pl umts pa1 students - strony przedmiotów - dmcsneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/tkb_4_umts.pdf ·...

28
1 1 2 Projekt wspó finansowany przez Uni Europejsk w ramach Europejskiego Funduszu Spo ecznego UMTS – 3rd generation networks solution Tomasz Kaczmarczyk, DOTR Ericpol Telecom Sp. z o.o. [email protected] Tel.: +48 663 426 806 GSM Overview

Upload: vuongnhan

Post on 17-Apr-2018

220 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

112

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

UMTS –

3rd generatio

n netw

orks

solutio

n

Tomasz Kaczmarczyk, D

OTR

Ericpol Telecom Sp. z o.o.

[email protected]

lTel.: +

48 663 426 806

GS

M O

ve

rvie

w

Page 2: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

3

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

3T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

•UMTS basis

•Radio In

terface

•Power contro

l mechanisms

•UMTS handover ty

pes

•UMTS security

mechanisms

Ag

en

da

Ag

en

da

4

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

4T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UMTS basis

Page 3: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

5

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

5T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ce

llula

r ne

two

rks

evo

lutio

n

NMT

AMPS

TACS

JTACS

CDMA2000

GSM

D-AMPS

CSD

HSCSD

GPRS

EDGE

UMTS

HSPA

HSPA+

LTE

cdmaOne

EV-DO

-1G

-2G

-2,5G

-2,75G

-3G

-3,5G

-3,9G

-network migration

-network evolution

IS-136 (T

DMA)

IS-95A

IS-95B

IS-2000

UWC-136

6

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

6T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

3G

(UM

TS

) ge

ne

ral a

ss

um

ptio

ns

•common initia

l spectru

m worldwide (1

.8-2.2 GHz

band)

•wide range of services

(voice, data, m

ultim

edia, in

ternet)

•data rates up to 2 Mb/s

(CS, PS modes)

•global seamless roaming and service delivery

•enhanced security

and perform

ance

•integration of m

ultip

le radio (cellular, c

ordless,

wireless) a

nd satellite

systems

•QoSmechanisms

Page 4: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

7

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

7T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UM

TS

sp

ec

trum

for E

uro

pe

Tim

e Division Duplex

UTRA Unpaired Band: T

D-CDMA

1900-1920 MHz and 2010-2025 MHz

Mobile Satellite

Service: 2

x 30 MHz

Uplink:

1980-2010 MHz

Downlink: 2170-2200 MHz

MSS

MSS

Frequency Division Duplex: 2

x 60 MHz

UTRA Paired Band:WCDMA

Uplink:

1920-1980 MHz

Downlink:

2110-2170 MHz

FDD

FDD

TDD

TDD

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

f MHz

8

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

8T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

WC

DM

A c

ha

nn

els

allo

ca

tion

(Po

lan

d)

1900.1 -1905.1 MHz

1964.9 -1979.7 MHz (U

plink)

2154.9 -2169.7 MHz (D

ownlink)

Play

(P4)

1915.1 -1920.1 MHz

1920.5 -1935.3 MHz (U

plink)

2110.5 -2125.3 MHz (D

ownlink)

Orange

(PTK

Centerte

l)

1905.1 -1910.1 MHz

1950.1 -1964.9 MHz (U

plink)

2140.1 -2154.9 MHz (D

ownlink)

Plus

(Polkomtel)

1910.1 -1915.1 MHz

1935.3 -1950.1 MHz (U

plink)

2125.3 -2140.1 MHz (D

ownlink)

Era

(PTC)

TDD channels

FDD channels

Operator

CB

AD

1900,1 MHz

DD

DA

AA

BB

BC

CC

1920,1 MHz

1979,7 MHz

1920,5 MHz

Page 5: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

9

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

9T

ech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

GS

M/U

MT

S n

etw

ork

–R

99

PSTN

PSTN

ISDN

ISDN

PLMN

PLMN

INTERNET

INTERNET

AUC

GMSCHLR

GGSN

SS

BTS

BTS

BSC/TRC

BSS (GERAN)

UTRAN

RNC

Node B

Node B

EIR

SGSN

MSC

VLR

10

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

10

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

GS

M/U

MT

S n

etw

ork

–R

4

PSTN

PSTN

ISDN

ISDN

PLMN

PLMN

INTERNET

INTERNET

AUC

MGW

GGSN

SS

BTS

BTS

BSC/TRC

BSS (GERAN)

