netzstruktur und netzkomponenten funkschnittstelle und ...tkhf.adaxas.net/cd2/30 pre umts.pdf ·...
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MobilfunkgenerationenMobilfunkgenerationen
2G evolved 2G 3GDatenbitrate Datenbitrate Datenbitrate9,6 – 14,4 kbit/s 64 – 144 kbit/s 384 – 2000 kbit/s
TDMA
GSM
PDC
cdmaOnecdma
2000 1Xcdma
2000 3X
WCDMA(UMTS)
GPRS
EDGE
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Normen fNormen füür r FunkFunküübertragungsverfahrenbertragungsverfahren
• cdma2000-MC- oder Multi-Carrier-Standard,geht von CDMA aus,wird von den USA bevorzugt
• Direct Sequence oder Direct Spread CDMA = WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) - Frequency Division Duplex (WCDMA-FDD),
getrennte Bereiche für Up- und Downlink,in Europa und Japan erwartet
- Time Division Duplex (WCDMA-TDD)Up- und Downlink auf derselben Frequenzzeitliches hin- und herschalten,nur für Sonderfälle zu erwarten
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Netzstruktur nach Netzstruktur nach „„Release 99Release 99““
ISDNFestnetz
IP - Netz(Internet)
MSC
MSC
MSC
GMSC
GGSNSGSN
BSCPCU
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
GSMAccess Network
GSMCore Network
GPRSCore Network
RNC
nodeB
UMTSAccess Network
nodeB
nodeB
nodeB
nodeB
SGSN
SGSN
HLR, ACEIR, ILR
GR
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UMTS UMTS TerestrialTerestrial Radio Access Radio Access Network Network -- UTRANUTRAN
• Radio Network Controller (RNC)Er steuert den Sender und verfolgt das Handy über mehrere Funkzellen,Er regelt die Sendeleistungen von Antenne und Handy.
• Node BIm Node B werden die unmittelbar mit der Funkschnittstelle zusammenhängenden Aufgaben abgewickeltEr versorgt eine oder mehrere Zellen.
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GSM Core NetworkGSM Core Network
• Mobile Services Switching Center (MSC)schaltet die Sprachverbindungen durch
• Media Gateway (MGW)ist zuständig für die Connectivity
• Gateway Mobile Switching Center (GMSC)steht am Netzübergang zu einem anderen Netz
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Zentrale VerwaltungsfunktionenZentrale Verwaltungsfunktionen
• Home Location- und GPRS Register Verwalten der Teilnehmer-Stammdaten
• Interworking Location Register (ILR)beim Roaming für Übergang zwischen unterschiedlichen Mobilfunknormen
• Authentication Center (AUC)Netzzugang und Verschlüsselung
• Das Equipment Identity Register (EIR)International Mobile Equipment Identifier IMEI, als unveränderbare Seriennummer
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GPRS Core NetworkGPRS Core Network
• Serving GPRS Support Node (SGSN)Dieser Knotenrechner bedient alle eingebuchten Daten-Nutzer innerhalb seines Gebiets.
• Gateway GPRS Support Node (GGSN)Hauptaufgabe des Gateway GPRS Support Node ist die Datenverbindung des jeweiligen Mobilfunknetzes mit externen Netzen
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Frequenzbereiche allgemeinFrequenzbereiche allgemein
FDD ... Frequency Division Duplex
TDD ... Time Division Duplex MSS ... Mobile Satellite Service
UTRA: WCDMA UTRA: TD-WCDMA
Gepaartes Spektrum 2x60 MHz Ungepaartes Spektrum 35 MHz Gepaartes Spektrum 2x30 MHz
Uplink 1920 - 1980 MHz 1900 - 1920 MHz Uplink 1980 - 2010 MHz
Downl 2110 - 2170 MHz 2010 - 2025 MHz Downl 2170 - 2200 MHz
Uplink 2500 - 2570 MHz
Downl 2620 - 2690 MHz
Stand: 26.04.2006 Quelle:www.rtr.at
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FDD FDD –– Frequenzen in Frequenzen in ÖÖsterreichsterreich
Stand: 26.04.2006 Quelle:www.rtr.at
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TDD TDD –– RequenzenRequenzen in in ÖÖsterreichsterreich
Stand: 26.04.2006 Quelle:www.rtr.at
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VielfachVielfach--ZugriffsverfahrenZugriffsverfahren
p
f
tChannel 1
Channel 2
Channel 3
p(i )
tT0
digitaleSysteme
z.B.:cdmaOne
digitaleSysteme
z.B.:GSM
analogeSysteme
p(i )
tT0
p(i )
tT0
Frequency DivisionMultiple Access
(FDMA)
Time DivisionMultiple Access
(TDMA)
Code DivisionMultiple Access
(CDMA)
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Modulationsverfahren fModulationsverfahren füür UMTSr UMTS
• In Europa wird das Modulationsverfahren CDMA (Code Division Multiple Access) eingesetzt.
