3. Generácia mobilných technológií

Transcription

1 3. Generácia mobilných technológií BAKALÁRSKA PRÁCA TOMÁŠ GERTHOFER ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta Katedra telekomunikácií a Multimédií Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE Vedúci bakalárskej práce: Ing. Peter Poloha Stupeň kvalifikácie: Bakalár (Bc.) Dátum odovzdania bakalárskej práce: ŽILINA 2007

2 ABSTRAKT Táto práca pojednáva o technológií UMTS (Univerzálny mobilný telekomunikačný systém). Popisuje architektúru siete, prístupové metódy a ich princíp na akom pracujú. V práci je načrtnutý vývoj systému UMTS. Ďalej práca opisuje situáciu na trhu a pokrytie vo svete a na Slovensku. ABSTRACT This work discus about UMTS technology (Universal mobile telecommunication system). He describes network architecture, access methods and their fundamentals which working. In work is described evolution of UMTS system. Also work relate aspect on market and coverage no world and in Slovakia.

3 Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta, Katedra telekomunikácií a multimédií ANOTAČNÝ ZÁZNAM - BAKALÁRSKA PRÁCA Priezvisko, meno: Tomáš Gerthofer...akademický rok: 2007/ Názov práce: 3. Generácia mobilných technológií Počet strán: 44 Počet obrázkov: 26 Počet tabuliek: 1 Počet grafov: 0 Počet príloh: 0 Použitá lit.: 17 Anotácia: Táto práca pojednáva o technológií UMTS (Univerzálny mobilný telekomunikačný systém). Popisuje architektúru siete, prístupové metódy a ich princíp na akom pracujú. V práci je načrtnutý vývoj systému UMTS. Ďalej práca opisuje situáciu na trhu a pokrytie vo svete a na Slovensku.... Anotácia v cudzom jazyku: This work discus about UMTS technology (Universal mobile telecommunication system). He describes network architecture, access methods and their fundamentals which working. In work is described evolution of UMTS system. Also work relate aspect on market and coverage no world and in Slovakia.... Kľúčové slová: Universal mobile telecommunication system, radio access network, handover, node B, mobile equipment, wideband code division multiple access, core network, channel, 3G sieť, rádiové rozhranie, kanál, bunková sieť, prístupové metódy, základňová stanica..... Vedúci práce: Ing. Peter Poloha Recenzent práce :... Dátum odovzdania práce:

4 OBSAH ÚVOD...1 CIEĽ RIEŠENIA UMTS UNIVERZÁLNY MOBILNÝ TELEKOMUNIKAČNÝ SYSTÉM EVOLÚCIA 2G SIETÍ A VÝVOJ ŠTANDARDOV UMTS GSM GPRS SLUŽBY POSKYTOVANÉ SIEŤAMI 3. GENERÁCIE ARCHITEKTÚRA SYSTÉMU UMTS OPORNÁ SIEŤ UTRAN RÁDIOVÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ PREPÍNANIE SPOJENIA (HANDOVER) RIADENIE VÝKONU PRÍSTUPOVÉ METÓDY RÁDIOVÉ ROZHRANIE FREKVENČNÉ SPEKTRUM KANÁLY RÁDIOVEJ PRÍSTUPOVEJ SIETE UTRA VRSTVOVÝ MODEL PROTOKOLOV VIACNÁSOBNÝ PRÍSTUP V UMTS WCDMA (UTRA/FDD) TD-CDMA (UTRA/TDD) HSPA HSDPA HSUPA POROVNANIE...38 ZÁVER...42 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY...43

5 ZOZNAM OBRÁZKOV A TABUĽIEK Obr.: 1.1. Rozdelenie technológií pre bezdeôtové služby... 3 Obr.: Architektúra siete GSM... 4 Obr.: Architektúra siete GPRS... 6 Obr.: 1.2.a Bloková štruktúra UMTS... 7 Obr.: 1.2.b Sieťové prvky a rozhrania siete UMTS... 8 Obr.: Oporná sieť... 9 Obr.: Rádiová prístupová sieť Obr.: Typy prepojení spojenia (Handover) Obr.: Otvorená slučka regulácie výkonu v TDD systéme Obr.: 2.1. Uu Rádiové rozhranie Obr.: Frekvenčné spektrum Obr.: a Hierarchia kanálov v UTRAN Obr.: b FDD zostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály Obr.: c FDD vzostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály Obr.: d TDD zostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály Obr.: e TDD vzostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály Obr.: Vrstvový model protokolov UTRA Obr.: 2.2.a. Princip FDMA, TDMA a CDMA Obr.: 2.2.b. Princíp modulácie v DS-CDMA (použitie ortogonálneho kódu) Obr.: 2.2.c. Princip FH (Frekvenčné skoky) Obr.: 2.2.d. Úzkopásmová interferenčná rezistencia Obr.: 2.3. Vzostupný a zostupn kanál v UTRA/FDD Obr.: 2.4. Rôzne konfigurácie rámca - Uplink/Downlink časové okná Obr.: 2.6.a. Závislosť prenosovej rýchlosti od pohybu Obr.: 2.6.b. Celosvetový nárast 3G užívateľov Obr.: 2.6.c. 3G/WCDMA Mapa pokrytia... 41

