4. 3G-UMTS

UMTS sistem

FSKHimzo Bajri

Zavisnost propusnosti od tehnologije i nivoa mobilnosti korisnika

Usluge koje treba osigurati korisnicima

WAP pretraivanje: 8 do 16 kb/s; MMS: 8 do 32 kb/s; Video telefonija: 64 - 384 kb/s i vie; Web pretraivanje: 32 - 384 kb/s i vie; Razliite poslovne aplikacije, E-mail, pristup bazama podataka,

VPN: 32 - 384 kb/s i vie; Video i audio tokovi: 32 - 384 kb/s i vie; Multimedijalni tokovi: 384 kb/s 2 Mb/s i vie; Dijeljenje multimedajalnih sadraja: 384 kb/s 2 Mb/s i vie; irokopojsni radio pristup: 384 kb/s 2M b/s i vie; Interactivne igre: 384 kb/s 2M b/s i vie; VoIP: 384 kb/s 2M b/s i vie;

Kao to je tranzicija mobilnih mrea sa 1G na 2G doivila potpuni uspjeh u smislu tehnoloke zamjene analognog sistema sa digitalnim, to e paketski orjentisane aplikacije i uslugi svojim zahtjevima prema mobilnoj mrei napraviti slian efekat pri tranziciji iz 2G u 3G mree.

Zahtjevi koji se postavljaju na 3G mobilne mree: Globalni pristup sa jednim ureajem

Globalni standard, jedinstven spektrum, neprimjetan handover i roaming Podrka irokopojasnim i multimedijalnim uslugama i aplikacijama

Usluge sa razliitim brzinama protoka i kvalitetom Usluge telefonije i paketske usluge Simetrian i ne-simetrian transfer informacija Visok kvalitet govora i QoS

Lako proirljiva mrea Visoka sigurnost Sofisticarne metode naplate Kompatibilnost sa GSM-om

UMTS referentna arhitektura prema 3GPP 3GPP R99

Kompletiran 1999. godine, 3GPP R99 predstavlja prvi korak u implementaciji UMTS mree i velikim dijelom zasnovan je na GSM sistemu. Osnovna mrea CN (Core Network) UMTS-a, je naime nadogradnja osnovnih mrea 2G i 2.5G sistema a u cilju podravanja novog WCDMA radio interfejsa koji omoguuje znatno vee brzine prenosa. WCDMA modulacijska tehnika i potrebna radio oprema nisu kompatabilne sa GSM opremom, te je stoga bilo neophodno uvesti jo jednu pristupnu radio mreu UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) (slika 4.6).

Specifikacije 3GPP R99 referentnog modela bazirane su na ATM (Asynchronous Transfer Mode) transportu unutar UTRAN radio pristupne mree. Glavni vorovi u UTRAN pristupnoj mrei su radio bazne stanice RBS, koje su u 3GPP terminologiji nazvane Node B, i kontroleri baznih stanica RNC (Radio Network Controller). Obje vrste vorova izgraene su na platformi koja je razvijena za podrku WCDMA tehnologiji.

Implementacija 3G mree prema 3GPP R99 modelu

Bay Net works Bay Net works

Bay Net works

Bay Net works

Bay Net works

Node B stanice u UMTS mreama imaju istu ulogu kao BTS stanice u GSM/GPRS mreama.

RNC unutar UMTS mree obavlja iste funkcije kao i BSC kontroler unutar GSM/GPRS mree. Glavna razlika je u tome to RNC posjeduje vie inteligencije od BSC kontrolera.

Na primjer, za razliku od BSC-a u GSM/GPRS mreama, RNC kontroleri mogu autonomno obavljati prebacivanje poziva (handovers) bez uplitanja MSC-a i SGSN-a. Jedan RNC kontroler upravlja sa nekoliko RBS-ova.

Jedna od najbitnijih karateristika UMTS-a jeste meusobno funkcionisanje (interoperabilnost) GSM i UMTS mrea. Unutar R99 modela ova interoperabilnost je objezbjeena na sljedei nain. Prvo, radio interfejs GSM-a je tako modifikovan, da emituje sistemske informacije WCDMA radio mree. Naravno vrijedi i obrnuto, WCDMA radio pristupna mrea prenosi GSM podatke. Drugo, u cilju minimizacije trokova implementacije, 3GPP specifikacije pruaju mogunost da se modifikuje 2G MSC/VLR kako bi bio u stanju rukovati irokopojasnim radio pristupom, UTRAN.

Sa implementacijom 3G sistema rasti e i uloga CAMEL platforme. Zapravo, CAMEL e biti ukljuen u sve transakcije izmeu mrea. Unaprijeena CS domena sada podrava 2G i 3G pretplatnike. Dabi se to omoguilo bilo je neophodno napraviti promjene unutarMSC/VLR i HLR/AuC/EIR sistema. Na primjer, dok je unutar 2G mree SGSN imao zadatak da upravlja mobilnou, funkcionalnostMM (Mobility Management) prilikom paketskih konekcija, unutar 3G-a MM funkcionalnost je podijeljena izmeu RNC i SGSN elemenata.

3G mrea implementirana prema 3GPP R99 modelu prua iste usluge kao i 2G mrea. U ovoj fazi usluge su prebaene/konvertovane u PS domenu kada god je to mogue.

