RADIATIILE EMISE DE STATIILE DE BAZA PENTRU TELEFONIA MOBILA

V-ati intrebat ce se intampla atunci cand persoana langa care calatoriti in autobuz isi activeaza telefonul celular si apeleaza un amic din, sa zicem, America ? Cum se petrece aceasta, deja frecvanta "minune" tehnologica ?

Intr-un interval de ordinul milisecundelor, semnalul sau vocal este convertit din format analogic in format numeric, este comprimat, codat, multiplexat si, apoi, transmis ca o succesiune rapida de impulsuri, folosind, de exemplu, tehnica de dispersie a spectrului.

Semnalul este transmis in retea de la celula la celula, pana ajunge la o statie de baza principala. Aici semnalul este decodat si trimis printr-o retea telefonica terestra catre o statie de legatura cu reteaua de sateliti de telecomunicatii. Din satelit in satelit, semnalul ajunge pana deasupra Statelor Unite, in locul in care se afla partenerul de dialog al abonatului din exemplul nostru, de unde, printr-o alta statie locala terestra de legatura cu satelitii este refacut un traseu terestru simetric: statie de baza principala a retelei celulare locale si, din celula in celula, pana la celula in care se afla telefonul destinatarului.

Toate bune si frumoase, dar daca mesajul apartine unui membru al unei grupari teroriste internationale ? Ce sansa au organizatiile specializate in combaterea crimei organizate de a intercepta si decripta acest mesaj ?

Istoria tehnologiei telefoniei celulare incepe cu 1947, cand Laboratoarele Bell au dezvoltat un concept de telefonie celulara analogica, ce a zacut neutilizat pana in anii '80, cand la Washington si Chicago au fost lansate primele servicii comerciale de telefonie celulara. Cele dintai standarde de telefonie celulara mobila au fost, asadar, cele analogice. De atunci telefonia celulara s-a dezvoltat intr-un ritm ce depaseste o crestere anuala de 50%, atingand in prezent cifra de 200 de milioane de utilizatori in toata lumea si estimandu-se ca pana in anul 2004 numarul acestora vor ajunge de ordinul miliardelor.

Principial, o retea de telefonie celulara se compune dintr-o centrala, statii de baza cu antene si terminalele mobile propriu-zise. Centrala, 15215l1124p ca administrator de sistem, transfera apelurile celulare catre un serviciu de telefonie terestra. Totodata, ea gestioneaza cele doua tipuri de semnale care insotesc fiecare apel: un semnal de control si semnalul vocal propriu-zis. Prin canalul de control, centrala initiaza procedurile care asigura accesul in retea si transmite apelurile. Ea autentifica identitatea telefonului care face apelul si dreptul acestuia de a folosi reteaua, alege un algoritm de cifrare dintr-o baza de date (carte de coduri) si transmite aceasta informatie mai departe. Canalul de control mai este utilizat si pentru transmiterea semnalelor de sincronizare, semnale care stabilesc nivelele de putere in emisie, frecventele de emisie ale telefoanelor, translatarea acestora pe frecventele altor celule din retea, sau chiar ale altor retele vecine, in cazul in care utilizatorul paraseste aria de servicii.

Alta baza de date gestionate de centrala se refera la informatiile despre abonati (registrul de adrese), inclusiv despre abonatii altor retele care beneficiaza temporar de serviciile centralei (registrul de adrese al vizitatorilor). Astfel, centrala asigura in aria proprie de deservire asa-numitul serviciu de ,,roaming", o extindere catre abonatii altor operatori de servicii de telefonie mobila parteneri. O a treia baza de date controleaza accesul in retea si contine date de autentificare (inclusiv privind utilizarea secretizarii), iar o a patra contine informatii de identificare a echipamentelor telefonice folosite de abonati.

Statiile de baza asigura legatura intre centrale si telefoanele celulare. In acest scop, ele sunt dotate cu un numar de catarge de antena, inalte de aproximativ 30 m, cu o raza de acoperire de 22 km. Acestea formeaza celule sistemului de telefonie. Pentru a asigura continuitatea unei convorbiri la trecerea dintr-o celula in alta, ariile de acoperire se suprapun putin. Fiecarei celule i se repartizeaza o gama de frecvente de lucru. Celule vecine lucreaza, deci, pe frecvente diferite. Pe masura ce abonatul trece dintr-o celula in alta, centrala ii comuta frecventa in acord cu cea a celulei in care se afla. Statia de baza este cea care supravegheaza localizarea fiecarui telefon mobil. Apoi, aceasta retransmite informatia catre centrala, care afla in acest fel unde ii sunt abonatii.

In regim de roaming, localizarea telefonului este transmisa si centralei retelei care asigura serviciul, dar si centralei abonatului. Daca acest semnal este interceptat de persoane neautorizate de catre operatorii retelei, acestea pot obtine date cu care pot localiza telefonul si, implicit, pe utilizatorul sau.

