Sistemul Global pentru comunicatii Mobile (GSM)

1.1. ISTORICUL SISTEMULUI GSM

Primul sistem radio si de telefonie disponibil comercializat este cunoscut sub numele de serviciul de telefonie mobila imbuntatit (IMTS) si a fost pus in functiune in 1946. Sistemul era destul de nesofisticat, dar nu exista nici aparatura electronica solida. Cu IMTS, un turn inalt de transmisie era inaltat aproape de centrul orasului si se transmiteau si receptau mai multe canale alocate, de la antena din varful turnului. Orice instalatie cu o raza de actiune putea incerca sa prinda unul dintre aceste canale si o transmisie completa. Din nefericire numarul canalelor disponile nu au putut satisface nevoile utilizatorilor. Solutia acestei probleme a reprezentat-o celularul. Zonele urbane au fost impartite in celule de cativa kilometri diametru, fiecare celula operand intr-un set de frecvente (transmisie si receptie) diferite fata de frecventa celulelor adiacente. Deoarece puterea transmitatorului intr-o anumita celula a fost mentinuta la un nivel suficient pentru a deservi acea celula, acelasi set de frecvente putea fi folosit in mai multe locuri din oras. Incepand cu anul 1983, doua companii, o companie de cablu si alta denumita Tranportor Aerian, au primit licenta de a opera in fiecare teritoriu important. Doua caracteristici ale sistemelor celulare sunt importante prin utilitatea lor. Prima - sistemul controla hand-off, atunci cand abonatii treceau dintr-o celula intr-alta, telefoanele lor de masina, in conjunctie cu echipamentul electronic sofisticat de pe site-ul celulei (cunoscut si ca statie de baza) si switching offices (cunoscute si ca MTSO) faceau transferul de la o frecventa la alta fara nici o pauza sesizabila. A doua - sistemul era de asemenea proiectat sa localizeze abonatii, chemandu-i in fiecare celula. Atunci cand era localizat vehiculul in care se afla abonatul chemat, echipamentul ii repartiza un set de frecvente si conversatia putea incepe.

Tehnologia de transmisie initiala folosita intre vehicule si amplasamentul celulei (site) era de natura analogica. Este cunoscut ca Serviciul Avansat de Telefonie Mobila (AMPS). Schema analoaga folosita s-a numit FDMA (Frequency Division Multiple Access). Dar era transmisiilor digitale incepea si multe companii care operau in acest domeniu au decis ca schema de transmisie digitala era de preferat. Rezultatul a fost TDMA (Time Division Multiple Access). In Europa, schema aleasa a fost adaptarea TDMA folosita in Statele Unite si a fost denumita Groupe Special Mobile. De atunci, numele a fost shimbat in GSM (Sistemul Global de Comunicatii Mobile).

Dezvoltarea GSM-ului a inceput devreme in anii 80. A fost vazuta apoi ca principalul reazem pentru planurile infrastructurii de comunicatie mobila din Europa pentru anii 90. Azi, GSM -ul si versiunile sale DCS 1800 si PCS 1900 s-au raspandit mult dincolo de Europa de Vest cu retele instalate in toate tarile.

Tabelul 1 Istoricul aparitiei sistemului GSM

Povestea incepe 1982 cand Conferinta Europeana a Postei si a Administratiilor Telecomunicatiilor (CEPT), fiind alcatuita apoi din administratiile telecomunicatiei a douazeci si sase de natiuni a luat doua decizii foarte importante. Prima a fost sa stabileasca o echipa cu numele 'Grup Special Mobil' (de aici termenul 'GSM', care exista azi pentru Sistem Global pentru Comunicatiile Mobile) pentru a dezvolta un set de standarde comune pentru o viitoare retea celulara pan-Europeana. A doua a fost pentru a recomanda ca doua benzi de frecvente de 900 MHz sa fie puse deoparte pentru sis tem. CEPT a luat aceste decizii intr-o incercare de a rezolva problemele create de dezvoltarea necoordonata a sistemelor de comunicatie mobila nationala individuala folosind standarde incompatibile. Imposibilitatea de a folosi acelasi terminal in diferite tari in timp ce o calatorie in Europa a fost una din aceste probleme; alta a fost dificultatea de a stabili o industrie de comunicatii mobile in toata Europa care ar putea fi competitiva pe pietele lumii, datorata lipsei unei piete mai mari cu standarde comune. Din 1986 a fost sigur faptul ca unele din aceste retele celulare analoge ar ramane fara calitate pana la inceputul anilor 90. Ca rezultat, o directiva a fost data pentru doua benzi de frecvente de 900 MHz, cu toate ca intr-o oarecare masura mai mici decat cele recomandate de CEPT, pentru a fi pastrate in mod exclusiv pentru un serviciu pan-european pentru a fi deschis in 1991. In acelasi timp membrii GSM faceau progrese execelente cu producerea standardelor corespunzatoare. O decizie majora a fost de a adopta un sistem digital in locul unuia analog. Sistemul digital ar oferi un spectru de randament imbunatatit, calitate de transmisie mai buna si servicii noi cu trasaturi sporite incluzand securitate. Ar putea deasemenea utilizarea unei tehnologii la Scara Foarte Larga de Integrare, care ar putea duce la niste mobile mai mici si mai ieftine, incluzand agende electronice. In final, o conceptie digitala ar complementa producerea unei Retele Digitale de Servicii Integrate (ISDN) cu care GSM ar putea sa se conecteze. Initial GSM-ul a sustinut Grupul Special Mobil, CEPT-ul a format grupul pentru a produce un sistem celular Pan-European pentru a inlocui multe sisteme deja integrate in Europa care au fost toate incompatibile. Principalele caracteristici ale GSM-ului urmau sa fie capacitatea unui roaming international, receptoare mici ieftine si capacitatea de a administra volumele mari de utilizatori. GSM a fost preluat in 1989 de ETSI (Institutul European de Telecomunicatii si Standarde) si ei au definitivat standardul GSM in 1990. Serviciul GSM a inceput in 1991. De asemenea acest an a fost redenumit in Sistem Global de Comunicatii Mobile (GSM).