UMTS definie 4 razliite klase kvaliteta usluga koje se mogu ponuditi korisnicima. Klase kvaliteta kod UMTS-a su:

Konverzacijska klasa. Jako osjetljiva na kanjenje podataka (telefonija, video telefonija, VOIP, itd.) Real Time

Streaming klasa. Asimetrina, sa manje osjetljivosti na varijacije u kanjenju. Prikazivanje ili obrada podataka prije nego se uita cijeli file (vijesti uivo, radio, muzika itd.) Real Time

Interaktivna klasa. Korisnik ne zahtijrva informaciju svo vrijeme (web browsing, pristup bazama podataka, location-based services) Non Real Time

Pozadinska (background) klasa. Aplikacije koje ne zahtijevaju trenutnu panju (SMS, E-mail, elektronske novine itd.) Non Real Time

Osnovne tri karakteristike UMTS-a su: kontinuitet usluga za 2G/3G, multimedijalna podrka i mogunost istovremenih govornih i podatkovnih aplikacija, te vee brzine prenosa koje tipino iznose 384 kb/s.

PRENOS u radio kanalu CDMA je tehnika kojom svi korisnici dijele istu

frekvenciju u isto vrijeme. Jasno je da, dok vie korisnika istovremeno vre emitovanje na istoj frekvenciji, svakako dolazi do preplitanja njihovih signala. Izazov je bio kako uhvatiti signal jednog korisnika, u uskom frekvencijkom opsegu, u kojem se nalazi jo puno signala koji potiu od drugih korisnika. Ovo se moe izvesti ako je signal svakog korisnika modulisan sa jedinstvenom kodnom sekvencom, gde je brzina protoka za kod daleko iznad brzine protoka informacija. Na prijemnoj strani, mogue je izdvojitii signal odreenog korisnika iz skupa drugih ako se zna kojom je kodnom sekvencom on kodiran.

Prikaz naina pokrivanja prostora 3G mobilne mree i uvezivanja satelitskih i zemaljskih komponenti

Suburbani prostor Urbani prostor

ZgradaPiko elija

Mikro elijaMakro elija

Kunaelija

CDMA PN kodovanje

Iako je CDMA bio razmatran kao sistem za komercijalni mobilni prenos od strane nekoliko organizacija, zvanino je demonstriran od strane Qualcomm-a 1989. godine u San Dijegu, Kalifornija. U to vrijeme to je bio veliki napredak po pitanju kapaciteta i kvaliteta prenosa u poreenju sa AMPS-om. Mnogi su bili impresionirani sa Qualcomm-ovim CDMA sistemom i on je standardizovan kao IS-95 od strane Amerikog udruenja telekomunikacione industrije (TIA).

Od tada je uvedeno mnogo IS-95 CDMA sistema irom Sjeverne Amerike i Koreje. Iako se malo pretjeralo po pitanju dobitka kapaciteta CDMA sistema u odnosu na AMPS, ovaj sistem je ipak napravio znaajan pomak i doivio je veliki uspjeh. U Sjevernoj Americi, IS-95 CDMA je razvijan za podruje od 800 MHz, a njegova varijanta pod imenom J-STD-008 je razvijena za podruje od 1900 MHz.

Prikaz proirenja spektra. (a)-koritenje PN sekvence i predaje sa trajanjem PN odmjeraka vrijednosti T/L. (b)-koritenje korelacione i sinhronizacione kopije PN sekvence na prijemu. (c)-pojavljivanje interferencije, L/T-trajanje odmjerka, fj-frekvencija signala koji

ometa, Bj-irina spektra signala koji ometa.

Arhitektura sistema pristupne mree

Topologija temeljne 3G mree

Pristupna mrea sastoji se od sljedeih komponenata: Radio-bazna stanica (RBS Radio Base Station ili, kako je

oznaeno na slici, Node B), Modul za upravljanje baznim stanicama (RNC Radio Node

Controller), Korisnika oprema (UE - User Equipment), Izmeu radio-bazne stanice i modula za upravljanje baznim

stanicama moe postojati i tzv. koncentrator, tj. komponenta koja se koristi za koncentriranje prometa prema modulu za upravljanje baznim stanicama.

Takoe su definirani i sljedei interfejsi: Uu ke opreme i radio-bazne stanice

(UTRA FDD zrano interfejs), Iub

baznim stanicama, Iur

(ovaj interfejs nema odgovarajui pandan u GSM-u), Iu -

jezgrene mree.

IROKOPOJASNI VIESTRUKI PRISTUP SA KODNIM MULTIPLEKSOM

U ovom dijelu bie predstavljen irokopojasni viestruki pristup sa kodnim multipleksom WCDMA (Wideband Code-Division Multiple-Access) beini interfejs, koji se takoe naziva i UMTS zemaljski radio pristup (UTRA), razvijen od strane drutva za projekat mobilne telefonije tree generacije (3GPP). 3GPP ima za cilj da uskladi i do detalja standardizuje sline prijedloge od strane ETSI, ARIB, TTC, TTA i T1.

W-CDMA je jedna od glavnih tehnologija za implementaciju mobilnih sistema tree generacije. Baziran je na tehnologiji beinog pristupa, propisanoj 1999. godine od strane ETSI Alpha group.

Implementacija W-CDMA e biti tehnoloki izazov zbog svoje sloenosti i raznovrsnosti. Sloenost W-CDMA sistema se moe sagledati iz razliitih uglova: sloenost svakog pojedinanog algoritma, sloenost cjelokupnog sistema i sloenost raunarskog prijema.

Osnovni parametri

WCDMA

Meka isporukaMeufrekvencijska isporukaIsporuka

OVSF sekvence za odvajanje kanala,Zlatna sekvenca od 218 -1 za elijsko ikorisniko razdvajanje(nepotpuni period od 10 ms)OVSF sekvence, Zlatna sekvenca 241 zaodvajanje korisnika (razliciti vremenskipomaci za I i Q kanalae, nepotpuniperiod od 10 ms)

irokopojasnost (downlink)

irokopojasnost (uplink)

4256 (uplink), 4512 (uplink)Faktori irokopojasnostiPromenjiva irokopojasnost i multikodPromenjivost brzine

Vremenski multipleksirani kanali kontrolei podataka.Vremenski multipleksirani pilot ikontrolni kanali I&Q multipleksiranje zapilot i kanale kontrole.

