UMTS

22.
Mobilfunksysteme der 3. Generation
22.1 IMT-2000 Empfehlung
• IMT-2000 - "International Mobile Telecommunications at 2000 MHz":
- Teilstandard UMTS: UTRA-FDD, UTRA-TDD,
- CDMA2000 (US): Multi-Carrier CDMA Technik …
• Versuch der Integration bisheriger Ansätze:
-
GSM – euroäische Digitale Mobilfunknetze,
IS-95 – Interim CDMA Standard (US),
PCS – Personal Comm. Sys. (US),
DECT – Cordless Phones,
TDD
Bluetooth, WLANs ? …
CDMA
IMT-2000
TDMA
1
http://umtslink.at/UMTS/imt2000.htm
TD-SCDMA
IMT-TC
UTRA-TDD
UMTS
IMT-DS
UTRA-FDD
FDD
IMT-MC
CDMA2000
Einzelträger
IMT-FT
DECT
Mehrträger
IMT-SC
..136, Edge
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22.2 UMTS Zielsetzung
• Universal Mobile Telecommunications System:
-
In Deutschland verfügbar ab Frühjahr 2004,
Infrastruktur 500-1000 Mia DM,
Lizenzen für 100 Mia DM,
„Think Big“ ?
• Weltweites Roaming:
-
Erreichbarkeit,
Abrechnungsmodi,
Gerätekompatibilität,
Firmeneigene Netzsegmente,
Virtual Home Environment (VHE).
• Datenraten:
Hotspots
Mikrozellen
Makrozellen
World-Cells
- Paketorientierte Zugangsverfahren.
- Mindestens 384 Kbit/sec ohne "Hotspots",
- bis zu 2 Mbit/sec in Ballungszentren (asymmetrisch),
• “Solution in search of a problem ? “:
- E-Mail, Internet, Bezahlsysteme, Video on Demand ?
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22.3 Datenübertragung in GSM Netzen
22.3.1 GSM Phase 1:
• Wählverbindung über einen Telephonkanal:
- Fest zugeordneter Übertragungskanal, maximale Datenrate 9600 Bps,
- Gebühren nach Verbindungsdauer.
• Core-Netzwerk:
-
Home- & Visitor Location Register, EIR, Authorisierung & Abrechnung.
Interworking Units (Formatkonvertierungen),
Message Switching Centers,
Kanäle mit n*16 Kbit/sec,
Mobile S.
• Radio-Netzwerk:
-
Frequenz- & Zeitmultiplex,
Bursts je Kanal (xxxCHs),
Roaming & Handover,
Zellenorganisation,
Radio-N.
Core-Network
3
CSTN
Internet ...
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22.3.2
Bereitstellung höherer Datenraten auf GSM Netzen
• Direkter Anschluss an ein Paketnetz:
- Datenraten >16 Kbit/sec möglich, Aufbau der IP-Pakete im Core-Netz.
• HSCSD – High-Speed Circuit-Switched Data:
- Wählverbindung (CS), Tarifierung mit Zeittakt,
- Maximal 115 Kbit/sec, minimale Verzögerung.
• GPRS – General Packet Radio Service:
- Daueranschluss für Paketdaten, Tarifierung nach Datenvolumen,
- Maximal 171 Kbit/sec, asymmetrisch.
• EDGE – Enhanced Data Rate for GSM Evolution:
- Verbessertes Modulationsverfahren ( >= GPRS),
- Incrementelle Redundanz,
- Maximal 553 Kbit/sec.
• Bündelung von Zeitschlitzen:
- Weiterhin TDMA-Rahmen,
- Maximal 7 Slots.
f
t
4
4,6 ms
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22.4 General Packet Radio Service
22.4.1 GPRS - GSM Phase 2+ :
• Erweiterung des Core-Netzes durch Paketvermittlungskomponenten:
• GGSN - Gateway GPRS Support Node:
- Zwischen Radio Link Protokoll und ATM Zellen.
• SGSN - Serving GPRS Support Node:
- Zw. ATM Backbone und IP- oder X.25 Netz,
- Mobility Management für Mobile S.
IP-Adressen.
CircuitSW
CSTN
• Switching Netzwerk:
- Aktuell auf ATM Basis,
langfristig als IP-Netz,
- Sowohl Paket- als auch
Leitungsvermittlung.
Radio-N.
Switching Netz
SGSN
GGSN
5
PacketSW
Internet ...
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22.4.2 GPRS Protokollarchitektur
• Neue Protokolle für den Pakettransport:
Mobility Management
LLC
Radio
Resource
Management
GSM-Ctnrl
• Altes GSM- Management:
RLC/MAC
Mgmt
PDCH
General Packet Radio Service
- MAC für Kanalzugang,
- RLC zur Fehlerkontrolle,
- LLC entsprechend IEEE 802.x.
Physical Link
BCCH
Broadcast Control Channel: Rundsenden von
Zelleninformation, nur downlink.
PCH
Paging Channel: Verbindungsaufbau zur Mobilstation, nur downlink.
RACH
Random Access Ch.: Verb.-Aufbau z. Netz, GPRS Kanäle anfordern (nur uplink).
AGCH Access Grant Ch.: Bestätigung für angeforderte Resourcen & Ch.(nur downlink).