SERVICIILE ASIGURATE DE SISTEMUL GSM

transmisii de voce, date si fax integrate intr-un singur sistem;

transferul apelului catre un alt numar sau spre operatoare / serviciul automat de mesaje (sistem voice-mail);

folosirea serviciului GSM atunci cand utilizatorul calatoreste in strainatate (roaming);

plasarea unor apeluri in asteptare, atunci cand utilizatorul telefonului mobil este ocupat sau nu doreste sa raspunda;

indicatii detaliate privind apelurile (nume, numar apeland, durata, costul convorbirii);

realizarea de apeluri tip conferinta intre trei utilizatori;

asigurarea unor servicii pentru un grup inchis de utilizatori (CUG) si impartirea utilizatorilor pe clase de abonati cu prioritati ierarhizate;

serviciul de transmitere de mesaje scurte, MMS si apeluri de urgenta netaxabile;

utilizarea unor 'cartele inteligente' (SIM card) in care se afla stocate numarul (codul) echipamentului si numarul abonatului.

1.3. AVANTAJELE SISTEMULUI GSM

Eficienta marita a spectrului radio permite o capacitate crescuta a retelei. (Poate suporta un numar mult mai mare de utilizatori).

Permite o sofisticata autentificare a utilizatorului, reducand posibilitatea fraudelor.

Previne interceptarea conversatiilor prin tehnici sofisticate de incriptare care sunt aproape in totalitate sigure.

Permite o mai buna claritate si consistenta a conversatiei prin eliminarea interferentei in timpul transmisiei digitale.

Simplifica transmisia de date, permitand conectarea calculatoarelor portabile la telefoanele celulare GSM.

Un singur standard ce permite deplasari internationale intre retelele GSM din lume.

largimea de banda mai ingusta necesara pentru un canal, datorita utilizarii altgoritmilor de compresie a vocii;

imbunatatirea calitatii transmisiei prin folosirea codurilor detectoare si corectoare de erori;

criptarea semnalelor digitale pentru asigurarea securitatii si protectiei impotriva interceptarii nedorite.

1.4. INFORMATII GENERALE

Retelele GSM opereaza in benzile de frecventa 890-915/935-960 MHz prin intermediul a 124 canale radio duplex, fiecare cu o largime de banda de 200 KHz. Intervalul de frecventa dintre aceste doua benzi este de 45 MHz, care este si largimea de banda dintre frecventa de transmisie si cea de receptie a unui terminal GSM.

Se foloseste o tehnica numita Time Division Multiple Access (TDMA) pentru a imparti un canal radio de 200 KHz in 8 sloturi de timp, fiecare dintre acestea constituind un canal de semnal vocal separat. Spre deosebire de semnalele analogice obisnuite, transmisia unui canal de semnal vocal nu este continua. Prin utilizarea celor 8 sloturi de timp, fiecare canal transmite semnalul vocal digitizat intr-o serie de impulsuri scurte, totalizand o durata de 1/8 dintr-o secunda. Astfel un terminal GSM transmite o optime din timp. Avantajul tehnicii TDMA rezida in reutilizarea frecventelor intr-o vecinatate apropiata cu o probabilitate mai mica de interferenta. Aceasta asigura o eficienta mult mai mare si permite deservirea mai multor utilizatori.

1.5. TOPOLOGIA RETELEI CELULARE

In standardul GSM, raza celulei poate lua valori in domeniul 2-35 Km, daca se foloseste un singur canal temporal (TS) pentru un utilizator. Raza maxima este dictata de intervalul de garda de la sfarsitul fiecarui impuls de acces. Ea se poata dubla km) daca se utilizeaza canale temporale pentru un utilizator. Microcelulele sunt celulele cu raza mai mica de km.

