UMTS RENDSZER ÉS INTERFÉSZEK. UMTS KÓDOSZTÁS ALAPJAI. W-H KÓDOK, KÓDFA. KÓDOSZTÁS, SPEKTRUMSZÓRÁS

UMTS RENDSZER ÉS INTERFÉSZEK. UMTS KÓDOSZTÁS ALAPJAI. W-H KÓDOK, KÓDFA. KÓDOSZTÁS, SPEKTRUMSZÓRÁS

2011. május 19., Budapest

A HÁLÓZAT FELÉPÍTÉSE, SZOLGÁLTATÁSOK

2011. május 19., Budapest

Felépítés • felhasználói készülék, UE két részre bontható: USIM (UMTS Service Identity Module) és ME (Mobile Equipment), köztük Cu interfész • a rádiós ádió hozzáférést h áfé é biztosító bi í ó hálózat háló elnevezése l é UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) rádiós hálózati alrendszerekre osztva Network), (radio Network Subsystems, RNS) – EDGE alkalmazásánál a hozzáférési hálózat elnevezése GERAN (GSM/EDGE RAN) gyökérhálózat ((Core Network,, CN)) • gy

Felépítés • UTRAN: egy RNS egy rádiós hálózatvezérlőből (Radio Network Controller,, RNC)) és az általa felügyelt gy bázisállomásokból ((Node B)) áll • az RNC –k az Iur intefészen át kapcsolódhatnak • az RNC – bázisállomás között Iub • az RNC –k a gyökérhálózathoz Iu interfészen keresztül csatlakoznak • gyökérhálózat: a GSM –ből ből ismert MSC –k, k GMSC –k, k valamint SGSN, GGSN eszközök és felhasználói regiszterek (VLR, HLR, AuC, EIR)

Felépítés UTRAN Iub

RNS CS tartomány

RNC

ME USIM

CN

Iu

MSC/VLR

regiszterek

Iur Iub Cu

RNS

GMSC

HLR/AuC/EIR

RNC

PS tartomány

Uu SGSN

GGSN

GSM/GPRS - UMTS hálózat net

PSTN

GGSN MSCu

BSC

GSM BTS

SGSNu PCU

RNC GSM BTS

N d B Node

N d B Node

Az UTRAN ƒ feladata: rádiós hozzáférés biztosítása a CN és az UE között ƒ új berendezések: b d é k

• Node B – megfelel a GSM BTS-nek, de újak kellenek • más moduláció, más közeghozzáférés, más frekvenciasávok és sűrűbben kell elhelyezni • feladatai: OSI fizikai réteg a rádiós interfészen • Uu fizikai biztosítása, biztosítása Iub kommunikáció

Az UTRAN ƒ Node B

• • • • •

moduláció, d lá ió spektrumszórás, k ó á szinkronizáció i k i á ió csatornakódolás, interleaving bitfolyam titkosítása FDD és/vagy TDD módú működés gyors teljesítményszabályozás

Az UTRAN • rádióhálózat vezérlő (RNC, Radio Network Controller) • új elem, funkciója hasonló a GSM BSC -éhez • Iu (PS és CS) interfészen csatlakozik a gyökérhálózathoz, Iur interfész két RNC között, között Iub interfész BS és RNC között • egy RNC BS-ek egy csoportját vezérli • adatok továbbítása a bázisállomásokhoz (kapcsoló funkció)

Az UTRAN ƒ rádiós erőforrás menedzsment (RRM): ( )

• teljesítményszabályozás, kódkiosztás, y , beengedés g szabályozás, y , handover szabályozás, csomagütemezés ƒ ƒ ƒ ƒ

rendszerinformációk szórása UTRAN szintű mobilitás menedzsment cella információs adatbázis menedzselése makro diverziti

UTRAN átviteltechnika • adatátvitel a BS – RNC között (Iub), RNC – RNC között (Iur) és az RNC – CN között (Iu, PS és CS) • fizikai réteg többféle lehet:

– PDH (E1 2.048 2 048 Mbit/s Mbit/ (=32 ( 32 x 64 kbit/s), kbit/ ) E2 8.448 8 448 Mbit/s, E3 34.368 Mbit/s) – Plesiochronous Pl i h Digital Di i l Hierarchy, Hi h digitális di i áli telefóniában elterjedt gerinchálózati szabvány – optikai-, vagy koaxiális kábelen, mikrohullámú pont-pont kapcsolaton, 2.048 Mbps sodrott érpáron

