          Innehlls frteckning

          Inledning
1         SYSTEM VERSIKT
1.1       CME 20 ntverkselement
1.1.1          Vxelsystemet
1.1.2          Basstationsystemet
1.1.3          Drift- och underhllssystemet
2         GSM standarden fr Cellulr Mobil telefoni
2.1       GSM's drivande krafter
2.2       Ntverks arkitektur
2.2.1          Den mobilastationen
2.2.2          Basstation sndare/mottagare
2.2.3          Bas station controllern
2.2.4          Det mobila service- och vxelcentret
2.2.5          Hemlgesregister
2.2.6          Authentication Centrat
2.2.7          Visiting Location Register
2.2.8          Equipment Identifikation Register
2.2.9          Drift- och underhllscentret
2.3       Exempel p trafikfall
2.3.1          Roaming och positionssuppdatering
2.3.2          Samtal till mobiltelefonen
2.3.3          Samtal frn mobiltelefonen
2.3.4          Lokalisering och handovers
2.4       GSM, ett digitalt radio system
2.4.1          Frekvensband
2.4.2          Det fysiska lagret
2.4.3          Logiska kanaler
2.4.4          Effekt kontroll
2.4.5          Modulation och frekvenshopp
2.4.6          Talkodning
3         CME 20 Specifikationer
3.1       Telekommunikations tjnster
3.1.1          Teletjnster
3.1.2          Teletjnster fr garen
3.2       Konfidentiallitet och skerhet
3.2.1          Abonnentens identitets modul
3.2.2          Authentication och kryptering
3.2.3          Authentication av abonnent identiteter
3.2.4          Kryptering fr anvndar datans skerhet
3.2.5          Definitiv utrustnings identifikation
3.2.6          Abonnentidentitets konfidentiallitet
3.3       Interface och signalering
3.3.1          Fasta telefonvxelntverk till CME 20
3.3.2          Signalering i Switching Systemet
3.3.3          A och A-bis interfacet
3.3.4          Radio interfacet
          Slutord
          Kllfrteckning
Inledning

I Europa har vi ftt ett gemensamt trdlst telefonnt. Det r
vrldens frsta helt digitala nt. Systemet gr under
betckningen GSM, som str fr Global System for Mobile
communications. GSM telefonen ska kunna anvndas fullt ut i 18
lnder, men den ska ven kunnas tas med ut p resor till
kontinenten. Egentligen behver man inte ens ta med sig sin egen
telefon eftersom abonemanget r knutet till ett kundkort i
kreditkortsformat. Korten kan anvndas i vilken GSM telefon som
helst och som d automatiskt fr kortgarens personliga
telefonnummer. Samtalskvaliten ska ligga betydligt ver NMT
systemet, som r analogt. Hr i Sverige kommer det att finnas tre
olika nt fr GSM. Med det kommer Sverige bli det enda GSM-land
dr det finns tre olika nt. I andra lnder r antalet operatrer
ej fler n tv. Runt fyra miljarder berknas de tre nten i
Sverige kosta fram till r 1995. Personer som nu skaffar ett
abonnemang kommer mrka att inte alla utlovade tjnster fungerar.
Fr tillfllet s kommer telefonerna bara att fungera inom
Sveriges grnser och huvudsakligen kring Stockholm, Malm och
Gteborg. Att telefonerna bara fungerar inom Sverige beror p att
de svenska operatrerna inte har slutit ngot avtal med ngra
andra utlndska operatrer. Jag har valt att granska en av de
Svenska operatrerna Televerket med  systemleverantren Ericsson
Radio Systems. Det GSM system man utvecklar kallas CME 20.

Historia

Groupe Spcial Mobile  upprttades 1982 fr att formulera
specifikationerna fr ett europeiskt mobilt cellulrt radio
system p 900 MHz. Efter ett fltfrsk i Frankrike 1986 och val
av kommunikations koncept (TDMA) fr radio 1987, s
undertecknades ett Memorandum of Understanding 1988 av 18 lnder.
I dokumentet band sig lnderna att flja specifikationerna och
att starta upp ett kommersiellt GSM nt den 1:a Juli 1991. Flera
milstolpar i Memorandum of Understanding r redan avklarade 1992
eftersom det nya ntet tcker huvudstder och flygplatser. I r
1993 kommer ntets tckning ven att inkludera flera stora vgar.
Frst r 1995 rknar man med en fullskalig tckning d ven
landsbygden tcks upp.

1982: GSM aktiviteter startade
1986: Flt test
1987: Val av kommunikations koncept (TDMA) fr radio.
1988: GSM - Memorandum of understanding (18 lnder)
1989: Felkorrigerings systemet utvecklas.
1991: Kommersiellt system startas upp
1992: Huvudstder och flygplatser tcks
1993: Stora vgar tcks upp
1995: Landsbygden tcks
                              1993
                                
1 System versikt

CME 20, som r Ericssons GSM system, r ett helt automatiskt
mobilt telefonsystem enligt ETSI/GSM Tekniska Specifikationer fr
ett Digitalt Cellulrt Radio Ntverk. Systemet r gjort s att
det ska frse sina anvndare med alla de avancerade
telekommunikations tjnster, samtidigt som det mter kraven p
flexibilitet, anvndarvnlighet och underhllsbarhet.

CME 20 innehller alla ntverkselement beskrivna i ETSI / GSM,
det vill sga CME 20 r en fullstndig ntverkslsning, som
inkluderar vxelcentraler, lokaliseringsregister, basstations
controllers, basmottagare samt funktioner fr centraliserad
anvndning och underhll.

Det mobila telefon systemet CME 20 bestr av tre sjlvstndiga
delar:

Vxelsystemet  ,The Switching System (SS) , dr huvuddelen av
samtalsbehandlingen och abonnentrelaterade funktioner utfrs.

Basstationsystemet, The Base Station System (BSS), dit alla
radiobeslktade funktioner koncentreras. Interfacet mellan vxel-
och basstationsystemet verensstmmer helt med A-interfacet
specificerat av GSM-standarden.

Drift- och underhllssystemet, The Operation and Support System
(OSS) , vilket innehller de drift- och underhllningsfunktioner
som krvs i ntverket.

