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BETA 2199.4 - Telecomunicazioni e Reti: L'interfaccia radio nel GSM (parte 1 | parte 2) -  Indici | Guida

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L'interfaccia radio nel GSM

Parte 2

Claudio Zito
Articolista, BETA

I canali logici

Nel GSM sono stati definiti 12 canali logici.

Una prima suddivisione da fare è distinguere quelli di controllo da quelli di fonia, e dal canale di distribuzione messaggi.

Canali di traffico

Sono previsti due tipi di canali di traffico o TCH (traffic channel)

  1. TCH/F o full rate, tali canali trasportano fonia ( o dati nel caso l'utente stia effettuando una chiamata dati come in una connessione Internet) alla velocità netta di 13 kbit/s o 9600 bit/s nel caso di dati.
  2. TCH/H o half rate, che si differenziano dai precedenti solo per la velocità. Si va a 6.5 kbit/s per la voce e 4800 bit/s per i dati.

Attualmente è in corso il progetto per impiegare la codifica half rate.

Canali di controllo

In questa tipologia di canali troviamo tre gruppi di canali di controllo i quali, a sua volta, contengono tre tipologie differenti di canali. Il CBCH lo trattiamo a parte.

Canali di distribuzione

Sono canali che trasportano informazioni di interesse generale.

Sono trasmessi in modo monodirezionale downlink (da BTS a MS) in modalità punto-multipunto.

  • BCCH (Broadcast control channel).

Ne troviamo uno in ogni BTS (ovvero in ogni cella), su di esso vengono inviati i "system information".

L'algoritmo di frequency-hopping è trasmesso su questo canale. Proprio per questo motivo il timeslot 0 (che

trasporta il canale BCCH) non è soggetto a frequency-hopping.

  • SCH (Synchronization channel).

Trasporta l'informazione del numero di trama TDMA e del BSIC della BTS.

Troviamo questo canale ad ogni intervallo di tempo 0 nella trama successiva a cui è stato presente il FCCH.

  • FCCH (Frequency correction channel).

Utilizzato per la correzione in frequenza delle MS. In parole povere, su questo canale logico viene trasmessa una sinusoide pura, ovvero la portante.

E' interessante notare che la portante non occupa per tutto l'intervallo di tempo il canale, ma solo per un tempo pari a 148 bit.

Un intervallo completo vale 156,25 bit. Gli 8,25 bit, intesi come tempo che occuperebbero sul canale, in cui non viene inviata la portante sono considerati un tempo di guardia. Servono a proteggere da eventuali sovrapposizioni di bit dovute al tempo di propagazione dei segnali.

Canali di controllo comuni

  • PCH (Paging channel). (Solo downlink).

Viene utilizzato per inviare alle MS l'avviso che il sistema vuole effettuare una connessione. Se la MS cercata risponde, allora il sistema inizierà il set-up vero è proprio della chiamata. Questo messaggio viene irradiato in una intera location area.

  • RACH (Random access channel). (Solo uplink).

Viene utilizzato dalle MS per richiedere l'assegnazione di un SDCCH per poter effettuare la segnalazione necessaria ad instaurare una chiamata, oppure per rispondere ad un page del sistema, oppure ancora per effettuare una registrazione in accesso al sistema.

  • AGCH (Access grant channel). (Solo downlink.)

Utilizzato per assegnare un SDCCH o un TCH ad una MS che ne abbia fatto richiesta.

I canali di controllo dedicati

  • SDCCH (Stand alone dedicated control channel). (Bidirezionale).

Viene utilizzato in fase di setup di una chiamata o durante una registrazione per scambiare la segnalazione fra MS e BTS. E' anche usato per il trasporto di brevi messaggi di testo (short message) quando la MS è nello stato di "idle", cioè non è in conversazione.

  • SACCH (Slow associated control channel). (Bidirezionale).

Questo canale logico è sempre associato ad un altro canale logico, che può essere un TCH o un SDCCH.

Nella modalità downlink, grazie a questo canale, la MS riceve dalla BTS informazioni sul timing advance e sul power control e tutte le informazioni del BCCH che altrimenti andrebbero perse dalla MS che si è assestata sul proprio canale di traffico.

Nella modalità uplink questo canale trasporta i risultati delle misure effettuate dalla MS alla BTS e i parametri relativi alle celle confinanti.

E' interessante osservare che questo canale trasporta gli short message verso una MS quando questa si trova nello stato di "busy", cioè è impegnata in una conversazione.

  • FACCH (Fast associated control channel). (Bidirezionale).

E' associato ad un TCH.

Utilizzato per trasmettere le segnalazione che non possono attendere di essere inserite nel canale SACCH. Ad

esempio una richiesta di handover. Viene realizzato in modo asincrono "sopprimendo" l'informazione che avrebbe

dovuto essere trasmessa; cioè viene soppressa l'informazione relativa a 20 ms di parlato.

