INTERFACE DE AIRE, GSM

INTERFACE DE AIRE, GSM

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Figura 2.1 Asignación de Frecuencias GSM originales.

2.1 Frecuencias de Operación en GSM.

En 1985 , el principal cuerpo de gobierno de Conference of European Post and Telegraph Administrations (CEPT) estableció el Grupo Especial de Móviles GSM Group, para definir un sistema digital de móviles que debería ser introducido a través de Europa en los 90´s. Más tarde este fue conocido como Global System for Mobile Communication, o GSM. Originalmente, CEPT permitió 2 nuevas bandas de Frecuencias para operación en GSM. Al día de hoy, hay sistemas GSM operando en bandas de frecuencias de 900, 1800 y 1900 MHz, solo que con variantes en las que se amplían los espectros de frecuencia.

Figura 2.2 Up link y Downlink en GSM 900


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GSM 900 (ó el original GSM 900) se refiere a la primera generación del sistema GSM, instalado a través de Europa en las cercanías de los 90´s. Este usa dos bandas de 25 MHz de frecuencias en el rango de 900 MHz. El Mobile Station MS transmite en el rango de frecuencias que van de 890 - 915 MHz, conocido como "Uplink" (UL). La Base Tranceiver Station BTS transmite en el rango de 935 a 960 MHz, conocido como "Downlink" (DL). Cada una de estas bandas están divididas en 125 Canales con un ancho de banda de 200 MHz.

Figura 2.3 Cálculo de Uplink y Downlink en GSM 900.

Los canales GSM son asignados desde 0 hasta 124, cada uno conocido como ARFCN ó Absolute Radio Frequency Channel Number. Sin embargo, solamente 1 de 124 es usado. El canal 0 sirve como "guarda" entre bandas GSM y otros servicios en baja frecuencia. Hay una banda de guarda en el nivel superior. Una típica conversación telefónica (de Voz o data) usa 2 canales, un canal para Uplink y el segundo para DownLink. Siempre hay una separación (ó espaciamiento dúplex) de 45 MHz entre el Uplink y el Downlink. Esto relaja la demanda en los filtros de transmisión y recepción en la BTS.


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Figura 2.4 Frecuencias E-GSM 900.

Posteriores desarrollos del estándar GSM 900 han agregado un rango adicional de frecuencias disponibles. A mediados de los 90´s, a fin de agregar capacidad a la red, en ciertos países, otros 10 MHz se agregaron al final de las bandas. Esto extendió el rango de frecuencias por 50 canales más. Esta banda es conocida como GSM - 900 E, ó E GSM-900. Estos canales adicionales fueron numerados desde el 974 al 1023. Estos números adicionales no son continuos a la numeración original, para permitir canales intermedios potenciales en el futuro. Y el Canal número 0 se ha puesto en servicio de nuevo, ya que el canal número 974 (a 880 MHz) sirve de banda de guarda.

Figura 2.5 Frecuencias y canales Uplink y Downlink en GSM 1800


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GSM originalmente se diseñó para operar solamente en las bandas alrededor de los 900 MHz. Sin embargo, en 1989, el Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido, inició un desarrollo de GSM en la banda de 1800 MHz para Personal Communication Networks (PCNs) en Europa. Este sistema fue denominado Digital Cellular System 1800 (DCS 1800). Esta definición trasladó enteramente las especificaciones GSM en una nueva banda y modificó algunas partes, para acomodar los traslapes de Micro y Macro- Celdas. DCS 1800 fue re-nombrado como GSM 1800 posteriormente. GSM 1800 usa 2 bandas de 75 MHz cada una, en 1710 a 1785 MHz y también en 1805 a 1880 MHz, para el Uplink y el Downlink respectivamente. El espaciamiento dúplex es de 95 MHz, con 374 canales cada uno de 200 KHz de ancho. Estos canales tienen asignados la numeración desde el 512 hasta el 885, para distinguirlos de los canales del sistema original GSM 900 y del E- GSM 900. GSM 1800 tiene 3 veces el número de canales disponibles en GSM 900. GSM 1800 se diseñó para áreas urbanas de alta densidad, de lugares del mundo donde hay alta carga de tráfico.

Figura 2.6 Canales de Uplink y Downlink de GSM 1900.

Un derivado de GSM conocido como PCS 1900 (Personal Communication System, 1900MHz) se desarrolló para operar en Norte América. Excepto por las diferencias en el nivel de potencia y la banda de frecuencias, este sistema es idéntico al estándar DCS 1800 / GSM 1800. El desfase de 1800 a 1900 MHz, fue necesario ya que en Norte América existen links de radio punto a punto en la banda de 1800 MHz. GSM 1900 usa dos bandas de frecuencias de 60 MHz cada una, en los rangos de frecuencia de 1850 a 1910 MHz y de 1930 a 1990 MHz, para Uplink y Downlink respectivamente. El espaciamiento dúplex es de 80 MHz con 299 canales y cada uno de 200 KHz de ancho. Los canales son numerados desde el 512 al 810 para distinguirlos de los canales en GSM 900 original y el Extendido E-GSM 900.


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2.2 Canales de Radiocomunicación.

Desde la perspectiva de la Radio Propagación, el sistema GSM opera en un ambiente muy hostil de transmisión. Los efectos combinados de Ruido, Interferencia y Propagación Multi-path, pueden dirigir a tazas de error demasiadas altas para Voz y Datos. Consecuentemente, GSM usa un número de técnicas para asegurar una comunicación confiable que pueda tener lugar en el radio channel. Esto incluye Codificación de canal, control de Potencia, y Ecualización de canal. El Ruido es un término general que se usa para describir cualquier señal indeseada que Interfiera con la transmisión de otra señal. Los tipos de Ruido se dividen en "Ruido aleatorio" e Interferencia. El ruido aleatorio puede derivarse naturalmente o por fuentes que el hombre genera, por ejemplo, igniciones de autos y destellos de luz. Interferencia se deriva de una indeseada compartición de señal a la misma frecuencia de la señal afectada. La fuente principal de Interferencia nace en los transmisores de frecuencias adyacentes, resultando en un "canal de Interferencia adyacente", y los transmisores a distancia comparten el mismo canal de interferencia, resultando en "Interferencia Co- Canal". La Codificación de Canal se usa para combatir los efectos del ruido aleatorio y la Interferencia en el canal de radio. Codificación de canal involucra agregar información extra a la señal, conocidos como Bits de Redundancia, que permiten al receptor detectar y corregir cualquier error que podría haber ocurrido durante la transmisión sobre el canal de radio. GSM usa una serie de técnicas para implementar la Codificación de canal, tales como Codificación Convolucional e Interleaving. Este proceso será explicado más adelante.

Figura 2.7. Codificación de Canales.

Como GSM es un sistema de móviles basado en conceptos de Re-uso de Frecuencias, la interferencia Co-canal es inevitable. Por tanto el sistema GSM usa el Control de Potencia por el que la potencia de


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salida del MS es continuamente controlada por la BTS para asegurar que este transmite al mínimo de potencia necesaria para una comunicación satisfactoria. Esto sirve para minimizar la interferencia causada en otras celdas que usan las mismas frecuencias y que están cercanas. El nivel de Interferencia se define por la "razón de Portadora- a interferencia" ó (C / I) donde el valor mínimo es de 12 dB, requerido por GSM, Abajo de este nivel, hay un drástico deterioro en la calidad de comunicación.