Vxelsystemet och basstations controllern (vervakaren) i
basstationsystemet r bda tv applikationer av AXE systemet fr
allmn telekommunikation. Denna flerfunktions applikation r en
grundlggande komponent i alla Ericssons system fr offentliga
landbaserade mobila ntverk, offentliga vxlade telefonntverk,
offentliga datantverk och integrerade digitala servicentverk.
(Integrated Services Digital Networks)





                                
                                
      Bilden ovan visar de olika ntverkselementen i CME 20



1.1 CME 20 ntverkselement

CME 20 bestr av tre huvudsystem, vilka tillsammans omfattar alla
funktioner som krvs av ett cellulrt radiontverk enligt GSM
tekniska specifikationer.

De tre systemen r:

-    Vxelsystemet (SS)
-    Basstationsystemet (BSS)
-    Drift- och underhllsystemet (OSS)






1.1.1 Vxelsystemet (SS)

SS innehller fem funktionella verktyg: the Mobile services
Switching Centre (MSC) , the Home Location Register (HLR), the
Visitor Location Register (VLR), the Authentication Centre (AUC)
och Equipment Identity Register (EIR).

MSC har hand om telefonvxelrelaterade funktioner till systemet.
En speciell grind (gateway)-MSC (GMSC) funktion  koordinerar
trafiken med det fasta offentligt vxlade telefonntverket Public
switched telepone network  (PSTN) . MSC har hand om allt som
berr vxelfunktioner, ntverksinterface, vanlig
kanalsignalering, avgiftsdebitering. Hela MSC r utfrd som en
AXE applikation.

HLR r en databas som anvnds till att skta och leda de mobila
abonnenterna. Den innehller permanent abonnentdata ssom
abonnenttyper och bestllda abonnent tjnster etc. Den lagrar
ocks information om var abonnenterna befinner sig nr de r
aktiva. HLR-funktionen kan vara integrerad i samma terminal som
MSC eller som en separat terminal.

VLR r en databas, som hmtar data frn HLR och frser sin MCS
med den information som krvs fr att kunna ge nya abonnenter i
omrdet de tjnster som de har bestllt. VRL i CME 20 systemet r
alltid integrerad tillsammans med MSC.

AUC frser systemet med de krypteringsparametrar som krvs fr
att frskra varje samtals strikta konfidentiallitet.

EIR r en databas som innehller information om den mobila
utrustningens identitet fr att frhindra obehrigt anvndande av
mobila stationer.

1.1.2 Basstationsystemet (BSS)

BSS innehller tv huvudfunktioner: the Base Station Controllern
(BSC) och the Base Transceiver Station (BTS).
tminstone en MSC i vxelsystemet kontrollerar en eller flera
BSC, vilka i sin tur kontrollerar flera BTS'er var.

BSC, basstationsvervakaren, r en hgkapacitetsvxel och
ansvarar fr de radio- relaterade funktionerna i CME 20.Den
skter handovers, vervakar radio-ntverkskllor och kontrollerar
cellkonfigurationsdata. Den kontrollerar ocks radiofrekvensens
signalstyrka i basstationen och de mobila stationer som BSS
kommunicerar med. BSC r utfrd som en AXE applikation som
fjrrvervakar alla funktioner i ett distribuerat ntverk av BTS.

BTS ,sndare/mottagare fr basstationen, innehller all
funktionalitet som behvs fr att tcka en eller flera celler.
Interfacet mellan BSC och BTS r utfrt s att det verensstmmer
med A-bis interfacet enligt GSM tekniska specifikationer.

1.1.3 Drift- och underhllssystemet (OSS)

Drift- och underhllsfunktionaliteten i CME 20 r baserad p
mjukvara som finns lokalt i ntverksterminalerna. Dessa
grundlggande funktioner r alltid  tillgngliga.En Operation and
Maintenance Centre  (OMC), drift och underhlls- central, utfr
administrativa uppdrag p en hgre niv n dessa terminaler.
Konceptet med drift- och underhllscentraler lokalt och med ett
centraliserat underhlls system, ger en fortlpande effektiv
ntverks styrning och driftkontroll, ven om ntverket skulle
byggas ut i snabb takt.

Varje element i CME 20 ntverket har inbyggda funktioner fr
kontroll och rapportering av status. Eventuella fel graderas
beroende p allvarlighetsgrad, vilket frenklar valet av lmpliga
underhllstgrder. I mnga fall lser den lokala drift- och
underhllsfunktion sjlv problemen genom att till exempel koppla
ver trafiken till en stand-by enhet.
OMC i CME 20 r utfrd i enlighet med Ericssons Telecommunication
Management and Operation Support system (TMOS) och dess
applikationer fr cellulra mobila system. TMOS har frmgan att
kommunicera med alla element i ntverket och hmta den
information som krvs.

2 GSM standarden fr Cellulr Mobil Telefoni

GSM standarden fr cellulr mobil telefoni r ett resultat av ett
samarbete mellan telekommunikations fretag och industrier.
Standardiseringen har utfrts av Groupe Spcial Mobile
ursprungligen uppsatt av Confrence Europenne Tlcommunication
(CEPT) och European Telecommunications Standards Institute
(ETSI).

GSM standarden r helt ny och frutstter anvndandet av
avancerad teknologi i s.k state of the art technology.

GSM arbetar i frekvensbandet 900 MHz, vilket har gjorts
tillgngligt fr GSM-telefoni i hela Europa. Det har konstruerats
s att det kan samexistera med andra cellulra system i frekvens
bandet ssom TACS och NMT 900.

2.1 GSM Drivande krafter

Ur anvndarens synvinkel r nog den viktigaste egenskapen det
internationella oberoendet. Fr nuvarande kan nstan alla
industrialiserade lnder frses med cellulra system, men dessa
system r oftast bara landstckande (ej NMT  900) och av
varierande teknisk kvalitet. Med GSM-systemet s erbjuds
abonnenten identiska tjnster med hg samtalskvalitet var han n
befinner sig.

En annan frdel r att GSM-standarden medverkar till att minska
kostnaden fr mobila stationer. Det digitala signaleringssystemet
som anvnds r vl anpassat fr VLSI-teknologin som nu fr en
strre marknad.

Flera frdelar fr abonnenten r den kade
dataverfringskapaciteten och den kade skerhetsnivn.

