22. Mobilfunksysteme der 3. Generation 22.1 IMT-2000 Empfehlung IMT-2000 - "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 http://umtslink.at/umts/imt2000.htm 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
22.2 UMTS Zielsetzung Universal Mobile Telecommunications System: - In Deutschland verfügbar ab Frühjahr 2004, - Infrastruktur 500-1000 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? : - E-Mail, Internet, Bezahlsysteme, Video on Demand? Hotspots Mikrozellen Makrozellen World-Cells 2 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess
22.3 Datenübertragung in GSM Netzen 22.3.1 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
22.3.2 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
22.4.1 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
22.4.2 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
22.4.3 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 301 349 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 04.60 version 8.4.1 Release 1999). 7 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess
22.4.4 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
Packet Paging Request Packet Access Reject Packet TBF Release Nachrichten im RLC Protokoll: Packet System Information Type 1.. 13 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
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... 10 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess
22.6 TD-CDMA Kombiniertes Zugriffsverfahren. - 16 Zeitschlitze à 625 Mikrosekunden, - CDMA in den einzelnen Zeitschlitzen. - Rahmen mit 10 msec Dauer, Wählbare Datenrate: - evtl. mehrere Zeitschlitze, - asymmetrische Datenrate, - Spreizfaktor 1..16. Midamble: - Orthogonaler Spreizcode/Station, - Mehrwegsignale identifizieren, - Unterscheidung überlagerter Stationen. Rahmenstruktur mit "Time Division Duplex": f t 40960 Chips, 10 ms 2560 Chips, 625 µsec mid 11 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess
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 38400 Chips, 10 ms Daten Kanal Pilot Kanal 12 Rechnernetze 2, Sommer 2004, VS Informatik, Uni Ulm, P. Schulthess