UTRAN átviteltechnika ƒ fizikai réteg: • tipikusan: SDH (STM 1 155.52 Mbit/s, STM 4 622.08 Mbit/s) • Synchronous Digital Hierarchy, digitális telefóniában elterjedt újabb, j , nagyobb gy sebességű, g , megbízhatóbb g ggerinchálózati szabvány y • optikai-, vagy koaxiális (csak 155 Mbps) kábelen, mikrohullámú pont-pont kapcsolaton • SONET (Synchronous Optical NETwork) NETwork), az SDH amerikai változata • optikai hordozón

UTRAN átviteltechnika • a PDH/SDH hordozó fölött az átviteli technológia ATM (Asynchronous Transfer Mode) • külön előadásokon tárgyalva • CS kkapcsolatok l t k esetén té jelzésátvitelre: j l é át it l AAL 5 (összeköttetés mentes), felhasználói forgalom átvitelre: AAL 2 • PS átvitelnél: a jelzés és az információátvitelre egyaránt AAL 5 • PS ttartomány t á ffelé, lé illetve ill t jelzésátvitelre: j l é át it l UDP/IP az ATM fölött • IP over ATM természetes mód

UMTS gyökérhálózat E

MSC/VLR

PSTN (SS7)

G

PSTN (SS7)

A MSC/VLR

GSM BSS

GMSC

D

C

F Iu CS Gb

EIR

Gf Gs

HLR

AuC Gc

Gr

Gi

UTRAN SGSN Gn

Iu PS

Gn

Gp

GGSN

jelzésátvitel felhasználói adat

SGSN

GGSN

másik UMTS  hálózat

Szolgáltatások és hordozók TE

MT

UTRAN

CN Iu pont

CN gateway

vég‐vég szolgáltatás vég‐vég szolgáltatás helyi hordozó

külső  hordozó

UMTS hordozó szolgáltatás UMTS hordozó szolgáltatás

rádiós hozzáférés hordozó

rádiós hordozó  szolgáltatás UTRA szolgáltatás

Iu hordozó

CN hordozó

gerinchálózati  hordozó

fizikai Iu hordozófizikai gerinch. hordozó

Szolgáltatások és hordozók • definiált QoS osztályok • párbeszédes osztály (beszéd, videotelefon): késleltetés érzékeny, kevés adatvesztés tolerált áramló” (streaming) osztály (netrádió, (netrádió video on demand): • „áramló késleltetés-ingadozásra érzékeny • interaktív osztály (web böngészés, játék): késleltetés tolerancia, adatvesztést nem tolerál • háttér osztály (email, fax, ftp): maradék erőforrásokon, nagy késleltetés adatvesztést nem tolerál késleltetés,

CDMA ALAPOK

2011. május 19., Budapest

Spektrum szórás történelmi áttekintése • Első publikáció szórt spektrumú rendszerről az 1940-es évekből • 1949 Shannon és R. Pierce CDMA alapötleteinek felírása • Első alkalma alkalmazás ás a az 1950 é években ekben – Katonai alkalmazás, alacsony C/I, Anti-jam tulajdonság

• 1956: RAKE vevő szabadalom • CDMA alkalmazásának vizsgálata cellás rendszerben a 70-80-as években • 1993: IS-95 szabvány • 1997/1998 UMTS

Spektrum szórás ƒ Átivetel sávszélessége sokkal nagyobb, mint az információ sávszélessége ƒ Sávszélesség nem függ az információt vivő jeltől ƒ Jelfeldolgozási nyereség=átviteli sávszélesség/információ sávszélessége

• Minden felhasználó ugyanazt a frekvencia sávot használja ugyanazon időben • A felhasználókat kódokkal választjuk szét • Ezek a kódok egymásra ortogonálisak • FDMA és TDMA rendszerekben adott sávszélességben egzaktul meghatározható a felhasználói csatornák száma száma. Szórt spektrumú esetben a felhasználók számának csupán lágy korlátozásáról beszélünk, ami azt jelenti, hogy mindaddig i d ddi b beléphetnek lé h t k új újabb bb ffelhasználók lh álók a csatornába amíg a belépésük okozta zajnövekedés a többi előfizető számára elviselhető.