2.2 Ntverks arkitektur

Den grundlggande infrastrukturen i ett GSM ntverk r likt
vilket annat cellulrt radiontverk som helst. Systemet r
uppbyggt av kontinuerligt utplacerade radio-celler som
tillsammans tcker det mobila ntverkets hela serviceomrde.
Varje cell har en basstationsndare/mottagare och arbetar p ett
antal tilldelade radiokanaler, vilka r skilda frn de kanaler
som anvnds i de angrnsade cellerna.



En grupp av basstationer kontrolleras av en BSC (basstations
controller) fr sna funktioner som verlmnande frn en cell
till en annan och kontroll av sndarens effekt. I nsta niv r
en eller flera basstations controllers anslutna till en
vxelstation, som kopplar samtal frn eller till andra mobila
abonnenter, eller till abonnenter i offentliga telefon- och
datantverk.

Fyra viktiga databaser r anslutna till MSC: HRL, VLR, AUC och
EIR.
2.2.1 Den mobilastationen (MS)

Mobilstationen r den enda fysiska utrustning som behvs fr att
f tilltrde till de teletjnster som utlovats. Mobilstationen r
allts i vardagligt tal en mobiltelefon. Det finns olika typer av
mobilstationer, t ex fast monterade i fordon och handburna.

En mobilstation har ett antal identiteter. Mobilstationen r
mrkt med
-    International Mobile Equipment Identity
(IMEI).Apparatidentitet
-    International Mobile  Subscriber Identity (IMSI). IMSI r
abonnentens    personliga identitet. IMSI kan programeras in i en
separat modul (SIM)      som r abonnentens egendom.
P detta stt r IMSI knuten till en specifik abonnent. SIM r
ett kort som abonnenten stter in i telefonen d han vill anvnda
den. Korten fungerar i alla GSM baserade telefoner vrlden ver.
Identitetsmodulen ska allts inte vara strre n ett vanligt
kreditkort. Lngre framver kommer ven mindre kort att finnas p
marknaden fr mindre telefoner. Fr att ka anvndarens
konfidentiallitet och integritet anvnds abonnentidentiteten
normalt inte ver radiolnken. I stllet s anvnder man en
temporr identitet, the Temporary Mobile Subscriber Identity
(TMSI). TMSI anvnds i mobilstationen nr den r registrerad av
databasen VLR. TMSI kan ndras av VLR nr som helst, t ex vid
varje uppkopplat samtal. vriga identiteter r lokala inom GSM
ntet. Utver detta har varje mobiltelefon-abonnemang ett enskilt
nummer vilket identifierar abonnemanget. Mobile Station ISDN
Number (MSISDN).

2.2.2 Basstation sndare/mottagare  (BTS)

Den primra funktionen fr BTS r radiosndning och mottagning.
BTS kan innehlla en eller flera sndare/mottagare beroende p
vilken kapacitet som krvs.

2.2.3 Basstations controllern (BSC)

BSC primra funktion r att skta mobiliteten. Nr en abonnent
frflyttar sig r det troligt att han rr sig frn en cell area
till en annan. Processen som gr att samtalet fortstter utan
mrkbart avbrott kallas handover  (verlmnande). Det  avbrott
som uppstr r betydligt kortare i ett GSM system n i ngot
annat cellulrt system.

Under ett samtal i ett GSM ntverk kontrollerar mobilstationen
signalstyrkan frn de mjliga basstationerna och  rapporterar
kontinuerligt detta till basstationen. Dessa rapporter kopplas
vidare frn BTS till basstations controllern, vilket ger
basstations controllern en mycket god mjlighet att besluta
tidpunkt fr ett verlmnande.

I GSM systemet skter ven BSC effektkontroll. Detta reducerar
den utstrlade signaleffekten, minimerar risken fr interferens
mellan olika GSM-abonnenter och maximerar batteriets livslngd i
mobilstationen.

2.2.4 Det mobila service- och vxelcentret (MSC)

MSC utfr alla ndvndiga vxelfunktioner fr mobilstationerna,
som befinner sig inom dess omrde (MSC service omrde).  MSC'n r
hjrtat i det cellulra radio-systemet. Den r ansvarig fr
vgval och uppkoppling mellan uppringande och mottagande
abonnent, avslutning av samtalen, inter-MSC handovers och
supplement service samt r samtalsdebitering. Den upptrder ocks
som interfacet mellan GSM ntverket och de offentliga rst- och
datantverken. MSC r ansluten till andra fasta telefonntverk,
till andra MSC i samma GSM ntverk och till andra GSM ntverk.

IWF Interworking Funktion  r ett funktionellt verktyg till MSC
som frser MSC med de funktioner som r ndvndiga fr ett
korrekt samarbete mellan GSM ntverket och datatjnster.

2.2.5 HemLgesRegistret (HLR)

HLR r den primra databasen, som anvnds fr att ha ordning p
mobila abonnenter. GSM ntverket kan innehlla en eller flera
databaser av denna typ beroende p dess storlek. Det finns tv
olika typer av information lagrade i HLR:

-    Abonnent information, som r information om teletjnster och
abonnent-
     tjnster, tillggstjnster etc.

-    Delar av lgesinformationen, exakt adress till den VLR som
anvnds fr
     de abonnenter som r registrerade i denna HLR. Informationen
anvnds
     fr att etablera rtt vg fr samtal till mobilstationen via
ett MSC-
     tckningsomrde dr mobilstationen var registrerad sist.

Alla administrativa tgrder utfrda av ntverksoperatren,
gllande abonnent data, finns lagrade i HLR.

Tv olika nummer r kopplade till varje mobilt abonnemang och
finns lagrade i HLR:

-    The International Mobile Subscriber Identity  (IMSI), det
vill sga      information som identifierar en GSM abonnent.

-    The Mobile Station ISDN Number  (MSISDN), det vill sga det
nummer
     som identifierar abonnenten i PSTN/ISDN numreringsplan.

2.2.6 Authentication Centrat (AUC)

Det funktionella verkyget kallat AUC r kopplat till HLR.
Funktionen som AUC utfr r att den vrnar om abonnentens
skerhet och integritet genom att frse HLR med information om
abonnentens speciella koder.

