GSM Sistemleri Doç.Dr. Erkan AFACAN Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Maltepe, Ankara 4 Kasım 2013 Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 1 / 95 Ana Hatlar 1 Antenler 2 GSM Sistemi Temel Kavramlar GSM Sisteminin Gelişimi GSM Şebekelerinin Özellikleri GSM Sistem Mimarisi GPRS Sistem Mimarisi UMTS Sistem Mimarisi Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 2 / 95
Anten Bir anten radyo dalgalarını göndermek ya da almak için kullanılan bir araçtır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 3 / 95 Anten Türleri Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 4 / 95
Işıma Örüntüsü Antenin ışıma özelliklerinin uzay koordinatlarına bağlı olarak grafiksel gösterimidir. Işıma örüntüsü güç veya alan şiddeti cinsinden çizdirilebilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 5 / 95 İzotropik Anten İzotropik anten, bütün yönlerde eşit ışıma yapan varsayımsal bir antendir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 6 / 95
Omnidireksiyonel Anten Omnidireksiyonel anten azimut (yer) düzleminde yönsüz, yükselme düzleminde yönlüdür. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 7 / 95 Alan Bölgeleri Reaktif yakın alan R < 0.62 D 3 λ R: Antenle ölçüm noktası arasındaki mesafe (metre) λ: Dalgaboyu (metre) D: Antenin en büyük fiziksel boyutu (metre) Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 8 / 95
Alan Bölgeleri Fresnel Bölgesi 0.62 D 3 λ R < 2D2 λ Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 9 / 95 Alan Bölgeleri Uzak Alan (Fraunhofer) Bölgesi R > 2D2 λ Uzak alanda açısal alan dağılımı mesafeden bağımsızdır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 10 / 95
Güvenlik Mesafesi Güvenlik mesafesi d = 30 P 10 G/10 E P: Cihaz çıkış gücü (Watt) G: Anten kazancı (dbi) E: Tek bir cihaz için elektrik alan limit değeri (Volt/metre) d: Güvenlik mesafesi (metre) Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 11 / 95 Düzlemde Açı (Radyan) 1 rad r r Toplam düzlemsel açı 2π dir (360 ). Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 12 / 95
Katı Açı (Steradyan) r Alan = r 2 1 steradyan Toplam katı açı 4π dir (720 ). Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 13 / 95 Işıma Şiddeti Işıma şiddeti, verilen bir yön için birim katı açı başına antenin ışıdığı güçtür. Işıma şiddeti bir uzak alan parametresidir. Bu nedenle ölçümlerin uzak alanda yapılması gerekir. Yakın alanda yapılan ölçümler kendi başına anlamsızdır. Bu ölçümlerin yakın alan uzak alan dönüşümü ile uzak alan değerlerine dönüştürülmesi gerekir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 14 / 95
Işıma Şiddeti Işıma şiddeti Ana kulak Yan kulak Yan kulak Arka kulak π 0 π θ Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 15 / 95 Yönelticilik (Direktivite) D = Birim katı açıdan ışınan güç Birim katı açıdan ışınan ortalama güç Yönelticilik, D, birimsizdir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 16 / 95
Kazanç G = 4π Birim katı açıdan ışınan güç Giriş gücü G = Anten verimi Yönelticilik G = η e D Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 17 / 95 Anten Hüzmesi Bir antenin ışıma örüntüsündeki ana kulaktır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 18 / 95
Yarı Güç Hüzme Genişliği Işıma şiddetinin maksimum değerinin yarısına düştüğü yönler arasındaki açı. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 19 / 95 Yarı Güç Hüzme Genişliği 1 Işıma şiddeti 0.5 π Yarı güç hüzme genişliği π θ Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 20 / 95
