GSM

Introduction to

Global System for Mobile (GSM)

Dr. Eng. Mostafa Mohamed Elgamala RHCE, MCSA, CCNA, CCAI, PMP,ITIL,CSCU,IBDL

[email protected] Facebook: Mostafa Elgamala

Mobile : 01112142266

mailto:[email protected]

2 04441411111 Dr. Eng. Mostafa Mohamed -RHCE-CCNA-CCAI-MCSA-LDP-PMP

GSM

What is meant by communication system?

Communication System consists of source, destination, channel, information

What is meant by mobile system?

Any mobile system consists of:

1. Network "connected elements"

2. Coverage any where

Communication System classifications


Connection types

Air interface problems → مشاكل الالسلكي

1) Distance فقد في قدرة اإلشارة الكهرومغناطيسية نتيجة للمسافةيحدث

"propagation delay"ويحدث أيضا تأخير

2) Shadow

""Refraction ء انكسار عن طريق الضوء فيحدث للضو EMWفهم مايحدث للـ عنستطي

وذلك نتيجة "Scattering"وتشتت " Diffraction"ود حيو "Reflection " سو انعكا

واصها خلألجسام المحيطة و

3) Multi path

نتيجة لوجود أكثر من مسار تتخذه الموجات الكهرومغناطيسية فيمكن ان يحدث تداخل بناء او

بين هذه المسارات وتسمى هذه الظاهرة "destructive or constructive"هدام

Multi-path effects


4) Doppler effect

نتيجة لسرعة جهاز المستقبل او المرسل يتغير تردد االشارة الكهرومغناطيسية على حسب هذه السرعة

واتجاهها

Interference Types

Multiple Accesses

1. TDMA

2. FDMA

3. CDMA

4. SDMA


Antenna types

1. Unidirectional antenna.

2. Directional antenna.

Generation of PCM signal

1. Sampling (voice B.W 300-3400 Hz)

Sampling frequency fs ≥ 2 Fm [= 8000] samples

Sampling interval = 125 micro sec

2. Quantization

3. Coding [8 bit used]

8000 (sample/sec)* 8 (bit/sample) = 64 kb/s

PCM 30 transmission system consists of 32 time slot

32*8 / 125 micro sec = 2048 kb/s

GSM versions

1. 1992 GSM phase 1 [ full rate voice 13 kb/s , 9.6 kb/s data rate ]

2. 1995 GSM phase 2 [ new services, Half rate voice 5.6 kb/s]

3. 1997 GSM phase 2+ [ GPRS , EDGE , effective full rate 12.2 kb/s]

4. Annual Releases


5. 2000 UMTS [ data rate 2 Mb/s ]

GSM Adaptations

GSM ـيم الترددات الخاصة بق

1. GSM 900 2*25 MHz [ 890-915 MHz UL , 935-960 MHz DL ]

2. GSM 1800 2*75 MHz [ 1710-1785 MHz, 1805-1880 MHz]

3. E- GSM 2*35 [ 880-915, 925-960 MHz]

4. GSM 1900 2*60 [ 1850-1910, 1930-1990] USA only

5. GSM – R 2*4 [ 876-800, 921-925] [speed 450 km/h]

6. GSM – 400 [450,4 – 457,6, 460,4 – 467,6] large Areas , rural

areas

Note: - Maximum power for mobile 2 w for GSM 900 & 1 w for GSM 1800

In GSM 900 124 carrier (freq. band)

E- GSM 900 174 carrier

GSM 1800 374 carrier

Cell types

1. Pico cell r=10m 100m

تستخدم فى الموالت وقاعات االجتماعات

2. Micro cell 100m 500 m

ارات مطتستخدم فى المالعب وال

3. Macro cell 500m 35 km[ GSM 900]

500m 8 km [GSM 1800]

4. Umbrella cell

المتحرك بسرعة MSبين الخاليا وبعضها بالنسبة للـ handoverتستخدم لتقليل عملية الـ


5. Selective cell

خلية تغطى إتجاه معين وليس كل االتجاهات

Cell radius verification كيفية تغير حجم الخلية

1. Antenna height

ارتفاع الهوائي الخاص بالمحطة

2. Power

تزيد من حجم الخلية powerزيادة الـ ب

3. Antenna tilting

antennaميل الـ

4. BTS & MS sensitivity

5. Frequency بزيادة التردد تقل حجم الخلية

6. Antenna type

Mobile Network definitions

Cluster : عدد من الخاليا ال يتكرر فيها التردد

Frequency reuse: اخرىاعادة استخدام التردد فى خاليا

Hand over: أثناء تحرك الموبيل عملية انتقال المكالمة من خلية إلى أخرى


PLMN

BTS:-

وكل ما يخص التحويل من اإلشارة Amplification , Modulation , Coding مسئولة عن الـ

الكهربية إلى الكهرومغناطيسية والعكس

BSC:-

ومعدل الاالعط من حيث الترددات واكتشاف وإصالح BTSهو الجهاز المسؤل عن التحكم في المحطات

