Netzstruktur und Netzkomponenten Funkschnittstelle und ...tkhf.adaxas.net/cd2/30 PRE UMTS.pdf · RNC node B UMTS Access Network node B node B node B node B SGSN SGSN HLR, AC EIR,

UMTSUMTS

Netzstruktur und Netzkomponenten

Funkschnittstelle und AbläufeDienstekonzept

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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



TDD TDD –– RequenzenRequenzen in in ÖÖsterreichsterreich



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)


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.


CDMA CDMA -- ZugriffsverfahrenZugriffsverfahren

FDD

TDD

uplink

downlink

uplink

downlink

t

t


Prinzip der Codierung und Prinzip der Codierung und DecodierungDecodierung

Spreizcode

Spreizcode

Datenstrom - Bits

gespreizterDatenstrom - Chips

1 -1

1 -1

t

+1

-1


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


ZellentypenZellentypen

Quelle: www.umtslink.at

Micro-CellMacro-CellSatelliteCell

GlobalWelt Land

StadtGebäude

Pico-Cell

Wohnung


ÜÜbertragungsgeschwindigkeitenbertragungsgeschwindigkeiten

SF = 4 1300m364 kbit/s

SF = 32 2100m64 kbit/s

SF = 128 2700mSprache 8 Kbit/s


ZellatmungZellatmung

Zellenreichweite als Funktion der Teilnehmerzahl einer Zelle

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

1600140012001000

800600400200

0Teilnehmer

Reichweite (m)


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)


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.


TransportkanTransportkanäälele

•Random Access Channel (RACH)•Paging Channel (PCH)•Broadcast Channel (BCH) •Downlink Shared Channel (DSCH)•Uplink Shared Channel (USCH) •Dedicated Channel (DCH).


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


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)


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



Preamble PreamblePreamble

4096 chip 10 ms oder 20 ms

Konkurrenzphase Übertragungsphase


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.


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)


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


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


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 ?)


und Dienstklasse


und Dienstklasse

Zuweisen einesTraffic Channels

Signalisierungaustauschmit VST des A-Teiln.

(ZGV7)


HandoverHandover

Softer Handover(UTRA FDD)

Hard Handover(UTRA TDD)

Soft Handover(UTRA FDD)


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


DienstekonzeptDienstekonzept

• Trägerdienste- kanalvermittelte Dienste- paketvermittelte Dienste

• Teledienste- alle Teledienste des festnetzes- UMTS Teledienste und Anwendungen- Multimedia und interaktive Multimedia

Dienste• Zusatzdienste• Mehrwertdienste

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Netzstruktur und Netzkomponenten Funkschnittstelle und ...tkhf.adaxas.net/cd2/30 PRE UMTS.pdf · RNC node B UMTS Access Network node B node B node B node B SGSN SGSN HLR, AC EIR,