Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

UMTS rendszer Maros Dóra Budapesti Műszaki Főiskola Dr. ing. Robert Bestak Prágai Műszaki Egyetem.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "UMTS rendszer Maros Dóra Budapesti Műszaki Főiskola Dr. ing. Robert Bestak Prágai Műszaki Egyetem."— Előadás másolata:

1 UMTS rendszer Maros Dóra Budapesti Műszaki Főiskola Dr. ing. Robert Bestak Prágai Műszaki Egyetem

2 Mobil rendszerek generációi GenerációNévJellemzők 1 ( ) NMT (Nordic Mobile Telephone); 450 MHz, 900 MHz AMPS (Advance Mobile Telephone System); USA TACS (Total Access Communication System); UK, I, SP, Radiocom 2000; FR Analóg rendszer Nemzeti rendszer Hang 2 ( ) GSM (Global System for Mobile communications) - GSM GSM 1800 (DCS, Digital Communication System) DAMPS (Digital AMPS, IS136 néven ismert) PCS 1900 (Personal Communication System), DCS-n alapul …GSM verzió az USA-ban IS95 (Interim Standard) CDMA-n alapul - IS95a,b cdmaOne néven is szerepel PDC (Personal Digital Communication), DAMPS-hoz hasonló Beszédátvitelre optimalizált Digitális rendszerek FDMA/TDMA/CDMA Beszéd és adat 2,5 ( ) GPRS/ (General Packet Radio Service) EGPRS/EDGE (Enhanced GPRS/Enhanced Data rates for Global Evolution) Beszéd és adat 3 (2000-) cdma cdma2000 1xEV-DO (cdma2000 csak adat) - cdma2000 1xEV-DV (cdma2000 adat és beszéd) UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) Multimédia

3 3G szabványok Japán, Korea •Japán  ARIB (Association for Radio Industries and Businesses) •3 technológia fejlesztése: WCDMA, WTDMA and OFDMA •1997: WCDMA választása FDD és TDD alkalazásával •3GPP tagja  TTC (Telecommunication Technology Committee): Magasabb rétegekben specifikált működés •Korea  TTA (Telecommunication Technology Association) •Két párhuzamos 3G fejlesztés –TTA1 (szinkron CDMA): hasonlóan WCDMA-hoz az ETSI-ben és ARIB-ban –TTA2 (aszinkron CDMA): hasonló a cdma2000-hez a TIA-ban •3GPP és 3GPP2 tagja

4 •USA  TIA (Telecommunications Industry Association)  ATIS (Aliance for Telecommunication Association), T1P1-ként is ismert  2G technológiából átmenet a 3G-be •GSM 1900  WCDMA N/A (North America) …ATIS •Hasonló az ETSI és ARIB WCDMA-hoz •IS136 (DAMPS)  TDMA+WTDMA+EDGE …TIA •IS95  cdma2000 …TIA •szinkron hálózat •3GPP2 szabvány •WP CDMA (Wideband Packet CDMA) 3G szabványok USA

5 3G szabványok Európa (UMTS/ETSI) •Release 99  Kiadás: 1999  Első verzió •Release 4  Kiadás: 2001  A Release 99 javítása •Release 5  Kiadás: 2002  HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) bemutatása  IP alapú szállítási réteg  Internet Engineering Task Force (IETF) szervezet ajánlásainak bevonása – jelentős IP alapú alkalmazások •Release 6  Kiadás: 2003  Hatékonyabb rádiós erőforrás menedzsment •Release 7  …?

6 A 3GPP létrehozása (3 rd Generation Partnership Project) •3GPP előtt - számos technológiát szabványosítottak világszerte  Hasonló szabványokat több helyen is publikálnak •Kutatások azonos területeken •A készülékek kompatibilitásának problémáját nehéz megoldani •WCDMA szabványok egységesítése  3GPP (1998)  UTRA szabványosítása •UMTS Terrestrial Radio Access (ETSI)  Universal Terrestrial Radio Access (3GPP) 3GPP ETSI (Europa) ARIB (Japán) TTA (Korea) TTC (Japán) CWTS (Kína) ATIS (USA) Partnerek: GSM testület, UMTS forum, IPv6 forum, etc. A szabványszervezeten keresztül a vállalatok is a 3GPP tagjai

7 3GPP munkacsoportok Rádiós elérés hálózat TSG Maghálózat TSG Szolgáltatások és rendszer- jellemzők TSG Terminálok TSG GERAN TSG (2000) 3GPP TSG: Technical Specification Groups (Technikai specifikációk csoportja) GERAN: GSM/Edge Radio Access Network

8 UMTS rádiós hozzáférés CDMA: Code Division Multiple Access •Egy előfizető-egy kód Duplexelés: FDD  Különböző frekvenciasávok downlink és uplink átvitelre  FD-CDMA=WCDMA (Wideband CDMA) TDD  Ugyanaz a frekvenciasáv downlink és uplink átvitelre  TD-CDMA (Time Division CDMA).

9 UMTS frekvenciasávok (Európa) DuplexelésUplinkDownlinkSáv UMTS-FDD MHz MHz MHz UMTS-TDD MHz UL/DL MHz UL/DL MHz Műhold MHz MHz MHz 2000-ben, új frekvenciasávok  MHz, MHz  MHz A frekvenciasávokat 1992-ben specifikálták GSM Europe DECT GSM UMTS FDD Műhold UMTS TDD UMTS FDD Műhold UMTS [MHz] Páros sávok Páratlan sávok Csatorna távolság: 5,10, vagy 20 MHz

10 Többszörös hozzáférési technikák FDMA (Frequency Division Multiple Access) 1 csatorna = 1 frekvencia Frekvencia Idő TDMA (Time Division Multiple Access) 1 csatorna = 1 időrés CDMA (Code Division Multiple Access) 1 csatorna = 1 kód Frekvencia Idő Frekvencia Idő Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre álló kommunikációs csatornákat CDMA: egy időben több előfizető használja aktívan ugyanazt a frekvenciasávot (pl. sávszélesség: 5 MHz)

11 Cellák és adatsebesség Pikocella Mikrocella Makrocella Föld cella (szatelit) 350m-20km vidék, külváros Max. 384 kbit/s m város kültér Max. 384 kbit/s pár 10m beltér Max. 2Mbit/s HSDPA (Release 5) High Speed Downlink Packet Access: 10Mbit/s

12 3G szolgáltatások jellemzői •Minden 3G (UMTS) szolgáltatásra külön kell specifikálni:  Késleltetés  Bithiba arány  Adatsebesség •Tendencia: Szolgáltatások csomagkapcsolt hordozón történő megvalósítása az áramkörkapcsolt megoldás helyett •4 QoS (Quality of Service) osztály  Legfőbb faktor: mennyire érkézeny a szolgáltatás a késleltetésekre

13 QoS osztályok Forgalom osztályConversationalStreamingInteractiveBackground Késleltetés Válaszidő információ adás/vétel között Válaszidő lekérdezésre A fogadóoldal egy bizonyos időn belül nem fogad újabb adatot << 1 s~ 1s< 10 s> 10 s Hibatolerancia Igen Nem Mód Áramkörkapcsolt Áramkörkapcsolt Csomagkapcsolt Csomagkapcsolt Példa Beszéd, Videotelefon Streaming multimedia Web böngészés Adatbázis kezelés , SMS, MMS

14 Párbeszéd (conversational) osztály jellemzői •Conversational  Beszéd •Szimmetrikus forgalom •Round Trip Time < 400 ms •AMR (Adaptive Multi-rate) codec •AMR-WB (AMR Wideband) codec (Release 5) –Mintavétel: 16 kHz (8 kHz helyett) –Hang és audio jelek minőségi kódolása –Sebesség: 24 ÷ 6,6 kbps  Video telefon •Áramkörkapcsolt: H. 324 •Csomagkapcsolt: SIP (Session Initiation Protocol)

15 UMTS hálózat UE Node B RNC MSC/ VLR SGSN Node B HLR GMSC Internet PLMN, ISDN UTRAN Maghálózat (CN:Core Network) Külső hálózatok GGSN UE Áramkörkapcsolt (CS) összekötetéshez Csomagkapcsolt (PS) összeköttetéshez UE: Felhasználói készülék UTRAN: UMTS földi rádiós-elérésű hálózat Node B: B(ázis) csomópont, bázisállomás RNC: Rádiós-hálózat vezérlő

16 Egyéb QoS osztályok jellemzői •Streaming osztály  Kevésbé szigorú késleltetési előírások  Asszimetrikus  Szolgáltatások •Web broadcast (nagyszámú „hallgatóság” kapcsolódik egy médiaszerverhez) •Videoanyag kívánságra (pl. nagy cégek saját oktatóanyagokat tárolnak szerverükön, és azt a mobilon meg lehet nézni) •Interactive osztály  Tranzakció-orientált szolgáltatás •Alkalmazás: nagy adatbázisok kezelése, web böngészés •Alkalmazott protokollok: HTTP, DNS •Jellemzők: asszimetrikus, kis kapcsolási idő, nagy mennyiségű adatletöltés •Background osztály  Alkalmankénti egyirányú kapcsolat •Csomagkapcsolt átvitel •MMS, SMS,

17 Felhasználói készülék (User Equipment) •Mobil készülék (ME:Mobile Equipment)  rádió terminál, amely többfajta információ (beszéd, audio, video, internet, stb.) kezelésére alkalmas •USIM (UMTS SIM)  GSM SIM kártyával hasonló funkciók, új jellemzőkkel kiegészítve USIM ME UE Mobil készülék UMTS Előfizetői Azonosító Modul

18 Az UTRAN elemei •Node B  Bázisállomás, amely megvalósítja a rádiós interfész fizikai rétegét: csatornakódolás és interleaving, spektrum kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading) moduláció/demoduláció, sebességillesztés, mérések, stb.)  Megvalósít néhány rádió erőforrás menedzsment funkciót is: pl. finomabb (softer) handover vagy zárthurkú (close loop) teljesítményszabályozás •RNC (Radio Network Controller)  Rádiós-hálózat vezérlő, amely az UMTS rádiós interfész és a maghálózat közötti kapcsolatot biztosítja  Vezérli a rádiós erőforrások felhasználását, a teljesítményszabályozást  Kezeli a protokoll illesztéseket a következő interfészeken: UE-RNC, RNC-RNC or RNC-MSC/SGSN

19 Rádiós hálózati alrendszer Node B RNC RNS Node B RNC RNS UTRAN MSC/VLR SGSN •RNS (Radio Network Sub-system): Rádiós-hálózati alrendszer - egy RNC + egy vagy több Node - az RNC-k között is lehet kapcsolat •UTRAN: egy vagy több RNS CS PS UE

20 UMTS interfészek UE (MS) Node B (BTS) RNC (BSC) MSC/ VLR SGSN Node B HLR GMSC Internet PLMN, ISDN GGSN Uu (Um) Iub (Abis) Iu Iur D C Gr Gc PSTN Gn Gs Iu-CS (A) Iu-PS (Gb) MSC/ VLR E Pirossal az UMTS, zárójelben zölddel pedig a GSM/GPRS megfelelőket jelöltük Iu flex (flexible): Egy RNC több Iu-CS és Iu-PS interfészt támogat egyszerre

21 Új Iu interfészek: Iu-BC és Iu-PC CBC: információ küldés a cellában tartózkodó minden UE felé (például városnév küldése a készülékre) SMLC (SAS néven is ismert): : Aktuális tartózkodási helytől függő szolgáltatások (Location Base Services) vezérléséhez RNC Cell Broadcast Centre (CBC) Iu-BC stand alone Serving Mobile Location Centre(SMLC) Iu-PC

22 Maghálózat fejlődése MGW SGSN MGW GGSN UTRAN MSC server GMSC server Iu-CS Iu-PS HSS PSTN Internet MRF CSCFMGCF IMS Adat & vezérlés Vezérlés IP alapú multimediás szolgáltatások biztosítására (audio, video, chat, stb.) MGW: Media Gateway (Média ártjáró) HSS: Home Subscriber Server (Honos előfizetői szerver) MRF: Media Resource Function (Média erőforrás funkció) CSCF: Call Session Control Function (Hívás felépítés vezérlés funkció) MGCF: Media Gateway Control Function (Média átjáró vezérlés funkció) IMS: IP Multimedia Subsystem (IP multimédia alrendszer)

23 Új hálózati elemek a maghálózatban •MSC, GMSC szerverek  Jelzésfunkciók vezérlése  Az előfizetői adat az MGW-n megy keresztül  Egy MSC, GMCS szerver számos MGW-t vezérel •Amikor növekszik az adatforgalom, csak egyel növelni kell az MGW-k számát •MGW (Media Gateway) Multimédiás áramkörkapcsolt megoldások átjárója •HSS (Home Subsciber Server)  HLR helyett lesz (mobilitás kezelés, felhasználói biztonsági funkciók, elérés hitelesítés, stb.) •MRF (Media Resource Function)  Multimediás erőforrások vezérlése (pl. videokonferencia esetén) •CSCF (Call Session Control Function)  Multimédiás kapcsolatok felépítése és kezelése •MGCF  Az ISUP és IM alrendszerek hívásjelzés protokollok illesztését kezeli  IP szolgáltatások és UMTS áramkörtkapcsolt hálózati rész jelzésszintű összekapcsolása

24 Radiós erőforrás kezelés (Radio Recource Management) •RRM feladatok  Rádiós erőforrások hatékony kezelése  Garantált QoS értékek a felhasználók számára  Előre tervezett lefedettség biztosítása  Kapacitás optimalizálás •RRM vezérlési folyamatok  Teljesítmény szabályozás (Power control)  Handover  Beléptetés vezérlés (Admission control)  Terhelés vezérlés (Load control)

25 Csatornakapacitás kérdése C -csatorna átviteli kapacitás [bit/s] B -csatorna sávszélesség [Hz] S - jelteljesítmény [W] N - zajteljesítmény [W] (Interferencia jelek okozzák) 1.Ha azonos jel/zaj viszony fenntartásával növelni akarjuk a csatorna átviteli kapacitását (sebességét) meg kell növelni a csatorna sávszélességét. 2. Ha a csatornát zavaró interferencia túl nagy (csökken S/N értéke), változatlan sávszélesség mellett csökken a csatorna kapacitása. Hartlay-Shannon törvény:

26 Teljesítmény szabályozás szükségessége A CDMA-t alkalmazó rendszereknél: Ha  az aktív UE-k száma  az interferencia szintje a rendszerben •Minden UE interferenciát okoz: –Minden másik UE-nek a cellában –Minden másik UE-nek a környező cellákban Ha  UE kimeneti teljesítménye  a sávban az interferencia (=  a rendszer kapacitása)

27 Teljesítmény szabályozás (közel-távol probléma a CDMA-ban) UE 2 UE 1 Node B •A pontos és gyors teljesítményszabályozás a CDMA rendszerek használhatóságának legfontosabb tényezője •A túl nagy teljesítménnyel adó UE blokkolhatja a cella forgalmának nagy részét. Közel-távol (near-far) probléma Teljesítmény szabályozás minimalizálni kell az interferenciát hogy a kapacitást növelni lehessen

28 Teljesítmény szabályozás típusai •A CDMA-ban alkalmazott háromféle teljesítmény-szabályozás megoldás:  Nyílthurkú (open-loop)  Gyors, zárthurkú (fast closed-loop)  Külsőhurkú (outer loop)

29 Nyílthurkú teljesítmény szabályozás (open-loop) •UE „durva” kezdeti teljesítmény beállítása a cellában A beállítás „pontatlan”: tolerancia ± 9-12 dB (path loss, lassú fading)  Nagy az FDD frekvenciák különbsége, nincs kolleráció a gyors fadingek esetén. Nem használható. Node B UE Downlink vételi teljesítmény mérés (BCH) Tx teljesítmény

30 Gyors, zárthurkú teljesítmény szabályozás (closed-loop) •Uplink irányban  Node B méri a vett SIR értéket (Signal to Interference Ratio)  Ha SIR mért > SIR cél akkor a Node B utasítja UE-t  teljesítményt Ha SIR mért < SIR cél akkor a Node B utasítja UE-t  teljesítményt  Szabályozás sebessége = 1500/s minden UE esetében (1dB) •A GSM-ben lassú szabályozás van (2 Hz) •A mechanizmus gyorsabban működik minthogy lényeges path loss következne be  Ha egy UE túl nagy teljesítménnyel ad, túl nagy interferenciát okoz a többi UE számára •Downlink irányban  Nincs közel-távol probléma (Node B több UE felé)  A Node B a cella határán lévő UE-khez igazítja a teljesítményt UE 2 UE 1 Node B  Tx telj.  Tx telj.