Figura 2.8 Re-uso de Frecuencias en GSM. GSM está basado en TDMA (Time Division Multiple Access), donde el MS opera en modo pulsado ó "Burst Mode". Consecuentemente, a menos que se tome cuidado de controlar los Transitorios de conmutación, ocurrirá una interferencia de canal adyacente. A fin de minimizar los efectos de estos transitorios en canales adyacentes, la potencia se incrementa y disminuye en una forma de rampa y de una manera controlada que define una relación Potencia Vs. Tiempo para el transmisor del MS, esto establece, la forma en que los transitorios de conmutación serán sobrepuestos. La Propagación Multi-path se refiere a la manera en la cual una señal de radio puede propagarse en diferentes trayectorias como resultado de las reflexiones en grandes objetos, tales como edificios, montañas y colinas. En GSM, una transmisión desde una BTS puede arribar a un MS como una serie de transmisiones retardadas, debido a las diferentes longitudes de las trayectorias de transmisión. Las causas de recibir señales de este tipo, se traducen en Distorsión ó una "extensión en tiempo " y conduce a una Interferencia Inter-Simbólica (ISI). ISI causa errores en un sistema digital, tales como que el receptor no esté mayormente disponible para distinguir entre los pulsos transmitidos.


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Figura 2.9 Propagación Multi-path en GSM. Otra consecuencia de la Propagación Multi-trayectoria es que las diferentes versiones retardadas de la señal original transmitida, arriban en la antena receptora con Diferente Fase. Dependiendo del desfase relativo entre señales, estas se pueden combinar constructivamente o destructivamente. Esto resulta en fluctuaciones rápidas en la amplitud de la señal recibida, y a esto se conoce como "Fast fading" o "Rayleigh fading". Fast fading, puede causar variaciones de hasta 40 dB in la intensidad de la señal recibida. Estos desvanecimientos profundos pueden ocurrir tan frecuentemente como unos pocos cientos de veces por segundo. El Control del Rayleigh fading es esencial para una exitosa operación de cualquier sistema de móviles celular, incluyendo a GSM. La ecualización se usa para controlar los efectos del Rayleigh fading. Un "Pulso" es un Burst de transmisión desde un MS. Los efectos de la Propagación Multitrayectoria es que causa pulsos que se convierten en impulsos que "montan" a la señal original (en el tiempo). Este fenómeno se conoce como Dispersión y causa que el ancho de los pulsos se ensanche en tiempo, mientras se propagan en el canal de comunicación. El grado de esta extensión está cuantificado por la extensión del retardo, el cual es una función del entorno particular involucrado. Por ejemplo, en una área rural donde hay pocos edificios, la extensión del retardo, típicamente < 0.2 ms. Sin embargo, en una área urbana la extensión del retardo puede ser tan grande como 5 ms., debido a la presencia de gran cantidad de edificios.


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Figura 2.10 El Burst GSM.

El ancho de Banda Coherente se relaciona con la extensión del retardo, y es una medición estadística del rango de frecuencias sobre el cual los componentes espectrales experimentan los efectos de la propagación de Multitrayectoria. Para un área típica urbana, la extensión del retardo es de 2 ms., el ancho de banda coherente es aproximadamente de 100 KHz. El ancho de banda coherente da una indicación de si un canal tiene o no, una frecuencia selectiva.

Figura 2.11 Ancho de Banda Coherente.


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Si el ancho de banda del canal es más grande que el ancho de banda coherente, se considera que el canal tiene "frecuency - selective", o sea que las componentes de la señal no son afectadas igualmente. En GSM el ancho de banda es de 200 KHz. Consecuentemente, en un entorno urbano con un ancho de banda coherente de 100 KHz, el canal tendrá frecuencia selectiva. En los receptores GSM, un ecualizador de canales se usa para rechazar los efectos del la distorsión de Frecuencia - selectiva.

Figura 2.12 Frecuency Selective Channel en GSM

Como GSM se entiende que opera en un entorno de móviles, donde la velocidad del MS, puede alcanzar los 250 Km/hr, es necesario considerar otro factor conocido como "Spread Doppler". El efecto "Spread Doppler”, es un ensanchamiento del espectro de Potencia debido a la velocidad inducida por los cambios de frecuencia Doppler. El "Spread Doppler" (ó Desvanecimiento de ancho de banda, como se le conoce comúnmente) es usado para distinguir entre un "Fast fading o un Slow fading channel", o sea entre un Desvanecimiento de canal rápido y uno lento. Se refiere a un canal como Fast fading, si el ancho de banda del canal es menor que la extensión Doppler (Spread Doppler). Un canal fast fading será considerado como el extremo de funcionamiento límite del canal. Esto es, que de hecho el canal de comunicación está cambiando continuamente de lugar y demanda del sistema más esfuerzo para proporcionarlo. Similarmente, un canal se considera como Slow fading, si el ancho de banda es mayor que el Spread Doppler. En sistemas GSM operando en las cercanías de los 900 MHz, el spread Doppler de un MS con una velocidad de 120 Km/ hr es de aproximadamente 100 Hz. Como el ancho de banda del canal GSM es de 200 KHz, un canal así es considerado como un canal de Slow fading (de Desvanecimiento lento). Para combatir efectos adversos de la distorsión de señal introducidos por el Multi-path fading, se usa una técnica conocida como Ecualización de Canal. Ecualización de canal involucra el uso de un filtro Adaptativo (encontrado en receptores) para combatir los efectos de la Propagación Multitrayectoria. Esto se logra por la transmisión de una secuencia especial con cada Burst. Esta secuencia especial


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(special training sequence) es un bit fijo en la secuencia Burst para tanto el MS como para la BTS y es enviado como parte de la transmisión del Burst para facilitar la Ecualización del canal.

Figura 2.13. Efecto Doppler. Comparando la secuencia especial recibida con la secuencia transmitida, es posible calcular la función impulso del canal (Matemáticamente la función Impulso es un modelo de propagación en el radio channel). Si se aplica la función de filtro Inverso, usando un filtro adaptativo, los efectos adversos de en el radio channel pueden ser combatidos. En GSM, 8 training sequences, cada una de 26 bits, han sido creadas. Se ha tenido gran cuidado para asegurar que estas secuencias de bits sean "únicas" y no repetidas en otra parte del Burst de transmisión. Todos los receptores (por ejemplo en el MS y la BTS) dentro de una celda compartida tienen la misma secuencia. El Ecualizador usado en radios GSM puede compensar retardos de tiempo hasta 16 ms.

Figura 2.14 Ecualización y Secuencia de Training.


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2.3 Potencia de Operación.

La red GSM está diseñada para que el MS use solamente el mínimo nivel de potencia transmitida para desarrollar una efectiva comunicación con la BTS. Esto ayuda a reducir la interferencia Co- canal y para prolongar la vida de la batería del MS. En el estándar GSM, una serie de clases de potencia se han definido para el MS y BTS que definen el máximo nivel de potencia transmitida para la unidad.

