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Arquitectura de la Red GSM
La
infraestructura básica de un sistema GSM no difiere en mucho
de la estructura de cualquier red celular. La mayoría de los
elementos implicados son compartidos con otros servicios, por
lo que en el presente estudio, nos centraremos principalmente
en aquellos específicos para el servicio de datos.
El
sistema consiste en una red de radio-células contiguas para
cubrir una determinada área de servicio. Cada célula tiene una
BTS (Base Transceiver Station) que opera con un conjunto de
canales diferente de los utilizados por las células
adyacentes.
Un
determinado conjunto de BTSs es controlado por una BSC (Base
Station Controller). Un grupo de BSCs es a su vez controlado
por una MSC (Mobile Switching Centre) que enruta llamadas
hacia y desde redes externas (R.T.B., R.D.S.I., etc.) públicas
o privadas (figura 2).
Figura 2. Red
GSM
 Base Transceiver Station.
La
función principal de una BTS es proporcionar un número de
canales radio a la zona a la que da servicio. La antena puede
ser omnidireccional o sectorial (se divide la célula en tres
sectores, con diferentes juegos de frecuencias). Una BTS con
un transceptor y con codificación "full rate" proporciona 8
canales en el enlace radio, uno de los cuales se utiliza para
señalización. Con una codificación "half rate" el número de
canales disponibles se duplica (16=15+1).
Base Station Controller.
La
función primaria de una BSC es el mantenimiento de la llamada,
así como la adaptación de la velocidad del enlace radio al
estándar de 64 Kbit/s. utilizado por la red. Desde el momento
en que el usuario es móvil, éste puede estar cambiando con más
o menos frecuencia de celda; el procedimiento por el que la
llamada se mantiene en estas condiciones sin que se produzcan
interrupciones importantes se conoce con el nombre de
"handover". GSM proporciona unos tiempos de conmutación mucho
más bajos que otros sistemas celulares.
En
GSM, durante una llamada, la estación móvil está continuamente
"escuchando" a una serie de estaciones base así como
informando a la BSC de la calidad de la señal con que está
trabajando. Esto permite a la BSC tomar la decisión de cuando
iniciar un handover y a qué célula. La BSC controla a su vez
la potencia de trabajo de la estación móvil para minimizar la
interferencia producida a otros usuarios y aumentar la
duración de la batería.
Mobile Switching Centre.
La
MSC es el corazón del sistema GSM. Es el centro de control de
llamadas, responsable del establecimiento, enrutamiento y
terminación de cualquier llamada, control de los servicios
suplementarios y del handover entre MSCs, así como la recogida
de información necesaria para tarificación. También actúa de
interfaz entre la red GSM y cualquier otra red pública o
privada de telefonía o datos. Para soportar los servicios
telemáticos, la MSC incorpora un elemento conocido como GIWU
que será objeto de un tratamiento específico en el presente
estudio.
Home Location Register.
El
HLR contiene información de estado (nivel de subscripción,
servicios suplementarios, etc.) de cada usuario asignado al
mismo, así como información sobre la posible área visitada, a
efectos de enrutar llamadas destinadas al mismo (terminadas en
el móvil). En un esquema de numeración múltiple
(Multinumbering) pueden existir números adicionales (AMSISDN)
dependientes de un principal (MSISDN) asociados a diferentes
servicios de datos y fax, caracterizados por una serie de
atributos que también quedan recogidos en esta base de datos.
Visitor Location Register.
El VLR
contiene información de estado de todos los usuarios que en un
momento dado están registrados dentro de su zona de
influencia; información que ha sido requerida y obtenida a
partir de los datos contenidos en el HLR del que depende el
usuario. Contiene información sobre si el usuario está o no
activo, a efectos de evitar retardos y consumo de recursos
innecesarios cuando la estación móvil esta apagada.
Principios Operativos
GSM trabaja en la banda de 900 MHz con una
combinación de FDMA (Frequency División Multiple Access) y
TDMA (Time Division Multiple Access) para conseguir los
requeridos 124 pares de portadoras radio de 200 KHz, cada una
de los cuales puede manejar 8 canales por medio de TDMA con 8
"time slots" (0,557 ms.). Es decir, aunque una portadora da
servicio a 8 canales, en un instante dado sólo uno de esos
canales está utilizando el ancho de banda disponible. Cada uno
de esos canales podría subdividirse a su vez en dos canales
(codificación half-rate).
La
banda de frecuencia utilizada es 890-915 MHz para el enlace
ascendente (Móvil-BTS) y 935-960 MHz para el descendente
(BTS-Móvil). Para prevenir interferencias, las BTSs adyacentes
usan diferentes frecuencias.
La
modulación utilizada es GMSK (Gaussian Minimum Shift Key) a
una velocidad de 270 Kbit/s. El codificador de canal tiene dos
modos de operación dependiendo de que la información a
transmitir sea telefonía (voz) o datos.
La
voz es muestreada, cuantificada y codificada a una velocidad
básica de 13 Kbit/s. que pasa a 22.8 Kbit/s., cuando se añade
la corrección de errores hacia delante (FEC). La información
adicional de sincronización y los periodos de guarda entre
time-slots aumenta la velocidad de bit a 33.9 Kbit/s.
Para poder soportar la transmisión de datos en
una red GSM, es necesario implementar una serie de
funcionalidades:
Funciones de adaptación de velocidad.
Funciones de corrección de errores RLP (Radio Link
Protocol).
Funciones de conversión de protocolo L2R (Layer 2
relay).
La
adaptación de velocidad se realiza a dos niveles; en un primer
nivel se adapta la velocidad de usuario a la velocidad del
canal radio, y una segunda adaptación sobre 64Kbit/s. Las
funciones de adaptación de velocidad se basan en las
recomendaciones V.110 y X.30 del CCITT.
La
función RLP introduce control de flujo y corrección de errores
en las comunicaciones no transparentes, para conseguir una
alta calidad de servicio.
La
función L2R establece una conversión entre la estructura de
datos de usuario y una estructura adaptada al protocolo RLP.
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