Mobil hálózatok és alkalmazásaik tehetséggondozó program

Az előadások a következő témára: "Mobil hálózatok és alkalmazásaik tehetséggondozó program"— Előadás másolata:

1 Mobil hálózatok és alkalmazásaik tehetséggondozó program
Dr. Bilicki Vilmos Szoftverfejlesztési Tanszék

2 A mai előadás tartalma Trendek Áttekintés WiFi GSM/EDGE 3G - UMTS LTE

3 Fontos a vezetékmentes kommunikáció
Több milliárd eszköz Jövő technológiái: WiFi UWB Software Radio Wireless Mesh Ezentúl: Nanotech, PON, Soft Switching, MPLS, FSO, Optical Switching

4 Vezetékmentes kommunikáció
Vezetékes és vezetékmentes technológiák váltogatják egymást: Marconi Telegram  Vezetékes Telegráf & Telefon  Vezetékes, Cella alap Telefon, és vezetékmentes helyi hurok Vezetékmentes TV -> Kábel TV -> Műholdas TV Aloha Hálózat  Ethernet  Vezetékmentes LAN

5 M2M Statusreport

6 M2M Statusreport

7 M2M Statusreport

8 M2M Statusreport

9 M2M Statusreport

10 M2M Statusreport

11 M2M Statusreport

12 A vezetékmentes komm. jellege
Kényelmes, alacsonyabb költségű Gyorsabban telepíthető mint a vezetékes Nincs vezeték végpont költség No cost of cable plant Bárhova telepíthető, mobil Bizonytalan csatorna (csillapítás, árnyékolás, interferencia, diszperzió) Bonyolult tervezés és menedzselés Eszköz képességbeli korlátok (táp, LCD) Korlátozott sávszélesség, drága szolgáltatás

13

14 Jelek Jelek segítségével továbbítjuk az információt

15 Jelek spektrális felbontása
A jeleket gyakran érdemes harmonikus jelek összegeként vizsgálni mert ilyenkor a hatások könnyebben felmérhetőek Periodikus jelek Fourier sora: Abszolút integrálható jel Fourier transzformáltja: Sávhatárolt a jel ha

16 Analóg és digitális jelek átvitele
A modell: Csatorna jellemzők: Alakhű átvitel:

17 Fontosabb torzítások Késleltetés: Jel csillapítás Diszperzió
Visszhang, utánzengés Nemlineáris torzítás: Holtzóna Telítés

18 Elektromágneses hullámok
Ha az elektromos töltés gyorsul elektromos hullám keletkezik Jellemzői Hullámhossz Frekvencia Terjedési sebesség Az elektromos és a mágneses tér egymásra merőleges síkban változik Polarizáció: Apoláros Síkban poláros Crikulárisan poláros

19 Szabad hullámú összeköttetések
Típusai: Szabad sugárzás Irányított sugárzás Az antenna méretének összemérhetőnek kell lennie a hullámhosszal (pl.: fele) A terjedés szerinti felosztás Felületi hullámok: követik a föld felszínét (kHz- x10Khz) Térhullámok: egyenes vonalban terjednek (30MHz- 300GHz) Szórt hullámok: A troposzférában többszörösen megtörnek, szóródnak (200MHz-10GHz) Ionoszferikus hullámok: Az ionoszférából verődnek vissza (x1000KHz-30MHz)

20 Vezetett hullámú összeköttetések
TEM (Transzverzális Elektromos Mágneses) hullámvezető (vezeték) Két fém vezető + közöttük dielektromos szigetelő anyag A vezetők közötti távolság a jel hullámhosszához képest kicsi Dielektromos hullámvezető A köpeny törésmutatója kisebb mint a mag törésmutatója Numerikus apertúra