Figura 2.15 Clases de Potencia. Cinco Clases de Potencias ( numeradas I, II, III, IV y V) se han definido para MS en GSM 900, GSM 1800 y GSM 1900 .En GSM 900, unidades portables y vehiculares pueden ser de la clase I o clase II, mientras que los móviles Handheld pueden ser de clases III, IV y V. Las más comunes clases son II y V. El Nivel de Potencia de transmisión de un MS es dinámicamente controlado en pasos de 2 dB desde el máximo nivel permitido en cada clase, hasta un mínimo de 20 mW (1 dBm). El control de la potencia del MS, es realizada automáticamente bajo un control remoto desde la BTS la cual monitorea la potencia recibida y ordena al MS a ajustar su potencia de transmisión al mínimo nivel de potencia necesario para una transmisión satisfactoria. La potencia del MS es ajustada en una secuencia mono tónica (procediendo en estrictos pasos secuenciales) de 2 dB por cada 60 ms.


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Figura 2.16 Control del Nivel de Potencia.

La BTS determina el nivel de potencia (RXLEV) y el nivel de la calidad (RXQUAL) de la señal recibida desde cada MS en esa celda. La potencia de la señal recibida, medida en dBm, es mapeada a un valor RXLEV entre 0 y 63, donde el valor 0 corresponde a un nivel de señal de < -110 dBm. La calidad de la señal recibida se determina calculando el Bit Error Rate (BER), el cual es mapeado a 8 niveles RXQUAL, donde 0 corresponde a la mejor calidad (BER<2x10-3).

Figura 2.17 Parámetros de Potencia y Calidad en la BTS.

Sobre la base de la medición de RXLEV y RXQUAL, la BTS determina el mínimo nivel de potencia de transmitida por el MS. La BTS entonces envía la información de control de potencia al MS en un campo de 5 bits de potencia transmitida (TXPWR), sobre el Downlink, denominado Slow Associated Control Channel (SACCH). El MS envía una confirmación al BTS vía un mensaje MS_TXPWR_CONF en el Uplink SACCH.


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Ocho clases de potencia (numeradas desde la I hasta la VIII) se han definido para la BTS en el estándar GSM 900, donde el máximo de potencia transmitida por el BTS es de 320 W (55 dBm). En el estándar GSM 1800 y 1900, que por cierto son diseñados para aplicaciones de alto tráfico de microceldas, la máxima potencia de salida es de 20 W (43 dBm). En aplicaciones de microceldas, se ha creado una clase de potencia reducida especial.

Figura 2.18 Niveles máximos de Potencia en BTSs.

En la BTS, el uso del control de potencia es opcional. La potencia de salida es controlada normalmente e pasos de 2 dBm, que es lo mejor para controlar la Interferencia Co- canal. Esto permite una mejor Calidad de Servicio (QoS) ó un mejor re-uso de frecuencias en la celda. GSM usa un esquema basado en TDMA de 8 Time Slots de una duración de 0.577 ms. cada uno. Esto significa que cada radio channel es compartido por hasta 8 usuarios. Consecuentemente, cada MS requiere transmitir solamente en su time slot asignado y mantener libres los otros 7 time slot. Esto desarrolla una rigurosa demanda de la conmutación de encendido/apagado de la salida de potencia RF. Esta demanda es necesaria para prevenir interferencia con otros MSs en los time slot adyacentes y sobre los radio channels adyacentes.

Figura 2.19 Trama TDMA.


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Los efectos adversos de los transitorios de la conmutación se pueden reducir incrementando la potencia de salida con una forma de rampa cuando el transmisor se conmuta de ON a OFF. El estándar GSM una máscara Potencia - Vs.- Tiempo para la potencia del transmisor del MS. esto significa que un transmisor MS debe conmutar de ON a OFF dentro de 28 uS (que corresponden a 7.6 bits), y dentro de este corto periodo de tiempo desarrollar un rango dinámico de hasta 70 dB. Después del incremento en rampa hasta el nivel de potencia de salida, el MS tiene 542.8 uS (correspondientes a 147 bits) para transmitir su información.

Figura 2.20 Máscara de un pulso de GSM.

2.4 Radio Enlace GSM y Estructura de Trama.

En el esquema de Multiple Access usado por el sistema GSM sobre la interface de Aire Um entre la MS y la BTS, la técnica TDMA se puede ver como sobrepuesto a una estructura FDMA. La parte FDMA involucra una división de la asignación de frecuencias en una serie de radio channel con un ancho de 200 KHz. En la parte TDMA, el acceso a los radio channels está basado en 8 Time Slot de una duración de 0.577 mS. Cada usuario tiene asignado un canal físico correspondiente a un Time Slot dentro de un radio channel.

Figura 2.21 Trama TDMA y delay entre Uplink y Downlink


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El esquema TDMA empleado en GSM, usa tramas de 4,615 ms. consistentes en 8 Time Slots de 0.577 mS de duración. Dentro de una Trama, cada time slot tiene un Time Slot Number (TN) entre 0 y 7. El mismo TN es usado por ambos, de Uplink y Downlink channels. Sin embargo, en el arranque del Uplink la trama TDMA es retardada (Offset) con respecto al Downlink por una cantidad correspondiente a 3 Time Slots. Este escalonamiento de las tramas Uplink y Downlink facilita el uso del esquema de Time Division Duplexing o TDD.

Un servicio de Telefonía requiere de una comunicación bi-direccional ó Duplex entre ambas partes en una llamada telefónica. En sistemas Analógicos esto debería requerir que el MS transmita y reciba señales simultáneamente.

Sin embargo, como GSM es un sistema digital basado en TDMA, el Time Division Duplexing (TDD) se usa para evitar los requerimientos de transmisión y recepción simultanea. Esto reduce grandemente la cantidad de circuitería electrónica requerida en el MS, así como reduce el consumo de potencia, traduciéndose esto en una mayor larga vida de la batería.

Figura 2.21 Trama TDMA y delay entre Uplink y Downlink

En una conversación normal, las voces de cada persona está activa, en promedio, es menos del 40% que las personas pasan el tiempo hablando. En el sistema GSM, esta característica de Voz humana es explotada por una técnica conocida como Transmisión Discontinua (DTX= Discontinuos Transmission), a fin de reducir la interferencia y de extender la vida útil de la batería.

En DTX, la radio transmisiones se suspenden durante estas pausas normales en una conversación. Esto reduce tráfico de radio, y apunta a reducir la interferencia entre celdas. Además, el consumo de potencia del MS se reduce, resultando en la extensión de la vida útil de la batería.

DTX es implementado en un MS por un circuito denominado Voice Activity Detector (VAD), el VAD se usa para detector la presencia o ausencia del habla humana durante la conversación. La salida del VAD se usado para controlar una conmutación del Transmisor. A fin de mejorar la Inteligibilidad del habla, un "ruido agradable" se introduce en el receptor en los momentos de voz alta. Este ruido confortable también asegura al que escucha (usuario móvil) que la conexión de radio esta activa todavía.


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Figura2.22 Voice Activity Detector y DTX.