Retelele radio clasice (2 way) au fost introduse in premiera de catre compania Southwestern Bell in anul 1946 in orasul St. Louis. In timp, serviciile oferite de acestea au aratat mai multe dezavantaje, principalul fiind spatiul mare dintre canale, necesar pentru a elimina interferentele. In 1947, Laboratoarele Bell au inceput explorarea conceptului potrivit caruia celule mobile de putere mica si administrate prin calculator permit folosirea frecventelor de catre un numar mai mare de abonati, marindu-se simultan si gradul de mobilitate al acestora (tehnologia informatica care sa poata sustine acest nou tip de comunicatii a fost lansata de abia la mijlocul anului 1960 o data cu descoperirea circuitelor electronice comutate). In ciuda faptului ca acest concept al telefoniei celulare a fost descoperit in USA, nu America a fost cea care a implementat prima retea celulara pentru servicii comerciale. Aceasta intarziere nu s-a datorat doar perioadei mari scurse intre descoperirea conceptului si posibilitatea aplicarii lui din punct de vedere tehnic, ci mai ales datorita procesului indelungat de realizare a cadrului legislativ de functionare a acestuia in USA (AT&T a realizat un studiu din care rezulta ca America a pierdut 86 de bilioane de dolari in aceasta perioada). Din motivele descrise, primul sistem celular comercial a aparut in Japonia in 1979, urmat in 1980 si 1981 de realizari in tarile scandinave.

Principalele tipuri de sisteme celulare sunt:

Advanced Mobile Phone Service (AMPS), sistem analog, utilizat in USA si dezvoltat pe baza un proiect original al firmei AT&T; acum existent in alte 70 de tari, Variante digitale: Narrow-AMPS si Digital-AMPS;

Nordic Mobile Telephone (NMT), sistem analog proiectat pentru sisteme mici de 20.000 - 30.000 de utilizatori, avand 180 de canale, fiecare dintre ele ocupand 25 sau 30 Khz in banda de 450 MHz. Versiunile ulterioare lucreaza in banda de 900 de MHz, avand 1000 de canale cu o latime de banda de 25 KHz sau 2000 de canale cu 12,5 KHz. NMT este folosit in prezent in 30 de tari din lume;

Total Access Communications Service (TAGS), sistem analog folosit in Europa de catre 25 de tari, avand o capacitate de 1320 de canale cu o latime de 25 KHz; o forma specifica a lost dezvoltata in Japonia, denumita JTACS si in Anglia, denumita Extended-TCAS;

Global System for Mobile communications (GSM), sistem digital aparut datorita necesitatii de a realiza o infrastructura celulara deschisa si anume o compatibilitate intre sistemele celulare din diferite tari europene, compatibilitate care sa permita trecerea granitelor, folosirea acelorasi terminale si obtinerea acelorasi servicii etc;

2.1.1 Istoricul telefoniei celulare digitale

In anii '80 telefonia celulara analogica a inregistrat cresteri rapide in Europa, in special in Anglia, Scandinavia, Franta si Germania, fiecare tara dezvoltand alt sistem, ceea ce a condus la incompatibilitati privind echipamentele terminale folosite si modul de operare.

Repere in timp in implementarea GSM

1982 - Realizand dezavantajele ce decurg din situatia creata, Comisia Europeana pentru Posta si Telegrafie - CEPT a format un grup de studiu denumit Grupul Special Mobil - GSM, care avea rolul sa proieeteze si sa dezvolte un standard Pan European pentru comunicatiile celulare mobile;

1987 - 18 natiuni din Europa serrmeaza o intelegere denumita MoU - Memorandum of Understanding prin care fiecare consimte sa implementeze sistemul GSM in propria tara

1989 - Responsabilitatea realizarii sistemului GSM a fost transferata
Institutului European pentru Standarde de Telecomunicatii - ETSI;

1990 - ETSI publica prima faza a specificatiilor GSM.

1991 - TIA - Asociatia pentru Industria Telecomunicatiilor (cu centrul la
Washington) a elaborat specificatia Interim Standard - IS # 54, care foloseste tehnologia TDMA ca baza a unui sistem celular digital (in prezent continua cercetarile pentru perfectionarea unui nou standard E-TDMA, Extended TDMA). Apar primele retele digitale GSM cu caracteristici superioare celor analogice, din care rezumam:

Mobilitate totala. Beneficiile unui sistem Pan European se concretizeaza pentru abonat in faptul ca poate fi apelat din orice tara europeana, oriunde s-ar afla in Europa, fara a fi necesar ca cel care ii telefoneaza sa stie unde se afla, poate folosi cartela telefonica personala cu orice marca de terminal, poate realiza convorbiri in orice tara fara a avea propriul telefon celular cu el, specificatii vitale unui om de afaceri activ.

Alocare eficienta a spectrului de frecventa. Sistemele analogice se confrunta cu problema suportarii unei capacitati reduse de abonati, problema rezolvata de GSM prin folosirea tehnologiilor TDMA/FDMA, CDMA.

Securitate sporita. Anonimatul abonatului este realizat prin folosirea unor numere temporare de identificare, iar confidentialitatea convorbirii este pastrata prin algoritmi de criptare si folosirea saltului de frecventa, metode posibile doar intr-un sistem digital.

Cost redus pentru terminale. Prin realizarea compatibilitatii la nivel international, fiecare producator poate lansa pe scara larga telefoanele celulare, amortizandu-si astfel rapid investitia.

Servicii superioare. Comunicatie voice de o calitate mai buna, transmisii fax, voice mail, transmisii de mesaje (similar paging dar bidirectional), transmisii de date, compatibilitate ISDN, servicii specifice retelelor telefonice: redial, call forwarding, call waiting etc.

1993 TIA aproba Interim Standard IS # 95, standard digital bazat pe tehnologia CDMA (vezi revista Telecom nr 5-6 din 1995).