21 Az elektromágneses spektrum

22 Frekvencia sávok elnevezése
Extrely Low Frequencyh ELF 3Hz-30Hz Fém keresés Super Low Frequency SLF 30Hz-300Hz Elektromos áram, Tengeralattjárók Ultra Low Frequency ULF 300Hz-3kHz Telefon Very Low Frequency VLF 3kHz-30kHz Navigáció Low Frequency LF 30kHz-300kHz Rádió vivők, repülés időjárás Medium Frequency MF 300kHz-3MHz AM műsorszórás High Frequency HF 3 MHz-30MHz Rövid hullámú műsorszórás Very High Frequency VHF 30MHz-300MHz TV ,FM rádió, légiirányítás Ultra High Frequency UHF 300MHz-3GHz TV, Radar, Mbil telefon Super High Frequency SHF 3GHz-30GHz Műhold, radar Extremly High Frequency EHF 30GHz-300GHz Távérzékelés, rádió csillagászat

23 Vezetékmentes kommunikáció
Spektrum menedzsment A frekvencia véges erőforrás A minőség garantálásához szabályozni kell a frekvencia használatot Felosztás A használható frekvencia tartományt blokkokra osztják Minden blokkot további sávokra osztanak A sávokat csatornákra osztják Országonként más-más kiosztás lehet Maximális hatékonyság Új megoldások számára megfelelő frekvenciatartományok tartalékolása Hatékony, igazságos frekvenciahasználási engedély kiosztás Serkenteni kell a versenyt Biztosítani kell a nagyközönség számára fontos szolgáltatásokat Az ITU feladata a nemzetközi szabályozás Nem licenszelt spektrum (szabad frekvencia) Bárki használhatja Be kell tartani a teljesítmény előírásokat

24 Közeg megosztás Multiplexálás Típusai TDMA FDMA CDMA PDMA SDMA

25 Antennák Tulajdonságai Nyereség Írányítottság Polarizáció
Az izotropikus antenához viszonyítva dBi A dipól sugárzóhoz viszonyítva dBd Írányítottság Szorosan összefügg az előzővel Polarizáció Az E vektor irányát adja meg. Úgy az adó mind a vevő antennának egyforma polarizációjúnak kell lennie

26 Műholdas kommunikáció
2.5 és 22 GHz közötti frekvenciát használnak L,S,C,X,Ku,Ka sávok Típusai: Geostacionáris (GEO) 36000 km az egyenlítő felett ~250 ms késleltetés egy irányban Stabil pozíció Közepes pályájú (MEO) 6000 – km Tipikusan GPS Alacsony pályájú (LEO) 500 – km Viszonylag kicsi késleltetés (6ms) Műhold - műhold kommunikáció VSAT (Very Small Aperture Terminal) Pl.: Internet szolgáltatás DBS (Direct Broadcast System)

27 Földfelszíni kommunikáció
LMDS (Local Multipoint Distribution System) Kicsi cellák: 3 – 5 km Frekvencia újrahasznosítás >155 Mbps MMDS (Multiple chanel Multipoint Distribution System) Nagy cellák: 50 km ~10Mbps 3G Nagy mozgékonyságú felhasználó: 144 kbps Közepes mozgékonyságú felhasználó: 385 kbps Helyhez kötött felhasználó: 2Mbps U-NII Kicsi cellák: 3-5km ~25Mbps

28 WiFi IEEE 802.11, Wi-Fi Alliance Előnyei: Tipikus sebesség:
Dinamikus infrastruktúra (bérelt épület, helyiség) Skálázható infrastruktúra Olcsó infrastruktúra Gyorsan kiépíthető infrastruktúra Szabad mozgás Tipikus sebesség: 11 Mbit/s-54 Mbit/s Ez gyakran elegendő (xDSL kapcsolat) Tipikus felhasználási területek: WLAN – helyi hálózat Site – Site összeköttetés (40 Km) WISP Használt frekvencia sávok: 2,4 GHz 5 GHz Ettől persze még van vezetékes összköttetés is

29 IEEE 802.11 család Jellemzői: A MAC és a Fizikai réteget definiálja
Határok nélküli médiumot használ A külső jelek ellen védtelen A közeg jóval kevésbé megbízható mint a vezetett hullámú összeköttetés esetében Dinamikus topológia (akkor is ha senki sem mozog) A kapcsolat hiánya miatt egyes állomások rejtve maradhatnak (nem igaz mindenki hall mindenkit) Időfüggő, aszimmetrikus terjedési tulajdonságok A MAC és a Fizikai réteget definiálja MAC Service Data Unit MSDU átvitele az LLC-k között Vezetékes hálózatban a MAC cím a helyet is kijelöli Vezetékmentes hálózatban a címzett az állomás (Station - STA)

