PRÁCTICA GSM CON EL SIMULADOR WINIQSIM. .

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PRÁCTICA GSM. CON EL SIMULADOR WINIQSIM.
En esta práctica se pretende mostrar, mediante algunos ejemplos prácticos, el modo en
que se pueden crear tramas GSM a partir de una información real o ficticia, empleando el
software de simulación WinIQSIM de Rhode&Schwarz.
1.- CONSTRUCCIÓN DE UNA TRAMA GSM.
En primer lugar vamos a empezar por recordar el formato y el número de bits de que consta
cada uno de los cinco tipos de ráfagas (slots) que forman las tramas que utiliza GSM:
Ráfaga normal:
0
2 3
60 61
(3)
NB
86 87
(58)
Bits de
cabecera
(26)
Bits de
información
(58)
Secuencia de
entrenamiento
156.25
144 145 147 148
(3)
Bits de
información
Bits de
cola
(8.25)
Periodo de
guarda
Ráfaga de acceso:
0
7 8
48 49
(8)
AB
Bits de cabecera
extendidos
84 85
(41)
Secuencia
de sincronización
87 88
(36)
(3)
Bits de
información
Bits de
cola
156.25
(68.25)
Periodo de guarda
extendido
Ráfaga de sincronización:
0
(3)
SB
41 42
2 3
105 106
(39)
Bits de
cabecera
Bits de
información
(64)
Secuencia de
entrenamiento extendida
144 145 147 148
(39)
(3)
Bits de
información
156.25
(8.25)
Bits de
cola
Periodo de
guarda
Ráfaga de corrección de frecuencia:
0
FB
2 3
(3)
144 145 147 148
(142)
Bits de
cabecera
Secuencia de corrección
de frecuencia
(3)
156.25
(8.25)
Bits de
cola
Periodo de
guarda
Ráfaga de relleno:
0
DB
2 3
(3)
Bits de
cabecera
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144 145 147 148
(142)
Secuencia de
relleno
156.25
(3)
(8.25)
Bits de
cola
Periodo de
guarda
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1.1.- EDICIÓN DE LOS CAMPOS.
El siguiente paso es abrir el editor de tramas de WinIQSIM para crear cada una de las
ráfagas anteriores. Abrimos el programa y pinchamos sobre el bloque Data Source; se abre el
cuadro de diálogo correspondiente y pulsamos el botón Data Editor.
Aparece la siguiente ventana:
Figura 1. Panel principal del editor de datos.
En primer lugar vamos a crear los diferentes campos de que se van a componer las
distintas ráfagas GSM. Algunos campos serán comunes a varios slots y otros no. Para ello
pulsamos en el botón Data Field del panel anterior.
Empezaremos con el campo TB (Tail Bits) que delimita las ráfagas. Para las ráfagas
normales y las de corrección de frecuencia siempre vale 000, pero en el resto de ráfagas no
tiene por qué tomar este valor, así que crearemos tres campos TB:



TB1 para las ráfagas normales y de corrección de frecuencia, de valor 000.
TB2 para otras ráfagas, generado aleatoriamente con el programa.
TB3 para la cabecera de las ráfagas de acceso.
Para TB1 rellenamos los campos con la siguiente información: el nombre del campo será
TB1, la longitud del campo será de 3 bits, la información será todo 0 y añadiremos en la
descripción ‘Tail Bits NB’. Seleccionamos un color para este campo, por ejemplo en rojo.
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Para TB2 rellenamos los campos con la siguiente información: el nombre del campo será
TB2, la longitud del campo será de 3 bits, la información se generará a partir de una secuencia
pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9 y añadiremos en la descripción ‘Tail Bits 9’.
Seleccionamos un color para este campo, por ejemplo en fuxia.
Los otros campos que tenemos que crear, de la misma forma, son estos:

TB3 serán los bits de cabecera de las ráfagas de acceso, de 8 bits, generados a partir de
una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9.
 DC58 serán los datos cifrados de las ráfagas normales, de 58 bits, generados a partir de
una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 15.
 DC39 serán los datos cifrados de las ráfagas de sincronización, de 39 bits, generados a
partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11.
 DC36 serán los datos cifrados de las ráfagas de acceso, de 39 bits, generados a partir de
una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9.
Figura 2. Configuración de los campos de datos cifrados.
 TS26 será la secuencia de entrenamiento de las ráfagas normales, de 26 bits, generados a
partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11.