31 Külsőhurkú teljesítmény szabályozás (outer loop) •SIR cél (SIR target ) a szükséges BER szerint van meghatározva •SIR cél.~ UE sebessége, mert változik a BER.  SIR cél értékét az UE sebességétől függően kell változtatni •Külsőhurkú szabályozás  SIR cél értéke változik a Node B-ben, hogy a BER-t konstans szinten lehessen tartani RNC ( Külsőhurkú szabályozás) Node B (Zárthurkú szabályozás) UE BER SIR cél Idő

32 Handover •Csatornaváltás kapcsolat közben •Típusok  Durva (hard) handover Frekvenciák közötti: a WCDMA vivőfrekvenciák közötti handover (egy cellában több vivő is van) Rendszerek közötti: CDMA FDD-TDD rendszer között, vagy UMTS és más rendszer között (UMTS-GSM között)  Finom (soft) handover: Két Node B között  Finomabb (softer) handover: Egy Node B két szektora között

33 Durva (hard) handover BTS 1 (f 1,TS 5 ) BTS 2 BTS 1 (f 2,TS 3 ) BTS 2 MS a •MS csak egy BTS-el van kapcsolatban egyidőben •MS hirtelen vált át az egyik csatornáról a másikra, átváltás közben rövid időre nincs kapcsolat GSM UMTS f2 f1 f2 UMTS GSM

34 Finom (soft) handover elve •CDMA rendszerekben alkalmazzák •Finom handover  Egy UE kettő, vagy annál több Node B-vel kommunikál parallel •UE már a Node B2-vel kommunikál, miközben a Node B1-el is kapcsolatban marad  „Láthatatlan” (seamless) átmenet a cellák között •Több szimultán kapcsolat a bázisállomásokkal → Makro-diverzitás Node B 1 Node B 2 1 UE a Node B 1 Node B 2 2 UE a Node B 1 Node B 2 UE a Node B 3

35 Finom handover jellemzői •UE két Node B-hez tartozó szektor határán tartózkodik •UE-Node B kommunikáció két rádiócsatornán zajlik  A jelek kombinációját (uplink irányban) az RNC végzi  Többutas vétel problémája – Rake feldolgozás •Két teljesítmény szabályozási hurok aktív Szektor 1 Szektor 2 RNC Node B 1 UE a Node B 2

36 Finomabb (softer) handover •UE egy Node B két szektorának határán tartózkodik  UE-Node B két rádiócsatornán kommunikál  A jelek kombinációját (uplink) a Node B végzi  Többutas vétel– Rake feldolgozás •Egy teljesítményszabályozás hurok aktív Sector 1 Sector 2 RNC Node B UE a

37 Handover áttekintés (Hard) Handover BTS 1 – BTS 1 BTS 1 - BTS 2 - GSM/GPRS - megszakítás van az átvitelben Soft handover Node B 1 - Node B 2 - cdma2000, UMTS - nincs megszakítás az átvitelben Softer handover Node B 1 - Node B 1 - UMTS Frekvencia hard handover Carrier f 1 - Carrier f 2 - UMTS Rendszer hard handover Rendszer1 – Rendszer2 - WCDMA FDD / GSM

38 Kiterjesztett spektrumú technikák •Frekvencia ugrálás (Frequency Hopping) GSM (lassú), Bluetooth (gyors) •Direkt szekvenciás kiterjesztés (Direct Sequence) - Egyszerű implementáció → elterjedt használat (nem szükséges nagysebességű frekvencia szintézer) - A rendelkezésre álló frekvenciasávot folyamatosan kihasználja - cdma2000, WCDMA •Időugrálás (Time Hopping) Katonai alkalmazások •Többvivős CDMA (Multi Carrier CDMA)

39 A jel kiterjesztésének elve •Kiterjesztés (spreading) – egy információs bitet a kiterjesztő sorozat n bitjének feleltetünk meg  Kiterjesztő sorozat bitjei = chip-ek  Chipek száma/információs bit = Kiterjesztési Factor/Spreading Factor (pl. SF= 4, 8, 16, …512) AB ABAB XOR 100 kb/s (or kchip) 10 kb/s 100 kbps Információs bitek Kiterjesztő sorozat Kiterjesztett információ XOR logikai funkció és and analóg megfelelője AB ABAB

40 Kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading) Információs bitek (R) Kiterjesztő sorozat (Sp) (SF = 8) Kiterjesztett információ (RSp) (= R * Sp) Kiterjesztés Kiterjesztő sorozat (Sp) Szűkítés Adat (R) Információs bit Chip •RSp, Sp-hez hasonlóan álvéletlen (pszeudo-random) zajként jelenik meg •R * Sp  a kiterjesztett jel megnöveli a spektrumot Kód adás-vételt szinkronizálni kell