Bant Genişliği Anten performansının bazı karakteristiklere göre belirli bir standarda uyduğu frekans aralığı. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 21 / 95 Uzak Alan (Örnek) Boyutları 130 cm 26 cm olan ve f = 900 MHz te çalışan bir GSM baz istasyonu anteni için uzak alan bölgesinin sınırını hesaplayınız. Dalga boyu λ = c f = 3 108 900 10 6 = 300 900 = 1 3 0.33 metre Uzak alan sınırı R = 2D2 λ = 2(1.3)2 0.33 = 10.14 metre Bu ifade baz istasyonu anteninin çıkış gücünden bağımsızdır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 22 / 95
Güvenlik Mesafesi (Örnek) Bir baz istasyonu anteni için cihaz çıkış gücü 40 Watt, anten kazancı 15.5 dbi, çalışma frekansı 900 MHz olarak verilmektedir. Bu anten için güvenlik mesafesini hesaplayınız. Yönetmeliğe göre 900 MHz de tek bir cihaz için elektrik alan limit değeri E = 10.23 Volt/m dir. Güvenlik mesafesi 30 P 10 G/10 30 40 10 15.5/10 d = E = 10.23 = 20.17 metre Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 23 / 95 GSM Sistemi GSM: Global System for Mobile Communications (Mobil İletişim için Küresel Sistem) 1982 yılında GSM çalışma grubu kurulmuştur. 1991 yılında ilk GSM sistemi Avrupa da kullanıma hazır hale gelmiştir. 1994 yılı Şubat ayında Türkiye nin ilk GSM şebekesi Turkcell hizmete başlamıştır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 24 / 95
Erlang Ses devrelerinde standart kapasite ölçüsü olarak Erlang kullanılır. Erlang bir saat içerisindeki toplam ses trafiğinin bir ölçüsüdür. 1 Erlang telefonda bir saat konuşan bir kullanıcıya eşdeğerdir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 25 / 95 Örnek (Erlang) Bir saatlik sürede 45 çağrı olsun ve her görüşme 3 dakika sürsün. Bu durumda toplam 45 3 = 135 dakikalık görüşme yapılmıştır. Bu yapar. 135 60 = 2.25 Erlang Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 26 / 95
GSM Sisteminin UMTS Sistemine Evrilmesi 2G 2.5G 3G GSM GPRS UMTS WCDMA EDGE Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 27 / 95 Anahtarlama Yöntemleri Devre anahtarlamada kullanıcıya bir hat tahsis edilir Görüşme süresi boyunca bu hat açık kalır. Paket anahtarlamada ses ve veri paketlere ayrılır. Her bir paket farklı yollardan ve farklı zamanlarda hedefe gönderilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 28 / 95
Verinin Paketlere Ayrılması Veri H paket4 H paket3 H paket2 H paket1 Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 29 / 95 Paket Anahtarlamalı Şebeke Kaynak + H paket4 + + H paket1 + H paket3 + H paket2 + + Hedef Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 30 / 95
Devre Anahtarlamalı Şebeke Kaynak + H paket4 + H paket3 + + H paket2 + + H paket1 + Hedef Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 31 / 95 2G Sistemi: GSM Devre anahtarlama Ses ve düşük hızlı veri (14.4 kbps) GSM sistemi sesli çağrılar için tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 32 / 95
2.5G: GPRS ve EDGE Paket anahtarlama Ses ve orta hızlı veri GPRS: 115 kbps veri hızı EDGE: 284 kbps veri hızı EDGE bir 3G çözümü olarak görülmektedir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 33 / 95 3G: UMTS Devre ve paket anahtarlama Ses ve yüksek hızlı veri Dururken: 2 Mbps veri hızı Hareket halinde: 384 kbps veri hızı Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 34 / 95
GSM Şebekelerinin Özellikleri Tablo: GSM şebekelerinin özellikleri Sistem GSM 900 DCS 1800 PCS 1900 Uplink (MHz) 890 915 1710 1785 1850 1910 Downlink (MHZ) 935 960 1805 1880 1930 1990 Dalgaboyu 33 cm 17 cm 16 cm Bant genişliği 25 MHz 75 MHz 60 MHz Kanal aralığı 200 khz 200 khz 200 khz Kanal sayısı 124 374 299 Uplink: Cep telefonundan baz istasyonuna doğru Downlink: Baz istasyonundan cep telefonuna doğru Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 35 / 95 GSM Şebekelerinin Özellikleri DCS 1800: Digital Communication System 1800 PCS 1900: Personal Communication System 1900 Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 36 / 95