30 Elemek Vezetékmentes hálózati csatolók
Hozzáférési pontok (Access Point) Egy önálló vezetékmentes hálózat központja Nagy hálózatokban több AP van és közöttük vándorolnak a felhasználók Vezetékmentes hidak Több hálózat összekötésére használják

31 Antennák

32 Logikai architektúrák
Az LLC számára transzparens! Basic Service Set (BSS) Infrastruktúra mód (AP) Independent BSS (IBSS) Ad-Hoc, Peer-To-Peer Distribution System (DS) Extended Service Set (ESS) Roaming A en nincs közvetlen romaing támogatás

33 MAC szolgáltatások Szolgáltatási: Szinkron adat szolgáltatás
MSDU csere Legjobb szándék szerinti, nincs garancia Biztonsági szolgáltatás Transzparens az LLC számára Station – to – Station Wireless Equivalent Privacy WEP Titkosság Megbízhatóság Hozzáférés vezérlés MSDU sorbarendezés Unicast/Multicast/Broadcast

34 MAC architektúra Közeg hozzáférés vezérlés
Distributed Coordination Function (DCF) - CSMA/CA. Ad-Hoc és Infrastruktúra módban is használják Point Coordinate Function (PCF) – csak infrastruktúra módban Egy-egy BSS-en belül mindkét módszer használható időosztásban Keret típusok: Adat Vezérlés Menedzsment Vivő érzékelés Fizikai Virtuális (Network Allocation Vector - NAV) MAC szintű nyugtázás Pozitív nyugta (ha OK akkor nyugta)

35 CSMA/CA CA Médium lefoglalás Tartalmazzák az igényelt időtartamot
Virtuális Fizikai Médium lefoglalás RTS CTS Tartalmazzák az igényelt időtartamot

36 Keretek közti idő Interframe Space (IFS) 4 prioritási szint
Short Interframe Space (SIFS) PCF Interframe Space (PIFS) DCF Interframe Space (DIFS) Extended Interframe Space (EIFS)

37 Fizikai Réteg Physical Layer Convergence Procedure (PLCP)
Physical Medium Dependent Sublayer (PMD)

38 IEEE 802.11b Az eredeti 802.11 1-2 Mbit/s DSSS 5.5, 11 MBit/s 2.4 GHz
HR/DSSS – High Rate Direct Sequence Spread Spectrum Complementary Code Keying

39 Opcionális sebesség növelés
CCK moduláció helyett convolúciós kódoló HR/DSSS/PBCC (802.11g – 54MBit/s) Rövideb PLCP előtag HR/DSSS/Short, HR/DSSS/PBCC/Short Short

40 IEEE 802.11a 5 Ghz-en működik 54 MBit/s
Nem tud együttműködni a 2.4 GHz-es verziókkal OFDM: 52 csatorna – adatátvitelre 48 van használva egyszerre, 4 irányításra van használva

41 IEEE 802.11g Nem mindenhol használható az 5Ghz-es sáv
2.4 GHz-en működik, együtt tud működni a régi rendszerekkel 54 MBit/s Nagyobb (> 20MBit/s) sebességekhez OFDM Kisebb sebességeknél CCK

42 Skálázhatóság Frekvencia újrahaszonítás
802.11b – 3 teljesen különálló csatorna 802.11a - 8 teljesen különálló csatorna

43 Régi védelmi megoldások
A régi LAN-okban nem volt érdekes, drága volt és egyedi Service Set Identifier (SSID) 1-32 bájt SSID broadcast Minden SSID megengedése MAC cím szűrés

44 Wired equivalent privacy (WEP)
RC4-es szimmetrikus titkosításon alapul 40 bites kulcs (egyes implementációkban 128 bites) Előre elosztott közös kulcs Default kulcsok, aki megszerzi az tud kommunikálni Minden állomás minden állomással külön kulcsot használ Kliens AP hozzáférés Open Authentication Shared Key Authentication

