Εργαστηριακές Ασκήσεις 5-7

Transcript

1 Εργαστηριακές Ασκήσεις 5-7 GSM ίκτυο Κινητών Επικοινωνιών Ι. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ Ι.1. Εισαγωγή Το 1982 το GSM αποτέλεσε την Ευρωπαϊκή πρόταση για την µετάβαση από τα αναλογικά δίκτυα κινητών επικοινωνιών 1 ης γενιάς (1G) σε ένα ψηφιακό δίκτυο 2 ης γενιάς (2G), το οποίο θα παρείχε τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες ανάλογες των ISDN/PSTN δικτύων. Συνεπώς, το GSM σύστηµα δηµιουργήθηκε για να προσφέρει υπηρεσίες φωνής και χαµηλού ρυθµού µετάδοσης δεδοµένων και εύλογα υιοθέτησε την λογική µεταγωγής κυκλώµατος (circuit switching). Η προσφορά υπηρεσιών µεταφοράς δεδοµένων µε υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης προϋποθέτει µια προσέγγιση µεταγωγής πακέτου (packet switching), η οποία δεν υιοθετήθηκε από το GSM και αυτό αποτέλεσε την αφετηρία των αλλαγών που αργότερα οδήγησαν στα δίκτυα 3 ης γενιάς, όπως το UMTS. Στην αρχική του εκδοχή (GSM 900) λειτούργησε στα ΜHz (uplink) και στα ΜΗz (downlink). Στην συνέχεια επεκτάθηκε: α) µε µια προσθήκη 10 MHz στο GSM900 η οποία συµβολικά ονοµάζεται EGSM, β) στα 1800 ΜΗz (DCS 1800: /uplink και /downlink) ενω µία εκδοχή του στα 1900 ΜHz λειτούργησε κυρίως στις ΗΠΑ. Αυτή τη στιγµή το GSM αποτελεί το πλέον δηµοφιλές δίκτυο κινητών επικοινωνιών και µάλιστα η εισαγωγή των µεταγενέστερων δικτύων κινητών επικοινωνιών 2.5G-GPRS/3G- UMTS στηρίζεται εν πολλής στην υποδοµή και τη φιλοσοφία του. Υπό αυτή την έννοια η κατανόηση των αρχών λειτουργίας των GSM έχει µια ιδιαίτερη αξία διότι αφενός θα συνεχίζουν να είναι λειτουργικά δίκτυα για ένα σηµαντικό χρονικό διάστηµα και αφετέρου διότι η εισαγωγή των 3G δικτύων αναβαθµίζει αλλά δεν αναιρεί σηµαντικές πτυχές του τρόπου λειτουργίας των GSM δικτύων. Στα πλαίσια των προαναφερόµενων παρατηρήσεων η παρούσα εργαστηριακή άσκηση έχει ως στόχο: την κατανόηση των βασικών αρχών λειτουργίας του GSM και ειδικότερα του ασύρµατου υποσυστήµατος του. την κατανόηση ορισµένων βασικών διαδικασιών µέτρησης και ανάλυσης των δικτύων GSM. τη δυνατότητα εκτέλεσης και αξιολόγησης των προαναφερόµενων διαδικασιών ανάλυσης και µέτρησης. Στα πλαίσια των προαναφερόµενων στόχων οι ενότητες που ακολουθούν συνοψίζουν τις βασικές θεωρητικές γνώσεις που αφορούν το αντικείµενο των δικτύων GSM (ενότητες Ι.2.- Ι.5) και στη συνέχεια παρουσιάζουν το αντίστοιχές εργαστηριακές ασκήσεις (ενότητα ΙΙ) 1

2 Ι.2. Αρχιτεκτονική GSM ικτύου Το GSM σύστηµα αποτελείται από µια σειρά τηλεπικοινωνιακών κόµβων που απεικονίζονται στο Σχήµα 1. Πρακτικά, η λειτουργικότητα των επιµέρους κόµβων δηµιουργεί µια οµαδοποίηση λειτουργιών, η οποία µε τη σειρά της αντιστοιχεί στα ακόλουθα τρία υποσυστήµατα: Ασύρµατο Υποσύστηµα (Radio Subsystem, RSS), το οποίο περιλαµβάνει τις τηλεπικοινωνιακές οντότητες που υποστηρίζουν την ασύρµατη συνδροµητική πρόσβαση. Υποσύστηµα ικτύου και Μεταγωγής (Network & Switching Subsystem, NSS), το οποίο περιλαµβάνει τις τηλεπικοινωνιακές οντότητες που παρέχουν υπηρεσίες σε επίπεδο δικτύου κορµού. Υποσύστηµα ιαχείρισης-υποστήριξης (Operations & Support Subsystem, OSS), το οποίο περιλαµβάνει τις τηλεπικοινωνιακές οντότητες που παρέχουν υπηρεσίες διαχείρισης των χρηστών και του δικτύου. MS radio cell MS BSS U m radio cell RSS BTS MS BTS A bis A BSC BSC MSC MSC NSS VLR HLR O VLR GMSC IWF signaling ISDN, PSTN PDN OSS EIR AUC OMC Σχήµα 1. Αρχιτεκτονική GSM δικτύου(schiller, 2002) Η αναλυτική περιγραφή των επιµέρους στοιχείων του συστήµατος έχει ως εξής: Η περιοχή κάλυψης του δικτύου χωρίζεται σε κελιά εντός των οποίων κινούνται οι κινητοί χρήστες (ΜS, Mobile Station) επικοινωνώντας µε τον σταθµό βάσης (BTS, Base Transceiver Station) που υποστηρίζει την φυσική ασύρµατη πρόσβαση στο δίκτυο. Το MS διεξάγει µετρήσεις και σε συνεργασία µε το δίκτυο επιλέγει να συνδεθεί µε το BTS που εµφανίζει το «καλύτερο» σήµα. To MS αποτελείται από το hw & sw της τερµατικής συσκευής (π.χ. κινητό τηλέφωνο) που ένα τµήµα του είναι ανεξάρτητο από το χρήστη (user independent) και ένα τµήµα του ταυτίζεται µε το προφίλ ενός συγκεκριµένου συνδροµητή (user specific). Το τελευταίο τµήµα αφορά την λεγόµενη κάρτα SIM (Subscriber Identity Module), η οποία περιέχει τα προσωπικά στοιχεία του χρήστη. Τα πιο σηµαντικά από τα στοιχεία του MS είναι η ταυτότητα του συνδροµητή (IMSI, International Mobile Subscriber Identity), η ταυτότητα 2

3 της τερµατικής συσκευής (ΙΜΕΙ, International Mobile Equipment Identity) και το κλειδί ελέγχου γνησιότητας K i (Αuthentication Κey). To BTS εκτελεί τις λειτουργίες της ασύρµατης διασύνδεσης και περιλαµβάνει το αντίστοιχο hw & sw δηλ. κεραίες, ενισχυτές ισχύος, επεξεργασία σήµατος. Ένα BTS ταυτίζεται µε ένα κελί όταν χρησιµοποιούνται οµοιοκατευθυντικές κεραίες ή µε περισσότερα κελιά όταν χρησιµοποιούνται κατευθυντικές κεραίες (κάλυψης τοµέα). Η επικοινωνία του µε το MS γίνεται µέσω του U m interface (TDMA/FDD), ενώ µε το υπόλοιπο δίκτυο µέσω τoυ A bis Interface δηλ. µε την σύνδεσή του µε ένα και µοναδικό κόµβο που ονοµάζεται BSC (Base Station Controller). Η φυσική σύνδεση γίνεται µε µια PCM ζεύξη, όπου σε κάθε χρονοθυρίδα περιλαµβάνονται 4 ροές δεδοµένων των 16 kbps. Σύµφωνα µε την προηγούµενη περιγραφή, οι λειτουργίες του BTS εντοπίζονται κυρίως στο φυσικό στρώµα και από αυτή την άποψη δεν διαθέτει την «νοηµοσύνη» να διαχειριστεί κάποιες από τις υψηλότερου επιπέδου λειτουργίες του δικτύου. Αυτός είναι ο λόγος που πολλά BTS ελέγχονται από ένα τηλεπικοινωνιακό κόµβο που ονοµάζεται BSC. Το BSC είναι ουσιαστικά ένα µικρό ψηφιακό τηλεφωνικό κέντρο, το οποίο ελέγχει τα BTSs και αποτελεί σηµείο διασύνδεσής τους µε το εσωτερικό του δικτύου (Α interface). Στα πλαίσια αυτά καθορίζει τις συχνότητες/κανάλια επικοινωνίας (RR, Radio Resource Management), την διαποµπή (Handover) µεταξύ διαφορετικών κελιών, την ειδοποίηση των MS για εισερχόµενες κλήσεις (Paging) καθώς και την µετατροπή της κωδικοποίησης των ασύρµατων καναλιών σε συµβατή µορφή προς την PCM κωδικοποίηση, η οποία χρησιµοποιείται στο εσωτερικό του δικτύου. Με τη σειρά του το BSC δεν έχει συνολική αντίληψη του δικτύου και δεν έχει φυσική διασύνδεση µε άλλα δίκτυα ή άλλα BSC. Όπως είναι αναµενόµενο ελέγχεται από ένα τηλεπικοινωνιακό κόµβο ο οποίος είναι «ανώτερος» στην ιεραρχία του δικτύου και ονοµάζεται MSC (Mobile Services Switching Center). Η επικοινωνία γίνεται µέσω του A interface, το οποίο στο φυσικό επίπεδο υποστηρίζεται από µια PCM ζεύξη. To MSC ελέγχει έναν αριθµό από BSC και σε τελική ανάλυση έναν αριθµό από κελιά που συγκροτούν την Περιοχή Εξυπηρέτησης MSC (MSC Service Area). Το MSC είναι ένα πλήρες ISDN τηλεφωνικό κέντρο και διαχειρίζεται: α) τις συνδροµητικές υπηρεσίες µε την δροµολόγηση σηµάτων και δεδοµένων προς/από τους χρήστες (διαχείριση κλήσεων, SMS και συµπληρωµατικών υπηρεσιών), β) την χρέωση για τις προσφερόµενες υπηρεσίες και γ) τον έλεγχο της κινητικότητας και του εντοπισµού των χρηστών (ΜΜ, Mobility Management). Όταν το MSC λειτουργεί σαν κόµβος εξόδου/εισόδου προς/από άλλα δίκτυα ονοµάζεται Gateway MSC (GMSC). Οι λειτουργίες του MSC προϋποθέτουν ένα µεγάλο εύρος πληροφοριών που ουσιαστικά αφορούν το σύνολο των συνδροµητών του δικτύου, εφόσον κάθε συνδροµητής µπορεί να βρεθεί στην περιοχή εξυπηρέτησής του. Προκειµένου να αποφευχθεί η υπερφόρτωση του MSC µε «άχρηστη» γνώση, δηλ. γνώση που δεν είναι απαραίτητη σε µόνιµη αλλά µόνο σε περιστασιακή βάση, µια σειρά από πληροφορίες κατανέµονται σε περισσότερες από µια βάσεις δεδοµένων στις οποίες έχει πρόσβαση το MSC και µπορεί να τις ανακτήσει όποτε αυτό είναι απαραίτητο. Τα στοιχεία όλων των συνδροµητών του δικτύου βρίσκονται σε µια κεντρική βάση δεδοµένων που ονοµάζεται HLR (Home Location Register). Στην HLR περιέχονται στατικά 3

4 στοιχεία όπως ο εµπορικός συνδροµητικός αριθµός ΜSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number), οι συµπληρωµατικές υπηρεσίες του (π.χ. προώθηση κλήσης κλπ), η ταυτότητα του (IMSI) κλπ. Επίσης περιλαµβάνονται και στοιχεία δυναµικού περιεχοµένου όπως για παράδειγµα το MSC και η Περιοχή Θέσης (LA, Location Area) στην οποία βρίσκεται ο συνδροµητής. Τα δυναµικής φύσης στοιχεία ενηµερώνονται κάθε φορά που αλλάζουν µε την συνδροµή του MSC. Τα στοιχεία των συνδροµητών που βρίσκονται στην Περιοχή Εξυπηρέτησης του MSC καταχωρούνται σε µία βάση δεδοµένων που ονοµάζεται VLR (Visitor Location Register). Προφανώς σε κάθε MSC αντιστοιχεί µια VLR και γι αυτό αν και είναι µια ανεξάρτητη οντότητα οι κατασκευαστές την ενσωµατώνουν µε τη µορφή sw στο MSC. Η VLR είναι µια δυναµική βάση δεδοµένων η οποία α) διαγράφει υπό την καθοδήγηση της HLR τα στοιχεία των συνδροµητών όταν αυτοί φεύγουν από την περιοχή εξυπηρέτησης του MSC β) ανακτά από την HLR τα στοιχεία των νεοεισερχόµενων συνδροµητών στην περιοχή εξυπηρέτησης του MSC και γ) ενηµερώνει την HLR για τις αλλαγές των δυναµικών, στοιχείων όπως για παράδειγµα για την αλλαγή της περιοχής θέσης. Η βάση δεδοµένων AUC (Authentication Center) είναι επιφορτισµένη µε τον έλεγχο γνησιότητας των συνδροµητών και συνακόλουθα τον έλεγχο πρόσβασης τους στο δίκτυο. Παράλληλα, φροντίζει να υποστηρίζει τη δηµιουργία κλειδιών κρυπτογράφησης (K c, Ciphering Key), µε τα οποία κωδικοποιείται η πληροφορία όταν µεταδίδεται στον αέρα. εδοµένου ότι οι υπηρεσίες κρυπτογράφησης και ελέγχου γνησιότητας/πρόσβασης ζητούνται από την HLR, η βάση δεδοµένων AUC συνήθως αποτελεί µέρος της HLR από φυσική άποψη. Η βάση δεδοµένων EIR (Equipment Identity Register) έχει καταχωρηµένα όλα τα IMEI δηλ. την ταυτότητα όλων των συσκευών οι οποίες είναι καταχωρηµένες στο δίκτυο. εδοµένου ότι η SIM µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε οποιαδήποτε συσκευή (π.χ. ίσως µε κάποια που έχει κλαπεί) η EIR λειτουργεί σαν µία βάση ελέγχου της ταυτότητα των συσκευών ανεξάρτητα από την SIM και τα συνδροµητικά στοιχεία. Ουσιαστικά η ΕΙR προσφέρει λίστες µε νόµιµες (white listed) και παράνοµες (black listed) συσκευές. Ι.3. Ασύρµατη GSM ιεπαφή I.3.1. Εισαγωγή Η ασύρµατη GSM διεπαφή (U m ) αποτελεί το σηµείο διασύνδεσης ανάµεσα στο MS και την ενσύρµατη υποδοµή του δικτύου. Οι κακές συνθήκες διάδοσης (εξασθένηση, σκίαση, διαλείψεις, παρεµβολές κοκ) πάνω από το ασύρµατο κανάλι, η κινητικότητα του χρήστη καθώς και ο περιορισµένος αριθµός καναλιών (συχνοτήτων) καθιστά αυταπόδεικτη την κρίσιµη σηµασία της U m διεπαφής. Τα πρωτόκολλα τα οποία υλοποιούν την επικοινωνία στο ασύρµατο κανάλι σχηµατίζουν µια ιεραρχική δοµή τριών στρωµάτων (Σχήµα 2-Σχήµα 3): Στρώµα 1-Φυσικό Στρώµα (Layer 1): Το φυσικό στρώµα υποστηρίζει τη µετάδοση της ψηφιακής πληροφορίας πάνω από τα φυσικά ασύρµατα κανάλια µε τη χρήση µιας σειράς τεχνικών (ανίχνευση και διόρθωση λαθών, interleaving, ψηφιακή διαµόρφωση), οι οποίες εξασφαλίζουν µια κατά το δυνατό αξιόπιστη ζεύξη επικοινωνίας. 4

5 Συνοψίζοντας, το στρώµα 1 προσφέρει ένα αξιόπιστο κανάλι επικοινωνίας για τις υπηρεσίες που αιτούνται τα ανώτερα στρώµατα στην ιεραρχία των πρωτοκόλλων. Στρώµα 2-Στρώµα Ζεύξης (Layer 2-Link Access Procedures on the D m channel, LAPDm): Το στρώµα 2 οργανώνει και επιβλέπει τη ροή σηµατοδοσίας-δεδοµένων η οποία διαβιβάζεται από το στρώµα 3 µε τη µορφή πλαισίων (frames) και τα οποία µε τη σειρά τους διαβιβάζονται στο φυσικό στρώµα για τη µετάδοση τους. Σχήµα 2 Γενική δοµή των πρωτόκολλων της Um διεπαφής Στρώµα 3 (Layer 3): Το στρώµα 3 αποτελείται από τρία υποστρώµατα τα οποία προσφέρουν τις ακόλουθες υπηρεσίες στο στρώµα εφαρµογής (application layer) o Υπόστρωµα ιαχείριση Συνδέσεων (Connection Management, CM), το οποίο υποστηρίζει τη διαχείριση κλήσεων φωνής, SMS καθώς και συµπληρωµατικών υπηρεσιών. o Υπόστρωµα ιαχείριση Κινητικότητας (Mobility Management, MM), το οποίο υποστηρίζει ζητήµατα σχετικά µε την κινητικότητα των χρηστών. o Υπόστρωµα ιαχείριση Ασύρµατων Πόρων (Radio Resource Management, RRM), το οποίο υποστηρίζει τη διαχείριση των ασύρµατων καναλιών. U m A bis A MS BTS BSC MSC CM CM Layer 3 Layer 2 MM RR LAPD m RR LAPD m BTSM LAPD RR BTSM LAPD BSSAP SS7 MM BSSAP SS7 Layer 1 radio radio PCM PCM PCM PCM 16/64 kbit/s 64 kbit/s / Mbit/s Σχήµα 3. Αρχιτεκτονική GSM Πρωτόκολλων I.3.2. U m Φυσικά και Λογικά Κανάλια Ι Λογικά Κανάλια Η ροή πληροφορίας από τα ανώτερα στρώµατα του GSM προς το φυσικό στρώµα κατηγοριοποιείται ανάλογα µε το είδος της σε διαφορετικά λογικά κανάλια (logical 5