Microwave linkعن طريق BSCبـ BTSتكبير اإلشارات ويتم توصيل الـ

TRAU:-

Multiplexingللصوت وأيضا يقوم بعمل Compress /decompressمسئول عن


MSC:-

AC, EIR, VIR, HLRهو قلب الشبكة ويكون مسؤل عن توصيل المشتركين ببعضهم ولهذا يتصل بـ

ن حفظ بيانات تخص عمالء الشبكة المسئولين ع

GMSC:

"MSC"مع باقي الشبكات عن طريق هذا الـ GSMتتصل شبكة

PSTN:

(شركة المصرية لالتصاالتتليفونات النحاسية )مثل الهي شبكة ال

OMC-B, OMC-S:-

MSSاو BSSالتحكم فى يتم أجهزة كمبيوتر من خاللها

#################################################################

The Functions of GSM network elements

1- MS (Mobile Station) = ME (Mobile Equipment) + SIM

ME:-

-اآلتية: Blocksجهاز الموبيل والذى يقوم بوظائف اإلرسال واالستقبال ويتكون من الـ وه

يتم إضافةbits لة زائدة في مرحconvolution coding وذلك السترجاع اى أخطاء قد تحدث أثناء

. channel ـاإلرسال فى ال


ويتم عمل randomization للـbits فىinterleaver وذلك للتغلب على انburst error قد

ترجاعه بحيث يمكن اس errorsيحدث إثناء اإلرسال حيث يحدث هذا العنصر تفريق لهذا النوع من الـ

convolution decoderباستخدام

يتم تجهيز الصوت فىblocks ثم يتم تشفيره فى الـcipher block

SIM

"شريحة المحمول " عبارة عن ذاكرة يتم تخزين فيها مجموعة بيانات وهى SIMتعتبر

MSISDN:-

" "20104413398مثال رقم الخط المعروف للمشترك

IMSI:-

وبالشبكة فقط ويتم التعامل بين الموبيل وبين SIMهو رقم خاص بالمشترك ويكون مسجل بـ

الشبكة باستخدام هذا الرقم

TMSI:-

هو رقم عشوائي ويتم تغيره بعد كل مكالمة

PIN:-

"SIM"ل الخط قفرقم يضعة المشترك لكى ي

PUK:-

الموجود على أسطوانة الخط PUKالبد أن ندخل رقم الـ مرات خطأ PIN 3إذا تم إدخال رقم الـ

A3, A8:-

مج تستخدم لتشفير المكالمات ابر

Kc, Ki

اكواد تستخدم أيضا فى التشفير

Phone book:

ذاكرة لتسجيل األرقام واألسماء


2- BSC Functions

Control & monitor of BTS's.

Radio Resource Management

Store of the BSS configurations & software

S/W backup

Connection to OMC-B

3- BTS Functions

1. Modulation /demodulation

2. Channel coding/decoding

3. Ciphering/deciphering

4. Amplification/ filtering / HF generation

5. Power control

6. Time advance

7. Synchronization " time & freq."

4- TRAU

Compress/decompress

"13 kb/s + 3 kb/s” 16 kb/s 64 kb/s

BSC MSC

5- MSC Functions

1. Call processing functions

Call setup & terminations

Billing


O&M formation support

Call monitoring

Connection path selector

2. Mobile specific functions

Location update & paging & handover

Mobile announcements

Singling with BSC, MS, NSS databases

Internet working function

6- VLR

Store user data

Semi – permanent

MS-ISDN, IMSI, services, service restrictions

Temporary

TMSI generations, LAI, IMSI attach/detach, triples,

LMSI, give cipher commands

7- HLR Functions

Central storage, routing info at MTC, sand data to VLR

Store MSISDN, IMSI, services, VLR address, SMS flags.

8- AC Functions

Generation of Triples to secure GSM network, Associate with HLR


9- EIR "optional"

The operator writes the IMEI no. in EIR if the mobile has been stolen to prevent

the stolen mobile to operate in the network.