41 Feldolgozási nyereség •Szűkítés (despreading) – felerősíti a kívánt jelet a többi jelhez képest. •Feldolgozási nyereség (Processing gain): P G PGPG SNR in SNR out (dB) = SNR in (dB) + P G (dB) SNR - Signal to Noise Ratio: Jel/zaj viszony Szűkítés Vevő bemenetére jutó jel/zaj viszony Szűkítés utáni jel/zaj viszony

42 Feldolgozási nyereség direkt szekvenciás kiterjesztésnél R PN – chip sebesség (PN sorozat sebesség) R Info – információ bitsebesség •Példa R PN = 3,84 Mcps R Info = 12,2 kbps P G = 10*log 10 (3,84*10 6 /12,2*10 3 ) = 25 dB •A szűkítés után, a jel teljesítményének néhány dB-vel a zajteljesítmény felett kell lennie, különben a jelet nem lehet kinyerni a csatornából.

43 Példa a DS-CDMA jel teljesítmények meghatározására •Más kiterjesztett csatornák, interferenciaként jelentkeznek a felhasználó csatornáján és meghatározzák SNR értékét a szűkítés után •Példa •1.) R PN = 3,84 Mcps 2.) R PN = 3,84 Mcps R Info = 12,2 kbps R Info = 2 Mbps P G = 25 dB P G = 2,8 dB Tegyük fel, hogy a jó ávitelhez SNR out = 7 dB szükséges SNR out = SNR in + P G  1.) SNR IN = SNR OUT - P G = -18 dB 2.) SNR IN = SNR OUT - P G = 4,2 dB A kívánt jelszintnek az 1.) esetben18 dB-vel kevesebbnek, a 2.) esetben 4,2 dB –el többnek kell lennie, mint a többi csatorna által okozott interferencia és zaj.

44 DS-CDMA jelek kiterjesztése •A felhasználók ugyanazt a frekvenciasávot használják egyidőben •Kódjaik alapján vannak megkülönböztetve c 1 (t) s 1 (t) c 2 (t) s 2 (t) c n (t) s n (t) ∑ Acos(ω c t) f(Hz) Teljesítmény f(Hz) Power S TX Pseudo-zaj 1 Pseudo-zaj 2 Pseudo-zaj 3 Háttérzaj Teljesítmény Modulátor Kiterjesztés

45 DS-CDMA jelek szűkítése f(Hz) Kívánt jel f c =  c /2  c 1 (t) f c =  c /2  Sáváteresztő szűrő A vett jel az összes vivőre ültetett kommunikációs csatorna jelét tartalmazza •A jel szűkítése (despreading) az átviteli csatornán vett jel és a csatorna kódjának XOR logikai leképezésével történik. S RX nemkívánt jelek (interferenciák)kívánt jel Átviteli csatornán vett jel Demodulátor

46 Többutas terjedés •Természetes akadályok miatt (épületek, dombok, stb.), terjedésekor a jel visszaverődik, szóródik és csillapul  többutas terjedés •A jel a vevőre időben jól elkülöníthető pillanatokban érkezik •A beérkező energia változása (eloszlása) adja meg a többutas késleltetés profilt •A késleltetés értéke:  1 to 2 µs városi, vidéki környezetben  20 µs vagy több dombos területeken Többutas komponensek

47 Többutas terjedés problémája •T chip = 0,26 µs (WCDMA, 3,84 Mc/s) •Két eset  Ha T MultiCom  0,26 µs, a vevő szét tudja választani és kombinálni a többutas komponenseket hogy meghatározza a jel diverzitását •T MultiCom ≥ 0,26 µs …ha az átviteli út ≥ 78 m (kis mozgási/chip sebesség) •1Mc/s esetén, 300 m T MultiCom  Általában több egyforma hosszúságú terjedési út van adott idő alatt •Például a  /2 (2GHz,  =15 cm), késleltetéssel érkező jelek egy chipidő késleltetéssel érkeznek a vevőre •Ha az adó mozog jelvesztés vagy gyors fading jelentkezhet a kioltások miatt.