Reteaua generatoare poate avea dimensiunea minima N=3 conjugata cu antene sectorizate dupa 3 directii asa cum se observa in figura 1 mai jos Este cunoscuta si o solutie cu un factor de reutilizare N=2. In acest caz, unei structuri celulare cu N=4 ii sunt atribuite frecventele in felul urmator: fiecare celula este impartita in sectoare si fiecarui sector ii este alocat un set de frecvente din seturi distincte notate de la la (figura Pentru fiecare retea generatoare de celule apar doua sectoare de acelasi tip. Prin urmare, factorul de reutilizare al frecventei este 4:2=2. Examinand cu atentie structura celulara se constata ca cele patru celule din reteaua generatoare nu folosesc seturi de frecvente disjuncte.

Fig. Retea celulara avand N=3.        Fig. Retea celulara avand N=2.

ARHITECTURA RETELEI:

Reteaua GSM este formata din mai multe sute de amplasamente de celule, dispuse suprapus una peste cealalta, in asa fel incat sa rezulte o acoperire cu radio-emisie continua, neintrerupta. Pe parcursul convorbirii, terminalul GSM se conecteaza prin unde radio la statia radio plasata in zona in care se gaseste abonatul. La trecerea dintr-o celula intr-alta, apelul este trimis fara ca utilizatorul sa realizeze procesul de trecere de pe un canal intr-altul. Statia radio are o raza de acoperire ce poate varia de la cel putin 1 km, daca este vorba de o zona urbana, pana la cel mult 30 de km in altfel de zone. Reteaua GSM este compusa din trei parti principale, statia mobila (MS), statia baza de emisie - receptie (BTS) care controleaza conectarea cu statia mobila, statia baza de control (BSC) care controleaza statia baza de emisie - receptie si oficiul central de schimbare (MSC).

Structura unei retele GSM este destul de complicata. In principiu, exista trei elemente principale: Base Station Subsystem (BSS), Network an Switching Subsystem (NSS) si GPRS Core Network. Base Station Subsystem este acea componenta care permite conectarea telefoanelor mobile la centrala de telefonie mobila. Ea este formata din statiile GSM pe care le vedem la tot pasul in zilele noastre si care sunt numite Base Transceiver Station (BTS), precum si din unitatile de control pentru statii (BSC). Statiile GSM sunt de obicei dotate cu antene unidirectionale. Zona de acoperire din jurul unei statii/celule GSM este impartita radial in sectoare, pentru fiecare din ele fiind repartizata una sau doua antene. Un tip comun de sectorizare este cea de tip trifoi, cu trei sectoare de 120 grade fiecare. O unitate de control pentru statii (BSC) controleaza de obicei zeci sau sute de antene, directionand traficul catre NSS. Intr-o retea GSM exista mai multe BSC-uri regionale care concentreaza conexiunile dintr-o anumita zona si le transmite catre MSC, o componenta a NSS. BSC este considerata cea mai robusta componenta a uneiretele GSM, fiind dotata cu sisteme redundante pentru a asigura functionarea continua a retelei. Network Switching Subsystem (NSS) este acea componenta a unei retele GSM similara cu centrala telefonica a unei retele de telefonie fixa.Ea realizeaza managementul convorbirilor din retea si asigura interconectivitatea cu alte retele e telefonie mobila sau fixa. Cea mai importanta componenta a NSS este Mobile Switching Center(MSC). Aceasta este responsabila in principal cu directionarea apelurilor si a SMS-urilor. Deasemenea, prin intermediul MSC-ului, un utilizator din reteau GSM poate contacta un utilizator de telefonie fixa. GPRS sau General Packet Radio Service este un serviciu de telefonie mobila pentru transmisia de date, bazat pe trunchierea fluxului de date in pachete. GPRS Core Network, cea de-a treia componenta a unei retele GSM, este responsabila cu managementul acestui serviciu de date.

Structura unei retelei GSM -versiune simplificata

Structura unei retelei GSM

Schema retelei GSM

Statia Mobila (MS):

Statia Mobila (MS)

Un telefon mobil digital si un card SIM formeaza Statia Mobila. SIM-ul (Modul de Identitate a Abonatului) este un card care se potriveste in receptorul tau si este de doua marimi - ori marime mare (aceiasi marime ca o carte de credit) sau versiunea unei bucati mici. Micro procesorul SIM-ului este bazat pe un chip de silicon care este conceput sa tolereze temperaturile intre -25 grade celsius si +70 grade celsius, si va rezista de asemenea la o umiditate mai mare de 85%. In orice caz siliconul este fragil si, de aceea daca cardul este falsificat, fizic si electronic, cardul va deveni nefolositor. SIM-ul contine toate detaliile tale de identificare, la fel ca si IMSI (Identitatea Internationala a Abonatului Mobil. Acesta este un sir numeric, unde primele 3 cifre reprezinta tara de unde este SIM-ul, urmatorul reprezinta operatorul din acea tara. Celelalte cifre reprezinta identitatea abonatului), memoriile telefonului, informatie despre plata, SMS-uri, numere pin si informatii internationale despre roaming. Un card IMEI (Echipament Mobil International de Identitate) este numarul de serie a telefonului GSM care este echivalent cu numarul ESN intr-un telefon analog, acesta este fixat in telefon si nu poate fi schimbat. Cardul SIM contine un numar IMSI care identifica utilizatorul la retea inainte cu un alt utilizator si informatie de securitate. Prin intermediul telefonului mobil (statia mobila), utilizatorul initiaza o convorbire, care ia calea undelor radio, acestea transmitand apelul catre BTS