Kanal Sayısının Hesaplanması GSM 900 şebekesi için kanal sayısı Kanal sayısı = Bant genişliği Kanal aralığı = 25 MHz 200 khz = 125 ile verilir. Bir kanal güvenlik bandı olarak kullanılır. Dolayısıyla kanal sayısı 125-1=124 olarak bulunur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 37 / 95 Kanal Sayısının Hesaplanması DCS 1800 şebekesi için kanal sayısı Kanal sayısı = Bant genişliği Kanal aralığı = 75 MHz 200 khz = 375 ile verilir. Bir kanal güvenlik bandı olarak kullanılır. Dolayısıyla kanal sayısı 375-1=374 olarak bulunur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 38 / 95
3G GSM Şebekelerinin Özellikleri Tablo: 3G GSM şebekesinin özellikleri UMTS TDD UMTS FDD Uplink (MHz) 1900 1920 1920 1980 Downlink (MHz) 2010 2025 2110 2170 Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 39 / 95 Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (FDMA) FDMA yönteminde frekans bandı farklı kanallara ayrılır. Sistemde her kullanıcıya bir frekans kanalı tahsis edilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 40 / 95
Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (FDMA) frekans 8. kanal 7. kanal 6. kanal 5. kanal 4. kanal 3. kanal 2. kanal 1. kanal zaman Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 41 / 95 Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA) TDMA yönteminde frekans kanalı zaman dilimlerine ayrılır. Bir kullanıcıya bir zaman dilimi tahsis edilir ve bu periyodik olarak tekrarlanır. GSM sisteminde hem FDMA ve hem de TDMA kullanılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 42 / 95
Zaman Bölmeli Çoklu Erişim (TDMA) frekans 1. kn 2. kn 3. kn 4. kn 5. kn 6. kn 7. kn 8. kn zaman Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 43 / 95 Kapsama Alanı (Hücre) Kapsama alanı farklı hücrelere (cell) ayrılır. Her bir hücrede farklı bir frekans (frekans kanalı) kullanılır. Bir hücrede kullanılan frekans TDMA yöntemi ile zaman dilimlerine ayrılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 44 / 95
Hücresel Frekansın Yeniden Kullanımı B B G C G C A A F D F D E E B G C A F D E Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 45 / 95 Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) GSM sisteminde bir hücrede belli bir zamanda sadece bir kullanıcı iletimde bulunur. Diğer kullanıcılar suskun halde sıra beklerler. CDMA yönteminde bütün kullanıcılar aynı anda aynı frekansı kullanırlar. Her kullanıcıya farklı bir kod tahsis edilir. Kodlar sayesinde kullanıcılar alıcıda birbirinden ayırt edilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 46 / 95
Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) GSM de bütün kullanıcılar sessizdir. Her kullanıcı belli bir süre konuşur. İki kullanıcı aynı anda konuşmaz. CDMA yönteminde bütün kullanıcılar aynı anda konuşur. Her kullanıcı ayrı bir dil (kod) konuşur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 47 / 95 Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) CDMA yönteminde yüksek veri hızları için mobil cihaz baz istasyonuna yakın olmalıdır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 48 / 95
Sektörler Tek hücreli bir baz istasyonu için ışıma örüntüsü omnidireksiyoneldir. 3 sektörlü bir baz istasyonu için her anten 120 lik bir bölgeyi aydınlatır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 49 / 95 Omnidireksiyonel Antenle Tek Bir Sektörün Kapsanması Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 50 / 95