Después el VAD detecta el final de actividad de Voz, este espera por 4 tramas de 20 mS cada una, esto se conoce como DTX Handover, antes de parar la transmisión de radio. Durante este tiempo, varios parámetros describiendo un ruido de fondo, son determinados y estos son transmitidos en una trama Silence Descriptor (SID) cada 480 ms. Al final de la recepción, la trama SID se usa para generar el "ruido agradable" así como para mantener la continuidad del ruido de fondo.

Figura 2.23 Tramas del SID.


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Otra técnica usada para conservar la potencia del MS, y con ello extender la vida útil de la batería, es la recepción Discontinua (Discontinuos Reception ó DRX).

El canal de Paging, es usado por la BTS para indicar una llamada entrante, está estructurada en sub-channels correspondientes a MSs individuales.

Figura 2.24 Procedimiento de Paging

Cada MS necesita monitorear a su propio sub-channel solamente, y puede irse al "Modo Sleep" mientras otros sub-channels del canal de Paging están siendo transmitidos. (Este se mantiene modo Sleep hasta que es despertado por una llamada de Paging sobre el canal de Paging).

La técnica TDMA obliga a rigurosas obligaciones en la sincronización sobre todos los elementos dentro del sistema. Aunque cada MS puede transmitir solamente durante el time Slot asignado, cada una de las transmisiones desde los MSs dentro de una celda debe ser recibidos en la BTS en su correspondiente time slot con la idea de evitar las colisiones.

Ya que los MSs dentro de una celda estarán a diferentes distancias de la BTS, sus transmisiones tendrán diferentes retardos de propagación y además existe la posibilidad de que estas transmisiones se traslapen cuando arriban a la BTS.

Figura 2.25 Timing Advance.


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Para compensar los retardos de Propagación, la BTS instruye al MS cuyas transmisiones arriban demasiado tarde, a adelantarse en sus transmisiones en el tiempo. En otras palabras, los MSs más lejanos a la BTS son puestos como cabeceras de inicio. Esta técnica se conoce como "Timing Advance". Timing Advance se calcula en la BTS y es enviada al MS usando un número de 6 bits, el cual adelanta el tiempo de transmisión en el rango de 0 a 63 bits, donde cada uno de los bits tiene una duración de 3.7 mS. Esto da un máximo de Timing Advance de 233 uS, los cuales corresponden a una distancia máxima de 35 Km de la BTS.

Figura 2.26 Cálculo del Timing Advance.

El Radio Channel GSM es un canal de Frecuencia Selectiva. Esto significa que las condiciones de propagación pueden variar considerablemente en todo el rango de frecuencias disponibles. Para promediar las condiciones de propagación sobre todas las frecuencias, se introduce un concepto Slow Frecuency Hopping (SFH), que mejora la calidad de la señal. En SFH, la frecuencia portadora es cambiada lentamente, esto es una vez cada trama TDMA (o sea cada 4.615 mS), lo cual corresponde a tasa de salto de unos 216.7 hops/S.


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Figura 2.27 Frecuencia Selectiva y Frecuency Hopping.

Diferentes algoritmos de Hopping se asignan al MS. Uno de los algoritmos es Cyclic Hopping, en este el hopping se realiza a través de la asignación por parte de un operador de red, Una lista de frecuencias. Los otros algoritmos son Random hopping, en el cual toma lugar en un forma aleatoria a través de una lista de frecuencias. Cuando un MS es instruido para asumir la operación de SFH por la BTS, este envía la información correspondiente al canal asignado (el set de canales disponibles), el algoritmo de hopping y un Hopping Sequence Number ó HSN.

Figura 2.28 Random Hopping.


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El canal base no tiene permitido "hacer un hop/saltar" ya que este es usado para transportar información de celda específica para Sincronización y para propósitos de Registración.

Para un Set de Frecuencias, GSM permite construir 64 x n secuencias. Estas son descritas por 2 parámetros: el Mobile Allocation Index Offset (MAIO) y el HSN. Mientras todos los MSs en una celda dada ó grupo de celdas compartiendo la misma frecuencia, tendrán el mismo HSN, cada uno tendrá diferente MAIO. Los diferentes MAIOs aseguran que dos MSs no tendrán asignado la misma frecuencia al mismo tiempo.

Figura 2.29 MAIO y HSN

Hay un gran número de pasos involucrados para transformar la voz humana en ondas de radio Primero, las formas de onda de la voz necesitan ser digitalizadas, esto es, convertidas en representaciones digitales. A esto se le conoce como Speech Coding (Codificación de de Voz). Entonces, se realiza el channel coding y el Interleaving, a fin de proteger los datos digitales contra los efectos del Ruido y la Interferencia (mas adelante veremos las definiciones formales de Interleaving y de Channel coding). para asegurar la privacidad y seguridad de los datos transmitidas, se realiza el Cifrado.

Figura 2.30 Speech Coding.


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Los datos encriptados son entonces ensamblados en un formato estándar de transmisión, en un proceso conocido como "Burst Assembly". Finalmente, se usa Modulación para convertir los datos digitales en radio ondas.

En el proceso de codificación de la voz, la forma de onda analógica primero es convertida en una serie de palabras binarias (con un código binario de una longitud fija). Debido a la restringida capacidad de transmisión disponible, el próximo paso es usualmente reducir la razón de bits necesaria para la transmisión de estas palabras binarias. Identificando y removiendo la información redundante que está contenida en la voz humana, es posible desarrollar una reducción importante de la taza necesaria. El dispositivo que transporta este proceso de conversión en el MS se conoce como Speech Codec (Codec/Decoder).

Figura 2.31 GSM Codec.

El Codec usado en GSM es Vocoder denominado Regular Pulse Excited with Long Term Prediction (RPE-LTP) .Un Vocoder es una clase de Codec que opera mediante la parametrización del habla humana. En la transmisión. La forma de onda de la voz se analiza para extraer una serie de parámetros característicos. Estos parámetros son transmitidos al receptor, donde son usados para Sintetizar o Re-generar la forma de onda de la voz en un modelo electrónico del tracto bucal humano. El Vocoder RPE-LTP produce un flujo de datos de salida de 13 Kbps.


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Figura 2.32 Sistemas PCM.

PCM (Pulse Code Modulation) se usa para convertir la forma de onda analógica de la Voz en señal digital. La forma de onda de voz, primero se filtra y se muestrea a una razón de 8000 muestras por segundo. Cada muestra esta cuantizada y codificada para producir una palabra codificada de 13 bits. La tasa de bits resultante de PCM (8000 x 13) da 104 Kbps. Esto por mucho es una tasa extremadamente alta para ser transmitida eficientemente en la interface de aire. Sin embargo, el Vocoder RPE-LTP puede reducir significativamente esta tasa de bits a 13 Kpbs.

Figura 2.33 El Vocoder RPE-LTP.


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El Vocoder RPE-LTP usa un filtro digital manejado por una señal excitadora para imitar el tracto vocal humano. Las formas de onda de Voz se analizan para determinar un set de Coeficientes de filtro y una señal de excitación apropiada.