2.2.7 Visiting Location Register (VLR)

VLR r en databas vilken innehller dynamisk information om de
mobilstationer som har vistats i en MSC's tckningsomrde, det
vill sga det ntverksomrde dr en MSC opererar. Varje MSC har
sin egen unika VLR.
S snart som en mobilstation anvnds i ett nytt MSC omrde s
hmtar dess VLR information om mobilstationen frn den HLR dr
abonnenten r registrerad. Som del i processen lagrar ocks HLR
adressen p den VLR, som har hmtat information. Om denna
mobilstation senare anvnds i samma omrde fr ett samtal har
redan VLR alla ndvndiga data fr att koppla upp samtalet, utan
att behva kontakta HLR. VLR innehller ocks mer exakta data om
var mobil-telefonen befinner sig inom MSC omrdet.

2.2.8 Equipment Identificaton Register (EIR)

Som jag har beskrivit finns det en skillnad mellan den fysiska
utrustningens identitet (mobilstationen) och abonnentens
identitet. Mobilstationen identifieras med dess International
Mobile Equipment Identity  (IMEI) medan anvndaren identifieras
med hans  IMSI.

Fr att frhindra obehrigt anvndande av stulet material eller
icke godknd mobil utrustning s finns det ett Equipment Identity
Register  (EIR) som r kopplat till MSC'n. EIR anvnds av MSC fr
att kontrollera om IMEI numret p utrustningen r giltigt.

2.2.9 Drift- och underhllscentret (OMC)

OMC r det funktionella verktyg som gr att GSM operatren kan
styra och kontrollera systemet. De tekniska specifikationer som
finns ger generell vgledning fr hur man ska realisera de
funktioner som krvs fr drift- och underhll. I CME 20 r
funktionerna utformade s att de verensstmmer med de i AXE
systemet.

2.3 Exempel p trafikfall

Ett GSM ntverk r utformat fr bilmonterade svl som handburna
mobiltelefoner. Alla abonnenter har mjlighet att ta emot och
ringa samtal oberoende p var i tckningsomrdet de befinner sig.
Nr en abonnent flyttar mellan grnsande celler under samtalets
gng, kopplas samtalet automatiskt ver till den nya cellen.
(handover). Detta sker oavsett om den nya och den gamla cellen
betjnas av samma BTS och MSC.

2.3.1 Roaming och positionsuppdatering

En av de mest fundamentala uppgifterna i ett mobilt telefonsystem
r att kontinuerligt hlla reda p mobilstationernas geografiska
position. Detta r en konsekvens av behovet av att vgleda
inkommande samtal till MSC, BTS, och till sist den BTS som har
den bsta mjligheten att upprtta en radiolnk med
mobilstationen.

Att ndra sin position innebr att mobilstationen kontinuerligt
mste kontrollera att den r ansluten till den bst lmpade
BTS'en. Den mste ocks informera systemet om ndringar i dess
position, genom positionsuppdatering. Mjligheten att rra sig
fritt, byta kontakt ver radiointerfacet fr bsta
mottagningskvalitet kallas roaming.

                                
                                   LA 6

Fr att identifiera det exakta lget av mobilstationen r
fljande av intresse:

-    GSM Service Arean , det vill sga hela den area som alla GSM
ntverk   opererar i.
-    MSC Service Arean. Den hr arean r den del av GSM ntverket
som tcks      av en MSC och i vilken en mobilstation r
tillgnglig nr den har blivit     registrerad i VLR databasen.
-    The Location Area (LA). Varje  MSC area bestr av flera
lgesareor (LA).    Inom dessa kan en mobiltelefon rras fritt
utan att behva uppdatera     lgesinformationen i MSC/VLR, som
kontrollerar arean.
-    Cellen. Varje LA r uppdelad i ett antal radioceller, dr
cellen r en
     definierad area i tckningsomrdet fr radiostationen.


En aktiv men nd oanvnd mobilstation flyttas inom GSM-
ntverket. Fr att kunna vlja den bsta basradiostationen, s
knner den kontinuerligt av signal styrkan p frekvenser som
tillhr var och en av de grnsande cellerna. Nr signalen frn
den cell man befinner sig i blir fr svag, jmfrt med signaler
frn andra celler, byter mobiltelefonen basradiostation. Tre fall
kan d uppst.

                                


-    Mobilstationen flyttas frn en cell till en annan inom samma
LA

     I detta fall finns inget behov fr uppdatering av MSC/VLR
informationen  eftersom abonnenten kommer att kunna bli ndd inom
samma LA.Valet av
     basradiostation grs automatiskt av mobilstationen.

-    Mobilstationen flyttas frn en cell till en annan cell i en
annan LA, men  inom samma MSC omrde.

     Mobilstationen kommer omedelbart att upptcka bytet av LA
eftersom  varje cell inom en LA skickar ut kontinuerliga
identifieringssignaler. I     detta fall fr mobilstationen
tilltrde till systemet via BTS och BSC fr  att f sitt lge
uppdaterat i den MSC/VLR som ansvarar fr LA i frga.

-    Mobilstationen flyttas till en cell i en annan LA, som
tillhr ett annan MSC    omrde.

     Nu kommer vgen genom ntverket att bli annorlunda fr ett
inkommande     samtal till mobilstationen. Drfr kommer inte
bara den nya MSC/VLR att      uppdateras med det nya lget, utan
ocks HLR eftersom den anvnds fr att  styra det inkommande
samtalet till rtt MSC.

2.3.2 Samtal till mobiltelefonen

Ett samtal till mobiltelefonen frn det fasta nstverket
(PSTN/ISDN) vgleds av PSTN/ISDN till en GSMC i GSM ntverket.
Det mottagna (MSISDN) numret analyseras av GMSC och en frfrgan
om mobiltelefonens nummer (MSRN) skickas till HLR i ntverket.HLR
verstter det mottagna MSISDN numret till en GSM
abonnentidentitet IMSI och skickar vidare en frfrgan p MSRN
till MSC/VLR dr abonnenten frnrvarande r registrerad. MSC/VLR
tilldelar tillflligt abonnenten ett MSRN och skickar tillbaka
det via HLR till GSMC'n. Nu kan GSMC koppla upp ett samtal med
den korrekta MSC'n.

                                

VLR har information om den fregende LA'n fr den uppringda
abonnenten. MSC/VLR kan nu snda ett meddelande till alla BTS'er
i detta omrde. Mobil- telefonen , som antas vara i vilolge,
kommer nu att f meddelandet. Meddelandet r ett anrop till
mobilstationen. I meddelandet finns just den mobiltelefonens egna
IMSI och TMSI och den kommer att svara p anropet. D samtals
uppkopplingen r klar och en "trafik" kanal har tilldelats den,
r samtalet kopplat ver radio- vgen till mobiltelefonen.