Caracteristici tehnice principale GSM

a)     Frecventa de receptie: 935,2 - 959,8 MHz

b)    Frecventa de emisie: 890.2 - 914.8 MHz

c)     Tehnologii folosite: combinatie FDMA/TDMA spread spectrum CDMA

d)    Securitate: interfata radio pentru criptare semnal

e)     Frecventa de esantionare: 200 KHz

f)      Rata de transfer pe canal voce: 13 KBps

g)     Latime canal: 25 KHz

Dezvoltari viitoare

UMTS - Universal Mobile Telecommunications Systems. Sistemul propus va combina urmatoarele domenii existente: telefonia mobila, telefonia wireless (vor fi lansate telefoane dual mode G3+M/DECT), serviciile mobile de date si serviciile prin satelit;

FPLMTS - Future Public Land Mobile Telecommunications Systems - Echivalentul american al conceptului UMTS.

2.1.2 Arhitectura de baza a unei retele celulare

Spre deosebire de retelele radio clasice in care exista un singur - dar puternic - transmitator pentru acoperirea unei arii geografice date, sistemul celular se constituie din mai multe celule ingloband fiecare un emitator de putere mica pentru acoperirea aceleiasi zone date. Transceiver-ele sunt controlate de un procesor central (sau switch) care permite miscarea abonatilor intre celule, fara a fi lipsit de servicii.

Arhitectura unei retele celulare se compune din: Celule (1) Centru Mobil de Comutare - MSC (2) Terminale mobile (3). In mod obisnuit, sistemul poate avea 4,7 sau 12 celule care folosesc aceeasi frecventa. In conditii normale de propagare, semnalul radio poate fi aproximat cu un patern hexagonal, diferente aparand in zone cu o geografie dificila.

a)    Descrierea celulelor

Componentele unei celule sunt: BTS (Base Transceiver Station) si BSC (Base Station Controller). BTS adaposteste echipamentul radio emisie/receptie care defineste, functie de puterea sa, raza de actiune a celulei. In mediile urbane va fi necesar un numar mai mare de BTS. Rolul acestei componente este de a stabili legatura dintre celula si terminalul mobil, BSC administreaza resursele radio ale BTS. Aceasta componenta face conectarea terminalului mobil la MSC si translateaza canalul voce de la rata 13 Kbps folosita in transmisii radio la rata de 64 Kbps necesara pentru legatura cu PSTN si compatibilitatea cu retelele ISDN.

Aria de acoperire a unei celule se defineste ca fiind zona geografica in care un echipament emisie/receptie realizeaza legaturi radio intre MSC si terminalele mobile. Aria de acoperire a unei celule este cuprinsa intre 1-25 de mile, aceasta fiind proiectata in functie de zona in care actioneaza celula, traficul la care este supusa, inaltimea antenei si puterea emitatorului. Exista doua zone diferite: mediu rural, caracterizat de o arie mai mare afectata fiecarei celule pentru ca numarul de abonati este scazut (Rural Service Area - RSA) si mediu urban cu o arie mai mica, dand astfel posibilitatea de a implementa mai multe celule care sa satisfaca numarul mare de solicitari (Metropolitan Service Area - MSA

O abreviere des utilizata este cea RSA+MSA = CGSA - Cellular Geographic Service Area. Aria de acoperire scade proportional cu cresterea traficului la care este supusa (trafic mare - arie de acoperire mica).

Numarul de emitatoare dintr-o celula se calculeaza astfel: numarul total de perechi de canale/numarul de celule cu acelasi patern (ex: patern=4, numar de perechi de canale = 395, numar de emitatoare dintr-o celula < 395/4 = 98).

Tipul de celule se defineste in functie de aria de acoperire astfel:

pentru x < 2000 feet avem de-a face cu o macrocelula;

400 < x < 200 feet avem de-a face eu o microcelula;

x < 400 feet denumirea este de picocelula.

Descompunerea unei celule se face in zonele cu un trafic congestionat, diminuand aria de actiune, dar marind numarul de abonati. De exemplu, o celula cu o raza de actiune de 8 mile este descompusa in 4 celule cu o raza de 2 mile, fiecare dintre ele avand o statie radio proprie cu o putere limitata pentru aria data. Aceasta metoda a fost folosita initial in sistemele celulare analogice pentru a surmonta incapacitatea acestora de a sustine un numar mare de abonati.

Puterea transmitatoarelor existente intr-o celula este mai mare decat cea a statiilor fixe dintr-o retea radio 2-way si anume 100W ERP (exceptie fac cele folosite in celulele din mediul rural, RSA, au o putere de 500W ERP). Pentru terminalele mobile puterea maxima folosita este de 3W ERP, iar pentru cele portabile 600mW ERP.

Numarul de abonati deserviti de orice sistem wireless este influentat de numarul de canale alocat pentru comunicatii voce si de caracteristicile traficului: numarul de apeluri si durata acestora. Din experienta sistemelor celulare implementate, specialistii au realizat un tabel ce poate indica predictiv numarul necesar de canale ce pot suporta o anumita incarcare de trafic. Unitatea de masura se numeste Erlang, iar l Erlang reprezinta media numarului de canale ocupate intr-o ora de conversatie telefonica (de ex: daca un grup de canale au 12,35 Erlangs inseamna ca intr-o ora numarul de canale necesare este de 12). Sistemele celulare sunt proiectate sa ofere minimum gradul B.01 de asigurare cu servicii, ceea ce reprezinta o convorbire blocata din 100. Folosind acest grad, un sistem poate deservi 20-30 de abonati pe un canal. In cazul sistemelor analogice, fiecare abonat folosea un sigur canal la un moment dat, dar acest canal era distribuit mai multor abonati deoarece nu toti acelasi timp. Legatura dintre celula si MSC se poate face folosind circuite analogice (2/4 fire), circuite digitale, fibra optica sau microunde, alegerea depinzand de tipul de celula folosit, facilitatile zonei geografice, bugetul alocat:

circuite analogice 2 fire - fire de cupru folosite in cazul microcelulelor de capacitate mica; folosite in cazul aplicatiilor simple, aceste circuite nu necesita conectarea la MSC, ci la o linie telefonica locala cuplata prin switch la FSTN (liniile telefonice locale sunt puse la dispozitie de firmele LEG - Local Exchange Carrier care asigura servicii locale);

circuite analogice 4 fire - foarte raspandite la inceputul telefoniei celulare, folosite acum in putinele situatii in care nu pot fi implementate circuitele digitale, iar cerintele sistemului sunt mici ca sa justifice o alta investitie;

circuite digitale - legaturile digitale sunt folosite des intre celule si MSC, ele putand avea lungimi de ordinul milelor sau pot fi restranse intr-o cladire. In general se realizeaza legaturi digitale la o rata de transfer de 1,544 MBps (DS1) sau 45 MBps (D33). Pentru aplicatii in cladiri sunt recomandate cablurile protejate pentru evitarea interferentelor;

fibra optica - datorita largimii de banda mare cablul optic poate transporta daca este necesar tot spectrul celular. Unele legaturi folosesc un semnal analogic care moduleaza semnalul RF cu un semnal optic, iar altele folosesc dispozitive care digitizeaza semnalul RF inainte de a trece prin cablul optic. Lungimea maxima folosita pentru acest tip de legaturi este de 40 Km fara a necesita un repetor optic;

microunde - se folosesc pentru legaturi macrocelule - MSC la frecvente de 2 sau 6 GHz. Pentru cuplarea microcelulelor, datorita dimensiunilor si pozitiei lor se realizeaza legaturi pe frecventa de 23 sau 38 GHz.

b) Descriere MSC - Mobile Switching Center

Administrare retea

MSC (intalnit si sub denumirea de MTSO - Mobile Telephone Switching Center) determina care celula va fi asignata unui terminal mobil, la un moment dat, pentru serviciul solicitat, intr-un sistem celular complet exista 2 MSC alaturate care opereaza cu celule diferite. MSC monitorizeaza puterea semnalului la terminalul mobil, determinand astfel pozitia acestuia in aria de servicii celulare si ii asigneaza celula cea mai apropiata pentru realizarea serviciului solicitat. Daca celula apelata nu poate prelua mesajul din cauze tehnice sau de trafic, sistemul central redirectioneaza terminalul catre celulele vecine. MTSO realizeaza si gestionarea accesului pe canal voce/paging pentru evitarea suprapunerilor, in acest sens al 11-lea bit al secventei de transmisie are doua stari (liber/ocupat) care indica exact starea canalului la un moment dat, MSC actioneaza sub controlul unor instructiuni soft, iar in cazul sistemelor celulare analogice el realizeaza si functia de administrare a retelei.

Bazele de date ale MSC: HLR, VLR, AC, EIR

MSC are urmatoarele registre cu informatii: HLR (Home Location Register), VLR (Visitor Location Register) si AC (Authentification Center), EIR (Equipment Identify Register), functii ce permit abonatilor sa treaca dintr-o zona in alta beneficiind in continuare de serviciile celulare, localizarea acestora fiind memorata in HLR si VLR si transmisa fiecarui MSC in zona caruia se afla abonatul. Functia HLR este o componenta majora a retelei celulare. HLR stocheaza datele abonatilor dintr-o anumita zona MSA sau RSA si serviciile oferite acestora. VLR este o functie ce permite inregistrarea datelor unui abonat ce traverseaza aria alocata unui MSC venind dintr-o alta zona, pentru a-i putea directiona apelurile. Caracteristica AC reprezinta posibilitatea de a furniza la un moment dat mai multe informatii privind identitatea unui abonat, informatii ce se schimba cu fiecare apel. EIR contine lista telefoanelor celulare omologate si a celor declarate furate. Exista un registru central (CEIR) admninistrat de Secretariatul Permanent al MoU din Irlanda. Fiecare Membru al MoU trebuie sa lege registrul EIR din reteaua proprie la CEIR.

Contabilizare apeluri

MSC contine un pachet hard/soft necesar inregistrarii serviciilor folosite de abonat in vederea contabilizarii lor si emiterii facturii de plata. Partea contabila nu este o functie a MSC, ci este realizata de un alt centru pe baza informatiei primite de la acesta.

Legaturi MSC l - MSC 2. Standardul IS 41

Numarul de porturi ale switch-ului sunt multiplu de 24 pentru a se adapta ratei de transfer DS1, ele fiind folosite pentru legaturi MSC - celula, MSC - PSTN sau MSC l -MSC 2. Initial, protocoalele folosite pentru realizarea legaturilor intre MSC-uri erau specifice fiecarui fabricant de switch-uri. Pentru realizarea compatibilitatii, TIA a elaborat standardul Interim Standard # 41, care permite diferitelor MSC-uri sa schimbe date intre ele astfel incat MSC 2 sa primeasca informatia HLR de la MSC l atunci cand un abonat din MSC l trece in zona deservita de MSC 2.

Repere in timp

1987 - versiunea initiala a standardului, denumita IS-41 Revision "0". Foloseste protocolul X.25 si protocolul TCAP bazat pe standarde CCITT (TCAP -Transactional Capabilities Applications Part este un protocol folosit in aplicatiile ISDN pentru transmisii de mesaje);

1990 - versiunea IS-41 Revision "A". Incompatibila cu versiunea "0" deoarece
foloseste mesaje TCAP bazate pe standarde ANSI. Protocoale adaugate:SS7 pentru legaturi punct-la-punct intre MCS-uri. Permite si transferul unor caracteristici cum ar fi: call waiting si call forwarding;

1991 - versiunea IS-41 Revision "B". Permite legaturi directe intre mai multe
MCS-uri si ofera suport pentru folosirea telefoanelor celulare dual-mode: celular analogic-celular digital bazat pe tehnologia TDMA.