45 Problémák a WEP-pel Azonosítás Kulcs menedzselés
Gép alapú, nincs felhasználó azonosítás A kliens nem azonosítja a hálózatot A meglévő azonosítási adatbázisokat nem használja Kulcs menedzselés Statikus kulcsok Meg vannak osztva a gépek és az AP között Ha egy eszközt ellopnak.. RC-4 alapú WEP kulcsok Gyenge algoritmus Az üzenet integritása nincs biztosítva

46 802.11i 802.1x EAP RADIUS Advanced Encryption Standard

47 A vezetékmentes rendszerek fejlődése
1896-ban Guglielmo Marconi feltalálta a vezetékmentes távírót A karaktereket analóg jelekké alakította Az óceánon is át tudta küldeni Az első autóban használható telefon rendszer ban jelent meg (MTS) Analóg frekvencia moduláció Nagy teljesítményű bázisállomás (80 km-es körzet) Nem túl hatékony frekvencia használat (120 KHz-es csatorna)

48 A vezetékmentes rendszerek fejlődése
Fejlett vezetékmentes telefon rendszer (IMTS) 1960 Kétirányú, közvetlen hívás 23 FM csatorna, kisebb sávszélesség használattal KHz Cella koncepció A jelerőség csökkenése segítségével frekvencia újrahasznosítás D. H. Ring in 1947 Bell Labs kezdett el vele foglalkozni 1960-as években

49 A vezetékmentes rendszerek fejlődése (1G)
A hívásátadás nem volt megoldva amíg nem volt: mikroprocesszor, vezérelhető RF forrás, kapcsoló központ 1G Cella alapú rendszer 1970-es években tervezték, a koria 1980-as években telepítették Analóg, 42 vezérlő csatorna, 790 hang csatorna A hívás átadás a BS-nél történt a jelerősség alapján AMPS -US; TACS - Europe; NTT - Japan; C450 - West German, NMT.

50 A vezetékmentes rendszerek fejlődése (2G)
2G rendszerek Digitális cellalapú rendszer Bizonyos adattovábbítás, inkompatibilis rendszerek GSM: TDMA - Europe; a világ előfizetőinek 3/4- részét fedi IS-54 , IS-136: TDMA - US; AMPS kompatibilis; IS-95: CDMA; 1993-ban szabványosítva ; 1995-ben Hong-Kong és Délkorea telpítette; Az USA ban.

51 A vezetékmentes rendszerek fejlődése (2.5G)
2G nagyon sikeres 3G + adat GSM: HSCSD és GPRS IS-95: IS-95b IS-136: D-AMPS+ és CDPD Multimédiára nem alkalmas ITU kezdeményezte a 3G szabványosítását ben, IMT-2000 az eredmény.

52 A vezetékmentes rendszerek fejlődése (3G)
IMT-2000 több 3G szabványt is tartalmaz: EDGE, az adatátvitel max. 473Kbps, visszafelé kompatibilis a GSM/IS-136 rendszerrel cdma2000 (Qualcomm), max. 2Mbps visszafelé kompatibilis IS-95 a rendszerrel WCDMA (Europa), új 5MHz-es csatrona struktúra; max 2Mbps; TD-SCDMA (China), CDMA TDD módon

53 A vezetékmentes rendszerek fejlődése (4G)
Problémák a 3G rendszerekkel Nincs valós Gyilkos alkalmazás („Killer Application”) Nincs egységes szabvány 4G rendszerek Kutatás által inicializált, de még nem igen létezik Adat orientált, problémamentes integrálódás a vezetékes médiummal Beltéren 100 Mbps, kültéren 20Mbps.