 TS64 será la secuencia de entrenamiento de las ráfagas de sincronización, de 64 bits,
generados a partir de una secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 9.
 BF1 serán los 142 bits fijos que aparecen en las ráfagas de corrección de frecuencia y todos
ellos toman el valor 0, al igual que sus respectivas cabeceras.
 BF2 serán los 142 bits fijos de las ráfagas de relleno, generados a partir de una secuencia
pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 11.
 SYNC serán los 41 bits de sincronización de la ráfaga de acceso, generados a partir de una
secuencia pseudoaleatoria de, por ejemplo, orden 16.
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Figura 3. Configuración del resto de los campos.
Ya hemos terminado de introducir todos los campos que vamos a necesitar. Ahora los
guardamos pulsando OK, después pulsamos Close en el panel principal del editor y
aceptamos guardar los cambios. Nos aparece el siguiente cuadro de diálogo, donde
introduciremos el nombre del fichero en donde guardaremos la información creada:
Figura 4. Guardando los cambios en un fichero .ded.
A partir de este momento ya estamos en condiciones de crear los cinco tipos de ráfagas de
GSM utilizando los campos de datos que hemos creado.
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1.2.- EDICIÓN DE LOS SLOTS DE LAS TRAMAS.
Lo siguiente es situarnos en el panel principal del editor de datos de WinIQSIM y pinchar
sobre el botón Slot para editar los diferentes slots que formarán las tramas. Empezaremos por
construir la ráfaga normal. Para ello, en la ventana Slot Pool pulsaremos el botón New y
añadiremos la siguiente información: el nombre del slot será NB, en info podemos escribir
‘Normal’ y seleccionaremos un color para ella, por ejemplo amarillo.
A continuación la longitud en bits se determina añadiendo con el botón Append los
campos correspondientes a la ráfaga normal, que obtenemos de la lista que aparece en el lado
derecho del panel, donde se encuentran todos los campos que hemos creado anteriormente. Si
lo hemos hecho bien, la longitud del slot será de 148 bits:
Figura 5. Construcción de una ráfaga normal.
De la misma manera se construye el resto de ráfagas de GSM, siendo éste el resultado:
Nombre Color
Longitud (bits)
NB
148
FB
148
SB
148
DB
148
AB
88
Aspecto
Ahora ya estamos en disposición de construir una trama GSM.
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1.3.- CONSTRUCCIÓN DE LA TRAMA.
Como ya sabemos, una trama GSM está formada por 8 slots temporales, numerados de 0
a 7, tal como se muestra en la siguiente figura:
0
1
2
3
4
5
6
7
Figura 6. Formato de la trama GSM.
Una trama puede contener cualquiera de los tipos de ráfagas que hemos visto
anteriormente. En este ejemplo vamos a crear una trama que contenga, en este orden:
 una ráfaga de acceso
 una ráfaga de sincronización
 cuatro ráfagas normales
 una ráfaga de corrección de frecuencia y
 una ráfaga de relleno
Para ello nos situamos en el panel principal del editor de datos y pinchamos sobre el
botón Frame. Se abre la ventana desde la cual se pueden seleccionar los ocho slots que
compondrán nuestra trama GSM. Insertamos los slots temporales con el botón Append hasta
llegar al siguiente resultado (nótese la inusual longitud de 1124 bits, de la que más tarde
hablaremos):
Figura 7. Construcción de una trama GSM.
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2.- CONSTRUCCIÓN DE UNA TRAMA GSM ESTÁNDAR.
La trama generada anteriormente no es una auténtica trama GSM; en la práctica, los slots
temporales están separados durante unos pocos microsegundos: son los periodos de guarda,
que no hemos tenido en cuenta hasta ahora. Una forma de tener en consideración este aspecto
consiste en insertar unos periodos de guarda artificiales (creados con el programa) y definir
unas rampas de potencia.
Fijémonos en un caso real. A continuación se muestra una trama GSM auténtica:
Figura 8. Forma de onda de una trama GSM.
Con WinIQSIM esta trama podría modelarse en una primera aproximación con la
estructura que se muestra en la figura siguiente y definiendo las rampas de potencia indicadas
debajo de la misma:
Figura 9. Posible modelización de una trama GSM real.
Estos periodos de guarda son introducidos por el transmisor después de cada ráfaga. Su
duración es de 8,25 periodos de bit para todas las ráfagas excepto para las ráfagas de acceso,
cuya duración se extiende hasta los 68,25 periodos de bit.