6 channels). Τα λογικά κανάλια του GSM οµαδοποιούνται στις ακόλουθες δύο γενικές κατηγορίες: Κανάλια εδοµένων (Traffic CΗannels, TCH) τα οποία µεταφέρουν συνδροµητικά δεδοµένα και ανάλογα µε το ρυθµό µετάδοσης διακρίνονται σε o Πλήρους Ρυθµού Μετάδοσης TCH (Full rate, TCH/F) ρυθµός µετάδοσης πληροφορίας 22.8 kbit/s. o Μισού Ρυθµού Μετάδοσης TCH (Half rate, TCH/H)-ρυθµός µετάδοσης πληροφορίας 11.4 kbit/s. Κανάλια Σηµατοδοσίας/Ελέγχου (Signalling/Control Channels) τα οποία µεταφέρουν µηνύµατα σηµατοδοσίας ανάµεσα στο κινητό χρήστη και το δίκτυο. Ανάλογα µε τη λειτουργικότητα των διακινούµενων σηµάτων τα κανάλια ελέγχου διακρίνονται σε τρεις µεγάλες κατηγορίες: o Κανάλια Ευρείας Μετάδοσης (Broadcast CΗannels, BCH) o Κοινόχρηστα Κανάλια Ελέγχου (Common Control CHannels, CCCH) o Αφιερωµένα Κανάλια Ελέγχου (Dedicated Control CHannels, DCCH) Τα BCH κανάλια µεταδίδονται σε µία και µόνο συχνότητα σε κάθε κελί και µεταδίδουν πληροφορία, η οποία είναι απαραίτητη για κάθε νεοεισερχόµενο χρήστη. Υπάρχουν τρία διαφορετικά BCH κανάλια: Frequency Correction CHannel (FCCH), το οποίο µεταδίδει µόνο λογικά 0. Η µετάδοση των 0 οδηγεί στην ανίχνευση της BCH φέρουσας συχνότητας, γεγονός που επιτρέπει στο MS να συντονιστεί στην BCH συχνότητα και στη συνέχεια να ανακτήσει σηµαντικές πληροφορίες από τα SCH και BCCH κανάλια (που µεταδίδονται στην ίδια συχνότητα). Synchronization CHannel (SCH), το οποίο µεταδίδει πληροφορία για τον αριθµό του TDMA πλαισίου (frame) και επιτρέπει τον συγχρονισµό του MS σε επίπεδο πλαισίου. Επίσης, στο SCH κανάλι µεταφέρεται πληροφορία για την ταυτότητα του BTS (BSIC=[Network Color Code]+[Base Station Color Code]=NCC+BCC). Broadcast Control CHannel (BCCH), το οποίο µεταδίδει την ταυτότητα της περιοχής θέσης (Location Area Identity, LAI=[Mobile Country Code]+[Mobile Network Code]+[Location Area Code]=MCC+MNC+LAC), τη µέγιστη επιτρεπόµενη ισχύ εκποµπής στο κελί, τις συχνότητες των καναλιών που χρησιµοποιούνται στο κελί, τις BCH συχνότητες των γειτονικών κελιών έτσι ώστε να µπορούν να γίνονται µετρήσεις, στοιχεία για τη χρήση του CCCH καναλιού κλπ. Τα CCCH κανάλια είναι κοινόχρηστα υπό την έννοια ότι χρησιµοποιούνται για επικοινωνία µεταξύ MS και δικτύου ενώ δεν έχει δεσµευτεί κάποιο αφιερωµένο κανάλι επικοινωνίας. Υπάρχουν τρία διαφορετικά CCCH κανάλια και µεταδίδονται επίσης στην BCH συχνότητα. Paging CHannel (PCH): Το MS «ακούει» σε τακτά χρονικά διαστήµατα το PCH για να διαπιστώσει εάν υπάρχουν εισερχόµενες κλήσεις και (SMS) µηνύµατα. To paging µήνυµα περιέχει το IMSI ή ένα προσωρινό IMSI (Temporary IMSI, TMSI) 6

7 προκειµένου να είναι δυνατή η αναγνώριση του πραγµατικού αποδέκτη του µηνύµατος. To PCH µεταδίδεται µόνο στην downlink (BTS MS) κατεύθυνση. Random Access CHannel (RACH): Το RACH χρησιµοποιείται εάν το ΜS θέλει να ζητήσει ένα αφιερωµένο κανάλι ελέγχου (σηµατοδοσίας). Το RACH µεταδίδεται µόνο στο uplink. Access Grant CHannel (AGCH): Με το AGCH το δίκτυο αποδίδει ένα αφιερωµένο κανάλι ελέγχου (σηµατοδοσίας) Το AGCH µεταδίδεται µόνο στην downlink κατεύθυνση. Τα DCCH είναι αφιερωµένα κανάλια σηµατοδοσίας/ελέγχου υπό την έννοια ότι αποδίδονται για χρήση από το δίκτυο σε συγκεκριµένο χρήστη. Υπάρχουν τρία διαφορετικά DCCH κανάλια: Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH): To SDCCH χρησιµοποιείται για τη διαδικασία αποκατάστασης κλήσης (call setup) καθώς και για τη µετάδοση SMS, όταν το MS δεν είναι κατειληµµένο (idle mode). Το SDCCH µεταδίδεται τόσο στην uplink όσο και την downlink κατεύθυνση. Όταν η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης ολοκληρωθεί το MS καθοδηγείται για τη χρήση ενός συγκεκριµένου TCH. Slow Associated Control CΗannel (SACCH): Το SACCH συνδέεται φυσικά µε ένα SDCCH ή TCH (δηλ. χρησιµοποιούν το ίδιο φυσικό κανάλι). Στην uplink κατεύθυνση, το MS στέλνει αποτελέσµατα µετρήσεων από το τρέχων BTS καθώς και από γειτονικά BTSs. Στην downlink κατεύθυνση, το MS λαµβάνει εντολές σχετικά µε την ισχύ εκποµπής του (power control commands) καθώς και για το χρόνο εκποµπής (timing advance). Fast Associated Control CHannel (FACCH): Το FACCH χρησιµοποιείται στην περίπτωση του Handover. To FACCH λειτουργεί «κλέβοντας» χρόνο από το κανάλι οµιλίας. I Φυσικά Κανάλια To GSM υιοθετεί µια TDMA/FDD τεχνική πολλαπλής πρόσβασης χρησιµοποιώντας τις περιοχές συχνοτήτων που καταγράφονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. GSM Φάσµα Συχνοτήτων Λειτουργίας GSM 900(E-GSM) GSM 1800 GSM 1900 Uplink (880) MHz MHz MHz Downlink (925) MHz MHz MHz Κάθε κανάλι καταλαµβάνει ένα εύρος συχνοτήτων 200 khz και κατά συνέπεια στο σύνολο του διαθέσιµου εύρους ζώνης συχνοτήτων προκύπτουν: 124 full duplex κανάλια για το GSM 900 και επιπλέον 50 κανάλια για το Ε-GSM. 374 full duplex κανάλια για το GSM full duplex κανάλια για το GSM

8 Πίνακας 2. Αρίθµηση GSM Καναλιών (ARFCN) GSM900 (MHz) E-GSM (MHz) GSM1800 (MHz) Uplink f ul (n)= n f ul (n)= (n-1024) f ul (n)= (n-511) Downlink f dl (n)= f ul (n) +45 f dl (n)= f ul (n) +45 f dl (n)= f ul (n) +95 ARFCN(=n) 0 n n n 885 Στις εσωτερικές διαδικασίες του GSM συστήµατος, η αναφορά στα προαναφερόµενα κανάλια γίνεται µε τη χρήση ενός αριθµού καναλιού, ο οποίος ονοµάζεται Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN). Η συσχέτιση της ARFCN αρίθµηση των καναλιών και των συχνοτήτων λειτουργίας των καναλιών παρουσιάζεται στον Πίνακα 2. Με τη υιοθέτηση της TDMA τεχνικής τα προαναφερόµενα κανάλια διαιρούνται σε οκτώ χρονοθυρίδες (time slots, TS). Το κάθε TS έχει διάρκεια 577 µs και ορίζει την έννοια του φυσικού καναλιού (Physical Channel) για το GSM. Τα οκτώ TS ορίζουν ένα πλαίσιο (frame) διάρκειας ms. Το Σχήµα 4 αναπαριστά τη δοµή των φυσικών καναλιών στο πεδίο των συχνοτήτων και του χρόνου. frequency MHz 124 downlink channels (200 khz) MHz 124 uplink channels (200 khz) time GSM TDMA frame ms GSM time-slot (normal burst) guard space tail user data S Training S user data tail 3 bits 57 bits 1 26 bits 1 57 bits 3 guard space µs 577 µs Σχήµα 4. GSM 900 Φυσικά Κανάλια H ροή της πληροφορίας ανάµεσα στο MS και το δίκτυο, όπως έχει ήδη έχει αναφερθεί, είναι οµαδοποιηµένη σε µια σειρά από λογικά κανάλια. Βέβαια, η φυσική µετάδοση της πληροφορίας, που περιέχεται στα λογικά κανάλια, πραγµατοποιείται πάνω από ένα φυσικό κανάλι. Το γεγονός αυτό προϋποθέτει την αντιστοίχηση των λογικών καναλιών σε φυσικά κανάλια, όπως περιγράφεται στην επόµενη ενότητα. Ι Αντιστοίχηση Λογικών και Φυσικών Καναλιών Τα GSM φυσικά κανάλια χρησιµοποιούνται από οµάδες λογικών καναλιών σύµφωνα µε τους ακόλουθους συνδυασµούς: (i) TCH/F+FACCH/F+SACCH/F 8

9 (ii) TCH/H(0,1)+FACCH/H(0,1)+SACCH/H(0,1) (iii) TCH/H+FACCH/H+SACCH/H (iv) (v) (vi) FCCH+SCH+BCCH+CCCH FCCH+SCH+BCCH+CCCH+SDCCH/4+SACCH/4 BCCH+CCCH (vii) SDCCH/8+SACCH/8 Κάθε ένας από τους προαναφερόµενους συνδυασµούς αντιστοιχεί σε ένα φυσικό κανάλι υπό την εξής έννοια: Συνδυασµός (i)-(ii)-(iii) Ο συνδυασµός (i) αναφέρεται στα κανάλια δεδοµένων πλήρους ρυθµού µετάδοσης τα οποία σε µια περίοδο 26 επαναλήψεων του ιδίου TS µεταδίδουν 24 φορές δεδοµένα, 1 φορά µετρήσεις (uplink) ή εντολές ελέγχου ισχύος (downlink) και 1 φορά δεν το χρησιµοποιούν. Το Σχήµα 5 (α) αναπαριστά το προαναφερόµενο σχήµα µε τους ακόλουθους συµβολισµούς: το Τ αντιστοιχεί στο TS δεδοµένων, το Α στο TS µετρήσεων/ελέγχου ισχύος και το Ι (Idle) στο TS το οποίο δε χρησιµοποιείται. TDMA-frame T T T T T T T T T T T T A T T T T T T T T T T T T I 26 frames = 120 ms Multiframe for full-rate channel 0: 1: T T T T T T A T T T T T T T T T T T T T T T Multiframe for half-rate channels (0.1) T T T A Σχήµα 5. Αντιστοίχηση λογικών & φυσικών καναλιών για τον συνδυασµό (i) και (ii) Ο συνδυασµός (ii) αναφέρεται στα κανάλια δεδοµένων µισού ρυθµού µετάδοσης τα οποία σε µια περίοδο 26 πλαισίων χρησιµοποιούν ένα TS 12 φορές για τη µεταφορά δεδοµένων, 1 φορά για τη µετάδοση µετρήσεων (uplink) ή εντολών ελέγχου ισχύος (downlink). Στη διάρκεια της ίδιας περιόδου ένας διαφορετικός χρήστης µπορεί επίσης να χρησιµοποιήσει την ίδια χρονοθυρίδα 12 φορές για τη µεταφορά δεδοµένων και 1 φορά για τη µετάδοση µετρήσεων (uplink) ή εντολών ελέγχου ισχύος (downlink). Το Σχήµα 5 (β) αναπαριστά το προαναφερόµενο σχήµα µε τους ακόλουθους συµβολισµούς: το Τ0/ Τ1 και Α0/Α1 αντιστοιχούν στα κανάλια δεδοµένων και ελέγχου των χρηστών 0 και 1, αντίστοιχα. Ο συνδυασµός (iii) είναι ανάλογος του συνδυασµού (ii) µε τη διαφορά ότι ο ίδιος χρήστης µπορεί να χρησιµοποιήσει δύο κανάλια µισού ρυθµού µετάδοσης προκειµένου π.χ. να υποστηρίξει ταυτόχρονη µετάδοση φωνής και δεδοµένων. To FACCH δεν αναφέρεται στην προαναφερόµενη περιγραφή διότι όταν ενεργοποιείται καταλαµβάνει TS δεδοµένων. Αυτό συµβαίνει όταν ανταλλάσσεται σηµατοδοσία που αφορά στις διαδικασίες handover. 9

10 Συνδυασµοί (iv)-(v)-(vi) Ο συνδυασµός (iv) αναφέρεται στην φυσική υλοποίηση των BCH λογικών καναλιών. Συγκεκριµένα, σε µία downlink συχνότητα και στο TS 0 κάθε κελιού µεταδίδεται πληροφορία των λογικών καναλιών FCH, SCH, BCCH και CCCH (στο Σχήµα 6 σηµειώνονται ως F, S, B και C αντίστοιχα). Σύµφωνα µε την εικονιζόµενη δοµή στη διάρκεια 51 frames το TS 0 χρησιµοποιείται: α) 5 φορές για τη µεταφορά FCH πληροφορίας, β) 5 φορές για τη µεταφορά SCH πληροφορίας, γ) 4 φορές για τη µεταφορά BCCH πληροφορίας και δ) (4x9=) 36 φορές για τη µεταφορά CCCH πληροφορίας (δηλ. PCH και AGCH πληροφορία). Τέλος, αξίζει να σηµειωθεί ότι στην uplink κατεύθυνση της ίδιας συχνότητας το φυσικό κανάλι µεταφέρει αποκλειστικά την πληροφορία του RACH καναλιού. Σχήµα 6. Αντιστοίχηση λογικών & φυσικών καναλιών για τον συνδυασµό (iv) Ο συνδυασµός (v) αποτελεί µια παραλλαγή του συνδυασµού (iv) που µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε περιοχές µε µικρή τηλεπικοινωνιακή κίνηση. Σε αυτές τις περιπτώσεις το TS 0 χρησιµοποιείται τόσο για την υποστήριξη BCH όσο και DCCH καναλιών προκειµένου να εξοικονοµηθούν TCH. Ο συνδυασµός (vi) ενδείκνυται να χρησιµοποιείται σε περιπτώσεις όπου υπάρχουν αυξηµένες ανάγκες από την άποψη της τηλεπικοινωνιακής κίνησης. Σε αυτές τις περιπτώσεις λειτουργούν παράλληλα οι συνδυασµό (iv) και (vi). Συγκεκριµένα, ο συνδυασµός (vi) υποστηρίζει τη µεταφορά πληροφορίας BCCH και CCCH στα TS 2, 4 και 6. TDMA Frames * D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7 A0 A4 A1 A5 A2 A6 A3 A7 I I I I I I * SDCCH + SACCH (downlink) TDMA Frames * A5 A1 A6 A2 A7 A3 I I I I I I D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7 A0 A4 * SDCCH + SACCH (uplink) Σχήµα 7. Αντιστοίχηση λογικών και φυσικών καναλιών για το συνδυασµό (v) 10

11 Συνδυασµός (vii) Ο συνδυασµός (vii) αναφέρεται στα κανάλια σηµατοδοσίας τα οποία σχετίζονται µε ένα κανάλι δεδοµένων και τα οποία σε µια περίοδο 51 επανάληψεων της ίδιας χρονοθυρίδας χρησιµοποιούν το TS 8 φορές για τη µεταφορά σηµατοδοσίας 8 διαφορετικών χρηστών (βλέπε D 0, D 1, D 7 στο Σχήµα 7). Παράλληλα, η ίδια χρονοθυρίδα χρησιµοποιείται 4 φορές από τους 8 διαφορετικούς χρήστες (βλέπε Α 0, Α 1, Α 7 του Σχήµατος 7)για τη µετάδοση µετρήσεων (uplink) ή εντολών ελέγχου ισχύος (downlink). Ι.3.3 Υπόστρωµα Στρώµα CM Το υπόστρωµα ιαχείριση Συνδέσεων (Connection Management, CM) υποστηρίζει τη διαχείριση κλήσεων φωνής, SMS καθώς και συµπληρωµατικών υπηρεσιών. Ουσιαστικά αποτελεί µια παραλλαγή του ISDN συνδροµητικού πρωτόκολλου (ITU-T Q.931), προκειµένου να ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες των ασύρµατων επικοινωνιών. Σύµφωνα µε τις GSM προδιαγραφές το CM περιλαµβάνει τις ακόλουθες ενότητες διαδικασιών: διαδικασίες αποκατάστασης κλήσης, διαδικασίες οι οποίες λαµβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια µιας ενεργής κλήσης, διαδικασίες απόλυσης κλήσης, διαδικασίες συµπληρωµατικών υπηρεσιών και διάφορες επιπρόσθετες διαδικασίες οι οποίες δεν µπορούν να περιληφθούν σε µια σαφή ενότητα Οι προαναφερόµενες διαδικασίες υλοποιούνται µε την ανταλλαγή των µηνυµάτων σηµατοδοσίας στρώµατος 3 που περιέχονται στον Πίνακα 3. Πίνακας 3. CM Μηνύµατα Σηµατοδοσίας Μηνύµατα Αποκατάστασης Κλήσης Alerting Call proceeding Connect Connect acknowledge Emergency setup Progress Setup Μηνύµατα Ενεργής Φάσης της Κλήσης Modify Modify complete Modify reject User information Μηνύµατα Απόλυσης Κλήσης Disconnect Release Release complete Μηνύµατα Συµπληρωµατικών Υπηρεσιών Facility Hold Hold acknowledge Hold reject Retrieve Retrieve acknowledge Retrieve reject ιάφορα Επιπρόσθετα Μηνύµατα Congestion control Notify Start DTMF Start DTMF acknowledge Start DTMF reject Status Status enquiry Stop DTMF Stop DTMF acknowledge 11

12 ιαδικασίες Αποκατάστασης Κλήσης Ο κινητός χρήστης εκκινεί µια διαδικασία αποκατάστασης κλήσης όταν πληκτρολογεί έναν αριθµό και επιλέγει την επιλογή αποστολής του (mobile originating call). Στην περίπτωση της εισερχόµενης κλήσης η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης εκκινεί όταν ο κινητός χρήστης αντιλαµβάνεται ότι στο κοινόχρηστο κανάλι του κελιού BCH και ειδικότερα στο λογικό κανάλι PCH εκπέµπεται ένα paging µήνυµα το οποίο αναφέρει την ταυτότητα του (IMSI ή TMSI). Σε κάθε περίπτωση το υπόστρωµα RRM υποστηρίζει τη δέσµευση ενός καναλιού σηµατοδοσίας (SDCCH) µέσω του οποίου αποστέλλεται ένα µήνυµα Setup και κάτω από φυσιολογικές συνθήκες ανταλλάσσονται µηνύµατα όπως το Call Proceeding και το Alert. Τελικά, όταν τα ανταλλάσσονται τα µηνύµατα Connect και Connect Acknowledgment η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης ολοκληρώνεται και η κλήση εισέρχεται στην ενεργό κατάσταση (active state). ιαδικασίες Ενεργής Φάσης Κατά τη διάρκεια της ενεργής φάσης της κλήσης µπορούν να ανταλλαγούν µηνύµατα τα οποία ενηµερώνουν για γεγονότα ή αλλαγές σχετικά µε την κλήση. Σε αυτές τις περιπτώσεις ένα µήνυµα Notify µπορεί να ανταλλαχθεί προκειµένου να ενηµερώσει για ένα γεγονός όπως την τοποθέτηση της κλήσης σε αναµονή. Επίσης, η ανταλλαγή του µηνύµατος Modify µπορεί να ενηµερώσει για την αλλαγή του τύπου της κλήσης προκειµένου να υποστηριχθούν δύο παράλληλες υπηρεσίες όπως φωνή και δεδοµένα σε εναλλαγή. ιαδικασίες Απόλυσης Κλήσης Οι διαδικασίες απόλυσης κλήσης εκκινούν µε την αποστολή ενός µηνύµατος Disconnect το οποίο ακολουθείται από την ανταλλαγή µηνυµάτων Release και στη συνέχεια Release Complete. Μετά τη λήψη του µηνύµατος Release Complete όλες οι λογικές και φυσικές συνδέσεις της κλήσης απολύονται. ιάφορες Επιπρόσθετες ιαδιακασίες Τυπικό παράδειγµα επιπρόσθετων διαδικασιών είναι η ανταλλαγή DTMF τόνων οι οποίοι αντιστοιχούν σε ψηφία του πληκτρολόγιου της τηλεφωνικής συσκευής. Σε αυτή τη διαδικασία ανταλλάσσονται τα Start/Stop DTMF και Start/Stop DTMF acknowledgement. Για παράδειγµα, όταν ένα συνδροµητής επιλέγει ένα πλήκτρο στο DTMF πληκτρολόγιο, το MS αποστέλλει ένα µήνυµα Start DTMF το οποίο περιέχει την τιµή του ψηφίου που επιλέχθηκε. Όταν το δίκτυο λάβει το µήνυµα επιστρέφει µια επιβεβαίωση µε το µήνυµα Start DTMF Acknowledgement. Η απελευθέρωση του πλήκτρου από τον χρήστη έχει σαν αποτέλεσµα την αποστολή του µηνύµατος Stop DTMF το οποίο στη συνέχεια επιβεβαιώνεται από το δίκτυο µε την επιστροφή του µηνύµατος Stop DTMF Acknowledge. Υπηρεσίες Συµπληρωµατικών Υπηρεσιών Οι διαδικασίες συµπληρωµατικών υπηρεσιών υποστηρίζουν ενέργειες όπως η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση συµπληρωµατικών υπηρεσιών (µήνυµα Facility) ή εκτέλεση συναφών µε αυτές ενεργειών όπως η τoτοποθέτηση µιας κλήσης σε αναµονή και η ανάκτηση της (Hold/Hold Retrieve). 12

