Inhalt 1 Einführung Grundlagen der CDMA-Technik...51
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- Tristan Berg
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1 Inhalt 1 Einführung Grundprobleme des zellularen Mobilfunks Funkfelddämpfung Mehrwegeausbreitung Zellularer Netzaufbau Teilnehmermobilität Vielfachzugriffsverfahren im Mobilfunk FDMA TDMA CDMA Stochastische Zugriffsverfahren SDMA Duplexverfahren FDD TDD Anford. an ein "Universal Mobile Telecommunications System" Entwicklungs- und Standardisierungsstand UMTS-Systemarchitektur Grundlagen der CDMA-Technik Prinzip der Bandspreizung Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Spreizcodes Anforderungen und Kenngrößen M-Sequenzen...62
2 X Inhaltsverzeichnis Gold- und Kasami-Folgen Walsh-Folgen OVSF-Codes Sendeleistungsregelung CDMA-Empfänger RAKE-Empfänger Mehrteilnehmerdetektion MLSE Optimalempfänger Dekorrelator LMMSE Interferenzeliminierung Kanalcodierungs- und Fehlerschutzverfahren Einführung Blockcodes Lineare binäre Blockcodes Zyklische binäre Blockcodes BCH-Codes RS-Codes Faltungscodes Faltungscodierung Zustands- und Trellis-Diagramm Trellis-Decodierung und Viterbi-Algorithmus Korrektureigenschaften Terminierung Punktierung Codeverkettung Interleaving Diagonales Interleaving Block-Interleaving Faltungs-Interleaving Turbo-Codes Turbo-Coder Turbo-Decoder ARQ-Protokolle Wideband CDMA Leistungsmerkmale Transportkanäle Physikalische Kanäle Downlink...146
3 Inhaltsverzeichnis XI Downlink Sender-Diversity Uplink Multiplex und Kanalcodierung Verarbeitungsschritte Kanalcodierung Multiplexierung von Transportkanälen Compressed-Mode Transportformate Bandspreizung und Modulation Downlink Uplink Steuerprozeduren der Bitübertragungsschicht Sendeleistungsregelung Zeitsynchronisation Meßwerterfassung durch die Bitübertragungsschicht Meßwerterfassung seitens der Mobilstation Meßwerterfassung seitens des UTRAN TD-CDMA Leistungsmerkmale Besonderheiten des TDD-Modes Leistungsmerkmale des UE Sendeeinheit des UE Empfangseinheit des UE Leistungsmerkmale der BS Sendeeinheit der BS Empfangseinheit der BS Organisation der Datenströme Transportkanäle Common Channels Broadcast Channel (BCH) Paging Channel (PCH) Forward Access Channel (FACH) Random Access Channel (RACH) Uplink Shared Channel (USCH) Downlink Shared Channel (DSCH) Dedicated Channels Physikalische Kanäle Dedicated Physical Channel (DPCH) Burst-Typen Transportformate...212
4 XII Inhaltsverzeichnis Midambeln Common Physical Channels Primary Common Control Physical Ch. (P-CCPCH) Second. Common Control Physical Ch. (S-CCPCH) Physical Random Access Channel (PRACH) Synchronisation Channel (SCH) Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) Page Indicator Channel (PICH) Beacons Multiplex und Kanalcodierung CRC-Prüfsumme Codeblock-Bildung Kanalcodierung Faltungscoder Turbo-Codierung Anpassung der Blockgröße an den Funkrahmen Erster Interleaving-Vorgang Segmentierung für den Funkrahmen Ratenanpassung Multiplexen der Transportkanäle Segmentierung nach physikalischen Kanälen Zweiter Interleaving-Vorgang Abbildung auf physikalische Kanäle Bandspreizung und Modulation Kombination physikalischer Kanäle Uplink Downlink Synchronisations-Codes Code-Erzeugung Code-Zuweisung Steuerprozeduren der Bitübertragungsschicht Regelung der Sendeleistung Sendeleistungsregelung im Uplink Sendeleistungsregelung im Downlink Timing Advance Synchronisation und Auffinden von Zellen Synchronisierung auf die Zeitschlitze Rahmen-Synchr. u. Identifizierung d. Codegruppe Code-Identifizierung Discontinuous Transmission (DTX)...256