Canale di cell broadcast

Questo canale viene usato solo in downlink per trasportare il cosiddetto SMSCB (Short message service cell broadcast).

Viene implementato utilizzando lo stesso canale fisico degli SDCCH.

Canali ibridi

E' possibile trovare delle combinazioni di diversi canali di segnalazione:

  • SDCCH/4: SDCCH combinato con CCCH;
  • SACCH/C8: SACCH combinato con SDCCH;
  • SACCH/C4: SACCH combinato con SDCCH/4.

Tabella 1. Mappatura dei canali logici sulla portante C0 direzione downlink.

SDCCH[8]-2 attualmente usato come CBCH in TIM.

System information nel sistema GSM 900 MHz

I messaggi di "system information" sono continuamente trasmessi dalle BTS alle MS che si trovano nelle celle sul canale BCCH, nel caso di MS in riposo (stato di "idle"); sul canale SACCH nel caso di conversazione in corso (stato di "busy").

I parametri che vengono inviati con i "system information" si possono dividere, in prima approssimazione in due categorie:

  • Parametri interni del BSC;
  • Parametri esterni configurabili da operatore mediante comandi.

Nel sistema GSM sono stati definiti, a sua volta, otto tipi di "system information".

System information type 1

Questo tipo di messaggio è usato quando la funzione di frequency hopping è attiva. Infatti, la MS che si trova all'interno della cella con tale funzione attiva deve conoscere quale banda di frequenza e che frequenze della banda sono utilizzate nell'algoritmo di frequency hopping.

Questa informazione è nel Cell Channel Descripition nel system information type 1.

Cell Channel Descripition

CANO= Cell Allocation Number. Esprime la banda di frequenza in cui lavora la cella. La banda 0 individua il GSM

900.

CA ARFCN= Absolute Radio Frequency. Indica con un numero le frequenze usate nella cella.

System information type 2

Questo tipo di messaggio consiste in due liste che riguardano i canali di BCCH. Qui si indicano le frequenze di BCCH utilizzate nelle celle confinanti. Le MS necessitano di questa informazione per "sentire" i "system information" delle celle adiacenti. Questa lista di frequenze è utilizzata anche per le misure di potenza del segnale delle celle vicine, ovviamente.

Si utilizzano due liste perché le MS compiono operazioni differenti a seconda che siano nello stato di riposo o in conversazione.

Se una MS si trova in conversazione misurerà un numero ridotto di frequenze.

Una MS nello stato di "idle" misurerà un numero esteso di frequenze di modo che il tempo di accesso alla rete si possa ridurre al minimo.

In questo tipo di messaggio viene specificato anche quante PLMN possono essere "ascoltate".

Descrizioni per celle adiacenti

BAIND= Numero di sequenza di allocazione del canale BCCH. Indica anche se questa informazione è inviata sul

BCCH o sul SACCH.

BANO= Numero di allocazione del BCCH. La banda 0 individua il GSM.

MBCCHNO= Canali espressi in valore assoluto su cui le MS possono effettuare ed inviare le misure di potenza del

segnale.

PLMN permesse

NCCPERM = NCC (PLMN) permitted. (configurabile da operatore)

Definisce il numero di PLMN, utilizzando il NCC, di cui le MS possono effettuare le misure sulle

portanti cosiddette di BCCH. Il valore tipico è 2.

Parametri di RACH

ACC = Access Control Class (configurabile da operatore).

Classi d'accesso che sono sbarrate. E' possibile definirne fino ad un massimo di 16.

Attualmente non usato.

CB = Cell Bar Access (configurabile da operatore).

Indica se la cella è sbarrata agli accessi. In genere le celle non sono sbarrate.

RE= Ristabilimento della chiamata permesso.

MAXRET= Max retransmissions (configurabile da operatore).

Indica il numero massimo di ritrasmissioni che una MS deve fare quando accede al sistema. Valore tipico

è 4.

TX= TX-integer. (configurabile da operatore).

Definisce il numero di time slots oltre il quale la MS può tentare di accedere al sistema in up-link.

Il valore tipico è 50. Significa che se i CCCH sono configurati in maniera standard, la MS che tenta un secondo

accesso al sistema, aspetterà per 1 secondo più un tempo calcolato in maniera casuale compreso tra 1 e 50 trame

TDMA.

System information type 3

Il system information type 3 contiene informazioni sull'identità della location area e sull'identità della cella. Queste informazioni sono necessarie perché quando una MS cambia cella o addirittura location area la rete ne deve essere informata.

Per poter calcolare il paging group di appartenenza, inoltre, le MS necessitano delle informazioni contenute in Control Channel Description. In queste informazioni viene anche detto alle MS quando effettuare gli aggiornamenti periodici di localizzazione (location updating).