Las muestras de voz son procesadas en bloques de 20 mS o "speech frames", cada una conteniendo 160 muestras. El análisis de voz tiene 3 partes principales:

- Análisis LPC ó Linear Prediction Coding

- Análisis LTP ó Long Term Prediction

- Análisis de Excitación.

En Linear Prediction Coding ó LPC (Codificación de Predicción Lineal), las 160 muestras de voz son analizadas para determinar 8 coeficientes del filtro, los cuales por conveniencia son transformados en LARs (Log - área - ratios) previamente a la transmisión. En total, 8 LARs son representados con datos de 36 bits.

En el análisis de LTP ó Long Term Prediction, las tramas de 20 mS se subdividen en 4 sub-tramas de 5 mS de duración, cada una conteniendo 40 muestras de voz. El filtro LTP se caracteriza por un retardo y un coeficiente de ganancia, de 7 y 2 bits respectivamente. Cada 5 mS se analiza las sub-tramas, para determinar el valor de estos coeficientes. En total, el análisis LTP necesita de 36 bits.

Por su lado, el análisis de RPE o Regular Pulse Excitation se aplica a cada sub-trama de 40 muestras. Una serie de 13 muestras secuenciales de 3 bits, así como como la información de amplitud (con 6 bits) y la fase (con 2 bits), se extraen de cada sub-trama. Esto da un total de 188 bits para el análisis RPE.

Figura 2.34 LPC, LTP y RPE en GSM.

Cada 20 mS el codec RPE-LTP lee 260 muestras vocales cuantizada de 13 bits (o sea 2080 bits de datos de voz) y se obtiene un total a la salida de (36+36+188) 260 bits de datos de voz parametrizados. La tasa de entrada de datos es de 104 Kbps, lo cual es reducido por un factor de 8 a una tasa de salida de 13 Kbps.


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El retardo total en la codificación de voz es de 20 ms, que corresponden a una trama de voz. Esto contribuye a un gran retardo en la codificación de la voz humana.

En el receptor, los parámetros RPE-LTP transmitidos, son usados para sintetizar o regenerar las muestras originales de 13 bits. Estas palabras codificadas son enviadas a un Convertidor Digital - Analógico ó DAC, donde las muestras de voz se reconstruyen. Finalmente, un filtro pasa-bajo se usa para recuperar la forma de onda de voz, desde las muestras.

Figura 2.35 Tramas RPE-LTP.

Siempre que una trama de voz es recibida corrupta o con errores, la trama de voz previa es sustituida en este lugar (trama corrupta actual). Esta técnica para mantener la calidad de voz se conoce como Speech Frame Substitution ó SFS. Esto no es perceptible para el usuario de móviles.

La percepción de la calidad de voz puede ser algo subjetivo, y puede depender de muchos factores tales como el retardo de transmisión, el ruido de fondo, y el efecto producido por los errores.

Sin embargo, bajo la escala de la ITU de 5 puntos de Significados de Opinión (Mean Opinion Score ó MOS), el Codec RPE-LTP fue evaluado con un promedio de 3.54. Si se compara con una MOS de 4.3 obtenida del Codec dado en G.711 de la ley A, que se usa en sistemas en la red fija, se puede decir que la codificación en GSM es inferior a la de la red fija. Un promedio de 3 significa "calidad aceptable"; mientras que un 4, significa una calidad Buena o muy buena.

Figura 2.36 Apreciación de la Calidad de Voz.


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La Codificación de Canal se usa para mejorar el funcionamiento del sistema, a través del control del número de errores introducidos a raíz del ruido, la Interferencia y las Propagación de Multi-path. El control del Error en GSM usa el Forward Error Correction (FEC), por el que se agregan bits extra, conocidos como Bits de Redundancia, que se agregan a los fatos desde el Codec. Esto tiene el efecto de incrementar el bit Rate, pero permite al receptor y corregir (dentro de ciertos límites) los errores en la transmisión.

Figura 2.37. Channel Coding.

En GSM, una combinación de bloques de códigos y códigos Convolucional se usan para proteger el habla de errores de transmisión. (Bloques de código y código Convolucional) son las técnicas que mas usa FEC para controlar errores en los sistemas de comunicación. El Codec RPE-LTP produce una salida con tasa de 13 Kbps, la cual se incrementa a 22.8 Kbps por el esquema de codificación de canal, debido a la adición de los bits de redundancia, a los datos. Antes de que se implemente la codificación de Canal, 260 bits se ordenan en tramas de 20 ms, en diferentes clases de acuerdo al impacto sobre la Inteligibilidad del habla. Las diferentes clases de bits de Voz reciben diferentes niveles de control de error.

Figura 2.38 Tasas de velocidades internas en la Codificación


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Por tanto, los 260 bits de voz se ordenan desde el Codec RPE-LTP en tres clases de bits de voz y son: Ia, Ib , II: - Los más importantes son los de clase Ia, son 50 bits que describen los coeficientes de filtros, la amplitudes de Block y los Parámetros de LTP. - Los próximos en importancia son la clase Ib, que son 132 bits que consisten de parámetros RPE y algunos Parámetros LTP. - Los últimos en importancia son de clase II y corresponden a 78 bits que contienen el pulso RPE. Estos bits representan los parámetros de voz menos críticos para reproducir la forma de onda de la voz.

Figura 2.39 Clases de Bits.

Clase Ia: Cualquier error de transmisión que ocurra dentro de esta clase es considerado que va en detrimento total de inteligibilidad de la voz. Si cualquiera de estos bits se considera que tiene error, se debe usar el SFS (Speech Frame Substitution). Esto involucra abandonar la trama de voz entera y sustituirla con la trama previa. Así un evento generaría de estos pasaría inadvertido por el usuario del móvil; sin embargo, si el número de tramas que tienen que ser abandonadas o sustituidas, es significativa, se debe notificar al usuario del proceso. Un código cíclico se usa para simplificar la detección de errores. Esto agrega 3 bits de extra de paridad a los bloques de 50 bits de la clase Ia. Estos bits de paridad son usados para indicar al Decoder (en la recepción) que si ha habido o no errores.

Figura 2.40 Clases Ia , 50 bits.


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Clase Ib: Los 132 bits de clase Ib no son de chequeo de paridad, pero junto con los 50 bits Ia y los 3 bits de paridad son alimentados al Codificador Convolucional. El Codificador Convolucional tiene una tasa de r = 1/2 y una longitud del constreñimiento K= 5. Esto significa que 5 bits sucesivos serán usados para calcular los bits de redundancia, y por cada bit de datos, se agrega un bit adicional de redundancia. Antes de que se codifiquen los bits, se agregan 4 bits de "all bit -zero" en la cola, a fin de ordenar el reset del codificador Convolucional. Un total de 189 bits (50 + 3 +132 + 4) son enviados al codificador. Ya que el codificador tiene un r= 1/2, esto resulta en una salida de 378 bits, ya que se agrega nuevamente un bit de redundancia por data data bit.

Figura 2.41 El Codificador Convolucional.

Clase II: Los bits clase II son los menos importantes, y no están protegidos de ninguna forma. Estos bits son meramente agregados a la salida del Convolutional Codec, para dar un gran total de 456 bits Como el codificador del canal de voz produce 456 bits cada 20 ms, este tiene un bit Rate de salida de 22.8 Kbps. Así que 13 Kbps representan datos de voz, mientras que los otros 9.8 Kbps (22.8 - 13) representan bits de paridad, cola y redundancia.


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Figura 2.42 Trama completa de 456 bits.

Los Códigos Convolucional son más adecuados para errores de Distribución Aleatoria y no funcionan bien si ocurre un Burst de errores. Por tanto, se usa la Interpolación (Interleaving) para extender los datos sobre un número de Time Slot, a fin de mitigar los efectos de los errores de Burst. El block de 456 bits de salida del codificador de canales es extendido a 8 Time Slot TDMA, en Sub-blocks de 57 bits cada uno. Cada Time Slot TDMA contiene 114 bits, los cuales se comparten por 2 sub-bloques de 2 bloques diferentes. Esta técnica es conocida como Interpolación Diagonal (Diagonal Interleaving).

Figura 2.43. Bloques de Información y Sub-bloques.

Los canales de datos requieren de mayor protección que los bits de voz. Esto es porque aquí NO se puede usar la SUSTITUCION de la trama previa (usando SFS)cuando ocurre un error (Si se caen los


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datos, se corta, se puede implementar un control de error dentro del equipo terminal usando un esquema ARQ para proveer los datos perdidos - mediante una solicitud para los datos sean transmitidos. Aunque la tasa de datos es de 9.6 Kbps, las tasas de datos actuales son presentadas al canal codificador con valores de 12 Kbps. Estas últimas tasas incluyen la codificación introducida por el equipo terminal. Cuando intercalamos, los flujos de datos divididos en 4 bloques de 60 bits cada uno, da un gran total de 240 bits. La Codificación Cíclica no se usa en esta instancia, porque la detección del error esta ya realizado por el equipo terminal. El mismo codificador Convolucional para Voz se usa también para Data. Estos significa que se insertaran 4 bits de "all zero" en la cola de la trama. La salida consiste ahora de 488 bits, los cuales no se insertan fácilmente en el esquema de 456 bits por block. Hay un exceso de 32 bits que son removidos o pinchados del bloque, resultando en un bloque de 456 bits. (Pinchado quiere decir que se remueven de los bits de un bloque de bits). Estos bits "pinchados" son reemplazados en un decodificador Convolucional. Con el propósito de restaurar estos bits "pinchados" en el receptor se usa un Decodificador Convolucional, confía en las propiedades del control de error del esquema de codificación Convolucional para reemplazar los bits perdidos.

Figura 2.44 El retardo de Transmisión.

Un retardo de transmisión es menos crítico para datos de voz, ya que se puede usar una mayor Interpolación de datos (más profunda). Los bloques de 456 bits son extendidos a 22 Time Slots si se usa una Interpolación Diagonal. Sin embargo, la Interpolación usada en esta instancia en considerablemente más complicada que la que se usa en datos de voz, dependiendo del número de tramas.


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Figura 2.45 Interleaving para tasas de 2.4 Kbps.

Aunque la tasa de datos sea de 2.4 Kbps, la real tasa que se dan en el terminal es de 3.6 Kbps. Esto incluye la codificación de canal que se agregó en el equipo terminal. Los Datos se dividen en blocks de 70 bits, a los que se agregan los 4 bits de "all zeros" en la cola de la trama. A los datos se le explica entonces un codificados Convolucional con r=1/6 de constreñimiento y una longitud K=5. La salida del codificador Convolucional es un bloque de 456 bits, Interpolado diagonalmente sobre 8 Time Slot de la misma manera que el caso de la Voz. Los datos de señalización es quizá el más importante de los datos transportados sobre la Interface de Aire. Esta porque es la información usada para controlar, monitorear y coordinar la operación de la red. La información de señalización contiene un máximo de 184 bits y es un canal codificado en 2 etapas. La primera etapa, agrega una bloque codificador especial conocido como "Fire" Code al Block original (que son los 184 bits de señalización).Esto agrega 40 bits mas de paridad a los datos, dando un gran total de 224 bits. Los Códigos Fire son particularmente convenientes para la detección y corrección de errores de Burst. La segunda etapa agrega los ya conocidos 4 bits de “todos ceros” a los datos (224 bits) y entonces usa un codificador Convolucional con r= 1/2 y K =5 para producir una salida de bloque de (224*4) x2)456 bits. Los 456 bits son Interpolados sobre 4 Time Slots, en lugar de los 8 Times Slot usados en datos de Voz. Esto minimiza el retardo en la transmisión de datos, logrando un bajo bit rate. Este esquema de codificación es usado por todos los canales de señalización, excepto para el Canal de Sincronización (SCH), Canal de Acceso Aleatorio (RACH) y el Fast Associated Control Channel (FACCH).


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Figura 2.46 Información de Señalización.

2.5 Seguridad GSM: Cifrado, Modulación y Sincronización.

Una característica clave del sistema GSM es el uso extensivo de la seguridad basada en Criptografía. Estos incluye la Autenticación, para validar la Identidad del suscriptor, y el Cifrado de datos de usuario y Control de Información de Señalización en la Interface de Aire, para prevenir la "escucha ilegal" de las conversaciones.

Figura 2.47 Intervención ilegal de una llamada en Um.


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La importancia de la seguridad fue reconocida desde el principio del desarrollo de GSM. Como resultado se estableció un Grupo de expertos que se llamó MoU-SG, que integró las características en el sistema para protegerlo contra intentos de escuchas ilegales o de robos de identidad o de datos. Se encontró que la Interface de Aire (o radio Path) representaba la parte del sistema más factible de ser intervenida con cierta facilidad (eavesdropped) usando equipo de radio. El objetivo, por tanto, fue hacer una interface de aire más segura que la red fija por ejemplo. La administración de la Seguridad en GSM, fue desarrollada usando 4 mecanismos principalmente: - La Identidad de cada suscriptor es autenticada usando un mecanismo de Criptografía. - El Cifrado es usado para resolver la Intervención ilegal en la transmisión de Datos y Voz. - la información de seguridad estaría almacenada en una plataforma muy segura que se denominó (Subscriber Identity Module (SIM). - El operador de red GSM mantiene en secreto un algoritmo de Criptografía y unas Keys de Encriptación que serán usadas para Autenticación y Cifrado. Esta información NO SE COMPARTE con otros operadores GSM.

Figura 2.48. Seguridad en GSM

Simplemente, los procesos que involucran la Criptografía usan un Algoritmo de Encriptación en conjunto de una Key a fin de transformar los datos de entrada, conocida como "Texto plano", en una Salida Aleatoria, conocida como "Ciphertext". La técnica puede ser usada para Autenticación de usuario en un proceso de desafio- y - respuesta. La red desafía al usuario, enviándole un número aleatorio, el cual genera una respuesta usando el algoritmo y la Key. Esta respuesta (del suscriptor) es enviada hacia la red, donde es validada y verificada. La misma técnica puede usarse para el cifrado. En este proceso, los datos son encriptados en el transmisor y es enviada como "Ciphertext" sobre el radio pat. , o sea, la Interface de Aire. En el receptor, se usa un Des-cifrado para recuperar el texto plano con la misma Key.