                                
      Hr har just en lnk satts upp till mobil telefonen.


2.3.3 Samtal frn mobiltelefonen

Ett samtal frn mobiltelefonen brjar nr anvndaren slr det
nskade numret och trycker p sndknappen. Det fr mobiltelefonen
att gra en behrighetskontroll, som skickas till MSC/VLR.
MSC/VLR kommer d att kontrollera om mobil-telefonen har
behrighet till ntverket. Om samtalet grs till en annan
mobiltelefon, kommer MSC/VLR att analysera det uppringda numret
och sedan koppla upp ett samtal inom ntverket. Ifall samtalet r
till en abonnent i det fasta telefonntverket, kommer det slagna
numret att skickas vidare fr analys.

Meddelandet angende samtalsuppkoppling frn mobiltelefonen
kommer att accepteras nr lnken till den uppringda abonnenten r
klar. Mobiltelefonen  tilldelas en given trafikkanal, dr den fr
vnta p bekrftelse att den uppringda abonnenten svarar.

2.3.4 Lokalisering och handovers

Eftersom mobiltelefonen kontinuerligt kan komma att ndra sin
position under ett samtal, kan det bli ndvndigt att vxla
mellan BTS'er nr samtalet har etablerats. Att byta till en ny
BTS under ett samtals uppkoppling eller under ett samtal brukar
kallas "handover " . I ett GSM ntverk skts alla handovers
automatiskt av systemet. Mobil telefonen har hela tiden kontroll
p signalstyrkan och verfringskvaliteten p trafikkanalen och
alla basstationer i omrdet. P samma stt granskar BTS'en den
mottagna signalen frn mobiltelefonen. All information skickas
till BSC fr analys och beslut om en eventuell handover.
                                
                                
              Hr sker en handover mellan tv MSC's

Efter analys av situationen och beslut att starta en handover r
BSC ansvarig fr etablering av en ny lnk till en annan BTS.
Denna BTS kan hra till samma BSC eller till en annan i samma MSC
omrde, eller till och med placerad i ett annat MSC omrde.
Lokalisering innebr hela processen att uppdatera BSC med data om
signalkvalitet, data analys samt beslut om handover.
2.4 GSM, ett digitalt radiosystem.

Radiointerfacet mellan mobilstationen MS och BTS i GSM systemet
anvnder 900 MHz bandet och ett Time Division Multiple Access
(TDMA) koncept. All information r digital, det vill sga att
analoga signaler representeras av en strm binra data d de
verfrs via radiointerfacet. Drfr sgs GSM vara ett digitalt
radio system.

2.4.1 Frekvens band

GSM r ett FDMA/TDMA-system med lngsamt frekvenshopp. Systemet
anvnder 124 st 200 kHz breda duplexkanaler i intervallen 890-915
MHz (Mobil - Bas) och 935 - 960 MHz (Bas - Mobil).
Duplexavstndet r allts 45 MHz. Varje cellge tilldelas sedan
ett antal brfrekvenser med hnsyn till vntad trafik.

2.4.2 Det fysiska lagret

Det fysiska lagret r det mest komplexa och svra att realisera.
Det fysiska lagret knnetecknas av:

-    9-124 radiofrekvenser i duplex
-    TDMA-struktur med 8 tidsluckor per radiofrekvens
-    GMSK-modulering
-    Lngsamt frekvenshopp
-    Blockkod fr felupptckt och faltningskod fr felrttning
kompletterad
     med interleaving.
-    Kompensering fr lptidsfrdrjning upp till 233 s (ca 35
km enkel vg)
-    Utjmning fr att klara flervgsutbredning p upp till 16 s
frdrjning.
-    Dynamisk uteffektreglering.

Varje ramfrekvens anvnds fr att bra 8 separata "fysiska" GSM
kanaler, vilkas data blir snda/mottagna i perioder. Datan som
ligger i GSM kanalen snds ut i burstar  (knippen) med den
tilldelade perioden och med en brutto bithastighet p 270,833
kbit/s. Frutom den ndvndiga rst- och signalinformationen kan
ett dataknippe innehlla bitsekvenser fr utjmningstrning och
synkronisation. Sndningen och mottagningen p varje frekvens r
tidsmssigt indelad i ramar med lngden 4,62 ms. Varje ram bestr
av 8 tidsluckor p vardera 577 s. I varje sdan tidslucka ryms
ett GMSK-modulerat dataknippe p 156,25 bitar. I mitten av varje
dataknippe (se bild) finns en lrsekvens  som anvnds av
mottagaren fr att bibehlla synkroniseringen till tidsluckan,
samt fr att berkna mottagnings-frhllanderna med avseende p
flervgsutbredning. Vid utjmningen , som kompenserar fr
eventuell flervgsutbredning, behvs ven start/stopp bitar fr
att inte mottagningen ska frsmras i dataknippets ytterndar.
Mellan dataknippena finns ett "guard space  " p 8,25 bitar fr
att mobilstationens sndare ska hinna startas och stoppas och
inte stra kring liggande tidluckor. Tillslag/frnslag mste
varieras  fr att radiofrekvensens bandbredd inte skall
verstigas.
                                
                                

Normaladataknippen  anvnds fr tal- och datakommunikation. De
vriga har speciella anvndnings omrden:

-    Frekvenskorrigeringsdataknippen  Anvnds fr snabbare
lsning av RF- frekvensen.

-    Synkroniseringsdataknippen  Anvnds av mobilstationen fr
att  synkronisera till basens ramstruktur. Data i bursten
innehller information   om basidentitet och ramens lge i tiden.
(i en 2 715 648-ramars cykel)

-    Accessburst. Denna snds av mobiltelefonen vid frsta access
mot en bas     fr att initiera en uppkoppling eller en handover.
Bursten r kortare n    andra burstar fr att rymmas i en
tidslucka, i ett lge nr avstndet till     basen r oknt och
ingen kompensation fr tidsfrdrjningen drfr kan    gras.
Data i bursten innehller endast en referens, vilken anvnds av
mobil- och basstation fr att undvika kollisioner vid
uppkoppling.

-    Dummyburst  snds av basstationer nr kontinuerlig sndning
krvs, och     inget annat finns att snda.