Statia Baza de Emisie - Receptie (BTS):

Statie BTS

Statia Baza de Emisie - Receptie consta intr-un radio de emisie - receptie cu antena care acopera o singura celula. BTS administreaza comunicatiile cu statia mobila (MS) prin interfata radio. BTS -urile sunt toate conectate impreuna ca sa-ti permita sa te muti de la o celula la alta. Antena poate lua forme diferite, in Marea Britanie au inceput sa fie folosire cele in forma de stalp, dar normal are trei celule directionale.

Statie Baza de Control (BSC):

Statia Baza de Control administreza mai multe BTS-uri. Controleaza alocarea, elibereaza canalele radio, face conectare rapida intre celule. O serie de BTS -uri sunt conectate la fiecare statie baza de control. BSC supravegheaza fiecare apel si decide cand si la care BTS sa expedieze un apel.

Statie Baza de Control (BSC)

Restul retelei:

Cateva BSC-uri sunt controlate de MSC, MSC-ul lucreaza cu 4 date de baza (HLR, VLR, EIR si AuC) si impreuna administreaza comunicatiile intre Statia Mobila a utilizatorului si alte tipuri de retea. Fiecare dintre baza de date are treaba ei, astea sunt dupa cum urmeaza:

Mobile Switching Center (MSC)

Oficiul central de schimbare este interfata dintre sistemul statie baza si sistemul de schimbare a retelei telefonului mobil. Mai mult, MSC este de asemenea interfata intre reteaua celulara si PSTN. MSC genereaza toate inregistrarile de plata si asigura ca utilizarea totala sa fie directionata la contul care trebuie. MSC trebuie sa asigure ca toate apelurile sunt trimise spre abonati, oriunde s-ar afla ei. Aceasta situatie devine mult mai complexa cand doi abonati mobili doresc sa contacteze un altul din doua locatii distincte. Ca sa se simplifice functia de administrare a abonatului, o zona de serviciu specifica este alocata fiecarui MSC. MSC trebuie sa controleze schimbarea tarifului la si pentru abonati, in interiorul zonei de serviciu care implica coordinarea tuturor resurselor radio si activitatilor de parasire inter-celulare.

Registru de Locatie a Operatorului (HLR)

Este baza de date principala pentru toti abonatii. Contine detalii despre identificarea fiecarui abonat, servicii la care are acces si locatiile in care abonatul a fost ultima data inregistrat. Toate procedurile de administrare ale abonatului sunt comunicate HLR -ului unde datele sunt inregistrate pana cand sunt cerute de alta parte a retelei mobile sau fixe publice (PLMN). Cele doua referinte principale care sunt folosite pentru a directiona apelul spre fiecare abonat sunt: Identitatea Internationala a Abonatului Mobil (IMSI) si Numarul Retelei Digitale de Servicii Integrate a Abonatului Mobil (MSISDN).

IMSI

Este singurul numar alocat abonatului care este memorat pe cartela SIM si este folosit de retea pentru comunicatii interne. Cand cartela SIM este introdusa intr-un echipament mobil devine statie mobila.

MSISDN

Este numarul de mobil al abonatului, care este legat de IMSI in HLR. Apelurile sosite la abonat sunt mutate inapoi de la IMSI la HLR asta permitandu-le sa fie expediate catre Statia Mobila. O data ce statia mobila MSISDN a fost folosita ca sa identifice IMSI, HLR verifica inregistrarile abonamentelor pentru a asigura ca un apel poate fi expediat la ultima locatie cunoscuta a Statiei Mobile.

Registru de locatie a clientului (VLR)

Este o baza de date care este legata la MSC si temporal inmagazineaza informatii despre fiecare statie mobila in interiorul unei zone aprovizionate de MSC. Informatia care este temporar memorata in VLR este suficienta ca sa permita statiei mobile in interiorul acelei zone MSC sa dea sau sa primeasca apeluri. Aceasta include identitatea statiei mobile, zona in care a fost ultima data inregistrat si date apartinand abonatului si orice servicii suplimentare care au fost alese de abonat. MSC se refera la VLR de fiecare data cand Statia Mobila incearca sa dea un apel ca sa verifice daca cererea poate fi indeplinita. Acest proces este ca sa stabileasca daca au loc restrictii de apel sau instructii de blocari de apel.

Arhitectura generala a retelei GSM.

