8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

1/40

Elektronski

fakultet

u Niu

Katedra za telekomunikacije

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

2/40

MMOBILNIOBILNI

KOMUNIKACIONIKOMUNIKACIONI

SISTEMISISTEMI

Prof.Prof. drdr VeraVeraMarkoviMarkovi

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

3/40

ARHITEKTURA

UMTS-a

Arhitekturu UMTS sistema ine tri osnovna segmenta:

korisnika oprema - UE (user equipment) = mobilniterminal, UMTS handset

pristupna mrea - UTRAN (UMTS Terrestrial RadioAccess Network).

jezgro mree CN (core network) = komutaciona i

ruting infrastruktura).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

4/40

UE UTRAN CN

Osnovni segmenti UMTS arhitekture

Uu Iu

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

5/40

KORISNIKA OPREMA

Korisnika oprema, odn. mobilni terminal (UMTS

handset) oznaava se sa UE (User Equipment).

UE ima mogunost prenosa podataka velikom

brzinom.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

6/40

KORISNIKA OPREMA

Sastoji se od mnogo razliitih elemenata, koji se grubo

mogu podeliti na dve grupe:

RF podsklop,

ipodsklop za procesiranje signala u

osnovnom opsegu.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

7/40

KORISNIKA OPREMA

Kod RF podsklopa jedan od glavnih izazova jeredukcija potronje energije, imajui u viduprimenjenu tehnologiju.

Podsklop u kome se obavlja procesiranjesignala u osnovnom opsegu znatno jekomplikovaniji nego kod uredjaja prethodnihgeneracija

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

8/40

KORISNIKA OPREMA

UE sadri, kao i GSM terminal, SIM karticu, s

tom to se ona u sluaju UMTS naziva:

USIM (Universal Subscriber Identity Module).To je naprednija verzija SIM kartice koriene

kod prethodnih sistema prilagodjena za rad u3G okruenju.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

9/40

UTRANUTRAN

(UMTS Terrestrial Radio Access

Network) = mrea za UMTS zemaljski radiopristup ili krae: UMTS pristupna mreaU okviru ovog naziva: UTRA (UMTS TerrestrialRadio Access) predstavlja UMTS zemaljskiradio pristup

ili krae: UMTS radio interfejs

U tom delu mobilne mree postoje najvee

razlike izmedju UMTS i GSM/GPRS sistema.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

10/40

UTRANUTRAN se sastoji iz odredjenog broja radio

mrenih sistema - RNS (radio network systems)Jedan RNS

se sastoji iz veeg broja baznih

stanica i kontrolera baznih stanica.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

11/40

UTRAN

U terminologiji koja se koristi kod UMTSsistema, bazna stanica se oznaava kaovor B -

Node B

Kontroler baznih stanica oznaava se kaoRadio Network Controller

(RNC).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

12/40

UTRAN interfejsiVeza izmedju UE i vora B ostvaruje se preko WCDMA radio

interfejsa koji se oznaava sa Uu

Komunikacija izmedju vorova B i kontrolera radio mree vri

se preko WCDMA radio interfejsa koji se oznaava kao Iub.Ovaj interfejs je baziran na asinhronom transfer modu

ATM

Interfejs izmedju dva RNC-a oznaava se sa Iur i za njegane postoji ekvivalent kod GSM-a.Interfejs izmedju RNC-a i jezgra mree oznaava se sa

Iu.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

13/40

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

14/40

Analogije izmedju oznaka kod GSM/GPRS i UMTS:

GSM/GPRS UMTSMS UE

SIM USIMBSS RNS

BS NBBSC RNCUm UuAbis Iub- Iur

A/Gb Iu

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

15/40

BAZNA STANICA -

VOR B

Osnovni zadatak vora B je da vri predaju iprijem radio signala, opsluujui jednu ili vieelija, zavisno od naina sektorizacije elija.

RF predajnik i prijemnik vora B komunicirajudirektno sa UE uz pomo WCDMA tehnologije.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

16/40

BAZNA STANICA -

VOR B

vor B moe biti na istom mestu gde je locirana iGSM bazna stanica u cilju smanjenja trokovaimplementacije UMTS sistema.