13 I.3.4. Στρώµα RRM Το υπόστρωµα RRM προσφέρει υπηρεσίες στα υποστρώµατα CM και MM. Στα πλαίσια αυτά είναι κυρίως υπεύθυνο για την αποκατάσταση, διατήρηση και αποδέσµευση των ασύρµατων καναλιών µεταξύ του MS και του δικτύου. Αυτού του τύπου οι διαδικασίες κατηγοριοποιούνται σαν RR διαδικασίες σε καθεστώς σύνδεσης (connected mode) και περιλαµβάνουν : διαδικασίες δέσµευσης και αποδέσµευσης ασύρµατων καναλιών, διαδικασίες κρυπτογράφησης, διαδικασίες µετρήσεων, διαδικασίες Handover, διαδικασίες αλλαγής συχνοτήτων, διαδικασίες αλλαγής των χαρακτηριστικών της µετάδοσης διαδικασίες επιπρόσθετης ανάθεσης καναλιού διαδικασίες µερικής απόλυσης καναλιού Πίνακας 4. RR Μηνύµατα Σηµατοδοσίας Paging Μηνύµατα Paging request type 1 Paging request type 2 Paging request type 3 Paging response Μηνύµατα δέσµευσης καναλιού Additional assignment Immediate assignment Immediate assignment extended Immediate assignment REJECT Μηνύµατα αποδέσµευσης καναλιού Channel release Partial release Partial release complete Μηνύµατα Κρυπτογράφησης Ciphering mode command Ciphering mode complete Handover Μηνύµατα Assignment command Assignment complete Assignment failure Handover access Handover command Handover complete Handover failure Physical information Μηνύµατα Συστήµατος System information type 1 System information type 2 System information type 2bis System information type 2ter System information type 3 System information type 4 System information type 5 System information type 5bis System information type 5ter System information type 6 System information type 7 System information type 8 ιάφορα Επιπρόσθετα Μηνύµατα Channel mode modify Channel mode modify acknowledge Channel request Classmark change Classmark enquiry Frequency redefinition Measurement report Synchronization channel information Synchronization channel information RR status 13

14 Εκτός από τις προαναφερόµενες RRΜ διαδικασίες υπάρχουν και ορισµένες διαδικασίες οι οποίες λαµβάνουν χώρα όταν δεν υπάρχει µια αφιερωµένη RR σύνδεση. Οι διαδικασίες αυτές υποστηρίζουν την παρακολούθηση των πληροφοριών οι οποίες εκπέµπονται από την κοινόχρηστη συχνότητα του κελιού π.χ. BCCH πληροφορία, η οποία επιτρέπει την επιλογή ενός κελιού όταν ανοίγει το MS ή PCH πληροφορία, η οποία επιτρέπει την ενηµέρωση για την ύπαρξη εισερχόµενων κλήσεων. Συνολικά όλες οι RRM διαδικασίες υλοποιούνται µε την ανταλλαγή των µηνυµάτων σηµατοδοσίας τα οποία περιέχονται στον Πίνακα 4. ιαδικασίες Αναζήτησης Σε τακτά χρονικά διαστήµατα το MS παρακολουθεί το PCH κανάλι προκειµένου να ενηµερωθεί για την ύπαρξη εισερχόµενης κλήσης ή SMS. Η πληροφορία αυτή περιέχεται στα µηνύµατα Paging Request τα οποία περιέχουν την ταυτότητα του MS µε τη µορφή του IMSI ή του TMSI. Συγκεκριµένα, υπάρχουν τρείς τύποι µηνυµάτων Paging Request (type 1, 2 or 3) και κάθε ένα από αυτά περιέχει διαφορετικό αριθµό από MS (µέχρι 2, 3 ή 4 MSs, αντίστοιχα) Σε απάντηση ενός µηνύµατος Paging το MS εκκινεί µια διαδικασία δέσµευσης ενός ασύρµατου καναλιού (βλέπε επόµενη υποενότητα). Μετά την ανάθεση του καναλιού ένα µήνυµα Paging Response ολοκληρώνει το κύκλο της διαδικασίας. ιαδικασίες έσµευσης Ασύρµατου Καναλιου Η διαδικασία δέσµευσης ασύρµατου καναλιού ξεκινά από το MS στην περίπτωση µιας εξερχόµενης ή εισερχόµενης κλήσης. Ουσιαστικά, η διαδικασία δέσµευσης ενός καναλιού αρχίζει µε την αποστολή ενός µηνύµατος Channel Request στο κανάλι RACH. Στη συνέχεια, το δίκτυο αναθέτει ένα αφιερωµένο κανάλι στο MS µε την αποστολή ενός µηνύµατος Immediate Assignment ή Immediate Assignment Extended. ιαδικασίες Αποδέσµευσης Ασύρµατου Καναλιού Οι διαδικασίες αποδέσµευσης καναλιού αφορούν περιπτώσεις όπως: (α) την αποδέσµευση ενός καναλιού TCH µετά την απόλυση µιας κλήσης και (β) την αποδέσµευση ενός αφιερωµένου καναλιού σηµατοδοσίας (DCCH). Οι διαδικασίες αποδέσµευσης καναλιού στο επίπεδο του RR ξεκινούν από το δίκτυο µε την αποστολή ενός µηνύµατος Channel Release στο MS. Με τη λήψη του µηνύµατος Channel Release το MS εκκινεί ένα χρονοµέτρητη και αποδεσµεύει τη ζεύξη σηµατοδοσίας. Όταν ο χρονοµετρητής εκπνέει ή η απόλυση επιβεβαιώνεται το MS αποδεσµεύει όλες τις σχετικές λογικές και φυσικές συνδέσεις ιαδικασίες Κρυπτογράφησης Η διαδικασία Κρυπτογράφησης (Ciphering) χρησιµοποιείται από το δίκτυο προκειµένου να καθορισθεί ο ακριβής τρόπος µε τον οποίο η κρυπτογράφηση θα εκτελεστεί π.χ. είδος αλγόριθµου και παράµετροι εισόδου. Το δίκτυο ξεκινά τις διαδικασίες κρυπτογράφησης µε την αποστολή ενός µηνύµατος Ciphering Mode Command στο MS. Όταν το MS λαµβάνει το µήνυµα Ciphering Mode Command απαντά µε το µήνυµα Ciphering Mode Complete και η διαδικασία ολοκληρώνεται. 14

15 ιαδικασίες Handover Η διαδικασία Handover εγγυάται την αδιάλειπτη σύνδεση του MS όταν αυτό αλλάζει ασύρµατο κανάλι. Ο πλέον τυπικός λόγος για να συµβεί αυτό είναι η αλλαγή κελιού όταν οι συνθήκες κάλυψης στο προηγούµενο κελί επιδεινώνονται. Η διαδικασία του Handover διαρκεί έως και 60ms προκειµένου να αποφευχθεί ο κίνδυνος απόρριψης της κλήσης. Σε κάθε περίπτωση η διαδικασία του Handover ξεκινά από την πλευρά του δικτύου µε την αποστολή ενός µηνύµατος Handover Command προς το MS. Με την ανταλλαγή των µηνυµάτων Handover Access και Physical Information ανάµεσα στο MS και το νέο σταθµό βάσης υποστηρίζεται η προετοιµασία της µετάβασης στο νέο κανάλι. Εφόσον, εξασφαλισθούν οι προϋποθέσεις µετάβασης στο νέο κανάλι το MS απαντά µε ένα µήνυµα Handover Complete και η διαδικασία ολοκληρώνεται. Στην περίπτωση που το Handover αφορά την αλλαγή καναλιού στο ίδιο κελί µπορούν να χρησιµοποιηθούν µηνύµατα δέσµευσης καναλιού. Σε αυτές τις περιπτώσεις το δίκτυο εκκινεί τη διαδικασία µε την αποστολή ενός µηνύµατος Assignment Command προς το MS. Κάτω από φυσιολογικές συνθήκες το MS απαντά µε την αποστολή ενός µηνύµατος Assignment Complete το οποίο σηµατοδοτεί την επιτυχηµένη ολοκλήρωση της διαδικασίας. ιαδικασίες Μεταπήδησης Συχνότητας (Frequency Hopping) Η διαδικασία Μεταπήδησης στη Συχνότητα (Frequency Hopping) αποτελεί µια τεχνική η οποία µειώνει το επίπεδο των παρεµβολών που οφείλονται στην επαναχρησιµοποίηση των ιδίων συχνοτήτων σε γειτονικά κελιά. Όταν η διαδικασία αλλαγής συχνότητας ενεργοποιηθεί στο MS, το δίκτυο προσδιορίζει µια οµάδα από RF κανάλια και ένα αλγόριθµο µε τον οποίο το MS µπορεί να υπολογίσει τη σειρά µε µε την οποία µπορεί να τα χρησιµοποιεί. Προκειµένου να υποστηριχθεί ο προαναφερόµενος τύπος διαφορικής λήψης το δίκτυο αποστέλλει στο MS ένα µήνυµα Frequency Redefinition, το οποίο περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες. ιαδικασίες Αποστολής Μετρήσεων από το MS Σε τακτά χρονικά διαστήµατα το MS αποστέλλει Measurement Report µηνύµατα προς το δίκτυο. Αυτά τα µηνύµατα περιλαµβάνουν µετρήσεις του σήµατος που λαµβάνει το MS από το BTS του κελιού του καθώς και από BTS γειτονικών κελιών. Αυτές οι downlink µετρήσεις συνδυάζονται µε τις uplink µετρήσεις του BTS και αποστέλλονται στο BSC για αξιολόγηση. Η δυνατότητα για τη διεξαγωγή µετρήσεων βασίζεται στη γνώση µιας λίστα από συχνότητες /κελιά τα οποία πρέπει να παρακολουθούνται από το MS. Η γνώση αυτής της πληροφορίας υπάρχει διότι: (i) στο κανάλι BCCH µεταδίδονται µηνύµατα όπως τα System Information 2 και προαιρετικά System Information 2bis και/ή System Information 2ter και (ii) στο κανάλι SACCH µεταδίδονται µηνύµατα όπως το System Information 5 και προαιρετικά τα System Information 5bis και/η 5ter. ιαδικασίες Αλλαγής τρόπου µετάδοσης Οι διαδικασίες αλλαγής του τρόπου µετάδοσης επιτρέπουν στο δίκτυο να αιτηθεί την αλλαγή της µετάδοσης και λήψης στο κανάλι. Το δίκτυο ξεκινά τη διαδικασία αλλαγής του τρόπου µετάδοσης µε την αποστολή ενός µηνύµατος Channel Mode Modify προς το MS. Όταν το MS λάβει αυτό το µήνυµα, υιοθετεί 15

16 τις προτεινόµενες αλλαγές και απαντά µε την αποστολή ενός µηνύµατος Channel Mode Modify Acknowledge. ιαδικασίες Ανάθεσης Πρόσθετου Καναλιού Οι διαδικασίες Ανάθεσης Πρόσθετου Καναλιού υποστηρίζουν τη δέσµευση ενός επιπλέον αφιερωµένου καναλιού για το MS. Για παράδειγµα η διαδικασία αυτή µπορέι να υποστηρίξει τη µετάβαση από το λογικό κανάλι TCH/H + xacchs στο λογικό κανάλι TCH/H + TCH/H + xacchs. Το δίκτυο ξεκινά τη διαδικασία ανάθεσης πρόσθετου καναλιού µε την αποστολή ενός µηνύµατος Additional Assignment προς το MS. Με την λήψη του µηνύµατος το MS ενεργοποιεί το νέο κανάλι και απαντά µε την αποστολή ενός µηνύµατος Assignment Complete που υποδηλώνει την επιτυχή µετάβαση στο νέο σχήµα και την ολοκλήρωση της διαδικασίας. ιαδικασίες Μερικής Αποδέσµευσης Καναλιών Ουσιαστικά οι διαδικασίες µερικής αποδέσµευσης καναλιών αποτελούν την αναίρεση των διαδικασιών µερικής ανάθεσης πρόσθετου καναλιού η οποία συζητήθηκε στην προηγούµενη ενότητα. Συνεπώς, ο σκοπός της είναι η απενεργοποίηση µέρους από τα αφιερωµένα κανάλια τα οποία ήδη έχουν δεσµευθεί. Το δίκτυο εκκινεί τη διαδικασία µερικής αποδέσµευσης καναλιού µε την αποστολή ενός µηνύµατος Partial Release προς το MS. Με την λήψη του µηνύµατος το MS απενεργοποιεί το εν λόγω κανάλι και απαντά µε τη αποστολή ενός µηνύµατος Partial Release Complete που σηµατοδοτεί την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Ι.3.5. ιαχείριση Κινητικότητας (Mobility Management) Το υπόστρωµα της διαχείρισης της κινητικότητας υποστηρίζει διαδικασίες διαχείρισης της κινητικότητας των χρηστών καθώς και διαδικασίες οι οποίες σχετίζονται µε ζητήµατα ελέγχου της Νοµιµότητας Πρόσβασης (Authentication) στο δίκτυο. Η υποστήριξη της κινητικότητας των χρηστών κύρια σχετίζεται µε την εξασφάλιση της γνώσης της θέσης των χρηστών έτσι ώστε να είναι εφικτή η δροµολόγηση εισερχόµενων κλήσεων προς MS. Τυπικά οι διαδικασίες ΜΜ κατηγοριοποιούνται σε τρείς οµάδες: Γενικές MM διαδικασίες, οι οποίες περιλαµβάνουν τις διαδικασίες ανάθεσης TMSI, ελέγχου της νοµιµότητας της πρόσβασης, αναγνώρισης ταυτότητας, σύνδεσης και απόρριψης σύνδεσης µε το δίκτυο. Ειδικές MM διαδικασίες, οι οποίες περιλαµβάνουν τη φυσιολογική και την περιοδική ενηµέρωση θέσης καθώς και τη διαδικασία σύνδεσης µε το δίκτυο. MM διαδικασίες διαχείρισης σύνδεσης οι οποίες προσφέρουν υπηρεσίες στο υπόστρωµα CM. Οι προαναφερόµενες διαδικασίες υλοποιούνται µε την ανταλλαγή των µηνυµάτων σηµατοδοσίας στρώµατος 3 που περιέχονται στον Πίνακα 5. 16

17 Πίνακας 5. ΜΜ Μηνύµατα Σηµατοδοσίας Μηνύµατα των Γενικών MM ιαδικασιών Authentication reject Authentication request Authentication response Identity request Identity response TMSI reallocation command TMSI reallocation complete Abort IMSI detach indication ιάφορα Μηνύµατα MM status Μηνύµατα των Ειδικών MM ιαδικασιών Location updating accept Location updating reject Location updating request Μηνύµατα ιαδικασιών ιαχείρισης Σύνδεσης CM service accept CM service reject CM service abort CM service request CM reestablishment request Γενικές MM ιαδικασίες ιαδικασίες Απόδοση TMSI Οι διαδικασίες απόδοσης του TMSI έχουν ως σκοπό να προστατεύσουν την ανωνυµία του χρήστη κατά την επικοινωνία του πάνω από το ασύρµατο κανάλι. Υπό αυτή τη έννοια ένα περιστασιακό IMSI αποδίδεται από το δίκτυο σε κάθε χρήστη και µεταδίδεται αντί του πραγµατικού IMSI στα µηνύµατα που ανταλλάσσονται στο ασύρµατο κανάλι. Συνήθως, το δίκτυο αποδίδει το TMSI σε κρυπτογραφηµένη µορφή και τυπικά αυτό συµβαίνει µε αφορµή άλλες διαδικασίες π.χ. φυσιολογική ενηµέρωση θέσης ή αποκατάσταση κλήσης. Το δίκτυο ξεκινά τη διαδικασία ανάθεσης TMSI µε την αποστολή του µηνύµατος TMSI Reallocation Command προς το MS. Το µήνυµα TMSI Reallocation Command περιλαµβάνει: (α) ένα νέο συνδυασµό ενός TMSI και µιας περιοχής θέσης (Location Area Identity, LAI) ο οποίος αποδίδεται από το δίκτυο η (β) το LAI και το IMSI στην περίπτωση που το TMSI ακυρώνεται. Όταν το MS λάβει το µήνυµα TMSI Reallocation Command καταχωρεί το LAI στη SIM. Εάν η ταυτότητα που περιλαµβάνεται στο µήνυµα είναι το IMSI τότε το MS ακυρώνει το υπάρχων TMSI. Αντίθετα, εάν η ταυτότητα που περιλαµβάνεται στο µήνυµα είναι το TMSI τότε το ΜS καταχωρεί το TMSI στη SIM προκειµένου να το χρησιµοποιήσει. Σε κάθε περίπτωση το MS απαντά µε την αποστολή ενός µηνύµατος TMSI Reallocation Command Complete προς το δίκτυο. ιαδικασίες Έλεγχου Νοµιµότητας Οι διαδικασίες ελέγχου της νοµιµότητας της πρόσβασης στο δίκτυο εξασφαλίζουν την αναγνώριση των νόµιµων συνδροµητών του δικτύου υποβάλλοντας τους σε µια δοκιµασία. Όταν το MS αιτείται σύνδεσης το δίκτυο του επιστρέφει ένα τυχαίο αριθµό ο οποίος ονοµάζεται RAND. Ο αριθµός RAND και το κλειδί Ki το οποίο περιέχεται στη SIM αποτελούν είσοδο σε ένα αλγόριθµο (Α3). Η τιµή που αποδίδει ο αλγόριθµος για τις δύο αυτές προαναφερόµενες τιµές εισόδου ονοµάζεται SRES και επιστρέφεται στο δίκτυο. Το δίκτυο ήδη έχει υπολογίσει το σωστό SRES και το συγκρίνει µε αυτό που έχει υπολογίσει ο χρήστης. Εάν οι δύο τιµές συµπίπτουν ο χρήστης θεωρείται νόµιµος συνδροµητής. Το δίκτυο ξεκινά τη διαδικασία έλεγχου νοµιµότητας της πρόσβασης µε την αποστολή ενός µηνύµατος Authentication Request προς το MS. Το µήνυµα Authentication Request 17

18 περιλαµβάνει την τυχαία τιµή RAND. Εφόσον, υπολογιστεί το SRES το MS αποστέλλει ένα µήνυµα Authentication Response προς το δίκτυο. ιαδικασίες Αναγνώρισης Ταυτότητας Οι διαδικασίες αναγνώρισης ταυτότητας χρησιµοποιούνται από το δίκτυο προκειµένου να αιτηθούν στο MS την αποστολή των στοιχείων της ταυτότητας του π.χ. IMSI. Το δίκτυο ξεκινά µια διαδικασία αναγνώρισης ταυτότητας µε την αποστολή του µηνύµατος Identity Request προς το MS. Με τη λήψη του µηνύµατος Identity Request το MS αποστέλλει ένα µήνυµα Identity Response το οποίο περιλαµβάνει τα στοιχεία που ζητούνται από το δίκτυο. ιαδικασίες Απόρριψης Σύνδεσης Η διαδικασία απόρριψης σύνδεσης ξεκινά από το δίκτυο προκειµένου να απορριφτεί µια εν εξελίξει ή υπάρχουσα ΜΜ σύνδεση. Η διαδικασία αυτή περιλαµβάνει µόνο ένα µήνυµα το οποίο ονοµάζεται Abort και περιέχει µία παράµετρο (Cause information) η οποία υποδηλώνει την αιτία για την απόρριψη της σύνδεσης π.χ. Cause Value 6:=Illegal ME ή cause value 17= Network failure. ιαδικασίες Αποσύνδεσης από το ίκτυο Οι διαδικασίες αποσύνδεσης από το δίκτυο ξεκινούν από το MS όταν απενεργοποιείται (Power Off) ή όταν αφαιρείται η SIM κάρτα από τη συσκευή. Η διαδικασία αυτή έχει ως σκοπό να ενηµερώσει το δίκτυο για την απενεργοποίηση του MS. Η διαδικασία περιλαµβάνει µόνο ένα µήνυµα που ονοµάζεται IMSI Detach Indication και αποστέλλεται από το MS στο δίκτυο. Ειδικές MM ιαδικασίες ιαδικασίες Φυσιολογικής Ενηµέρωσης Θέσης Οι διαδικασίες φυσιολογικής ενηµέρωσης θέσης έχουν ως σκοπό την ενηµέρωση του δικτύου για τη θέση του MS. Η είσοδος ενός MS σε ένα κελί το οποίο στο κοινόχρηστο κανάλι του (BCCH) δηλώνει ένα LAI διαφορετικό από αυτό που είναι ήδη καταχωρηµένο στη SIM του MS αποτελεί τυπικό παράδειγµα εκκίνησης αυτών των διαδικασιών. Σε αυτές τις περιπτώσεις το MS αποστέλλει ένα µήνυµα Location Updating Request το οποίο υποδηλώνει τον τύπο της ενηµέρωσης (normal). Το δίκτυο απαντά µε την αποστολή ενός µηνύµατος Location Updating Accept η Location Updating Reject προς το MS. ιαδικασίες Περιοδικής Ενηµέρωσης Θέσης Οι διαδικασίες περιοδικής ενηµέρωσης θέσης χρησιµοποιούνται για την περιοδική ενηµέρωση του δικτύου για τη διαθεσιµότητα και τη θέση του MS. Τα µηνύµατα που ανταλλάσσονται είναι αυτά που αναφέρονται στη φυσιολογική ενηµέρωση θέσης µε τις εξής διαφορές: (α) η αιτία για την εκκίνηση της διαδικασίας είναι η εκπνοή ενός χρονοµετρητή ο οποίος καθορίζεται από το δίκτυο και (β) ο τύπος της ενηµέρωσης που περιέχεται στα µηνύµατα λαµβάνει την τιµή periodic updating. ιαδικασίες Σύνδεσης στο ίκτυο Η διαδικασία σύνδεσης µε το δίκτυο αποτελεί µια διαδικασία αναίρεσης της διαδικασίας αποσύνδεσης από το δίκτυο. Συνεπώς, έχει ως σκοπό να ενηµερώσει το δίκτυο για την 18

19 παρουσία ενός MS όταν η τερµατική συσκευή ενεργοποιείται (power on), εισάγεται η κάρτα SIM ή απλά όταν το MS εισέρχεται στην περιοχή κάλυψης του δικτύου. Στην περίπτωση όπου οι προαναφερόµενες συνθήκες συµπίπτουν µε την αναγνώριση ενός νέου LAI τότε το MS εκκινεί µια διαδικασία ενηµέρωσης θέσης η οποία εµµέσως υποδηλώνει και την ενεργοποίηση του MS. Σε αυτή την περίπτωση ο τύπος της ενηµέρωσης θέσης στο µήνυµα Location Updating Request λαµβάνει την τιµή IMSI attach. MM διαδικασίες διαχείρισης σύνδεσης Ο τρίτος τύπος διαδικασιών MM αποτελεί ένα είδος παροχής υπηρεσιών προς το ανώτερο υπόστρωµα CM. Ουσιαστικά, το υπόστρωµα CM χρησιµοποιεί το MM προκειµένου να αποκαταστήσει σύνδεση µε το αντίστοιχο υπόστρωµα στην απέναντι πλευρά. Εφόσον υπάρχει µια τέτοια αίτηση από το CM, το υπόστρωµα MM αποστέλλει µια αίτηση για µια RR σύνδεση προς το υπόστρωµα RR. Όταν η RR σύνδεση αποκατασταθεί, το δίκτυο µπορεί να εκκινήσει τις Γενικές MM διαδικασίες, όπως ο έλεγχος νοµιµότητας της πρόσβασης, η απόδοση ενός TMSI. Επιπλέον, µπορεί να ζητήσει από το υπόστρωµα RR εκκινήσει διαδικασίες σχετικά µε την κρυπτογράφηση. I.3.6. οµή Μηνυµάτων Στρώµατος 3 Η σηµατοδοσία του Στρώµατος 3 πάνω από την ασύρµατη GSM διεπαφή περιλαµβάνει όλα τα µηνύµατα ελέγχου τα οποία υποστηρίζουν την επικοινωνία µεταξύ των πρωτόκολλων διαχείρισης συνδέσεων (CC), κινητικότητας (MM) και ασύρµατων πόρων (RR). Σχήµα 8. Γενική οµή µηνύµατος σηµατοδοσίας Γενικά τα µηνύµατα σηµατοδοσίας του στρώµατος 3 στη ασύρµατη διεπαφή του GSM αποτελούνται από τα ακόλουθα 3 πεδία: Πεδίο ιεύθυνσης (βλέπε Σχήµα 8), το οποίο αποτελείται από µια 4-bit λέξη που υποδηλώνει το υπόστρωµα στο οποίο απευθύνεται το µήνυµα (Protocol Discriminator, PD) και ένα Κωδικό Αναγνώρισης ιαδικασιών (Transaction Identifier, TI), ο οποίος διακρίνει µηνύµατα διαφορετικών αλλά ταυτόχρονων διαδικασιών. Επιπλέον, το TI flag υποδηλώνει την αφετηρία του µηνύµατος: η τιµή 19

20 0 δηλώνει αποστολή από την πλευρά που εκκίνησε τη διαδικασία, ενώ η τιµή 1 δηλώνει την αποστολή προς την πλευρά που εκκίνησε τη διαδικασία. Πεδίο Τύπου Μηνύµατος (βλέπε Σχήµα 8 Message Type), το οποίο αποτελείται από ένα byte και υποδηλώνει τον όνοµα και κατ επέκταση τη λειτουργικότητα του µηνύµατος. Πεδίο εδοµένων Μηνύµατος, το οποίο περιέχει τις παραµέτρους (Information Element) του µηνύµατος και περιέχει την ιδιαίτερη πληροφορία που αυτό µεταφέρει. Παράµετροι Μηνυµάτων Κατηγοριοποίηση Παραµέτρων Το είδος των παραµέτρων που περιλαµβάνονται σε ένα µήνυµα εξαρτώνται από τον τύπο του µηνύµατος. Η υποχρεωτική ή η προαιρετική παρουσία τους καθώς και το σταθερό ή µεταβλητό µήκος τους (σε bytes) τις διακρίνει στις ακόλουθες τέσσερεις κατηγορίες: Υποχρεωτικές Σταθερού Μήκους (Mandatory fixed length, MF). Υποχρεωτικές Μεταβλητού Μήκους (Mandatory variable length, MV). Προαιρετικές Σταθερού Μήκους (Optional fixed length, OF). Προαιρετικές Μεταβλητού Μήκους (Optional variable length, OV). Μια παράµετρος µπορεί να περιέχει τα ακόλουθα πεδία: Ταυτότητα Παραµέτρου (Information Element Identifier, IEI); το οποίο υποδηλώνει το όνοµα της παραµέτρου. Εάν υπάρχει το πεδίο αυτό µπορεί να καταλαµβάνει έκταση ενός ή µισού byte. είκτης Μήκους (Length Indicator, LI); ο οποίος αποτελείται από ένα byte και δηλώνει τον αριθµό των bytes που καταλαµβάνουν οι τιµές των πεδίων που περιλαµβάνονται στην παράµετρο. Τιµές Πεδίων (Value Part), το οποίο περιλαµβάνει την πληροφορία του µηνύµατος. Οι παράµετροι κατηγοριοποιούνται σε διαφορετικούς τύπους ανάλογα µε την ύπαρξη ενός συγκεκριµένου συνδυασµού από τα προαναφερόµενα πεδία (βλέπε Πίνακα 6). Πίνακας 6. Τύποι Παραµέτρων Συνολικά έχουν προδιαγραφεί τέσσερεις τύποι παραµέτρων: Τύπου 1 (Type 1): Παράµετροι µορφής V ή TV µε τιµές πεδίων 1/2 byte, Τύπου 2 (Type 2): Παράµετροι µορφής T χωρίς τιµή πεδίου, 20

21 Τύπου 3 (Type 3): Παράµετροι µορφής V ή TV µε τιµές πεδίων σταθερού µήκους τουλάχιστον 1 byte, Type 4: Παράµετροι µορφής TLV ή LV µε τιµές πεδίων 0, 1 ή περισσότερων byte. Παράµετροι Τύπου 1 (Type 1) Οι Παράµετροι Τύπου 1 έχουν σταθερό µήκος 1 byte. Οι παράµετροι µορφής V έχουν καταχωρηµένη την τιµή της παραµέτρου στα bit 8, 7, 6, 5 ή 4, 3, 2, 1 του byte. Οι παράµετροι της µορφής TV έχουν καταχωρηµένο το όνοµα της παραµέτρου στα bit 8, 7, 6, 5 ενώ η τιµή τους (Content of Information Element, CIE) βρίσκεται στα bit 4, 3, 2, 1 του ίδιου byte (βλέπε Figure 12). Παράδειγµα Παραµέτρου Τύπου 1 Σχήµα 9. Παράµετρος Τύπου 1 (TV format) Η παράµετρος Repeat Indicator είναι παράµετρος τύπου 1 και χρησιµοποιείται για να ερµηνεύσει τη χρήση παραµέτρων, οι οποίες επαναλαµβάνονται µε διαφορετικές τιµές στο ίδιο µήνυµα. Η παράµετρος αυτή τοποθετείται αµέσως µετά την παράµετρο στην οποία αναφέρεται και πρόκειται να επαναληφθεί µέσα στο µήνυµα. Σχήµα 10. Παράµετρος Repeat Indicator Όπως φαίνεται στο Σχήµα 10 η παράµετρος Repeat Indicator έχει τη µορφή TV και έχει καταχωρηµένο το όνοµα της στα bits 7, 6, 5 (το bit 8 λαµβάνει πάντα την τιµή 1). Συγκεκριµένα το όνοµα της παραµέτρου λαµβάνει τη δυαδική τιµή 1101 (hex D). Ο λόγος ύπαρξης του ονόµατος της παραµέτρου οφείλεται στο γεγονός της προαιρετικής παρουσίας της και άρα της αδυναµίας να γνωρίζουµε την ταυτότητα της µε κάποιο έµµεσο τρόπο. Το πεδίο τιµών της παραµέτρου βρίσκεται στα bits 4, 3, 2, 1 και ονοµάζεται repeat indication. Το πεδίο τιµών µπορεί να λάβει τις ακόλουθες δύο τιµές: τιµή 0001, η οποία υποδηλώνει ότι οι τιµές επαναλαµβανόµενων παραµέτρων πρέπει να επιλεγούν µε κυκλικό τρόπο ( the first IE alternate the second IE in a circular manner ). τιµή 0011 η οποία υποδηλώνει ότι οι τιµές επαναλαµβανόµενων παραµέτρων πρέπει να επιλεγούν µε σειριακό τρόπο ( the first IE and then the second in a sequential manner ). Παράµετροι Τύπου 2 (Type 2) Οι παράµετροι Τύπου 2 έχουν µήκος 1 byte και η µορφή είναι τύπου Τ. Αυτές οι παράµετροι δεν περιέχουν κάποιο πεδίο µε τιµές αλλά η ίδια η ύπαρξη τους υποδηλώνει ένα γεγονός (βλέπε Σχήµα 11). 21

22 Παράδειγµα Παραµέτρου Τύπου 2 Σχήµα 11. Παράµετρος Τύπου 2 (T format) Η παράµετρος CLIR suppression αποτελεί παράδειγµα παραµέτρου τύπου 2 µε µορφή Τ. Η παράµετρος αυτή χρησιµοποιείται για να ακυρώσει την ενεργοποίηση της συµπληρωµατικής υπηρεσίας απόκρυψης κλήσης. Όπως ήδη έχει σηµειωθεί αυτού του τύπου οι παράµετροι δεν έχουν τιµή αλλά η ύπαρξη τους υποδηλώνει ένα γεγονός π.χ. ακύρωση της απόκρυψης κλήσης. Σχήµα 12. Παράµετρος CLIR Suppression Σύµφωνα µε το Σχήµα Figure 12, η παράµετρος περιλαµβάνει µόνο το όνοµα της το οποίο λαµβάνει την τιµή (hex A1 εφόσον το bit 8 λαµβάνει πάντα την τιµή 1). Παράµετροι Τύπου 3 (Type 3) Οι παράµετροι τύπου 3 µπορούν να παρουσιάζονται µε τη µορφή V ή TV. Αυτού του τύπου οι παράµετροι έχουν σταθερό µήκος (τουλάχιστον ένα byte) για το πεδίο τιµών. Όταν παρουσιάζουν τη µορφή TV το πρώτο byte δηλώνει το όνοµα της παραµέτρου και τα υπόλοιπα αντιστοιχούν στο πεδίο τιµών. Όταν η παράµετρος παρουσιάζει τη µορφή V τότε όλα τα bytes χρησιµοποιούνται ως πεδίο τιµών. Παράδειγµα Παραµέτρου Τύπου 3 Σχήµα 13. Παράµετρος Τύπου 3 (V format) Η παράµετρος Notification Indicator αποτελεί παράδειγµα παραµέτρου τύπου 3 µε µορφή V. Η παράµετρος αυτή χρησιµοποιείται για τη µεταφορά πληροφορίας η οποία σχετίζεται µε µια ενεργή κλήση. Περιλαµβάνεται ως υποχρεωτική παράµετρος στο µήνυµα Notify. Εφόσον η παράµετρος είναι υποχρεωτική δεν είναι απαραίτητη η καταχώρηση του ονόµατος της διότι η θέση της στο µήνυµα είναι προκαθορισµένη. Το πεδίο τιµών της καταλαµβάνει ένα byte και µπορεί να λάβει τις ακόλουθες τιµές: , το οποίο υποδηλώνει την προσωρινή τοποθέτηση της κλήσης σε αναµονή, , το οποίο υποδηλώνει την ανάκτηση της κλήσης µετά από προηγούµενη τοποθέτησή της σε αναµονή 22

23 , το οποίο υποδηλώνει αλλαγές στα χαρακτηριστικά της φυσικής µετάδοσης. Σχήµα 14. Παράµετρος Notification Indicator Παράµετροι Τύπου 4 (Type 4) Οι παράµετροι τύπου 4 έχουν µεταβλητό µήκος και παρουσιάζονται µε τη µορφή LV ή TLV. Το όνοµα της παραµέτρου έχει µήκος 1 byte και υπάρχει στην περίπτωση των προαιρετικών παραµέτρων. Αντίθετα, στην περίπτωση των υποχρεωτικών παραµέτρων το όνοµα τους µπορεί να παραληφθεί. Το µήκος του πεδίου τιµών δηλώνεται µε τον δείκτη µήκους LI και καταλαµβάνει 1 byte. Στην περίπτωση των υποχρεωτικών (προαιρετικών) παραµέτρων το LI είναι το πρώτο (δεύτερο) byte. Σε κάθε περίπτωση µετά το LI ακολουθούν τα bytes που αφορούν το πεδίο τιµών. Σχήµα 15 - Type 4 with IE (TLV format) Παράδειγµα Παραµέτρου Τύπου 4 Σχήµα 16 - Type 4 without IE (LV format) Η παράµετρος Auxiliary States αποτελεί παράδειγµα παραµέτρου τύπου 4 και µορφής TLV. Η παράµετρος χρησιµοποιείται για να περιγράψει την κατάσταση του καναλιού φωνής µιας κλήσης. Σχήµα 17 -Παράµετρος Auxiliary States (TLV format) 23

24 Η παράµετρος περιλαµβάνεται προαιρετικά στο µήνυµα Status. Εφόσον είναι προαιρετική το όνοµα της πρέπει να περιληφθεί διότι δεν υπάρχει άλλος έµµεσος τρόπος να αναγνωρισθεί (hex 24, binary ). Ο δείκτης µήκους λαµβάνει πάντα την τιµή hex 01. Σύµφωνα µε το σχήµα το πεδίο τιµών περιέχει τέσσερα υποπεδία τα οποία αντιστοιχούν στις εξής θέσεις: το bit 8 λαµβάνει πάντα την τιµή 1, τα bits 7, 6, 5 δεν χρησιµοποιούνται και λαµβάνουν πάντα την τιµή 000, τα bits 4 and 3 δείχνουν την κατάσταση του καναλιού φωνής σε σχέση µε συµπληρωµατικές υπηρεσίες τοποθέτησης της κλήσης σε αναµονή. Tα bits αυτά µπορούν να λάβουν τις ακόλουθες τιµές: 00 idle, 01 hold request, 10 call held, 11 retrieve request. Τα bits 2 and 1 δείχνουν την κατάσταση του καναλιού φωνής σε σχέση µε τη συµπληρωµατική υπηρεσία multi party (MPTY) call. Tα bits αυτά µπορούν να λάβουν τις ακόλουθες τιµές: 00 idle, 01 MPTY request, 10 call in MPTY, 11 Split request. I.4. Σχεδίαση Ασύρµατου GSM ικτύου Το ασύρµατο υποσύστηµα αποτελεί ένα από τα πλέον κρίσιµα υποσυστήµατα του δικτύου GSM διότι αποτελεί το σηµείο της συνδροµητικής πρόσβασης. Υπό αυτή την έννοια η πρόβλεψη, σχεδίαση και µέτρηση των επιδόσεων του ασύρµατου υποσυστήµατος αποτελεί ένα ιδιαίτερο αντικείµενο εργασίας τόσο κατά την αρχική εγκατάσταση ενός δικτύου όσο και κατά τις διάφορες φάσεις ανάπτυξής του. Μια χονδρική αποτύπωση των πλέον σηµαντικών σηµείων που αφορούν τη σχεδίαση του ασύρµατου GSM δικτύου έχει ως εξής: Βήµα 1: Ανάλυση Αναγκών Η διαδικασία σχεδίασης ξεκινά µε την συλλογή στοιχείων και την αποτύπωση των αναγκών σε επίπεδο κάλυψης και χωρητικότητας. Βήµα 2: Αρχική Σχεδίαση Μετά τη συλλογή των δεδοµένων µια κατ αρχήν σχεδίαση είναι εφικτή. Η σχεδίαση αυτή αποτελεί µια γραφική αναπαράσταση του ασύρµατου δικτύου που αποτυπώνει τη διαίρεση του χώρου κάλυψης σε κελιά. Σε αυτό το σηµείο πραγµατοποιούνται εκτιµήσεις για την πιθανότητα κάλυψης και τις παρεµβολές. Στην πράξη αυτού του είδους η µελέτη απαιτεί τη χρήση ειδικών πακέτων λογισµικού. Βήµα 3: Έρευνα και Μετρήσεις Πεδίου Μετά την αρχική σχεδίαση ακολουθούν οι µετρήσεις πεδίου προκειµένου να επιβεβαιωθούν οι εκτιµήσεις σχετικά µε την κάλυψη και τις παρεµβολές. Ένα επίσης κρίσιµο σηµείο σε αυτό το στάδιο είναι η επιθεώρηση των θέσεων στις οποίες θα τοποθετηθούν οι σταθµοί βάσης προκειµένου να επιβεβαιωθεί η ορθότητα της επιλογής. Βήµα 4: Τελική Σχεδίαση Εφόσον η επιτόπια διερεύνηση έχει δώσει τη δυνατότητα τροποποίησης και βελτιστοποίησης της αρχικής σχεδίασης είναι πλέον δυνατή η καταγραφή µιας τελικής σχεδίασης. Σε αυτή τη φάση καθορίζονται η τελική σχεδίαση των κελιών και τα χαρακτηριστικά των BTS-BSC- MSC (hw&sw διαστασιοποίηση, παραµετροποίηση). 24

