UMTS

1. UMTS Presentasjon av gruppe 2 Stian Cornelis Alsos Hans Inge Heien Stine Iren Sandvik Kristian Lier Selnæs Nhat-Anh Tran

2. Innhold • Bakgrunn og kort om arkitektur • Fra GSM til UMTS • Call handling • Mobility management • Kort demonstrasjon

3. Bakgrunn (1) • Økende etterspørsel etter mobile tjenester • Kapasitetsmessige begrensninger i nåværende systemer, spesielt pakkebaserte tjenester • Mange ulike, inkompatible standarder • Ønske om én felles standard • Stort antall organisasjoner involvert i standardiseringsarbeidet • Opprinnelig europeisk standardisering innen ETSI, utgangspunkt i GSM standardene, pluss utvidelser. • Nå global standard som administreres av 3GPP • 3GPP2 har jobbet med CDMA2000, et konkurrerende radiogrensesnitt

4. Bakgrunn (2) • UMTS lisenser ble tildelt etter to prinsipper • ”Beauty Contest” • Lisenssøkerne konkurrerte mhp ulike kriterier framsatt av landets myndigheter • Utrullingshastighet • Geografisk dekning • Finansiell styrke • Etc. • Gjennomført bl.a i Norge • Auksjon • De avsatte frekvensbånd auksjoneres ut til høystbydende • Aktørene tvunget til å ta opp store lån for å betale lisensene • Gjennomført bl.a i Tyskland og England • $45 milliarder for totalt 6 lisenser i Tyskland • $35 milliarder for totalt 5 lisenser i England

5. Bakgrunn (3) • Tre typer aksess defineres i UTRA • Pico cell • 2 Mbit/s • 50 m radius • 10 km/t • I bygninger, begrensede områder • Micro cell • 384 kbit/s • 500 m radius • 120 km/t • Byer og urbane områder • Macro cell • 144 kbit/s • 7 km radius • 500km/t

6. Bakgrunn (4) • Enkelt grensesnitt mot kjernenettet gir mulighet for flere aksessteknologier • UTRA • Satellitt • WLAN • Sømløs roaming mellom aksessteknologier

7. Radio Network Subsystem (RNS) Circuit Switched (CS) VLR HLR Node B User Equipment Packet Switched (PS) RNC RNC MSC GMSC GGSN SSGN Node B Core Network (CN) Arkitektur (1)

8. Arkitektur (2) • Radio Network Subsystem (RNS) • User Equipment (UE) • UMTS Subscriber Identity Module (USIM) • Mobile Equipment (UE) • Node B • Samme som GSM basestasjon • Radio Network Controller (RNC) • Samme som GSM basestasjonkontroller

9. Arkitektur (3) • Circuit Switched (CS) • Mobile Services Switching Centre (MSC) • Som i GSM • Home Location Register (HLR) • Som i GSM • Visitor Location Register (VLR) • Som i GSM • Gateway MSC (GMSC) • Som i GSM

10. Arkitektur (4) • Packet Switched (PS) • Serving GPRS Support Node (SGSN) • Som i GSM • Gateway GPRS Support Node (GGSN) • Som i GSM

11. HSS Multimedia IP networks UTRAN MGW MGW PSTN MSC Server GMSC Server GGSN SSGN CSCF HSS All-IP Core – Arkitektur (1)

12. All-IP Core – Arkitektur (2) • HSS – Home Subscriber Server • HLR + VLR • MGW – Media Gateway • VoIP data konverteres til konvensjonell tale data • CSCF – Call State Control Function • IP signallering via SIP

13. Fordeler Moderne netverksdesign Integrert nettverk for tale (VoIP) og data Billig rutingteknologi tilgjengelig Enkel implementasjon av nye tjenester Ulemper Trenger gateways til linjesvitsjede nett Komplisert migrasjon fra 2G (og dagens 3G) Ingen garantert QoS (IPv4) Sikkerhet? All-IP Core – Fordeler og ulemper

