin en temel elemanıdır. Santral olarak da tabir edilen bu ekipman şebeke içinde ve diğer şebekelerle olan tüm anahtarlama fonksiyonlarını yerine getirir. MS ten itibaren konuşma bilgisi BSS ten geçerek MSC ye gelir ve buradan görüşülmek istenen abonenin bulunduğu yere servis veren BSS gurubuna yada PSTN şebekeye bağlantısı gerçekleştirilir. Trafik yönlendirmesi ile beraber şu temel fonksiyonları da sağlar: BSS kontrolü; trafik kanallarının yönetimi ve tahsisi Konuşma işlemleri; konuşmanın başlatılması, sonlandırılması, abone mobility işlemleri vs. Ücretlendirme Anons sistemleri Alt servislerle olan bağlantılar; SMS, VMS, WAP vs. 2.4.2 HLR Abone kayıtlarının yapıldığı ve saklandığı kütük dosyalarıdır. Abonelere verilen telefon numaraları HLR a kaydedilen numaralardır. Bu numaralar tahsis edildiğinde aboneye ait kimlik bilgisi, ücret tarifeleri, kısıtlamalar ve kullanılacak servisler hakkında bilgiler bu dosyalara kaydedilir. Böylece abone şebekede tanımlanmış olmaktadır. Bu özelliğiyle HLR şebekenin annesi gibidir. HLR kapasiteleri kayıt edilebilen abone sayısıyla ifade edilirler. Bu bilgiler ile beraber abonenin aktif olarak bulunduğu VLR adresi de HLR da tutulur ve abone yer değiştirdikçe güncellenir. 2.4.3 VLR VLR aboneye ait aktif işlemleri gerçekleştirmede kullanılan geçici kütüklerdir. Yapı olarak HLR ın kopyalarıdır. Abone kayıtları sabit dosyalar olan HLR a yapılır. Konuşma işlemleri ve abonenin sorgulama işlemleri bu dosyada bulunan bilgilerle gerçekleştirilmektedir. Abonenin hareketliliği nedeniyle bu bilgilere ulaşmak konusunda bir ERDEM CAN Sayfa 17
yük dengesi oluşturmak oldukça güç olmaktadır ve şebekenin performansını etkilemektedir. Abone başka bir bölgeye gittiğinde ona ait bilgileri almak üzere her ihtiyaç olduğunda HLR a başvurmak yerine o bölgeye ait bir geçici kütüğe (VLR) bu bilgiler bir kez kopyalanırsa abone o bölgede bulunduğu sürece işlemleri için HLR yerine VLR ın kullanılarak şebeke sinyalleşme yükü dengede tutulabilir ve şebekenin performansının yüksek olması sağlanabilir. VLR da : Abone bilgileri (ücret tarifesi, servisler, kısıtlamalar vs.) Abone yer bilgisi (LAI :Location Area Identity ) Sorgulama bilgileri tutulur. Bu bilgiler ışığında abonelik sorgulaması VLR tarafından yapılır. VLR lar da abone sayısı ile ifade edilirler ve genel olarak MSC ile birlikte bulunurlar. Her bir MSC de yine bir adet VLR bulunmaktadır. 2.4.4 EIR Mobil telefon cihazlarına ait (ME) kayıtların tutulduğu ve kontrol edildiği kütüklerdir. Her telefon cihazının IMEI (International Mobile Equipment Identity) denilen özel bir seri numarası bulunmaktadır. Bu numaralarla telefonlar EIR aracılığıyla kontrol edilirler. Cihazın GSM içinde herhangi bir şebekede kullanımı kısıtlanabilir. Örneğin bir çalıntı durumunda telefon kara listeye alınır ve bu durumda GSM içinde hiçbir şebekede herhangi bir SIM kartla kulanılmasına izin verilmez. 2.4.5 AUC Auc sorgulama için gerekli parametreleri üretir. Sabit Ki kodu ve rastgele üretilen RAND numarası kullanılarak, sistemde bulunan algoritmalar aracılığıyla SRES Sign response ve Kc şifreleme anahtarı üretilir. Bu üç bilgi triplet olarak isimlendirilir, sorgulama için VLR a gönderilir. AUC bu işlemi her abone için ve belirli peryotlarla ya da HLR ın isteğiyle parametreleri değiştirerek tekrarlar. 2.4.6 IWF GSM şebekesi ile diğer şebekeler arasındaki data formatında adaptasyonu sağlayan donanım ve yazılımdan oluşan fonksiyonların tamamı IWF olarak isimlendirilmektedir. Bu çoğunlukla yarı bir ekipman olarak değilde MSC nin bir birimi gibi çalışmaktadır. 2.4.7 EC Sistemde oluşan yankıyı gidermek için kullanılan bir fitre ünitesidir. GSM sisteminde iletimden kaynaklanan gecikmeler nedeniyle oluşan yankı bazen mevcut fonksiyonlar tarafından giderilememektedir. Bu durumda ayrıca bir filtre ünitesine ihtiyaç vardır. Yine özellikle PSTN ile GSM de kullanılan farklı transmisyon sistemleri nedeniyle bir empedans uyuşmazlığı ve dolayısıyla yankı oluşmaktadır. Bu hissedilir bir yansımadır ve sadece yazılımla bunu gidermek pek mümkün olmamaktadır. Bu nedenle EC genellikle MSC ile PSTN santrali arasına yerleştirilir. ERDEM CAN Sayfa 18