2.4.3 Logiska kanaler

En logisk kanal i ett GSM system kan inte jmfras med en kanal i
ngot annat analogt system. En definition r:
" En logisk kanal r en datastrm hmtad ur en delmngd av de
burstar som snds i en viss tidslucka mellan olika frekvenser
efter ett frutbestmt mnster ".

De logiska kanalerna r kartlagda i de fysiska. Beroende p hur
bra kartlggningen r, s kan de logiska kanalerna ha
datahastigheter frn ngra hundra bit/s upp till 22.8 kbit/s.

De logiska kanalerna kan delas upp i tv huvudkategorier,
trafikkanaler och kontrollkanaler. Trafikkanalerna TCH verfr
antingen kodat tal eller datainformation.

Kontrollkanalen anvnds till att bra signalering och
synkronisation och kan ytterligare delas upp i flera kategorier.

-    Sndnings kanalen, vilken kontinuerligt snds av
basstationerna. Den hr  kanalen br synkronisationsinformation
och systeminformation, som    t. ex. basstationens
identitetskoder.

-    Gemensamma kontrollkanaler, som anvnds fr att anrop och
tilltrdes-    kontroll av mobilstationerna.

-    Tilldelad kontrollkanal,  som anvnds specifikt fr en
mobiltelefon. De hr     kanalerna r ndvndiga under ett
samtalsuppkoppling, fr mtrapport      signalering frn
mobilstationen och fr signalering vid en handover.

2.4.4 Effekt kontroll

Maximal sndningseffekt fr en mobiltelefon r beroende p vilken
effektklass den tillhr. Den kan variera frn 0.8 W fr en
handburen mobiltelefon till 20 W fr en bilmonterad.
Medeleffekten r en ttondel av maximala effekten. Frsiktighet
krvs fr att inte stras eller stra andra anvndare. Drfr har
systemet frsetts med effektkontroll i 15 steg p 2 dB var.
Dessutom s varieras sndaren upp och ner i effekt p ett
kontrollerat stt, som brjar och slutar i varje tidslucka. P
detta har man ocks lagt filtrering.

2.4.5 Modulation och frekvenshopp

Metoden man anvnder fr modulation kallas Gaussian Minimum Shift
Keying (GSMK). Metoden har en BT (Bandbredds-Tid produkt) produkt
p 0,3 vid en bruttohastighet p 271 kbit/s.

Frekvenshopp (Frequency Hopping) innebr ndring av
anvndarfrekvens under pgende samtal. Detta kan anvndas fr
att undvika problem med flervgsutbredning och fr att minska
strproblem. Hopphastigheten fr mobiltelefonen r ett hopp per
TDMA-ram, det vill sga 217 hopp per sekund.

En hgkvalitetsequalizer anvnds fr att klara
tidsfrskingringen, det vill sga problemet med reflektion och
drfr frsenade signaler, som str bitmnstret i
originalsignalen.

2.4.6 Talkodning

Sjlva kodningen av informationen, som snds ver
radiointerfacet, r komplicerad fr att ha maximal mjlighet att
upptcka och rtta till de fel som kan upptrda. Utsignalen frn
talkodningen r drfr ytterligare kodad, sammansatt (man stuvar
ihop de olika signalerna) och krypterad p ett sofistikerat stt
fr att garantera  konfidentialliteten och fr att kunna gra
fler felkorrigeringar lngre fram. Frn frsta brjan kommer bara
fullgradskodaren vara tillgnglig. Hastigheten som den har r
ungefr 13 kbit/s utan felkorrigering och 22,8 bit/s med
felkorrigering. Principen som anvnds fr kodning r knd som RPE
- LTP (Regular Pulse Excitation with Long Term Prediction) .
Samplingen (inspelning) av den analoga signalen sker med en 13
bit likformig PCM (system fr pulskodad modulation) och den gr
ca 8000 samplingar per sekund.

Det verfringsschema (DTX) man anvnder minimerar den utstrlade
effekten, vilket frlnger batteriets livslngd och
effektiviserar anvndandet av tillgngliga frekvenser. DTX r
rststyrd, vilket innebr att om man inte pratar i mikrofonen
lgger den in en "behaglig" tystnad istllet fr brus och
distorsion.
3    CME 20 specifikationer


3.1  Telekommunikations tjnster

3.1.1 Teletjnster

Normalt telefonerande, det vill sga tvvgs rstkommunikation,
med mjlighet att n abonnenter var de n befinner sig inom
ntverket, r den viktigaste funktionen i systemet.

En annan viktig funktion r ndsamtalen. Hr i Sverige vet alla
var man ringer om ngon r i nd. Antag i stllet att du r i
Tyskland och behver ringa ett ndsamtal till SOS-centralen. D
r det inte mnga som omedelbart kan sl rtt nummer. En GSM
telefon anvnder sig av en emergency area origin identifier  som
automatiskt leder samtalet till det berrda SOS centralen
beroende p i vilken cell area och MSC omrde man befinner sig i.

I GSM ntverket har man utvecklat en nytt och effektivt verktyg,
Short Message Service (SMS). Ett kort meddelande kan ha upp till
160 alfanumeriska tecken och kan skickas till eller frn
mobiltelefonen. Detta kan liknas med en personskare som inte
behver vara p fr att ngon ska kunna n den. Den normala SM
servicen r tnkt att anvndas frn abonnent till abonnent och r
en avancerad form av anrop med mnga frdelar. Om den
mobiltelefon man sker skulle vara avstngd eller ha lmnat
tckningsomrdet s lagras meddelandet och ges till abonnenten d
han dyker upp igen. En variant p SMS r cellutsndnings
funktionen , med vilken ett kort meddelande p max 93 tecken
snds ut till alla mobiltelefoner inom en specifik geografisk
area. En praktisk anvndning p detta r trafik information.

3.1.2 Tjnster fr garen

CME 20 stder asynkrona, full duplexverfringar av data vid 300,
1200, 2400, 9600 bit/s p linjer mellan en mobiltelefon och en
telefon i det fastantet. Data-terminalen eller datorn kopplas
direkt till mobiltelefonen. Det behvs allts inget modem fr
mobiltelefonen.
Fr kontakter via det fasta ntverket vljer CME 20 IWF
automatiskt ett modem, som anvnds fr den terstende vgen till
mottagarmodemet.