UTRAN

RNC

Node B

Node B

SGSN

MGW

MSS

MSS

HLR

EIR

Page 6: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

11

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

11

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

GS

M/U

MT

S n

etw

ork

–R

5

PSTN

PSTN

ISDN

ISDN

PLMN

PLMN

INTERNET

INTERNET

MGW

GGSN

SS

BTS

BTS

BSC/TRC

BSS (GERAN)

UTRAN

RNC

Node B

Node B

SGSN

MGW

MSS

MSS

HSS

(HLR & AuC)

EIR

IMS

12

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

12

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

GS

M/U

MT

S n

etw

ork

–R

6

PSTN

PSTN

ISDN

ISDN

PLMN

PLMN

INTERNET

INTERNET

MGW

GGSN

SS

BTS

BTS

BSC/TRC

BSS (GERAN)

UTRAN

RNC

Node B

Node B

SGSN

MGW

MSS

MSS

HSS

(HLR & AuC)

EIR

IMS

WLAN

AAA

Page 7: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

13

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

13

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

GS

M/U

MT

S n

etw

ork

–R

8

PSTN

PSTN

ISDN

ISDN

PLMN

PLMN

INTERNET

INTERNET

MGW

GGSN

SS

BTS

BTS

BSC/TRC

BSS (GERAN)

UTRAN

RNC

Node B

Node B

SGSN

MGW

MSS

MSS

HSS

(HLR & AuC)

EIR

IMS

WLAN

AAA

PDN-GW

E-UTRAN

eNB

eNB

S-GW

14

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

14

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UT

RA

N a

rch

itec

ture

UTRAN

RNS

RNS

Uu

Iub Iur

Iu-PS

Iu-CS

Iub

Iu-PS

Iu-CS

UE

MSC

SGSN

RNC

RNC

Node B

Node B

Node B

Node B

Node B

Page 8: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

15

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

15

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Radio Interface

16

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

16

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

FD

MA

–F

req

ue

nc

y D

ivis

ion

Mu

ltiple

Ac

ce

ss

Channel 1

Channel2

Channel 3

Channel 4

Channel 5

time

frequency

1G systems:

•NMT

•AMPS

•TACS

•One (fre

quency) p

hysical

channel per subscriber

•Continuous tra

nsmission and

reception

•No synchronization in tim

e

needed

Page 9: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

17

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

17

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

TD

MA

–T

ime

Div

isio

n M

ultip

le A

cc

es

s

TS 1

time

frequency

2G systems:

•GSM (T

DMA + FDMA)

•D-AMPS (T

DMA + FDMA)

TS 2

TS 3

TS 4

TS 5

One freq.

channel

•One (T

ime Slot) p

hysical

channel per subscriber

•Discontinuous tra

nsmission

and reception

•Synchronization in tim

e

needed

18

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

18

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

(W)C

DM

A –

(Wid

eb

an

d) C

od

e D

ivis

ion

Mu

ltiple

Ac

ce

ss

Channel 9

Channel 8

Channel 7

Channel 6

Channel 5

Channel 4

Channel 3

Channel 2

User 1

One „coded”

channel

time

frequency

3G systems:

•IS-95 –1,25 MHz

•CDMA2000 –3,75 MHz

•WCDMA –5 MHz

•Users separation through

diffe

rent codes

•Large bandwidth

•Continuous reception and

transmission

•FDD or TDD for U

MTS

Page 10: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

19

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

19

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Sp

rea

din

g c

on

ce

pt –

time

do

ma

in

The user in

form

ation bits are spread into a number of chips

Chip rate = 3,84 Mchip/s

Bandwidth = 5 MHz

c(t)

e(t)

Original user d

ata

960 kbit/s

d(t)

0

11

1

C4,2

SF=4

Spread signal

XOR

Chip-by-chip

multip

lication

=

20

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

20

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

WC

DM

A fe

atu

res

WCDMA advantages:

•Wideband transmission–less sensitiv

e to selective

frequency interference and fading

•Power density

decreased–good jamming resistance –

information tra

nsfer b

elow (w

ideband) b

ackground noise

•Easier radio netw

ork planning–frequency reuse = 1

•Soft/

Softe

r handover –

less power u

sed in one cell

WCDMA disadvantages:

•Fast p

ower control m

echanism necessary

•Soft h

andover –

a few cells resources reserved for one call

Page 11: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

21

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

21

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UT

RA

N ra

dio

sig

na

l pro

ce

ss

ing

step 1)

Channelization–tra

nsform

ation of each data

symbol in

to multip

le chips

OVSF –Orth

ogonal Variable Spreading Factor

step 2)

Scrambling–inform

ation individualization and

signals tra

nsmission features im

provement

Gold codes

Short c

odes

Filtra

tion,

Modulation,

Signal shaping

Spreading code

Scrambling code

Data

(physical channel)