ƒ Duplexing • Frekvencia duplexing FDD • UL/DL különböző frekvencián

• Idő duplexing TDD • UL/DL egy frekvencián, különböző időrésben

Spektrumszórási lehetőségek ƒ Frekvencia ugratás • A frekvenciaugratásos technika lényege, hogy egy álvéletlen kódsorozat chipjeinek megfelelően változtatjuk a vivőjel frekvenciáját. Abban az esetben, ha a frekvenciaváltás több szimbólumot is átfog időben, lassú frekvenciaugratásról beszélünk, míg ha szimbólumonként többször változik a frekvencia, akkor gyors frekvenciaugratásról

Spektrumszórási lehetőségek (folyt.) ƒ Direkt szekvenciális kódosztás – ez van az UMTS-ben • Az információs bitet egy sokkal gyorsabb kóddal szorozzuk meg.

δ ( t − i Tchip − n Ts ) {d n } Ts

gc (t )

Bináris kód {ci } Tchip

Kimeneti jel s( t ) cos( 2π f 0 t )

Direkt szekvenciális kódosztás

Kódosztásos többszörös hozzáférés ƒ azonos frekvenciasávot egy időben használnak a felhasználók ƒ bitek helyett kódsorozatot visz át egy felhasználó ƒ ezek egy gy átvitelhez egyediek, gy sok ilyen y összegéből g mindegyik különválasztható a vevő oldalon ƒ példa: 1

-1

-1

1 -1-1 1

1

1 -1 1-1

két kapcsolat

csatornán

Kódosztásos többszörös hozzáférés ƒ a vevő oldalon: a teljes jelet a saját kóddal korreláltatja ƒ chipenként szorozza a vett jelet a kóddal és integrálja ƒ az integrátor kimenete ha elér egy küszöböt, döntés az átvitt bitről

1 döntés

1 -1-1 1

*

∫ -1 döntés

Kódosztásos többszörös hozzáférés ƒ ezt azért lehet megtenni, mert a különböző kódok ortogonálisak ƒ két kód közti korreláció nulla ƒ gyakorlatban használatos más kódok: nem teljesen ortogonálisak -> gyak. gyak interferenciát jelent

1 -1 1-1

1 döntés

1 -1-1 1

*

∫ -1 döntés

WCDMA hozzáférés ƒ a példában is szereplő kódok: ún. Walsh-Hadamard kódok, UMTS-ben hívják OVSF kódoknak is ƒ kódképzés: kódké é 2n hosszúságú h ú á ú kódok kód k vannakk ⎡ H n −1 ⎡ 1 − 1⎤ H 0 = 1 ; H1 = ⎢ ; H = n ⎢− H ⎥ n −1 ⎣− 1 − 1⎦ ⎣

− H n −1 ⎤ − H n −1 ⎥⎦

ƒ UMTS-ben maximum 512 hosszú (29) Walsh-Hadamard kód ƒ korábbi használat: IS95 rendszer downlink, 64 hosszú kódok ƒ amilyen hosszú a kód, annyi ortogonális kódszó -> ennyi kapcsolat max. ƒ UMTS-ben: UMTS ben: ezek e ek aaz ún. ún csatornaképző csatornakép ő (channelization) (channeli ation) kódok

WCDMA hozzáférés ƒ OVSF kód másik ábrázolása: kódfa C0,1={1}

C1,2={1,-1}

C1,1={1,1}

C2,1={1,1,1,1}

C2,2={1,1,-1,-1}

C2,3={1,-1,1,-1}

C2,4={1,-1,-1, 1}

C3,4={1,1,-1,-1,-1,-1,1,1}

ƒ mód van többféle átviteli sebesség megvalósítására, kiosztás! ƒ az egy szinten levő kódok ortogonálisak ƒ szülő/leszármazott kódok nem ortogonálisak

WCDMA hozzáférés • amennyiben a 2n n=2 ... 9 hosszú kódot pillanatnyilag Mn kapcsolat 9 használja, mindig igaz hogy 9− n 2 ∑ ⋅ M n ≤ 512 n=2

• baj: egymástól akár egy-két chippel elcsúszott kódok nem ortogonálisak • a kódok önmaguk elcsúsztatottjával sem ortogonálisak • uplinken nem használható a többszörös hozzáférésre (chipidőnyi szinkronitás nem biztosítható) • downlink: minden kapcsolat szinkronban megy, itt használják többszörös hozzáférésre • uplinken: vezérlő és forgalmi csatornák szétválasztása egy felhasználónál, egy felhasználóhoz több fizikai csatorna rendelése

Kódosztás működése frekvenciatartományban