14. Fra GSM til UMTS • Fysisk lag • Kapasitetsforbedringer • IP over UMTS • EDGE vs. UMTS • Fremtidens trådløse nett

15. GSM fysisk lag • GSM bruker en kombinasjon av TDMA/FDMA (Time and Frequency-Division Multiple Access)

16. UMTS fysisk lag • Benytter seg av WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) • Tar i bruk hele frekvensspekteret • Sender i et mønster som bare en bestemt mobilmottaker ser som fornuftig, alle andre ser det som støy • Dette gir mulighet for høyere og varierende datarater, men det avhenger av antall brukere

17. Frequency Division Duplex • Sender ved at det hoppes hurtig i et bestemt frekvensmønster • Normalt sett minst følsom for støy • Benytter halve frekvensområdet til opplasting og den andre halvdelen til nedlasting

18. Time Division Duplex • Benytter hele frekvensspekteret til både opplasting og nedlasting • Jevnt over lavere effekt på signalet enn ved FDD • Sender i tilmålte tidsluker • Mer følsom for støy enn ved FDD • Benyttes i pico celler, der man kan få opp i mot 2 Mbit/s

19. Kapasitet ved GSM • Normalt 9,6 kbit/s • Mulighet for høyere overføring ved GPRS. Opp mot 50 kbit/s avhengig av hvor mange andre som benytter nettet

20. IP over UMTS • Ønsker å sy nettene tettere sammen uavhengig av underliggende teknologi • Alt over IP, IP over alt • Benytter IP for å få ende til ende tjenester. Gjerne i sammenheng med transportlaget over

21. VoIP over UMTS • VoIP sliter fortsatt med å få samme kvalitet som vanlig telefon har • Høyere forsinkelse når man sender en IP pakke til andre siden av jorden, enn hvis man benytter vanlig telefoni • Fordelen er at man alltid betaler lokal takst uansett hvor man ringer

22. UMTS vs. EDGE (1) • EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) bygger på GSM, men benytter en mer effektiv form for koding (8PSK) • Dette gir mulighet for 48 kbit/s per slot, mer i enkelte tilfeller • Mulighet for å overføre hele 384 kbit/s • Fordelen er at nettet allerede er der

23. UMTS vs. EDGE (2) • Digi i Malaysia, datterselskap av Telenor satser på EDGE fremfor UMTS • Fordelen til UMTS er enda høyere datarater • EDGE bringer mobilnettet ett skritt nærmere 3G ved å tilby høyere datarater

24. Fremtidens trådløse nett • Teknologiene sys bedre sammen • Mobilterminaler som kan kjøre både WLAN, UMTS, GSM • Benytter WLAN der det er tilgjengelig. UMTS i byer og ellers der det er tilgjengelig, og GSM der man ikke har kontakt med verken WLAN eller UMTS

25. Call Handling • Switching on • Call setup • Linjesvitsjet • Pakkesvitsjet • Switching off

26. Switching on • Terminalen må • Velge PLMN (operatør) • Velge celle • Registrere seg med domener i nettverket

27. Switching on • Terminalen mangler informasjon om omgivelsene • Leser signal fra omliggende celler • Søker etter PLMN • Sjekker flere frekvenser

28. Switching on • Valg av PLMN - Public Land Mobile Network • består av kjernenett og aksessnett • installert og administrert av en operatør • flere i hvert land • kjennetegnes av MCC og MNC MMC – Mobile Country Code, MNC – Mobile Network Code • prioritert liste over PLMN/operatører lagret i USIM • velger PLMN med høyest prioritet

29. Switching on • Valg av celle: • terminalen lager liste over potensielle celler • cellene må tilfredsstille spesifiserte krav • cellen som oppfyller kravene best blir valgt • terminalen forsøker å registrere seg med valgt celle