54 A Mobil Rádiókommunikációs Rendszerek Fejlődése

55 Paradigmák Első G Második G Harmadik G Negyedik G Csomagkapcsolt
Analóg Vonalkapcsolt Hangra koncentrál Alacsony kapacitás Korlátos lefedettség Második G Digitális Hang plusz alap adat alkal,azások Alacsony adatsebesség Továbblépések csomagkapcsolt Magasabb sávszélesség Globális vándorlás Csomag és vonalkapcsolt Fejlett adat(multimédia) alkalmazások Gyors adathozáférés Globális lefedettség Harmadik G Negyedik G Csomagkapcsolt Teljesen IP alapú (IPv6) Fejletebb multimédia alkalmazások Felhasználó vezérelt Felxibilis platform más hozzáférési hálózatok beilleszthetőek Nagy adatsebesség Fejlett QoS Globális fedettség Globálsi vándorlás

56 Mobilitás vs. Adatsebesség

57 Trendek Personal Communications (Goal of mobile communications)
All IP based (IPv6) (Packet switched) Flexible platform of complementary access systems( Combination of different wireless access systems, Hot spot services will be introduced by high-speed wireless access (>100mbps)) Higher system capacity (Users/Service, 5-10 times higher than 3G) Higher Transmission Data rate Higher frequency efficiency More advanced multimedia applications Improved QoS Realize high levels of security and authentication Global coverage Global roaming

58 Teljesen IP alapú

59 Teljesen IP alapú Intelligent Edge Network Domain Service Domain
Mobile Internet Application Servers Broadband Accesses Network Domain Mobile Internet Application Platforms Mobility, Connection & Control Servers Broadband Gateway Service Domain OWLAN Internet IP Multi Radio IP/ATM/MPLS Backbone Mobility Gateway PSTN ISDN Intelligent Edge Media Gateway

60 IEEE.802.11 WLAN Különböző hozzáférési technológiák kombinációja PDMA
PAN Bluetooth PDMA WPAN WLAN WWAN

61 3G után Media access system IP based core network IMT-2000 UMTS WLAN
Services and applications IP based core network Media access system IMT-2000 UMTS WLAN type cellular GSM short range connectivity Wireline xDSL other entities DAB DVB return channel: e.g. GSM download channel New radio interface

62 Transmission Data Rate
Highest data rate(3G) at least 144 Kb/s in a vehicular environment, 384 Kb/s in a pedestrian environment, 2048 Kb/s in an indoor office environment. Highest data rate (4G) 2Mbps in a vehicular environment,, 20Mbps in a pedestrian environment Wide Area, high velocity：100Mbps Indoor, lower velocity：1Gbps Evolution of transmission data rate 2G 3G and beyond kbps evolved 2G kbps 384 kbps-2 Mbps 100 Mbps? 384 kbps-20 Mbps

63 System Capacity and spectrum efficiency
Capacity: 5-10 times higher than 3G Frequency efficiency: Multi-cell: > 2bits/Hz Single-cell: 5~10 bits/Hz

64 Drivers of 3G Beyond 3G evolution …but difficult Drawback
Mobile Internet User 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1995 2000 2005 2010 Subscriptions (millions) Fixed Mobile Internet Fixed Internet 3G evolution …but difficult to extend to higher data rate with CDMA only technology; to provide various services with different QoS to have enough frequency resource to accommodate more subscribers Drawback Low system capacity Low spectrum efficiency 25 1998 1999 2000 2001 50 75 100 125 150 Pbit/day Real Time (e.g. Voice) Non Real Time (e.g. Internet access)

65 Revolution from IP infrastructure
Drivers of 3G Beyond IP Revolution from IP infrastructure and Beyond 3G Evolution from 2G systems 2G Revolution from subscriber service expectations

66 Service Forecast for Asia Region
5 10 15 20 25 1999 (Forecast by ITU-R TG-8/1 for Asia) 2015 (Extrapolation) Up Down 63% 23? 5.4 1 19.8 10％  30%  15%  28%  8% 3.4 0.5 91 % Multimedia  (U:128k,D:10Mbps)  (U:128k, D:2Mbps)  (U:64k,D:384kbps)  (U/D:128kbps×n) 1G/2G services Voice (U/D: 16k, VOX0.5) Others (<64 kbps) 9 %  Multimedia traffic increases 40%/year.  10Mbps downstream service emerges.  Saturation of 1G/2G services traffic. Subscribers ×1.5 Voice : Multimedia traffic ratio  1 : 2 (in 2010) 3.9 1.5 Relative traffic value in bits (Ref: 1999) Year 2010