48 Gyors fading •A vett jel teljesítménye hirtelen dB-el csökken •Rayleigh eloszlású fading •Ellenlépések a WCDMA-ban  Rake vevő  Gyors teljesítmény szabályozás  Hatékony kódolás, interleaving, újraküldési protokollok

49 CDMA vevő •Csúcsértékek meghatározása  Azon időbeli helyek meghatározása, ahol jelentősen megnő a vett jel (szimbólum) energiája (teljesítmény sűrűsége), és ezen helyek megjelölése mutatókkal (fingers).  A mérés eredményei adják a többutas terjedés profilját. •Változások követése  A mutatók vektor jellegűek, amelyek követik a gyors fadingből eredő és gyorsan változó fázis- és amplitúdó jellemzőket  A változások észlelése ≤ 1 ms •Jelfeldolgozás  Minden egyes mutatót feldolgoznak, hogy meghatározzák a demodulált jelet és fáziskésését, majd az összegzett eredményeket a dekóderbe küldik.

50 Mutatók (fingers) elemzése Mutató 1 Mutató 2 Mutató 3 Adó jele Vett jel különböző késleltetéssel Csatornára becsült változás alapján végrehajtott korrekció Összegzett szimbólum •Maximális Rádió Keverés (Maximal Rádio Ősszegzés: MRC)  WCDMA pilot jeleket (szimbólumokat) használ, hogy a csatornára megbecsülje a súlyozott fázorok aktuális értékét  A csatorna által okozott fáziseltérést kompenzálják (visszaforgatják) az eredeti értékre  A kompenzált jeleket összeadják, hogy visszakapják a kívánt jelenergiát Σ Fáziskompenzáció

51 Finger 3 CDMA Rake vevő 3 mutatóval (finger) •Korrelátor és kódgen. : szűkíti és integrálja az adat szimbólumot •Csatorna becslő: megbecsüli a csatorna állapotát (a pilot jelekből) •Fázisforgató: a vett jel fázisát kompenzálja (visszaforgatja) •Késleltetés kiegyenlítő: kompenzálja a mutatók közötti időt •Összeadó: összeadja a kompenzált jeleket •Illesztett szűrő: frissíti a csatorna többutas fading profilját Bejövő jel Összeadó Finger 2 Finger 1 Korrelátor Kód generátor Csatorna becslő Fázis forgató Késleltetés kiegyenlítő Illesztett szűrő De kó der Időzítés

52 Kiterjesztő kódok (spreading codes) •Jellemzők  Influence interference among users  Have to have random behavior •Választás  Auto-korrelációs jellemzők szerint  Kereszt-korrelációs jellemzők szerint •Kódok típusai  PN sorozat (Pseudo random Noise sequence) •MLS (Maximal Length Sequence)  Gold kód  Walsh kód

53 Auto-korreláció definiciója - Időben változó folytonos jel autokorrelációs függvénye: - ACF értelmezése bitsorozatra: → L hosszúságú bitsorozat bitjeit összehasonlítjuk ugyanazon bitsorozat eltolt változatának bitjeivel (az eltolás mértéke: 1-L) # Egybevágó bitek a két bitsorozatban # Nem egybevágó bitek a két bitsorozatban ACF: Auto-Correlation Function

54 Auto-korreláció értelmezése bitsorozatra (példa) Eltolás (bits)BitsotozatCCNCCACF Korreláció PN eltolás

55 Kereszt-korreláció értelmezése - Időben változó folytonos jelek F(t) és G(t) keresztkorrelációs függvénye: •CCF értelmezése két bitsorozatra → két különböző bitsorozat bitenként összehasonlítása # Egybevágó bitek száma # Nem egybevágó bitek száma •Ortogonális kódok: CCF = 0 CCF: Cross-Correlation Function

56 PN sorozat •PN sorozat – bináris bitsorozat zajjellegű tulajdonságokkal (pszeudorandom)  … PN sorozat nem teljesen determinisztikus, és nem teljesen véletlen •PN generator  Lineáris visszacsatolt shift regiszter  Minden shift regiszter más polinomot állít elő A PN sorozat hossza: x0x0 x1x1 x2x2 x3x3 órajel PN sorozat [chipek] … N – tárolók száma Példa: 3-as shift regiszter

57 Gold kód •Gold kód: két preferált PN sorozat bitenkénti modulo 2 összeadása (XOR) (primitív kifejezés)  Az egyik PN sorozat eltolásával más GOLD kódot  Csak három keresztkorrelációs csúcsértéke van, amely a kódsorozat hosszának növekedesével egyre kevésbé lényeges  Egyszerű auto-korreláció nulla értékű (mint a PN sorozatoknál)  Elősegíti az aszinkron átvitelt •a vételi oldalon a Gold kód auto-korrelációs jellemzői segítségével állítható vissza a jel  Nagy mennyiségű kód generálható jó korrelációs jellemzőkkel