2.5 İşletme-Bakım Sistemi (OMS) OMS şebekenin uzaktan yönetilebilmesini sağlayan sistemdir. Kontrol merkezleri OMC Operation&Maintenance Centre olarak isimlendirilmektedir. BSS ve NSS tarafı ayrı ayrı kontrol edilşebildiğ gibi tüm şebekeyi gözlemleyen merkezler de organize edilmiştir. Genel olarak : OMC-R : OMC-Radio birimleri BSS kontrolünün yapıldığı merkezlerdir. Bütün TC, BSC ve BTS ler sistemde tanımlanmış olup,çalışma durumları ve performansları incelenmekte, arıza analizleri yapılarak software olarak belirli müdaheleler gerçekleştirilebilmektedir. OMC-S : OMC-Switch biriminde NSS ekipmanları kontrol edilmektedir. MSC, VLR ve HLR üniteleri ile diğer yardımcı birimler bu merkezlerden kontrol edilmektedirler. NMC : Network Management Centre. Yapı olarak şebekede bulunan tüm OMC-R ve OMC-S lerin bağlı olduğu yani tüm şebekenin tek bir merkezden kontrolünü sağlayan birimdir. Genel olarak OMC ler bölgesel çalışma yapan birimlerdir. Şebekenin büyüklüğüne göre birden fazla OMC grubu olabilir. OMC ler ve NMC arasında işbölümü yapılarak şebekenin daha etkin işletimi sağlanabilir ERDEM CAN Sayfa 19
NMC OMC OMC OMC 1. BÖLGE 2. BÖLGE 3. BÖLGE 4. GSM İşletme Prensipleri 3.1 Mobility Mobility, abone cell ler arasında hareket ederken konuşmaya devam etmesi ve çağrı alabilmesidir. Konuşma yapma ve alma için mobil kendisine gelen aramaları (Paging mesajları) öğrenmek için hangi kontrol kanalını izleyeceğini ve konuşma yapması için de şebekeye girişi hangi kontrol kanalı ile gerçekleştirileceğini bilmek zorundadır. Bu bilgileri almak için mobil BCCH denilen kontrol kanalını dinler. Bu kanal her cell için yayınlanır. Mobil telefon açıldığında SIM kartta kayıtlı şebeke bilgileri doğrultusunda muhtemel bütün frekansları tarar ve şebekeye ait en güçlü sinyali tesbit ederek BCCH bilgilerini almak üzere bu sinyale bağlanır. Eğer seçilen frekansta BCCH kanalı yoksa sonraki en güçlü sinyal olmak üzere BCCH kanalını bulana dek taramaya devam eder. BCCH taşıyıcısı şu bilgileri içerir: Baz istasyonu bilgisi (BSIC ) Yer bilgisi (LAI) Komşu cell ler Frekans ve senkronizasyon bilgisi ERDEM CAN Sayfa 20
Paging bilgileri Mobil bir kez servis aldığı cell in BCCH bilgilerini okursa, o cell kapsaması içinde bulunduğu sürece arama yapabilir ve çağrı alabilir. Bütün işlemleri bulunduğu cell e servis veren BTS tarafından gerçekleştirilir. 3.2 Konuşma Kurulması Konuşma için 2 tanımlama söz konusudur: 1- MOC (Mobile Originating Call) : Mobil telefondan başlatılan aramalar için ifade edilir. 2- MTC (Mobile Terminated Call) : Başka telefon kullanıcısından mobil abonenin aranmasıdır. 3.2.1 MOC 1. Abone aramak istediği numarayı girer ve Gönderme tuşuna basar. 2. MS, BTS e şebekeye giriş için bir mesaj gönderir (Access). 3. BTS boş bir kanalı olup olmadığını kontrol eder ve mobile Access Grant mesajını gönderir. 4. BTS ve MS arasında abonelik sorgulama işlemleri için bilgiler iletilir. 5. MSC abonenin konuşmak istediği numaraya ilişkin bağlantı yolunu hazırlar ve aboneye bir trafik kanalı tahsis eder (TCH). 6. Bütün bağlantıların hazır olduğuna dair mesajların alınmasını takiben her iki aboneye de arama uyarı tonu iletilir. 7. Aranan abonenin telefonu cevaplamasıyla, ücretlendirme başlatılır. 8. Konuşmanın sonlanmasıyla ücretlendirme kontürü durur ve tahsis edilen kanallar boşaltılarak başka bir abonenin kullanımı için hazırlanır. ERDEM CAN Sayfa 21