Receiving,

Demodulation,

Amplify

ing

Spreading code

Scrambling code

Data

(physical channel)

22

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

22

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ch

an

ne

liza

tion

co

de

s

•Increase bandwidth –3,84 Mcp/s

•Spreading Factor (c

ode length):

•4-256 chips –uplink

•4-512 chips -downlink

•Managed by RNC

•Allow to:

•UPLINK -Separate physical channels (d

ifferent services) fro

m the same

terminal

(up to 3 channelizationcodes used by UE)

•DOWNLINK -Separate connection to diffe

rent te

rminals fro

m one Node B

(one channelizationcode per U

E)

•Physical channels can be spread with diffe

rent S

F-fa

ctor codes

•„th

e higher S

F the lower p

hysical channel amplific

ation”

[]

[]

()

SF

dB

I

Ed

BI

EC

blg

10

00

+=

Page 12: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

23

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

23

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

OV

SF

co

de

s tre

e

C1,0 (1)

C2,0 (1,1)

C4,0 (1,1,1,1)

C8,0 (1,1,1,1,1,1,1,1)

C16,8 (1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

)

C16,9 (1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

,-1,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1)

C16,10 (1,-1

,1,-1

,-1,1,-1

,1,1,-1

,1,-1

,-1,1,-1

,1)

C16,11 (1,-1

,1,-1

,-1,1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,1,-1

,1,-1

)

C16,12 (1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1)

C16,13 (1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,-1

,1,1,-1

,-1,1,1,-1

)

C16,0 (1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1)

C16,1 (1,1,1,1,1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1,-1

,-1,-1

,-1)

C16,2 (1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1)

C16,3 (1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1,-1

,-1,-1

,-1,1,1,1,1)

C16,4 (1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1)

C16,5 (1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1)

C16,6 (1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1)

C16,7 (1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1,1,1,1,-1

,-1)

C8,1 (1,1,1,1,-1

,-1,-1

,-1)

C8,3 (1,1,-1

,-1,-1

,-1,1,1)

C8,2 (1,1,-1

,-1,1,1,-1

,-1)

C8,4 (1,-1

,1,-1

,1,-1

,1,-1

)

C8,5 (1,-1

,1,-1

,-1,1,-1

,1)

C8,6 (1,-1

,-1,1,1,-1

,-1,1)

C2,1 (1,-1

)

C4,1 (1,1,-1

,-1)

C4,2 (1,-1

,1,-1

)

C4,3 (1,-1

,-1,1)

24

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

24

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Orth

og

on

al c

od

es

us

ag

e e

xa

mp

le

C4,1

| C4,2

01

11

Channelizationcode

C4,2

Decoded

signal

Integrator

Result

10

11

??

??

User d

ata

Coded signal

right code

wrong code

Page 13: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

25

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

25

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Orth

og

on

al c

od

es

usa

ge

exam

ple

–M

ultiu

se

rsp

rea

din

g -

Do

wn

link

00

10

C4,2

C4,1

Result

10

01

00

10

AUser d

ata B

Composite spread signal

01

10

XOR

C4,2

C4,1

Received signal

Despreading

Integrator

26

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

26

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Sc

ram

blin

g c

od

es

(ps

eu

do

-no

ise

co

de

s)

Gold codes (lo

ng codes):

•Code length –38400 chips (1

0 ms –1 fra

me)

•Number of codes available:

•Downlink –8192 codes (5

12 sets with 16 codes)

1 prim

ary + 15 secondary codes per set

•Uplink –16777232 codes

•Allow to separate:

•UPLINK -Separate term

inals for tra

nsmission toward Node B

•DOWNLINK -Separate Node B for tra

nsmission toward UE

Page 14: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

27

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

27

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

WC

DM

A –

co

de

s u

sa

ge

ex

am

ple

BS 1

BS 2

UE 1

UE 2

UE 3

UE 4

Ccu…–channelizationcode for u

ser …

Csbs…-Cell …

scrambling code

Csu…-Scrambling code for u

ser …

Cc –Channelizationcode

Ccu1+Csbs1

Cc+Csu1

Ccu2+Csbs1

Cc+ Csu2

Ccu1+Csbs2

Cc+Csu3

Ccu2+Csbs2

Cc+ Csu4

Cell 1

Cell 2

28

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

28

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Power control m

echanisms

Page 15: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

29

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

29

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Po

we

r co

ntro

l

Power contro

l in a WCDMA system is crucial fo

r its

successful operation

The key goals of power contro

l are to:

•Provide each UE with suffic

ient signal quality

regardless of th

elink conditio

n or d

istance to the BTS

•Compensate for channel degradation such as fast fa

ding and

attenuation

•Optim

ize power consumption and hence battery life

in the UE

•Minimize interferences by lim

ited power ra

diation in radio

interface

30

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

30

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ne

ar-fa

r effe

ct

UE 1

UE 2

UE 3

Node B

Txlevel 1

Txlevel 2

Txlevel 3

Rx level

1/2/3

With

out p

ower control:

Txlevel 1 = Txlevel 2 = Txlevel 3

Rx level 1 < Rx level 2 < Rx level 3

With

power control:

Txlevel 1 > Txlevel 2 > Txlevel 3

Rx level 1 = Rx level 2 = Rx level3

Page 16: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

31

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

31

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Po

we

r co

ntro

l me

ch

an

ism

s

RNC

Open loop (UL)

Open loop (DL)

Outer loop (DL)

Outer loop (UL)

Inner loop (DL)

(closed loop)

Inner loop (UL)

(closed loop)

32

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

32

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Op

en

loo

p p

ow

er c

on

trol

•Uplink „O

pen loop”aim:

Ensure new connections are established causing minimum

interferences –with minimum power (U

E energy save)

•Downlink „O

pen loop”aim:

Maximizing cell c

apacity by minimizing the power u

sed to setup a

connection

Mechanism is used for establishing the power re

quired for:

•Access Preamble (a

nd firs

t RACH message –RRC Connection

Request)

•Initia

l dedicated channels power (D

PCCH,DPDCH) -

downlink

•Initia

l dedicated channels power (D

PCCH,DPDCH) -

uplink

Page 17: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

33

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

33

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Op

en

Lo

op

for A

cc

es

s P

rea

mb

le -

up

link

CPICH

1.UE measures Pilot channel

2.UE reads Pilot channel power fro

m

Broadcast channels

3.Transmission at calculated power

4.Power is

ramped up until re

sponse

on AICH is achieved

BCCH

PRACH

AICH

P_PRACH = Loss + RTWP + SIR_TARGET_RACH –10logSF

34

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

34

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Op

en

Lo

op

for D

PD

CH

/DP

CC

H

1.RNC calculates the initia

l power

value for D

PDCH channel and sends

it to the NodeB

2.The power is

ramped up until a

response is heard or a certa

in

maximum power is

reached

3.Response fro

m UE is send on DPDCH

uplink (R

adio Link synchronization)

DPDCH

RNC

1.UE calculates the initia

l power value

for D

PDCH channel

2.The power is

ramped up until a

response is heard or a certa

in

maximum power is

reached

3.Response fro

m NodeBis send on

DPDCH downlink (R

adio Link

synchronization)

DPDCH

Page 18: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

35

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

35

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ou

ter lo

op

po

wer c

on

trol

•„Outer lo

op”aim:

To keep appropriate QoSfor th

e service by monitoring BLER

(checking CRC for TB received by UE/RNC –downlink/uplink)

Signal quality

is estim

ated on BLER basis: (b

y MAC layer)

if BLER „to

bad”

increase reference SIR_targetfor In

ner lo

op

else

decrease reference SIR_targetfor In

ner lo

op

SIR_targetparameter is

calculated as QoSreference value.

36

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

36

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ou

ter L

oo

p m

ec

ha

nis

ms

SIR_target

Time

Traffic

RNC

Traffic

Level re

quired by

application

(e.g. 10^-6)

BLER

Time

T1

T2

T3

T4

T5

T1

T2

T3

T4

T5

interference

1.Check BLER and …

2.…calculate new SIR_target

Page 19: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

37

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

37

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Inn

er lo

op

po

we

r co

ntro

l

•Uplink „In

ner lo

op”aim:

Maintain all c

onnections at a suffic

iently good quality

level

Reduce the total amount of ra

diated power in

the network –

interferences reduced and battery life

increased

•Downlink „In

ner lo

op”aim:

Minimize the tra

nsmission power of th

e RBS, decrease

interferences and increase cell c

apacity

•Mechanism is used for contro

lling the signal power w

hen UE

moves toward/away fro

m the RBS.

•Power contro

l commands are fast enough (1

500 tim

es per

second) to

compensate Raleigh fading.