6 ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV ATM Asynchronous Transport Mode (Asynchrónny prenosový mód) AICH Acquisition Indicator CHannel (Akvizičný indikačný kanál) AMC Adaptive Modulation and Coding (Adaptívna modulácia a kódovanie) AP-AICH CPCH Access Preamble Acquisition Indicator CHannel (Akvizičný indikačný kanál CPCH prístupovej preambule) AS Access Stratum (Prístupová vrstva) AuC Autentification Center (Autentifikačné centrum) BCCH Broadcast Control CHannel (Broadkastový riadiaci kanál) BER Bit Error Ratio (bitová chybovosť) BCH Broadcast CHannel (Broadkastový kanál) BLR Block Error Ratio (Chybovosť blokov) BMC Broadcast and Multicast Control (Riadenie broadcastu a multicastu) BRAN Broadband Radio Access Network (Širokopásmová rádiová prístupová sieť) BSC Base Station Controller (Ovládač základňovej stanice) BSS Base Station Subsystem (Subsystém základňových staníc) BTN Back-To-N (Návrat k N) BTS Base Transciever Station (Základňová vysielacia stanica) CAC Call Admission Control (Riadenie prístupu volania) CCCH Common Control CHannel (Spoločný riadiaci kanál) CCTrCH Coded Composite Transport Channel (Kódovaný kompozitný transportný kanál) CD/CA-ICH CPCH Collision-Detection/Channel-Assignment Indicator CHannel (detekcia kolízie/pridelenie kanálu CPCH indikačný kanál CDMA Code Division Multiple Access (Viacnásobný prístup s kódovým delením) CM Connection Management (Manažment spojenia) CN Core Network (Oporná sieť) CPCH Common Packet CHannel (Spoločný paketový kanál) CPICH Common Pilot CHannel (Spoločný pilotný kanál) CRNC Controlling Radio Network Controller (Riadiaci rádiový sieťový ovládač) CSICH CPCH Status Indicator CHannel (Indikačný kanál CPCH stavu) CTCH Common Traffic CHannel (Spoločný prenosový kanál)

7 CUG Closed User Group (Úzka užívateľská skupina) DCCH Dedicated Control CHannel (Vyhradený riadiaci kanál) DCH Dedicated CHannel (Vyhradený kanál) DPCCH Dedicated Physical Control CHannel (Vyhradený fyzický riadiaci kanál) DPDCH Dedicated Physical Data CHannel (Vyhradený fyzický dátový kanál) DPCH Dedicated Physical CHannel (Vyhradený fyzický kanál) DSCH Downlink Shared CHannel (Zostupný spoločný kanál) DTCH Dedicated Traffic CHannel (Vyhradený prenosový kanál) EIR Equipment Identity Register (Register identity zariadenia) ETSI European Telecommunication Standardization Institute (Európsky telekomunikačný štandardizačný úrad) FACH Forward Access CHannel (Priamy prístupový kanál) FCS Fast Cell Selection (Rýchla bunková selekcia) FDMA Frequenci Division Multiple Access (Frekvenčne delený viacnásobný prístup) FOMA Freedom of Mobile Multimedia Access (Slobodný mobilný multimediálny prístup) GERAN GSM/EDGE Radio Access Network (GSM/EDGE Rádiová prístupová sieť) GGSN Gateway GPRS Support Node (Podporný uzol brány GPRS) GLR GSM Localization Register (GSM lokalizačný register) GMM GPRS Mobility Management (GPRS manažment mobility) GMSC Gateway MSC (Brána MSC) GPRS General Packet Radio Services (Všeobecná paketová rádiová služba) GSM Global System for Mobile communication (Globálny Systém pre Mobilné komunikácie) HARQ Hybrid Automatic Repeat request (Hybridné automatické opakovanie požiadavky) HLR Home Location Register (Databáza domácich účastníkov) HSDPA High-Speed Downlink Packet Access (Vysokorýchlostný zostupný paketový prístup) HS-DPCCH Uplink Dedicated Control CHannel for HS-DSCH (Vzostupný vyhradený riadiaci kanál pre HS-DSCH) HS-DSCH High-Speed Downlink Shared CHannel (Vysokorýchlostný zostupný zdieľaný kanál)

8 HSPA High-Speed Packet Access (Vysokorýchlostný paketový prístup) HS-PDSCH High-speed Physical Downlink Shared CHannel (Vysokorýchlostný zostupný zdieľaný fyzický kanál) HS-SCCH Shared Control CHannel for HS-DSCH(Zdieľaný riadiaci kanál pre HS-DSCH) HS-SICH Shared Information CHannel for HS-DSCH (Zdieľaný informačný kanál pre HS-DSCH) HSUPA High-Speed Uplink Packet Access (Vysoko-rýchlostný vzostupný paketový prístup) IMEI International Mobile Equipment Identity (Medzinárodné identifikačné číslo mobilnej stanice) IMSI International Mobile Subscriber Identity (Medzinárodné identifikačné číslo účastníka) IMT-2000 International Mobile Telecommunication (Medzinárodné mobilné telekomunikácie) ITU International Telecommunication Union (Medzinárodná telekomunikačná únia) LMSI Local Mobile Station Identity (identita mobilnej stanice) MAC Medium Access Control (Riadenie prístupu na médium) MBMS Multimedial Broadcast Multicast Service (Multimediálna broadkastova multikastova služba) MM Mobility Management (Manažment mobility) MSC Mobile Switcging Center (Mobilné prepojovacie centrum) MSISDN Mobile Station International ISDN number (ISDN číslo mobilnej stanice) MSRN Mobile Station Roaming Number (Roamingové číslo mobilnej stanice) NAM Network Access Mode (Sieťový prístupový mód) NAS Nonaccess Stratum (Neprístupová vrstva) NSS Network Switching Subsystem (Sieťový prepájací subsystém) OMC Opreations and Maintenance Centrum (centrum prevádzky a údržby) P-CCPCH Primary Common Control Chysical CHannel (Primárny spoločný riadiaci fyzický kanál) PCCH Paging Control CHannel (Vyhľadávací riadiaci kanál) PCPCH Physical Common Packet CHannel (Spoločný fyzický paketový kanál) PCU Packet Control Unit (Paketová riadiaca jednotka)