Functionalitatea retelei GSM

Registru de identitate cu echipament (EIR), asigura ca toate Echipamentele Mobile sa fie valabile si autorizate sa functioneze pe PLMN. Exista trei categorii in EIR, o lista alba, o lista gri si o lista neagra. Lista alba cuprinde domeniile IMEI a tuturor Echipamentelor Mobile care au fost aprobate de oricare dintre cele trei centre de aprobare GSM. Orice Echipament Mobil ce apare pe lista gri ii va fi permis sa functioneze dar va trage alarma la operatorul retelei. Aceasta facilitate permite operatorului retelei sa identifice orice abonat care foloseste un echipament mobil furat sau pierdut. Mobilele care sunt furate sau pierdute pot fi puse pe lista neagra care ii va preveni asupra functionarii a PLMN-ului de acasa sau PLMN -ului din toata lumea.

Centru de autentificare (AUC)

Centru de autentificare este folosit ca sa valideze cartela SIM ca fiind folosita de Statia Mobila. Informatia secreta care este pastrata in AUC si care este inregistrata si in cartela SIM este folosita pentru a indeplini un calcul matematic complex. Autentificarea are loc daca rezultatele acestor doua calcule se potrivesc. SMSC (Centru SMS sau Centru de Serviciu), SMSC-ul administra toate SMS-urile care sunt trimise. Mesajele sunt expediate pe un canal de date deci poti sa le primesti in timpul unui apel. GMSC (Intrare MSC), este o intrare de schimbare unde apelul este directionat in timpul unei setari a utilizatorului GSM. GMSC il cauta pe abonat intreband HLR -ul care apoi intreaba VLR -ul si indreapta apelul primit catre MSC unde abonatul poate fi gasit.

1.7. LEGATURA RADIO

Uniunea Internationala de Telecomunicatii (ITU), care controleaza alocarea internationala a spectrului radio, a alocat benzile 890-915 MHz pentru transmisie (mobil -> baza) si 935-960 MHz pentru receptie (baza mobil), pentru retelele mobile din Europa. Deoarece acest interval a fost utilizat in anii 1980 de catre sistemele analogice, CEPT a prevazut sa rezerve subbanda inalta de 10 MHz a fiecarei benzi pentru reteaua GSM ce era inca in studiu. Eventual, se va aloca intreaga largime de banda 2x25 MHz pentru GSM.

1.7.1. Accesul Multiplu si Structura Canalelor

Deoarece spectrul radio este o resursa limitata folosita de toti utilizatorii, a fost necesara elaborarea unei metode de a diviza banda de frecventa pentru a deservi cat mai multi utilizatori posibili. Metoda aleasa de GSM este o combinatie de acces multiplu cu divizare in timp si frecventa 'Time-Division Multiple Access' si 'Frequency-Division Multiple Access' (TDMA/FDMA). Metoda FDMA implica divizarea in frecventa a unei benzi de maxim 25 MHz in 124 frecvente purtatoare, decalate cu 200 kHz. Una sau mai multe frecvente purtatoare sunt atribuite fiecarei statii de baza. Fiecare din aceste frecvente purtatoare este apoi divizata in timp, utilizand metoda TDMA. Unitatea fundamentala de timp in metoda TDMA este perioada impulsului si dureaza 15/26 ms (aprox. 0,577 ms). Opt perioade de impuls sunt grupate intr-un cadru TDMA (120/26 ms, sau aprox. 4,615 ms), care formeaza unitatea de baza pentru definirea canalului logic. O perioada de impuls pe cadru TDMA reprezinta un canal fizic.

Canalele sunt definite prin numarul si pozitia perioadei de impuls corespunzatoare. Toate aceste definitii sunt ciclice si intregul model se repeta aproximativ la fiecare 3 ore. Canalele pot fi impartite in canale dedicate, care sunt alocate unei statii mobile dedicate si canale comune, care sunt utilizate de statiile mobile nededicate. O statie mobila este numita dedicata daca in momentul respectiv este in uz, si nededicata daca este in modul asteptare.

1.7.1.1. Canalele de Trafic

Un canal de trafic (TCH) este utilizat pentru transportul semnalului vocal si a datelor. Canalele de trafic sunt definite printr-un multicadru sau un grup de 26 de cadre TDMA. Lungimea unui multicadru este de 120 ms, de unde rezulta definirea unei perioade de impuls (120 ms / 26 cadre / 8 perioade de impuls pe cadru). Din 26 de cadre, 24 sunt utilizate pentru trafic, 1 este utilizat pentru 'Slow Associated Control Channel' (SACCH) si 1 nu este utilizat (Figura 2).

Figura 2. Structura impulsurilor, a cadrelor TDMA si a multicadrelor.

TCH-urile pentru transmisie si receptie sunt separate de 3 perioade de impuls, astfel incat statia mobila nu trebuie sa transmita si sa receptioneze simultan, simplificand electronica utilizata.

In plus fata de aceste TCH-uri, sunt definite si TCH-uri cu o optime de durata, si sunt folosite pentru semnalizare. In recomandari, sunt numite canale de control dedicate autonome sau 'Stand-alone Dedicated Control Channels' (SDCCH).