Yönlü Antenlerle Üç Sektörün Kapsanması A B C Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 51 / 95 Devir Teslim TDMA/FDMA yöntemlerinde devir teslim için önce bağlantı kesilir. Daha sonra yeni bir hücre ile bağlantı kurulur. Çünkü hücreler farklı frekansta çalışmaktadır. CDMA yönteminde bütün hücreler aynı frekansta çalışır. Dolayısıyla aktif bağlantı kesilmeden yeni bir bağlantı kurulabilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 52 / 95
Zayıflama ve Güç Kontrolü CDMA yönteminde farklı kullanıcılar aynı anda iletim yapar. Kullanıcıların yayılma karakteristikleri birbirinden farklıdır. Uzaktaki bir kullanıcı baz istasyonuna yakın bir kullanıcı tarafından engellenebilir. Buna yakın-uzak problemi denir Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 53 / 95 Zayıflama ve Güç Kontrolü Yakın-uzak probleminin üstesinden gelmek için güç kontrol mekanizması gereklidir. Güç kontrolü alıcıya gelen sinyallerin hemen hemen eşit güçte olmasını sağlar. WCDMA sisteminde saniyede 1500 kez güç kontrolü yapılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 54 / 95
GSM Sistem Mimarisi BSS NSS PSTN MS BTS BSC TRAU MSC/VLR GMSC HLR AuC EIR Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 55 / 95 Mobil İstasyon = Cep Telefonu (MS: Mobile Station) Mobil istasyon, mobil cihaz ve SIM karttan oluşur. SIM kart, IMSI numarası ve gizli bir şifreleme anahtarı olan Ki kodunu içerir. IMSI numarası şebekede aboneyi tanımlamak üzere kullanılır. Mobil cihaz IMEI numarası ile tanımlanır. Her mobil cihazın IMEI numarası kendine özgüdür. İkiden fazla cihaz aynı IMEI numarasına sahipse bunlardan birisi klonlanmıştır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 56 / 95
Mobil İstasyon = Cep Telefonu (MS: Mobile Station) IMSI ve IMEI numaraları birbirinden bağımsızdır. Ancak bazı operatörler mobil cihazları kilitleyebilmektedir. IMEI numarası ve IMSI numarası 15 rakamlıdır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 57 / 95 Baz İstasyonu Altsistemi (BSS: Base Station Subsystem) BSS, baz alıcı verici istasyonunu (BTS), baz istasyonu kontrolörünü (BSC), iletim kodlama ve hız uyarlama birimini (TRAU) içerir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 58 / 95
Baz Alıcı Verici İstasyonu (BTS: Base Transceiver Station) BTS deki radyo alıcı vericileri hücreyi tanımlar ve mobil istasyon ile radyo bağlantısını yönetir. Her bir alıcı verici aynı anda 7 kullanıcıya hizmet verebilir. Kanallardan birisi de kontrol amaçlı kullanılır. 7 den fazla kullanıcı şebekeye bağlanmak isterse meşgul tonu alır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 59 / 95 Baz Alıcı Verici İstasyonu (BTS: Base Transceiver Station) Bir hücredeki eşzamanlı kullanıcı sayısını artırmak için alıcı verici sayısını veya frekans sayısını artırmak gerekir. Bir mobil cihaz bir hücreden başka bir hücreye geçtiğinde BTS değişebilir. GSM sisteminde bir mobil cihaz belli bir anda sadece bir BTS ye bağlıdır. BTS radyo bağlantısının şifrelenmesinden de sorumludur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 60 / 95
Baz İstasyonu Kontrolörü (BSC: Base Station Controller) BSC bir veya daha fazla BTS için radyo kaynaklarını yönetir. Radyo kanalının kurulumu, frekans atlama, devir teslim işlemlerini yönetir. Devir teslim sırasında BSC değişebilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 61 / 95 İletim Kodlama ve Hız Uyarlama Birimi (TRAU: Transcoding and Rate Adoption Unit) Ses verisi 16 kbps lik bir hızla TRAU ünitesine aktarılır. TRAU ünitesi bunu 64 kbps hızına çıkarır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 62 / 95