Inoltre, in questo system information sono contenute informazioni raggruppate nella sezione Opziono di cella. Queste informazioni messe sotto forma di parametri di rete sono necessarie alle MS per riuscire a dialogare con la BTS.

Sempre in questo gruppo di system information vengono date alle MS le informazioni necessarie per decidere a quale BTS agganciarsi e come farlo.

Identità della cella

CI= Cell Identity. Identità della cella all'interno della location area. Questo parametro viene definito all'atto della

dichiarazione della cella nel BSC.

Location Area Identity (LAI)

Una location area viene definita come l'area geografica in cui una MS si può muovere a piacimento senza che sia necessario variare la localizzazione presso il VLR che la sta servendo in quel momento.

La struttura della LAI è la seguente:

LAI = MCC + MNC + LAC

Dove:

  • MCC = Mobile Country Code, identifica univocamente la nazione entro cui è situata la PLMN GSM.

Nel caso dell'Italia è 222.

  • MNC = Mobile Network Code, identifica la PLMN in ambito nazionale. Per TIM vale 01.
  • LAC = Location Area Code, identifica univocamente una location area entro una PLMN.

Control Channel Description

ATT = Attach - detach allowed. (configurabile da operatore).

Indica se le MS in questa cella devono effettuare l'IMSI detach. In genere è una funzione richiesta.

CCCHCONF = Numero del canale fisico utillizzato come supporto.

AGBLK = Numero di blocchi di CCCH riservati per i canali logici AGCH.

MFRMS = Periodi di multitrama per la trasmissione del messaggio di paging request a MS appartenenti allo stesso

paging group.

T3212 = t3212 timeout value. (configurabile da operatore).

Definisce il valore di time out che controlla la procedura di location updating. Normalmente è impostato

in mode che le MS si registrino ogni 2 ore.

Opzioni di cella

DTXU = Uplink DTX indicator. (configurabile da operatore).

Indica se la MS effettua la trasmissione discontinua in Uplink. In genere viene effettuato. Un flag indica se

si effettua o meno. Se fosse impostato a 0 le MS presenti nella cella non effettuerebbero la DTX.

PWRC = Power control indicator. (configurabile da operatore).

Indica se la funzione di power control è attiva o meno. Attualmente è attiva.

RLINKT = Radio link timeout. (configurabile da operatore).

Tempo necessario affinchè una MS disconnetta una chiamata a causa di errori nella decodifica di messaggi

SACCH. Il parametro è espresso in periodi di SACCH (480 ms). L'esperienza indica come 16 un valore

ragionevole, quindi il tempo è di 7,68 s.

Parametri per la selezione di cella

Configurabili da operatore

ACCMIN = Livello minimo di segnale che una MS deve ricevere per poter accedere alla rete. E' espresso in dBm .

Un valore medio è di 109 dBm.

CCHPWR = Livello massimo di potenza in trasmissione (TXPWR) espresso in dBm che una MS deve utilizzare

quando accede ad un canale di controllo (CCH). Normalmente 39 dBm.

CRH = Cell Reselect Hysteresis.

E' espresso in dB. Indica l'isteresi da applicare all'intensità del segnale ricevuto per poter effettuare una

riselezione per una cella di un'altra location area.

System information type 4

Al gestore di rete può essere utili spedire dei messaggi di testo alle MS in modalità punto-a-multipunto. Nel sistema GSM mediante la funzione di broadcasting si possono inviare dei messaggi alle MS nello stato di "idle". Queste informazioni viene trasportata dal canale logico CBCH, quindi per poterla andare a recuperare la MS deve conoscere qual è la frequenza portante di questo canale.

Questa informazione, insieme alla LAI, ai parametri per la selezione di cella ed ai parametri per il controllo dei RACH è trasportata da questo system information.

Descrizione del CBCH

CHN = Numero del canale per il CBCH.

TSC = Training sequence code.

La TSC è utilizzata per inviare all'equalizzatore di Viterbi una stringa di bit nota, in modo che si possa

effettuare una stima del canale radio e minimizzare le interferenze, ricostruendo il segnale ricevuto nel

miglior modo possibile.

Simulazioni al computer hanno portato a scegliere 8 possibili sequenze di 16 bit. Queste sequenze sono state

Associate a 8 diversi tipi di cella identificati in base al loro "colore".

Ad ogni BTS è associato un BSIC (base station identity code) definito come:

BSIC = NCC + BCC

Dove:

  • NCC = PLMN colour code
  • BCC = base station colour code

Per default la TSC coincide con il BCC.

CBCHNO = Absolute Radio Frequency per CBCH. Indica con un numero la frequenza di CBCH usata nella cella.