•Measurements are done on Pilot bits and temporary SIR is

calculated (b

y physical la

yer)

38

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

38

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Inn

er L

oo

p m

ec

ha

nis

m –

do

wn

link

ex

am

ple

SIR_temp_dl

Time

T1

T2

Traffic

RNC

1.UE checks received DPDCH power

from NodeB…

2.UE calculates SIR_tempand compare

to SIR_target

3.UE sends „in

crease”or „d

ecrease”

feedback

SIR_target

Page 20: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

39

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

39

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UMTS handover ty

pes

40

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

40

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

WC

DM

A h

an

do

ve

r typ

es

Handover

Soft/S

ofter

Hard

Intra

-frequency

Inter-fre

quency

Inter-R

AT

Interm

ode

Inter-fre

quency, In

term

odeand In

ter-R

AThandovers require

Compressed m

ode

CellChange

Page 21: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

41

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

41

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ha

nd

ove

r ca

us

es

•Bad uplink/downlink signal quality

•Distance

•Traffic

load

•Higher p

riority

calls setup

•Change of service

•Directed retry

The RNC is in charge of m

anagement of handovers

42

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

42

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Ha

rdh

an

do

ve

r

RNC

f2,SSC1

f2,SSC2

f1,SUE

f1,SUE

f1,f2–uplink/downlink fre

quencies

SUE,SSC1, S

SC2 –Scrambling codes

NodeB2

NodeB1

Page 22: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

43

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

43

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

So

ft ha

nd

ove

r

RNC

f2,SSC1

f2,SSC2

f1,SUE

f1,SUE

Cell s

ets:

•Active

•Monitored

•Detected

f1,f2–uplink/downlink fre

quencies

SUE,SSC1, S

SC2 –Scrambling codes

Macrodiversity

NodeB2

NodeB1

44

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

44

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

So

fter h

an

do

ve

r

RNC

f2,SSC1

f2,SSC2

f1,SUE

f1,SUE

f1,f2–uplink/downlink fre

quencies

SUE,SSC1, S

SC2 –Scrambling codes

Page 23: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

45

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

45

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

SS

DT

po

we

r co

ntro

l

NodeB2

NodeB3

NodeB1

UE on uplink DPCCH chooses NodeB

from which to get tra

ffic

46

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

46

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

SR

NS

Re

loc

atio

n p

roc

ed

ure

MSC

RNC 1

RNC 2

NodeB1

NodeB2

NodeB3

NodeB4

NodeB5

SRNC

SRNC

Iur

Iub

Iub

Iub

IuIu

Page 24: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

47

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

47

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UMTS security

mechanisms

48

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

48

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UM

TS

ne

two

rk a

cce

ss

sec

urity

me

ch

an

ism

s

Temporary ID

numbers usage

Authentication and Key Agreement

Ciphering

Data integrity

check

MSC

SGSN

RNC

HLR

Page 25: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

49

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

49

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

UM

TS

au

the

ntic

atio

n v

ec

tor

f1f2

f3f4

f5

AUTN = {SQN’|| AMF || M

AC}

AV= {RAND || X

RES || C

K || IK

|| AUTN}

XOR

Secret key

K

Sequence nr

SQN

Random nr

RAND

Key MngField

AMF

SQN

AK

IK

CK

XRES

MAC

SQN’

50

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

50

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Au

the

ntic

atio

n a

nd

Ke

y A

gre

em

en

t

23

4

56

8

MSC/VLR

RNC

HLR/AuC

1

7

8

Page 26: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

51

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

51

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Cip

he

ring

XOR

f8

CK

COUNT-C

DIRECTION

BEARER

LENGTH

Ciphering

sequence

Original sequence

XOR

f8

CK

COUNT-C

DIRECTION

BEARER

LENGTH

Ciphering

sequence

Ciphered sequence

DIRECTION = 0

RNC

52

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

52

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Da

ta in

teg

rity

DIRECTION = 0

||

f9

IKCOUNT-I

DIRECTION

FRESH

MAC-I

Message

f9

IKCOUNT-I

DIRECTION

FRESH

XMAC-I

Message

MAC-I

XMAC-I and MAC-I

compare

RNC

Page 27: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

53

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

53

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Any questio

ns?

54

Pro

jekt w

spółfin

ansow

any p

rzez U

nię

Euro

pejs

kąw

ram

ach E

uro

pejs

kie

go F

unduszu S

połe

cznego

54

Tech

no

log

ieko

mu

nik

acji

bezp

rzew

od

ow

ej

Tomasz Kaczmarczyk, D

OTR

Ericpol Telecom Sp. z o.o.

[email protected]

l

Mobile: +

48663 426 806

Thank you fo

r your atte

ntio

n.

Page 28: PL UMTS PA1 students - Strony przedmiotów - DMCSneo.dmcs.p.lodz.pl/tkb/slajdy/TKB_4_UMTS.pdf · •UMTS basis •Radio Interface •Power control mechanisms •UMTS handover types

5555