Verejn e mobiln st e, LTE

Ve rejne mobiln ste, LTE

PA 151 Soudobe ste

Jan Staudek http://www. .muni.cz/usr/staudek/vyuka/

}

w A| y < 5 4 23 1 0 / -. , )+ ( %&' $ # !"

Æ

Verze : jaro 2017

Bezdratov e ste, systematizace z hlediska pokryt prostoru

Jan Staudek, FI MU Brno

|

PA151 Soudobe ste { Bezdratov e (mobiln, bunkov e) telekomunikacn systemy

1

Telekomunikacn systemy: poskytovane slu zby

2

Obvykle integrace poskytovan nekolika typu tzv. telekomunikacnch sluzeb: X X X X

2

hlasove sluzby, datove sluzby, SMS (Short Message Service), sluzby podporujc u ctovan , . . .

Klasicke r esen telekomunikacnch sluzeb { v podstate tri kategorie X zakladn sluzby

{ 1. dorucovatelske sluzby a { 2. telematicke sluzby X 3. podpurn e sluzby Jan Staudek, FI MU Brno

|


2

Model pusoben zakladn ch slu zeb v mobilnch stch


|


3

Zakladn slu zby v stch GSM, p r klady

2

Dorucovatelske sluzby X Telekomunikacn sluzby umoznuj c prenos dat mezi rozhranmi st'ovych zarzen (ME, Mobile Equipment) X pro speci kaci rozhran ME stac vrstvy RM OSI 1{3

(TDMA, FDMA, kodov an , FEC, . . . ) X jsou implementovane jako spojovane sluzby (connection-oriented) X jsou poskytovane st s prepojovan m paketu nebo st s prepojovan m okruhu 2

Telematicke sluzby { Telekomunication and informatics X X X X X

take ICT (Information and Communications Technology) aplikacne orientovane sluzby { typicky prenos hlasu, SMS, MMS, . . . pro speci kaci potrebuj vsechny vrstvy RM OSI 1{7 jsou implementovane jako koncove sluzby (end-to-end) sluzby mezi dvema koncovymi terminaly, TE (Terminal Equipment) Jan Staudek, FI MU Brno

|


4

Dorucovatelsk e slu zby v stch GSM, p r klady

2 2

Puvodn standard predpisuje pro prenos hlasu a pro prenos dat ruzn e rychlosti prenosu [b/s] prenos dat se tyk a sluzeb pro propojovan s PSTN, s ISDN, s verejnymi stemi s prepojovan m paketu, ... X sluzby pro zprstupnen fyzicke vrstvy (OSI 1) + FEC X sluzby vrstvy datoveho spoje a st'ove vrstvy (OSI 2, 3) pro opravu chyb a pro r zen toku, RLP, Radio Link Protocol,

ekvivalent protokolu HDLC 2 2 2

plny duplex, synchronn: 1,2 kb/s, 2,4 kb/s, 4,8 kb/s nebo 9,6 kb/s plny duplex, asynchronn: 300 { 9 600 b/s po doplnen standardu GPRS/EDGE i napr. 50 kb/s (detaily GPRS/EDGE pozdeji) Jan Staudek, FI MU Brno

|


5

Telematicke slu zby v stch GSM, p r klady

2 2

Podrizuj se funkcm bunkov e architektury, bezpecnostnm opatrenm, . . . Telekomunikacn sluzby podporujc hlasovou komunikaci X mobiln telefonie { primarn cl GSM:

umoznit mobiln telefonii v tradicn s r ce pasma 3,1 kHz X tsnov e volan (Emergency number) { jednotne c slo v cele Evrope (112), { povinna sluzba podporovana vsemi operatory sluzeb GSM { bezplatna sluzba { spojen s nejvyss prioritou (preempce ostatnch volan ) X multinumbering | 1 uzivatel mu ze mt vce ISDN-telefonnch c sel 2

Telekomunikacn sluzby podporujc nehlasovou komunikaci X nekdy zvane doplnkov e sluzby X SMS, MMS, . . . Jan Staudek, FI MU Brno

|


6

Doplnkov e slu zby v stch GSM, p r klady

2

SMS (Short Message Service) X prenos az 160 alfanumerickych znaku do/z mobilnho terminalu r dicm (signaling) kanalem { X to umoznuje soubez ne pouzvan hlasovych telematickych sluzeb s SMS

2

EMS (Enhanced Messaging Service), MMS (Multimedia Message Service) { X + prenos GIF, JPG, . . . , videa, . . .