25 Βήµα 5: Υλοποίηση Συστήµατος Με βάση την τελική σχεδίαση το σύστηµα εγκαθίσταται, λειτουργεί και υποβάλλεται σε µια σειρά από τεστ ελέγχου. Βήµα 6: Ρυθµίσεις Συστήµατος Μετά την τελική υλοποίηση και παράδοση το σύστηµα αξιολογείται συνεχώς µε µετρήσεις προκειµένου να ελεγχθεί εάν το εν λειτουργία ασύρµατο GSM δίκτυο παρουσιάζει τις αναµενόµενες επιδόσεις. Η αξιολόγηση αυτή έχει ως αποτέλεσµα µικρές τροποποιήσεις βελτιστοποιήσεις και προσαρµογές απέναντι τόσο στις πραγµατικές συνθήκες λειτουργίας, όσο και σε διάφορες αλλαγές, όπως η αύξηση των συνδροµητών και του όγκου της κίνησης. Ι.5. Μετρήσεις στο Ασύρµατο GSM ίκτυο Όπως είναι φανερό η διαδικασία µετρήσεων πεδίου στο ασύρµατο GSM δίκτυο αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση τόσο κατά την αρχική σχεδίαση του όσο και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του. Στα πλαίσια του παρόντος φυλλαδίου θα εξετασθούν συνοπτικά ορισµένες από τις πλέον χαρακτηριστικές GSM µετρήσεις: Μετρήσεις Κάλυψης Η κάλυψη αποτιµάται σαν ένα ποσοστό της επιφάνειας του κελιού για το οποίο η στάθµη ισχύος του σήµατος είναι µεγαλύτερη από ένα ελάχιστο επίπεδο (συνήθως της τάξης των -95 dbm). Υπό αυτή την έννοια η κάλυψη αποτιµάται µε ένα πλήθος µετρήσεων της στάθµης ισχύος (RxLev), οι οποίες µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύµφωνα µε τον Πίνακα 6. Πίνακας 6. Χαρακτηρισµός Ραδιοκάλυψη GSM 900/DCS 1800 Χαρακτηρισµός Ραδιοκάλυψης RxLev (dbm) Καλή RxLev -85 Αποδεκτή -95 RxLev -85 Κακή -110 RxLev -95 εν υπάρχει RxLev -110 Οι προαναφερόµενες µετρήσεις διεξάγονται και από το MS προκειµένου να ληφθούν αποφάσεις, όπως η επιλογή του κελιού εξυπηρέτησης ή το handover σε άλλο κανάλι του ίδιου η διαφορετικού κελιού. Στα πλαίσια αυτών των διαδικασιών οι µετρήσεις του RxLev αντιστοιχούνται σε ένα εύρος τιµών από 0 έως το 63 µε την ακόλουθη αντιστοίχιση: RXLEV dbm -110 dbm RXLEV dbm -109 dbm RXLEV dbm : : -49 dbm RXLEV dbm RXLEV dbm Συνεπώς, η κάλυψη και κατά συνέπεια η διαθεσιµότητα του δικτύου αποτιµάται και από το MS στη βάση της δυνατότητας που αυτό έχει να επιλέξει ένα κελί εξυπηρέτησης (cell selection). Αυτή η διαθεσιµότητα του δικτύου αποτυπώνεται στο λεγόµενο κριτήριο απωλειών µονοπατιού C 1 (Path Loss Criterion), το οποίο υπολογίζεται από το MS σύµφωνα µε την ακόλουθη εξίσωση: 25

26 όπου C 1 = [A - Max(B,0)] A=(Μέση Λαµβανόµενη Ισχύς από BCH του µετρούµενου κελιού) - (Ελάχιστη Απαιτούµενη Ισχύ Πρόσβασης στο Κελί) = (RLA_C)-(RXLEV_ACCESS_MIN) B = (Μέγιστη Επιτρεπόµενη Ισχύ Εκποµπής στο Κελί) - (Μέγιστη Εκπεµπόµενη Ισχύ του MS) = (MS_TXPWR_MAX_CCH) - P Οι τιµές των RXLEV_ACCESS_MIN και MS_TXPWR_MAX_CCH περιέχονται σε µηνύµατα (System Information Type 3 και Type4) που εκπέµπονται στο BCH κανάλι κάθε κελιού. Η τιµή της παραµέτρου P εξαρτάται από την κλάση του MS όπως καταγράφεται στον Πίνακα 7. Πίνακας 7. Ραδιοκάλυψη GSM 900/DCS 1800 MS Power Class Μέγιστη Ισχύς Εκποµπής Μέγιστη Ισχύς Εκποµπής GSM 900 DCS W (30 dbm) 2 8 W (39 dbm) 0.25 W (24 dbm) 3 5 W (37 dbm) 4 W (36 dbm) 4 2 W (33 dbm) ,8 W (29 dbm) Το κριτήριο επιλογή του κελιού εξυπηρέτησης από το MS είναι η θετική τιµή του C 1 (>0). Όταν στο κελί εξυπηρέτησης το C 1 λάβει αρνητική τιµή και µια συναφής παράµετρος σε γειτονικό κελί (C 2, Κριτήριο Επανεπιλογής Κελιού) λάβει υψηλότερη τιµή από αυτή του κελιού εξυπηρέτησης τότε το MS αλλάζει το κελί εξυπηρέτησης (Cell Reselection). Στα πλαίσια των προαναφερόµενων υπολογισµών µπορεί να υπολογιστεί ένας δείκτης διαθεσιµότητας του δικτύου βασιζόµενος στην πιθανότητα να είναι το C1>0: Αριθµός Μετρήσεων µε C1 > 0 ιαθεσιµότητα ικτύου[%] = ΣυνολικόςΑριθµόςΜετρήσεων 100% Επίσης, ενδιαφέρον παρουσιάζει η αναγνώριση της ταυτότητας των BCH καναλιών που ανιχνεύονται σε µια περιοχή, δεδοµένου ότι η διαθεσιµότητα του δικτύου βασίζεται σε µετρήσεις του σήµατος που εκπέµπεται στο BCH κανάλι κάθε κελιού. Η αναγνώριση αυτή είναι εφικτή διότι στο SCH κανάλι µεταδίδεται η ταυτότητα του σταθµού βάσης που ονοµάζεται BSIC(Base Transceiver Identification Code) και αποτελείται από δυο δυαδικές λέξεις µήκους 3 bit: BSIC=NCC+BCC=[Network Color Code]+[Base Transceiver Station Color Code] Η αναγνώριση των BSIC επιτρέπει τη επιβεβαίωση ή την τροποποίηση της αρχικής σχεδίασης των κελιών. Αξίζει να σηµειωθεί ότι η τιµή του BSIC σε συνδυασµό µε το κανάλι/συχνότητα προσδιορίζει µε µοναδικό τρόπο ένα σταθµό βάσης. Μετρήσεις Παρεµβολών Συχνά, η κάλυψη του GSM δεν περιορίζεται από την ισχύ του σήµατος αλλά από τις παρεµβολές. Ειδικότερα, η σχεδίαση των GSM δικτύων οφείλει να λάβει υπόψη της δύο τύπους παρεµβολών: 26

27 Παρεµβολές από την επαναχρησιµοποίηση ενός καναλιού σε άλλο κελί (Co-Channel Interference, C/I c ). Σύµφωνα µε τις GSM προδιαγραφές o λόγος σήµατος προς παρεµβολή από την επαναχρησιµοποίηση του καναλιού σε άλλο κελί πρέπει να ικανοποιεί την ακόλουθη σχέση C I C 9 Παρεµβολές από γειτονικά κανάλια (Adjacent Channel Interference, C/Iai (i=1,2,3)). Σύµφωνα µε τις GSM προδιαγραφές η ισχύς των τριών άµεσα γειτονικών καναλιών (δηλ. ±200, ±400, ±600 ΚΗz ως προς το κανάλι που υφίσταται παρεµβολές) πρέπει να ικανοποιούν τις ακόλουθες σχέσεις db C I a1 9 db, C I a2 41dB, C I a3 49 db Συνοψίζοντας τη συζήτηση σχετικά µε το πρόβληµα των παρεµβολών αξίζει να σηµειωθεί ότι η αντιµετώπιση της σε µεγάλο βαθµό σχετίζεται µε την ορθή κατανοµή των καναλιών στα κελιά (frequency planning). Μετρήσεις Ποιότητας ικτύου Το MS εκτός από µετρήσεις της ισχύος του σήµατος διεξάγει και µετρήσεις ποιότητας του σήµατος. Αυτού του τύπου οι µετρήσεις χρησιµοποιούνται για να ληφθούν αποφράσεις σχετικά µε το handover σε άλλο κανάλι ή τις εντολές ελέγχου της εκποµπής ισχύος. Η ποιότητα του σήµατος (RxQual) χαρακτηρίζεται µε κριτήριο το BER και αντιστοιχίζεται σε µία από τις 8 κατηγορίες του Πίνακα 8. Πίνακας 8.Μετρήσεις Ποιότητας Σήµατος RxQual BER RXQUAL_0 BER < 0,2 % RXQUAL_1 0,2 % < BER < 0,4 % RXQUAL_2 0,4 % < BER < 0,8 % RXQUAL_3 0,8 % < BER < 1,6 % RXQUAL_4 1,6 % < BER < 3,2 % RXQUAL_5 3,2 % < BER < 6,4 % RXQUAL_6 6,4 % < BER < 12,8 % RXQUAL_7 12,8 %<BER Ο δείκτης RxQual αποτελεί ένα δείκτη ποιότητας ανεξάρτητο από τις υπηρεσίες που προσφέρει το δίκτυο. Συνεπώς παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρων η αποτίµηση και της ποιότητας των παρεχόµενων υπηρεσιών. Εφόσον, η κύρια υπηρεσία την οποία προσφέρει το GSM δίκτυο είναι η τηλεφωνία η µέτρησης της ποιότητας της αποτελεί ένα ενδιαφέρων αντικείµενο. Ένας δείκτης ποιότητας για την υπηρεσία της τηλεφωνίας είναι η δυνατότητα πρόσβασης σε αυτή. Ο υπολογισµός αυτής της δυνατότητας βασίζεται στην ακόλουθη σχέση: 27

28 ΑριθµόςΕπιτυχηµένωνΚλήσεων υνατότητα Πρόσβασης στηνυπηρεσία[%] = 100% ΣυνολικόςΑριθµόςΚλήσεων όπου ως επιτυχηµένη θεωρείται η κλήση για την οποία αυτός που καλεί λαµβάνει την ένδειξη κλήσης (Alerting) ή απασχόλησης (Busy Tone) από τον καλούµενο χρήστη. Ο αριθµός των ανεπιτυχών κλήσεων συχνά χαρακτηρίζεται µε τον όρο Blocked Calls. Αξίζει να σηµειωθεί ότι ένας σηµαντικός παράγοντας που καθορίζει τον εν λόγω δείκτη ποιότητας είναι ο αριθµός των καναλιών που διατίθεται σε κάθε κελί. Εάν τα διαθέσιµα κανάλια δεν είναι αρκετά για την υποστήριξη της τηλεπικοινωνιακής κίνησης που γεννάται στο κελί, τότε οι ανεπιτυχείς κλήσεις οφείλονται στην έλλειψη καναλιών (Congestion). Στην περίπτωση αυτή, είτε προστίθενται περισσότερα κανάλια στο κελί είτε εφαρµόζονται διάφορες τεχνικές αύξησης της χωρητικότητας όπως: α) η διαίρεση των κελιών σε µικρότερα (Cell Splitting) και β) η διαίρεση των κελιών σε τοµείς (sectors) ραδιοκάλυψης. Ένας επιπλέον παράγοντας αποτίµησης της ποιότητας της τηλεφωνικής υπηρεσίας είναι η δυνατότητα επιτυχούς ολοκλήρωσης µιας κλήσης. Ο υπολογισµός αυτής της δυνατότητας βασίζεται στην ακόλουθη σχέση: Αριθµός Φυσιολογικά Τερµατιζόµενων Κλήσεων υνατότητα ΟλοκλήρωσηςΚλήσης[%] = 100% Συνολικός Αριθµός Επιτυχηµένων Κλήσεων όπου ως φυσιολογικά τερµατιζόµενες κλήσεις (Dropped Calls) θεωρούνται αυτές οι οποίες απολύονται σκοπίµως είτε από αυτόν που καλείται είτε από αυτόν που καλεί. Τα αίτια στα οποία οφείλονται οι µη φυσιολογικά τερµατιζόµενες κλήσεις είναι πολλαπλά και σε µεγάλο βαθµό µπορούν να αναζητηθούν στην πληροφορία που περιέχεται στη σηµατοδοσία του στρώµατος 2 και 3. 28

29 ΙΙ.1. Εργαστηριακή Άσκηση 7 IΙ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ II.1.1. Στόχοι και Αντικείµενο της Εργαστηριακής Άσκησης Η παρούσα εργαστηριακή άσκηση έχει ως σκοπό να επιτύχει την εξοικείωση των σπουδαστών µε τις βασικές διαδικασίες µέτρησης που προσφέρει η πλατφόρµα Agilent E74XX. Στα πλαίσια αυτού του στόχου θα παρουσιασθούν τα βασικά µενού εργασίας και θα εξηγηθεί η χρηστικότητα τους. Σε κάθε περίπτωση και µε αφορµή τις δυνατότητες που προσφέρει η συγκεκριµένη πλατφόρµα θα συζητηθούν µια σειρά από σηµαντικές διαδικασίες και χαρακτηριστικά του GSM δικτύου. Συνοψίζοντας µε την ολοκλήρωση της εργαστηριακής άσκησης οι σπουδαστές θα πρέπει: να έχουν κατανοήσει τις κύριες διαδικασίες µέτρησης που προσφέρει η πλατφόρµα Agilent E74XX. να µπορούν να εκτελέσουν τις πλέον σηµαντικές διαδικασίες µετρήσεων που υποστηρίζει η εν λόγω πλατφόρµα. να έχουν κατανοήσει τις αρχές λειτουργίας του GSM δικτύου, οι οποίες αναδεικνύονται µέσα από τις διαδικασίες µετρήσεων. να έχουν κατανοήσει ειδικότερα τη λειτουργικότητα τον πλέον σηµαντικών παραµέτρων οι οποίες περιέχονται στα µήνυµα των υποστρωµάτων CC, MM, RR καθώς και των τιµών που κατά περίσταση αυτές µπορούν να λάβουν. II.1.2. Εργαστηριακή Τοπολογία Η παρούσα εργαστηριακή άσκηση υποστηρίζεται από την πλατφόρµα µετρήσεων ασύρµατων δικτύων Agilent E74XX. Το εν λόγω σύστηµα έχει τη δυνατότητα διεξαγωγής µετρήσεων και συλλογής πληροφοριών σχετικά µε τα επίπεδα 1-3 της ασύρµατης διεπαφής των GSM/DCS δικτύων. Εξοπλισµός Μετρητικού Συστήµατος Η δοµή του µετρητικού συστήµατος εικονίζεται στο Σχήµα 18 και αποτελείται από τα ακόλουθα µέρη: ένα ψηφιακό δέκτη Agilent Ε6451Α/Ε7475Α SYS OPT 300 ( / MHz), ο οποίος παρουσιάζεται στο Σχήµα 19. ένα ψηφιακό δέκτη AGILENT E6453A / E7475A SYS OPT 320 ( / MHz), ο οποίος παρουσιάζεται στο Σχήµα 20. δύο οµοιοκατευθυντικές κεραίες (Omni Directional), οι οποίες παρουσιάζονται στο Σχήµα 21. Τέσσερα ψηφιακά µετρητικά τηλέφωνα SAGEM M42PLP OT76M, τα οποία παρουσιάζονται στο Σχήµα 22. Ένα µετατροπέα USB Edgeport/4 για τη διασύνδεση και τον έλεγχο του εξοπλισµού από το σχετικό λογισµικό, ο οποίος παρουσιάζεται στο Σχήµα

30 ύο µπαταρίες επαναφορτιζόµενες Ni/MH E , οι οποίες παρουσιάζονται στο Σχήµα 23. Ένα φορητό υπολογιστή HP OMNIBOOK 6100 µε το λογισµικό Agilent E74XX, ο οποίος παρουσιάζεται στο Σχήµα 25.) Σχήµα 18. Εξοπλισµός Εργαστηριακής Άσκησης Σχήµα 19. Ψηφιακός δέκτης AGILENT Ε6451Α / Ε7475Α SYS OPT 300 ( / MHz) Σχήµα 20. Ψηφιακός δέκτης AGILENT Ε6453Α / Ε7475Α SYS OPT 320 ( / MHz) Σχήµα 21. ύο κεραίες Omni Directional Σχήµα 22. Ψηφιακά µετρητικά τηλέφωνα SAGEM 30

31 Σχήµα 23. Μπαταρίες Ni/MH E Σχήµα 24. Μετατροπέας USB Edgeport/4 Σχήµα 25. Φορητός υπολογιστής HP OMNIBOOK 6100 µε το λογισµικό διαχείρισης Agilent E74XX. Λογισµικό Μετρητικού Συστήµατος GSM/DCS E7475A Το λογισµικό διαχείρισης του µετρητικού συστήµατος των δικτύων GSM/DCS παρουσιάζεται µε τη µορφή του ακόλουθου εικονιδίου στην επιφάνεια εργασίας του φορητού υπολογιστή: Με διπλό κλικ στο προαναφερόµενο εικονίδιο παρουσιάζεται το παράθυρο έναρξης της εφαρµογής διαχείρισης (βλέπε Σχήµα 26). Σχήµα 26. Παράθυρο έναρξης εφαρµογής του λογισµικού διαχείρισης 31

32 Με την επιλογή του πλήκτρου New είναι δυνατή η δηµιουργία ενός νέου Project, που θα αφορά την αυτοψία ενός δικτύου GSM/DCS. Αποτέλεσµα αυτής της επιλογής είναι το παράθυρο διαλόγου του Σχήµατος 27, µε το οποίο επιλέγεται το όνοµα του Project. Σχήµα 27. Παράθυρο διαλόγου για τη δηµιουργία νέου project Με την επιλογή του ΟΚ ανοίγει το παράθυρο διαλόγου του Σχήµατος 28, µέσω του οποίου είναι δυνατή η περαιτέρω διαµόρφωση των χαρακτηριστικών του Project. Στο παράθυρο αυτό και στην ένδειξη Measurements/Alerts φαίνεται ότι το λογισµικό έχει ως προεπιλεγµένη µέτρηση αυτήν της ώρας. Σχήµα 28. Παράθυρο διαµόρφωσης του project µε επιλογή της ένδειξης Measurements/Alerts. Με την επιλογή του µενού Hardware ανοίγει στην οθόνη του υπολογιστή το παράθυρο διαλόγου του Σχήµατος 29, το οποίο υποδεικνύει ότι τη δεδοµένη χρονική στιγµή το σύστηµα αναγνωρίζει ως συνδεδεµένο εξοπλισµό µόνο τον υπολογιστή (βλέπε description: Computer Monitor & PC Clock ). Σχήµα 29. Παράθυρο διαµόρφωσης του project µε επιλογή της ένδειξης Hardware. 32