1.7.1.2. Canalele de Control

Canalele comune pot fi accesate de statiile mobile atat dedicate cat si nededicate. Canalele comune sunt utilizare de statiile mobile nededicate pentru a schimba informatii necesare pentru intrarea in modul dedicat. Statiile mobile aflate deja in modul dedicat monitorizeaza statia de baza pentru protocol si alte informatii. Canalele comune sunt definite intr-un multicadru de 51 de cadre, astfel incat statiile mobile dedicate utilizand o structura TCH multicadru de 26 de cadre pot in continuare sa monitorizeze canalele de control. Aceste canale de control includ:

Canal de Control 'Broadcast' (BCCH) - Transmit continuu, spre statia mobila, informatii ce includ identitatea statiei de baza, alocarea frecventelor si secventa de comutare a frecventelor.

Canalul de Corectie al Frecventei (FCCH) si Canalul de Sincronizare (SCH) - Canale utilizate la sincronizarea statiei mobile cu structura sloturilor de timp a unei celule prin definirea limitelor perioadelor de impuls si numerotarea sloturilor de timp. Un FCCH si un SCH sunt prin definitie in slotul de timp numarul 0 (intr-un cadru TDMA).

Canal 'Random Access' (RACH) - Canal utilizat de statia mobila pentru a cere acces la retea.

Canal 'Paging' (PCH) - Utilizat pentru a informa statia mobila despre aparitia unui apel.

Canal 'Access Grant' (AGCH) - Utilizat pentru a aloca un SDCCH catre o statie mobila pentru a obtine un canal dedicat, in urma unei cereri RACH.

1.7.1.3. Structura Impulsului

Exista patru tipuri diferite de impuls pentru transmisie in reteaua GSM. Impulsul normal este utilizat pentru transportul datelor si a majoritatii semnalelor. Acesta are o lungime totala de 156,25 biti, formata din doua secvente de 57 biti, o secventa de 26 biti folosita pentru egalizare, 1 bit pentru fiecare bloc de informatie (utilizat pentru FCCH), 3 biti la fiecare capat, si o secventa de protectie de 8,25 biti, ca in Figura 2. Acesti 156,25 biti sunt transmisi in 0,577 ms, rezultand o rata de transfer de 270,833 kbps.

Impulsul de tip F, utilizat in FCCH si impulsul de tip S, utilizat in SCH, au lungimile identice cu impulsul normal, dar o structura interna distincta, care astfel permite sincronizarile. Impulsul de acces este mai scurt decat cel normal si este folosit pentru RACH.

1.7.2. Egalizarea Semnalului

In domeniul de frecvente din jurul valorii de 900 MHz, undele radio se reflecta de orice: cladiri, dealuri, automobile, avioane, etc. Astfel multe din semnalele reflectate, fiecare cu o alta faza, pot ajunge la receptie. Egalizarea este utilizata pentru a extrage semnalul dorit din reflexiile nedorite. Aceasta a fost realizata prin depistarea modului cum un semnal cunoscut transmis este modificat prin reflexie si atenuare, in vederea construirii unui filtru invers pentru a extrage semnalul dorit. Acest semnal cunoscut este o secventa de 26 de biti transmis in centrul fiecarui impuls. Modul de implementare a egalizorului nu este specificat de GSM .

1.7.2.1. STRUCTURA BENZII DE FRECVENTA ALOCATA SERVICIULUI GSM

Spectrul alocat initial este MHz pentru legatura statie mobila à statie de baza (up-link, legatura ascendenta) si 935 - 960 MHz pentru legatura statie de baza à statie mobila (down-link, legatura descendenta). In acest domeniu se gasesc 124 canale canale radio duplex, cu o banda de kHz si o separare duplex de MHz. La ambele capete ale celor doua domenii de frecventa este lasata cate o banda de garda de kHz (figura Astfel, frecventele purtatoarelor pentru canalul radio duplex k (f_ku pentru legatura ascendenta si f_kd pentru sensul invers) sunt date de relatiile:

f_ku (k - MHz

(1)

f_kd = f_ku + 45 MHz

Recomandarile de gabarit pentru spectrul RF in cazul modulatiei GMSK sunt prezentate in Figura La kHz de purtatoare, puterea radiata trebuie sa fie cu dB mai mica decat puterea radiata pe frecventa purtatoare. Nivelul acceptat pentru puterea imprastiata in canalele adiacente, la o distanta mai mare de kHz de purtatoare, depinde de puterea de emisie si de tipul de echipament. In figura prin 'Con' se noteaza puterea la nivelul conectorului antenei, in cazul echipamentelor mobile, iar prin 'INT' puterea la intrarea antenei integrate din echipamentul portabil.

1.7.3. Comutarea Frecventelor

Statia mobila trebuie sa comute, intr-un cadru TDMA intre sloturile de transmisie, receptie si monitorizare, care de obicei sunt pe frecvente diferite. Sistemul GSM utilizeaza acest mod inerent de comutare a frecventelor, deoarece statia mobila si BTS transmit fiecare cadru TDMA pe o frecventa diferita. Algoritmul de comutare al frecventelor este emis pe canalul de control 'Broadcast' BCCH. Deoarece atenuarea semnalului este dependenta de frecventa purtatoare, comutarea frecventelor ajuta la evitarea acestei probleme. In plus este diminuata si interferenta canalelor adiacente.

