UMTS-Technologie

UMTS-Technologie

Steffen BuchnerAndreas Stahlhofen

UMTS-Technologie 2

Gliederung (1)

Releases Release 99-Architektur Code Division Multiple Access Mobilitätsmanagement

Handover Location Update / Location Area

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Gliederung (2)

Verbindungsabläufe Packet Switched vs. Circuit Switched Initialisierungsprozess

RRC Connection Setup Prozedur Mobile Originated Voice Call

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Releases

Entwicklung von UMTS:

Release 99 (Jahr 1999) Release 4..7 Release 8 (~ Dezember 2008)

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Release 99 - Architektur

User Equipment (Handy)- Verarbeitung der Radiosignale - Verbindungsauf- und abbau- Empfangsqualität benachbarter Zellen versenden Handover- Verschlüsselung- Enthält USIM

UMTS Subscriber Identity Modul - Speichert die International Mobile Subscriber Identity

- Speichert den K ( UMTS-Sicherheit)- kann kleine Programme ausführen (Homezone)- Applikation auf einer UICC (Universal Integrated Curcuit Card)

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Node-B- Bildet mit dem RNC das UMTS Terrestrial Radio Access Network- Versorgt einen oder mehrere Sektoren- Steuert Funkübertragung (CDMA)- Sendet dem RNC regelmäßig Messungen (Verbindungsqualität + Interferenz)

Handover- Name: eigentlich nur vorläufig

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Node-B

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Radio Network Controller- Steuert mehrere Node-Bs an- entscheidet u.a. über Handover- Verschlüsselung

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Mobile Switching Center- Verbunden mit anderen MSCs- Vermittlungsstelle für Sprachverbindungen- Beteiligt an der Registration eines Teilnehmers beim Einschalten- Steuert Verbindungsaufbau zwischen Teilnehmern- Weiterleiten von SMS- Release 4:

MSC Call Server (Signalisierungen) und Media Gateway (Nutzdaten)

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Gateway Mobile Switching Center- Spezielle Variante des MSC- Bietet Interfaces zu verschiedenen Netzwerken, z.B. dem ISDN oder PSTN

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Home Location RegisterSpeichert:

- Userdaten- Zugehörige Rechte- Benutzerstandorte

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Serving GPRS Support Node- Verbunden mit anderen SGSNs- Vermittlungsstelle für Datenverbindungen- Für paketvermittelnde Verbindungen zuständig- Routing von Paketen

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Gateway GPRS Support Node- Verbunden mit Gateways zu anderen Netzwerken- Firewall

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Code Division Multiple Access

Übertragungsverfahren auf der Funkschnittstelle Alle Endgeräte und alle Node-Bs benutzen dieselbe

Frequenz Jedes Endgerät bekommt eine eigene „Stimme“

(Spreizcode) Überlagerung der Streams und Zerlegung Unterschiedliche Datenraten durch unterschiedlich

lange Spreizcodes möglich

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Beispiel zu CDMA

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Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) - Codebaum

Jeder Vektor wird in zwei orthogonale Vektoren aufgespalten

Wenn Spreizcode verwendet wurde, können abgeleitete Spreizcodes nicht mehr verwendet werden„Unterschiedliche Datenraten durch

unterschiedlich lange Spreizcodes möglich“

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Moblitätsmanagement

Handover UE hat Gespräch

Location Update

(Cell Reselection) UE inaktiv

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Handover

Die drei wichtigsten Arten Hard Handover Soft Handover Softer Handover

Weitere Inter-MSC Handover Intersystem Handover (3G -> 2G) …

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Hard Handover

Findet auch in GSM Verwendung Harte Umschaltung zu bestimmtem Zeitpunkt Netz bereitet neue Zelle vor und sendet Befehl zum

Wechseln (inkl. Frequenz, Scrambling-Code usw.) Ca. 100 ms Unterbrechung

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Soft Handover

Gleichzeitige Kommunikation mit mehreren Node-Bs Keine Unterbrechung Aufteilung der Daten auf die Node-Bs durch den RNC

Verbraucht mehr Ressourcen

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Softer Handover

Spezialfall des Soft Handovers Übertragung parallel über verschiedene Sektoren des