33 Στο κάτω µέρος του παραθύρου υπάρχουν ενεργά τα πλήκτρα ενηµέρωσης και διαµόρφωσης του εξοπλισµού του συστήµατος: Add, Modify, Delete, Auto Config & Help. Ο πλέον απλός τρόπος για την ενηµέρωση του συστήµατος σχετικά µε τον εξοπλισµό, ο οποίος είναι συνδεδεµένος στον υπολογιστή, είναι η επιλογή του πλήκτρου Auto Config. Με την επιλογή αυτή εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου Configuration Wizard του Σχήµατος 30. Στο παράθυρο αυτό είναι προεπιλεγµένη η ένδειξη Full auto configuration, η οποία χρησιµοποιείται όταν δηµιουργείται ένα νέο project. Σχήµα 30. Παράθυρα επιλογής τύπου Configuration και ονόµατος project Με την επιλογή του πλήκτρου Next από το παράθυρο Configuration Wizard ανοίγει το παράθυρο διαλόγου New Project, όπου υπάρχει η δυνατότητα επιλογής του ονόµατος του Project. Συγκεκριµένα, υπάρχει προεπιλεγµένη η ένδειξη Create new project. Εφόσον, µε την αρχική επιλογή New, έχει ήδη δηµιουργηθεί ένα project µε το όνοµα TEST GSM/DCS, πρέπει να απενεργοποιηθεί η συγκεκριµένη επιλογή, όπως φαίνεται στο Σχήµα 30. Στην συνέχεια, για την ολοκλήρωση της επιλογή Auto Config, επιλέγεται µε το ποντίκι το πλήκτρο Finish. Το πρόγραµµα θα αναζητήσει αυτόµατα όλο τον εξοπλισµό που είναι συνδεδεµένος την συγκεκριµένη χρονική στιγµή στο σύστηµα. Αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία του Auto Config (σε περίπου 2 min.), εµφανίζεται στην οθόνη του υπολογιστή το παράθυρο του Σχήµατος 31. Το αποτέλεσµα της διαδικασίας Auto Config είναι η εύρεση των εξής αντικειµένων: α) τηλέφωνα Sagem (θύρες COM 3,4,5&6), β) ψηφιακοί δέκτες E6451A (E-GSM) & E6453A (DCS1800) (θύρα COM1) και γ) µονάδα GPS. Σχήµα 31. Παράθυρο συνδεδεµένου εξοπλισµού στο σύστηµα µέτρησης 33

34 Μετά την ολοκλήρωση της διαµόρφωσης του συστήµατος είναι δυνατή η εκκίνηση των µετρήσεων που υποστηρίζει το σύστηµα. Συγκεκριµένα µε την επιλογή του πλήκτρου Collection ανοίγει ένα παράθυρο διαλόγου, όπου µπορεί να καθορισθεί το είδος των µετρήσεων που θα διεξαχθούν (βλέπε Σχήµα 32). Σχήµα 32. Παράθυρο επιλογής µετρήσεων Στο παράθυρο διαλόγου για τη διαµόρφωση των µετρήσεων υπάρχουν ενεργοποιηµένα εννέα (9) εικονίδια τα οποία αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τύπους µετρήσεων: (Ι) (ΙΙ) (ΙΙΙ) (IV) (V) (VI) (VII) (VIII) (IX) Σχήµα 33. Υποστηριζόµενοι Τύποι Μετρήσεων. Μετρήσεις Φάσµατος (Πλήκτρο Ι) Για την ενεργοποίηση των µετρήσεων φάσµατος στην περιοχή GSM900 & DCS1800 επιλέγεται το εικονίδιο (Ι): Spectrum Virtual Front Panel. Οι εν λόγω µετρήσεις προϋποθέτουν την επιλογή είτε του δέκτη στα 900 ΜHz είτε στα 1800 MHz και τη χρήση της 34

35 οµοιοκατευθυντικής κεραίας. Για αυτό τον λόγο εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου του Σχήµατος 34. Σχήµα 34. Παράθυρο διαλόγου επιλογής δέκτη Με την επιλογή της επιθυµητής ζώνης συχνοτήτων εµφανίζεται το παράθυρο µετρήσεως της φασµατικής ισχύος στην downlink κατεύθυνση του δικτύου GSM900 ή DCS1800, όπως φαίνεται στο Σχήµα 35. Συγκεκριµένα το παράθυρο του Σχήµατος 35 αναφέρεται στη ζώνη συχνοτήτων GSM900 και συγκεκριµένα στο εύρος συχνοτήτων: f start = 921 MHz, f stop = 960 MHz. Οι ρυθµίσεις στο παράθυρο µετρήσεων φάσµατος αφορούν τα ακόλουθα σηµεία: Πεδίο Freq. Units : Με την ενεργοποίηση της επιλογής Frequency ο χειρισµός των µετρήσεων πραγµατοποιείται µε αναφορά στις συχνότητες. Αντίθετα, µε την ενεργοποίηση της επιλογής Channels ο χειρισµός των µετρήσεων πραγµατοποιείται µε αναφορά στην ARFCN αρίθµηση των καναλιών. Πεδίο Frequency Channel / ARFCN : Το πεδίο αυτό ρυθµίζει το εύρος των µετρήσεων. Εάν στο πεδίο Freq. Units έχει ενεργοποιηθεί η επιλογή Frequency το εύρος των ρυθµίσεων καθορίζεται µε τον προσδιορισµό: α) της κεντρικής συχνότητας ( Center ), β) του εύρους συχνοτήτων ( Span ), γ) της λεπτοµέρειας των φασµατικών µετρήσεων RBW (Resolution Bandwidth) και δ) της συχνότητας έναρξης ( Start ) και τέλους ( Stop ) των µετρήσεων. Εάν στο πεδίο Freq. Units έχει ενεργοποιηθεί η επιλογή Channels ο προσδιορισµός του εύρους των µετρήσεων γίνεται µε αναφορά στα υπό µέτρηση ARFCN. Σχήµα 35. Παράθυρο µετρήσεως φάσµατος GSM & E-GSM 35

36 Πεδίο Band : Το πεδίο αυτό καθορίζει την κατεύθυνση των µετρήσεων δηλ. Uplink η Downlink. Πεδίο Trace : Το πεδίο αυτό καθορίζει υπολογισµούς σχετικούς µε τα µετρούµενα µεγέθη. Συγκεκριµένα, η παρουσίαση των αποτελεσµάτων µπορεί να υποστηρίξει την απεικόνιση ενός µέσου όρου µετρήσεων ή µεµονωµένων µετρήσεων, όπως χαρακτηριστικά φαίνεται στο πεδίο Trace. Πεδίο Average Mode : Το πεδίο αυτό καθορίζει τις µονάδες µέτρησης παρέχοντας τη δυνατότητα επιλογής ανάµεσα σε dbw ( logpm ) και Watt ( Pm ). Πεδίο Meas. Interval : Η εκτέλεση των διαδοχικών µετρήσεων µπορεί να πραγµατοποιηθούν περιοδικά είτε στο πεδίο του χρόνου (ενεργοποίηση της επιλογής Time και της τιµής της περιόδου σε sec) είτε στο πεδίο του χώρου (ενεργοποίηση της επιλογής Distance και της τιµής της περιόδου σε m). Η επιλογή Time και µηδενικής περιόδου (0 s) υποδεικνύει την εκτέλεση συνεχών µετρήσεων. Πεδίο IF Bandwidth : Οι µετρήσεις µπορούν να εκτελεσθούν µε ευρύ ή στενό IF εύρος ζώνης (200 KHz ή 1.25 ΜΗz). Η διαφοροποίηση της επιλογής σε αυτό το επίπεδο σχετίζεται µε την ύπαρξη δικτύων ευρείας (IS-95) και στενής ζώνης (GSM). Πεδίο Measurement : Το πεδίο αυτό επιτρέπει τον έλεγχο της ροής των µετρήσεων π.χ. διεξαγωγή µίας µεµονωµένης µέτρησης ( Single ), διακοπή ( Stop ) και συνέχιση ( Cont. ) των µετρήσεων. Πεδίο Markers : στο γράφηµα των φασµατικών µετρήσεων µπορούν να εισαχθούν διάφοροι markers π.χ. µε την επιλογή του πλήκτρου To Max εισάγεται ένας marker που σηµειώνει την ισχυρότερη εκποµπή στο φάσµα. Μετρήσεις Ισχύος (Πλήκτρο ΙΙ) Η επιλογή του εικονιδίου Power Virtual Front Panel επιτρέπει τη διεξαγωγή µετρήσεων ισχύος σε κανάλια του GSM/DCS δικτύου. Κατ αναλογία µε τις προηγούµενες µετρήσεις επιλέγεται η ζώνη συχνοτήτων/δέκτης (βλέπε Σχήµα 34) και στη συνέχεια εµφανίζεται το παράθυρο των µετρήσεων. Στο εν λόγω παράθυρο µετρήσεων είναι δυνατή η ρύθµιση των ακόλουθων σηµείων: Πεδίο Freq. Units : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Measurement Type : το πεδίο αυτό καθορίζει το είδος των µετρήσεων ισχύος µε επιλογή ανάµεσα σε o CW Power List: η επιλογή αυτή υποδεικνύει ότι οι µετρήσεις διεξάγονται σε µία λίστα συχνοτήτων που διαµορφώνεται από το χρήστη (βλέπε πεδίο User List ). Σε αυτές τις συχνότητες και µε µια δεδοµένη λεπτοµέρεια στο επίπεδο της φασµατικής δειγµατοληψίας (βλέπε RBW στο πεδίο Frequency/Channel ) καταγράφεται η µέγιστη ισχύς (peak power). o Channel Power List: η επιλογή αυτή υποδεικνύει ότι οι µετρήσεις διεξάγονται σε µία λίστα συχνοτήτων που διαµορφώνεται από το χρήστη (βλέπε πεδίο User List ). Σε αυτές τις κεντρικές συχνότητες και σε ένα 36

37 εύρος συχνοτήτων (βλέπε Chan. Width στο πεδίο Frequency/Channel ) καταγράφεται η συνολική φασµατική ισχύς. o Channel Power Trace: η επιλογή αυτή υποδεικνύει ότι οι µετρήσεις διεξάγονται σε ένα εύρος συχνοτήτων/καναλιών που διαµορφώνεται από το χρήστη (βλέπε πεδίο Frequency/Channel ). Σε αυτό το εύρος συχνοτήτων/καναλιών καταγράφεται η συνολική φασµατική ισχύς του κάθε καναλιού. Πεδίο Frequency Channel : το πεδίο αυτό καθορίζει µια σειρά ρυθµίσεων σε επίπεδο φάσµατος προκειµένου να διεξαχθούν οι µετρήσεις που επιλέγονται στο πεδίο Measurement Type. Συγκεκριµένα, εάν η επιλογή των µετρήσεων είναι τύπου: o CW Power List, τότε θα πρέπει να επιλεχθεί η λεπτοµέρεια της φασµατικής δειγµατοληψίας στο πεδίο RBW. o Channel Power List, τότε θα πρέπει να επιλεχθεί το εύρος συχνοτήτων (Chan. Width) στο οποίο θα µετρηθεί η ισχύς του καναλιού. o Channel Power Trace, τότε θα πρέπει να επιλεχθεί το εύρος των συχνοτήτων/καναλιών µέτρησης µε τον καθορισµό µιας εναρκτήριας συχνότητας/καναλιού (Start), ενός βήµατος µεταξύ διαδοχικών συχνοτήτων/καναλιών (Step), το συνολικό αριθµό των καναλιών/συχνοτήτων που µετρούνται (Count) και τέλος το εύρος συχνοτήτων (Chan. Width) στο οποίο θα µετρηθεί η ισχύς του κάθε καναλιού. Πεδίο Band : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο User List : το πεδίο αυτό συνδυάζεται µε την αντίστοιχη επιλογή στο πεδίο Measurement Type και καθορίζει µια λίστα επιλεγόµενων καναλιών προς µέτρηση. Πεδίο Trace : : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Meas. Interval : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος Πεδίο IF Bandwidth : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Measurement : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Bar Charts : το πεδίο αυτό καθορίζει το τρόπο τοποθέτησης (οριζόντια ή κατακόρυφη) των στηλών (Bar) που αναπαριστούν τη στάθµη ισχύος των µετρούµενων καναλιών. Πεδίο Sort by : το πεδίο αυτό δίνει τη δυνατότητα τοποθέτησης των µετρήσεων είτε κατά αύξουσα είτε κατά φθίνουσα σειρά των τιµών του Χ (συχνότητες/κανάλια) ή Υ (ισχύς) άξονα. Πεδίο Show Value : το πεδίο αυτό υποδεικνύει το µετρούµενο µέγεθος το οποίο θα αναγράφεται για κάθε κανάλι π.χ. ένδειξη µετρούµενης ισχύος σε dbm. 37

38 Σχήµα 36. Παράθυρο µετρήσεων Ισχύος. Το Σχήµα 36 παρουσιάζει µια τυπική οθόνη µέτρησης ισχύος καναλιών ( Channel Power Trace ). Σε κάθε κανάλι υπάρχει η ένδειξη της µετρούµενης ισχύος σε dbm δεδοµένου ότι έχει επιλεγεί το Show Value: Power (dbm). Μετρήσεις BCH Καναλιών (Πλήκτρο ΙΙΙ) Η επιλογή του εικονιδίου GSM Interference Analyzer Virtual Front Panel επιτρέπει τη διεξαγωγή µετρήσεων παρεµβολών σε κανάλια του GSM/DCS δικτύου. Κατ αναλογία µε τις προηγούµενες µετρήσεις επιλέγεται η ζώνη συχνοτήτων/δέκτης (βλέπε Σχήµα 34) και στη συνέχεια εµφανίζεται το παράθυρο των µετρήσεων. Για παράδειγµα, τα παράθυρα των Σχηµάτων αφορούν µετρήσεις BCH καναλιών µετά την επιλογή του δικτύου GSM900 (Ε-GSM). Στο εν λόγω παράθυρο µετρήσεων είναι δυνατή η ρύθµιση των ακόλουθων σηµείων: Πεδίο Freq. Units : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Frequency Channel / ARFCN : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Band : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Trace : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Meas. Interval : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Measurement Type : το πεδίο αυτό καθορίζει εάν οι µετρήσεις θα αφορούν α) όλα τα BCH κανάλια στο επιλεγµένο φάσµα συχνοτήτων/καναλιών ( All BCH ), (β) ένα αριθµό από τα ισχυρότερα BCH ( Top N) ή γ) µία λίστα από προεπιλεγµένα κανάλια ( User List ). Πεδίο Top N : το πεδίο αυτό συνδυάζεται µε την αντίστοιχη επιλογή στο πεδίο Measurement Type και καθορίζει το µέγιστο αριθµό των µετρούµενων BCH καναλιών. Η ενεργοποίηση της επιλογής BSIC decode δίνει τη δυνατότητα 38

39 αναγνώρισης του σταθµού βάσης (Base Station Identity Code), ο οποίος διαχειρίζεται το κάθε BCH κανάλι. Πεδίο User List : το πεδίο αυτό συνδυάζεται µε την αντίστοιχη επιλογή στο πεδίο Measurement Type και καθορίζει µια λίστα επιλεγόµενων BCH καναλιών. Πεδίο Measurement : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Power Display : το πεδίο αυτό καθορίζει τη µονάδα µέτρησης µε επιλογή ανάµεσα σε καταγραφή του πλάτους του BCH καναλιού σε dbm ή σε RxLev (βλέπε Πίνακα 6). Πεδίο Display Mode : το πεδίο αυτό καθορίζει τις µονάδες µέτρησης των προβαλλόµενων διαγραµµάτων µε επιλογή ανάµεσα σε αναπαράσταση του πλάτους στο πεδίο των συχνοτήτων ή του χρόνου ( Amp/Freq, Amp/Time ). Πεδίο Bar Charts : βλέπε περιγραφή µέτρησης ισχύος. Πεδίο Sort by : βλέπε περιγραφή µέτρησης ισχύος. Πεδίο Show Value : το πεδίο αυτό υποδεικνύει το µετρούµενο µέγεθος το οποίο θα αναγράφεται για κάθε BCH. Οι επιλογές περιλαµβάνουν την παρουσίαση: α) της ισχύος του καναλιού, β) της ταυτότητας BSIC (=NCC+BCC) του σταθµού βάσης, η οποία αποτελείται από το NCC (Network Color Code) και το BCC (Base Station Color Code) και γ) την εκτίµηση του ρυθµού εµφάνισης λανθασµένων bit µε τη µέτρηση του BER και δ) το όνοµα του κελιού. Επιλογή Color Code : η ενεργοποίηση του πεδίου επιτρέπει την χρωµατική διάκριση των σταθµών βάσης ανάλογα µε την τιµή του NCC. Σχήµα 37. Μέτρηση BER σε BCH κανάλια. Το Σχήµα 37 παρουσιάζει µια τυπική οθόνη µέτρησης µε καταγραφή των ισχυρότερων καναλιών και διάκριση τους σε BCH (πράσινο χρώµα) και TCH κανάλια (κόκκινο χρώµα, no FCH). Σε κάθε κανάλι BCH κανάλι υπάρχει η ένδειξη του BER λόγω της επιλογής Show 39

40 Value: BER. Τέλος, αξίζει να σηµειωθεί ότι στον οριζόντιο άξονα αναγράφονται οι αριθµοί των µετρούµενων καναλιών (ARFCN). Το Σχήµα 38 αφορά την ίδια µέτρηση αλλά αντί του BER παρουσιάζονται οι BSIC τιµές, ενώ µε διαφορετικό χρώµα σηµειώνονται τα BCH κανάλια διαφορετικών δικτύων. Στην περίπτωση της εικονιζόµενης µέτρησης καταγράφονται τρία BCH κανάλια µε δύο διαφορετικά NCC: ίκτυο NCC BCC BSIC ARFCN Α 2 (=010) 5 (=101) 21(= ) 1020 Α 2 (=010) 5 (=101) 21(= ) 1011 Β 5 (=101) 6 (110) 46(= ) 50 Σε κάθε περίπτωση πρέπει να σηµειωθεί ότι το BSIC έχει συµβολική σηµασία και µόνο σε συνδυασµό µε το ARFCN υποδηλώνει µε µοναδικό τρόπο ένα σταθµό βάσης ενός συγκεκριµένου δικτύου. Σχήµα 38. Αποκωδικοποίηση του BSIC και του NCC που µεταδίδεται από τα BCH κανάλια. Μετρήσεις Παρεµβολών (IV) Η επιλογή του εικονιδίου GSM Interference Analyzer Virtual Front Panel επιτρέπει τη διεξαγωγή µετρήσεων του επιπέδου των παρεµβολών στα κανάλια του GSM/DCS δικτύου (Co-channel/Adjacent channel interference). Κατ αναλογία µε τις προηγούµενες µετρήσεις επιλέγεται η ζώνη συχνοτήτων/δέκτης (βλέπε Σχήµα 34) και στη συνέχεια εµφανίζεται το παράθυρο των µετρήσεων. Για παράδειγµα, τα παράθυρα του Σχήµατος 39 αφορούν µετρήσεις παρεµβολών µετά την επιλογή του δικτύου GSM900 (Ε-GSM). Στο εν λόγω παράθυρο µετρήσεων είναι δυνατή η ρύθµιση των ακόλουθων σηµείων: Πεδίο Freq. Units : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Frequency Channel / ARFCN : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Band : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. 40