2 2

Fax Hlasova schranka X implementovana v pevne sti podporujc mobiln terminaly

2

E-mail X MHS, Message Handling System,

implementovano v pevne sti podporujc mobiln terminaly Jan Staudek, FI MU Brno

|


7

Podpurn e slu zby obecne, p r klady

2 2 2

Nenabzej se samostatne, podporuj plnen zakladn ch sluzeb U ruzn ych operator u, v ruzn ych zemch a v ruzn ych verzch protokolu se mohou lisit Dule zite podpurn e sluzby X X X X X X

Identi kace { dodav an c sla volajcho Potlacen dodav an c sla volajcho Automaticke zpetne volan (call-back) Konference napr. az 7 u castnku Uzamcen mobilnho terminalu (pro prchoz / odchoz hovory) ...


|


8

Bunkov e telekomunikacn systemy

2

2 2 2

2

podpora komunikace dvou geogra cky libovolne vzdalen ych zarzen, stanic, pricemz jedna nebo obe stanice mohou byt mobiln stanic geogra cky prostor poskytovan sluzeb je delen do dlcch prostoru, bunek { uplatnuje se prostorovy multiplexing v bunk ach se poskytuje podpora bezdratov e komunikace mobilnch stanic se zakladnou bunky zakladny bunek jsou propojeny (kabelovou) podpurnou sluzebn st s ust rednami a s podpurn ymi databazov ymi systemy komunikacn spojen mezi komunikujcmi stanicemi zprostredkovavaj ust redny na zaklad e informac uchovavan ych v podpurn ych DBS Jan Staudek, FI MU Brno

|


9

Bunkov y telekomunikacn system (p r klad z GSM, . . . , LTE)

X MS { mobile station, mobil, mobiln stanice, resp. UE, User Equipment (LTE) X MSC { ust redna, podpurn a st' poskytovatele sluzeb mu ze propojovat

vce MSC, MSC mu ze ovladat vce bunek X BTS { base tranceiver station, vyslac/prijmac zakladna bunky, resp. eNodeB, Evolved Node B (LTE) Jan Staudek, FI MU Brno

|


10

Bunkov y telekomunikacn system (p r klad { GSM)

2 2

Bunka { prostor pokryty signaly BTS / eNodeB Bunky nemaj pevny rozmer X c m vce u castnku mu ze byt v jiste lokalite,

tm vetsm poctem mensch bunek se oblast pokryv a (bunky maj konecnou komunikacn kapacitu) X rozmer (polomery) bunek se pohybuj v intervalech 102 m az 35 km podle hustoty uzivatelu, geogra ckych podmnek, vykonu vyslace/prijmace, . . . 2

Signaly vyslane BTS a MS v sousednch bunk ach nesm interferovat X shodne intervaly frekvenc prenosovych kanal u se mohou vyskytovat pouze v nesousednch bunk ach (princip zvany Frequency-Reuse)


|


11

Multiplexovan v prostoru { bunkov a st'

Zjednoduseny hexagonaln model Omezene rozpet s r en signalu umoznuje opakovanˇe pouˇz´ıt nosnou frekvenci ve vce bunk ach pri zachovan urcite vzdalenosti mezi jejich zakladnami (centry). Nosnou frekvenci lze opakovane pouzt v nesousednch bunk ach Problem barven grafu. Prklad: pevne pridelen nosnych frekvenc pro opakovane pouzit ve vzdalenosti 1. Interference mezi sousednmi bunkami (odlisne barvy) lze zvladnout vyslacmi a prijmacmi ltry. Jan Staudek, FI MU Brno

|


12

Bunkov a st', opakovatelnost pou zit frekvenc

X bunky se stejnym c slem mohou pouzvat shodna frekvencn pasma,

stejne obarvene bunky mus pouzvat jedinecna frekvencn pasma X pri opakovacm faktoru 3 (4) jsou bunky se shodnymi c sly oddelene 1 (alespon) bunkou X pri opakovacm faktoru 7 jsou bunky se shodnymi c sly oddelene 2 bunkami Jan Staudek, FI MU Brno

|


13

Evoluce ve rejnych mobilnch st


|


14

Porovnan vlastnost generac PLMN


|


15

LTE/ 4G, p rehled

2

2 2

St' plne zalozena na IP, pouzva prepojovan paketu pro prenos dat a pro propojen vsech st'ovych uzlu LTE vc. napojen radiovych zakladen Navrzena jako rozsr en UMTS, spolupracuje se stemi GSM / EDGE . . . Primarn cle X podpora aplikac vyzadujcch na up/downlink spojch

vysokorychlostn prenos dat 300 Mb/s az 1 Gb/s na downlink a cca 75 Mb/s az 500 Mb/s na uplink X Podpora VoLTE, hlas pomoc LTE v HD kvalite X Podpora VoIP X Zpetna kompatibilita na existujc bezdratov e ste Jan Staudek, FI MU Brno

