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DatenDatenüübertragung in Mobilnetzenbertragung in Mobilnetzen
• HSCSD High Speed Circuit Switched Data
• GPRS General Packet Radio Service
• EDGE Enhanced Data for Global Evolution
• HSDPA High Speed Downlink Packet Access
POEL © 2007 Datenübertragung in Mobilnetzen 2
Entwicklung der mobilen Entwicklung der mobilen DatenDatenüübertragungstechnikbertragungstechnik
TDMA
GSM
PDC
cdmaOnecdma
2000 1Xcdma
2000 3X
WCDMA(UMTS)
GPRS
EDGE
HSDPA
Generation 2Bitrate
9,6 - 14,4 kbit/s
Generation 2,5Bitrate
64 - 144 kbit/s
Generation 3Bitrate
384 - 2000 kbit/s
Generation 3,5Bitrate
1 - 14,4 Mbit/s
Europa Nord- und Südamerika, Asien
POEL © 2007 Datenübertragung in Mobilnetzen 3
HSCSDHSCSD
• BedeutetHigh Speed Circuit Switched Data
• Bündelt mehrere Funkkanäle zur schnelleren Datenübertragung
• Bei guten Übertragungsbedingungen14,4kbit/s pro Funkkanal
• Bei schlechten Übertragungsbedingungen9,6kbit/s pro Funkkanal
POEL © 2007 Datenübertragung in Mobilnetzen 4
HSCSDHSCSDPrinzip der KanalbPrinzip der Kanalbüündelungndelung
Zahl der Zeitschlitze 1 2 3 4 5alte Kanalkodierung 9,6kbit/s 19,2kbit/s 28,8kbit/s 38,4kbit/s 48kbit/sneue Kanalkodierung 14,4kbit/s 28,8kbit/s 43,2kbit/s 57,6kbit/s 72kbit/s
MS BTS BSCMSC
&IWF
Luftschnittstelle 16 kbit/s 64 kbit/s
ISDNFestnetz
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GPRS DienstkategorienGPRS Dienstkategorien
• Punkt-zu- Punkt(Point-to-Point, PTP)- kein-Dialogverkehr- Dialogverkehr
• Punkt-zu-Mehrpunkt(Point-to-Multipoint, PTM)- Multicast (PTM-M) - Gruppenruf (PTM-G)
POEL © 2007 Datenübertragung in Mobilnetzen 6
GPRS DienstgGPRS Dienstgüüteprofile teprofile -- QoSQoS
• Verzögerungsklasse• Dringlichkeitsklasse• Verlässlichkeitsklasse• Spitzendurchsatzklasse• Durchschnittsdurchsatzklasse
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GPRS NetzarchitekturGPRS Netzarchitektur
ISDNFestnetz
IP - Netz(Internet)
MSC
MSC
MSC
GMSC
GGSNSGSN
BSCPCU
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
GSMAccess Network
GSMCore Network
GPRSCore Network
SGSN
SGSN
HLR, AuCEIR, ILR
GR
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GPRS Luftschnittstelle UGPRS Luftschnittstelle Umm
Übertragungsraten in kbit/s (reine Nutzdaten)
1 ZS 2 ZS 3 ZS 4 ZS 5 ZS 6 ZS 7 ZS 8 ZS
KC1 8 16 24 32 40 48 56 64
KC2 12 24 36 48 60 72 84 96
KC3 14,4 28,8 43,2 57,6 72 86,4 96 115,2
KC4 20 40 60 80 100 120 140 160
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GPRS KanalstrukturGPRS Kanalstruktur
Multirahmenzyklus auf dem Downlink
Ein Datenblock belegt je einen Zeitschlitz in 4 hintereinander liegenden TDMA-
Rahmen
Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 Block 4 Block 5 Block 6 Block 7 Block 8 Block 9 Block 10 Block 12TA
TAI I
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GPRS SchnittstellenGPRS Schnittstellen
MS BTS BSC TCE MSC
PCU
VLR
SGSN
Um Abis Asub A
Agprs
Gb
Gs
HLR
GGSN z.B. Internet
HLR = incl.AC und GR
MSC z.B. ISDN-Festnetz
CB
E
VLRBC
D
Gn Gi
Gr
Signalisierungund Daten
Signalisierung
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GPRS WegewahlGPRS Wegewahl
• MS initiierte Übertragung:- Entkapseln der Pakete durch SGSN
und Auswerten der Adressinformation- Routen der Datenpakete zum GGSN
und Weiterleiten zum gewünschtenData Packet Network
• MS terminierte Übertragung:- Routen der Datenpakete zum GGSN- Kapseln der Daten und von dort „getunnelt“
über SGSN zur MS weiterleiten.