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Figura 2.49. Componentes de Seguridad en GSM.

GSM 3 Algoritmos de Criptografía: -Algoritmo A3- Para Autenticación de Usuario.Este genera una Signed RESponse (SRES) a un numero Aleatorio transmitido RAMDom (RAND) transmitido por la red, y una clave (KEY) secreta Ki se almacena en la SIM. El Algoritmo A3 se conoce solo por el Operador de red.

Figura 2.50. Verificación en Ms y en la red (AuC)

-Algoritmo A5- Para cifrado y Descifrado. Este usa una clave de cifrado Kc, generada durante el Procedimiento de Autenticación, el número de trama para encriptar la información de usuario y los datos de Control y de Señalización antes de la transmisión sobre la Interface de Aire. - Algoritmo A8- Se usa para generar dos claves, la Kc y Ki.Este algoritmo también solo es conocido por


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El operador de red correspondiente y está almacenado en la SIM Card. Antes de que se permita a un suscriptor acceder a la red, los procedimientos de Autenticación GSM se usan para verificar la validez de la SIM card del suscriptor. Este procedimiento usa el Algoritmo A3, el cual está almacenado en la SIM card y en Authentication Center (AuC) del operador de red. El algoritmo A3 tiene dos parámetros de entrada la clave Ki (almacenada en la SIM y en la red) y un número aleatorio generado conocido como RAND. La red envía al usuario el numero RAND sobre la interface de Aire hacia hacia el MS, donde el MS genera una respuesta SRES usando el algoritmo A3 y la clave Ki. SRES se envía desde el MS hacia la red, donde es comparada con la versión SRES generada en la red. Si el SRES recibido desde el MS concuerda con el SRES generado por la red, se permite al MS acceder a la red. Si no concuerdan, se restringe el acceso. Si la Autenticación es exitosa, se usa el procedimiento de Cifrado GSM para Encriptar la información de usuario y los datos de Señalización antes de ser transmitida sobre la Interface de Aire. Esto protege los datos contra el espionaje de un ilegal acceso.

Figura 2.51 Comparación de SRES en la red

El proceso de Cifrado usa el algoritmo A5 en conjunción con una clave de cifrado de 64 bits, denominada Kc y un número de trama de 22 bits. Recordar que una Hipertrama contiene 2,715,648 tramas, las cuales son identificadas unívocamente por su número de trama. El algoritmo A5 genera una máscara de 114 bits encriptados. La máscara de encriptación se combina con los datos del canal codificado, una operación lógica con Módulo 2 (operación lógica OR Exclusive) para generar los datos encriptados. El algoritmo A5 genera 2 máscaras durante cada Periodo de Trama: una para el Uplink y otra para el Downlink. Una vez la Identificación del usuario se ha Autenticado en la red, los radio transmisores son conmutados a modo Encriptado y se establece una comunicación segura entre el MS y la BTS.


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Figura 2.52 El proceso completado

2.6 Organización de Canales Lógicos.

Una gran variedad de Información de Control de Señalización y datos de usuario son transmitidos sobre la interface de aire entre el MS y la BTS. Esta información es transferida sobre llamados Canales Lógicos. Estos canales lógicos son Mapeados sobre canales Físicos que corresponden a Time Slots en los radio channels. En GSM, una compleja jerarquía de Time Slots y Tramas se usan para acomodar varios Canales de Datos de usuario, y Canales de Control y Señalización, y Encriptación.

Figura 2.53 Canales Físicos y Canales Lógicos.


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Los canales de radio de ancho de banda de 200 KHz se usan en GSM y son Identificados por un Absolute Radio Frecuency Channel Number (ARFCN). Estos radio channels son accesados por los usuarios a través de un esquema TDMA basado en la duración de una Trama de 4.165 ms. Cada trama TDMA contiene 8 Time Slots de 0.577 ms de duración.

Figura 2.54 Trama FDMA y TDMA.

Cada uno de estos Time Slots son llamados Canales físicos y son asignados a un usuario individual para transportar Voz e Información de Control y Señalización. Cada Time Slot tiene asignado un número único Time slot Number (TN) con un rango de 0 a 7 .Por tanto, cada canal físico es unívocamente identificado por su ARFCN y un número TN.

Figura 2.55 TDMA Frame en GSM.


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La trama TDMA GSM contiene 8 Time Slots (8x156.25) 1250 bits, y tiene una duración de 4.615 ms. En la BTS, las tramas TDMA son radio channels Uplink y el Downlink todas alineadas en el tiempo. Sin embargo, el arranque de la trama TDMA Uplink es retardada por 3 Time Slots con respecto al Downlink, a fin de permitir el uso del Time Division Duplexing (TDD). Las tramas TDMA son agrupadas juntas en tramas de orden más alto como Multi-Tramas. Se definen 2 tipos de Multi-tramas en GSM: - Multi-Trama de 26 tramas, con una duración de 120 ms; comprende 26 tramas TDMA, se usan para transportar tráfico de usuario y sus canales de control asociados. - Multi-trama de 51 tramas, con una duración de 235.4 ms; comprende 51 tramas TDMA, se usan exclusivamente para canales de Control. Subsecuentemente, la estructura de Multitrama, sirve a su vez para producir una Super-Trama con una duración de 6.12 ms. Una Super-Trama puede consistir de 51 Multi-tramas de 26 tramas ó con 26 Multi-tramas de 51 tramas. En ambos casos, el número total de tramas es de 1326 tramas. (La organización y asignación de canales de Control en una radio Celda son considerados después para estudiar la Organización Lógica de Canales).

Figura 2.56 Súper-Tramas e Híper-Trama.


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El más grande nivel de estructura de tramas es la Híper-trama, la cual consiste de 2,048 Súper-Tramas La duración de la Híper-trama es de 3 hrs 28 minutos con 53.76 segundos. Se usan para dar soporte a las características de Encriptación y Seguridad de Datos. La Híper-trama contiene (2048x51x26) 2,715,648 tramas. Estas son unívocamente identificadas por su Número de tramas (FN) y contadas desde 0 hasta 2,715,647. Recordando que cada uno de los 8 Time Slots dentro de una Trama TDMA tiene una duración de 0.577 ms y contiene 156.25 bits, esto corresponde a un bit rate de 270,833 Kpbs. Los Datos transportados en un time Slot simple se conoce como "Burst". Se han definido 5 Clases de Burst: - Normal Burst - Syncronization burst - Frecuency Correction Burst - Access Burst - Dummy Burst

El Normal Burst se usa para transportar la información sobre canales de tráfico y Control, con la excepción del canal Random Access CHannel (RACH), Syncronization CHannel (SCH), y Frecuency Correction Control CHannel (FCCH). El Burst contiene 156.2 bits, de los cuales 8.25 bits se usan para periodo de Guarda. Los periodos de Guarda previenen un traslape entre Time Slots adyacentes. Los bits de Datos corresponden a 2 grupos de 57 bits encriptados, más un bit de "Stealing Flag" (ó Bandera de robo). La Bandera de Stealing indica que un Burst ha sido o no ha sido "robado" por un canal de Señalización Fast Associated CHannel (FACCH).La secuencia de Training es un patrón de 26 bits que es usado por el Ecualizador para superar efectos la Propagación Multi-path. Los bits en la cola están agrupados en grupos de 3 y se usan para proveer patrones de bits "arranque - parada".