9 PDCP PDP PDSCH PCH PICH PLMN PNBSCH PRACH PSTN PUSCH RACH RAN RLC RNC RNS RRC S-CCPCH SGSN SHCCH SCH SIR SIR SM SR SSDT SW TD-CDMA TDMA TMSI Packet Data Convergence Protocol (Protokol paketovej dátovej konvergencie) Packet Data Protocol (Paketový dátový protokol) Physical Downlink Shared CHannel (Fyzický zostupný zdieľaný kanál) Paging CHannel (Vyhľadávací kanál) Paging Indicator CHannel (Indikačný kanál vyhľadávania) Private Land Mobile Network (Privátna pozemná mobilná sieť) Physical Node B Synchronization CHannel (Fyzický synchronizačný kanál Uzla B) Physical Random Access CHannel (Fyzický kanál náhodného prístupu) Public Switched Telephone Network (Verejná telefónna sieť s prepojovaním okruhov) Physical Uplink Shared CHannel (Fyzický zdieľaný vzostupný kanál) Random Access CHannel (Kanál náhodného prístupu) Radio Access Network (Rádiová prístupová sieť) Radio Link Control (Riadenie rádiového spoja) Rodio Network Controler (Ovládač rádiovej siete) Radio Network Subsystem (rádiový sieťový subsystém) Radio Resources Control (Riadenie rádiových zdrojov) Secondary Comon Control Physical CHannel (Primárny spoločný riadiaci fyzický kanál) Serving GPRS Support Node (Obslužný uzol pre GPRS) SHared channel Control CHannel (Zdieľaný riadiaci kanál) Synchronizatoin CHannel (Synchronizačný kanál) Signal-to-Interference Ratio (pomer signál/šum) Signal to Interference Ratio (Pomer signál/interferencie) Session Management (Manažment relácií) Selective Repeat (Selektívne opakovanie) Side-Selection Diversity Transmit (Polohovo vybraná rôznorodosť prenosu) Stop and Wait (Stoj a čakaj) Time Division - Code Division Multiple Accessje (Časovo delený kódovo delený mnohonásobný prístup) Time Division Multiple Access (Časovo delený viacnásobný prístup) Temporary Mobile Subscriber Identity (Dočasný kód mobilného účastníka)

10 TRAU Transcoding and Rate Adaption Unit (Transkódovacia a adaptačná jednotka) UMTS Universal Mobile Telecommunication System (Univerzálny mobilný telekomunikačný systém) USIM UMTS Subscriber Identity Module (Modul identifikácie účastníka) USRAN UMTS Satelite Radio Access Network (UMTS satelitná rádiová prístupová sieť) UTRAN UMTS Trerstrial Radio Access Network (Rádiová prístupová sieť) VLR Visitor Location Register (Databáza hosťujúcich účastníkov) W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access (Širokopásmový kódovo delený mnohonásobný prístup)

11 ÚVOD Rozvoj trhu so širokopásmovými službami úzko súvisí s rozvojom s rozvojom technológií, ktoré umožnili riešenie problému širokopásmového prístupu cez prístupové siete pôvodne určené na prenos úzkopásmových hlasových a dátových služieb. Univerzálny Mobilný Telekomunikačný Systém UMTS (Universal Mobile Telecomunication System) je jedna z technológií 3. generácie mobilných sietí. V súčasnosti je dostupná prevažne v západnej Európe. Telekomunikačné spoločnosti na Slovensku túto technológiu zaviedli v roku 2006 a v súčasnosti je dostupná pre 60% populácie. Na vývoj 3G technológií mali vplyv hlavne neustáli dopyt po širokopásmových službách, vytvorenie celosvetového štandardu ktorý by konvergoval mobilné a pevné siete. Vývoj štandardov začal už v polovici 80. rokoch. Medzinárodná telekomunikačná únia ITU (International Telecomunicatoin Union) definovala štandard pre systémy tretej generácie IMT-2000 (International Mobile Telecommunication) a Európsky telekomunikačný štandardizačný úrad ETSI definoval UMTS. 3. generácia bezdrôtových sietí sa vyvinula z 2. generácie, ktorej dominantnou technológiou je GSM (Global mobile System for Mobile comunication) a 2,5. generácie GPRS (General Packet Radio Services). GSM bola navrhnutá na prenos hlasu a hlasové služby. GPRS je nadstavba do siete GSM, ktorá zabezpečuje prenos dát. 1

12 CIEĽ RIEŠENIA V tejto práci sa budem zaoberať 3. generáciou mobilných telekomunikačných systémov, konkrétne technológiou UMTS a jej prístupovými metódami. V prvej kapitole popíšem históriu a vývoj štandardov pre UMTS. Štruktúru siete, služby poskytované sieťami 3. generácie (hlasové, dátové, videohovor, mobilná TV a pod.). V druhej kapitole podrobne popíšem prístupové metódy a ich princíp, na akom pracujú. Aké majú technické parametre a kde sa používajú. A nakoniec porovnám prístupové metódy z rôznych hľadísk: prenosových rýchlostí, použitia, frekvenčných pásiem. Do porovnania zahrniem aj technológie 2. generácie GSM a jej evolučnej nadstavby GPRS. 2

13 1. UMTS UNIVERZÁLNY MOBILNÝ TELEKOMUNIKAČNÝ SYSTÉM 1.1. EVOLÚCIA 2G SIETÍ A VÝVOJ ŠTANDARDOV UMTS Hlavné dôvody na vývoj sietí 3. generácie sú: rastúci dopyt po širokopásmových službách, vytvorenie celosvetového štandardu, konvergencia pevných a mobilných sietí s využitím existujúcej infraštruktúry 2. generácie. Systémy 3. generácie sú určené na poskytovanie globálnej mobility so širokou škálou služieb zahŕňajúc telefonovanie, posielanie správ, stránkovanie, internetové a širokopásmové dáta. Štandardy pre 3. generáciu mobilných sietí sa začali vyvíjať už v polovici 80. rokov medzinárodnou telekomunikačnou úniou ITU a európskym telekomunikačným štandardizačným úradom ETSI. ITU pracovala na systéme FPLMTS neskôr nazvaný IMT-2000 a ETSI pracovala na systéme UMTS. Situáciu v Európe zjednodušuje jednotný štandard opornej siete GSM. V roku 1999 ITU vybrala päť technológií pre bezdrôtové služby: - širokopásmové CDMA (WCDMA) - CDMA 2000 (vyvinuté z CDMA IS 95) - TD CDMA / TD SCDMA (časovo delené CDMA a časovo delené synchrónne CDMA) - UWC 136 (vyvinuté z IS 136) - DECT 1Obr.: 1.1. Rozdelenie technológií pre bezdeôtové služby 3