1.7.4. Transmisia Discontinua

Minimizarea interferentei canalelor adiacente este esentiala in orice sistem celular, deoarece permite oferirea unor servicii mai bune pentru o celula data, sau utilizarea unor celule mai mici, astfel imbunatatind capacitatea totala a sistemului. Transmisia discontinua (DTX) este o metoda care, bazandu-se pe faptul ca o persoana vorbeste mai putin de 40% din timp intr-o conversatie normala, deconecteaza statia mobila in timpul perioadelor de inactivitate. In plus, este conservata si puterea statiei mobile.

Cea mai importanta componenta a sistemului DTX este, desigur, detectarea activitatii vocale. Aceasta trebuie sa deosebeasca vocea de zgomotul de intrare, un lucru mai complicat decat pare, daca se considera zgomotul de fond. Daca un semnal vocal este interpretat ca zgomot, transmisia este intrerupta si un efect iritant nedorit numit 'clipping' apare la receptie. Daca, pe de alta parte, zgomotul este interpretat ca semnal vocal prea des, eficienta sistemului DTX este diminuata dramatic. Alt factor de luat in seama este ca atunci cand transmisia este intrerupta, datorita naturii digitale a sistemului GSM, nu se mai aude nimic la receptie. In acest scop se genereaza la receptie un zgomot confortabil asemanator cu zgomotul de fond de la emisie, pentru a asigura utilizatorul despre pastrarea conexiunii.

1.7.5. Receptia Discontinua

Alta metoda folosita pentru a conserva puterea statiei mobile este receptia discontinua. Canalul 'Paging' (PCH), utilizat de statia de baza pentru a semnala un apel, este structurata in subcanale. Fiecare statie mobila trebuie sa asculte doar pe subcanalul propriu. In timpul dintre subcanalele 'paging' succesive, statia mobila poate intra in modul 'sleep', cu un consum de energie aproape nul.

1.7.6. Controlul Puterii

Exista definite cinci clase de statii mobile relativ la puterea de varf transmisa, si anume 20, 8, 5, 2, si 0.8 W. Pentru a minimiza interferenta canalelor adiacente si a conserva puterea, atat statia mobila cat si statia de baza BTS trebuie sa opereze la cel mai scazut nivel de putere care sa pastreze o calitate acceptabila a semnalului. Nivelele de putere pot fi modificate in trepte de 2 dB de la puterea de varf a clasei respective pana la un minim de 13 dBm (20 mW).

Statia mobila masoara calitatea semnalului, si trimite informatia la BSC, care decide daca si cum nivelul de putere trebuie modificat. Controlul puterii trebuie utilizat cu atentie, deoarece exista posibilitatea instabilitatii. Aceasta instabilitate apare la utilizarea statiilor mobile pe canale adiacente ce isi cresc puterea ca raspuns la cresterea interferentei. Acest lucru este putin probabil sa se produca in practica, dar a facut obiectul unui studiu in anul 1991.

1.8. Undele electromagnetice si reteaua GSM

Pentru a acoperi o anumita zona, statiile de baza ale unei retele GSM emit unde electromagnetice

Undele electromagnetice sunt prezente pretutindeni in mediul inconjurator.

Lumina vizibila si razele infrarosii reprezinta forme diferite de unde electromagnetice, ca si frecventele radio. Acestea din urma sunt folosite de catre emitatoarele radio si de televiziune, de computere si de. retelele de telefonie mobila.

Aceste unde au drept caracteristica comuna faptul ca sunt 'non-ionizante'. Acest lucru le distinge de undele ionizante, precum razele X sau gamma, care pot fi nocive pentru organismele vii.

Undele non-ionizante, in schimb, nu pot fi nocive decat la un nivel inalt de densitate. In cazul unei utilizari normale, intensitatile aplicate sunt mult inferioare nivelelor considerate nocive.

.1 EFECTELE UNDELOR ELECTROMAGNETICE

Efectele termice

Efectele non-termice

- Interferentele

Antenele GSM : Parerile despre efectul antenelor GSM asupra sanatatii sunt impartite. Voi prezenta in continuare mai multe articole pro si contra.

In cadrul dezvoltarii retelelor GSM, acestea respecta intocmai normele de securitate si sanatate publica, adaugandu-le in general marje suplimentare importante. Regulile impuse de OMS sau recomandarile europene propuse de CENELEC (Comitetul European de Normalizare Electrotehnica) si de catre ETSI (Institutul European de Normalizare a Telecomunicatiilor) se bazeaza pe studii stiintifice concrete.

Firmele de telefonie mobila trebuie sa-si conceapa retelele sale astfel incat sa obtina rezultate optime cu un numar minim de antene si folosind tehnologii care reduc intensitatea undelor electromagnetice.