S obzirom da UMTS sistem radi na viim

frekvencijama nego GSM/GPRS, veliina elija bitrebalo da bude manja. To rezultira u potrebi da seinstalira vei broj baznih

stanica

u odnosu na

prethodni sistem.

Sa druge strane, zahtevi u pogledu snage baznih

stanica su manji.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

17/40

Uu

Rx

Tx

Filter

i

pojacavac

Modulacija Mreniinterfejsi

Iub

Bazina struktura vora B:

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

18/40

FUNKCIJE VORA B

Pored navedenog, vor B obavlja i sledee funkcije:

WCDMA spreading(irenje signala) i

despreading(saimanje signala),

analiza radio okruenja (ocena kvaliteta veze,

ocena veliina BER (bit error rate) i FER (frame

error rate), ocena jaine prijemnog signala itd.)

korekcija greke unapred (FEC),

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

19/40

FUNKCIJE VORA B

adaptiranje brzine,

kontrola snage opreme korisnika UE

(vor B omoguava terminalu mobilnog korisnika

da podesi svoju snagu koristei TPC(Transmission Power Control) komande),

frekvencijska i vremenska sinhronizacija,

RF procesiranje, itd.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

20/40

FUNKCIJE RNC-a

RNC je odgovoran za korienje i raspodelu svih radio

resursa radio networkposistema (RNS) kome pripada.

Najvanije funkcije:

intra UTRAN handover (handover koji se obavlja

unutar UMTS pristupne mree),

kombinovanje/razdvajanje nizova podataka na

interfejsu Iub

sinhronizacija ramova,

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

21/40

FUNKCIJE RNC-a

upravljanje radio resursima i njihova raspodela,

selekcija/distribucija ramova potrebna za soft

handover (mogunost da je jedan mobilni telefon, dok traje poziv,

istovremeno povezan na dve ili vie elija ilielijskih sektora).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

22/40

JEZGRO MREE -

CORE NETWORK

To je osnovna mrea sistema koja obuhvata

komutacionu infrastrukturu i opremu za rutiranje.

Arhitektura jezgra mree je dizajnirana tako da

dozvoljava blagi prelaz/evoluciju od ranijih

sistema, to je osiguralo ouvanje investicija u

GSM i zadravanje postojee infrastrukture, i

time smanjilo cenu uvodjenja nove tehnologije.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

23/40

JEZGRO MREE -

CORE NETWORK

UMTS jezgro

mree sledi GSM/GPRS hibridni

pristup, tako da se istovremeno koriste i circuit

switchingi packet switchingtehnike.Dakle, sastoji se iz:

elemenata baziranih na komutaciji kola, kojise koriste za GSM, i

elemenata baziranih na komutaciji paketa,koji se koriste za GPRS i EDGE.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

24/40

JEZGRO MREE -

CORE NETWORK

Otuda, jezgro mree se moe podeliti na dva

domena:

kanalno komutirani domen, u ijem je

sreditu MSC (Mobile Switching Centre), a

ukljuuje i elemente HLR, VLR, AUC i EIR

paketsko komutirani domen, kome su

sredita vorovi SGSN (Serving GPRS Support

Node) i GGSN (Gateway GPRS Support Node).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

25/40

JEZGRO MREE -

CORE NETWORK

Kanalno komutirani deo mree UMTS-a je

direktno proizaao iz standardne GSM mreneinfrastrukture,

dok je deo UMTS-a za paketsku komutaciju

proizaao iz infrastrukture upotrebljene za

uvodjenje GPRS-a u GSM mreu.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

26/40

Dva domena jezgra mree su zasnovana na dve

razdvojene i paralelne okosnice (backbone) mree :- backbonemrea koja je izvedena iz saobraajakoji se odnosi na govorne informacije-

backbonemrea koja je bazirana na

tehnologijama koje potiu od IP-a i saobraajapodataka.

