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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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