Multipleksiranje kanala u downlink-uMultipleksiranje kanala u uplink-u

Korisniki definisan vremenskimultipleksiran pilot (downlink i uplink),zajedniki pilot u downlink-u.

Koherentna detekcija

Konvolucionalni i turbo kodKodovanje kanala

QPSK (downlink)BPSK (uplink)Modulacija podataka

Balansna QPSK (downlink)Dual-channel QPSK(uplink)Kompleksno irokopojasno kruenje

irokopojasna modulacija

10 msDuina frejma3.84 MbpsBrzina semplovanjaPotpuna irokopojasnostStruktura downlink RF kanalaFDD and TDDDupleks mod

5 MHzirina kanala

Brzina uzorkovanja-ipovanja ovog sistema je 3.84 Mc/s (megaipa u sekundi). Duina frejma je 10 ms i svaki frejm je podijeljen u 15 slotova (2560 ipova po slotu pri brzini ipovanja od 3.84 Mc/s). Faktor irokopojasnosti se kree u opsegu od 256 do 4 za uplink i od 512 do 4 za downlink. Na osnovu ovoga, brzina protoka simbolauz prisustvo modulacije, varira od 960 kilosimbola u sekundi do 15 kilosimbola u sekundi (7.5 kilosimbola u sekundi) za FDD uplink. Za razdvajanje kanala iz istog izvora koristi se modulacija na osnovu ortogonalno promjenljivog faktora irokopojasnosti (OVSF). U downlink-u za razdvajanje razliitih elija koristi se zlatni kod sa periodom od 10 ms (38400 ipova pri 3.84 Mc/s) sa kodnom duinom od . U uplink-u za razdvajanje razliitih korisnika koristi se zlatni kod sa periodom od 10 ms ili alternativni kratki kod sa periodom od 256 ipova.

Za kanalno kodovanje mogue su tri opcije: konvoluciono kodovanje, turbo kodovanje ili se uopte ne kodira. Vrsta upotrijebljenog kanalnog koda se naznaava u viim slojevima. Modulaciona shema je QPSK.

1218

Koritenje spektra kod WCDMA protokola

Razmak izmeu nosioca ima raster od 200 kHz i moe varirati od 4.2 do 5.4 MHz. Razliito rastojanje izmeu nosioca se moe upotrijebiti za neutralizovanje uticaja susjednih kanala, odnosno za zatitu od njih. Slika 6.1 prikazuje spektar emisije jednog operatora sa tri elije, pri raspoloivom opsegu od 15 MHz. Vee rastojanje izmeu nosioca moe se upotrijebiti izmeu operatora, kao i unutar raspoloivog opsega dodijeljenom jednom operatoru, kako bi se izbjegla interoperatorska interferencija.

Arhitektura protokola

Sljedea slika prikazuje arhitekturu WCDMA protokola. Ova arhitektura je slina ITU-R arhitekturi koja nosi slubenu oznaku ITU-R M.1035. Kompletan komunikacioni sistem je podijeljen na tri protokolna sloja (layer) i to:

Fiziki sloj (layer 1, L1), Sloj za povezivanje podataka (layer 2, L2), Mreni sloj (layer 3, L3).

Fiziki sloj prilagoava se sa kontrolom pristupa mediju (MAC) koji je podsloj sloja 2 (znai podslojem koji kontrolie pristup mediju), i sa slojem za kontrolu radio resursa (RRC) sloja 3. Fiziki sloj nudi razliite transportne kanale ka kontroli pristupa mediju MAC (Medium Access Control). Transportni kanal je okarakteriziran nainom na koji se informacije prenose kroz radio interfejs. Transportni kanali su kanalno kodovani i onda mapirani u fizike kanale koji su odreeni u fizikom nivou. MAC daje razliite logike kanale za kontrolu radio linka RLC (Radio Link Control) podsloja sloja 2. Logiki kanal je okarakterisan tipom informacije koju prenosi.

Sloj 2 je podijeljen na sljedece podslojeve: MAC, RLC, protokol konvergencije paketa podataka PDCP (Packet

Data Convergence Protocol) i difuznu/vieemisionu kontrolu BMC (Broadcast/Multicast

Control).

Sloj 3 i RLC su podijeljeni u kontrolne i korisnike opsege. PDCP i BMC egzistiraju samo u korisnikom opsegu. U kontrolnom opsegu, sloj 3 je podijeljen na podslojeve gdje najnii podsloj,, predstavlja meuspoj sa slojem 2. RLC podsloj obezbjeuje ARQ funkcionalnost koja ja usko povezana sa upotrijebljenom tehnikom radio prenosa.

Arhitektura WCDMA protokola

Logiki kanali

MAC sloj obezbjeuje servis protoka podataka kod logikih kanala. Skup potrebnih tipova logikih kanala definisan je za razliite vrste i naine prenosa podataka. Svaki tip logikog kanala definisan je na osnovu tipa informacije koju prenosi.

Logiki kanali su klasifikovani u dvije grupe: Kontrolni kanali za prenos kontrolnih informacija

(Tabela 6.2); Saobraajni kanali za prenos korisnikih

informacija (Tabela 6.3).

Transportni kanali

Transportni kanal definie na koji nain i sa kojim karakteristikama podaci prolaze kroz interfejs za beini prenos.