14 V roku 1998 bol sformovaný Third Generation Partnership Project (3GPP) aby pokračoval na prácach technickej špecifikácie UMTS. 3GPP mal päť hlavných UMTS štandardizačných oblastí: Rádiová prístupová sieť, Oporná sieť, Terminály, Aspekty služieb a systémov, GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) GSM GSM je bunková sieť druhej generácie. Vývoj sa začal na začiatku osemdesiatych rokov dvadsiateho storočia v Európe. Bola vytvorená špeciálna skupina Groupe Special Mobile (GSM), ktorá pracovala na vývoji siete. Neskôr táto skupina bola presunutá do inštitútu ETSI. Prvá sieť bola spustená v roku 1991 vo Fínsku. GSM je najúspešnejší z bunkových systémov druhej generácie, ktorý bol prijatý nielen v Európe ale aj v Ázijsko-pacifickom regióne a v Amerike. V súčasnosti má GSM technológia 81% podiel na globálnom trhu s bunkovými systémami druhej generácie. Technické parametre a architektúra siete GSM sieť pracuje v štyroch rôznych frekvenčných pásmach. Najčastejšie v 900 MHz a 1800 MHz, ale v niektorých amerických krajinách sú používané 850 MHz a 1900 MHz pásma. GSM využíva kombináciu FDMA a TDMA multiplexu. Pre vzostupný a zostupný smer sú vytvorené dve 25 MHz široké frekvenčné pásma so 124 frekvenčnými kanálmi v každom. Kanály sú oddeľované 200 khz ochrannými pásmami. Frekvenčný kanál je ďalej rozdelený na 8 časových kanálov. 2Obr.: Architektúra siete GSM 4

15 Na obrázku je zobrazená architektúra siete GSM. Sieť sa skladá z dvoch hlavných domén: Subsystém základňových staníc BSS (Base station subsystem) a Sieťovým prepájacím subsystémom NSS (Network switching subsystem). BSS obsahuje základňovú stanicu BTS (Base transciever station), ktorá sprostredkováva rádiové spojenie s mobilnými stanicami, a ovládač základňovej stanice BSC (Base station controller), ktorý riadi rádiové zdroje pre jednu alebo viacej BTS. NSS je oporná sieť systému GSM. Pracuje na princípe prepojovania okruhov a obsahuje množstvo databáz (databázy sú popísané v kapitole Oporná sieť pretože sú v podstate rovnaké aké používa systém UMTS). Hlavným prvkom NSS je rádiotelefónna ústredňa MSC (Mobile switching centre). MSC sa stará o smerovanie hovorov v sieti. Hovory idúce z/do iných sietí sú smerované cez GMSC (brána MSC). Ďalším významným prvkom v systémoch druhej generácie je transkódovacia a adaptačná jednotka TRAU (Transcoding and rate adaption unit). Jednotka TRAU konverguje reč (16 kbit/s prenášanej z mobilnej stanice cez BTS a BSC do MSC) na štandardný 64 kbit/s tok pre prenos cez PSTN alebo ISDN sieť. Aj keď TRAU je vlastne logicky časť BSS, obvykle je umiestňovaná blízko MSC, čo má značný dopad na redukciu prenosových nákladov GPRS Všeobecná paketová rádiová služba GPRS (General packet radio service) je paketovo orientovaná mobilná dátová sieť dostupná užívateľom systému GSM. Mobilné siete druhej generácie kombinované s GPRS sú považované za 2,5-tú generáciu. Architektúra siete a technické parametre Sieť GPRS využíva rovnaké rádiové rozhranie ako GSM (tie isté frekvenčné pásma, modulácie, frekvenčné skoky, štruktúra rámcov). Režim prenosu s prepojovaním paketov si vyžiadal zmeny v infraštruktúre siete GSM. Bolo pridaných niekoľko nových sieťových prvkov vyžadovaných v GPRS chrbticovej sieti a nová databáza GSM lokalizačný register GLR (GSM localization register). 5

16 3Obr.: Architektúra siete GPRS Do základňových staníc bola vložená nová entita Paketová riadiaca jednotka PCU (Packet control unit), ktorá riadi prenos GPRS cez rádiové rozhranie. V chrbticovej sieti GPRS sú dva smerovacie prvky: Obslužný uzol pre GPRS SGSN (Serving GPRS Support Node ) a Podporný uzol brány GPRS GGSN (Gateway GPRS Support Node ), ktoré smerujú paketové dáta. SGSN zabezpečuje spojenie s BSC a smeruje dáta v rámci siete, tiež vykonáva autentifikáciu a manažment mobility. GGSN slúži ako brána do cudzích sietí. GPRS poskytuje prenosové rýchlosti 56 až 114 kbit/s SLUŽBY POSKYTOVANÉ SIEŤAMI 3. GENERÁCIE UMTS poskytuje okrem služieb prevzatých z 2.G sietí aj nové služby spojené s nárastom prenosových rýchlostí a zdokonalením mobilných staníc (väčšia pamäť, kamera, veľký displej). Nové širokopásmové služby spojené s prenosom multimediálnych dát ako sú napríklad mobilná TV alebo video na požiadanie sú sprostredkované pomocou MBMS multimediálnej broadkastovej multikastovej služby (Multimedial broadcast multicast service). MBMS je služba sprostredkovávaná prostredníctvom sietí GSM a UMTS. Infraštruktúra ponúka možnosť využiť vzostupný kanál pre interakciu medzi poskytovateľom a užívateľom, čo nieje možné v obvyklých broadkastových sieťach ako napríklad konvenčná 6