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GPRS MobilitGPRS Mobilitäätsverwaltungtsverwaltung
Standby Ready
Idle
Ready Timer
Standby Timer Detach
Attach
PDU Transmission/Reception
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GPRS ProtokollarchitekturGPRS Protokollarchitektur
Anwendungs-schicht
Vermittlungs-schicht
(IP, X.25, CLNP)
SNDCP
LLC
RLCMACPLS
RF Schicht
RLCMACPLS
RF SchichtPhysical
Layer
Frame Rel(BSSGP)
Relay
PhysicalLayer
PhysicalLayer
Frame Rel(BSSGP)
LLC
SNDCP
PhysicalLayer
Daten-sicherungs-
schicht
Daten-sicherungs-
schicht
IP IP
GPRS TunnelProtocol
GPRSTunnel Protocol
Vermittlungs-schicht
(IP, X.25, CLNP)
Mobilstation Base Station Subsystem Serving GPRS Support Node Gateway GPRSSupport Node
Um Gb Gn
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GPRS: Logisches KanalkonzeptGPRS: Logisches Kanalkonzept
logische Paketdatenkanäle beim Master-Slave-Konzept
Gruppe Kanal Kanalbezeichnung RichtungMPDCH PBCCH Packet Broadcast Control Channel MS ← BS
PRACH Packet Random Access Control Channel MS → BSPPCH Packet Paging Channel MS ← BSAGCH Packet Access Grant Channel MS ← BS
SPDCH PACCH Packet Associated Control Channel MS ↔BSPTCH Packet Traffic Channel MS ↔BS
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EDGEEDGE
• bedeutet Enhanced Data Rate for Global Evolution
• setzt auf dem Multiplexverfahren von GSM auf
• bietet Datenraten von 386kbit/s und mehr• Kann eingesetzt werden bei:
- HSCSD – sog. ECSD-Netz (Enhanced Circuit Switched Data)- GPRS – sog. EGPRS-Netz (Enhanced General Packet Radio Service)
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EDGE: ModulationsverfahrenEDGE: ModulationsverfahrenEs wird das 8-PSK-Verfahren verwendet
sin
cos0
B
C
D
E
F
G
H
A
1
1
-1
-1
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EDGE: ModulationsprinzipEDGE: Modulationsprinzip
•ω ist die Kreisfrequenz des Hochfrequenzträgers,•S1 bzw. S2 werden mit der cos- und sin-Funktionmultipliziertund zueinander orthogonal kodiert,
•im Empfänger können sie dadurch voneinander getrennt werden
Signal 1 S1
Signal 2 S2
TP
TP
OrthogonaleFunktionen
C2
cos( )tωi C1
Übertragungskanal
S1 . C1 + S2 . C2
Signal 2 = 0
Signal 1 = 0
sin( )tω− i
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EDGE: EDGE: DemodulationsprinzipDemodulationsprinzip
Es wird das 8-PSK-Verfahren verwendet
Signal 1 S1
Signal 2 S2
TP
TP
OrthogonaleFunktionen
C2
cos( )tωi C1
Übertragungskanal
S1 . C1 + S2 . C2
Signal 2 = 0
Signal 1 = 0
sin( )tω− i
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EDGEEDGE
Mod. & Modulations- Kodierungs- Datenrate proCoding verfahren verhältnis ZeitschlitzSchema
MCS-1 GMSK 0,53 8,8kbit/sMCS-2 GMSK 0,66 11,2kbit/sMCS-3 GMSK 0,80 14,8kbit/sMCS-4 GMSK 1,00 17,6kbit/sMCS-5 8-PSK 0,37 22,4kbit/sMCS-6 8-PSK 0,49 29,6kbit/sMCS-7 8-PSK 0,76 44,8kbit/sMCS-8 8-PSK 0,92 54,4kbit/sMCS-9 8-PSK 1,00 59,2kbit/s
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EDGEEDGENormal Burst mit 8Normal Burst mit 8--PSKPSK--ModulationModulation
Trainingssequenz78 Bit (26 x 3)
Datenfeld173 Bit (57 x 3 + 2)
GuardPeriod
24,75 Bit1
Datenfeld173 Bit (57 x 3 + 2)1 99
Stealing FlagsTail Bits577 µs
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HSDPAHSDPA• bedeutet
High Speed Downlink Packet Access, wird als Mobilfunkgeneration 3,5 bezeichnet
• Erhöht Bitrate im Download auf bis zu 14,4Mbit/sdurch zusätzlichen Einsatz des MAC-hs-Protokolls (Medium Access Control - High Speed – Protokoll)
• kann nur in UMTS-Zellen nach Release 5, aber nicht in solchen nach Release 99 eingesetzt werden
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HSDPA: HSDPA: MACMAC--hshs -- SchichtSchicht
ZelleRelease 99
PhysicalLayer
Node B
ZelleRelease 5
MAC-hs-Protocol
Physical-hs-Layer
Node B mit HSDPA
RRCPDCP
RLCMACRNC
ZelleRelease 99
PhysicalLayer
Node B
ZelleRelease 99
PhysicalLayer
Node B
POEL © 2007 Datenübertragung in Mobilnetzen 23
HSDPAHSDPAMACMAC--hshs –– Protokoll im UTRANProtokoll im UTRAN
MAC-c/sh
PDCPRLC
MAC-d
MAC-hs
PHY
MAC-hs
PHY
schnelles, effektivesHandshaking aufMAC-hs-Ebene HS-DSCH
FP
L1L2
HS-DSCHFP
L1L2
MAC-c/sh
PDCPRLC
MAC-d
"langsames" Handshaking auf RLC-Ebene
Iub
MS Node B RNCFunkstrecke
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Short Transmission Time IntervallShort Transmission Time IntervallSTTISTTI
Rahmen 1 Rahmen 2 Rahmen 3 Ra 4094 Ra 4095 Ra 4096
ZS 1 ZS 2 ZS 3 ZS 13 ZS 14 ZS 15
Zeitschlitz0,667 ms
Funkrahmen = 10 ms
Systemrahmen = 40,96 s
Systemrahmen Funkrahmen Zeitschlitz ms Chips--- --- 1 0,667 2560--- 1 15 10 384001 4096 61440 40960 157286400