mobil informatikai rendszerek - users.nik.uni-obuda.huusers.nik.uni-obuda.hu/malk/mobil/2016...

Mobil Informatikai RendszerekModern informatikai rendszerek közös

tulajdonsága. Távközlési alapfogalmak.

2016. szeptember 19.

Sicz-Mesziár Jánoss icz -mesz ia r. janos@nik .un i -obuda.hu

Távközlési alapfogalmak

Vivőfrekvencia (f)

Egységnyi idő alatt hányszor

ismétlődik (gyakoriság)

GSM rendszerben

900MHz környéke, újabban 1800 és 1900MHz is.

Két 25 MHz-es sávszélességű sáv.

Duplex távolság alatt az adott Uplink vivő és a

hozzátartozó Downlink vivő közötti különbséget értjük.

Csatornaszám:

9/19/2016Sicz-Mesziár János 2

Sávszélesség Vivőfrekv. száma Csatorna sávszélesség Duplex távolság

900MHz 25MHz 124 25MHz / 124 ~= 200KHz 45MHz

1800MHz 75MHz 374 75MHz / 374 ~= 200KHz 95MHz

Távközlési alapfogalmak (2)

Magyarországi GSM frekvencia feloszlás

R-GSM, E-GSM (GSM 900)

DCS 1800 (GSM 1800) – Digital Cellular System

Forrás: https://hu.wikipedia.org/wiki/GSM


https://hu.wikipedia.org/wiki/GSM


Hullámhossz (λ)

az a távolság, amekkora távolságonként a hullám

ismétlődik.

f = 1/T T = 1/f

λ = C*T = C*1/f λ = C/f

A fentiekből adódik, hogy a GSM rendszerben

900MHz-en:

300 000 000 / 900 000 000 = ~0,33m = 33cm

1800MHz-en:

300 000 000 / 1 800 000 000 = ~0,17m = 17cm


λ = hullámhossz,

C = fénysebesség (vákuum: ~300 000km/s)

T = idő


Felületi hullámok

Talaj menti

Talajról visszavert

30 MHz felett néha a rádióhullám a

troposzféra csapdájába kerül fel-le

pattogva benne, majd valahol a

távolban visszaverődik a földre.

Térhullámok

Az ionoszférába érkező

elektromágneses hullámok terjedési

iránya megtörik és - ha a feltételek

ehhez megfelelőek – a hullámok a

Föld felé visszaverődnek.


Hullámterjedés


Jel-zaj viszony

A jel (információ) és a háttér zaj teljesítményének

hányadosa.

A jel-zaj meghatározásánál a logaritmikus decibelskálát

használják. Decibelekben mérve, a jel-zaj viszony az

amplitúdók hányadosának 10-es alapú logaritmusának

20-szorosa vagy a teljesítményarány logaritmusának 10-

szerese.

ahol:

P = átlagos teljesítmény

A = amplitúdók négyzetes átlaga.



Moduláció

biztosítják, hogy egy tipikusan szinuszos jel - a vivő -

képes legyen információ hordozására

Amely végrehajtja a modulációt: modulátor;

Ami a visszaállítja (inverz műveletet): demodulátor.

Digitális modulációs technikák

A szinuszos jel három fő paraméterét módosítják.

AM: Az amplitúdómoduláció során a hasznos

jel a vivőfrekvencia amplitúdóját változtatja.

FM: A frekvenciamoduláció során a hasznos jel

a vivőfrekvencia frekvenciáját változtatja.

PM: fázis moduláció - a moduláció során a vivő jel fázisát

változtatja az átvinni kívánt bitek függvényében, gyakorlatilag

késlelteti, vagy sietteti azt.


GSM rendszer

GSM rendszer

Global System for Mobile Communications, eredetileg Groupe SpécialMobile

Európai Távközlési Szabványok Intézete (ETSI) által kifejlesztett szabvány

1982 GSM munkacsoport létrehozása

1988 GSM rendszer specifikációja (6000 oldal)

1991 Első hivatalos beszélgetés (Júl.1)

GSM rendszer célkitűzése

Pán Európai rendszer

Jó beszédminőség

A rádiófrekvencia hatékony kihasználása

Jó megbízhatóság (előfizetőnek és a továbbított információnak)

ISDN kompatibilitás

Kompatibilitás más adatkommunikációs rendszerekkel

Nyílt rendszer


GSM rendszer

Cellamintázatok

A 124 darab csatorna nem elegendő

még ha időbeli multiplexelést használunk sem

(8-an használnak egy csatornát egy időben)

Ötlet: az egymással szomszédos cellákban ne legyen

frekvenciaütközés, de az egymástól távoliakban lehessen

használni ugyanazt a frekvenciát.

A cellák kialakításánál a következő kiinduló

szempontokat kell figyelembe venni:

a mobil készülékek földrajzi eloszlását

az előfizetők közlekedési szokásait,

az átvitel minőségét,

a szolgáltatás földrajzi kiterjedését

a domborzati viszonyokat


GSM rendszer

A cellás hálózatban kétféle antennát használnak

körsugárzó – egyenletesen sugároz 360°-os szögben,

szektorsugárzó - amely általában 120°-os szektort lát el.

A cellák csoportosítása nagyságuk szerint

Nagy cellák: nagy kiterjedésű, kis forgalmú vidéki

területeken (~10-30km sugarú)

Közepes méretű cellák: (általában nagyvárosban),

szektorsugárzóval antennákkal (~1-5km)

Kis cellák: városokban és nagy forgalomigényű

területeken. (~300-1000 méter s.)