17 televízia. MBMS používa pre prenos opornou sieťou spojenia typu bod bod alebo bod viac bodov. MBMS bol štandardizovaný v 3GPP a prvá fáza štandardizácie sa objavila v UMTS odporúčaní ARCHITEKTÚRA SYSTÉMU UMTS UMTS sieť pozostáva z CN opornej siete (Core Network), ktorá používa zdokonalené sieťové prvky siete GSM, a UTRAN rádiovej prístupovej siete (UMTS Terestrial Radio Access Netkork), ktorá je vybudovaná na spôsobe prenosu ATM vrátane rozhrania Iu. UE User Equipment (UMTS mobilný terminál) je pripojený k prístupovej sieti UTRAN cez rádiové rozhranie Uu, ktoré pracuje na princípe CDMA. Na obrázku 1.2.a sú znázornené základné domény siete. 4 Obr.: 1.2.a Bloková štruktúra UMTS UMTS mobilný terminál obsahuje USIM (UMTS Subscriber Identity Module). Táto čipová karta obsahuje špecifické užívateľove informácie a verifikačný kľúč k overení užívateľovho prístupu do siete. Táto karta je vložená do slotu v mobilnom termináli a je jedným z operačných elementov terminálu. Podrobná štruktúra siete je zobrazená na obrázku 1.2.b, kde sú znázornené sieťové prvky a rozhrania. V sieti sa využívajú rôzne spôsoby prenosu dát. RNS rádiový sieťový subsystém (Radio Network Subsystem), ktorý je súčasťou RAN, zabezpečuje medzi účastníkom a RNC ovládač rádiovej siete (Rodio Network Controler) spojovo orientovaný prenos. Ďalej tento tok smeruje, buď do MSC (Mobile Switcging Center) ak ide o spojovo orientovaný prenos, alebo do SGSN (Serving GPRS Support Node) ak ide o prenos na 7

18 princípe prepojovania paketov. Oporná sieť je prepojená s vonkajšími sieťami pomocou príslušných brán. GMSC (Gateway MSC) spája opornú sieť s verejnou telefónnou sieťou PSTN (Public Switched Telephone Network). GGSN (Gateway GPRS Support Node) spája opornú sieť s IP sieťami. 5 Obr.: 1.2.b Sieťové prvky a rozhrania siete UMTS Sieť umožňuje spoločnú koexistenciu systémov UMTS a GSM, pričom oporná sieť obsluhuje dva nezávislé prístupové podsystémy. RNS podsystém pre UTRAN, a BSS (Base Station Subsystem) podsystém pre GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) OPORNÁ SIEŤ Oporná sieť UMTS vychádza z modifikovanej siete GSM. Je rozdelená na 2 časti, na časť s prepojovaním paketov a spojovo orientovanú časť. Obe časti CN opornej siete 8

19 používajú tú istú RAN rádiovú prístupovú sieť. Rozhranie medzi CN a RAN (Iu - rozhranie) je delené na rozhranie pre spojovo orientovanú časť CN (Iu CS Circuit Switched) a na rozhranie pre časť CN s prepojovaním paketov (Iu PS Packet Switched). 6 Obr.: Oporná sieť MSC Rádiotelefónna ústredňa (Mobile Switching Centre) MSC je spojovo orientovaný uzol v CN, ktorý zabezpečuje spojovo orientovaný prenos. Tá istá MSC môže byť použitá na spojenia GSM-BSS a UTRAN. MSC je pripojená k nasledujúcim prvkom opornej siete: - Prepojenie s pevnou PSTN sieťou prostredníctvom brány GMSC (Gateway MSC) - Prepojenie s ostatnými MSC cez rozhranie E. Týmto rozhraním si MSC vymieňajú dáta pri prepínaní spojenia (handover), keď mobilná stanica prechádza z jednej MSC oblasti pokrytia do druhej. - Pripojenie k SGSN cez Gs rozhranie - Pripojenie k rôznym registrom opornej siete (HLR, EIR, AUc) - VLR je fyzicky implementovaná do MSC, ich prepojenie je na logickej úrovni prostredníctvom rozhrania B 9

20 Hlavné rozdiely medzi MSC a telefónnou ústredňou v pevných sieťach spočíva v tom, že MSC zodpovedá za prideľovanie rádiových zdrojov, v mobilnej povahe účastníkov, vo vykonávaní nasledujúcich procedúr: - procedúry vyžadované pre lokálnu registráciu - procedúry vyžadované pri prepájaní spojenia (handover) GMSC Bránová MSC (Gateway Mobile Switched Centre) Je to MSC ktorá sa nachádza medzi sieťou PSTN a inou MSC v sieti. Jej funkciou je smerovanie prichádzajúcich volaní na príslušnú MSC po tom ako si vytiahne z HLR potrebné informácie. Ak operátor dovolí prístup do HLR z cudzie siete, potom určenie bránovej MSC nieje nevyhnutné a z druhej siete môžu volania smerovať priamo na príslušnú MSC sami. V praxi to je možné, ak sú všetky MSC zároveň aj GMSC v PLMN (Private Land Mobile Network). VLR Databáza hosťujúcich účastníkov (Visitor Location Register) VLR obsahuje informácie o hosťujúcich mobilných staniciach v oblasti pokrytia MSC. VLR obsahuje veľa rovnakých informácií ako databáza domácich účastníkov HLR (Home Location Register). Rozdiel je v tom že informácie vo VLR sú dočasné, zatiaľ čo HLR je miesto na permanentné uloženie informácií. Účastnícke dáta vo VLR zahŕňajú nasledujúce informácie: - Medzinárodné identifikačné číslo účastníka IMSI (International Mobile Subscriber Identity) - ISDN číslo mobilnej stanice MSISDN (Mobile Station International ISDN number) - Roamingové číslo mobilnej stanice MSRN (Mobile Station Roaming Number) - Dočasný kód mobilného účastníka TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) - Lokálna identita mobilnej stanice LMSI (Local Mobile Station Identity) - Lokalita kde bol účastník zaregistrovaný - Identita SGSN kde bol účastník zaregistrovaný - Posledná známa poloha a počiatočná poloha mobilnej stanice HLR Databáza domácich účastníkov (Home Location Register) HLR je trvalý register užívateľských dát. Je tu uložený každý informačný profil účastníka. PLMN sieť obsahuje jeden alebo niekoľko registrov HLR. Záleží to na počte mobilných 10