Postoje dva tipa transportnih kanala: Rezervisani kanali, Zajedniki kanali (prikazani u tabeli 6.4). Postoji jedan rezervisan transportni kanal, rezervisani

kanal (DCH), koji se koristi kao downlink ili uplink transportnog kanala. DHC vri prenos preko cijele elije ili samo preko dijela elije koristei usmjerene antene. DHC karakterie mogunost brze promjene (na svakih 10ms), brza kontrola snage i prisutnost u adresiranju elija.

Tipovi transportnih kanala prikazani su u sledeoj tabeli:

Fiziki kanali

Transportni kanal je kodovani kanal i podeen je na protok podataka koji diktira

fiziki kanal. Zbog toga kaemo da je transportni kanal mapiran fizikom kanalu.

Fiziki kanal se sastoji od radio frejmova i vremenskih slotova. Duina radio frejma je 10ms i sadri 15 vremenskih slotova. Vremenski slot je odmjerak, i on se sastoji od polja sa bitovima. Broj bita po vremenskom slotu zavisi od fizikog kanala. Protok simbola u fizikom kanalu zavisi od konfiguracije radio frejmova ili od varijacija u vremenskom slotu. to se tie uplink-a razliite vrste informacija mogu se slati preko I i Q nosioca. Prema tome fiziki kanal karakterie specifian nosioc frekvencije, vrsta koda i u uplink-u relativna faza (0 ili Pi/2).

Uplink fiziki kanali

Postoje dva uplink rezervisana kanala i dva javna fizika kanala Uplink rezervisani fiziki kanal za prenos podataka DPDCH (Dedicated

Physical Data Channel) i uplink rezervisani kontrolni kanal DPCCH (Dedicatet Physical Control Channel);

Fiziki kanal za sluajni pristup PRACH ( Physical Random Access Chanel) i zajedniki fiziki kanal za prenos paketa PCPCH ( Physical Common

PacketChanel)

Uplink DPDCH je upotrijebljen za prenos rezervisanih podataka generisanim u sloju 2 i u njegovoj okolini (na primjer rezervisani transportni kanal (DCH)). Moe ih biti 0, 1 ili nekoliko za DPDCH uplink i to pri svakoj konekciju sa slojem 1. Kontrolne informacije sastoje se od poznatih pilot bitova kako bi omoguili detekciju koherencije, komande za kontrolu predajne snage TPC (Transmit Power Control), povratne informacije FBI (Feedback Information), i opciono za indikator formata transportne kombinacije TFCI (Transport-Format Combination Indicator). Indikator formata transportne kombinacije obavjetava prijemnik o trenutnim parametrima razliitih transportnih kanala koji su multipleksirani u DPDCH uplink-u, i direktno zavisi od podataka koji se prenose u istom frejmu. Za svaku konekciju sa slojem 1 postoji jedan DPDCH uplink kanal.

Prenos podataka sa promjenljivom brzinom

WCDMA ima fleksibilan nain za prenos sa promjenljivom brzinom koji omoguuje prenos razliitih vrsta servisa koristei razliite brzine prenosa podataka i parametre servisa razliitog kvaliteta. Na primjer, nain kodovanja kanala i brzina prenosa mogu se mijenjati tako da se postigne eljeni kvalitet servisa (usluga).

Slike 6.11. i 6.12. prikazuju prenos sa promjenljivom brzinom i multipleks shemu za uplink i downlink respektivno. Podaci iz transportnih kanala su kodovani i prema tome oni su mapirani u fizike kanale, i emituju se kroz radio predajni link. Shema kanalnogkodovanja je kombinacija detekcije greke, korekcije greke, usaglaavanja brzine, preklapanja, i mapiranja transportnih kanala u fizike kanale.

Podaci pristiu do kodno/multipleksne jedinice u obliku transportnog bloka i oni se postavljaju jednom u svakom vremenskom intervalu predaje, to odreuje transportni kanal, i njihova duina moe iznositi 10, 20, 40 ili 80 ms. Predaja sa promjenljivom brzinom sastoji se od:

Zbira krune provjere redudanse (CRC) za svaki blok ponaosob;

Povezivanja transportnog bloka i segmentacije kodnog bloka;

Kanalnog kodovanja; Usaglaavanja brzine; Ubacivanja isprekidane predaje (DTX) indikacionih bita; Preklapanja; Segmentacije radio frejmova; Multipleksairanja transportnih kanala; Segmentacije fizikih kanala; Mapiranja u fizike kanale.

Detekcija greke se vri na osnovu transportnog bloka kroz krunu provjeru redudanse (CRC). CRC se sastoji od 24, 16, 12, 8 ili 0 bita, i signala iz viih slojeva i ova duina CRC-a moe se upotrijebiti za svaki transportni kanal.

Nakon zbira svih CRC-ova, transportni blokovi se povezuju ime je izvrena segmentacija kodnog bloka. Svi transportni blokovi su povezani jedan za drugim. Ako je broj bita u vremenskom intervalu predaje vei od maximalne veliine upotrijebljenih kodnih blokova, onda se segmentacija kodnog bloka izvrava nakon povezivanja transportnih blokova. Maksimalna veliina kodnih blokova zavisi bilo od konvolucionog kodiranja, turbo kodiranja ili od injenice da nema kodiranja.

Maksimalne veliine kodnih blokova su: Konvoluciono kodovanje: 504; Turbo kodovanje: 5114; Bez kanalnog kodiranja: neogranieno. Izjednaavanje veliine radio frejma vri se postavljanjem ulazne sekvence

bita kako bi se dobilo da izlaz bude podijeljen u niz radio frejmova iste veliine. Izjednaavanje veliine radio frejmova se upotrebljava iskljuivo za uplink.

Kada je predajni interval vei od 10 ms, ulazna sekvenca bita je podijeljena i mapirana ka nizu radio frejmova. Ovo daje mogunost preklapanja vie radio frejmova ime se poboljava iskoritenost spektra.