1995 - versiunea IS-41 Revision "C". Ofera suport pentru transmisii de mesaje, pentru telefoane dual-mode: celular analogic-celular digital bazat pe tehnologia CDMA si pentru echipamente DMH - Data Message Handler ce permit contorizarea convorbirii si calculul facturii in timp real pentru eliminarea fraudei.

c) Descriere terminale mobile

Terminalul mobil este un telefon celular fix, mobil sau portabil, care se incadreaza in specificatiile tehnice trasate de Institutul European pentru Standarde in Telecomunicatii ETSI, pentru sistemul celular GSM. Aceste specificatii lasa cale libera initiativei producatorilor de telefoane, dintre care, recunoscuti in Europa sunt Siemens, Alcatel, Ericsson, Nokia, Benefon, Motorola, NEC, Nortel, Qualcoiran, Samsung, Philips, Sony, Matra, Matsushita, Hughes. Fiecare din acesti producatori au adus modificari echipamentelor celulare pentru ca acestea sa fie integrate in sistemul GSM (toate sunt modulare, cu capabilitate facila de up-grade, permit administrarea traficului PCS1800, suporta protocolul de transmisie C7 si PSTN) si pentru a deservi cat mai bine cerintele operatorilor celulari. Diferenta dintre ele consta in dimensiune aparat, design, dimensiune baterie, afisaj, nuntar si dimensiune butoane, rata de operare optima si, bineinteles, pretul.

Cererea de terminale mobile in Europa este in continua crestere, fiind direct dependenta de noile aplicatii ce se dezvolta, de migrarea dinspre sistemul analog catre cel digital, de preturile scazute ale telefoanelor celulare si de gradul de familiarizare al oamenilor cu acestea. Firma de consultanta Frost & Sullivan, in studiul sau "European Cellular Telephone Markets" indica existenta unui volum de telefoane celulare in valoare de bilioane $, valeate ce se estimeaza ca va creste pana la 4 bilioane $ in 2000 (segmentul testat se compune din terminale analogice, digitale GSM si DCS (PCN) 1800).

O reala crestere a vanzarilor de telefoane celulare este data de noile dezvoltari in clasa de aplicatii multimedia, ce folosesc metode de editare si combinare a datelor intr-o varietate de formate. Frost & Sullivan afirma ca multimedia este liantul dintre industria comunicatiilor, calculatoarelor, audio/video si posibilitatile de interconectare dintre acestea. Utilizatorii vor putea transmite si receptiona imagini de rezolutie mare, fisiere din calculator si semnale voce folosind infrastructura celulara digitala. Noul produs al firmei Nokia, Communicator 9000, este primul telefon celular care integreaza semnale digitale voce, fax, mesaje SMS, E-Mail, Internet si care are si facilitatile unui organizer.

Procesarea apelurilor intr-o retea celulara

a) Identificarea terminalului mobil

Pentru realizarea unei convorbiri intr-un sistem celular este necesar ca MSC sa cunoasca pozitia si identitatea abonatului indiferent daca el se afla in zona proprie sau traverseaza alte zone deservite de alte MSC-uri, Terminalul mobil transmite datele de identificare de fiecare data cand este pornit sau cand abonatul initiaza un apel. Mecanismul de securitate al sistemului celular GSM este implementat in 3 elemente distincte ale sistemului:

Subscriber Identity Module (SIM) - Fiecare telefon celular are un numar de cod denumit SIM care este implementat in interiorul acestuia si care identifica abonatul;

Electronic Serial Number (ESM) - Acest numar este asigurat terminalului celular de catre producator si il identifica pe acesta;

System Identification Number (SID) - Acest numar identifica zona din care se initiaza apelul.

b) Procesare apeluri cand terminalul se afla in aria proprie

Formarea unui numar de la un telefon celular este diferita de modul cunoscut din reteaua telefonica. Abonatul trebuie sa verifice initial daca indicatorul "Serviciu disponibil" este aprins. In caz afirmativ se poate realiza convorbirea. Terminalul mobil identifica in orice moment daca se afla sau nu in zona proprie "horne", deoarece primeste semnale periodice de la MSC care contin codul SID, cod pe care ii compara cu cel propriu. In cazul in care cele doua coduri se suprapun terminalul se afla in aria "nome" si apelul este procesat ca atare:

Telefon celular - Telefon standard

Dupa ce a verificat ca poate initia o convorbire, abonatul zona "home" introduce numarul dorit si apasa butonul "trimite", moment in care semnalul digital este lansat catre MSC. Semnalul poate fi receptionat simultan de catre mai multe celule, dar MSC va decide care dintre ele ii va prelua. Tot MSC verifica si starea legaturii sale cu PSTM si cand aceasta este realizata corect conecteaza terminalul direct la ea si convorbirea poate incepe.