21 účastníkov, na kapacite registrov a na organizácií siete. Permanentne uložené dáta zahŕňajú okrem iných aj: - Medzinárodné identifikačné číslo účastníka IMSI (International Mobile Subscriber Identity) - MSISDN (číslo adresára mobilnej stanice ( )) - Informácie o kategórii mobilnej stanice - Prípadné roamingove obmedzenia - Členské dáta úzkej užívateľskej skupiny CUG (Closed User Group) - Dodatočné servisné parametre - Sieťový prístupový mód NAM (Network Access Mode), ktorý určuje či má účastník prístup do: GPRS siete, nie-gprs siete, alebo oboch Ak je podporované GPRS, sú do HLR zahrnutú adresy paketových dátových protokolov PDP (Packet Data Protocol) a nasledujúce dočasné dáta: - Lokálna identita mobilného účastníka LMSI - Číslo MSC - Číslo VLR (identita VLR, kde ja aktuálne zaregistrovaný účastník) AuC Autentifikačné centrum (Autentification Center) Autentifikačné centrum je združené s HLR. Fyzicky existuje AuC len s príslušným HLR. Rozhranie H medzi nimi nieje štandardizované. V AuC sú uložené: užívateľov autentifikačný kľúč a IMSI. AuC vysiela dáta potrebné pre autentifikáciu a šifrovanie cez HLR do VLR a SGSN ktorý si potrebujú overiť mobilnú stanicu. EIR Register identity zariadenia (Equipment Identity Register) EIR ukladá medzinárodné identifikačné číslo IMEI používané v systéme. EIR obsahuje tri oddelené zoznamy: 1. White list: IMEI zariadení ktoré sú v poriadku 2. Black list: IMEI zariadení nahlásených ako ukradnuté 3. Gray list: IMEI zariadení ktoré majú nejaké problémy (napr. Poruchový softvér) EIR musí obsahovať minimálne White list. Black list a jeho kontrola nieje povinná a to umožňuje používať ukradnuté mobilné telefóny v nemej zabezpečených sieťach. Typicky sa v PLMN sieťach používa jeden register EIR, ktorý je prepojený so všetkými HLR v sieti. 11

22 SGSN Obslužný GPRS podporný uzol (Serving GPRS Support Node) SGSN je centrálny sieťový prvok v sieti s prepojovaním paketov. Zahŕňa dva typy informácií: 1. Účastnícke informácie - IMSI - Dočasné identity - PDP adresy 2. Lokálne informácie - bunku alebo smerovú oblasť, kde je mobilná stanica zaregistrovaná - VLR číslo - GGSN adresu alebo každú GGSN pre ktorú existuje PDP kontext SGSN je pripojená k UTRAN cez rozhranie Iu PS. GGSN Podporný uzol brány GPRS (Gateway GPRS Suppotr Node) GGSN korešponduje s GMSC v spojovo orientovanej sieti. Pokiaľ GMSC smeroval len príchodziu prevádzku, GGSN musí smerovať prevádzku v opačnom smere. GGSN si udržuje tieto dáta: - Užívateľské informácie - IMSI - PDP adresy - Lokálne informácie - SGSN adresy, kde je mobilná stanica zaregistrovaná GGSN prijíma informácie z HLR a SGSN UTRAN RÁDIOVÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ UTRAN je nová rádiová prístupová sieť navrhnutá pre systém UMTS. Jej úlohou je zabezpečiť spojovo orientovaný prenos medzi mobilným terminálom a opornou sieťou. Sieť UTRAN je založená na koncepte siete GERAN. V budúcnosti by ďalšie implementácie zahŕňali aj širokopásmovú rádiovú prístupovú sieť BRAN (Broadband Radio Access Network) a UMTS satelitnú rádiovú prístupovú sieť USRAN (UMTS Satelite Radio Access Network). UTRAN sa skladá z rádiových sieťových ovládačov RNC (Radio Network 12

23 Controller) a uzlov B (základňové stanice). Spolu tvoria rádiový sieťový subsystém RNS (Radio Network Subsystem), ako to je znázornené na obr.: Obr.: Rádiová prístupová sieť Iub a Iur sú vnútorné rozhrania siete UTRAN. Zabezpečujú spojenie medzi uzlom B a RNC (Iub). Rozhranie medzi dvomi RNC (Iur), sa využíva pri prepájaní spojenia. RNC Rádiový sieťový ovládač (Radio network controler) RNC je centrálny uzol v rádiovej prístupovej sieti a ovláda jeden alebo niekoľko uzlov B. K opornej sieti je pripojený cez rozhrania Iu CS (pripojenie k MSC pre spojovo orientovaný prenos) a Iu PS (pripojenie k SGSN pre prenos s prepojovaním paketov). Rozhranie ktoré spája dve RNC (Iur) je iba na logickej úrovni a priame fyzické spojenie nieje nevyhnutné. Komunikácia Iur rozhraním sa uskutočňuje cez opornú sieť. RNC vykonáva tieto funkcie: 1. Riadenie prístupu volania CAC (Call Admission Control): Prenosová technológia CDMA poskytuje veľké množstvo kanálov na rádiovom rozhraní i keď nemôžu byť všetky použité v rovnakom čase. Dôvodom sú problémy s interferenciou, ktorá narastá so zväčšujúcim sa počtom použitých kanálov. V dôsledku toho musí RNC počítať s aktuálnym prevádzkovým zaťažením pre jednotlivé bunky. Na základe týchto informácií sa CAC rozhodne či úroveň interferencie je priateľná a potom 13