Frekvencijsko podrujeNovi sistem donio je potrebu za dodatnim frekvencijskim spektrompa je u Europi za UTRA FDD definirano podruje od 1920-1980 MHz u uzlaznoj vezi, dok je u silaznoj definirano podruje 2110-2170 MHz (Slika 6.20.).

6.6.2.1. KodiranjeZa razliku od GSM-a gdje je svakom korisniku dodijeljen vremenski odsjeak u kojem samo on odailje podatke, u UTRA FDD sistemu, svi korisnici odailju podatke u istom frekvencijskom pojasu i u isto vrijeme, tj. koeficijent ponovnog koritenja frekvencije (frequencyreuse) iznosi 1. Ova karakteristika omoguuje veliku spektralnu efikasnost. Kako bi se korisnici meusobno razlikovali, pridodaje im se jedinstveni kd kojim se kodiraju prenoeni podaci. Prijemnik, poznajui kodnu sekvencu korisnika, dekodira primljeni signal i tako dobiva originalnu informaciju. Kodiranje je dvostruko, odnosno, korisniki podaci se najprije kodiraju tzv. kanalnim ili ortogonalnim kodovima, a zatim i tzv. pseudo - sluajnim (PN - Pseudonoise Sequence) kodovima, tj. svaki odailja dobiva razliiti PN kod, a svaki podatkovni kanal razliiti ortogonalni kd, kako bi se razlikovale informacije koje dolaze od istog odailjaa.

Raspodjela spektra

S obzirom na to da je irina pojasa koda puno vea nego irina pojasa samih prenoenih podataka, proces kodiranja proiruje spektar signala i zbog toga se UTRA FDD naziva sistem s proirenim spektrom, gdje se kd primjenjuje direktno na niz bitova podataka (DS-CDMA - Direct Sequence).

Jedna od najvanijih osobina viestrukoga pristupa proirenog spektra je dobitak procesiranja. Dobitak procesiranja sistema proizlazi iz samoga procesa proirivanja spektra signala i izravno ukazuje na poboljanje odnosa signal-um SNR (Signal to Noise Ratio). Dobitak procesiranja sistema jednak je odnosufrekvencijskoga pojasa proirenog spektra i frekvencijskoga pojasa originalnog spektra te se oznaava s Gp. Frekvencijski pojas proirenoga spektra je konstantan (brzina protoka ipova iznosi 3.84 Mip/s) pa se moe primijetiti da je za zadanu irinu kanala dobitak procesiranja vei za nie brzine informacijskoga signala nego za vee brzine informacijskoga signala. Snaga signala u WCDMA sistemima nalazi se ispod razine uma, a da pri tome, upravo zbog dobitka procesiranja, prijemnik moe detektirati eljeni signal.

Za prenos brzine toka ipova od 3.84 Mip/s koristi se irina pojasa od 5 MHz. Postoji nekoliko razloga za izbor ove irine pojasa. Prvo, mogue je ostvariti velik kapacitet s brzinama bitova informacija do 384 kbit/s u frekvencijskom pojasu od 5 MHz. Drugo, frekvencijski pojas ni ne moe biti puno iri jer je spektar zauzet sistemima druge generacije. Tree, irina frekvencijskoga pojasa od 5 MHz moe razdvajati nekoliko viestaznih (multipath) komponenti od ueg pojasa.

Informacijski bitovi su raspreni mnoenjem korisnikih podataka s kanalnim ili ortogonalnim kodom dobivenim iz tzv. Walshovog stabla (Slika 6.22.). Ovakvi se kodovi jo nazivaju i OVSF (Orthogonal Variable SpreadingFactor) kodovi.

Postoje odreena ogranienja vezana uz upotrebu ortogonalnih kodova. Naime, jedan kanal moe koristiti neki ortogonalni kd samo ako niti jedan drugi kanal koji uzima kodove s istog kanalnog stabla ne koristi kd koji je na podreenoj grani. Isto tako ne smije se uzeti niti kd potreban za manji faktor rasprivanja koji stoji na putu do korijena stabla. Faktor proirenja (SF -Spreading Factor) pomnoen s brzinom protoka bitova daje brzinu protoka ipova.

Kako bi smo razlikovali odailjae, nakon koritenja ortogonalnog koda, niz ipova se mnoi s pseudosluajnim nizom (PN -kodPseudo Noise kod), koji takoer ima brzinu protoka ipova 3.84 Mip/s. Ovaj se postupak naziva pseudosluajnim kodiranjem (scrambling). Ukoliko su znaajke ortogonalnog koda bile takve da spektar signala nije proiren do kraja, pseudosluajnim kodiranjem e se to naknadno svakako postii (Slika 6.23.), pri emu se konana brzina protoka ipova nee promijeniti, tj. ostat e na 3.84 Mip/s.

Na prijemnoj se strani takoe primjenjuje isti PN kd koji se koristio tokom pseudosluajnoga kodiranja. Ukoliko se primijeni bilo koji drugi kd, na prijemniku e se dobiti signal slian umu, koji je zapravo uzrok interferencije u WCDMA sistemima.

U uzlaznoj vezi, ortogonalni kodovi se koriste za odvajanje korisnikih informacija koje dolaze od jednog korisnika (jedne mobilne stanice). Primjenom PN koda na zbroj svih signala iz iste mobilne stanice, postie se gotovo jedinstvena oznaka navedene stanice, tj. na raspolaganju nam je 225 razliitih PN kodova u uzlaznoj vezi, to garantira vrlo malenu vjerojatnost da e dvije mobilne stanice u istoj eliji imati isti PN kod.