To show IMEI press “*#60#”

10- OMC Functions

Network operation & configuration & management

Error detection & correction

Performance control

Security management

3 levels of OMC

1. Network elements

2. Regional OMC

3. National OMC

#################################################################


Radio interface

. time slot 8من carrierويتكون كل micro sec 577واحد زمنه time slotكل مكالمة تأخذ

وذلك حتى يتمكن من التحول من micros 28 أوالينتظر time slotالصوت فى الـ MSعندما يرسل الـ

burst إرسالهوالعكس . ويسمى الصوت فى حالة off الى onحالة


ى للـ العدد الكلbits فى الـburst 156.25يساوى

tail bits 3 هى bits وهو وقت التحول من بيانات إرسالوال يتم فيها "000"تساوىon الى off

guard period 8.25تكافئ وقت bit وهى لمعادلة الـdelay

زمن الـbit 3.69الواحدة micro sec

Normal burst

S stealing bit if it 0 0 information bits is signaling

1 1 information bits is voice

Training sequence used in matching filter to extract the channel characteristics

التحكم إشارات"signaling " المكالمات هى : إثناءتحدث التي-

1. Power control

2. Hand over

3. Time advance

4. Call release

5. Measuring reports

الـmodulation المستخدم فىGSM هوGMSK والذى يعتبر مثلFSK (f=67.7khz)

= BWى يكون له ك smoothingوذلك لعمل Gaussian filterيمر على 0الى 0واالنتقال من

200khz "small BW"

كل Frame 26 يمسىmultiform ويستخدم الـtime slot إلرسال 13رقمsignaling

كلmultiform 51 يسمىsuper frame "6.12sec" وكلsuper frame 2048 يسمى

hyper frame ويستخدم فى تكرارfrequency hopping وفى التشفير

Frequency hopping متغيره " أوقاتمن تردد فى أكثر ستخدميكل موبيل أنبمعنى التردديالقفز

quality averagingتغير التردد دوريا" وذلك لعمل


منع لوذلك TS 3بمقدار uplink timeيسبق down link time أن GSMنجد فى

simultaneous transmission / reception وذلك لوضعprocessor و واحد فقطOscillator

ل ثمن جهاز الموبيل مما يقلواحد

Logic of layer 1

"downlink" للموبيل freq. synchronizationتستخدم لعمل .0

"downlink" للموبيل time synchronizationتستخدم لعمل .2

ومعلومات عن الشبكة ""FR, HR, EFR, GPRSالخلية تحتوى على رقم الخلية وإمكانيات .3

"downlink"

"up" له signaling channelلطلب MSيستخدم الـ .4

" MS "downلطلب الـ signaling channelتستخدمها الشبكة لتخصيص .5

يرن " وذلك فى MSلديه مكالمة " لجعل الـ بأنه MSالـ إلبالغتستخدمها الشبكة لتخصيص .6

location Area "down "

" LUP "down /UP و SMSو call setupتستخدم فى .7

powerو time advanceمثل urgentتكون ال التي signalingالتحكم إشاراتتستخدم لنقل .8

control وreports measuring "up/down"

ة مثل يالتحكم اللحظ إشاراتتستخدم لنقل .9

"up/down" handover, call release, IMSI-detach

على الـ أرسالةسبق يتم كل ماtime slot رقمzero فى الـbeacon carrier ماعداFACCH &

SACCH وذلك بتتابع معين

الـ إرساليتمSACCH الـ علىFrame فى الـ 13رقمmultiform


الـ إرساليتمFACCH فى الـFrame م تغير العادى ولكن يتStealing bits 1 1 بـ

Burst types

1. normal burst used in TCH, PCH, SDCCH, FACCH, SACCH, BCCH,

AGCH

2. FCCH burst used in FCCH channel

متتابعين zero 142 يتكون من

3. SCH burst used in SCH channel

very good channel estimationلعمل training sequenceتستخدم كـ bit 64وبه

4. RACH burst used in RACH channel

( 35KM)حتى حدود الخلية delay compensationوذلك لعمل bitومن 68,25وفيها


خطوات عمل مكالمة منMS الىBTS


خطوات استقبال مكالمة"MTC" ف هى نفسها نفس خطوات إنشاء مكالمة ولكن االختال

. وترسل الشبكة رقم location Area تبحث فىو pagingان الشبكة ترسل إشارة

Setupلطالب فى رسالة ا

Code & Identity

MSISDN = CC + NDC + SN

IMSI = MCC+MNC+MSIN = 3+2+10 digit

LAI = MCC+MNC+ LAC

CGI= MCC+ MNC+LAI+CI

MCC 3 digit

MNC 2 digit

CC 2 or 3 digit

CI 2 byte

GSM Security Features

1. Authentication & Encryption

A3 (ki, Rand) = SRES

A8 (Ki, Rand) =Kc


يطلب الـ VLR مجموعة منtriples أوللمشترك فى حالة عمل مكالمة SMS حتى أوLU

يتم قطعRand من الـtriple م بحساب يقو الذيللمشترك أرسالة وSRES ويرسلها الى الشبكة

ثم يتم التشفير , حيث يتم المقارنة بينها وبين القيمة الموجودة فى الشبكة Authenticationلعمل