24 požiadavke na obsadenie kanála vyhovie alebo, ak je to nevyhnutné, zamietne volanie. 2. Riadenie rádiových zdrojov: RNC riadi rádiové zdroje v pripojených bunkách. Toto zahŕňa plánovanie využívania kanálov s ohľadom na interferenciu, riadenie priorít. 3. Vybudovanie a rozpad spojenia na podvrstve RLC (Radio Link Control): RNC je zodpovedný za nastavenie, udržanie a uvolnenie rádiovej nosnej. Nastavenie rádiovej nosnej je porovnateľné s vytvorením logického dátového spojenia, kde nieje udané či sa jedná o spojovo orientované alebo paketovo prepájané dáta počas prenosu cez rádiovú nosnú. 4. Pridelenie kódu: CDMA kódy v UMTS sú manažované podľa stromu kódov. RNC prideľuje časť tohto stromu kódov každej mobilnej stanici a môže ich meniť počas spojenia. 5. Riadenie výkonu: Je dôležité pre správne a efektívne fungovanie CDMA siete, kde vysielací výkon všetkých užívateľov je riadený. Rýchle riadiace procesy vykonáva uzol B, ale cieľové riadiace hodnoty sú stanovené v RNC. Riadenie sa vykonáva na základe odmeraných hodnôt interferencií, informácií z ostatných buniek, a v niektorých prípadoch, udalostí za hranicou RNC. 6. Rozvrhovanie paketov: Počas paketového dátového prenosu niekoľkých staníc sú zdieľané rovnaké zdroje na rádiovom rozhraní. RNC má za úlohu cyklicky prideľovať vysielaciu kapacitu individuálne každej stanici a v rovnakom čase zjednávať o kvalite služieb. 7. Prepojenie spojenia (handover): Je založený na meraní hodnôt uzlom B a UE. RNC detekuje či iná bunka nieje lepšia pre prebiehajúce spojenie. Ak sa RNC rozhodne pre prepojenie spojenia, tak preberá zodpovednosť za signalizáciu s novou bunkou a informuje mobilnú stanicu o novom kanále. 8. SRNS premiestnenie: Je možné ak sa mobilná stanica pohybuje von z oblasti manažovanej RNC. V tomto prípade druhé RNC prevezme kontrolu nad spojením. 9. Šifrovanie: Dáta prichádzajúce z pevných sietí, vysielané cez rádiové rozhranie sú šifrované v RNC. 10. Konverzia protokolov: RNC musí spracovať komunikáciu medzi CN, susednými RNC a pripojenými uzlami B. 11. ATM prepojovanie: Komunikácia medzi RNC a ostatnými pripojenými sieťovými prvkami je obvykle založená na ATM cestách. RNC musí byť schopné prepínať a spájať ATM spojenia aby umožnil komunikáciu medzi rôznymi uzlami. 14

25 12. Prevádzka a údržba: Je vykonávaná príslušnými administratívnymi funkciami v sieťovom manažmente. Potrebné dáta musia byť prenesené cez príslušné rozhrania do OMC centrum prevádzky a údržby (Opreations and Maintenance Centrum). Uzol B (Node B) Uzol B je sieťový prvok ktorý obsluhuje jednu alebo viacero buniek. Je pripojený k RNC prostredníctvom rozhrania Iub (prenos je uskutočňovaný ATM okruhmi) a zároveň pripája účastníkov do siete cez rádiové rozhranie Uu, preto je vyžadovaná podpora WCDMA a ATM. Niektoré riešenia ponúkajú ATM spojovacie pole a služby pre emuláciu ATM okruhov pre podporu kombinovaného prenosu 2G a 3G prevádzky. Existujú tri typy uzlov B odpovedajúce dvom UTRA módom: UTRA-FDD uzol B, UTRA-TDD uzol B a Dual-mode uzol B, ktorý môže používať oba módy súčastne PREPÍNANIE SPOJENIA (HANDOVER) Mobilná stanica dokáže udržať spojenie v bunkovej sieti keď sa z oblasti pokrytia jednej bunky do druhej. Procedúra, ktorá prepojí spojenie z jednej základňovej stanice na druhú, sa nazýva handover (prepojenie spojenia). Je možné vykonať prepojenie spojenia aj vtedy, keď nieje vyžadovaná zmena základňovej stanice ale len zmena rádiových zdrojov. Prepojenie spojenia v systémoch CDMA a TDMA sa principiálne líši. Kým v TDMA je prepnutie spojenia krátka procedúra a normálny stav si nevyžaduje prepojenie, v CDMA je situácia dramaticky odlišná. Pri komunikácií so sieťou, môže UE stráviť veľkú časť času spojenia v stave mäkkého prepájania. 15

26 8Obr.: Typy prepojení spojenia (Handover) V UMTS sú vykonávané prevažne tieto tri typy prepojenia spojenia (pozri obrázok ): 1. Tvrdé prepojenie (Hard handover): Spojenie je tvrdo prepnuté počas určitého času. Všetky staré rádiové spoje sú v UE odstránené predtým ako sú zavedené nové rádiové spoje. Táto metóda je používané v UTRA-TDD, prechod do novej bunky sa uskutoční v priebehu jedného časového rámca. 2. Mäkké prepojenie (Soft handover): Mobilná stanica komunikuje simultánne s viacerými sektormi (najviac tromi) z rôznych uzlov B. dáta sú rozdelené v RNC, vysielané cez uzly B a zlúčené v UE. Dáta vysielané účastníkom prijímajú všetky zúčastnené uzly B a posielajú ich do RNC, kde sú tieto dátové toky zlúčené a poslané do CN ako jeden. Názov mäkkého prepojenia vyplýva z faktu, že tu nieje pevný prepínací bod, namiesto toho je spojenie prenesené z jednej základňovej stanice do druhej. Nová základňová stanica spočiatku k prenosu prispieva len veľmi málo, avšak pri pohybe UE do novej bunky, predpokladaná nová základňová stanica preberá zodpovednosť za spojenie. Nakoniec je spojenie so starou základňovou stanicou ukončené a UE opúšťa režim mäkkého prepájania. 3. Mäkšie prepojenie (Softer handover): Je špeciálna verzia mäkkého prepojenia, kde je komunikácia paralelná cez viacero sektorov jedného uzla B. výhodou je že kombinovanie dátových tokov je vykonávané v uzle B a do RNC je prenášaný len jeden dátový tok. 16