Synkrona, duplexverfringar av data p 1200, 2400, 4800 och 9600
bit/s stds vid kontakter mellan tv  mobilabonnenter. Kontakter
med abonnenter i det telefonntverket, datantverk och i ISDN
(ett digitalt fast ntverk, som fr vrigt finns i Sverige) stds
via IWF i CME 20. Inte heller hr behver mobiltelefonen ansluta
ngot modem. Tilltrde till ett packet switched  datantverk r
mjligt via PAD (packet Assembly/Disassembly) funktionen i IWF
eller via ett tillgngligt PAD i fasta telefonntverket. I bda
fallen stds samma hastigheter som ovan.

3.2 Konfidentiallitet och skerhet.

Anvndandet av radiokommunikation mellan mobilstationerna och BTS
gr systemet knsligt. Fr att hindra obehriga att avlyssna
eller anvnda systemet har man lagt in hinder. Hr r fyra
huvudkategorier:

-    Abonnentens identitets authentication. Nr en mobiltelefon
fr tilltrde till
     ntverket s verifieras abonnentens identitet.Tilltrde till
ntverket      garanteras slunda bara kta abonnenter. Valfria
tillggstjnster finns s att      man kan se numret p en
display till den man har ringt till eller den som      har ringt
till anvndaren.

-    Anvndarens samtalskonfidentiellitet. Kryptering anvnds fr
att skydda     den information som snds ver radiointerfacet mot
onskad avlyssning.

-    Utrustningsidentifikation.  Ntverksoperatren kan
kontrollera identiteten
     p mobiltelefonen fr att redan vid uppkoppling kunna hindra
anvndandet    av stulen eller obehrig utrustning.

-    Abonnents identitetskonfidentiellitet  En temporr mobil
abonnents-     identitet  (TMSI)   anvnds normalt av ntverket
fr att gra det omjligt     att identifiera en specifik mobil
abonnent.


3.2.1 Abonnentens identitetsmodul (SIM)

Varje abonnent tilldelas en unik International Mobile Subscriber
Identity (IMSI) nr han tar ett GSM abonnemang. IMSI r den
information, som definitivt kan identifiera anvndaren inom GSM
ntverket. Konsekvent s anvnds IMSI av HRL och VLR fr att
hlla kontroll p abonnenterna. IMSI ligger i en separat
Subscriber Identity Module (SIM), vilken kan vara en del av
mobilstationen eller ett smart card ,  det vill sga ett
kreditkort med en mikrodator och minne. Kortet lagrar IMSI, en
authentication nyckel och andra relevanta data.
                                

RAM  r ett arbetsminne som kan ndras under drift.

ROM       r ett lsminne med fast innehll dr inget kan ndras
under drift. I           ROM'en finns lagrat:

-         Operativsystemet
-         Delar av algoritmer fr generering av identifierings-
och krypterings          nyckeln.
-         Eventuella testsekvenser fr felskning.

EEPROM    r ett elektriskt programmerbart och raderbart minne.

                    B I B L I O T E K
Huvudkatalog        GSM - katalog            Telecomkatalog
(root-directory)

Identitetsnumret         Interna telefonnumret
Abonnentens egna
visar:              mellan mobil och bas-         snabbnummer.
Operatr            station.                 Textmeddelanden
Land                Vilka GSM-nt som        Aktuella och
Korttyp             kan anvndas vid              ackumulerade
Operatrens egna         utlandsresor.
samtalskostnader
uppgifter           Geografiskt lge vid senaste  Sprrar, ex v
uppkoppling.             frhindrande
                    Aktuella kanaler.             av
utlandssamtal.
                    Krypteringsnyckel.       Parametrar fr
datakommunikation.

Fr att ka skerheten i systemet kan abonnenten vlja en s
kallad PIN-kod som mste knappas in fr att gra abonnemanget
tillgngligt. (Personal Identification Number). Koden mste best
av minst 4 och max 8 siffror. Om abonnenten s vill, kan han nr
som helst g in och ndra den. Om felaktig kod sls tre gnger i
rad, sprras hela kortet fr vidare anvndning. Kortgaren kan d
anvnda sin andra 8-siffrors hemliga kod, den s kallade PUK-
koden (Personal Unblocking Key), fr att terstlla kortet.Ett
SIM kort kan  innehlla tv stycken separata processorer, vilket
i praktiken innebr tv olika abonnemang p samma kort. En
tillmpning p detta kan vara ett abonnemang fr personligt bruk
och ett fr fretaget.

3.2.2 Authentication och Kryptering

Under abonnemangstiden s tilldelas abonnenten en Subscriber
Authentication Key (Ki) tillsammans med IMSI. Nyckeln Ki lagras i
AUC tillsammans med IMSI och anvnds av AUC fr att rkna ut de
parametrar som behvs fr authentication.
Fljande steg anvnds.

-    Ett ofrsgbart slumpvalt nummer RAND grs av AUC

-    RAND och Ki anvnds fr att rkna ut Signed Response (SRES)
och  krypteringsnyckeln Kc med hjlp av tv olika algoritmer.

-    RAND, SRES och Kc verlmnas till HLR som en trippel.

-    Fr varje abonnent kommer ett antal tripplar att lagras och
vid
     efterfrgan  skickas till VLR, vilken kommer att ha
tminstone en oanvnd    trippel tillgnglig fr varje beskande
abonnent.

3.2.3 Authentication av abonnent identiteter

Abonnent identitets authentication r ett godknnande av
ntverksoperatren att den snda IMSI r den som hvdas. Syftet
r att skydda ntverket frn obehrigt intrng och hindra
eventuella inkrktare som frsker framstlla auktoriserade
anvndare.

Hr ovan ser processen illustrerad.

Authentication kan vara applicerad vid varje registrering, varje
samtals uppkopplingsfrsk, vid lokaliseringsuppdatering och
innan vilken annan tillggs- tjnst som helst.

Authenticationen utfrs med verfrandet av RAND-vrdet av
trippeln frn VLR till mobilstationen. Mobilstationen rknar ut
SRES med hjlp av samma Ki och algoritm som AUC. Signaturen SRES
returneras till MSC/VLR och testas fr godknnande/avslag.

3.2.4 Kryptering fr anvndardatans konfidentiellitet

Kryptering anvnds fr informationen som snds mellan BTS och
mobilstationen. Syftet r att skra det privata i anvndarens
information.