30. Switching on • Registrering med nettverk: • linjesvitsjet domene - IMSI attach prosedyre • pakkesvitsjet domene - UMTS GPRS attach prosedyre • Registreringen kan feile (stjålet SIM-kort/terminal, ingen roaming avtale)

31. Call Setup • Sikkerhet – autentisering • 3 hensikter: • Nettverket sjekker identiteten til abonnenten • Terminalen autentiserer nettverket • Muliggjør generering av krypterings- og integritetsnøkler

32. Call Setup • Figur A: samtale fra fast telefon i PSTN til terminal i UMTS nettet • Linjesvitsjet • Likner GSM

33. Call Setup

34. Fixed telephone Mobile terminal Node B RNC MSC HLR VLR GMSC Routing centre, PSTN Setup (UMTS nr) Setup (UMTS nr) Send routing info Provide roaming number Provide roaming number ack Send routing info ack Request setup Request information Request information ack Paging Paging Connection Request Connection Setup Connection Setup Complete Alert Address complete message Address complete message Call Setup (figur A, forenkling)

35. Call Setup • Figur B: Utveksling av data over Internett • Aktivisere PDP kontekst • PDP - Packet Data Protocol • eks. Internett aksess, aksess til intranett åpen for utvalgte abonnenter • kan benytte flere kontekster samtidig

36. Call Setup

37. Mobile terminal Node B RNC SGSN GGSN HLR Internet Connection request Connection Setup Connection Setup completed Activate PDP Context, PS domain Connection request Connection confirm Activate PDP Context Create PDP Context request Check authorization Authorization ok Activate PDP Context PDP Context activated Create PDP Context response PDP Context activated Data transfer Data transfer IP tunnel Call Setup (figur B, forenkling)

38. Switching off • Terminalens registrering i nettverket må fjernes: • IMSI detach prosedyre - ikke obligatorisk • periodisk oppdatering av VLR

39. Mobilitetshåndtering • Mobilitet i Idle mode • Mobilitet i Connected mode • Intersystem Mobility

40. To tilstander • Idle mode • Connected mode

41. Idle Mode • Geografisk lokasjon av terminalen • Valg av celle • Kringkasting av systeminformasjon i cellene

42. Geografisk lokasjon (1) • Nettverket benytter geografiske soner til å lokalisere terminalene i idle mode: • LA (location area) for linjesvitsjet • Ra (routing area) for pakkesvitsjet

43. Geografisk lokasjon (2) • Lokasjonssonene avgrenser området hvor nettverket søker etter en terminal: • Fordel: begrenser belastningen på radionettverket • Ulempe: må oppdatere lokasjonssonen oftere – kan medføre dårligere nettverksutnyttelse

44. Oppdatering av location area

45. Prosedyre for valg av celle • Squal < Ssearch ? • Lager en liste over celler • Celle velges i forhold til R • Rs = Qmeas,s - Qhyst s • Rn = Qmeas,n – Qoffsets,n - TOn

46. Connected Mode • Mobiliteten håndteres enten av terminalen eller aksessnettverket • Ura (UTRAN registration area) for mindre belastning på nettverket

47. Mobilitetshåndtering av nettverket(1) • Hard handover • Kommuniserer med en radiolink ad gangen • Soft handover • Kommuniserer med flere radiolinker ad gangen • Softer handover • Innen samme node

48. Mobilitetshåndtering av nettverket(2) • Active set: sett av opptil seks radiolinker som kan være aktiv samtidig

49. Relokasjon i connected mode • UTRAN støtter SRNC relokasjon for å • Optimere ruting i UTRAN • Støtte for hard handover • Mulig å bruke en SRNC gjennom hele forbindelsen – unødvendig belastning av bakkenettet

50. Støtte for hard handover • Nødvendig dersom • Iur grensesnittet ikke er tilgjengelig • Inter-frekvens handover • FDD/TDD handover