للتشفير A5بروتوكول استخدامو يتم Kc باستخدام

A5 (Kc, TDMA Frame no.) = CS

Ciphered text = CS * data

لفك التشفير BTSالى VLRمن Kc إرساليتم

2. IMSI allocation

عمل المكالمة أثناء فيتغيره ويتم IMSI التصنت على لمنع TMSIاستخدام يتم

IMSI = LAC + TIC

3. IMEI check "optional"

Recognize stolen, faulty ME

وذلك لجعل الموبيل المسروق ال يعمل على الشبكة

IMEI NO = TAC "24 bit" + FAC "8 bit" + SNR "24 bit" + SVN "4bit"

Location update

تحدث عمليةة األولى للمرةفى حالة تركيب الشريحةlocation update باسةتخدام IMSI , وبعةد اول

TMSIاستخدام الشؤيحة للمرة االولى تتم العملية باستخدام الـ

يتم عملLocation Update فى ثالث حاالت

1. Normal

هةذا عةن MSويعةرف الةـ location Areaمةن أكثةربةين MSلةك فةى حالةة عبةور الةـ وذ

Broadcast messagesالموجودة في الـ CGIطريق استماعه لـ

2. Periodic

Type

approval

code

Final

assembly

code

Serial no Software

version

no


بالنسةبة للشةبكة MSيصةب الةـ LUرسةالة BTsوتحدث كل نصف ساعة إذا لم تسمع الةـ

unreachable

3. IMSI attach/Detach

message location update (LU)او فتحه يتم ارسال MSفل فى حالة ق

ال يحدثLU اثناء المكالمات

يةتم التعامةل مةعLU مثةل اى مكالمةة فيحةدثauthentication وcipher و assign new

TMSI

فى حالة تغيرLA يتم كتابة الرقم"record" فىnew VLR ويتم تغيير رقم الـVIR فةىHLR

MSيعكس المكان الجديد للـ حتى

MTC

الةذى يطلةب مةن الةـ GMSCتصةل المكالمةة الةى MSكالمةة مةن شةبكة اخةرى الةى الةـ مفى حالة وصةول

HIR رقمMSRN الذى به عنوان الـMSC الموجود به المشترك"MS" ويسمىVMSC .


الخةاص IMSIبلها يرسةل اليةه رقةم وق MSRNقيمة MSالموجود به رقم الـ VLRمن HLRيطلب الـ

GMSCالذى يرسلها الى HLRالى MSRNويرسل VLR. يجيب الـ MSبـ

MSالموجود بها الـ LAالى Pagingرسالة VMSCعمل مكالمة فيرسل VMSCمن GMSCيطلب

كما شرحنا سابقا. cipherو authenticationوتبدا خطوات المكالمة من

OACSU

channelويتم تخصيص الـ radio resourcesدم هذه الطريقة في حالة وجود أحمال كبيرة على الـ تستخ

وتستثنى في المكالمات TCHفقط عند الرد على المكالمة فقط وليس في وقت إنشاء المكالمة مما يوفر في

ومكالمات الطوارئ data callالدولية و

أنواع من 4يوجدHandover

1. intra – cell داخل الخلية الواحدة

MSCوال يتدخل بها channelتحدث لوجود تداخل على الـ

2. intra- BSS

MSCوال تدخل بها cellsتحدث بين الـ

3. intra – MSC

BSCتحدث بين الـ

4. intra – MSC

ه وتكون معقد MSC'sتحدث بين


-اآلتية : بناء على المعايير handoverويتم اتخاذ قرار الـ

1. Received signal strength

2. Quality of received signal

3. Distance "time advance"

4. Signal strength of surrounding cells

5. Interference

122-911-112"مكالمات الطوارئ"

IMSFوال IMEI checkوال authenticationتةةتم مكالمةةةات الطةةةوارئ بةةةدون تشةةةفير أو

reallocation وال حتى وجودSIM وذلك للسرعة واالستجابة للطوارئ

يتم إرسةالSMS واسةتقبالها علةىsignaling on. ويةتم تخزينهةا فةيSMS- service center وهةو

لكةي يةتم HLR, VLRفةي flagيةتم عمةل MS detachوفةى حالةة SMSجهاز كمبيوتر خةاص بةـ

MSبعد فت الـ SMSإرسال

Date post:	21-Apr-2017
Category:	Education
Upload:	mostafa-elgamala
View:	4,384 times
Download:	2 times

GSM

Education