• Es ist sicher und sparsam, begrenzt allerdings die Zahl der Gespräche in einer Zelle nicht mehr wie bei GSM eindeutig auf das Produkt von Zeitschlitzen und Frequenzen.
• Die Maximalleistung einer Zelle liegt fest und steht den Teilnehmern in der Zelle als Gesamtheit zur Verfügung. Je mehr Teilnehmer aktiv sind, desto weniger Leistung kann auf den einzelnen entfallen - die Zellen atmen.
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CDMA CDMA -- ZugriffsverfahrenZugriffsverfahren
FDD
TDD
uplink
downlink
uplink
downlink
t
t
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Prinzip der Codierung und Prinzip der Codierung und DecodierungDecodierung
Spreizcode
Spreizcode
Datenstrom - Bits
gespreizterDatenstrom - Chips
1 -1
1 -1
t
+1
-1
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OVSF OVSF -- CodebaumCodebaum
Cch,2,1 = (1,-1)
Cch,2,0 = (1,1)
Cch,1,0 = (1)
Cch,4,0 = (1,1,1,1)
Cch,4,1 = (1,1,-1,-1)
Cch,4,2 = (1,-1,1,-1)
Cch,4,3 = (1,-1,-1,1)
SF = 1 SF = 2 SF = 4
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ZellentypenZellentypen
Quelle: www.umtslink.at
Micro-CellMacro-CellSatelliteCell
GlobalWelt Land
StadtGebäude
Pico-Cell
Wohnung
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ÜÜbertragungsgeschwindigkeitenbertragungsgeschwindigkeiten
SF = 4 1300m364 kbit/s
SF = 32 2100m64 kbit/s
SF = 128 2700mSprache 8 Kbit/s
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ZellatmungZellatmung
Zellenreichweite als Funktion der Teilnehmerzahl einer Zelle
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1600140012001000
800600400200
0Teilnehmer
Reichweite (m)
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UMTS KanalstrukturUMTS Kanalstruktur
Radio Resource Control (RRC)C
ontr
ol /
Mea
sure
men
tsLayer 3
Layer 1
Layer 2 Medium Access Control (MAC)
Physical Layer
Physikalische Kanäle
Transportkanäle
Logische Kanäle
Radio Resource Control (RRC)
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Logische KanLogische Kanäälele
• Dedicated Trafic Channel (DTCH)zum Transport von Nutzdaten
• Dedicated Control Channel (DCCH)zum Transport von Signalisierungsdaten
• Broadcast Control Channel (BCCH)zum Ausstrahlen von Systeminformation
• Common Control Channel (CCCH)zur Signalisierungsdatenübertragung außerhalbeiner bestehenden Verbindung
• Paging Control Channel (PCCH)zum Suchen der MU des B-Teilnehmers.
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TransportkanTransportkanäälele
•Random Access Channel (RACH)•Paging Channel (PCH)•Broadcast Channel (BCH) •Downlink Shared Channel (DSCH)•Uplink Shared Channel (USCH) •Dedicated Channel (DCH).
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TransportformateTransportformate
Transportblock TransportblkTransblk
Transportblk
Transportblk
Transportblk
Transportblk
Transportblk
Transblk
Transblk
Transportblk
Transportblk Transportblk
TransportblkTransportblk
Transportblk
TransportblkTransblkTransportblk
Transportblock Set
Transmission Time Intervall TTI
DCH3
DCH2
DCH1
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Physikalische KanPhysikalische Kanäälele• Uplink Dedicated Physical Data Channel (DPDCH) • Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) • Dedicated Physical Channel (DPCH) • Physical Random Access Channel (PRACH) • Physical Common Packet Channel (PCPCH) • Common Pilot Channel (CPICH) • Common Control Physical Channel (CCPCH)
Primary Common Control Physical Channel (P-CCPCH) Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH)
• Synchronisation Channel (SCH) Primary Synchronization Channel (P-SCH)Secondary Synchronization Channel (S-SCH)
• Physical Downlink Shared Channel (PDSCH)
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PysikalischerPysikalischer ZugriffskanalZugriffskanal
#0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13 #14
5120 chips Access Slots
radio frame: 10 ms radio frame: 10 ms
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Random Access Transmission
Preamble PreamblePreamble
4096 chip 10 ms oder 20 ms
Konkurrenzphase Übertragungsphase
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ZellensucheZellensuche• Die Mobilstation synchronisiert sich mit Hilfe des
Primary Synchronization Code (PSC) des PrimarySynchronization Channel (P-SCH) auf die Zeitschlitzstruktur in der betreffenden Zelle.