67 Ad Hoc Hálózatok Önkonfiguráló, infrastruktúra mentes
Gyors konfiguráció és telepítés Robosztus Kötelező a jövő harcterein Gyakorlat: Jelentős kihívások

68 Kihívások Megbízhatatlan csatornák (Rétegeken Átívelő Tervezés)
Gyenge spektrum és erőforrás menedzsment Szoros Energia Büdzsé Biztonság Helyszín és Útvonalválasztás Vezetékes hálózatok csatlakoztatása

69

70 GSM M2M Statusreport

71 Részletek – GSM / GPRS GSM – Publikus Földfelszíni Mobil Hálózat
Komponensek MS (mobil egység) BS (bázisállomás) MSC (mobil kapcsolóközont) LR (lokáció regiszter) Alrendszerek: RSS (Rádió Alrendszer) NSS (Hálózati Alrdnszer) OSS (Menedzsment)

72 GSM részletek M2M Statusreport

73 GPRS GSN – GPRS támogató csomópontok

74 GPRS SGSN – serving GSN az MSC-t támogatja a lokalizáció, számlázás és biztonság területén GGSN – csomagkapcsolt rendszerekhez kijárat (Internet) GR – GPRS a HLR –t támogató címtár a felhazsnáló cím tárolására

75 UMTS architektúra

76 UMTS architektúra

77 UMTS csomagkapcsolt protokollok

78 UTRAN UTRAN (UTRA network) is the UMTS transceiver radio interface network part Cella szintű mobilitás – handover döntés Több Radio Network Subsystems (RNS)-ből áll melyek a Core Network-hoz csatlakoznak Minden Radio Network Subsystem-et egy Rádi Hálózat Vezrélő vezérel (RNC) Az RNC a rádiós erőforrásokat is kezeli (RRM) A helyi handover-ért az RNC felel

79 UTRAN - RNS RNSs can be directly interconnected through the lur interface (interconnection of the RNCs) Node B may contain a single BTS or more than one (typically 3) controlled by a site controller

80 Communication Systems UMTS network - UTRAN
UTRAN functions Controls cell capacity and interference in order to provide an optimal utilization of the wireless interface resources Includes Algorithms for Power Control, Handover, Packet Scheduling, Call Admission Control and Load Control Encryption of the radio channel Congestion control to handle situations of network overload System information broadcasting Micro and macro diversity (explained later)

81 Communication Systems UMTS network - UTRAN
Network based functions Packet Scheduling Controls the UMTS packet access Handles all non real time traffic, (packet data users) Decides when a packet transmission is initiated and the bit rate to be used Load Control Ensures system stability and that the network does not enter an overload state Admission control to avoid network overload Decides whether or not a call is allowed to generate traffic in the network 81 | 53

82 Communication Systems UMTS network - UTRAN
Connection based functions Power Control Manages radio link quality - Uplink is handled per mobile (UE), downlink per physical channel Ensures that transmission powers are kept at a minimum level and that there is adequate signal quality and level at the receiving end Handover guarantees user mobility in a mobile communications network SRNS (Serving RNS) relocation 82 | 53

83 Communication Systems UTRAN - connection based functions
UMTS provides several handover procedures Intra Node B handover (softer) Inter Node B handover, inter-frequency, intra-frequency (hard and soft) Inter RNC (hard, soft and soft-softer) Inter MSC Inter SGSN Inter System (UMTS - GSM) Hard Handover Connection to a Node B is destroyed before a new one (to an other Node B is started) 83 | 53

84 Communication Systems UTRAN - connection based functions
Soft Handover A MS is in the overlapping coverage of 2 different base stations (Node B) Concurrent communication via 2 air interface channels Downlink: Maximal combining with rake receiver Uplink: Routed to RNC for selection combining, according to a frame reliability indicator by the base station 84 | 53

85 Communication Systems UTRAN - connection based functions
Softer Handover A MS is in the overlapping coverage of 2 sectors of a base station Concurrent communication via 2 air interface channels 2 channels are maximally combined with rake receiver Soft Softer Handover Soft and softer handover combined Inter system handover from UMTS to GSM or vice versa RNS the UE is connected to is the Serving RNS RNS which provides additional resources, e.g for handover procedure is Drift RNS 85 | 53