MAC = Tabella che descrive le frequenze utilizzate nella cella per effettuare il frequency hopping sul CBCH.

System information type 5

Quando una MS è in conversazione le viene assegnato un SACCH per scambiare messaggi con la BTS che la sta servendo. Questi messaggi sono i report delle misure che la MS effettua sulle portanti, nella direzione uplink (circa ogni 500 ms); e le informazioni di timing advance e power control nella direzione downlink.

Sul canale SACCH vengono inviate alla MS anche le informazioni relative alle portanti di BCCH delle celle adiacenti.

Le frequenze relative alle celle adiacenti possono differire da quelle trasmesse con il sistem information 2.

Descrizioni per celle adiacenti

CANO= Cell Allocation Number. Esprime la banda di frequenza in cui lavora la cella. La banda 0 individua il GSM

900.

ARFCN= Absolute Radio Frequency. Indica con un numero le frequenze usate nella cella.

System information type 6

Quando una MS si trova in conversazione abbiamo visto che dialoga sul canale SACCH. Se durante la conversazione, a causa dello spostarsi della MS si effettua un cambio di LAI la MS deve saperlo, in tal caso non appena lascerà la vecchia cella (LAI di partenza) per agganciarsi alla nuova (LAI target) effettuerà un "location updating".

La MS potrebbe anche effettuare un handover tra celle con RLINKT o DTX diversi. Ecco che nasce la necessità di comunicare alla MS le opzioni di cella. Anche le PLMN permesse sono comunicate con questo "system information".

System information type 7/type 8 (opzionali)

Questi due "system information" sono relativi ai parametri per la riselezione di cella (Cell Reselect). Questa funzione è un supplemento al "system information type 4".

CRO = Cell Reselect Offset (configurabile da operatore).

Inserisce un offset per incoraggiare o scoraggiare le MS a riselezionare la cella. Valore minimo 0 dB.

ECSC= Early Classmark Sendin Control (configurabile da operatore).

Indica se le MS devono trasmettere l'informazione sulla loro classe facilmente. Attualmente è no.

PT = Penalty Time (configurabile da operatore).

Definisce il tempo in cui l'offset temporale è applicato. Valore tipico è un tempo di 20 s.

TO= Temporary offset (configurabile da operatore).

Definisce un offset negativo da applicare al Cell Reselect Offset. Valore minimo 0 dB.

CBQ = Cell Bar Qualify (configurabile da operatore).

Indica la priorità della cella. La cella può avere una priorità alta o bassa.

Questo parametro serve a discriminare le MS di fase 1 da quelle di fase 2. E' legato al parametro CB.

La seguente tabella sintetizza quanto detto:


Tabella 2. Relazione fra CBQ e MS di fase 1 e fase 2.

Dati di BSC

Nei BSC Ericsson il formato con cui il sistema dice all'operatore il contenuto dei "system information" è riportato

immediatamente sotto.


CELL SYSTEM INFORMATION BCCH DATA

CELL

NO32D2

CB MAXRET TX ATT T3212 CBQ CRO TO PT ECSC

NO 4 50 YES 20 HIGH 0 0 0 NO

ACC

CLEAR

Spiegazione delle sigle e traduzione dei messaggi.

CELL = Cell designation

Nome simbolico della BTS. In TIM si compone utilizzando la sigla automobilistica della provincia + 2 cifre che servono come numero progressivo + la lettera D che sta per digital + 1 cifra che indica il numero della BTS nel sito.

Il report successivo indica che nella BTS in questione viene distribuito solo il messaggio di system information 1, mentre il system information 7 ed 8 non vengono inviati.


CELL SYSTEM INFORMATION BCCH MESSAGE DISTRIBUTION

CELL SIMSG MSGDIST

NO32D2 1 ON

7 OFF

    1. OFF

Il prossimo report indica che messaggi vengono inviati con i canali logici SACCH e BCCH.


CELL SYSTEM INFORMATION SACCH AND BCCH DATA

CELL

NO32D2

ACCMIN CCHPWR CRH DTXU RLINKT NECI MBCR

109 39 4 1 16 0 0

NCCPERM

2

Spiegazione delle sigle e traduzione dei messaggi.

CELL = Cell designation

Nome simbolico della BTS. In TIM si compone utilizzando la sigla automobilistica della provincia + 2 cifre che servono come numero progressivo + la lettera D che sta per digital + 1 cifra che indica il numero della BTS nel sito.

MBCR = Multi band cells reported.

Parametro significativo solo se il BSC opera in dual mode (900/1800). Indica il numero di celle adiacenti che possono essere selezionate per effettuare un handover in quella banda di frequenza.


Claudio Zito è Collaboratore di BETA dal 1999; è raggiungibile su Internet tramite la redazione .

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