Mikro cellák: vasúti pályaudvarok, repterek,

üzletközpontok (kisebb mint 300 méter sugarú)


GSM rendszerInformáció átvitel a GSM rendszerben

FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Frekvenciaosztásos többszörös csatorna-hozzáférésMinden csatornának egy-egy külön frekvencia van kijelölve. Hátránya, egyszerre csak egy előfizető használhat adott frekvenciát.

TDMA (Time Division Multiple Access)

Időosztásos többszörös csatorna-hozzáférésEgyetlen frekvenciát 8 előfizető használ időosztásban. Keret idő: 4.615ms Slot idő: 4.615ms / 8 ~= 0.577ms

SDMA (Space Division Multiple Access)

Térosztásos többszörös csatorna-hozzáférésGyakorlatilag maga a cellás rendszer.


GSM rendszer


CDMA (Code Division Multiple Access)

Kódosztásos többszörös csatorna-hozzáférésÁtvinni kívánt digitális adatot egy pszeudorandom jelsorozattal modulálják (XOR), így a másik oldalon csak az a vevő veszi, aki ismeri az adó pszeudó kódját.

„Koktélparti” – „Zajos helyen több társaság beszélget és megértik egymást”

Kódolás menete:

1. Asignal = Adata XOR Akey

2. Bsignal = Bdata XOR Bkey

3. Composite = Asignal + Bsignal

Dekódolás menete:

1. Composite AND Akey (local)

2. Kimenet integrálása

3. Komparálás(összehasonlítás)

GSM rendszerTDMA keretek


GSM rendszerGSM kapcsoló rendszer


GSM rendszer

GSM kapcsoló rendszer – BSS részei

BTS:

megfelelő rádiós kapcsolat megteremtése a rendszer és az MS

között. A BTS besugárzási területét hívjuk cellának, ami a

mobilhálózat alapsejtje.

BSC:

a BTS egy csoportját a bázisállomás-vezérlők irányítják.

Digitális kapcsolóközpontok mobilmenedzsment funkciókkal.

Megteremti a kapcsolatot a BTS és az MSC között.

Csatornakiosztás.

Csatornaváltás: beszélgetés közben a mért értékektől függően

dönt a handover-ről - átadásról.


GSM rendszerGSM kapcsoló rendszer – BSS részei

MSC:

hívás felépítése, hívásvezérlés, kapcsolási funkciók ellátása, számlázás,

előfizetői adatok, szolgáltatások kezelése, közvetítő vezetékes szolg. között

HLR:

információkkal látja el az MSC-t a szolgáltató összes előfizetőjéről, IMSI alapján

nyilvántartott előfizetők, helyadatok, utoljára kapcsolt bázisállomás helye,

bejövő hívásnál innen kérik le az előfizetői adatokat, utolsó bázisállomás

VLR:

távoli MSC-ből érkező felhasználók adatai vannak itt, helyben is használhatja

telefonját, folyamatos adatcsere a távoli HLR és helyi VLR között, ehhez

roaming szerződés kell, ha idegen előfizető kilép törlődik az IMSI-je a VLR-ből

AUC:

Hitelesítési központ, hálózat előfizetőihez hozzárendeli a hitelesítési és

titkosítási adatokat, hálózat oldalról végzi a biztonsági funkciókat

EIR:

hálózatban használt mobilkészülékek IMEI száma (gyártó típuskód, gyártó,

gyártási szám), 3 féle lista: Fehér: korlátozás nélküli, Szürke: átmenetileg

korlátozott, Fekete: kitiltott, pl.: lopott9/19/2016Sicz-Mesziár János 16

GSM rendszer

GSM authentikáció

Érvényesíti az IMSI-t,

megvédi a hálózatot

jogosulatlan használattal

szemben.

Adott egy Ki kulcs, ami az előfizető felvételekor bekerül az

AUC-ba, és ott van a SIM-en is.

Az AUC generál egy véletlen számot (RAND) és a Ki kulccsal

együtt az A3 algoritmusson keresztül kap egy SRES (Signed

Response) értéket.

A RAND érték kiküldésre kerül az MS számára.

Az MS a helyi SIM-en tárolt Ki-t és a kapott RAND-ot

felhasználva ugyanúgy az A3 algoritmussal előállítja ő maga is

az SRES-t.

Az MS visszaküldi a kapott SRES értéket az MSC/VLR-hez.

Az MSC összehasonlítja a két SRES értéket. Ha egyezik akkor

megfelelt az authentikációnak.9/19/2016Sicz-Mesziár János 17

GSM rendszerGSM titkosítás (ciphering)

A rádiós csatornán a BTS és MS közötti kommunikáció csak az arra jogosult két fél számára álljon rendelkezésre.

MSC/VLR leküld egy üzenetet a BTS-nek és az MS-nek a titkosítási eljárás elindításához.

Authentikációnál használt RAND és a Ki felhasználásával az A8 algoritmuson keresztül előáll egy Kc titkosítási kulcs. Ezt a BTS megkapja. (Eredetileg a Kc a VLR-ben korábban tárolásra kerül)

Az MS szintén előállítja Ki és RAND ismeretében A8 algoritmussal a Kc-t, aminek egyeznie kell a BTS-ben lévővel.

MS oldalon: Kc és a TDMA keret sorszám felhasználásával előállít egy 114bites titkos bitsorozatot. A kapott bitsorozat a burst114bit XOR kapuk bemenetére kerül.

BTS oldalon: Kc és TDMA keret sorszám ismeretében előáll a titkos bitsorozat. Visszafejtéskor a kapott titkos adatok kerülnek a XOR kapukra.


mobil informatikai rendszerek - users.nik.uni-obuda.huusers.nik.uni-obuda.hu/malk/mobil/2016...

Documents