86 Communication Systems UTRAN - connection based functions
Network crossing handovers End-to-end connection between UE and CN is handled over the Iu interface of the SRNS (Serving Radio Network Subsystem) Exchange of SRNS will lead to change of Iu Initiated by SRNS Handled by RNC and CN 86 | 53

87 Communication Systems UMTS – QoS classes
Background download of s Web browsing, network games Streaming multimedia Voice, videotelephony, video games Example of the application Destination is not expecting the data within a certain time Preserve data integrity Request response pattern Preserve time relation between information entities of the stream Preserve time relation between information entities of the stream Conversational pattern (stringent and low delay) Fundamental characteristic s Background Interactive class Streaming class Conversational class Traffic class 87 | 53

88 Communication Systems UMTS – Rake Receiver
Radio receiver designed to counter the effects of multipath fading rake receiver is so named because of its analogous function to a garden rake, each finger collecting bit or symbol energy similarly to how tines on a rake collect leaves Commonly used in a wide variety of CDMA and W-CDMA radio devices 88 | 53

89 Communication Systems UMTS – Rake Receiver
Radio receiver Uses several "sub-receivers" each delayed slightly in order to tune in to the individual multipath components Each component decoded independently, but at a later stage combined in order to make the most use of the different transmission characteristics of each path Results in higher Signal-to-noise ratio (or Eb/No) in a multipath environment than in a "clean" environment Multipath fading is a common problem in wireless networks especially in metropoletan areas Another “trick” to increase connection quality and reliability is macro diversity 89 | 53

90 Communication Systems UMTS – Macro Diversity
Same data stream is sent over different physical channels Uplink – UE sends its data to different Node B Data stream is reassembled, reconstructed in Node B, SRNC or NC Downlink – receiving same data from different cells on different spread codes 90 | 53

91 Communication Systems UMTS - Air Interface
UMTS FDD (Frequency Division Duplex) Uplink: MHz Downlink: MHz 190 MHz duplex distance ca. 5MHz (variable) carrier spacing (DS CDMA – Direct Sequence CDMA) 12 bands in uplink & downlink 91 | 53

92 Communication Systems UMTS - Air Interface
UMTS TDD (Time Division Duplex) Uplink & Downlink: MHz and MHz 5 carriers in total, 15 timeslots per frame a user may use one or several timeslots a timeslot can be assigned to either uplink or downlink 92 | 53

93 Communication Systems UMTS – Cell Breathing
Advantages of UMTS W-CDMA Power Control - solves the near-far problem Soft capacity, dynamic cell sizes Different to GSM, where fixed cell size Number of logged in users has no influence on cell size In UMTS cell size is tightly interrelated with its capacity Size depends on signal/noise ratio because of both maximum Tx power and number of active users (interference in the same cell through other users and with other cells) which results in cell breathing 93 | 53

94 Communication Systems UMTS – Cell Breathing
Interference increases noise in signal UE on the cell edge is transmitting with max power Another UE becomes active – results in increased interference The received signal from the UE on the cell edge is too weak and communication becomes impossible Restriction of participants needed Effective cell size decreases with increasing number of users There is a trade-off between capacity and coverage Results in cell breathing and imposes greater dificulties on network planning 94 | 53

95 Communication Systems Differences and similarities of GSM and UMTS
95 | 53

96 Communication Systems UMTS – security and authentication
Security in GSM is weak by our todays standards, mostly broken and only one way (client-to-network auth) Authentication in UMTS Basis is a common secret key K, which is only known by the USIM (User Services Identity Module) in the UE and by the HLR/AuC of the provider The VLR or SGSN which should authenticate the user requests from the HLR/AuC 1..n AV(Auth Vectors) Each AV is a 5-tupel consisting of RAND (random challenge) and XRES (expected response) for the user authentication CK (cipher key) for protection of confidentiality, IK (integrity key) for protection of integrity, AUTN (auth token) for network authentication 96 | 53

97 LTE M2M Statusreport

98 M2M Statusreport

99 LTE M2M Statusreport

100 A következő előadás tartalma
IPv4 IPv6 NAT Proxy Mobil IP