U silaznoj vezi, ortogonalni kodovi se primjenjuju na korisnike podatke koji dolaze iz bazne stanice prema odreenom korisniku. PN kd se dodjeljuje svakoj eliji, a na raspolaganju nam je 8192 razliitih kodova, od kojih se u poetku koristi samo 512 koji se nazivaju primarni pseudosluajni kodovi.

Na strani prijemnika raireni signal najprije se mnoi s istim PN kodom koji je koriten u odailjau (descrambling), a zatim i identinim ortogonalnim kodom kojim su mnoeni i podaci, kako bi se dobio originalni niz bitova (suenje spektra).

Walshovo stablo

EVOLUCIJA WCDMA

GSM

EDGE

WCDMA

2G 2.5G 3G faza 1

GPRS

3G poboljani

Govor Data:

9 kb/s (CS)

HSDPA HSUPA

2000/2001 2003/2004 2005/2006 2007

Data 50 kb/s (1) Max Teoretski =

171 kbps Tipini prosjek =

20-30kb/s

Data: 120 kb/s (2) Max Teoretski =

473 kb/s Tipini prosjek =

40-80kb/s

Data: 384 kb/s Prema Standardu:

do 2 Mb/s Tipini prosjek =

200-250kb/s

Prema Standardu: do 14.4 Mb/s-DL

Tip. prosjek = 500-800kb/s

Prema Standardu: do 14.4 Mb/s-DL, 5.76Mb/s-UL

Rel. 99 Rel. 5 Rel. 6

2.75G

1 Petpostavka: CS2, 4 TS and 10 kb/s/TS, C/I=15 dB

2 Pretpostavka: MCS6, 4 TS and 30 kb/s/TS, C/I=15 dB

UMTS referentna arhitektura prema 3GPP R5

Cilj 3GPP R5 arhitekture je konvergencija govornog i podatkovnogsaobraaja u IP transportnoj mrei. IP mrea mora moi osigurati separaciju saobraaja, sigurnost transakcija te adekvatan kvalitet usluge za pojedine tipove saobraaja. Definisane su izmjene unutar GERAN mree kako bi imala funkcionalnost UTRAN mree. U smislu komunikacije izmeu ovih mrea definisan je signalizacijski Iur-g interfejs.

Slijedei vaan element 3GPP R5 arhitekture je uvoenje bitno nove logike, odnosno uvoenje aplikacijskog domena IMS (Internet Multimedia Subsystem). U IMS domenu nalaze se mreni elementi iji je zadatak implementacija, aktivacija i pruanje multimedijskih i ostalih usluga. IMS domena zasnovana je na All-IP ideji po kojoj se svi tipovi saobraaja pakuju i prenose kao IP paketi (slika 4.4).

Implementacija 3G mree prema 3GPP R99 modelu

Bay Net works Bay Net works

Bay Net works

Bay Net works

Bay Net works

3GPP R4 implementacija

Cilj 3GPP R5 arhitekture je konvergencija govornog i podatkovnog saobraaja u IP transportnoj mrei. IP mrea mora moi osigurati separaciju saobraaja, sigurnost transakcija te adekvatan kvalitet usluge za pojedine tipove saobraaja. Definisane su izmjene unutar GERAN mree kako bi imala funkcionalnost UTRAN mree. U smislu komunikacije izmeu ovih mrea definisan je signalizacijski Iur-g interfejs.

Slijedei vaan element 3GPP R5 arhitekture je uvoenje bitno nove logike, odnosno uvoenje aplikacijskog domena IMS (Internet Multimedia Subsystem). U IMS domenu nalaze se mreni elementi iji je zadatak implementacija, aktivacija i pruanje multimedijskih i ostalih usluga. IMS domena zasnovana je na All-IP ideji po kojoj se svi tipovi saobraaja pakuju i prenose kao IP paketi.

U okviru R99 QoS specificirani su atributi : Traffic class:Conversational rezervirana za govorne aplikacije i karakterizirana je zahtjevom zarealizaciju u realnom vremenu Real Time RT. To znai da kanjenje u prenosu nesmije biti veliko niti smije varirati izmeu paketa (jitter)Streaming ova se klasa koristi pri pruanju video ili audio sadraja u realnomvremenu ili vremenu bliskom RT.Interactive za ovu klasu je vana pouzdanost, tj da je sadraj koji se prenosipouzdan sa niskim nivoom BER-a te da vrijeme kanjenja bude umjereno.Background- vrijednosti su dozvoljene za servise koji se mogu izvoditi u pozadini tevrijeme prijema i slanja nije pretjerano zahtjevano, koliko konzistentnost podataka kojise prenose.

MBR-Maximum Bit Rate kbps - maksimalna brzina prenosa podataka.

GBR-Guaranteed Bit Rate kbps - garantovana bitska brzina u specificiranom vremenu, koristise za RT servise te konverzacijsku i streaming klasu.

Delivery order- specificira da li je za servis potrebna isporuka paketa po redu ili ne.

Service Data Unit max size - data u octet-ima: daje maksimalnu veli.inu paketa za koju mreatreba da zadovolji ugovoreni QoS.

SDU format information: bits-daje listu ta.nih mogu.ih veli.ina SDU-a SDU error ratio: predstavlja koli.inu izgubljenih SDU ili onih sa detektovanom grekom. Residual BER: zaostala bitska greka je parametar koji daje nedetektovanu BER u

dostavljenom SDU. Delivery of erroneous SDUs (yes/no): parametar ukazuje da li se detektovani SDU-ovi sa

grekom isporu.uje ili ne.

Transfer delay: predstavlja maksimalno kanjenje za 95% kanjenja distribucije svihSDU-ova za vrijeme trajanja servisa. Koristi se kao tolerancija u kanjenu specificiranaod strane aplikacije.

Traffic Handling Priority THP predstavlja relativnu vanost SDU-a u odnosu na ostaleservise, a koristi se uglavnom unutar interaktivne klase za razlikovanje prioriteta.

Allocation/Retention priority ARP- predstavlja mjeru prioriteta pri dodjeli nosioca. Ufunkcijama AC kontrole proputanja se moe koristiti kao odlu.uju.i faktor proputanja iliodbacivanja zahtjeva za dodjelu, pri uslovima zaguenja.

3GPP R5 implementacija

Uvoenjem IMS-a u 3G sisteme olakan je ulazak raunarske industrije na telekomunikacijsko trite. Pretpostavlja se da e veliki broj aktivnih kompanija u tom podruju donijeti 3G tehnologiji pravi uzlet stvaranjem velikoga broja aplikacija koje e biti privlane irokom krugu potencijalnih korisnika.

All-IP tehnologija primijenjena u IMS-u nije ograniena samo na mobilne korisnike. Nove aplikacije mogu biti usmjerene i na fiksne i na WLAN korisnike, pri emu se prilagoenje sadraja (content adaptation) provodi u ovisnosti o mogunostima klijenta i irini raspoloivoga prijenosnog pojasa.

Mobilni govorni saobraaj u 3GPP R5 mreama takoer se komutira kroz IP domen. Saobraaj namijenjen IMS domenu komutira se kroz SGSN i GGSN te osnovnu IP mreu. U ovoj fazi oekuje se da e veina usluga po prirodi biti asimetrine (vea koliina informacija u downlink nego u uplink smjeru).

Kako bi prilagodili UTRAN takvoj situaciji, definisan je HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) protokol koji e omoguiti vei kapacitet u downlink smjeru (brzine do 10 Mb/s) i time omoguiti multimedijalne usluge. Napredne verzije 3GPP arhitekture (3GPP R6 i dalje) pored integracije WLAN tehnologije razmatraju daljnju implementaciju All-IP arhitekture, uvoenje IP tehnologije na sve mrene interfejse, uvoenje slojevite mree u paketnu domenu (SGSN server i PS-MGW) te implementaciju novih funkcionalnosti u IMS, CS i PS domenama kao i poveanje brzine u uplink smjeru do 5.8 Mbit/s putem HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) tehnologije.

HSDPA HSDPA - High Speed Downlink Packet Access je jedna od kljunih karakteristika

definisanih u UMTS Release 5, koja omoguuje znaajno vee kapacitete i brzine prenosa podataka u downlink-u u odnosu na UMTS R'99. Ovo je obezbjeeno upotrebom novog djeljenog transportnog kanala u downlink-u i setovanjem naprednih mehanizama kao to su izrazito dinamiki adaptivne modulacije i kodovanje, brze rasporede i brze retransmisije implementirane u UMTS baznim stanicama. Ove nove karakteristike su upotpunosti kompatibilne sa UMTS R'99 i mogu koegzistirati zajedno na istom RF nosiocu sa UMTS-om R'99.

irokopojasnost i konvergencija e radikalno promijeniti nain komunikacija obezbjeujui slian pristup bilo kojoj vrsti zahtjevanih usluga sa stanovita propusnosti to e izbrisati granice za irokopojasne usluge koje se nude kroz fiksne mree, beine i mobilne mree i ISP-ove. Iako se uskoro za beine prenose podataka velikih brzina oekuje upotreba novih fizikih interfejsa kao to su MIMO/OFDM, trenutno je putem HSDPA tehnologije, zbog njene visoke spektralne efikasnosti mogue ubrzati povrat investiranja kod operatora, to znai vie kapaciteta i pokrivenosti, odnosno omoguavanje novih usluga.

HSDPA prua dalja poboljanja, tako da propusnost iznosi 800 kb/s ili ak 1,5 Mb/s za dobre performanse mree, zahvaljujui visokoj vrnoj brzini prenosa od 3,6 Mb/s za kategoriju 6 Mobile i do 14,4 Mb/s za kategoriju 10 Mobile. Uz to, !obezbjeuje malo kanjenje sa Round Trip Delay-om od 70 ms, omoguavajui velike interaktivne aplikacije kao to je multi korisniki gaming. Uz to, HSDPA e ojaati UMTS mree obezbjeujui mnogo vie kapaciteta nego to je planirano sa istim mrenim dizajnom za UMTS R'99. Najmanje dvostruko vie korisnika po eliji e biti podrano koristei HSDPA tehnologiju. HSDPA ima ogromne mogunosti u domenu uvoenja Triple-Play usluga za mobilne korisnike.

HSUPA HSUPA High Speed Uplink Packet Access je jedna od

funkcionalnosti koja e biti obezbjeena u UMTS-u Release 6. Ciljevi 3GPP sa HSUPA je poboljati performanse UpLink-a, rasporeujui dodjelu transportnog kanala. U tom smislu, poboljanja koja se oekuju su:

poveanje kapaciteta UpLink-a 50-70%; smanjenje kanjenja korisnikih paketa 20-55%; poveanje propusnosti za korisnike pakete oko 50%. HSUPA je veoma vaan korak koji e se dostii u naredne dvije

godine. Postizanjem visoke spektralne efikasnosti i niskog kanjenja za UpLink i DownLink koritenjem HSxPA tehnologija, operatori e biti u mogunosti da obezbjede nove irokopojasne usluge ukljuujui i VoIP.

nije neophodno-103dBm-111dBm-100dBm-104dBm


interferencije-106dBm-104dBm-113dBm-103dBm-107dBminterferencije

8.4dB7.8dB6.6dB6.6dB

?0.58 MHz0.09 MHz11 MHz3.7 MHz-60dB

?0.25 MHz0.04 MHz4.7 MHz1.6 MHz-20dB

?0.18 MHz0.03 MHz3.30 MHz1.10 MHz-3dB

Prijemna irina

kbit/sna 384-109 dBmNivo term. uma

9dB9dB9dB9dB9dBNivo prijemnog uma

TS25.1010.22 MHz0.24 MHz0.03 MHz0.04 MHz

4.2 MHz4.5 MHz

1.4 MHz1.5 MHz

-20dB-60dB

3 GPP0.18 MHz0.03 MHz3.3 MHz1.1 MHz-3dB

Emisiona irina

QPSKGMSK8-PSK

4-DQPSK8-PSK

QPSK/BPSKQPSK/BPSKTip modulacije

384 kb/s384 kb/s30 i 40kb/s384 kb/s144 kb/sProtok podataka

CDMATDMATDMACDMACDMAMetoda pristupa

0 dB0 dB0 dB0 dB0 dBGubici

1.5 m1.5 m1.5 m1.5 m1.5 mVisina antene

0 dBi0 dBi0 dBi0 dBi0 dBiPojaanje antene100 mW100 mW100 mW100 mW100 mWSnaga predajnika5 MHz200 kHz30 kHz3.75 MHz1.25 MHzRastojanje nosioca

WCDMAUWC-136(TDMA)

GPRS/EDGE

UWC-136(TDMA)CDMA-2000CDMA-2000

Karakteristike

baznih stanica


nije neophodno-123dBm-131dBm-119dBm-123dBminterferencije

-110dBm-108dBm-117dBm-107dBm-111dBminterferencije

8.4dB7.8dB6.6dB6.6dB

?0.58 MHz0.09 MHz11 MHz3.7 MHz-60dB

?0.25 MHz0.04 MHz4.7 MHz1.67 MHz-20dB

?0.18 MHz0.03 MHz3.30 MHz1.10 MHz-3dB

Prijemna irina kanala

5dB5dB5dB5dB5dBNivo prijemnog uma0.24MHz0.04MHz4.5MHz1.5MHz-60dB

TS25.1010.22 MHz0.03 MHz4.2 MHz1.4 MHz

3 GPP0.18 MHz0.03 MHz3.3 MHz1.1 MHz-3dB

Emisiona irina kanala

QPSKGMSK8-PSK

4-DQPSK8-PSK

QPSK/BPSKQPSK/BPSKTip modulacije

384 kb/s384 kb/s30 i 40kb/s384 kb/s144 kb/sProtok podataka

CDMATDMATDMACDMACDMAMetoda pristupa

doledoledoledoledoleNagib antene

40 m40 m40 m40 m40 mVisina antene

sektorusektorusektorusektorusektoruPojaanje antene

10 W10 W10 W10 W10 WSnaga predajnika

5 MHz200 kHz30 kHz3.75 MHz1.25 MHzRastojanje nosioca

WCDMAUWC-136(TDMA)

GPRS/EDGE

UWC-136(TDMA)CDMA-2000CDMA-2000

Od ukupnog broja GSM korisnika koji je krajem 2007. godineiznosio preko 2,7 milijardi, preko 960 miliona GSM, EDGE i WCDMA-HSPA korisnika je prisutno u komercijalnoomoguenim HSPAmreama irom svijeta.

I konano, 3G/WCDMA-HSPA mree imaju svoj evolutivni put ka LTE tehnologiji koja e koritenjemnaprednih tehnika kaoto su OFDM, MIMO - viestruki antenski sistemi, itd. omoguiti brzine od100 Mb/s u downlinku i 50 Mb/s u uplinku.

Na 3GSM kongresu odranom 2007 godine kompanija Ericsson jedemonstrirala LTE koji podrava MIMO tehnologiju sa brzinama do 144 Mbit/s uz koritenje 20 MHz nosilaca u 2,6 GHz spektru.

Na posljednjem kongresu odranom u februaru 2008 godine u Barceloni, Nokia Siemens Networks su predstavili vlastito end-to-end rjeenje zaLTE.

Izvrena je uspjena demonstracija LTE-HSPA handover-a i viekorisnika terenska proba u urbanom podruju sa maksimalnombrzinom prijenosa podataka od 173 Mbit/s u 2,6 GHz spektru.

Spomenuto rjeenje je bazirano na tzv. fleksibilnim multimodnimbaznim stanicama za WCDMA/HSPA i jezgrenoj mrei Nokia Siemens Networks, koje e se u drugoj polovini 2009 godinesoftverski nadgraditi na LTE. Oekuje se da e se u toku 2009 godine implementirati prve komercijalne mree bazirane na Rel-8.

Mobilne elijske tehnologije, definisane od strane 3GPP-a, sunajzastupljenije elijske tehnologije u svijetu sa tri milijarde korisnikau 2007. god.. Evolutivni razvitak UMTS sistema od izdanja R99 do aktuelnog izdanja Rel-8 je izuzetno brz i dinamian.

LTE je novi radijski pristup optimiziran za potpuni IP saobraaj, a njegova standardizacija je u toku.

Evolucija jezgrene mree je opisana kroz SAE. Poboljanja koja suuvedena se odnose na vee brzine prijenosa podataka i poboljanjeperformansi cjelokupnog sistema.

Oigledno je da se ovaj kontinuirani razvitak nee zavriti sa HSPA i LTE evolucijom.

Naredni korak u evoluciji mobilnih komunikacijskih sistema se oznaava kao 4G. S obzirom na kontinuiranu prirodu evolutivnogprocesa ne mogu se sa sigurnou definisati tehnoloki koraci kojie predstavljati slijedeu generaciju mobilnih sistema.

4. 3G-UMTS

Documents

Transcript of 4. 3G-UMTS