Frn processen beskriven ovan erhlls en krypterings nyckel Kc.
Om processen r lyckosam s skiftar BTS och mobilstationen till
krypteringslge med hjlp av denna nyckel. Frn och med d r all
information och anvndardata krypterad.

3.2.5 Definitiv utrustnings identifikation

Alla mobilstationer br ett IMEI nummer som gr det mjligt fr
operatren att skerhetsstlla att ingen stulen eller obehrig
utrustning anvnds.MSC krver utrustningsidentiteten frn
mobilstationen och skickar det till EIR. EIR prvar giltigheten
och skickar godknnande eller avslag till MSC. EIR kan ns vid
varje samtalsuppkoppling.

3.2.6 Abonnentidentitetens konfidentiallitet

Hela mobilabonnentens identitet IMSI anvnds inte normalt ver
radiointerfacet.
I stllet s anvnds en TMSI som tilldelas abonnenten.

Nr en mobilstation krver en systemprocedur, som till exempel
positions-uppdatering, samtalsfrsk eller aktiverandet av en
tjnst, s tilldelar VLR mobilstationen en TMSI. Tilldelningen
grs i krypterat lge. Nr mobilstationen har ftt TMSI sker all
signalering mellan ntverket och mobilstationen endast med TMSI.
D blir det i praktiken omjligt att identifiera en specifik
mobil abonnent.

3.3 Interface och signalering

3.3.1 Fasta telefonvxelntverk till CME 20

Signaleringen mellan en MSC i CME 20 och ett fast
telefonvxelntverk eller datantverk som Integrated Service
Digital Network (ISDN) r individuellt designade fr att mta
kraven p vxeln till vilken MSC r ansluten. Signaleringen r
baserad p CCITT Signalling System No. 7 (vanlig kanal
signalering).

MSC r integrerad i det fasta ntverket som en vanlig fast IDSN
vxel. Den har, fr samtalsuppkoppling, samma interface som den
fasta ntverksvxeln. Signaleringen sker enligt Signaling system
No. 7, Telephony User Part (TUP) eller ISDN User Part (ISUP).

Fr samtal frn det fasta ntverket till en mobil abonnent s
kopplas samtalet till en gateway MSC, vilken utfr frfrgan.
GSMC funktionen kan vara integrerad i en MSC eller placerad i
vilket ISDN vxel som helst.

3.3.2 Signalering i Switching Systemet

Signaleringen inom SS r baserad p CCITT rekommendationer fr
vanliga kanal signaleringssystem. Ett nytt omfattande
signaleringsschema har utvecklats fr GSM ntverk. ETSI/GSM
Mobile Application Part  (MAP) av CCITT Signaling System No. 7
anvnds fr att hja nivn p signaleringen mellan MSC och
lgesregisterna HLR och VLR och mellan MSC'er. Transportlagren r
utfrda enligt Message Transfer Part (MTP) i CCITT Signaling
System No. 7.

Signaleringen mste operera internationellt mellan GSM ntverk
och lges register. Den hr signaleringen r skild frn
konventionell telefontrafik, eftersom GSM har introducerat nya
features som internationellt oberoende och authentication.


3.3.3 A och A-bis interfacet.

Signalering ver A-interfacet, det vill sga mellan SS och BSS,
sker enligt ETSI/GSM Base Station System Application Part
(BSSAP) i CCITT Signaling System No. 7. Transportlagren r
utfrda i verrensstmmelse med Message Transfer Part (MTP) i
CCITT Signaling System No. 7.

Signalering ver A-bis interfacet, det vill sga mellan BSC och
BTS, r utfrt som ett speciellt kanalsignaleringsschema fr 64
kbit/s PCM kanaler. En av kanalerna anvnds som
signaleringskanal, som br signaleringsinformationen enligt det
GSM definierade Link Access Protocol on D-channel (LAPD)
protocol.

3.3.4 Radio interfacet

Signalering mellan basstationen och mobilstationen sker ver
radiointerfacet (ibland ven kallat UM interface). Signaleringen
anvnder en specifik GSM-system hierarki fr protokol till OSI
niver 1, 2 och 3 enligt till Link Access Protocol on Dm-channel
(LAPDm). LAPDm protokollet stder bde oerknda och erknda
operationer.

Slutord.

Kommunikation utan grnser, kan det verkligen vara sant ? Den
snabba utvecklingen p den mobila telefonmarknaden under de
senaste ren, har nog vertrffat alla frvntningar. En prognos
sger att det kommer att finnas ver 20 miljoner
mobiltelefonanvndare ute i Europa i slutet av det hr rtiondet.
Men kraven slutar inte dr. Det kommer att finnas fler abonnenter
och kraven p utkade tjnster kommer att ka. Fram tills nu, nr
systemet redan r igng har inga brister redovisats. Men nu har
bde AUDI/Volkswagen och Volvo gtt ut med varningar till sina
kunder. En GSM-telefon som anvnds utan utvndigt monterad
antenn, kan innebra en skerhetsrisk. Risken finns att den
skulle kunna sl ut elektroniken i bilen och att ABS-bromsarna
skulle kunna lsas eller att Airbagen skulle lsas ut helt
pltsligt. S om man anvnder en GSM-telefon i bilen br man
skaffa sig en antenn att stta utvndigt.
ven hrselskadade som anvnder hrapparat har klagat p GSM-
telefonerna. Hrapparaten strs nmligen ut av GSM-telefonens
digitala signaler och stakommer ett pipande ljud i rat. Det
finns som sagt var brister i systemet.

Jag tror i alla fall att i det lnga loppet kommer de cellulra
systemen som anvnder digital teknik att bli den enda och rtta
vgen fr kommunikation. tminstone om de erbjuder de frdelar
och de tjnster som utlovats. Televerket och Ericsson har inte
samma brinnande intresse som konkurrenterna att GSM snabbt ska
bli ett heltckande telent. Kan det bero p att de redan har NMT
systemt i gng ? Dr har man fr tillfllet ca 600 000 svenska
abonnenter. Frst om ca 3 r anser televerket att GSM r ett
likvrdigt alternativ med NMT. Fram till dess kommer man att
marknadsfra GSM som ett komplement till NMT.


Kllfrteckning:
Ericsson Radio Systems        System description, broshyrer mm
Ny teknik                     Teknisktidskrift         1992:38
och 1993:10
Tele                     Teleteknisktidning  1990:1
Televerket                    Prospekt, reklam mm.