41 Πεδίο Trace : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Meas. Interval : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Measurement Type : το πεδίο αυτό καθορίζει εάν οι µετρήσεις θα αφορούν την ανάλυση των παρεµβολών από: α) γειτονικά κανάλια ( Adjacent Channel Analysis ) ή/και (β) κανάλια που επαναχρησιµοποιούνται σε γειτονικά κελιά ( Co- Channel Analysis ). Πεδίο Adjacent Channel : το πεδίο αυτό καθορίζει την ταυτότητα των καναλιών για τα οποία διεξάγονται µετρήσεις παρεµβολών από τα γειτονικά τους κανάλια. Η ενεργοποίηση της επιλογής Peak Mode Enable δίνει τη δυνατότητα µεµονωµένων µετρήσεων έναντι της επιλογής υπολογισµού του µέσου όρου της λαµβανόµενης µέτρησης από και τα 8 timeslots. Για παράδειγµα στο Σχήµα 39 έχει επιλεγεί η µέτρηση των καναλιών 31 και 44. Πεδίο Co-Channel : το πεδίο αυτό καθορίζει την ταυτότητα του καναλιού για το οποίο διεξάγονται µετρήσεις παρεµβολών από κανάλια ίδιας συχνότητας που επαναχρησιµοποιούνται σε γειτονικά κελιά. Η ενεργοποίηση της επιλογής Secondary BSIC decode δίνει τη δυνατότητα αποκωδικοποίησης του σταθµού βάσης που λειτουργεί ως πηγή παρεµβολών. Για παράδειγµα στο Σχήµα 39 έχει επιλεγεί η µέτρηση του καναλιού 40. Πεδίο Display Mode : βλέπε περιγραφή µετρήσεων καναλιών BCH. Πεδίο Bar Charts : βλέπε περιγραφή µετρήσεων καναλιών BCH. Πεδίο Show Value : το πεδίο αυτό υποδεικνύει εάν οι µετρήσεις θα λάβουν τη µορφή στηλών (bar graph) µε ή χωρίς παρουσίαση της µετρούµενης ισχύος (σε dbm). Σχήµα 39. Μέτρηση παρεµβολών(amp/freq) γειτονικού καναλιού για τα κανάλια 31 και 44. Το Σχήµα 39 παρουσιάζει τις µετρήσεις των παρεµβολών από κανάλια γειτονικά στα κανάλια 31 και 44. Τα αποτελέσµατα δίνονται, τόσο σε µορφή αριθµητικών τιµών (πεδία Adj. Carrier A - Adj. Carrier A ), όσο και σε µορφή στηλών. Σε επίπεδο στηλών καταγράφονται 41

42 οι τιµές της λαµβανόµενης ισχύος για το υπό µέτρηση κανάλι και τα άµεσα γειτονικά του. Σε επίπεδο αριθµητικών αποτελεσµάτων καταγράφεται ο λόγος της ισχύος του υπό µέτρηση καναλιού πρός την ισχύ των δύο άµεσα γειτονικών καναλιών: C/N-1 (Ν-1=κανάλι 30 ή 43) και C/N+1 (Ν+1=κανάλι 43 ή 45). Το Σχήµα 40 παρουσιάζει µια εναλλακτική εκδοχή των µετρήσεων σε σχέση µε αυτές που παρουσιάζονται στο Σχήµα 39. Στο εικονιζόµενο διάγραµµα παρουσιάζονται οι στάθµες ισχύος στο πεδίο του χρόνου για τα υπό µέτρηση κανάλια καθώς και για τα άµεσα γειτονικά τους. Τέλος, το Σχήµα 41 παρουσιάζει τις µετρήσεις των παρεµβολών στο κανάλι µε κεντρική συχνότητα MHz από τα κανάλια (συχνότητες), οι οποίες επαναχρησιµοποιούνται σε γειτονικά κελιά. Τα αποτελέσµατα δίνονται τόσο µε µορφή αριθµητικών τιµών (Πεδίο Co- Channel Measurements ) όσο και σε µορφή στηλών. Σε επίπεδο στηλών καταγράφονται οι τιµές της λαµβανόµενης ισχύος µε τη µορφή της διασποράς ισχύος στο πεδίο του χρόνου. Ουσιαστικά, οι παρεµβολές αντιµετωπίζονται ως ένα είδος πολύοδης (Multipath) διάδοσης το οποίο έχει ένα ισχυρό όρο (που προέρχεται από το σταθµό βάσης του τοπικού κελιού) και µια σειρά από καθυστερηµένους και πιο εξασθενηµένους όρους/σήµατα τα οποία φυσιολογικά προέρχονται από τους σταθµούς βάσης οι οποίοι επαναχρησιµοποιούν το ίδιο κανάλι σε άλλα κελιά. Υπό αυτή την έννοια η ράβδος µε τη σήµανση 0 καταγράφει το ισχυρό σήµα από το τοπικό κελί. Παράλληλα, καταγράφεται και η στάθµη ισχύος του καναλιού µε χρονική υστέρηση ±6 συµβόλων πληροφορίας. Σε επίπεδο αριθµητικών αποτελεσµάτων καταγράφεται: α) ο λόγος της ισχύος του υπό µέτρηση καναλιού προς την ισχύ του παρεµβαλλόµενου καναλιού ( Primary/Interferer ) β) τη µέγιστη διακύµανση της ισχύος (σε db) συγκριτικά µε την ισχύ του ισχυρότερου σήµατος που προφανώς προέρχεται από το τοπικό κελί ( Fading ) γ) την ταυτότητα του σταθµού βάσης του τοπικού κελιού ( Primary BSIC ) και του παρεµβαλλόµενου κελιού ( Secondary BSIC ) και τέλος δ) την ισχύ του καναλιού στο τοπικό κελί ( Primary Power ) καθώς και τη συνολική ισχύ στο κανάλι λαµβάνοντας υπόψη και τα παρεµβαλλόµενα κελιά ( Total Power ). Σχήµα 40. Μέτρηση παρεµβολών (Amp/Time) γειτονικού καναλιού για τα κανάλια 31 και

43 Σχήµα 41. Μέτρηση παρεµβολών(amp/freq)από κανάλια ίδιας συχνότητας που επαναχρησιµοποιείται σε γειτονικά κελιά για το κανάλι 40. Τεστ Κλήσεις (IX) Με την επιλογή του εικονιδίου Call Control Virtual Front Panel είναι δυνατή η ρύθµιση της διεξαγωγή τεστ κλήσεων από τα κινητά τηλέφωνα που περιλαµβάνονται στο µετρητικό σύστηµα. Συγκεκριµένα µε την επιλογή του εικονιδίου εµφανίζεται ένα παράθυρο διαλόγου που επιτρέπει την επιλογή συγκεκριµένης τηλεφωνικής συσκευής (βλέπε Σχήµα 42). Σχήµα 42. Παράθυρο διαλόγου επιλογής τηλεφώνου Μετά την επιλογή τηλεφωνικής συσκευής ανοίγει το παράθυρο διαλόγου που επιτρέπει τη διαµόρφωση των χαρακτηριστικών των τεστ κλήσεων που θα διεξαχθούν από την επιλεγµένη τηλεφωνική συσκευή. Στο παράθυρο αυτό µπορούν να επιλεχθούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Πεδίο Freq. Units : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Call Initiation : το πεδίο αυτό καθορίζει τον τρόπο διεξαγωγής των τεστ κλήσεων µε επιλογή ανάµεσα στη διεξαγωγή µιας ακολουθίας κλήσεων ( Sequence ), µιας µεµονωµένης κλήσης ( Single long Call ) και τερµατισµού ( Termination ). Πεδίο Measurement Type : το πεδίο αυτό καθορίζει µια σειρά µετρήσεων που συνδυάζονται µε τη διεξαγωγή των τεστ κλήσεων. Οι επιλογές περιλαµβάνουν την καταγραφή στοιχείων σχετικά: α) µε τις απόπειρες διεξαγωγής κλήσεων ( Attempted Calls ), β) µε τις ανεπιτυχείς απόπειρες διεξαγωγής κλήσεων ( Blocked Calls ), γ) µε 43

44 τις κλήσεις οι οποίες δεν τερµατίζουν µε φυσιολογικό τρόπο ( Dropped Calls ) και δ) τις απόπειρες διεξαγωγής handover. Πεδίο Phone Number : το πεδίο αυτό καθορίζει τον καλούµενο αριθµό προς τον οποίο διεξάγονται οι τεστ κλήσεις. Πεδίο Automatic Redial : το πεδίο αυτό καθορίζει τον τρόπο µε τον οποίο θα συνεχιστούν οι τεστ κλήσεις σε περίπτωση ανεπιτυχούς απόπειρας διεξαγωγής κλήσης ή µη φυσιολογικού τερµατισµού κλήσης ( Redial on Blocked Calls / Redial on Dropped Calls ). Συγκεκριµένα, µπορεί να καθορισθεί ο χρόνος που µεσολαβεί έως την επανάληψη µιας κλήσης ( Redial Interval ) καθώς και ο µέγιστος αριθµός επανάληψης κλήσεων ( Max Redials ). Πεδίο Call Option : το πεδίο αυτό επιτρέπει την επιλογή συγκεκριµένου τύπου καναλιού για τη µεταφορά δεδοµένων µε επιλογή ανάµεσα σε πλήρους ρυθµού (Full Rate-9.6 kbps) και αναβαθµισµένου πλήρους ρυθµού (Enhanced Full Rate-12.2 kbps). Πεδίο Automatic Call Sequence : το πεδίο αυτό δίνει τη δυνατότητα διαµόρφωσης του τρόπου µε τον οποίο εξελίσσεται η διαδικασία των τεστ κλήσεων. Συγκεκριµένα, µπορεί να καθορισθεί η διάρκεια της τεστ κλήσης ( Access Time ), ο χρόνος αναµονής για την επόµενη κλήση ( Redial Wait ) Και τέλος το συνολικό αριθµό των κλήσεων ( Total Calls ). Πεδίο Mobile Behavior : το πεδίο αυτό δίνει τη δυνατότητα να επιλεγεί συγκεκριµένη χρονοθυρίδα για την αποκατάσταση κλήσης ( Restrict Timeslot ) καθώς και την αγνόηση της φραγής κλήσεων σε ένα κελί. Σχήµα 43. Παράθυρο ελέγχου κλήσεων τεστ τηλεφώνου Παράλληλα, το µενού ελέγχου των τεστ κλήσεων δίνει τη δυνατότητα: α) να επιλεγεί συγκεκριµένο κανάλι ARFCN ( Select Channel ), β) να διεξαχθεί handover προς ένα συγκεκριµένο κανάλι ( Force Handover) και γ) να αποτραπεί το handover από ένα συγκεκριµένο κανάλι ( Prevent Handover ) 44

45 Το Σχήµα 43 παρουσιάζει το είδος των µετρούµενων µεγεθών κατά τη διάρκεια των τεστ κλήσεων το οποίο περιλαµβάνει: α) το BCH κανάλι το οποίο αντιπροσωπεύει το κελί στο οποίο διενεργούνται τεστ κλήσεις ( Channel ), β) τη διάρκεια της κλήσης ( Access Time ), γ) χρονοµέτρηση έως την διεξαγωγή της επόµενης κλήσης ( Redial In ), δ) τον απόλυτο αριθµό και το ποσοστό των κλήσεων οι οποίες δεν τερµάτισαν φυσιολογικά ( Dropped Calls / Drop Rate ), ε) τον αριθµό και το ποσοστό των ανεπιτυχών αποπειρών κλήσης ( Blocked Calls / Block Rate), στ) το συνολικό αριθµό κλήσεων ( Attempted Calls ), ζ) τον αριθµό των υπολειπόµενων τεστ κλήσεων ( Remaining Calls ) η) το συνολικό αριθµό επιχειρούµενων handover καθώς και τον αριθµό των αποτυχηµένων και επιτυχηµένων handover ( Attempted Handovers / Failed Handovers / Successful Handovers ) Μετρήσεις Τηλεφωνικών Συσκευών (VII) Με την επιλογή του εικονιδίου Phone Virtual Panel µπορούν να διεξαχθούν µετρήσεις από τις τηλεφωνικές συσκευές. Για την εκτέλεση των µετρήσεων είναι απαραίτητη η επιλογή τηλεφωνικής συσκευής µέσω του παραθύρου διαλόγου που εικονίζεται στο Σχήµα 42. Μετά την επιλογή τηλεφωνικής συσκευής ανοίγει το παράθυρο διαλόγου που επιτρέπει τη διαµόρφωση των χαρακτηριστικών των µετρήσεων που θα διεξαχθούν από την επιλεγµένη τηλεφωνική συσκευή. Στο παράθυρο αυτό µπορούν να επιλεχθούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Πεδίο Freq. Units : βλέπε περιγραφή µέτρησης φάσµατος. Πεδίο Measurement : το πεδίο αυτό καθορίζει τον είδος των µετρήσεων που µπορούν να διεξαχθούν µέσω των κινητών τηλεφωνικών συσκευών µε επιλογές που περιλαµβάνουν: α) πληροφορίες σχετικά µε το κελί στο οποίο είναι συνδεδεµένο το κινητό τηλέφωνο ( Serving Cell Information ), β) µετρήσεις σε σχέση µε το κανάλι µεταφοράς δεδοµένων ( Mobile Measurements ), γ) συγκριτική παρουσίαση των γειτονικών κελιών καθώς και του κελιού εξυπηρέτησης ( Serving and Neighbor Cells ), δ) στοιχεία σχετικά µε τον αλγόριθµο και τα Frequency Hopping κανάλια, ε) πληροφορία σχετικά µε τις παραµέτρους C1/C2 οι οποίες σχετίζονται µε την εγκατάσταση σε ένα κελί (Cell Selection Parameter=C1) και την εγκατάσταση σε ένα νέο κελί. (Cell Reselection Parameter=C2) Πεδίο Display Mode : βλέπε περιγραφή µετρήσεων καναλιών BCH. Πεδίο Bar Charts : βλέπε περιγραφή µετρήσεων καναλιών BCH. Πεδίο Show Value : Το πεδίο αυτό υποδεικνύει εάν οι µετρήσεις θα λάβουν τη µορφή στηλών (bar graph) µε παρουσίαση της µετρούµενης ισχύος (σε dbm) ή της ταυτότητας του σταθµού βάσης (BSIC). Το Σχήµα 44 παρουσιάζει το είδος των µετρήσεων και των πληροφοριών τις οποίες καταγράφει η τηλεφωνική συσκευή. Συγκεκριµένα, τα µετρούµενα µεγέθη παρουσιάζονται µε τη µορφή: ιαγραµµάτων τα οποία περιλαµβάνουν: o Στήλες στο πεδίο των συχνοτήτων, όπου αναπαρίσταται η ισχύς του BCH στο κελί εξυπηρέτησης καθώς και στα γειτονικά κελιά 45

46 o Γραφικές παραστάσεις στο πεδίο του χρόνου, όπου αναπαρίστανται: α) το επίπεδο ποιότητας (ως προς το ΒER) του λαµβανόµενου σήµατος ( RxQual (F) ) β) το επίπεδο της εκπεµπόµενης ισχύος ( Tx Power ), γ) το επίπεδο ισχύος του λαµβανόµενου σήµατος ( RxLev (F) ) και τέλος δ) της τιµής του timing advance. Καταγραφής τιµών σε πεδία που αφορούν στα εξής µεγέθη: o Πεδίο Mobile State : στο πεδίο αυτό αναφέρεται η κατάσταση της τηλεφωνικής συσκευής π.χ. Idle, Wait on answer κλπ. o Πεδίο Mobile Measurements : στο πεδίο αυτό καταγράφονται µια σειρά από µετρήσεις και πληροφορίας που καταγράφονται µέσω της κινητής τηλεφωνικής συσκευής: To πεδίο TCH αναφέρεται στο κανάλι δεδοµένων που έχει δεσµευτεί για την τεστ κλήση Το πεδίο Tx Power καταγράφει τη στάθµη εκποµπής του κινητού τηλεφώνου. Τα πεδία RxLev (F) και RxLev (S) καταγράφουν το επίπεδο ισχύος (σε dbm) του λαµβανόµενου σήµατος από όλα (F=Full) ή τµήµα (S=Subset) των χρονοθυρίδων που έχουν αποδοθεί στο κινητό τηλέφωνο. Τα πεδία RxQual (F) και RxQual (S) καταγράφoυν το επίπεδο BER από όλα ή τµήµα των χρονοθυρίδων που έχουν αποδοθεί στο κινητό τηλέφωνο. Το πεδίο RLTC (Radio Link Time-out Counter) καταγράφει την τιµή ενός µετρητή ο οποίος εάν µηδενισθεί υποδεικνύει την αδυναµία σύνδεσης και τελικά την απόλυση της κλήσης. Το πεδίο FER (Frame Erasure Rate) υποδεικνύει το ρυθµό εµφάνισης λανθασµένων και κατ επέκταση απορριπτόµενων πλαισίων δεδοµένων. Το πεδίο Timing Advance αποτελεί µια έµµεση ένδειξη για την απόσταση µεταξύ του κινητού χρήστη και του σταθµού βάσης, διότι η τιµή του υποδεικνύει πόσο νωρίτερα το κινητό τηλέφωνο πρέπει να εκπέµψει προκειµένου να αντιπαρέλθει την καθυστέρηση διάδοσης στον αέρα. Το πεδίο Timeslot υποδεικνύει τη χρονοθυρίδα η οποία έχει αποδοθεί στον κινητό χρήστη. o Πεδίο Serving Cell : στο πεδίο αυτό καταγράφονται σηµαντικές πληροφορίες που αφορούν το κελί που εξυπηρετεί το κινητό τηλέφωνο: Το πεδίο BCH καταγράφει το κανάλι το οποίο χρησιµοποιείται ως BCH κανάλι στο κελί εξυπηρέτησης. 46

47 Το πεδίο BSIC καταγράφει την ταυτότητα του σταθµού βάσης που υποστηρίζει το κελί εξυπηρέτησης. Το πεδίο Cell ID / Cell Name καταγράφει τη συµβολική ταυτότητα του κελιού εξυπηρέτησης. Το πεδίο LAC καταγράφει την ταυτότητα της περιοχής θέσης (Location Area) στην οποία ανήκει το κελί εξυπηρέτησης. Το πεδίο MNC (Mobile Network Code) καταγράφει την ταυτότητα του δικτύου στο οποίο συνδέεται το κινητό τηλέφωνο. Το πεδίο MCC (Mobile Country Code) καταγράφει την ταυτότητα του εθνικού δικτύου στο οποίο συνδέεται το κινητό τηλέφωνο. o Πεδίο (MAIO/HSN/Hops) : Το πεδίο αυτό καταγράφει πληροφορίες σχετικά µε τον αλγόριθµο Frequency Hopping που πιθανά υιοθετείται από το κελί εξυπηρέτησης. Ανάµεσα στην πληροφορία που παρουσιάζεται ξεχωρίζει ο αριθµός ( Hops ) και η ταυτότητα των καναλιών που χρησιµοποιούνται εναλλάξ από το κινητό τηλέφωνο. Σχήµα 44. Παράθυρο µετρήσεων τηλεφώνου Καταγραφή Σηµατοδοσίας (VIII) Με την επιλογή του εικονιδίου Messages Virtual Panel δίνεται η δυνατότητα καταγραφής και αποκωδικοποίησης των µηνυµάτων σηµατοδοσίας που λαµβάνει και αποστέλλει το κινητό τηλέφωνο. Συγκεκριµένα, το παράθυρο καταγραφής της σηµατοδοσίας προσφέρει τις ακόλουθες ρυθµίσεις: Τα Πεδία Layer 2 Messages / Layer 3 Messages επιτρέπουν την επιλογή καταγραφής Layer 2 ή/και Layer 3 σηµατοδοσίας. 47