Telefon standard - Telefon celular

De la un telefon obisnuit se poate apela un telefon zona "home" celular formand un numar de 7 - 10 digiti (functie de planul de numerotare specific fiecarei tari), iar PSTN se conecteaza la MSC. Daea MSC nu localizeaza telefonul celular chemat, el lanseaza un semnal paging ce contine si numarul SIM catre toate celulele, folosind un canal de control separat. Celula care identifica terminalul mobil si care indica cea mai mare putere a semnalului este selectata pentru realizarea legaturii eu MSC si alocarea unui canal voce intre ea si acesta. In acel moment MSC cupleaza telefonul apelant la cel apelat si convorbirea poate inccpe.

c)     Procesare apeluri cand terminalul traverseaza alte zone

In cazul in care codul SID emis de MSC nu se potriveste cu cel al terminalului mobil, inseamna ca abonatul a parasit zona proprie si traverseaza o zona straina "Visitor", fapt indicat si de led-ul aprins "traversare", iar apelul este procesat in aceste conditii:

Telefon celular - Telefon standard

Luam spre exemplificare cazul in care un abonat din zona "visitor" Bucuresti calatoreste catre Brasov. In momentul in care aparatul este pornit in Brasov, Centrul MSC - Brasov recunoaste dupa SIM ca abonatul este inregistrat la Bucuresti si verifica continutul locatiei VLR pentru a sti daca a mai fost inregistrat vreodata. Daca nu, MSC Brasov trimite un mesaj TCAP la Bucuresti solicitand date despre terminalul in cauza. Simultan el ii aloca un numar temporar local astfel incat toate apelurile din Bucuresti vor fi directionate catre Brasov via PSTN. Intre timp, informatiile sosite din Bucuresti valideaza abonatul si acesta va beneficia de serviciile celulare ca si cum ar fi in zona proprie, conform standardului IS - 41. Procesul de validare poate avea loc in timp real sau off-line. In acest ultim caz convorbirea telefonica va fi permisa daca exista un acord anticipat intre operatorii din Bucuresti si cei din Brasov. Convorbirile realizate in Brasov sunt inregistrate (durata si localizarea) pentru a fi decontate catre MSC Bucuresti.

Telefon standard - Telefon celular

Luand acelasi exemplu, apelurile catre abonatul din zona "visitor" Bucuresti sunt preluate initial de catre MSC Bucuresti care verifica HLR si determina astfel ca abonatul de afla la Brasov. Folosind numarul temporar local dat de MSC Brasov, apelul este directionat catre acesta conform aceluiasi standard IS-41. MSC Brasov lanseaza mesajul paging cu codul dat pentru a localiza abonatul si realizeaza in final legatura.

d)    Procesare apeluri handoff

Un sistem celular asigura si legaturi handoff, adica permite continuarea convorbirii in timp ce abonatul trece din aria de acoperire a unei celule cu o frecventa in aria de acoperire a altei celule (din acelasi MSC, MSC-uri diferite dar din aceeasi retea sau chiar din retele diferite) dar cu alta frecventa.

In cazul sistemului celular analogic, procesul handoff este initiat de catre transmitatorul eelulei care atentioneaza MSC-ul de scaderea puterii semnalului provenit de la terminalul mobil. In acest moment MSC cere tuturor celulelor adiacente celulei A sa faca masuratori de semnal si sa transmita rezultatul, pe baza caruia MSC va decide care celula va continua procesul handoff. In cazul sistemului analogic, terminalul mobil va primi un mesaj voce de la MSC prin are este indrumat, sa schimbe canalul, moment denumit "blank and burst" deoarece convorbirea este blancata pentru un scurt moment, in timp ce este receptionat un alt semnal voce. Procesul descris dureaza 400 ms.

Sistemul celular digital foloseste MAHO - Mobile Assisted HandOff, functie prin care terminalul mobil insusi initiaza handoff, face masuratori de semnal pe 12 canale ale celulelor adiacente si raporteaza rezultatele transmitatorului din celula in aria careia se afla. Pe baza lor, MSC transmite abonatului canalul optim pe care sa treaca. Folosind tehnologia TDMA, timpul procesului handoff este diminuat si poate fi redus la maxim folosind CPMA, recunoscuta ca permitand treceri handoff imperceptibile (< 250ms). Trecerile intre mai multe MSC-uri se realizeaza pe baza mesajelor schimbate intre acestea conform standardului IS-41, in special revizia "B" care asigura scurtarea numarului de conectari atunci cand mai mult de doua MSC-uri sunt implicate in realizarea unei singure convorbiri.

e)     Procesarea unor apeluri speciale

Pentru cazul telefon celular - telefon celular, daca terminalele se afla in acelasi MSC, acesta face legatura folosind canalul de control. Daca se afla in zone deservite de MSC-uri diferite, apelul este procesat ca in cazul descris deja telefon celular - telefon standard - zona "visitor".

In situatia unor apeluri in caz de urgenta, operatorul celular trebuie sa stabileasca in prealabil un mod de realizare a legaturii dintre un telefon celular si Salvare avand in vedere ca abonatul formeaza 961, numar ce trebuie translatat de catre MSC in 10 digiti pentru a se realiza convorbirea. Problemele care apar decurg din faptul ca Salvarea nu are cum sa localizeze abonatul ce are nevoie de ajutor. Solutia este ca pe baza unei localizari geografice generale MSC sa asocieze cei 10 digiti cu o zona specifica. MSC poate sa discearna din care celula si din ce zona a fost lansat apelul si sa transmita via PSTN un cod specific acelei arii.

2.1.4 Transmisii de date intr-o retea celulara digitala

Aplicatiile care necesita transmisii de date prin metode wireless sunt in continua crestere datorita necesitatilor impuse activitatilor de zi cu zi ale omului modern, activitati in care se solicita un grad de mobilitate crescut. Mediile folosite pentru transmisii de date sunt: retea celulara digitala, retele radio private PMR - Privat Mobil Radio, paging, retele radio specializate SMR - Specialized Mobile Radio si sateliti. Sistemul paging este folosit pentru transmisia datelor sub forma de mesaje si este unidirectional, in comparatie cu celelalte metode mentionate care sunt bidirectionale.