|


16

LTE/ 4G, p rehled

2

Duplexing: FDD, TDD a half-duplex FDD

X Obe techniky, FDD i TDD, maj sve uplatnen a operator pouzva tu,

ktera vyhovuje pozadavkum na prenos

2

s kalovateln a s r ka pasma: 20, 15, 10, 5, 3 and 1.4 MHz X vhodne i pro IPS (YouTube, Facebook z adaj velkou s r ku pasma) Jan Staudek, FI MU Brno

|


17

LTE/ 4G, p rehled

2 2

Kodov an dat pro prenos: Turbo Code (specialn FEC kod) Mobilita X X X X

2

Clovou oblast LTE jsou mobiln aplikace pri rychlostech 0 { 15 km/h LTE lze provozovat s vysokym vykonem pri rychlostech 15 { 120 km/h LTE lze funkcne podporovat pri rychlostech 120 { 350 km/h uvazuje se o podpore LTE pri rychlostech 350 { 600 km/h

Modulacn schemata digitaln modulace X DL: QPSK, 16QAM, 67QAM X UL: QPSK, 16QAM, 67QAM

2

prum er bezdratov e obsluhovane bunky X optimaln : 5 km, X s primer enym vykonem: 30 km X s jeste akceptovatelnym vykonem: 100 km Jan Staudek, FI MU Brno

|


18

LTE/ 4G, p rehled

2

2 2

kapacita bunky: LTE: 200 aktivnch uzivatelu / datovych klientu (pri s r ce pasma 5 MHz), 4G: az 600 uzivatelu latence: 5 ms pro uzivatele, 50 ms pro r zen vysoke prenosove rychlosti se dosahuj predevsm aplikac technik OFDM (a MIMO) na urovni radioveho prenosu X Vsechna LTE zarzen mus podporovat vyslan typu MIMO,

ktere zakladn e umoznuje vyslat nekolik datovych proudu stejnym nosnym signalem soucasne X Pro LTE je od pocatku navrzeno pouzit MIMO a OFDMA na downlik spoji a SC-FDMA na uplink spoji


|


19

Architektura st LTE


|


20

Architektura st LTE, E{UTRAN, EPC

2

LTE mobil v jednom c ase komunikuje s prav e jednou zakladnou (eNB) jedne oblasti

X eNB vysla a prijma radiova vyslan do/z vsech mobilu v bunce X eNB pouzva funkce pro zpracovan analogovych a digitaln ch signal u X eNB r d zakladn operace vsech svych mobilu pomoc

zaslan r dicch zprav (predavky mezi bunkami, ...)

2 2

Kazda eNB je napojena na EPC rozhranm (protokolem) S1 Sobe blzke zakladny, eNB, jsou propojeny rozhranm X2 X X2 je pouzvany napr. pro r zen a predav an paketu

pri predavce mobilu mezi bunkami

2

Zakladna mu ze mt charakter domovske zakladny femtobunky, Home eNB, HeNB

X Femtobunka poskytuje sluzby uzavrene zakaznick e skupine, Closed Subscriber Group, CSG X prslusnost zakazn ka do CSG je poznacena v USIM Jan Staudek, FI MU Brno

|


21

Architekura st LTE, EPC


|


22

Architektura st LTE, komponenty

2

redny, Mobility Management Entity (MME) Ust X Dorucovatelske zpravy se vymenuj mezi UE a MME X vybrana ust redna r d UE pres rozhran S1{MME

2

Databaze zakazn ku, Home Subscriber Server (HSS) X X X X

2

data zakazn ka, popis zakazn kem predplacenych sluzeb do kterych PDN se zakazn k pripojuje ktera MME zakazn ka prav e registruje autentizacn informace, s ifrovac klc e zakazn ka, . . .

Brana do ste E-UTRAN, Serving Gateway (SGW) X datova komunikace s jednotlivymi UE, predavky mezi bunkami, S1-U

2

Brana do st IP, PDN Gateway (PGW) X rozhran IP konektivity s externmi stemi PDN (Inaternet, ...) Jan Staudek, FI MU Brno

|


23

Architektura st LTE, E{architektura smerov an , roaming

2

LTE st' provozovana jednm operatorem v jedne zemi { Public Land Mobile Network, PLMN X u castnk prihla seny u sveho operatora je v Home-PLNM, HPLNM X kdyz se u castnk presune do jine PLNM, je v Visited-PLNM, VPLNM

