1 / 40

Sustavi 2.5 i 3. generacije mobilnih mreža

Sustavi 2.5 i 3. generacije mobilnih mreža. Povećani zahtjevi za prijenos podataka. Generacija 2.5. Generaciju 2.5 mobilnih mreža čini GSM s nadogradnjom: GPRS – General Packet Radio System HSCSD – High Speed Circuit Switched Data EDGE – Enhanced Data Rates for Global Evolution

orinda
Download Presentation

Sustavi 2.5 i 3. generacije mobilnih mreža

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Sustavi 2.5 i 3. generacijemobilnih mreža

  2. Povećani zahtjevi za prijenos podataka

  3. Generacija 2.5 • Generaciju 2.5 mobilnih mreža čini GSM s nadogradnjom: • GPRS – General Packet Radio System • HSCSD – High Speed Circuit Switched Data • EDGE – Enhanced Data Rates for Global Evolution • Američki IS-95 ima nadogradnju • IS-95B • CDMA2000 1xRTT

  4. Razvoj GSM-a GSM VOICE DATA Circuit mode Circuit mode Packet mode 9.6 kbit/s 14.4 kbit/s HSCSD GPRS ECSD EGPRS

  5. HSCSD – High Speed Circuit Switched Data • Jednostavna i jeftina nadogradnja GSM • Koristi K vremenskih intervala (do 4) u GSM okviru • Brzina prijenosa podataka je K x 9.6 kbps ili K x 14.4 kbps • Traži samo programsku nadogradnju i mobitele koji podržavaju ovaj sustav • Nedostatak: loše iskorištavanje radio-spektra • Prednost nad GPRS-om: omogućava real-time aplikacije

  6. GPRS – Global Packet Radio System • Koristi 8 vremenskih intervala • Maksimalna brzina do 115 kbps • Jedna veza ne zauzima cijelo vrijeme sve međukonekcijske linije • Nije pogodan za stvarnovremenske aplikacije jer se ne mogu jamčiti maksimalna kašnjenja paketa • Mreža zahtjeva nove komponente i prilagođenje postojećih

  7. Razvoj mreže prema GPRS-u SOG A’’ A BSC BTS MSC/VLR HLR Gr (MAP) Gb Gs IP Network Gi (IP) SGSN GGSN Gn Gn BGW Backbone Network IP SGSN – Serving GPRS Support Node GGSN – Gateway GPRS Support Node BGW – Billing Gateway

  8. Proširenje GSM prema GPRS • SGSN (Serving GPRS Support Node) – uslužni GPRS potporni čvor • usmjerava pakete iz i prema MS unutar područja pokrivanja usmjeravanja (RA-Roaming Area) • kriptografska zaštita podataka i provjera autentičnosti • upravljanje sjednicom • upravljanje pokretljivošću • prikupljanje podataka za naplatu usluge • suradnja s HLR-om, MSC-om, GMSC-om i GGSN-om

  9. GGSN (Gateway GPRS Support Node) – prilazni GPRS potporni čvor • upravljanje GPRS sjednicom i uspostavljanje komunikacije prema vanjskim mrežama • pridruživanje korisnika pravom SGSN-u • Upravljanje pokretljivošću • prikupljanje podataka za naplatu • suradnja s SGSN-om

  10. EDGE – Enhanced Date rates for Global Evolution • Uvodi se 8PSK modulacija – 3 x veća brzina prijenosa podataka • Koegzistira sa GMSK • Traži programsku i sklopovsku nadogradnju baznih postaja • Sklopovski se lako može nadograditi ukoliko izlazno pojačalo može podržati veliki odnos vršne i srednje vrijednosti signala • 8PSK efikasan za manje udaljenosti (traži veći S/N) – za pokrivanje manjih površina • GMSK – za pokrivanje većih površina

  11. EGPRS – Enhanced GPRS • Kombinacija GPRS i EDGE • Koristi svih 8 vremenskih okvira • Maksimalna brzina 384 kbps • Može se koristiti samo u blizini bazne postaje

  12. 3 G mobilni sustavi • 1991. kada je pokrenut prvi komercijalni GSM sustav u Finskoj ETSI (European Telecommunications Standards Institute) pokreće rad na 3G sustavu – UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) • 1996./1997. ARIB (Associations for Radio Industries and Businesses) i ETSI usvojili WCDMA tehniku kao temeljni koncept za 3G mobilne sustave • 3GPP (Third Generation Partnership Project) – u suradnji sa vodećim telekomunikacijskim tvrtkama razvija 3 G sustav

  13. Frekvencijska raspodjela • UMTS sustavu s FDD dupleksom dodijeljeno je frekvencijsko područje 1920-1980 MHz za uzlaznu vezu (MSBS) i 2110-2170 MHz za silaznu vezu (BSMS).