48 To Πεδίο Display Control επιλέγει το είδος των µηνυµάτων ( Layer 2, Layer 3 ) που παρουσιάζονται on line και καταχωρούνται σε ανεξάρτητη οθόνη ( Log to Display ). Το Πεδίο Snapshot επιτρέπει την καταχώρηση των τελευταίων 50 µηνυµάτων ενώ στην κύρια οθόνη παρουσιάζεται η συνεχής ροή των µηνυµάτων σηµατοδοσίας. Το Σχήµα 45 παρουσιάζει µια τυπική εικόνα της εν λόγω µετρητικής επιλογής. Μάλιστα, µε διπλό κλικ σε κάθε µήνυµα υπάρχει η δυνατότητα ανάπτυξης και ανάγνωσης του περιεχόµενου του. Σχήµα 45. Παράθυρο καταγραφής σηµατοδοσίας. 48

49 II.1.3. Εργαστηριακές Εργασίες Επίδειξη αναλυτή δικτύων κινητής τηλεφωνίας Βήµα 1 ο : Γενική περιγραφή του εξοπλισµού και του προγράµµατος διαχείρισης του µετρητικού συστήµατος. Βήµα 2 ο : Επίδειξη δηµιουργίας ενός νέου project. Βήµα 3 ο : Περιγραφή της επιλογής Hardware και των διαδικασιών ενηµέρωσης του µετρητικού συστήµατος για το συνδεδεµένο εξοπλισµό ( Auto config ). Βήµα 4 ο : Επίδειξη της διαδικασίας Auto config καθώς και των αποτελεσµάτων της. Βήµα 5 ο : Περιγραφή του µενού Collection και των τύπων µέτρησης που αυτό περιλαµβάνει. Βήµα 6 ο : Περιγραφή της διαδικασίας µέτρησης φάσµατος ( Spectrum VFP ) Επίδειξη µέτρησης φάσµατος στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων. Βήµα 7 ο : Περιγραφή της διαδικασίας µέτρησης ισχύος καναλιών ( Power VFP ) Επίδειξη µέτρησης ισχύος καναλιών στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων. Βήµα 8 ο : Περιγραφή της διαδικασίας µέτρησης καναλιών BCH ( GSM Broadcast Channel VFP ). Επίδειξη µέτρησης BCH καναλιών στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων Βήµα 9 ο : Περιγραφή της διαδικασίας ανάλυσης παρεµβολών ( GSM Interference Analyzer VFP ). Επίδειξη µέτρησης παρεµβολών στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων Βήµα 10 ο : Περιγραφή διαδικασίας τεστ κλήσεων ( Call control VFP ). Επίδειξη διενέργειας τεστ κλήσεων στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων. Βήµα 11 ο : Περιγραφή διαδικασίας µετρήσεων τηλεφώνων ( Phone VFP ). 49

50 Επίδειξη µέτρησης τηλεφωνικών συσκευών στη ζώνη συχνοτήτων E-GSM και DCS Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων Βήµα 12 ο : Περιγραφή διαδικασίας καταγραφής σηµατοδοσίας ( Messages VFP ). Επίδειξη διαδικασιών καταγραφής σηµατοδοσίας. Σχολιασµός των επιλογών ρύθµισης για τις διαδικασίες µέτρησης. Σχολιασµός των µετρήσεων Βήµα 13 ο : Περιγραφή της διαδικασίας δηµιουργίας έκθεσης αποτελεσµάτων-µετρήσεων (Report). Επίδειξη της διαδικασία εγγραφής µετρήσεων και της αναπαραγωγής τους. Βήµα 14 ο : Περιγραφή της επιλογής Export για την εξαγωγή των καταγεγραµµένων µετρήσεων. ΙΙ.2. Εργαστηριακή Άσκηση 8 II.2.1. Στόχοι και Αντικείµενο της Εργαστηριακής Άσκησης Η παρούσα εργαστηριακή άσκηση έχει ως σκοπό να επιτύχει την εξοικείωση των σπουδαστών µε την εκτέλεση των βασικών διαδικασιών µέτρησης που υποστηρίζει η µετρητική διάταξη Agilent E74XX. Στα πλαίσια αυτού του στόχου θα πραγµατοποιηθούν µια σειρά από µετρήσεις σε φυσικό επίπεδο (µετρήσεις φάσµατος, ισχύος και καναλιών), µετρήσεις βασιζόµενες σε τεστ κλήσεις και καταγραφές σηµατοδοσίας και σηµαντικών πληροφοριών που αφορούν το στρώµα 3 της ασύρµατης GSM διεπαφής. Συνοψίζοντας µε την ολοκλήρωση της εργαστηριακής άσκησης οι σπουδαστές θα πρέπει: να µπορούν να διεξαγάγουν µια σειρά από µετρήσεις µε τη µετρητική διάταξη του εργαστηρίου να έχουν κατανοήσει τη χρηστικότητα των µετρήσεων και των πληροφοριών που µπορούν να συλλεχθούν µέσω της µετρητικής διάταξης. να έχουν ειδικότερα κατανοήσει τη λειτουργικότητα των µηνυµάτων και των πλέον σηµαντικών παραµέτρων οι οποίες περιέχονται στη σηµατοδοσία του στρώµατος 3. II.2.2. Εργαστηριακή Τοπολογία ΙΙ Λογισµικό Μετάφρασης CC Σηµατοδοσίας Η εργαστηριακή τοπολογία περιλαµβάνει τη µετρητική διάταξη η οποία επιδείχθηκε στα πλαίσια της εργαστηριακής άσκησης 7. Στα πλαίσια της παρούσας εργαστηριακής θα χρησιµοποιηθεί επίσης ένα λογισµικό µετάφρασης για την σηµατοδοσία του υποστρώµατος 50

51 CC. Το εν λόγω πρόγραµµα ονοµάζεται GSM Signal Decoder και βρίσκεται µε τη µορφή εικονιδίου στην επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή σας. Με διπλό κλίκ πάνω στο εικονίδιο επιτυγχάνεται η είσοδος στο περιβάλλον εργασίας του «GSM Signal Decoder» (βλέπε Σχήµα 46). Ο αναλυτής σηµατοδοσίας θα χρησιµοποιηθεί για τη µετάφραση σηµατοδοσίας που έχει συλλεχθεί σε δεκαεξαδική µορφή κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής άσκησης 7. Περισσότερες λεπτοµέρειες για τη σηµασία των παραµέτρων που περιέχονται στα µηνύµατα σηµατοδοσίας καθώς και για εναλλακτικές τιµές που αυτές µπορούν να λάβουν µπορείτε να βρείτε στην προδιαγραφή Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Mobile radio interface layer 3 specification (3GPP TS version Phase 2) (Lab/Lab 7&8/ts_100557v042500p.pdf). Τα κύρια σηµεία της διεπαφής του λογισµικού µετάφρασης, όπως έχουν σηµανθεί αριθµητικά στο Σχήµα 46, έχουν ως εξής: 1. Το Πεδίο Εισαγωγής εδοµένων είναι ο χώρος όπου εισάγονται τα δεδοµένα µε την αντιγραφή τους στο clipboard ( Copy ) και την επικόλληση τους στον εν λόγω χώρο ( Paste ). 2. Το Πλήκτρο Εκτέλεσης είναι το πλήκτρο που µε την επιλογή του εκτελείται η µετάφραση του µηνύµατος που βρίσκεται στο Πεδίο Εισαγωγής εδοµένων από δεκαεξαδική σε αλφαριθµητική µορφή. 3. Το Tick Box χρησιµοποιείται προκειµένου να διευκρινισθεί η κατεύθυνση της αποστολής του µηνύµατος ( από το MS προς το δίκτυο ή αντίστροφα). Η επιλογή του Tick Box δηλώνει την κατεύθυνση MS προς το δίκτυο. Αντίθετα, η µη επιλογή του Tick Box δηλώνει την κατεύθυνση δίκτυο προς το MS. Η δήλωση της κατεύθυνσης αποστολής έχει σηµασία διότι ορισµένα µηνύµατα διαφοροποιούν το περιεχόµενό ανάλογα µε την κατεύθυνση µετάδοσης. 4. Το Πεδίο Μεταφρασµένων εδοµένων: Με την επιλογή του πλήκτρου ο αναλυτής σηµατοδοσίας µεταφράζει τα δεδοµένα σηµατοδοσίας και παρουσιάζει τα αποτελέσµατα. Η πρώτη στήλη µε τον τίτλο Hex Signal παρουσιάζει τα υπό µετάφραση δεκαεξαδικά ψηφία. Στη δεύτερη στήλη µε τίτλο Binary form παρουσιάζεται η µετάφραση των δεκαεξαδικών ψηφίων σε δυαδική µορφή. Στην τρίτη και στη τέταρτη στήλη παρουσιάζονται ο τύπος και η τιµή που λαµβάνει η κάθε µια παράµετρος που περιέχεται στο υπό µετάφραση µήνυµα. Σχήµα 46. Παράθυρο εργασίας του GSM αναλυτή σηµατοδοσίας 51

52 ΙΙ Παράδειγµα Επιτυχηµένης Αποκατάστασης Κλήσης Φυσιολογικής Απόλυσης Φάση Αποκατάστασης Κλήσης Η φάση αποκατάστασης µιας κλήσης ξεκινά µε την αποστολή ενός Setup µηνύµατος. Ένα τυπικό παράδειγµα µηνύµατος Setup για την περίπτωση µιας εισερχόµενης κλήσης σε κινητό χρήστη είναι η ακόλουθη: Μήνυµα Setup: a0 5c f6 7d Το Σχήµα 47 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή της προαναφερόµενης δεκαεξαδικής ακολουθίας. Το πρώτο byte (hex 13) υποδεικνύει ότι το µήνυµα απευθύνεται στο CC υπόστρωµα µε κατεύθυνση από την πλευρά που εκκίνησε τη διαδικασία (δηλ. το δίκτυο) προς την συνεργαζόµενη πλευρά (δηλ. το MS). Τέλος, το πρώτο byte αντιστοιχεί στην υπό εξέλιξη ακολουθία σηµάτων την ΤΙ (Transaction Identifier) τιµή 1. Το δεύτερο byte (hex 05) δηλώνει ότι το µήνυµα ανήκει στην οµάδα των µηνυµάτων της φάσης αποκατάστασης κλήσης και ειδικότερα ότι είναι το µήνυµα Setup. Σχήµα 47. Μήνυµα Setup Το Setup περιλαµβάνει τις ακόλουθες τρείς παραµέτρους: Bearer Capability: Η παράµετρος αυτή καθορίζει τα χαρακτηριστικά της βασικής τηλεπικοινωνιακής υποδοµής η οποία θα υποστηρίξει την κλήση. Για παράδειγµα, στην υπό εξέταση περίπτωση η παράµετρος λαµβάνει τις τυπικές τιµές για την περίπτωση των κλήσεων φωνής. Το πεδίο transfer mode (=circuit) δηλώνει µεταφορά δεδοµένων µε µεταγωγή κυκλώµατος ενώ το πεδίο transfer capabilities (=speech) 52

53 δηλώνει την υπηρεσία φωνής. Τέλος, δηλώνεται ότι το κανάλι είναι πλήρους ρυθµού ενώ η κωδικοποίηση είναι η στάνταρντ GSM. Calling Party Number: Η παράµετρος ενηµερώνει για τη διεύθυνση της πλευράς που καλεί. Ο τύπος της αριθµητικής διεύθυνσης δηλώνεται (type of the number=isdn/telephony numbering plan) και επιπλέον σηµαίνεται η πιθανότητα να µην επιτρέπεται η παρουσίαση του (απόκρυψη αριθµού). Για παράδειγµα στην υπό εξέταση περίπτωση επιτρέπεται η παρουσίαση (Presentation Indicator=Presentation Allowed). Το πεδίο Screening Indicator=User Provided-Verified and Passed δηλώνει ότι ο αριθµός έχει αποσταλεί από τον καλούντα χρήστη αλλά έχει ελεγχθεί από το δίκτυο και θεωρείται αξιόπιστος. Τέλος, παρουσιάζεται η παράµετρος που περιέχει τα ψηφία της αριθµητικής διεύθυνσης του χρήστη που καλεί ( ). High Layer Compatibility: Η παράµετρος αυτή καθορίζει τα χαρακτηριστικά της κλήσης σε επίπεδο τηλεπικοινωνιακής υπηρεσίας. Η ύπαρξη της παραµέτρου αυτής επιτρέπει τον έλεγχο της συµβατότητας ανάµεσα στις δύο πλευρές της επικοινωνίας. Για την υπό εξέταση περίπτωση η παράµετρος δηλώνει την υπηρεσία της τηλεφωνίας. Σχήµα 48. Μήνυµα Call Confirmed Με τη λήψη του µηνύµατος Setup από το δίκτυο το MS απαντά µε ένα µήνυµα Call Confirmed. Ένα τυπικό παράδειγµα ενός τέτοιου µηνύµατος είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Call Confirmed: Το Σχήµα 48 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή του µηνύµατος Call Confirmed. Το πρώτο και το δεύτερο byte (hex 93 08) είναι ταυτόσηµα µε αυτά που εξετάστηκαν στην περίπτωση του Setup µε τις εξής διαφορές: (α) η κατεύθυνση µετάδοσης είναι προς την 53

54 πλευρά που εκκίνησε τη διαδικασία δηλ. το δίκτυο. (β) ο τύπος του µηνύµατος είναι το Call Confirmed. Το µήνυµα περιέχει µόνο τη παράµετρο bearer capability, η οποία ουσιαστικά επιβεβαιώνει αυτή που είχε αποσταλεί στο µήνυµα Setup. Ειδικότερα, το MS δηλώνει ότι αποδέχεται τις τυπικές απαιτήσεις για µια κλήση φωνής (circuit, speech) και ενηµερώνει ότι υποστηρίζει µετάδοση πλήρους και µισού ρυθµού (full and half rate speech coding version 1). Βέβαια, από την πλευρά του MS δηλώνεται ως επιθυµητή η επικοινωνία µε πλήρη ρυθµό µετάδοσης. Τέλος, η παράµετρος περιέχει και µια πιθανή επέκταση της κωδικοποίησης φωνής κατά σειρά προτεραιότητας: (α) full rate speech version2 (β) full rate speech version1 και (γ) half rate speech version1. Το επόµενο µήνυµα που συνήθως µεταδίδεται µετά το Call Confirmed είναι το Alerting. Το µήνυµα αυτό υποδηλώνει ότι ο χαρακτηριστικό τόνος της κλήσης έχει δηµιουργηθεί στο MS και για αυτό το λόγο ενηµερώνεται το δίκτυο. Ένα τυπικό παράδειγµα αυτού του µηνύµατος είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Alerting Message :93 01 Το Σχήµα 49 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή του προαναφερόµενου µηνύµατος Alerting. Στη συγκεκριµένη περίπτωση το µήνυµα δεν περιέχει καµία παράµετρο διότι µόνο η ύπαρξη του µηνύµατος είναι αρκετή για την ενηµέρωση σχετικά µε την δηµιουργία τόνου κλήσης. Σχήµα 49. Μήνυµα Alerting Όταν ο καλούµενος απαντήσει στην εισερχόµενη κλήση το MS αποστέλλει ένα µήνυµα Connect προς το δίκτυο προκειµένου να αιτηθεί/αποδεχθεί την είσοδο στην ενεργό φάση της κλήσης. Ένα τυπικό παράδειγµα του µηνύµατος Connect είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Connect Message : Το Σχήµα 50 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή προαναφερόµενου µηνύµατος Connect. Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 50 το µήνυµα δεν περιέχει καµία παράµετρο διότι µόνο η ύπαρξη του είναι αρκετή για την ενηµέρωση του δικτύου ότι η κλήση εισέρχεται στην ενεργή φάση (συνοµιλία). Με την παραλαβή του µηνύµατος το δίκτυο (MSC) εκτελεί όλες τις απαραίτητες ενέργειες προκειµένου να ενεργοποιηθούν όλα τα κανάλια δεδοµένων τα οποία έχουν δεσµευθεί για την ενεργή φάση της κλήσης. Σχήµα 50. Μήνυµα Connect 54

55 Στη συνέχεια, το MSC επιβεβαιώνει τη λήψη του µηνύµατος Connect µε την αποστολή ενός µηνύµατος Connect Acknowledge προς το καλούµενο MS. Ένα τυπικό παράδειγµα ενός µηνύµατος Connect Acknowledgement είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Connect Acknowledge :13 0f Το Σχήµα 51 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή προαναφερόµενου µηνύµατος Connect Acknowledgement. Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 51 το µήνυµα δεν περιέχει καµία παράµετρο διότι µόνο η ύπαρξη του µηνύµατος είναι αρκετή για την ενηµέρωση του MS για την είσοδο της κλήσης στην ενεργή φάση. Ενεργή Φάση Κλήσης Σχήµα 51. Μήνυµα Connect Acknowledge Όταν ολοκληρωθούν τα προαναφερόµενα βήµατα που αποτελούν τη φάση της αποκατάστασης της κλήσης, η κλήση εισέρχεται στη φάση της συνοµιλίας. Η ανταλλαγή των δεδοµένων φωνής υποστηρίζεται από κανάλια φωνής τα οποία έχουν δεσµευθεί από το καλούντα έως τον καλούµενο χρήστη. Φάση Απόλυσης Κλήσης Ένας φυσιολογικός λόγος απόλυσης της κλήσης είναι ο τερµατισµός της από την πλευρά των χρηστών. Όταν για παράδειγµα ο χρήστης που καλεί τερµατίσει πρώτος την κλήσης τότε το δίκτυο πρέπει να ενηµερώσει τον καλούµενο χρήστη για το γεγονός της έναρξης απόλυσης της κλήσης. Σε αυτή την περίπτωση το MSC του καλούµενου χρήστη αποστέλλει ένα µήνυµα Disconnect προς το MS. Ένα τυπικό παράδειγµα ενός µηνύµατος Disconnect είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Disconnect Message : e0 90 Το Σχήµα 52 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή του προαναφερόµενου µηνύµατος Disconnect. Σύµφωνα µε την αποκωδικοποίηση του σήµατος το µήνυµα περιέχει µόνο µία παράµετρο (Cause IE), η οποία ενηµερώνει το MS για την αιτία της απόλυσης της κλήσης καθώς και για την περιοχή του δικτύου από την οποία ξεκινά αυτή η διαδικασία. Για το παράδειγµα που εξετάζεται το τµήµα του δικτύου (Location) το οποίο εκκινεί την διαδικασία της απόλυσης λαµβάνει την τιµή «Χρήστης» (User), ενώ το αίτιο λαµβάνει την τιµή «Φυσιολογική Απόλυση Κλήσης» ( Normal Call Clearing ). 55

56 Σχήµα 52. CC Disconnect Μήνυµα Με την παραλαβή του µηνύµατος Disconnect το MS απαντά µε ένα µήνυµα Release το οποίο αποτελεί ένδειξη αποδοχής της εισόδου στη φάση απόλυσης της κλήσης. Ένα τυπικό παράδειγµα ενός µηνύµατος Release είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Release :93 2d Το Σχήµα 53 παρουσιάζει τη µεταφρασµένη εκδοχή του µηνύµατος Release. Το µήνυµα δεν περιέχει κάποια παράµετρο διότι η παρουσία του και µόνο είναι αρκετή προκειµένου το δίκτυο να απελευθερώσει όλους τους πόρους που είχαν δεσµευθεί για την κλήση. Σχήµα 53. Μήνυµα Release. Όταν το δίκτυο (MSC) λάβει το µήνυµα Release, απαντά µε ένα µήνυµα Release Complete, το οποίο τερµατίζει τη φάση της απόλυσης κλήσης. Ένα τυπικό παράδειγµα ενός µηνύµατος Release Complete είναι το ακόλουθο: Μήνυµα Release Complete: 13 2a e0 90 Σχήµα 54. Μήνυµα Release Complete 56