Şebeke Anahtarlama Altsistemi (NSS: Network Switching Subsystem) NSS, GSM sisteminin devre anahtarlamalı kısmını oluşturur. Temel birimler: Mobil Anahtarlama Merkezi (MSC), Kalıcı Konum Kütüğü (HLR), Ziyaretçi Konum Kütüğü (VLR) Dolaşımdaki aboneler için HLR dahili şebekededir. Dolaşımdaki aboneler için veri değiş tokuşu uluslarası sınırlardan geçmek zorunda kalabilir. MSC ve VLR genellikle birliktedir ve ziyaret edilen şebekede yer alır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 63 / 95 Mobil Anahtarlama Merkezi (MSC: Mobile Switching Centre) MSC anahtarlama düğümü olarak çalışır. Mobil abone için gerekli fonksiyonları sağlar. Mobil cihaz açıldığında ve şebekeye bağlanmak istediğinde, bu istek MSC tarafından gerçekleştirilir. Kayıt, yetkilendirme, mobil cihaz için konum güncellemesi, çağrı yönlendirme işlemleri Mobil şebekeden sabit şebekeye bağlantı sağlayan bir MSC geçit MSC (GMSC) olarak adlandırılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 64 / 95
Kalıcı Konum Kütüğü (HLR: Home Location Register) Mobil abone hakkında yönetim bilgilerinin saklandığı büyük bir veritabanıdır. IMSI, servis bilgisi, servis kısıtlamaları, ek hizmetler saklanır. HLR mobil kullanıcıların konumunu bilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 65 / 95 Ziyaretçi Konum Kütüğü (VLR: Visitor Location Register) VLR yakın çevresindeki abonelerle ilgili geçici bilgileri saklar. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 66 / 95
Cihaz Kimlik Kütüğü (EIR: Equipment Identity Register) Şebekede yer alan geçerli mobil cihazların bir listesidir. Bir mobil cihazın çalındığı bildirilmişse veya cihazın türü uygun değilse çalışmasına izin verilmez. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 67 / 95 Yetkilendirme Merkezi (AuC: Authentication Centre) Kullanıcıların SIM kartlarındaki gizli anahtarın (Ki kodu) kopyasını içeren bir veritabanıdır. Radyo bağlantısı üzerinden yetkilendirme ve şifreleme için kullanılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 68 / 95
Hareketlilik Yönetimi Çağrı göndermesi ve alması için mobil cihazın yeri şebeke tarafından bilinmelidir. Her hücre kendi yayın kanalından kendi global kimliğini yayınlar. Bu global kimlik biriciktir. Mobil cihaz bu kimliği konumlandırma amacıyla kullanır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 69 / 95 Hareketlilik Yönetimi Şebeke tüm aktif mobil cihazların konum kayıtlarını dinamik olarak tutar. Söz konusu olan coğrafi konum değil, mobil cihazın mevcut hücredeki konumudur. Mobil cihaz ülke içinde veya yurtdışında hareket halinde olabilir (Dolaşım: roaming). Ülkemizde yurtiçi dolaşım hakim operatör tarafından engellenmektedir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 70 / 95
Hareketlilik Yönetimi Mobil cihaz hareket halindeyken baz istasyonundan mobil cihaza gelen sinyal ve mobil cihazdan baz istasyonuna gelen sinyal dalgalanır. Mobil cihaz ve baz istasyonu sinyal şiddetini izler. Mobil cihaz ölçtüğü sinyal şiddetini periyodik olarak şebekeye bildirir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 71 / 95 Hareketlilik Yönetimi Mobil cihaz yakın çevredeki hücrelerin şiddetini de izler. Bir baz istasyonundan gelen sinyal çok zayıflarsa, mobil cihaz bir başka hücredeki baz istasyonuna devredilir (Devir teslim). Devir teslim sırasında görüşmenin kesilmemesi şebeke tarafından garanti edilmelidir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 72 / 95
