UMTS TDD IMT-TC UTRA-TDD IMT-DS IMT-MC CDMA2000 IMT TDMA Mehrträger IMT-SC..136, Edge TD-SCDMA UTRA-FDD. Einzelträger IMT-FT DECT

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1 22. Mobilfunksysteme der 3. Generation 22.1 IMT-2000 Empfehlung IMT "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, - Bluetooth, WLANs? TDD IMT-TC UTRA-TDD UMTS IMT-DS TD-SCDMA UTRA-FDD CDMA FDD IMT-MC CDMA2000 IMT-2000 Einzelträger IMT-FT DECT TDMA Mehrträger IMT-SC..136, Edge 1 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

2 22.2 UMTS Zielsetzung Universal Mobile Telecommunications System: - In Deutschland verfügbar ab Frühjahr 2004, - Infrastruktur Mia DM, - Lizenzen für 100 Mia DM, - Think Big? Weltweites Roaming: - Erreichbarkeit, - Abrechnungsmodi, - Gerätekompatibilität, - Firmeneigene Netzsegmente, - Virtual Home Environment (VHE). Datenraten: - Paketorientierte Zugangsverfahren. - Mindestens 384 Kbit/sec ohne "Hotspots", - bis zu 2 Mbit/sec in Ballungszentren (asymmetrisch), Solution in search of a problem? : - , Internet, Bezahlsysteme, Video on Demand? Hotspots Mikrozellen Makrozellen World-Cells 2 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

3 22.3 Datenübertragung in GSM Netzen 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, Radio-Netzwerk: - Frequenz- & Zeitmultiplex, - Bursts je Kanal (xxxchs), - Roaming & Handover, - Zellenorganisation, Mobile S. Radio-N. CSTN Core-Network Internet... 3 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

4 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 4,6 ms 4 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

5 GPRS - GSM Phase 2+ : 22.4 General Packet Radio Service 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 IP-Adressen. Switching Netzwerk: - Aktuell auf ATM Basis, langfristig als IP-Netz, - Sowohl Paket- als auch Leitungsvermittlung. Mobile S. Radio-N. CircuitSW Switching Netz SGSN CSTN GGSN PacketSW Internet... 5 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

6 GPRS Protokollarchitektur Neue Protokolle für den Pakettransport: - MAC für Kanalzugang, - RLC zur Fehlerkontrolle, - LLC entsprechend IEEE 802.x. Altes GSM- Management: Mobility Management Radio Resource Management GSM-Ctnrl Physical Link Mgmt LLC RLC/MAC PDCH 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). 6 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess General Packet Radio Service

7 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 V8.4.1: - 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 version Release 1999). 7 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

8 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 8 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

9 Packet Paging Request Packet Access Reject Packet TBF Release Nachrichten im RLC Protokoll: Packet System Information Type 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 9 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

10 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. - RAN = Radio Access Network. Radio Access Network GSM CircuitSW CSTN WCDMA Node B RNC Switching Netz TD-CDMA UTRAN PacketSW Internet Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

11 22.6 TD-CDMA Kombiniertes Zugriffsverfahren Zeitschlitze à 625 Mikrosekunden, - CDMA in den einzelnen Zeitschlitzen. - Rahmen mit 10 msec Dauer, Wählbare Datenrate: - evtl. mehrere Zeitschlitze, - asymmetrische Datenrate, - Spreizfaktor Midamble: - Orthogonaler Spreizcode/Station, - Mehrwegsignale identifizieren, - Unterscheidung überlagerter Stationen. Rahmenstruktur mit "Time Division Duplex": f t Chips, 10 ms 2560 Chips, 625 µsec mid 11 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess

12 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. Steuerung der Sendeleistung: - Jeweils in 10 ms Intervallen, - Separater Code für Pilotkanal. code t Chips, 10 ms Daten Kanal Pilot Kanal 12 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess