Excerpt
UMTS:
Grundlagen der W-CDMA Zellplanung
Diplomarbeit
Sommersemester 2001
Diplomand:
Alexander Beck
Inhaltsverzeichnis
1
EINLEITUNG... 5
1.1 A
UFGABENSTELLUNG
/ T
ASK
... 5
1.1.1 Deutsch... 5
1.1.2 English ... 6
1.2 A
UFBAU DER
D
IPLOMARBEIT
... 7
2
MOBILFUNKGESCHICHTE IN DEUTSCHLAND ... 8
3
DIE WELTWEITE STANDARDISIERUNG DER UMTS-LUFTSCHNITTSTELLE ... 9
3.1 F
REQUENZBAND FÜR
UMTS
IN
D
EUTSCHLAND
... 13
3.2 UMTS-L
IZENZEN IN
D
EUTSCHLAND
... 14
4
DIE SYSTEMARCHITEKTUR BEI UMTS ... 15
5
MEHRFACHZUGRIFF AUF DIE LUFTSCHNITTSTELLE ... 17
5.1 F
REQUENCE
D
IVISION
M
ULTIPLE
A
CCESS
(FDMA)... 17
5.2 T
IME
D
IVISION
M
ULTIPLE
A
CCESS
(TDMA) ... 18
5.3 C
ODE
D
IVISION
M
ULTIPLE
A
CCESS
(CDMA) ... 19
5.4 UTRA-FDD (W-CDMA)... 20
5.5 UTRA-TDD (TD-CDMA) ... 21
6
CODE-SPREIZUNG ... 22
6.1 R
AHMENAUFBAU UND
C
ODIERUNG IM
U
PLINK
-P
FAD
(FDD) ... 28
6.2 R
AHMENAUFBAU UND
C
ODIERUNG IM
D
OWNLINK
-P
FAD
(FDD)... 32
6.3 E
RMITTLUNG DES
S
PREIZFAKTORS
... 33
7
SCRAMBLING CODES ... 34
7.1 S
PREIZCODES VS
. S
CRAMBLING
C
ODES IM
U
PLINK
-P
FAD
... 35
7.2 S
PREIZCODES VS
. S
CRAMBLING
C
ODES IM
D
OWNLINK
-P
FAD
... 36
8
RAKE EMPFÄNGER ... 37
9
LEISTUNGSREGELUNG... 40
9.1 O
PEN
-L
OOP
P
OWER
C
ONTROL
... 41
9.2 C
LOSED
-L
OOP
P
OWER
C
ONTROL
... 42
9.3 O
UTER
-L
OOP
P
OWER
C
ONTROL
... 44
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 4
10 HANDOVER ... 46
10.1
H
ARD
H
ANDOVER
... 47
10.2
S
OFTER
H
ANDOVER
... 48
10.3
S
OFT
H
ANDOVER
... 49
10.4
B
EISPIEL FÜR EINEN
S
OFT
H
ANDOVER
... 50
11 ZELLSTRUKTUR UND DATENRATEN ... 52
12 ADAPTIVE ANTENNEN ... 54
13 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK... 58
A
ANHANG ... 60
A.1
A
BKÜRZUNGEN
[14, 15] ... 60
A.2
UMTS - A
NTENNEN
... 71
A.3
A
BBILDUNGSVERZEICHNIS
... 81
A.4
T
ABELLENVERZEICHNIS
... 83
A.5
L
ITERATURVERZEICHNIS
... 84
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 5
1 Einleitung
1.1 Aufgabenstellung / Task
1.1.1 Deutsch
Es gibt heutzutage weltweit unterschiedliche Mobilfunktechniken. Zu der am
weitverbreitetsten Technik gehört das ,,Globale System für Mobilkommunikation",
der sogenannte GSM-Standard. Er wird derzeit von rund 440 Millionen Teilnehmern
auf der ganzen Welt genutzt. Obwohl mit GSM fast überall ausgezeichnet zu
telefonieren ist, lassen sich Daten jedoch nur bis 9,6 kbit/s übertragen. Nur neue
Verfahren ermöglichen eine schnellere und größere Menge von Datenüber-
tragungen.
Der Einsatz des ,,Universal Mobile Telecommunication System" (UMTS) soll nun die
Möglichkeiten bieten, mit höheren Datenübertragungsraten mobil zu
kommunizieren. Dieses neue System hat an der Luftschnittstelle geradezu
revolutionäre Eigenschaften, die sich vom klassischen Funkbetrieb und auch vom
GSM drastisch unterscheiden. Hinter UMTS verbirgt sich die sogenannte ,,Wideband
Code Division Multiple Access"-Technik (W-CDMA).
Meine Aufgabe ist es, mich mit den Grundlagen der neu eingesetzte W-CDMA-
Technik auseinander zusetzen. Demzufolge lautete auch der Titel der Diplomarbeit:
UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung
Schwerpunktmäßig konzentriert sich die Ausarbeitung auf die Luftschnittstelle der
UMTS-Technologie.
Die Arbeit ist für Personen konzipiert, die über ein entsprechendes technisches
Verständnis verfügen und sich einen Überblick über die W-CDMA-Technik ver-
schaffen möchten.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 6
1.1.2 English
Today there are different mobile telecommuniction technics worldwide. The most
common technique is the ,,Global System for Mobile Communication", the so called
GSM-Standard presently used by about 440 million people all over the world.
Although GSM allows excellent phoning almost everywhere, data is transferable
only up to 9,6 kbit/s. Only new methods will enable a faster and larger amount of
data transfer.
The usage of the ,,Universal Mobile Telecommunication System" (UMTS) will now
offer possibilities to communicate mobile with higher data transfers. This new
system has revolutionary characteristics, which drastically differentiate from
classical Radio operation and also GSM. Under UMTS is understood so called
,,Wideband Code Division Multiple Access" technic (W-CDMA).
My task is to describe the basics of newly W-CDMA technique. Therefore the title of
my thesis is:
UMTS: Basics of W-CDMA Cellplanning
The thesis focuses on the air-interface of the UMTS-Techology.
This thesis is designed for persons with technical background who wish to get an
overview of W-CDMA technique.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 7
1.2 Aufbau der Diplomarbeit
Der Aufbau der Arbeit orientiert sich stark an der Vorgangsweise, mit der ich das
Thema von Beginn an bearbeitet habe:
Kapitel 2 geht auf die Mobilfunkgeschichte in Deutschland ein. Es ist ein historischer
Rückblick auf die 3 Mobilfunkgenerationen.
Das 3. Kapitel zeigt, dass UMTS, wie anfänglich angepriesen, doch nicht einen
weltweit einheitlichen Mobilfunkstandard darstellt.
Auf die Systemarchitektur, bzw. auf die neue Begriffe bei UMTS, geht Kapitel 4
näher ein.
Da die Luftschnittstelle ein begrenztes Medium darstellt, zeigt Kapitel 5, wie durch
Mehrfachzugriff eine effektivere Ausnutzung der knappen Ressource zu erreichen
ist.
Das 6. und 7. Kapitel behandeln die verschiedenen Codes, die bei CDMA-Verfahren
eine sehr wichtige Rolle spielen.
Durch eine spezielle Empfängertechnik nutzen CDMA-Systeme die Mehrwegeaus-
breitung zum eigenen Vorteil. Wie dies funktioniert erörtert Kapitel 8.
Kapitel 9 setzt sich mit den verschiedenen Leistungsregelungsarten auseinander,
ohne die eine Kommunikation nicht möglich wäre.
Der ,,Soft Handover" in CDMA-Systemen ist ein weiteres Feature, das Kapitel 10
näher veranschaulicht.
Die Datenraten variieren je nach Fortbewegungsgeschwindigkeit der Mobilstation.
Kapitel 11 zeigt, mit was für Datenraten bei UMTS zu rechnen ist.
Kapitel 12 geht auf neuartige Antennen ein, deren Entwicklung sich noch in der
Testphase befindet. Die sogenannten ,,intelligenten" Antennen könnten in den
nächsten Jahren nicht nur bei UMTS, sondern auch bei GSM zum Einsatz kommen.
Kapitel 13 fasst nochmals die Vorteile der W-CDMA-Technik zusammen und gibt
noch einen kurzen Ausblick auf die 4. Mobilfunkgeneration.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 8
2 Mobilfunkgeschichte
in
Deutschland
Das 1957 eingeführte A-Netz ist als erstes Mobilfunknetz Deutschlands anzusehen.
Hierbei handelt es sich um eine analoges Verfahren, bei dem das Nutzsignal auf
einen analogen Träger aufmoduliert wird. Die Funtionsweise ist vergleichbar mit
einem Modulator-Demodulator, kurz Modem. Die digitale Signale, wie Daten oder
Kurznachrichten, müssen auf einen analogen Träger moduliert, und nach
anschließender Übertragung vom Empfänger wieder demoduliert werden. Das A-
Netz unterstützt mobile Kommunikation, welche aber nur auf den städtischen
Bereich beschränkt ist. Pro Endgerät existiert eine einzige, an einen Ort gebundene
Frequenz [2, 14].
1972 erfolgt die Einführung des B-Netzes. Hier handelt es sich ebenfalls um ein
analoges Verfahren. Der Vorteil gegenüber dem A-Netz ist das Roaming, mit
dessen Hilfe es von nun an möglich ist, auch in anderen Gebieten Deutschlands
mobil telefonieren zu können. Der Nachteil jedoch ist, dass die komplette
Mobilfunknummer des Teilnehmers sich immer wieder neu aus dem Aufenthalts-
bereichs-Code der Basisstation, der Nummer des Übergangsknotens und der
Teilnehmeridentifikation zusammensetzt [2, 14].
Das analoge C-Netz bringt 1985 eine Revolution hervor. Es unterstützt zum
erstenmal das automatische unterbrechungsfreie Weiterreichen eines
Mobilfunkteilnehmers bei Wechsel der Funkversorgungszelle [2, 14].
Alle Mobilfunknetze bis einschließlich C-Netz sind der ersten Generation
zugeordnet. Die zweite Generation des Mobilfunks entsteht 1992 durch die
Einführung des digitalen C-Netzes mit dem heute am weitverbreitetsten ,,Global
System für Mobilkommunikation" (GSM) [2, 14].
Schließlich gehen 1995 das E1-Netz und 1998 das E2-Netz in Betrieb. Beide Netze
nutzen ebenfalls die GSM-Technik, nur dass sie in einem anderen Frequenzbereich
arbeiten als das D-Netz [2].
In die Zukunft blickend wird das ,,Universal Mobile Telecommunication System"
(UMTS) 2002 als dritte Generation in Deutschland eingeführt. Über dessen
Standardisierung soll folgendes Kapitel Aufschluss geben.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 9
3 Die weltweite Standardisierung der UMTS-Luftschnittstelle
Bereits Mitte der 80er Jahre wurden Anstrengungen unternommen, einen weltweiten
Standard für die Errichtung eines öffentliches Kommunikationssystems zu ent-
wickeln. Die von der ,,International Telecommunication Union" (ITU) ins Leben
gerufene Arbeitsgruppe ,,Task Group 8/1" übernahm die Aufgabe, Anforderungen
und Systemparameter für ein globales ,,Future Public Land Mobile Telecommuni-
cation System" (FPLMTS) zu entwickeln, welches ab 1995 die Bezeichnung
,,International Mobile Telecommunication at 2000MHz" (IMT-2000), erhielt [2, 3].
Im Mai 2000 verabschiedete die ITU fünf terrestrische Funkschnittstellen für die
Mobilfunksysteme der dritten Generation [5]:
IMT-DS
Direct Sequenz, alias UTRA-FDD oder W-CDMA
IMT-MC
Multi-Carrier, alias CDMA2000
IMT-TC
Time-Code, alias UTRA-TDD oder TD-CDMA
IMT-SC
Single-Carrier, alias EDGE
IMT-FT
Frequency-Time, alias DECT
Diese fünf Funkschnittstellen gehören zur ,,IMT-2000"-Familie, vgl. Abbildung 1.
Abbildung 1: Terrestrische Funkschnittstellen der IMT-2000 [5]
CDMA
TDMA
FDMA
IMT-DS
(Direct Spread)
UTRA FDD
(W-CDMA)
IMT-MC
(Multi Carrier)
CDMA2000
IMT-TC
(Time-Code)
UTRA TDD
(TD-CDMA)
IMT-SC
(Single Carrier)
UWC-136
(EDGE)
IMT-FT
(Frequency Time)
DECT
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 10
IMT-DS und IMT-TC
Innerhalb von Europa entstand aus den Techniken IMT-DS bzw. W-CDMA und IMT-
TC die Netzzugangsarchitektur ,,UMTS Terrestrial Radio Access" (UTRA).
Um beide Techniken besser unterscheiden zu können, entstanden die Begriffe
,,UTRA Frequency Division Duplex" (UTRA-FDD) für den IMT-DS-Standard und
,,UTRA Time Division Duplex" (UTRA-TDD) für den IMT-TC-Standard [18].
Japan nutzt ebenfalls den UTRA-Standard und setzt hierbei auf ein reines UTRA-
FDD-Netz [1].
IMT-MC
Das IMT-MC- bzw. CDMA 2000-Verfahren kommt als Mobilfunkverfahren in der
USA zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des ,,Interim
Standard IS-95" der zweiten Generation [4].
IMT-SC
Das IMT-SC-Verfahren bzw. EDGE könnte sich in Europa für diejenigen Mobilfunk-
betreiber als Standard erweisen, die bei der Vergabe der UMTS-Frequenzen leer
ausgingen [19].
EDGE ist eine Erweiterung des bestehenden GSM-Standards, basierend auf der
bestehenden Technologie des 200-kHz-Trägers und den zugehörigen Frequenzen.
Durch die Verwendung eines ,,Time Division Multiple" (TDM) Kanals, der anstatt
einer Bandbreite von 9,6 kbits/s (bei alter GSM-Technik) nun 48 kbit/s zur
Verfügung stellt, ist es möglich, eine Datenübertragungsrate von bis zu 384 kbit/s
(48 kbit/s x 8 Kanäle) zu erreichen [2].
IMT-FT
IMT-FT bzw. DECT ersetzt ältere analoge schnurlose Telefonsysteme.
DECT wurde bis Mai 2000 als ,,Digital European Cordless Telephone" oder ,,Digital
European Cordless Telecommunication" bezeichnet, ehe dann ITU mit der
Bezeichnung ,,Digital Enhanced Cordless Telecommunication" den Standard setzte
[2].
Abbildung 2 stellt die Entwicklung der Mobilfunk-Luftschnittstellen grafisch dar.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 11
Abbildung 2: Entwicklung der Luftschnittstelle [7]
Fazit der weltweiten Standardisierung
Es ist anzunehmen, dass sich durch die fortschreitende Standardisierung letzt-
endlich drei Megamärkte herauskristallisieren [8]:
Während Japan und Europa W-CDMA nutzen, setzen die USA auf CDMA 2000 und
EDGE/UWC-136. Der Grund für die kontinentalen Unterschiede liegt in der Archi-
tektur der jeweils bestehenden Mobilfunknetze. So eignet sich zum Beispiel W-
CDMA am besten, um eine GSM-Infrastruktur in ein UMTS-Netz zu verwandeln.
Anders in Amerika: hier gibt es kaum GSM-Netze. Die Mehrzahl der bestehenden
Netze basieren auf D-AMPS oder CDMA/IS 95, die bei Einführung der dritten
Generation zu EDGE/UWC-136 oder CDMA 2000 migrieren. Einzig der in Japan
eingesetzte ,,Personal Digital Cellular"-Standard (PDC) erhält nach jetzigem Stand
der Technik keine Ableger mit größerer Bandbreite und wird deshalb mit der Zeit an
Bedeutung verlieren [7, 8].
Abbildung 3 gibt einen Einblick über die weltweiten Frequenzverteilungen der IMT-
2000-Familie. Hier ist deutlich zu sehen, dass das Frequenzband in den USA schon
durch das Personal Communication System (PCS) der zweiten Mobilfunk-
generation belegt ist. Dadurch kommt es zu einer schrittweisen Einführung der
dritten Generation, indem Amerika dieses Frequenzband teilweise ersetzt [4].
GSM
TDMA/FDMA
9,6 (14,6) kbit/s
IS-136 (D-AMPS)
TDMA
19,2 kbit/s
IS-95 (cdmaOne)
CDMA
8,0 (13,0) kbit/s
PDC
TDMA/FDMA
9,6 kbit/s
HSCSD
GPRS
EDGE
IS-136+
IS-136
HS
IS-95 B
56 kbit/s
45-160
kbit/s
384
kbit/s
43,2 kbit/s
384 kbit/s
1 Mbit/s
64 kbit/s
UMTS
W-CDMA/TD-CDMA
144, 384 kbit/s
2 Mbit/s
UWC-136
TDMA
144, 384 kbit/s
2 Mbit/s
cdma 2000
CDMA
n x 64 kbit/s -
2 Mbit/s
IMT-2000
2 G
2,5 G
3 G
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 12
Abbildung 3: Frequenzbänder für IMT-2000 [2]
Neben IMT-2000 gehört noch ein weiteres Netz, das Mobile Satellite System (MSS),
zur dritten Generation, auf welches im Rahmen der Diplomarbeit jedoch nicht näher
eingegangen werden soll.
Die Vergabe der Frequenzen bei UMTS in Deutschland erfolgte im Sommer 2000.
Wie sich die Verteilung im einzelnen gestaltete und welche Bedingungen an die
Netzbetreiber gestellt wurden, zeigen die folgenden zwei Kapitel.
GSM 1800
DECT
UMTS
UMTS
MSS
IMT 2000
PHS
IMT 2000
IMT 2000
PCS
Europa
China
Japan,
Korea (ohne PHS)
USA
1800
1850
1900
1950
2000
2050
2100
2150
2200
IMT 2000
MSS
MSS
GSM 1800
IMT 2000
MSS
ITU-Zuweisung
Reserve
MSS
MSS
MSS
IMT 2000 MSS
M
D
S
MSS
MSS
1885
1980
2010
2025
2110
2170
1880
1880
1885
1895
1918
1990
2160
MSS = Mobile Satellite Services
MDS = Multipoint Distribution Service / Mobile Data Service
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 13
3.1 Frequenzband für UMTS in Deutschland
Die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) ermöglichte die
Versteigerung der entsprechenden Frequenzen im Sommer 2000. Das zur
Verfügung stehende Frequenzspektrum von 2 x 60 MHz wurde in 12 abstrakten
Blöcken zu je 2 x 5 MHz zur Versteigerung gegeben. Erwerben konnten die
Netzbetreiber höchstens 3, jedoch mindestens 2 Blöcke. Jeder erworbene Block
beinhaltete einen weiteren Block des Frequenzbandes, weshalb in diesem Zu-
sammenhang auch von gepaarten Blöcken gesprochen wird, vgl. Abbildung 4. In
der zweiten Runde standen darüber hinaus 5 ungepaarte Blöcke zu je 5 MHz zur
Disposition [20].
FDD-Spektrum:
Sendefrequenzen für Mobilstationen im FDD-Mode
Uplink (1920 1980 MHz)
Sendefrequenzen für Basisstationen im FDD-Mode
Downlink (2110 2170 MHz)
TDD-Spektrum:
Sendefrequenzen für Mobil- und Basisstationen im TDD-Mode
(1900 1920 MHz). Die untersten zwei TDD-Frequenzblöcke
aus dem 2010 2025 MHz-Bereich sind für lizenzfreie
Anwendungen reserviert. Ein Grund für die Vergabe von zwei
lizenzfreien Blöcken liegt darin, dass für deren Nutzung
geringere Schutzbänder als bei lizenzierten notwendig sind
[6].
Abbildung 4: UMTS/IMT-2000-Kanalplan [6]
S
1
20 MHz
(ungepaart)
S
2
59,4 MHz (gepaart)
(FDD-Unterband)
S
3
S
4
SPA*
SPA*
5 MHz
(unge
paart)
S
5
S
6
59,4 MHz (gepaart)
(FDD-Oberband)
S
7
1900,0
1900,1
1920,1
1920,3
1979,7
1980,0
MHz
MHz
MHz
MHz
2170,0
2169,7
2110,3
2110,0
2025,0
2024,7
2019,9
2019,7
2010,5
2010,0
* Lizenzfreie Anwendungen (SPA = Self provided applications operating in a self coordinated environment).
S X Schutzband Nr X
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 14
3.2 UMTS-Lizenzen in Deutschland
Am 31. Juli 2000 startete die Versteigerung der UMTS-Lizenzen in Deutschland. Die
RegTP hatte 11 Bewerber zur Teilnahme an der Versteigerung der Lizenzen
zugelassen.
Zwei Eckdaten hat die RegTP jedoch eindeutig gesetzt:
Bis Ende 2003 muss ein Versorgungsgrad von 25 Prozent in der Bevölkerung
erreicht sein, bis Ende 2005 sogar 50 Prozent. Andernfalls verfällt die Lizenz.
Danach entscheidet der Regulierer gegebenenfalls über weitere Auflagen. ,,Wir
behalten uns je nach Entwicklung vor, nach dem 31.12.2005 die Versorgungs-
pflicht auf 70 Prozent zu erhöhen", sagte der damals amtierende Präsident der
RegTP, Klaus-Dieter Scheuerle [10].
Am 18. August 2000 standen die Gewinner der UMTS-Lizenzen fest. Von den
anfangs 11 Bewerbern blieben am Ende nur 6 Netzbetreiber übrig. Um einen
Überblick zu erhalten, welcher Netzbetreiber eine UMTS-Lizenz ersteigerte, dient
Abbildung 5 [11].
Abbildung 5: Ergebnis der UMTS-Lizenzenversteigerung [11]
Um auf technische Grundlagen von W-CDMA eingehen zu können, müssen
Systemarchitektur bzw. die dazugehörigen neuen Begriffe bekannt sein.
Demzufolge geht das nächste Kapitel auf die neue UMTS-Architektur ein.
E-Plus Hutchison
Group 3G
Mannesmann Mobilfunk
MobilCom Multimedia
T-Mobil
VIAG Interkom
2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz
2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz
2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz
2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz
2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz
2 x 5 MHz
Gesamtsumme:
Lizenznehmer
Erworbenes
Frequenzspektrum
99.368.200.000
16.517.000.000
16.704.900.000
16.491.000.000
16.594.800.000
16.568.700.000
16.491.800.000
DM
Alexander Beck
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Seite 15
4 Die Systemarchitektur bei UMTS
Die Systemarchitektur bei UMTS gliedert sich in drei Hauptbestandteile, die
wiederum aus verschiedenen Netzelementen bestehen [4]:
· User
Equipment
(UE)
· UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
· Core
Network
(CN)
Abbildung 6: Systemarchitektur bei UMTS [4]
User Equipment (UE)
Das ,,User Equipment" (UE) besteht aus dem ,,Mobile Equipment" (ME) und dem
,,UMTS Subscriber Identity Module" (USIM). Beim ME handelt es sich um die
Mobilstation, die eine Funkübertragung über die ,,Uu"-Schnittstelle erst ermöglicht.
Bevor es aber zu einer Übertragung kommen kann, muss sich der Teilnehmer durch
das ,,UMTS Subscriber Identity Module" (USIM) identifizieren. Dieses USIM ist
vergleichbar mit der SIM-Karte bei GSM. Sie enthält alle Informationen und
Funktionen, die zur Verschlüsselung und zur Authentisierung des Teilnehmers
gegenüber dem Netz erforderlich sind. Die Schnittstelle zwischen USIM und ME
nennt sich ,,Cu"-Schnittstelle [2].
Cu
UE
Iub Iur
UTRAN
CN
RNS
RNS
USIM
ME
Node B
Node B
RNC
Node B
Node B
RNC
MSC/
VLR
SGSN
Iu CS
Iu PS
Uu
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 16
UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
Das Netzelement UTRAN ist für alle funkübertragungsrelevanten Funktionen
zwischen UE und CN verantwortlich. Die Kommunikation von UE und UTRAN findet
über die sogenannte ,,Uu"-Schnittstelle statt.
UTRAN besteht aus einer oder mehreren ,,Radio Network Subsystems" (RNS), die
wiederum einen ,,Radio Network Controller" (RNC) und ein oder mehrere ,,Node B"
beinhalten.
Das RNC ist für die Verwaltung der Funkschnittstelle via Node B verantwortlich. Er
ist vergleichbar mit einem ,,Base Station Controller" (BSC) bei GSM.
Ein Node B ist identisch mit einer ,,Base Transceiver Station" (BTS) in GSM und
reguliert somit die Funkübertragung in einer oder mehreren Zellen.
Die Aufgaben eines RNS beinhalten die Verschlüsselung des Funkkanals, die
Steuerung der Verbindungsübergabe bei Zellenwechsel oder auch die Verwaltung
der Funkressourcen.
Über die ,,Iub"-Schnittstelle kommunizieren RNC und Node B miteinander. Bei
UTRAN kommt es im Gegensatz zu GSM noch zu einer Kommunikation zwischen
RNC's über die ,,Iur"-Schnittstelle. Dies ist dadurch zu erklären, dass es bei UMTS
zu einem Soft-Handover kommen kann, welches Kapitel 10 näher erläutert [2].
Core Network (CN)
Der dritte Hauptbestandteil zur Gewährleistung der Kommunikation ist das so-
genannte ,,Core Network" (CN). Dieses Kernnetz enthält alle Mechanismen für eine
Verbindungsübergabe an andere Systeme und bietet hierdurch Schnittstellen zu
anderen Fest- oder Mobilfunknetzen.
Außerdem ist es möglich, die Daten leitungsorientiert (,,circuit switched") über das
,,Mobile Switching Center" (MSC) oder paketorientiert (,,packet switched") über den
,,Serving GPRS Support Node" (SGSN) zu übertragen.
Im ersten Fall wird die ,,IuCS"-, im zweiten die ,,IuPS"-Schnittstelle genutzt. Diese
beiden auf einer ,,Iu"-Schnittstelle basierenden Schnittstellen sind vergleichbar mit
der A-Schnittstelle bei GSM zwischen BSC und MSC [2].
Da nun die Grundkenntnisse der UMTS-Systemarchitektur bekannt sind, folgt im
nächsten Kapitel, welche technischen Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um das
begrenzte Medium Luft effizienter ausnutzen zu können.
Alexander Beck
Diplomarbeit
Seite 17
5 Mehrfachzugriff auf die Luftschnittstelle
Alle Systeme, die Daten per Funk übertragen wollen, stehen vor demselben
Grundproblem: Das physikalische Übertragungsmedium existiert nur einmal. Wollen
nun mehrere Benutzer gleichzeitig kommunizieren, d.h. ist ein Mehrfachzugriff zu
organisieren, so erfordert dies ein geeignetes Verfahren.
Im Laufe der Zeit wurden dazu drei Methoden entwickelt:
FDMA (Frequency Division Multiple Access, Frequenzmultiplex)
TDMA (Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex)
CDMA (Code Division Multiple Access, Codemultiplex)
5.1 Frequence Division Multiple Access (FDMA)
Das Frequenzmultiplex-Verfahren teilt das gesamte Frequenzband auf. Jeder
Benutzer erhält seine eigene Frequenz, über die er kommunizieren kann, vgl.
Abbildung 7.
Abbildung 7: FDMA-Verfahren
Durch Modulation unterschiedliche Trägerfrequenzen mit den jeweils zu
übertragenden Nachrichten, kommt eine Einteilung des Frequenzspektrums in
Frequenzbänder zustande. Empfangsseitig erfolgt die Trennung der Signale durch
entsprechende Filterung [2].
Frequenz
1
2
3
Leistung
Zeit
FDMA
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Seite 18
Frequenz
1
2
3
Leistung
Zeit
TDMA
Nachteile dieses Verfahrens sind:
· Kapazitätsbindung auch ohne Verkehr
· Beeinflussung benachbarter Kanäle
· Frequenzstörungen
wirken
massiv
· Großer Geräteaufwand für ,,frequency hopping"
5.2 Time Division Multiple Access (TDMA)
Das TDMA-Verfahren teilt im Vergleich zu FDMA den gesamten Zeitbereich in
Zeitschlitze, sogenannte Time-Slots ein. Jeder Benutzer kann nur in einem ihm
zugeordneten Zeitschlitz Daten übertragen, vgl. Abbildung 8 [2].
Abbildung 8: TDMA-Verfahren
Nachteile dieses Verfahrens sind:
· Alle Teilnehmer müssen sich auf den Systemtakt synchronisieren
· Störungen beeinflussen das gesamte TDMA-Signal
· Nur bei digitalen Übertragungen sinnvoll
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- Quote paper
- Alexander Beck (Author), 2001, UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/185661
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