.2 Terminalele mobile si sanatatea

STUK este o autoritate din Finlanda care supravegheaza impactul terminalelor mobile asupra sanatatii facand diferite teste asupra telefoanelor.

Testele masoara rata specifica de absorbtie (SAR) a telefoanelor mobile.

Producatorul telefonului mobil trebuie sa se asigure ca valoarea SAR este sub limita permisa inainte ca modelul respectiv sa ajunga pe piata.

De curand, in cutia telefoanelor mobile a aparut o hartiuta noua in care sunt mentionate cateva informatii privind expunerea la unde radio si rata specifica de absorbtie.

Studiu: antenele GSM sunt un mic Cernobal pentru fiecare locatar

Pentru ca in Romania nu sunt reglementari in privinta amplasamentului antenelor GSM, ca in tarile civilizate (distanta minima de 150 m de scoli, de spitale, si nu se amplaseaza pe blocuri de locuinte, etc) companiile de telefonie mobila de pe piata romaneasca liciteaza cu administratorii de bloc si contra unor chirii grase .

Acoperirea cat mai buna cu semnal in zonele locuite este o problema foarte complicata pentru inginerii care raspund de planificarea retelei operatorilor mobili:

O solutie la problema lor este coborarea antenelor spre nivelurile 9,8,7 ale blocurilor pentru o mai buna "penetrare" a cladirilor din jur.

Aici incep problemele. Lumea din apartamentele care au pe peretii exteriori astfel de "monstri" a inceput sa se planga ca nu mai merg bine televizoarele, radiourile, chiar si telefoanele mobile (zumzaitul acela clasic) si sa acuze si stari de oboseala continua, ametelietc.

Dupa frecventele planificate, un BS poate sa aiba de la un singur transceiver pana la 16 astfel de frecvente. Un tranceiver are ca putere maxima de emisie 40 W pentru retelele de 1800 MHz si circa 36 W pentru 900 MHz

Daca inmultim 16 cu 40 avem o putere de emisie ametitoare de 640 W, pentru un singur BS

Este evident si de bun simt, pentru oricine a facut putina fizica in scoala, ca orice depasire a nivelului natural al radiatiilor iti va afecta sanatatea.

Acuzatii

La inceput gaseau porumbei morti pe acoperisul blocului. Apoi, cei care locuiau la ultimul nivel au inceput sa acuze dureri frecvente de cap, insomnii si extenuare fizica. Copiii au devenit apatici, acuzand ameteli. Intr-un tarziu au presupus ca problemele ar putea fi provocate de cele cateva antene GSM, instalate pe acoperisul casei.

Alte opinii

Valoarea 10 mW/cm2 este considerata inofensiva atat in SUA, cat si in statele europene inca din anul 1966. Cu toate acestea, in 1973, la un simpozion in Varsovia, doctorul M.N. Sadchikove a prezentat concluziile unui studiu care arata ca si radiatia de microunde, de doar 3mW/cm2, conduce la aparitia afectiunilor neurologice - senzatie de greutate in cap, oboseala, iritare, stari de frica, insomnii si pierderea partiala a memoriei. Irma Eva Csiki, cercetator stiintific la Institutul de Sanatate Publica din Romania, sustine ca desi, in principiu, radiatiile electromagnetice de radio-frecventa ale antenelor GSM nu afecteaza sanatatea oamenilor, ele actioneaza asupra ADN-ul, provocand producerea celulelor malformate, care pot evolua in cancer. Cercetatorul stiintific a remarcat ca 'astfel de radiatii nu le simtim. Iar efectul il vezi peste 10-15 ani. Te trezesti ca ai cancer fara sa stii de ce'. ( Ziarul Ziua )

Guvernul Romaniei recunoste nocivitatea radiatiilor electromagnetice neionizante emise de antenele de telefonie mobila, prin Ordonanta nr. 2/2006 din 12/01/2006, publicata in Monitorul Oficial, Partea I nr. 57 din 20/01/2006, privind reglementarea drepturilor salariale si a altor drepturi ale functionarilor publici pentru anul 2006, care prevede :
Art. 16. - (1) Spor pentru conditii vatamatoare, de pana la 10% din salariul de baza, se acorda functionarilor publici care desfasoara activitate in autoritatile si institutiile publice in care functioneaza instalatii care genereaza campuri electromagnetice de radiofrecventa produse de emitatori pentru comunicatii, instalatii de microunde, instalatii de curenti de inalta frecventa, statii de bruiaj. ( Ziarul de Iasi )

Cum se poate reduce expunerea la radiatii

In scopul reducerii expunerii la radiatiile telefoanelor mobile este util de stiut:

Valorile SAR ale telefoanelor mobile sunt raportate de producator pentru un dispozitiv nou.

Se poate reduce expunerea capului la radiatii folosind dispozitive hands-free.

Chiar si o distanta mica intre corp si telefon poate reduce semnificativ nivelul radiatilor absorbite de corp. In zone cu nivelul semnalului scazut, radiatiile sunt mult mai puternice decat intr-o zona cu semnal puternic