UMTS - Ein Kurs. Universal Mobile Telecommunications System

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1 UMTS - Ein Kurs Universal Mobile Telecommunications System Von Univ.-Professor Dr.-Ing. Bernhard Walke Dipl.-Ing. Marc Peter Althoff Dipl.-Ing. Peter Seidenberg Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Mit 197 Bildern und 117 Aufgaben J. Schlembach Fachverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort III 1 Digitale Nachrichtenübertragung Digitale Modulation QPSK-Modulation Spektraleigenschaften modulierter Signale Gestörte Übertragung 8 2 Zellulare Mobilfunknetze Mobilfunksysteme der ersten Generation Das zellulare Konzept Prequenzwieder holung und Clusterbildung Ausbreitungsdämpfung Interferenzen und Gleichkanalstörung System-Begrenzungen Handover und Location Update 25 3 Standardisierung und Spektrum Von 2G nach 3G Die IMT-2000 Familie Standardisierung von UMTS Zeitplan für die Einführung von UMTS Release 99, Release 4 und Release 5 44

3 VI Inhaltsverzeichnis 3.6 Frequenzspektrum für UMTS Aufgaben 50 4 UMTS Systemarchitektur Die grundlegende Systemarchitektur Funktionale Einheiten in UMTS Vermittlungsarten Architektur der Zugangsebene Mobile Services Switching Center (MSC) Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Serving GPRS Support Node (SGSN) Gateway GPRS Support Node (GGSN) GPRS Register (GR) Radio Network Controller (RNC) Der Node B User Equipment (UE) Handover in UMTS Die Rolle des RNC beim Handover Handover-Typen in UMTS Location Management Leitungs- und paketvermittelte Verbindungen Protokolle im Festnetz Protokolle an der Iu-Schnittstelle RANAP RNSAP Protokollstapel für kanalvermittelte Dienste Protokollstapel für paketvermittelte Dienste 91

4 Inhaltsverzeichnis VII 4.10 Reine IP-Core-Network Architektur Das Session Initiation Protocol (SIP) IP-Core-Network Pro und Contra Aufgaben Der Protokollstapel an der Funkschnittstelle Das ISO/OSI Referenzmodell Der UTRA Protokollstapel Physikalische Schicht MAC-Schicht RLC-Schicht BMC-Schicht PDCP-Schicht RRC-Schicht Transportkanäle Transportformate Logische Kanäle Aufgaben Datenübertragung an der UMTS Funkschnittstelle Die UTRA Funkschnittstelle Duplexverfahren Das Frequenzduplex Verfahren Das Zeitduplex Verfahren Vielfachzugriffsverfahren Direct Sequence CDMA Spektraleigenschaften von CDMA-Signalen Empfang von CDMA-Signalen Der Spreizgewinn 139

5 VIII Inhaltsverzeichnis 6.10 Ein CDMA-Übertragungssystem Spreizcodes Orthogonale Spreizcodes in UMTS Modulation in UMTS CDMA-Empfänger Der Nah-Fem-Effekt Aufgaben Die physikalische Schicht an der Funkschnittstelle Die physikalische Schicht im UTRA Protokollstapel Abbildung von Transportkanälen auf physikalische Kanäle Vielfachzugriff in UMTS Vielfachzugriff im FDD-Modus Vielfachzugriff im TDD-Modus Leistungsregelung Leistungsregelung im FDD-Modus Leistungsregelung im TDD-Modus Kanalcodierung, Multiplexen und Verschachteln TDD-Modus und FDD Uplink FDD Downlink Zusammenfassung Abbildung des 12,2 kbit/s Sprach-Transportkanals Aufgaben Physikalische Kanäle an der Funkschnittstelle Physikalische Kanäle im UTRA Protokollstapel Physikalische Kanäle im FDD Modus Dedizierte Übertragung im FDD Uplink Dedizierte Übertragung im FDD Downlink 186

6 Inhaltsverzeichnis IX Der Compressed Mode Der physikalische Zufallszugriffskanal Physikalische Kanäle im TDD Modus Abbildung von Transportkanälen auf physikalische Kanäle Aufgaben Zellulare CDMA-Netze Interferenzen Die Zellatmung Verkehrskapazität in zellularen CDMA-Netzen Soft-Handover Aufgaben Dienstarchitekturen und Dienste in UMTS Virtual Home Environment (VHE) MExE SIM Application Toolkit (SAT) Open Service Architecture (OSA) Dienste und mobile Anwendungen Der Sprachdienst in UMTS Aufgaben Mobilfunksysteme der nächsten Generation Schnurlose, drahtlose und Mobilfunk-Systeme Asymmetrisches Verkehrsaufkommen im Mobilfunk Spektrumsfragen Mobilfunk- und Fernsehfrequenzen Elektromagnetische Verträglichkeit Verkehrskapazität von UMTS 264

7 X Inhaltsverzeichnis 11.7 Entwicklungen bei W-LANs W-LANs in integrierten Funknetzen Das Drahtlose Media System Multi-Hop und Ad-Hoc Kommunikation Schlussbemerkung >. 289 A Lösungen der Übungsaufgaben 291 A.l Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.2 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.3 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.4 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.5 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.6 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.7 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel A.8 Lösungen der Aufgaben zu Kapitel B Der UMTS-Standard, Release C Abkürzungen 321 Literaturverzeichnis 327 Index 331