GSM Hava Arayüzü 20 MHz Mobil İstasyon İletimdedir Uplink Baz İstasyonu İletimdedir Downlink 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz Mobil cihaz düşük frekansta iletim yapar. Düşük frekanslarda elektromanyetik dalganın zayıflaması daha azdır. Baz istasyonu yüksek güç üretebildiği için dalga zayıflaması önem taşımaz. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 73 / 95 GPRS Sistemi GSM sistemlerinde abone sayıları yüksek rakamlara ulaşmıştır. Aboneler ses dışında katma değerli hizmetler talep etmeye başlamıştır. Ancak bu hizmetler devre anahtarlamalı yapısı nedeniyle GSM altyapısı tarafından desteklenmemektedir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 74 / 95
GPRS Sistemi GPRS bir veri hizmetidir ve trafik şebekede paketler halinde gönderilir. IPv4 veya IPv6 paketleri kullanılır. GPRS sistemi 3G ye doğru evrimsel bir adımdır ve genellikle 2.5G olarak adlandırılır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 75 / 95 GPRS Sistemi GPRS sisteminde sürekli bağlantı söz konusudur. İlk bağlantıdan sonraki bağlantılar hemen hemen anında gerçekleşir. GSM sisteminde veya sabit telefonda ise her yeni bağlantıda önemli oranda gecikme söz konusudur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 76 / 95
GPRS Sistemi GPRS sistemi var olan GSM şebekesi üzerine paket anahtarlamalı şebeke hizmetlerinin eklenmesi ile çalışır. Kullanıcı ses için GSM şebekesini kullanmaya devam eder. Veri transferi gerektiğinde GPRS üzerinden iletim yapılır. Böylece, mevcut baz istasyonu altyapısı tekrar kullanılabilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 77 / 95 GPRS Sistemi SGSN abonenin yetkilendirilmesinden ve mobil cihaza giden gelen verinin şifrelenmesinden ve şifresinin çözülmesinden sorumludur. GSM sisteminde şifreleme/şifre çözme mobil cihaz ile baz istasyonu arasındadır. Standart bir SIM kartı olan bir mobil cihaz GPRS şebekesine bağlanıp operatörün izin verdiği hizmetlerden faydalanabilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 78 / 95
GPRS Sistem Mimarisi BSS NSS PSTN MS BTS BSC MSC/VLR GMSC HLR AuC EIR Anahtar İnternet SGSN GGSN GPRS IP Omurgası CG LIG DNS Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 79 / 95 GPRS Şebeke Elemanları GPRS şebekesi büyük ölçüde var olan GSM altyapısını kullanır. HLR, AuC, ve EIR birimlerinde yazılım güncellemesi gerekebilir. GPRS omurga şebekesindeki farklı cihazlar birbirine Ethernet anahtarı ile bağlanır. GPRS sisteminin var olan GSM sistemi üzerinde çalışabilmesi için ekstra şebeke elemanları gereklidir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 80 / 95
GPRS Hizmet Destek Düğümü (SGSN: Serving GPRS Support Node) SGSN kendi baz istasyonu altsisteminde (BSS) yer alan mobil cihazlara hizmet verir. Yetkilendirme ve hareketlilik yönetimi sağlar. MSC/VLR nin devre anahtarlı şebeke için yaptığını SGSN paket anahtarlı şebeke için yapar. Bir mobil cihaz paket anahtarlı olarak bağlandığında, SGSN mobil cihazın hücre içindeki konumunu takip eder. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 81 / 95 GPRS Hizmet Destek Düğümü (SGSN: Serving GPRS Support Node) SGSN, GGSN ye ve diğer SGSN lere IP şebekesi üzerinden bağlanır. Bir mobil cihaz oturum yönetimi bağlantısı kapsamında açıldığında SGSN ve ilgili GGSN ile bağlantı kurulur. Böylece mobil cihaz bir dış şebeke ile veri alışverişi yapabilir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 82 / 95
GPRS Hizmet Destek Düğümü (SGSN: Serving GPRS Support Node) SGSN de dinamik bir veritabanı bulunur. Bu veritabanında güncel mobil cihazlar hakkında bilgi depolanır. Bu veritabanında cihazın konumu, güvenlik bilgisi, ücretlendirme bilgisi, güncel bağlantılar, servis kalitesi gibi bilgiler bulunur. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 83 / 95 Geçit GPRS Destek Düğümü (GGSN: Gateway GPRS Support Node) GGSN mobil cihazla harici paket anahtarlamalı şebeke arasında bir arayüzdür. Mobil cihaz için harici bir şebekeden paketler geldiğinde bu paketleri GGSN alır ve mobil cihaza yönlendirilmek üzere doğru SGSN ye aktarır. GGSN nin sadece mobil cihaza hizmet veren SGSN nin adresini bilmesi yeterlidir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 84 / 95
Ücretlendirme Geçidi (CG: Charging Gateway) Operatörün faturalandırma sistemine bağlantı sağlar. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 85 / 95 Yasal Erişim Geçidi (LIG: Lawful Interception Gateway) GPRS omurgası üzerinden geçen trafiğin bir kopyasının yasal denetleyici kuruma aktarılmasını sağlar. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 86 / 95
Alan Adı Sistemi (DNS: Domain Name System) Erişim noktası isminin IP adresine çevrilmesini sağlar. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 87 / 95 UMTS Sistem Mimarisi BSS Devre Çekirdeği PSTN MS BTS BSC 3G MSC/VLR GMSC RAN HLR AuC EIR SGSN IP Omurgası GGSN İnternet UE WBTS RNC Paket Çekirdeği Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 88 / 95
UMTS Sistemi UMTS sistemindeki esaslı değişim radyo erişim şebekesindedir (RAN: Radio Access Network). Hava arayüzü için WCDMA kullanılır ve iletim için asenkron transfer modu (ATM) kullanılır. Aynı şebeke üzerinde ses, video ve veri taşımak için bu değişiklikler yapılmıştır. Çekirdek şebeke hemen hemen değişmeden kalır, sadece yazılım güncellemeleri yapılır. Radyo şebekesi kontrolörü (RNC), 3G SGSN ye veriyi IP kullanarak aktarır. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 89 / 95 WCDMA Baz İstasyonu (WBTS: WCDMA Base Station) Bir WBTS her biri iki taşıyıcılı 6 sektörü destekleyebilir. WBTS hava arayüzü ile iletim şebekesi arasındaki sonlanma noktasıdır. WBTS nin hem WCDMA yı ve hem de ATM yi desteklemesi gerekir. WBTS, WCDMA hava arayüzünü desteklemek için gerekli sinyal işleme fonksiyonlarını sağlamalıdır. Bu husus karmaşıklığın ortaya çıktığı yerdir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 90 / 95
Radyo Şebekesi Kontrolörü (RNC: Radio Network Controller) RNC yeni erişim şebekesinin kalbidir. Bütün şebeke operasyon kararları burada alınır. RNC merkezinde yüksek hızlı paket anahtarı bulunur. Böylece makul bir trafik miktarı desteklenir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 91 / 95 Radyo Şebekesi Kontrolörü (RNC: Radio Network Controller) RNC kendisine bağlı tüm WBTS lerden sorumludur. Paket ve devre çekirdek şebekelere, MSC ye ve SGSN ye bağlantı sağlar. Diğer RNC lere de bağlanabilir (UMTS sisteminin yeni bir özelliği). Kararların çoğu yazılım tabanlıdır, dolayısıyla yüksek işlem kapasitesi gereklidir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 92 / 95
3G Mobil Anahtarlama Merkezi (3G MSC: 3G Mobile Switching Centre) 3G MSC tarafından oynanan rol GSM de olduğu gibidir. Sesin farklı protokoller arasındaki dönüşümünü gerçekleştirir. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 93 / 95 3G ve Ötesi 1G 2G (GSM ve FDMA/TDMA) 2.5G (GPRS) 3G (UMTS; CDMA) 3.5G (HSPDA; HSPDA+) Hemen hemen 4G (LTE; OFDMA) 4G (LTE Advanced) Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 94 / 95
Referanslar [1] C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, John Wiley & Sons, 1982. [2] J. Bannister, P. Mather, S. Coope, Convergence Technologies for 3G Networks, John Wiley & Sons, 2004. Erkan AFACAN (Gazi Üniv. Müh. Fak.) GSM Sistemleri 95 / 95