Node-Bs möglich

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Beispiel zu Soft Handover

Verschiedene RNCs CN darf nichts

mitbekommen

S-RNC: Serving RNC D-RNC: Drift RNC

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Moblitätsmanagement

Handover UE hat Gespräch

Location Update

(Cell Reselection) UE inaktiv

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Location Update / Location Area

Teile des Netzwerkes sind in „location areas“ zusammengefasst (mehrere Node-Bs)

Die location area eines Benutzers muss bekannt sein Jede location area hat einen Location Area Index (LAI) Endgerät überprüft diese und reagiert:

Aktualisierung bei Änderung Periodic Location Update

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Location Update / Location Area (2)

Beim Verbindungsaufbau CN -> UE: Ausrufen des UE in allen Zellen der location area UE antwortet Weitere Kommunikation nur über dessen Node-B

Große oder kleine location Area? Groß: Seltenes Verlassen der location area Klein: Beim paging (Ausrufen) wird nur an wenige Endgeräte

gesendet Antwort: CS groß (nicht jedes mal Aufbau), PS klein (viele

kleine Pakete)

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Packet Switched vs. Curcuit Switched

Curcuit Switched:

Ein exklusiver Nachrichtenkanal

zwischen Sender und Empfänger

Daten werden als Ganzes übertragen

Anwendungsbeispiel: Telefongespräch

Quelle: www.netplanet.org

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Packet Switched vs. Curcuit Switched

Packet Switched:

Übertragung in einem dezentralen

und vermaschten Netzwerk

Daten werden in einzelne

Pakete unterteilt

Quelle: www.netplanet.org

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Initialisierungsprozess

Vor Übertragung der Nutzdaten Kontakt mit Netzwerk

herstellen RRC Connection Setup Prozedur

Verbindungswunsch mitteilen

leitungsvermittelt (CS) paketvermittelt (PS)

Authentifizierung

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Initialisierungsprozess RRC Connection Setup Prozedur

Wird beim ersten Netzwerkzugriff durchgeführt

Stellt die erste Verbindung zwischen Endgerät und dem Netzwerk her

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InitialisierungsprozessRRC Connection Setup Prozedur

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UE Node-B RNC

Präambel

Präambel (höhere Leistung)

Response

UMTS-Technologie 32UMTS-Technologie 32

UE Node-B RNC

Connection Setup Request

Connection Setup Request

Reservierung der entsprechenden Übertragungskanäle

Connection Setup Connection Setup

Connection Setup Complete

Connection Setup Complete

InitialisierungsprozessRRC Connection Setup Prozedur


InitialisierungsprozessAuthentifizierung

UE S-RNC MSC

CM Service RequestSCCP CR

SCCP CC

CM Service Request

Authentication Request

Authentication Response

Security Mode CommandSecurity Mode Cmd

Security Mode Complete Security Mode Complete

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Mobile Originated Voice Call

Verbindung zum Netzwerk wurde nun erfolgreich erstellt

Der ausgehende Anruf kann nun eingeleitet werden

und die Sprachdaten übertragen werden


Mobile Originated Voice Call

UE S-RNC MSC

CC Setup

CC Proceeding

RAB Assignment Request

Radio Ressource Allocation

RAB Assignment Complete

CC Alerting

CC Connect

CC Setup

Gesprächsaufbau zu Gesprächspartner

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Fazit

Pros: Großer Fortschritt zu GSM und GPRS

CDMA: Node-Bs und UEs auf einer Frequenz Dadurch kaum noch Verzögerungen (keine

Ressourcenzuteilung) Einfachere Zellplanung

Keine Unterbrechung bei Zellwechsel und Soft-Handover

Erhöhte Bandbreite

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Fazit (2)

Contras:

Hohe Kosten im Gegensatz zu kabelgebundenen Anschlüssen

Bei erschwinglichen Tarifen nur begrenztes Datenvolumen

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Ende des Vortrags

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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Quellen

[1] 3GPP. About 3GPP. http://www.3gpp.org/about-3gpp. Abgerufen am 10.11.2008

[2] Martin Sauter. Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Vieweg Verlag, 2008, 3. erweiterte Auflage. Seiten 178f