Figura 2.58 Burst en GSM.

El Burst de Sincronización se usa para Sincronizar en tiempo al MS. Este Burst contiene el mismo periodo de Guarda y bits de Cola tal y como el Normal.


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El Burst contiene una gran cadena de Sincronización de 64 bits y 2 grupos de bits Encriptados que transportan información concerniente al número de trama TDMA (FN) y al Código de Identificación de Radio Base (BSIC= Base Station Identification Code). El número de Trama (FN) se usa como parte del proceso de Encriptación para proteger la información de usuario contra la piratería. El BSIC se usa en el MS para verificar la Identidad de la BTS durante las Mediciones de Intensidad de Señal. El Burst de Corrección de Frecuencia se usa para la Sincronización del MS. Este Burst tiene el mismo periodo de Guarda y bits de Cola que un Burst Normal. Sin embargo, en lugar una secuencia de datos encriptados y de una secuencia de training, los bits remanentes forman una serie fija de ceros. Esta gran secuencia de ceros fijos causa al modulador, sacar un componente portadora que el MS puede asegurar dentro de una referencia de frecuencia. El Burst de Acceso Aleatorio se usa en el MS para acceder la red de móviles. Esta caracterizada por un gran periodo de Guarda de 68.25 bits (ó 0.252 ms).Esta es usada para proteger el Burst transmitido por el MS, como en el Timing Advance en el primer acceso es desconocido por la red. El periodo de Guarda es de 0.252 ms permite una distancia de 35 Km entre el MS y la BTS. El Burst contiene una secuencia de Sincronización de 41 bits. Esto es usado por el canal de Ecualización y un block de 36 bits encriptados de datos que contienen información de acceso desde el MS. El Burst Dummy se transmite como un filtro por la BTS en Time Slot des-usados. Este tiene el mismo formato que el Burst Normal, pero no transporta ninguna información. Dos bloques encriptados de 57 bits más un bit de Stealing son reemplazados por bloques de 58 bits conteniendo una secuencia de patrones de bits predeterminados. 2.7 Tipos de Canales Lógicos.

Tanto la información de Datos de usuario como la de Señalización, son transmitidas en la interface de aire entre el MS y la BTS. Esta información es transferida sobre canales Lógicos, los cuales a su vez son mapeados sobre canales Físicos. En GSM se han definido un buen número de canales Lógicos a fin de realizar ciertas funciones de red.

Figura 2.59 Radio Channels y Canales Lógicos.

Se puede pensar en Canales Lógicos como canales virtuales dedicados a transportar un "tipo particular" de información. Los Canales Lógicos se mapean en Canales Físicos. En GSM, ningún Canal o time Slot tiene una asignación exclusiva. Por tanto, en cada momento cualquier Time Slot podría ser usado para diferentes tareas.


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En GSM, hay 2 tipos básicos de Canal Lógico: - Traffic CHannels (TCH) - Control CHannels (CCH)

Figura 2.60. Tipos de Canales Lógicos.

Los TCHs son usados para transportar Voz codificada o Datos de usuario, en ambos casos Uplink y downlink. Los CCHs no transportan ningún Dato de usuario. Estos son usados para transportar información de Control y Sincronización entre la BTS y el MS. Los TCHs son bidireccionales. Al menos 2 tipos de TCHs son soportados dentro de GSM Standard ( también ya se usan otros tales como Enhanced Full Rate, etc): - Full Rate traffic Channel (TCH/F), los cuales tienen una tasa global de 22.8 Kbps, transportando Voz de usuario a 13 Kbps y Datos a 9.6 Kbps (TCH/F9.6), 4.8Kbps (TCH/F4.8) y 2.4 Kbps (TCH/F2.4).


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Figura 2.70. Traffic Channels

- Half rate traffic Channels (TCH/H), los cuales tiene una tasa de hasta 11.4 Kbps, entendido de que para Half Rate de Voz a 6.5 Kbps y datos a 4.8 Kbps (TCH/H4.8) y 2.4 Kbps (TCH/H). Los Canales de Control (CCHs) se usan para transportar Señalización y datos de Sincronización. Hay 3 tipos: - Boadcast CHannels (BCH), se usan para difundir en celdas específicas, información hacia los MSs. Por ejemplo, información de identificación de Celdas. - Common Control Channels (CCCH), usados para transportar la información necesaria para el establecimiento de una conexión entre la BTS y un MS. - Dedicated Control CHannels (DCCH), usado para Señalización y Control una vez ya la conexión está establecida.

Figura 2.71 Control Channels.


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Los Broadcast CHannels (BCHs) son usados para conexiones Punto a Multi-Punto Unidireccional, en la difusión de información de Sincronización de red hacia los MSs. Hay 3 tipos de BCHs: - Frecuency Correction CHannels (FCCH), los cuales proveen al MS con un Sistema de Referencia de Frecuencia .Estos canales están mapeados sobre la frecuencia Burst. - Syncronization CHannels (SCH), usados para Sincronización de Trama del MS y la Identificación de la BTS. Este canal está mapeado sobre el Burst de Sincronización. - Broadcast Control CHannels (BCCH), los cuales proveen al MS con información específica de celda, Necesaria para la Registración sobre la red.los BCCH siempre son transmitidos usando el Time Slot # 0. Los Common Control CHannels (CCCHs) son un grupo de canales de Uplink y Downlink los cuales soportan el establecimiento de un link comunicación dedicada entre un MS y una BTS. Hay 3 tipos de CCCH: - Paging CHannel (PCH), es un Downlink channel usado para informar al MS de una llamada entrante. - Random Access CHannel (RACH), es un Uplink channel usado por el MS para solicicitar un canal Dedicado desde la red. - Access Grant CHannel (AGCH), es un DownLink channel usado para transportar la respuesta de la Red a una petición de un RACH solicitado por un MS. Los Dedicated Control CHannels (DCCHs) se usan para la transferencia de mensajes entre la red y el MS. DCCHs consisten de un canal Standalone Dedicated Control CHannel (SDCCH) y de un canal Associated Control CHannel (ACCH). SDCCH es usado para intercambiar información de Señalización en las direcciones Uplink y Downlink antes de que un TCH sea asignado. (Por ejemplo, MS Registration, Authentication, y LU).Hay 2 Associated Control CHannels (ACCHs): - Slow Associated Control CHannel (SACCH), siempre son usados asociados con un TCH o SDCCH, para mantenimiento y Canales de Control ( por ejemplo, enviando señal de medición de Intensidad y Potencia). - Fast Associated Control Channel (FACCH) reemplaza total o parcialmente un TCH (conocido como Stealing) cuando información de Señalización urge que sea transmitida. (Por ejemplo, durante el Handover). Los FACCH transportan la misma información que un SACCH channel.

Figura 2.72 Dedicated Control Channel


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INTERFACE DE AIRE, GSM

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