5 Inhaltsverzeichnis XIII Sender-Diversity im Downlink Sender-Diversity für den DPCH Sender-Diversity für den SCH Sender-Diversity für den P-CCPCH Stochastischer Zugriff Meßwerterfassung und Meßwertübermittlung Messungen des UE Messungen des UTRAN Opportunity Driven Multiple Access (ODMA) UTRA Luftschnittstellen-Protokolle Protokollarchitektur Übergeordnete Architektur Architektur des U u -Stratums Dienstleistungen und Funktionen der physikalischen Schicht MAC-Protokoll Verkehrs- und Steuerkanäle Aufgaben und Architektur Kommunikation mit RLC und RRC Datenelemente Messung des Verkehrsvolumens Zugriff auf den RACH-Kanal RLC-Protokoll Aufgaben des RLC-Protokolls Aufbau der Protokollinstanzen Datenelemente Protokollspezifische Funktionen RRC-Protokoll Aufgaben und Architektur Protokollzustände Radio Bearer Datenelemente Protokollspezifische Funktionen Broadcast/Multicast-Control Aufgaben und Architektur Datenelemente Protokollspezifische Funktionen Konvergenzschicht für Paketdatendienste Aufgaben und Architektur Datenelemente...323
6 XIV Inhaltsverzeichnis 7 UTRAN Netzarchitektur des UTRAN Adressierung und Kennungen Beschreibung der UTRAN-Funktionen Mobilitätsmanagement Synchronisation Betriebs- und Wartungsaufgaben (O&M) UTRAN-Schnittstellen Protokollübersicht RACH und FACH DCH DSCH und USCH I u -Schnittstelle: Verbindung zum Kernnetz Aufgaben und Funktionen RANAP-Protokoll Protokollstruktur der I u -Schnittstelle Bitübertragungsschicht Transportprotokolle in der Steuerebene Leitungsvermittelnder (CS-) Bereich Paketvermittelnder (PS-) Bereich Transportprotokolle in der Teilnehmerebene Leitungsvermittelnder (CS-) Bereich Paketvermittelnder (PS-) Bereich Signalisierung des RANAP-Protokolls Verwaltung von "Radio Access Bearern" Verwaltung von I u -Ressourcen Durchführung einer "SRNS-Relocation" Informationsaustausch beim Intersystem-Handover Protokolle der Teilnehmerebene Einordung der UP-Protokolle Betriebsmodi der UP-Protokolle I ur -Schnittstelle: Verbindung zwischen Funknetz-Teilsystemen Protokollstruktur der I ur -Schnittstelle Logisches Modell RNSAP-Protokoll Bitübertragungsschicht Transportprotokolle der Steuerebene Transportprotokolle der Teilnehmerebene Userplane-Protokolle Gemeinsame Kanäle Zugewiesene Kanäle...390
7 Inhaltsverzeichnis XV 7.4 I ub -Schnittstelle: Verbindung zur Basisstation Protokollstruktur der I ub -Schnittstelle Logisches Modell NBAP-Protokoll Bitübertragungsschicht Transportprotokolle der Steuerebene Transportprotokolle der Teilnehmerebene Protokolle der Teilnehmerebene RACH-Datenstruktur FACH-Datenstruktur PCH-Kanal DSCH-Kanal USCH-Kanal Steuerinformationen Interworking mit GSM-Netzen Wechsel vom UTRAN zum GERAN Wechsel vom GERAN zum UTRAN Quellencodierung Grundlagen AMR-Codec Funktionsweise Quellengesteuerte Übertragungsrate (SCR) Sprachaktivitäts-Erkennung (VAD) Pausenkennung (SID) Rahmensynthetisierung Rahmenstruktur der codierten Sprache Netzwerkaspekte Kaskadierte AMR-Codecs Transcoder-freier Betrieb (TrFO) Tandem Free Operation (TFO) Einsatz von Kryptographie in UMTS Sicherheitsarchitektur Netzzugangssicherheit Netzwerksicherheit Sicherheit auf Teilnehmerseite Anwendungssicherheit Sichtbarkeit und Konfigurierbarkeit Temporäre Identitäten Authentifikation...443
8 XVI Inhaltsverzeichnis Generierung von Authentifikations-Quintetten Ablauf der Authentifikation Durchführung der Authentifikation im UE Schlüsselverwaltung Datenintegrität Datenverschlüsselung Kryptographische Algorithmen KASUMI-Algorithmus Ablauf der Verschlüsselung Betriebsarten A Anhang Abkürzungen Literaturverzeichnis Index...497
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