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22.4.3 PDCH – Packet Data Channel:
• Kapselt mehrere logische “Subkanäle”.
• Pakete werden in Temporary Block Flows (TBF) übertragen.
• PDCH Subkanäle:
PBCCH: Packet Broadcast Control Channel - Zelleninfo
PPCH:
Packet Paging Channel – Verbindungsanfr. zu mobilen Stationen (Packetmode ...).
PRACH: Packet Random Access Channel (uplink) – Anfordern von TBFs und Zeitschlitzen.
PAGCH: Packet Access Grant Channel (downlink) - Bestätigung der Allozierung von TBFs.
PACCH: Packet Associated Control Ch. – Steuerung von Temporary Block Flows (TBF);
PTCCH/U: Packet Timing advance Control CH. (uplink), für Timing-Testnachrichten von MS.
PTCCH/D: Packet Timing adv. Control ch. (downlink), Neue Verzögerungsparameter für MSs.
•
Referenz: ETSI EN 301 349 V8.4.1:
-
7
Digital cellular telecommunications system (Phase 2+),
General Packet Radio Service (GPRS),
Mobile Station (MS) - Base Station System (BSS) interface,
Radio Link Control/Medium Access Control (RLC/MAC) Protocol (GSM 04.60 version 8.4.1
Release 1999).
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22.4.4 MAC-Control für GPRS
• GPRS-Pakete fliessen in sogenannten Tem-porary Block Flows (TBF).
Evtl. längere Wartezeiten bis zur TBF-Allozierung,
Slots werden einzelnen TBFs zugeordnet,
Dynamische Zuordnung über Uplink-State-Flag,
Evtl. feste Zuordnung beim Aufbau eines TBF.
• GPRS Zugriffsverfahren
Zeitschlitze Für Paketverkehr werden wechselweise an mehrere Stationen vergeben,
Basis kann Slots/TBF kurzfristig beanspruchen,
MS beantragt TBF über einen Random Access Ch.
Slotvergabe geschieht dann über MAC-Instanz,
Zähler bis zum nächsten freien Slot an MS,
TBFs werden kurzfristig wieder freigegeben,
Einrichtungsverzögerung Uplink ~0.5 sec.
• Nachrichten zum Einrichten von TBFs:
Packet Downlink Assignment
Packet Queuing Notification
Packet Uplink Assignment
Packet Resource Request
Packet Channel Request
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Packet Paging Request
Packet Access Reject
Packet TBF Release
• Nachrichten im RLC Protokoll:
Packet System Information Type 1 .. 13
Packet Downlink Ack/Nack
Packet Uplink Ack/Nack
• Verschiedene Steuernachrichten:
Packet Power Control/Timing Advance
Packet Enhanced Measurement Report
Packet Measurement Order/Report
Packet Control Acknowledgement
Packet Cell Change Order/Failure
Packet Timeslot Reconfigure
Packet PRACH Parameters
Packet Mobile TBF Status
Packet Polling Request
Packet PDCH Release
Packet PSI Status
Packet Pause
Spare
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22.5 UTRAN
= UMTS Terrestrial Radio Access Network.
• Funkkomponente für neue Link-Techniken:
-
TD-CDMA, WCDMA (Wide-Band CDMA), MC-CDMA (Multi-Carrier CDMA) ...
Leider keine Einigung auf eine Link-Technik.
Node B ersetzt BSS (Base Station Subsyst.).
RNC (Radio Netw. Controller) ersetzt BSC.
Radio Access Network
RAN = Radio Access Network.
GSM
CircuitSW
CSTN
WCDMA
Node B
RNC
UTRAN
Switching Netz
PacketSW
Internet ...
TD-CDMA
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22.6 TD-CDMA
• Kombiniertes Zugriffsverfahren.
- 16 Zeitschlitze à 625 Mikrosekunden,
- CDMA in den einzelnen Zeitschlitzen.
- Rahmen mit 10 msec Dauer,
• Wählbare Datenrate:
- evtl. mehrere Zeitschlitze,
- asymmetrische Datenrate,
- Spreizfaktor 1..16 .
40960 Chips, 10 ms
• Midamble:
- Orthogonaler Spreizcode/Station,
- Mehrwegsignale identifizieren,
- Unterscheidung überlagerter
Stationen.
• Rahmenstruktur mit "Time
Division Duplex":
f
t
2560 Chips, 625 µsec
mid
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22.7 WCDMA (Wide Band Code Division Multiple Access)
• Logische Kanäle ähnlich TD-CDMA.
• Physikalische Kanäle:
-
Synchronisierung zwischen Stationen entfällt (Timing Advance etc.).
Kontinuierlicher Pilotkanal (Pro Station, pro Basis),
Datenkanal mit „Discontinuous Transmission“,
Gemeinsamer Random Access Ch (PRACH).
• Datenkanal:
- Variable Datenrate über Spreizfaktor,
- Codemultiplex verschiedener Ströme,
- Paketmultiplexen Strömen.
38400 Chips, 10 ms
• Steuerung der Sendeleistung:
Daten Kanal
code
- Jeweils in 10 ms Intervallen,
- Separater Code für Pilotkanal.
t
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Pilot Kanal
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