58 Walsh kódok •Walsh, vagy Walsh-Hadamard kódok •A kódok ortogonálisak egymással ugyanabban a mátrixban (CCF = 0) •Rossz auto-korrelációs jellemzők  Egy kód és eltolt változata közti auto-korreláció nem nulla •Walsh mátrix  Négyzetes matrix  Mátrix leírható: (m = matrix mérete, i = sor száma)

59 Walsh kód fastruktúrája ismétlés& invertálás ismétlés

60 Walsh kódok a kiterjesztésben (példa) KódChip-ekAnalóg megjelenés Walsh Walsh Walsh Walsh bit 0 ≈ +1 bit 1 ≈ -1 Walsh kód 3 bit 0 bit 1 adatbitek Walsh 3 Kiterjesztés után A user (Walsh 0) B user (Walsh 2) C user (Walsh 3) ,+1,-1,+1

61 Walsh kódok a szűkítésben A user (Walsh 0) B user (Walsh 2) C user (Walsh 3) A (Walsh 0) Walsh kód * kiterjesztett adat Chip-ek száma a Walsh kódban Információs bitek (A user)00001 CCF=1*3+1*1+1*(-1)+1*1

62 Kódok - áttekintés •A kódok korrelációs jellemzői nagyban meghatározzák a cellában az interferenciát  CDMA kapacitás az interferenciától függ Kód alkalmazás ElőnyökHátrányok Walsh UMTS, cdmaOne • A kódok ortogonálisak• rossz auto- és keresztkorreláció PN sorozat cdmaOne • Jó autokorreláció • Nem ortogonális kódok • Rossz keresztkorreláció • Kis számú kód Gold UMTS • Jó kerasztkorreláció • Nagyszámú kód •Autokorreláció Walsh < Gold < PN sorozat • nem ortogonális kódok

63 UMTS-ben használt kódok downlink irányban (I.) Előfizetői adat S i Csatorna kód (Walsh) Jelsebesség (változik) Chip sebesség (fix) •Kiterjesztő kódok = Walsh kódok  Minden kód egy csatornát reprezentál  csatorna kódok  Azonosítja az előfizetőket a cellában  A kódhossz változik és az alkalmazástól függ CiCi  C i+1 S i+1 CkCk SkSk

64 UMTS-ben használt kódok downlink irányban (II.) •Keverés (scrambling): a kiterjeszett jelet egy második kóddal szorozzuk meg  A kiterjesztés után használjuk  Nem változik a jel sávszélessége (…sebessége) •Keverő kódok = Gold kódok  javítja a csatornakód autokorrelációs jellemzőjét  Azonosítja a Node B-ket (… minden Node B-nek más kódja van) Keverő kód (Gold) Chip sebesség Előfizetői adat S i Csatorna kód (Walsh) Jelsebesség (változik) Chip rate (fix) CiCi  C i+1 S i+1 CkCk SkSk

65 UMTS-ben használt kódok downlink irányban (III.) •Node B (adás)  a Node B-k által küldött jelek időben szinkronozva vannak •UE (vétel)  A többutas terjedés miatt, a küldött jelek ortogonális jellemzői megszűnnek

66 UMTS-ben használt kódok uplink irányban (IV.) •Csatornakód  Walsh  Szétválasztja az adat és kontroll fizikai csatornákat •Keverő kód  Rövid (Gold kód) vagy hosszú (PN sorozat)  Elkülöníti a felhasználókat of users •A felhasználó jelei nem ortogonálisak  UE-k felől érkező jelek aszinkronok

67 UMTS-ben használt kódok (V.) Csatorna kódKeverő kód Használat Downlink: UE-k elválasztása a cellában Uplink: kontroll és adat fizikai csatornák szétválasztása egy UE felöl Downlink: cellák megkülönböztetése Uplink: UE-k megkülönböztetése Chip- hosszúság Downlink: chip Uplink: chip Downlink: 10 ms = chips Uplink: 10 ms = chips or 66,7 µs = 256 chips Kódok száma Shift regiszter hosszától függ Downlink: 512 Uplink: sok millió Sáv- szélesség Megnöveli az átviteli sávszélességetNincs hatása a sávszélességre


Letölteni ppt "UMTS rendszer Maros Dóra Budapesti Műszaki Főiskola Dr. ing. Robert Bestak Prágai Műszaki Egyetem."

Hasonló előadás


Google Hirdetések