  14. Ciljevi UMTS-a: • Osobna pokretljivost uz prijenos govora, podataka i multimedije • brzina prijenosa do 144 kb/s u svim uvjetima, do 384 kb/s na otvorenom prostoru, a do 2 Mb/s zatvorenom prostoru • komutacija kanala i paketa • simetrični i asimetrični prijenos • Visoka kvaliteta govora • podrška i uskopojasnim i širokopojasnim uslugama • Visoka spektralna djelotvornost • Integracija s fiksnom mrežom i koegzistencija s 2G sustavima • Brzi pristup Internetu

  15. 2. Operacijski ciljevi: • Sposobnost podržavanja telefona koji mogu biti korišteni bilo gdje u Europi, širom svijeta, kod kuće u gradu, itd. • Sposobnost podržavanja različitih tipova terminala • Dual mode/band terminale za roaming između UMTS/GSM mreža • 3. Mrežna gledišta: • Razvoj GSM i ISDN-a • Elementi mobilne/fiksne pokrivenosti • 4. Ekonomske posljedice: • Proizvođačko natjecanje • Ekonomske pogodnosti

  16. Radio sučelje • ETSI standard je razvio radio sučelja UMTS-a na zemlji - UMTS zemaljski radio pristup (UTRA-UMTS Terrestial Radio Access) • UTRA podržava hijerarhijsku ćelijsku strukturu s obzirom na brzinu prijenosa, zone pokrivanja, gustoću korisnika i brzinu kretanja: • svjetska ćelija: do 144 kb/s, udaljeni krajevi, slaba naseljenost, brzine kretanja do 1000 km/h • makro ćelije: 144-384 kb/s, prigradska područja, srednja naseljenost, brzina 120-500 km/h • mikro ćelije: 384-2048 kb/s, gradsko područje, velika naseljenost, brzine kretanja do 120 km/h • piko ćelije: 2048 kb/s, zatvoreni prostor, vrlo velika gustoća korisnika, mirovanje ili hodanje

  17. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) • WCDMA– širokopojasni višestruki pristup u kodnoj podjeli • Sustav uključuje: • Širokopojasne CDMA nosioce za veliku binarnu brzinu • Fleksibilni fizički sloj za implementaciju UMTS usluga, s podrškom za različite brzine prijenosa

  18. WCDMA -FDD • Koristi odvojene frekvencijske pojaseve za up-link i down-link širine 5 MHz • Svaki nosilac podijeljen je na 10 ms radio okvire, svaki okvir na 15 intervala • 3.84 Mcps – chip rate (chip je bit u kodnoj riječi, ne bit podataka) • Spreading factor – omjer chip rate i bit rate • može biti od 4 do 512 • Svaki kanal ima svoj spreading kod (kod za proširenje spektra) • Svi korisnici mogu raditi na istoj frekvenciji jer su razdvojeni ortogonalnim kodovima, ali povećanje broja korisnika i njihovih snaga znači povećanje razine šuma u korisnom kanalu

  19. CDMA- Code Division Multiple Access CDMA pristupna tehnika koristi ortogonalne kodove za proširenje spektra koji se dodijeljuju pojedinom korisniku

  20. CDMA pripada grupi modulacija proširenog spektra (spread spectrum) • temelji se na metodi raspršenja snage signala na široki frekvencijski pojas, tako da spektralna gustoća signala padne čak ispod razine šuma • time je omogućeno postojanje više radio sustava u istom frekvencijskom području • detekcija željenog signala na prijemu postiže se korelacijom s odgovarajućim raspršnim kodom

  21. WCDMA – wideband CDMA je širokopojasna modulacija kod koje se obično koristi tzv. direktna sekvenca za raspršni kod • Raspršni kod predstavljaju pseudoslučajni bitovi (chips), pri čemu je chip rate nekoliko puta veći odbrzine bitova informacije • za chip rate 3.84 Mcps koji se koristi u UMTS-u širina kanala je 5MHz • U sustavu je omogućeno korištenje različitih faktora raspršenja i različitih tipova kodova

  22. CDMA – način proširenja spektra PN sekvencom

  23. Spektar signala prije proširenja Spektar signala poslije proširenja

  24. Raspršni kodovi moraju biti ortogonalni da se u istom frekvencijskom području može ostvariti više radio-veza • Nakon raspršivanja signal se modulira nekom od diskretnih modulacijskih tehnika (BPSK ili QPSK uobičajeno) • Na prijemniku se vrši despreading pri čemu se za željeni signal koji odgovara despreading kodu amplituda povećava za faktor raspršenja (pojačanje procesiranjem) - za sve ostale signale nema ovog pojačanja

  25. Primjer: • za govor brzina 12.2 kbs i uz 3.84 Mcps postiže se pojačanje 10 log (3.84 .106/ 12.2 .103)=25 dB • nakon despreadinga za dekodiranje govora traži se S/N > 5 dB • to zači da prijenosni signal može biti 5 – 25= -20 dB ispod razine interferencije i šuma