Sin embargo, WinIQSIM tiene algunas limitaciones en este aspecto. Por ejemplo, el
programa no permite crear campos con un número no entero de bits (no se podría crear un
periodo de guarda de 8,25 bits: sería de 8 o de 9 bits). Por otra parte, el programa no permite
definir el comienzo y el final de las rampas de potencia en posiciones no enteras de periodos
de bit (aunque el periodo de guarda sea de 9 bits, no se puede situar el final de la rampa de
potencia en la posición 8,25).
Por estas razones no vamos a poder modelar correctamente nuestras tramas GSM, pero
nos vamos a poder aproximar simulando unos periodos de guarda de 8 bits (o de 68 bits, en el
caso de las ráfagas de acceso), asumiendo la desincronización que esta restricción supone.
NOTA: Con el objeto de minimizar la desincronización del sistema, se puede considerar la
posibilidad de introducir un periodo de guarda de 9 bits por cada tres periodos de
guarda de 8 bits.
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Lo primero que haremos será crear los periodos de guarda. Vamos a crearlos de 8 y 9 bits
(correspondientes a 8,25 bits) y de 68 bits (correspondiente a 68,25 bits). Aunque no son
datos, los crearemos de la misma manera que un campo de datos, desde el editor de
WinIQSIM.
La información que contengan los periodos de guarda al crearlos como campos de datos
es irrelevante, ya que después los vamos a anular con las rampas de potencia en OFF, así que
los podemos poner todo a 0, tal como se muestra en la siguiente figura:
Figura 10. Configuración de los periodos de guarda como campos de datos.
A continuación podemos proceder de dos formas: modificamos todos los slots creados
añadiendo su periodo de guarda correspondiente o bien creamos nuevos slots que contengan
sólo los periodos de guarda. La segunda opción es más sencilla y requiere menos tiempo, de
manera que desde el panel Configure Slots definimos estos periodos de guarda como slots de
sólo un campo (GP8 o GP68), tal como se muestra a continuación:
Figura 11. Configuración de los periodos de guarda como slots temporales.
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Lo siguiente es construir la trama GSM teniendo en cuenta los periodos de guarda
creados. Para ello, con ayuda del botón Insert, insertamos un GP68 tras la ráfaga de acceso,
un GP8 tras las dos ráfagas siguientes, un GP9 tras la siguiente ráfaga, un GP8 tras las 3
ráfagas siguientes y, con el botón Append, un GP9 al final:
Figura 12. Construcción de la trama GSM con sus periodos de guarda.
2.1.- DEFINICIÓN DE LAS RAMPAS DE POTENCIA.
Ahora definiremos las rampas de potencia para cada uno de los slots que conforman la
trama GSM creada. En primer lugar vamos al panel editor de datos y pulsamos sobre el botón
Power Ramping Settings para configurar las características de la rampa que vamos a aplicar.

Elegimos una rampa de tipo coseno cuadrado, con una duración de 1 periodo de bit y con
niveles ON y OFF serán de 0 dB y –80 dB respectivamente
Figura 13. Configuración de la rampa de potencia.
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A continuación definiremos el comienzo y el final de las rampas de potencia para cada
uno de los slots que forman nuestra trama. Nos situamos en el panel de configuración de los
slots y hacemos uso del botón Mrk+Pwrp para cada ráfaga:
 Para las ráfagas normales, seleccionamos el slot NB en el panel Configure Slots y pulsamos
el botón Mkr+Pwrp. Elegimos una rampa de subida y bajada y situamos el comienzo y el fin
de la misma en los bits 0 y 147, con el objeto de que todos sus bits estén en ON. Esta
configuración se muestra en la siguiente figura:
Figura 14. Configuración de las rampas de potencia de la ráfaga normal.
 Para todas las demás ráfagas, repetimos la misma configuración, seleccionando una rampa
de subida y bajada y situando el comienzo y el fin de la misma en los bits primero y último,
con el objeto de que todos sus bits estén en ON.
 Para los tres periodos de guarda creados como slots, repetimos los pasos anteriores pero esta
vez eligiendo All down de los tipos de rampas de potencia disponibles, con el objeto de que
todos los bits de los periodos de guarda estén en OFF. De esta forma modelamos la ausencia
de transmisión de información durante un número de periodos de bit (8, 9 o 68). Esta
configuración se muestra en la figura siguiente:
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Figura 15. Configuración de las rampas de potencia de los periodos de guarda.