Neki elementi mree kao to su EIR, HLR, VLR iAUC koriste se od strane oba domena i imaju

funkcije sline onima u GSM sistemima.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

27/40

Kombina-

cijaGSM,

GPRS iUMTS sistema(scenario

postepe-

nogprelaza)

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

28/40

PRINCIPI FUNKCIONISANJA UMTS

SISTEMA TEHNIKE MODULACIJEWCDMA sistemi kao modulacione tehnike

koriste:

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) i

njegovu varijantu, tzv. dualni QPSK, i

16QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

29/40

TEHNIKE MODULACIJE

Kod QPSK modulacione tehnike jedan bit i

njegov status se predstavljaju korienjemrazliitih faza nosioca.Bitovima se u modulacionom procesu upravlja uparovima i, prema tome, generiu se etirimogue dvo-bitne kombinacije.

Glavni efekat QPSK je taj to se dobija dvostruko

vea brzina prenosa podataka u odnosu naBPSK, zadravajui pritom isti propusni opsegsignala.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

30/40

TEHNIKE MODULACIJE

Medjutim, kod QPSK tehnike moe da se pojavi

problem kod odre

enih 2-bitnih kombinacija. Takona primer, kada se vrednost bitova menja iz "00" u

"11", dolazi do promene faze od 180o, to dovodi

do primetne promene amplitude.

Velike promene amplitude stvaraju probleme, jer u

tom sluaju se moraju koristiti pojaavai sa veoma

dobrom linearnou

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

31/40

TEHNIKE MODULACIJE

Da bi se eliminisao problem brze amplitudske

promene, koristi se druga varijanta QPSK:takozvani dualni QPSK. Ovaj postupakspreava fazne promene od 180o

i ograniava ih

na korake od 90o. Na osnovu toga, prenos sakombinacije "11" na "00" e biti "11" - "10" - "00",a izvrie se u istom vremenskom periodu kaokod QPSK.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

32/40

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

33/40

TEHNIKE MODULACIJE

Na strani mobilnog korisnika, ukoliko se koristi

konvencionalni QPSK, linearni pojaava

snagemora biti izuzetno precizan, a simim tim e cenaUE biti vea, pa se upotrebom dualnog QPSK

ovi problemi pojaavaa mogu izbei.Meutim, sa take gledita vora B, dualni

QPSK ima nedostatke jer signal koji bazna

stanica predaje mora biti veoma precizan i UE

mora postizati preciznu sinhronizaciju.

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

34/40

TEHNIKE MODULACIJE

Iz tog razloga, pored QPSK i dualnog QPSK,

WCDMA koristi i QAM modulaciju.

QAM modulacija je, najjednostavnije reeno,

kombinacija amplitudske modulacije (AM) i

fazne modulacije (PSK).

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

35/40

TEHNIKE MODULACIJE

Za razliku od QPSK, koji u procesu modulacije

koristi samo informaciju o fazi, QAM koristiinformaciju i o fazi i o amplitudi.

Koriste se:

4 mogua fazna stanja i 2 mogua nivoa amplitude.Na taj nain se dobija osam moguih kombinacija,

kao to je prikazano u tabeli:

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

36/40

Mogue kombinacije kod QAM

Sekvenca

bitova

amplituda fazni

pomeraj000 1 0001 2 0

010 1 /2011 2 /2

100 1 101 2 110 1 3/2

111 2 3/2

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

37/40

16QAM (grafika predstava)

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

38/40

Mogui su, pored 16QAM, i 64QAM,

256QAM ...

Primenjujui kombinacije od sve veeg broja

bitova, teorijski bi se bitska brzina mogla jako puno

poveati u savreno stabilnom i beumnomsistemu.

Medjutim, u praksi postoje ogranienja uslednestabilnosti amplituda i faza i usled postojanja

uma.

Za UMTS kao kompromisno reenje se uzima

16QAM

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

39/40

Pogodno reenje za WCDMA

za uplink:dualni QPSK,

za downlink:

ili konvencionalni QPSK,

ili viestruki QAM

za aplikacije kod kojih se

zahtevaju velike bitske brzine

8/3/2019 Mobile 9 UMTS 2010

40/40

UEQPSK, QAM

Preda jnik

Dua lni QPSK

BS

Preda jnik

Korieni modulacioni metodi u WCDMA