2

Vandrujc (roaming) u castnk je pripojeny k E-UTRAN, MME a S-GW v VPLNM X P-GW v HPLNM povoluje u castnkovi si zprstupnovat sluzby sveho

operatora i kdyz tento se nachaz v VPLNM X P-GW v VPLNM povoluje lokaln prstupy k Internetu v VPLNM


|


24

Architektura st LTE, radiove protokoly v E-UTRAN

2

zen prenosu v bunce, R U E ⇔ eN B ve dvou sfer ach X r dic sfera { vym ena r dicch zprav mezi zakladnou a mobilem X uzivatelska sfera { vym ena datovych paketu dale zpracovavan ych

protokoly TCP, UDP, IP

2

Technologicka baze radiovych prenosu:


|


25



|


26


2

RRC, Radio Resource Control layer RRC X X X X

2

kon gurace nizs ch radiovych vrstev rozeslan systemov ych informac ustanovovan , uvolnov an a udrzovan spojen mobilita { predavky mezi bunkami

Funkcnost r dic sfery zavis na stavu UE X v prostoji, idle:

UE vyhledav a a vol bunku, hleda vyhledavac komunikacn kanal, ... X pripojene, connected,: E-UTRAN vyhledav a vhodnou bunku pro UE


|


27



|


28



|


29



|


30

Komunikacn kanaly LTE

2 2 2 2

Pres radiove rozhran LTE se data prena s kanaly Ruzn e typy kanal u segreguj ruzn e typy dat Kanaly rovnez poskytuj rozhran na vyss vrstvy nad MAC v protokolove strukture LTE Kanaly jsou tr typu X Fyzicke kanaly { prenosove kanaly, technologie pro prenos

uzivatelskych dat a r dcch zprav radiov ym spojenm X Transportn kanaly { rozhran fyzicke vrstvy na vrstvu MAC (a vy se) X Logicke kanaly { podpora sluzeb vrstvy MAC


|


31



|


32

Fyzicke kanaly LTE

2

Kanaly na downlink spojen, vybrane prklady X kanaly jsou implementovane ve speci kovanem umstenm X X X X

v RB OFDMA prp. na jinych stanovenych mstech PBCH, Physical Broadcast Channel, modulace QPSK { vyslan info pro UE o vlastnostech eNB s periodou 40 ms PCFICH, Physical Control Format Indicator Channel, modulace QPSK { id formatov an OFDM symbolu v PDCCH PDCCH, Physical Downlink Control Channel { r dic zpravy pro konkretn UE nebo skupinu UE PDSCH, Physical Downlink Shared CHannel { prenos uzivatelskych dat


|


33

Fyzicke kanaly LTE

2

Kanaly na uplink spojen, vybrane prklady X PUSCH, Physical Uplink Shared Channel {

komplement kanalu PDSCH na uplink spoji X PRACH, Physical Random Access Channel { jedine nesynchronizovane vyslan UE v LTE, souperen X PUCCH, Physical Uplink Control Channel { komplement PDCCH na uplink spoji


|


34


2

Transportn kanaly { jak se prena s mezi PHY a MAC X Broadcast Channel BCH, Downlink Shared Channel DL-SCH

Paging Channel PCH, Multicast Channel MCH, Uplink Shared Channel UL-SCH, Random Access Channel RACH

2

Logicke kanaly { co se prena s, sluzby MAC pro RLC X uzivatelska data (trac channel), r dic zpravy (control channel) X spolecne pro vsechny (common), pro jedno UE (dedicated) X prklady:

Broadcast Control Channel BCCH, Paging Control Channel PCCH, Common Control Channel CCCH, Dedicated Control Channel DCCH, Multicast Control Channel MCCH, Dedicated Trac Channel DTCH, Multicast Trac Channel MTCH


|


35

Technologie LTE OFDM

2 2 2

Principy OFDM viz predna ska o metodach MAC Pouzva se na DL, pro vyslan z eNB k UE Vyslan bez po mnoha uzkop asmov ych nosnych signalech s s r kou pasma 180 KHz msto toho aby se signal rozprostrel pres cele 5MHZ nosne pasmo LTE X OFDM pouzva pro vyslan prena senych dat velky pocet

uzkop asmov ych pod-nosnych

2

Zakladn zdroj DL spojeni v LTE lze znazornit jako mrz ku v c aso-frekvencnm zobrazen


|


36

Technologie LTE OFDM


|


37

Technologie LTE OFDMA, ilustrace p ridelen DL kanal u


|


38

Technologie LTE SC-FDMA

2 2

Principy SC-FDMA viz predna ska o metodach MAC Pouzva se na UL, pro vyslan z UE k eNB X jedna se o jinak kodovanou metodu OFDM X je to metoda men e naro cna na energii


|


39

Technologie LTE SC-FDMA, ilustrace p ridelen UL kanal u


|


40

Verejn e mobiln st e, LTE

Recommend Documents