Si vamos al editor de tramas y activamos el Power Ramping veremos que efectivamente
hemos conseguido lo que pretendíamos: la información se transmitirá separada por los
periodos de ausencia de señal tal como hemos definido:
Figura 16. Visualización de las rampas de potencia en la trama GSM.
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2.2.- VISUALIZACIÓN DE LA TRAMA.
Para completar este estudio, vamos a visualizar la trama en el dominio del tiempo.
Primero hay que calcular y guardar la secuencia, por ejemplo en un archivo que se llame
Practica2.dbi, para diferenciarlo del Practica1.dbi que hemos creado anteriormente. Esta vez
definiremos el tamaño de la ventana de 1250 periodos de bit. La representación gráfica que se
obtiene es la siguiente:
Figura 17. Representación temporal de la trama GSM.
Esta trama sí se parece a una trama GSM real (ver Figura 17). En ella ya pueden
apreciarse los periodos de guarda entre una ráfaga y la siguiente. En concreto, el que mejor se
distingue es el periodo de guarda de la ráfaga de acceso (primera), que dura 68 periodos de bit.
También puede diferenciarse a simple vista la ráfaga de sincronización de frecuencia
(penúltima), que se presenta como un tono sin modular debido a que todos sus bits son 0.
Podemos hacer un zoom para cada una de las ráfagas y apreciar mejor los periodos de guarda:
Figura 18. Zoom sobre la primera ráfaga normal.
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3.- CONSTRUCCIÓN DE UNA MULTITRAMA.
Otro caso interesante de ver es el de las multitramas. En GSM las tramas suelen agruparse
en unidades mayores llamadas multitramas. Existen dos tipos de multitramas: las que están
formadas por 26 tramas y las que están formadas por 51 tramas. A su vez las multitramas se
agrupan formando hipertramas. Este es un esquema de las estructuras a nivel físico:
Figura 19. Estructura de trama, multitrama e hipertrama.
Por poner un ejemplo real, vamos a construir una multitrama con WinIQSIM para
visualizar el resultado de transmitir varias tramas seguidas. No vamos a extender el estudio al
caso de hipertramas ya que son muy largas y no es el objetivo de la práctica. La multitrama
será de 26 tramas por la misma razón. Sólo tenemos que tomar una trama (puede ser nueva o
ya creada) y repetirla 26 veces; no importa que sea la misma trama repetida, ya que tan sólo es
un ejemplo didáctico. Lo que se trata es de visualizar el resultado.
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3.1.- CONSTRUCCIÓN DE LA MULTITRAMA.
Para simplificar, tomaremos la trama que creamos en la práctica 2 (con sus periodos de
guarda). Nos vamos al editor de datos de WinIQSIM, abrimos el panel para editar la trama y
en Frame Repetition seleccionamos Repeat Frame = 26:
Figura 20. Construcción de una multitrama de 26 tramas.
A continuación pulsamos OK para validar esta selección y cerramos el panel. Para
guardar esta nueva información, llamamos Practica4.dbi al archivo destino y pulsamos sobre
el botón Calculate and Save Sequence. Si ahora abriéramos este archivo con el block de
notas, veríamos que se trata del mismo archivo Practica2.dbi pero repetido 26 veces.
Ya estamos en condiciones de visualizar el resultado.
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3.2.- VISUALIZACIÓN DE LA MULTITRAMA.
Para visualizar en el dominio del tiempo la multitrama que hemos creado, tenemos que
ajustar la longitud de la ventana de acuerdo a la longitud de la multitrama en bits:
1 multitrama = 26 tramas de 1.250 bits = 32.500 bits
Por tanto, seleccionamos Graphics  Graphic Settings y en este panel de configuración
introducimos 32500 en el campo Max:
Figura 21. Configuración de las características gráficas.
A continuación pulsamos OK para validar la nueva configuración y se cierra el panel. Los
atributos de modulación son los mismos que hemos utilizado anteriormente, de modo que lo
único que queda es visualizar la multitrama. Seleccionamos Graphics  Show Graphic:
Figura 22. Visualización de la multitrama.
Como podemos comprobar, tal es la cantidad de información a representar que no se
distinguen las tramas que componen la multitrama. Pero podemos ver una fracción de la
multitrama para comprobar que efectivamente existen tramas seguidas una de otra. Por
ejemplo, si queremos ver las 4 primeras tramas, tomaremos el intervalo de 0 a 5.000 (8  1250
= 10.000) haciendo un zoom en cualquiera de las dos señales i(t) o q(t):
Figura 38. Visualización de las 4 primeras tramas.
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