  26. RAKE prijemnik • WCDMA se koristi u sustavima s višestaznim prostiranjem • replike korisnog signala koje stižu na prijemnik s različitim kašnjenjem mogu se dekodirati na način da pojačavaju signal • koristi se prijemnik koji ima više grana u kojima se signal dekodira s različitim kašnjenjima – RAKE prijemnik • kašnjnje u pojedinoj grani može se podesiti na kašnjenje pojedine staze i za signal koji se prostirao tom stazom raspršni kod će biti u korelaciji, dok će za ostale staze biti ortogonalan

  27. Tipično kašnjenje u urbanom području reda 1 do 2 s, a može biti i do 20 s u otvorenom području • Za chip rate 3.84 Mcps trajanje chipa je 0.26 s • RAKE prijemnik može razdvojiti komponente koje stižu u razmaku najmanje 0.26 s – to znači da se duljina dviju staza razlikuje za najmanje 78 m • proračun kašnjenja odvija se dinamički i obnavlja se svakih nekoliko desetaka ms

  28. Ograničenja • pojačanje procesiranjem se smanjuje kako se povećava brzina informacije • CDMA sustav je ograničen snagom • potrebno je vrlo pažljivo kontrolirati snagu korisnika jer interferencija ograničava broj korisnika koji istovremeno koriste sustav

  29. Projektiranje mreže – razlike TDMA i CDMA (GSM – UMTS) • Projektiranje mreže je složen i dinamičan proces – zahtjeva stalno prilagođavanje potrebama prometa • Od izuzetne je važnosti dobra pokrivenost i dobro korištenje opreme • GSM – kritično je frekvencijsko planiranje • frekvencije se ponavljaju nakon određene udaljenosti • važna veličina klastera (broj ćelija) • oblik i veličina ćelija odstupaju od ideliziranog heksagonalnog oblika – ovisi o izgrađenosti i tipu terena • broj kanala je velik (200 kHz uskopojasni kanali)

  30. UMTS • Sve bazne postaje rade na istoj frekvenciji • U prvoj fazi dodjeljuje se 2 do 3 frekvencije po operateru (UMTS forum preporuča 2x15 MHz za FDD + 5 MHz za TDD) • Frekvencije se koriste hijerarhijski (makroćelije, mikroćelije, pikoćelije) • Potrebno je usklađivanje snaga susjednih baznih postaja da bi se interferencija držala u dozvoljenim granicama • Moraju se uskladiti zahtjevi za pokrivanjem i za potrebnom količinom prometa

  31. Veličina ćelija nije fiksna nego se mijenja ovisno o jakosti prometa • Povećanje kapaciteta nije izvedivo povećanjem broja kanala nego se moraju uvoditi nove bazne postaje – to utječe na sve okolne BS • Hijerarhijski pristup smanjuje područje na koje utječe uvođenje nove BS • Brzina prijenosa podataka je veća blizu BS jer je interferencija od drugih BS ovdje manja

  32. Ukoliko operator ima postojeću GSM mrežu prva faza je pokrivanje gušće naseljenih područja UMTS-om, a većih ruralnih područja starom mrežom (GPRS, EDGE) • Ukoliko je to GSM1800 položaji BS u tom sustavu su najvjerojatnije dobri i za BS za UMTS • Potrebna je brza prilagodba snage jer je uniformna snaga svih korisnika potrebna za maksimalni kapacitet mreže • SHO (soft hand-over) troši veliki dio kapaciteta te se mora osigurati opimalno rješenje – dodjeljuje se samo onoj MS kojoj je to potrebno, ne svima • Za mjerenje drugih BS kod HO koristi se metoda kompresije kako bi se dobilo vrijeme za skeniranje – manji spreading factor

  33. Poseban problem kod mikroćelija su brzi korisnici • Iz makroćelije prelaze u mikroćeliju sa velikom snagom i mogu u tolikoj mjeri povećati interferenciju da zaguše promet • Rješava se tako da brze korisnike pokrivaju samo makroćelije ili se formiraju usmjerene ćelije sa usmjerenim antenama duž ceste

  34. Problem raskršća – MS se pojavljuje u području BS poprečne ulice sa prevelikom snagom • Rješenje je da se hand-over napravi ranije • usljed refleksija i difrakcije postoji signal iza “ugla” • opasnost od gubitka veze kod preranog hand-overa • potrebno brzo smanjivanje snage

  35. UMTS mreža USIM – UMTS Suscriber Identity Module ME - Mobile equipment RNS – Radio Network Subsystem RNC – Radio Network Controler Node B – radijski primopredajni dio

  36. UMTS

  37. LIteratura • Bažant i ostali: Osnove arhitekture mreža, Element, Zagreb, 2004.

More Related