Vom prezenta doua metode folosite pentru transmisii de date in retele celulare digitale:

a)    Folosirea unui circuit de comutare pe un canal al retelei celulare

Circuitul de comutare este un echipament cu functia de a permite abonatului sa foloseasca un canal voce pentru transmisii fax sau modem. Aceasta forma de transmisie wireless a datelor este transparenta pentru operatorul celular, acesta nestiind cand canalul este folosit pentru date in loc de voce si deci neputand stabili cu exactitate volumul datelor transmise. Acest fapt conduce la urmatoarele dezavantaje ale metodei:

Tehnice: apar erori in timpul proceselor handoff (legatura este intrerupta pentru max 400 ms la trecerea dintr-o celula in alta cu frecventa diferita). Datorita fenomenului "blank and burst" datele nu sunt receptionate complet si transmisia trebuie repetata. Exista de asemenea riscul aparitiei interferentelor intre celule sau slabirea semnalului la un moment dat, ceea ce conduce la receptia incorecta a mesajului de date. Rata de transmisie obtinuta prin folosirea acestor circuite comutate este cuprinsa intre - Kbps, rata adecvata schimburilor de faxuri sau de fisiere intre calculatoare, dar relativ mica fata de cerintele altor aplicatii. In prezent s-au proiectat si circuite care lucreaza la o rata de Kbps, obisnuita in transmisiile de date pe linie telefonica.

Comerciale: transmisia de date va fi contorizata la fel ca o convorbire telefonica, lucru ce dezavantajeaza abonatii.

Metodei i-au fost aduse urmatoarele imbunatatiri:

elaborarea unui nou protocol - Enhanced Throughput Cellular (ETC) este protocolul ce permite realizarea rapida a legaturilor prin circuitul comutat si marirea numarului de transmisii corecte;

realizarea compatibilitatii cu protocoalele ISDN. Acest lucru este posibil in retelele GSM ce pot lucra dezvolta aplicatii ISDN. Pentru celularul analogic inca se mai cerceteaza posibilitatile de realizare a compatibilitatii retelei cu ISDN;

telefon celular cu 2 numere. Terminalul celular va aloca un numar pentru transmisii voce si altul pentru transmisii date, decizia cu privire la tipul semnalului fata de numarul format fiind luata de MSC pe baza informatiei continuta in HLR.

Iata un caz tipic de realizare a transmisiei de date folosind un circuit comutat: un abonat dotat cu telefon celular, un notebook cu sloturi PCMCIA si un modem/fax in format PCMCIA conectat la telefonul celular transmite date. Acestea sunt preluate de transmitatorul celulei si directionate catre MSC care realizeaza legatura cu PSTN fara a percepe ca nu este vorba despre un semnal voce.

b) Folosirea pachetelor de date digitale intr-o retea celulara - CDPD

Este o metoda in care transmisia pachetelor de date se face in perioadele scurse intre terminarea unei convorbiri si inceputul alteia si deci nu foloseste tot canalul voce pentru realizarea transmisiei de date. Tehnologia CDPD este proiectata in ideea de a folosi timpii morti dintr-un sistem celular pentru transmisii de date, prin timpi morti intelegand nu numai canale libere la un moment dat, dar mai ales pauza dintre 2 apeluri pe acelasi canal.

Metoda Saltului de Canal

CDPD foloseste schema "saltului de canal" si a fost dezvoltata in 1992 de catre IBM si un numar ce firme implicate in retele celulare, cum ar fi AT&T. Saltul de canal (similar saltului de frecventa) permite trecerea de pe un canal pe altul si realizarea transmisiei prin exploatarea la maximum a capacitatii retelei celulare. CDPD necesita instalarea unor echipamente speciale denumite: MDBS - Mobile Data Base Station si MDG -Mobile Data Gateway. Echipamentul MDBS poate monitoriza 200 de canale la intervale de milisecunde si detecteaza care canal este liber, moment in care terminalul mobil este instiintat sa treaca pe canalul 1. Saltul de canal poate fi determinat de timpul setat de operatorul celular pentru transmisii continue de date pe un canal sau poate fi fortat in cazul in care apare o cerere de comunicatie voce care are prioritate pe orice canal. Avantaje CDPD sunt rata de transmisie a datelor de 19.2 KBps, control superior al erorilor, folosirea la maxim a capacitatii retelei (in medie folosita pentru transmisii voce la o capacitate de 60%), CDPD permite aplicatii: E-mail, Internet WWW, localizare si urmarire vehicole, monitorizare de la distanta a aplicatiei pentru controlul acesteia. Metoda asigura transmisia datelor si in retele celulare analogice AMPS.

Forumul CDPD are peste 100 de membri cuprinzand operatori celulari in sistem analogic si digital, producatori de terminale celulare si soft, iar ultimele specificatii tehnice au fost publicate in ianuarie 1995.

2.2 Telefonia mobila - Date generale

Primul sistem comercial de telefonie digitala a aparut in 1979 in Japonia. In anul 1991 apar primele retele digitale GSM, norma GSM fiind adoptata de 51 de tari. Incepand cu anul 2000 INTRAROM introduce in Romania sistemul GSM (DCS l800 MHz) de telefonie mobila pun reteaua COSMOROM.