• Die Mobilstation bestimmt mit dem SecondarySynchronization Code (SSC) des SecondarySynchronization Channel (S-SCH) die Gruppe der Verwürfelungscodes.
• Die Mobilstation versucht den CPICH zu decodieren, indem sie die Verwürfelungscodes der Gruppe ausprobiert. Ist der richtige Code gefun-den, können die von der Basisstation über denP-CCPCH ausgesendeten Systeminformationen von der Mobilstation decodiert werden.
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AuthentizierungAuthentizierung
USIM
MSC/VLRoder
SGSN HLR/AC
Authentication Data Request
Authentication Data Response
Aithentication RequestAUTN & RAND
Authentication ResponseRES
RES mit XRESvergleichen
Überprüfen von AUTNund errechnen von RES
CK und IKerrechnen
CK und IKwählen
AuthentikationsvektorenAV (1...n) speichern
AuthentikationsvektorAVX wählen
AuthentikationsvektorenAV (1...n) generieren
AV (1...n)
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AUTNAUTN--AuswertungAuswertung in der MSin der MS
SQN>
SQNMSRES
Prüfzahl
f2
CKVerschlüs-
selung
f3
IKDaten-
integrität
f4
AK
f5
RANDSQN
SQNMS
SQN'
+
K
SQN' von AUTNAMF von AUTNMAC von AUTN
LuftschnittstelleUSIM
=XMAC
SQNMS
K RAND AMF MAC
f1
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Ablauf einer AktivverbindungAblauf einer Aktivverbindung
MS überprüft AUTNund errechnet RES
Übertragen vonB-Rufnummer
und Dienstklasse
A-Teilnehmer gibtB-MSISDN ein
und drücktVerbindungstaste
Channel Request
Immediate Assign
Connection Manage ment Service RequestProcess Access Request
Authentication Request
Authentication Response
Ciphering Mode Command
Ciphering Mode Complete
Connection ManagementService Request Ack
Connection Management Service Request Ack
SETUP
Send Info ForOutgoing Call
Complete CallCall Proceeding
Allocate ChannelAssign Command
Assign CompleteAssign Complete
INITIAL ADDRESS MESSAGE IAM
Alert
ADDRESS COMPLETE MESSAGE ACM
ANSWER MESSAGE ANMConnect
Connect Acknowledge
Durchführen derAuthentizierung(RES = XRES ?)
Zuweisen einesTraffic Channels
Signalisierungaustauschmit VST des B-Teiln.
(ZGV7)
MS/USIM Node B/RNC MSC VLR VStB
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Ablauf einer PassivverbindungAblauf einer PassivverbindungMSCBHLR VLRBGMSC RNC/Node B MS
IAM(B-Rufnummer)
Send Routing InformationProvide Roaming Number
PRN AckSRI Ack
IAM (B-Rufnummer)
Send Information forIncomming Call
Page User Equipment Page User Equipment
Page UE
Channel Request
Immediate Assign
Process Access Request
Paging ResponseSetup UE Connection
Authentication Request
Authentication Response
Ciphering Mode Command
Ciphering Mode Complete
Process Acces Req Ack
Complete CallSetup
Call Confirm
Allocate Traffic ChannelAssign TCH
Assignment CompAssignment Complete
Alert
Connect
Connect Acknowledge
ADDRESS COMOLETEMESSAGE ACM
ANSWER MESSAGEANM
Zuweisen einesSignalisierungskanals
MS überprüft AUTNund errechnet RES
Durchführen derAuthentizierung(RES = XRES ?)
Übertragen vonB-Rufnummer
und Dienstklasse
Übertragen vonB-Rufnummer
und Dienstklasse
Zuweisen einesTraffic Channels
Signalisierungaustauschmit VST des A-Teiln.
(ZGV7)
POEL © 2007 UMTS 31
HandoverHandover
Softer Handover(UTRA FDD)
Hard Handover(UTRA TDD)
Soft Handover(UTRA FDD)
POEL © 2007 UMTS 32
HandoverHandover
D-RNCS-RNC
UMTSCore Network
Node B
Node B
Node B
Iub
IurIu Iur
Iub
Iub
S-RNC: Übergang in das CN via IuD-RNC: zusätzlicher RR