[3] Peter Seidenberg, Bernhard Walke, Marc Peter Althoff. UMTS – The Fundamentals. John Wiley & Sons, 2003. Zuerst veröffentlich unter dem Titel „UMTS – Ein Kurs“

http://www.3gpp.org/about-3gpp

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Zusatzfolien

Definition von UMTS / 3G / 3GPP Begriffsunterscheidung UTRA(N) Unterschied zwischen UTRA-TDD und UTRA-FDD Die restlichen Typen von Handover Vergleich Release 99 - und Release 4 - Architektur Vergleich Release 4 - und Release 5 - Architektur UMTS - Kanalstruktur Near-Far-Effekt / Zellatmung

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UMTS / 3G / 3GPP

Universal Mobile Telecommunications System Teil der 3. Generation

1G: Analog Mobile Phone Service (AMPS) 1981 2G: GSM, GPRS

Entwickelt vom 3rd Generation Partnership Project „[…] produce Technical Specifications and Technical

Reports for a 3G Mobile System […]“ [1]

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UTRA(N)

UTRA = UMTS Terrestrial Radio Access UTRAN = UMTS Terrestrial Radio Access

Network

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UTRA-TDD und UTRA-FDD

UTRA-TDD (Time Division Duplex): Up- und Downlink auf einer Frequenz Übertragung innerhalb von Zeitschlitzen Beliebige Unterteilung in Uplink- und Downlink-

Zeitschlitze UTRA-FDD (Frequency Division Duplex):

Up- und Downlink in Frequenzpaaren (eine Frequenz für Uplink, eine für Downlink)

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Typen von Handover

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Typen von Handover (2)

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KanalstrukturUnterscheidung von Daten

Aufteilung in „Planes“ (Ebenen, Stufen) User-Plane

Nutzdaten Control Plane

Signalisierungsdaten

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KanalstrukturKanalarten

Dedicated Channels Dediziert für einen Benutzer

Common Channels Alle Endgeräte einer Zelle empfangen die übertragenen

Daten Auch für Nutzdatenübertragung

Shared Channels Wird nur von aufgeforderten Endgeräten abgehört Beispiel: Downlink Shared Channel:

Kontrolldaten oder Nutzdaten von RNCs

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KanalstrukturKanalschichten

Logische Kanäle Transportkanäle Physikalische Kanäle

Vergleiche: OSI-Modell

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Logische Kanäle „Beschreiben unterschiedliche Informationsflüsse

wie User- und Signalisierungsdaten. Logische Kanäle enthalten keine Informationen über die Charakteristiken des Übertragungskanals.“ [2]

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Logische Kanäle Transportkanäle

„Bereiten die Datenpakete von logischen Kanälen für die Übertragung über die Luftschnittstelle vor. Außerdem wird hier festgelegt, welche Kanalkodierungsverfahren (z.B. Fehlerkorrekturverfahren) in der physikalischen Schicht anzuwenden sind.“ [2]

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Logische Kanäle Transportkanäle Physikalische Kanäle

„Beschreiben, wie Daten aus Transportkanälen tatsächlich physikalisch übertragen werden und führen die Kanalkodierung bzw. Dekodierung durch.“ [2]

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Near-Far-Effekt / Zellatmung

CDMA: Mehrere Teilnehmer senden auf einer Frequenz Interferenzen unter Teilnehmern

Near-Far-Effect Signal schwächt sich ab auf dem Weg zum Sendeturm Auch bei kleinen Positionsveränderungen (hinter Mauer)

Schnelle Leistungsregelung erforderlich (1500 mal / Sekunde) GSM: Im Sekundenbereich wegen weniger Interferenz

Weiter entfernt = stärker senden

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Near-Far-Effekt / Zellatmung (2)

Durch mehr Teilnehmer wird die Zelle kleiner

Sendet mit maximaler Leistung wegen Interferenz und Entfernung

Neuer Teilnehmer würde Interferenz erhöhen Verbindung zum rechten Teilnehmer bricht ab

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Überschrift

Stichpunkt Unterpunkt

Unterunterpunkt Unterunterunterpunkt

Stichpunkt

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