Intitutul Suedez pentru Protectia impotriva Radiaiiilor (Statens Stralskyddsinstitut - SSI), a investigat conditiile privind radiatiile din jurul acestui tipurilor de antene emitatoare ale sistemului GSM. O sinteza recenta a datelor din literatura, "Radio - si ultrainaltele frecvente:care sunt riscurile reale?" publicata in 1999 de revista "Energies Sante" trece de asemenea in revista studiile efectuate incepand din 1970 cu privire la impactul asupra sanatatii a campurilor electromagnetice emise de statiile de baza si receptoarele sistemului GSM de telefonie mobila.

Un apel telefonic catre un telefon mobil este transmis prin intermediul unei statii de baza. De la telefonul care emite apelul, acesta este transmis prin intermediul cablurilor sau legaturilor radio si al centralelor telefonice, in acelasi mod in care sunt transmise apelurile telefonice conventionale. De la statia de baza catre telefonul mobil apelul este transmis prin semnale radio la distante cuprinse intre cativa metri si mai multi kilometri. La statia de baza, unul sau mai multe transmitatoare si receptoare sunt conectate la una sau mai multe antene. Numeroase antene ale statiilor de baza ridicate in ultimii ani sunt utilizate pentru sistemul GSM, dar vor fi utilizate in cele din urma in egala masura pentru noul sistem DCS 1800. Statiile de baza construite pentru vechiul sistem nu mai sunt uzuale si nu mai sunt dezvoltate in continuare intr-o masura semnificativa. Noile sisteme opereaza cu semnale radio avand o frecventa de aproximativ 900 MHz (GSM) si 1800 MHz (DCS 1800), corespunzatoare lungimilor de unda de 30 cm si respectiv 15 cm.

2.3 Radiatiile produse de statiile de baza pentru telefonia mobila

O statie de baza pentru telefonia GSM poate opera eu canale de frecventa diferite in banda in acelasi timp. Numarul de canale variaza de obicei de la unu la douasprezece, in functie de numarul de utilizatori pe care trebuie sa-i deserveasca statia. Un apel telefonic utilizeaza din aceste canale de frecventa o durata de aproximativ 1/8 din timp. In consecinta, un transmilator al unei statii de baza emite puterea de iesire maxima, daca deserveste simultan opt apeluri telefonice pe fiecare din canalele sale de frecventa. Puterea totala emisa poate atinge un maxim de aproximativ 100 W.

Puterea de iesire a transmitatoarelor statiilor de baza mici plasate in interiorul unor cladiri, ca de exemplu in complexe sportive, centre comerciale sau pasaje subterane este de obicei scazuta si asemenea statii nu vor fi discutate in cele ce urmeaza. Deoarece antenele au de obicei directivitate, puterea radianta nu este aceasi in toate directiile. Cea mai mare parte a puterii este concentrata in directia principala de radiatie, in timp ce o foarte mica parte este radiata in alte directii. Aceste conditii trebuie luate in considerare atunci cand se calculeaza intensitatea radiatiei din jurul antenei. O conditie care este comuna tuturor directiilor de radiatie este aceea ca cu cat este mai mare distanta fata de antena, cu atat radiatia va scadea mai rapid. La distante mai mari de aproximativ 5 metri de antena, intensitatea radiatiei (W/m) scade proportional cu patratul distantei fata de antena. Daca de exemplu, distanta fata de antena scade de trei ori, intesitatea radiatiei scade de noua ori. La nivelul pamantului, langa un pilon situat la inaltime, intensitatea radiatiei va fi slaba datorita directivitatii puternice a antenei. Intensitatea radiatiei la nivelul Pamantului pentru acest gen de antena va atinge un maxim la o distanta de 50 pana la 300 de metri de la piciorul pilonului. Acest nivel maxim este scazut datorita dependentei sala de patratul distantei.

2.4 Undele radio

Antenele statiilor de baza transmit unde radio asemanatoare, de exemplu celor ale transmitatoarelor TV care (in Suedia) transmit TV2 si TV4 in benzile UHF. Aceste transmitatoare TV sunt adeseori de mai mult de 1000 de ori mai puternice decat statiile de baza ale telefoniei mobile. Statiile de baza si alte transmitatoare radio si TV nu emit radiatii ionizante de tipul celor asociate cu razele X, sau cu radiatiile emise de substante radioactive. Radiatia emisa de transmitatoarele radio este numita radiatie neionizanta. Alte fenomene fizice asociate acestui tip de radiatie includ lumina vizibila, radiatiile ultraviolete si infrarosii, microundele precum si campurile electrice si magnetice. Valorile limita pentru undele radio si microunde au fost stabilite in urma cercetarilor din ultimii treizeci de ani. Valorile limita se bazeaza pe efectul termic pe care undele radio si microundele ii produc asupra oamenilor. De-a lungul anilor au avut loc discutii animate asupra posibilei existente a unor efecte daunatoare. Pana in prezent, nici un rezultat al cercetarilor nu arata acest lucru, dar datorita dezvoltarii in domeniul telefoniei mobile, apar continuu intrebari la care cercetatorii trebuie sa raspunda.

Proprietatile fizice principale ale radiatiilor electromagnetice sunt lungimea de unda, viteza de propagare, frecventa si amplitudinea; de aceastea depind apoi in mod secundar capacitatea de strabatere a unor corpuri (penetrabilitatea) - inclusiv pielea si celelalte tesuturi ale corpului uman, ca si efectele biologice caracteristice, respectiv influenta asupra sanatatii omului.

Modificarile mentionate apar fie la expunere acuta la doze mari de radiatii, fie in urma actiunii indelungate a dozelor mici; se remarca insa o mare diferenta de raspuns individual, la unele persoane inregistradu-se efecte la doze mici in timp ce alte persoane raman inactive la doze de zeci de ori mai mari.