27 Obecne môžeme rozlišovať medzi vnútrobunkovým a mimo bunkovým prepojením. Pre UMTS sú špecifikované nasledovné typy prepojenia spojenia: - Prepojenie 3G 3G (medzi UMTS a inými 3G systémami) - FDD mäkké/mäkšie prepojenie - FDD interfrekvenčné tvrdé prepojenie - FDD/TDD prepojenie (zmena bunky) - TDD/FDD prepojenie (zmena bunky) - TDD/TDD prepojenie - Prepojenie 3G 2G (prepojenie do GSM) - Prepojenie 2G 3G (prepojenie z GSM) RIADENIE VÝKONU Regulácia výkonu je v systémoch CDMA veľmi dôležitá pre úspešnú činnosť. Regulácia je potrebná na elimináciu problému blízkeho vzdialeného účastníka (near far problem), ktorý vzniká pri rovnakom vysielacom výkone účastníkov, rôzne vzdialených od základňovej stanice. Signál od najbližšieho UE je prijímaný s maximálnym výkonom, čo zapríčiňuje saturáciu prijímačov spracovávajúcich slabšie signály (od vzdialených UE). Rozdiel výkonov signálov prijatých od blízkeho a vzdialeného účastníka môže byť až 100 db. Na regulovanie výkonu sa používajú tri metódy: otvorená slučka, zatvorená slučka a vonkajšia slučka. Hlavné ciele regulácie výkonu: - Obmedziť výkon signálu základňovej stanice v priestore bunky (obmedzenie šírenia interferenčných signálov z bunky) - Kompenzovať degradáciu kanála (krátkodobé úniky, a tlmenie signálu) - Optimalizácia spotreby energie a životnosti batérie v UE - Minimalizovanie elektromagnetických emisií (zdravie, rušenie iných prístrojov) 17

28 Otvorená slučka regulácie výkonu (Open loop) Otvorená slučka pracuje bez spätnej väzby, UE meria výkon prijatého pilotného signálu v kanále CPICH, odhadne tlmenie kanálu a podľa toho nastaví svoj vysielací výkon. S rastúcou vzdialenosťou od základňovej stanice je výkon pilotného signálu slabší. Nevýhodou metódy je nepresný odhad tlmenia. Výhodná je vysoká rýchlosť regulačnej slučky, najmä pri náhlych výkyvoch tlmenia (napríklad pri vystúpení z tieňa budovy). 9Obr.: Otvorená slučka regulácie výkonu v TDD systéme Otvorená slučka sa používa len vo vzostupnom smere. V systémoch W-CDMA sa používa len pri vstupe účastníka do novej bunky. V systémoch s časovým duplexom môže byť metóda otvorenej slučky použitá ako hlavná metóda regulácie výkonu, používa sa napríklad v TD-CDMA. Zatvorená slučka regulácie výkonu (Closed loop) Zatvorená slučka pracuje so spätnoväzobnými informáciami, ako sú merania výkonu, pomer signál/interferencie alebo bitová chybovosť. Pre regulovanie výkonu vo vzostupnom smere, základňová stanica vykonáva časté merania pomeru signál/interferencie SIR (Signal to interference ratio) na prijímaných signáloch od každej mobilnej stanice. Tieto hodnoty sú porovnané s prahovou hodnotou SIR a ak je výkon mobilnej stanice vysoký alebo nízky, je vyslaný príkaz na adekvátne zníženie alebo zvýšenie výkonu. Pre regulovanie výkonu v zostupnom smere, merania vykonáva mobilná stanica a výsledky odošle do základňovej stanice, ktorá potom rozhodne či je potrebné zmeniť svoj vysielací výkon. Tieto úlohy sú vykonané 1500-krát za sekundu. Rýchla regulácia výkonu je veľmi efektívna pre pomaly 18

29 a stredne rýchlo sa pohybujúcich účastníkov. Avšak s nárastom účastníka sú výhody znižované. Vonkajšia slučka regulácie (Outer loop) Vonkajšia slučka je vždy implementovaná v RNC rádiovej prístupovej siete. Je zodpovedná za nastavenie prahových hodnôt pre zatvorenú slučku. Tieto hodnoty sa časom menia ale nemusia byť nastavované tak rýchlo ako merania v zatvorenej slučke. Prahové hodnoty sú v skutočnosti odvádzané požadovanej bitovej chybovosti BER (Bit error ratio) alebo z chybovosti blokov BLR (Block error ratio). Pri prenose dát sú nejaké chyby očakávané, pri bezchybovom prenose je predpokladané vysielanie UE s vysokým výkonom. Na zrealizovanie tejto metódy regulácie výkonu musia mobilné stanice pred odoslaním dát, vypočítať kontrolný súčet. Táto metóda sa používa v systémoch CDMA vo vzostupnom smere (regulácia výkonu mobilných staníc), pretože umožňuje ďalej znížiť vnútrobunkovú interferenciu, ktorá určuje kapacitu bunky. 19

30 2. PRÍSTUPOVÉ METÓDY 2.1. RÁDIOVÉ ROZHRANIE Rádiové rozhranie v mobilných rádiových sieťach sa vo všeobecnosti popisuje ako rozhranie medzi mobilnou stanicou a základňovou stanicou, kde ich komunikácia je bezdrôtová prenášaná pomocou rádiových vĺn. Rádiové rozhranie UTRA UMTS Pozemný rádiový prístup (UMTS Terestrial Radio Access Network) je lokalizované medzi rádiovou prístupovou sieťou UTRAN a mobilnou stanicou UE (User Equipment), viď obr.: 2.1. V štandarde UMTS sa toto rozhranie nazýva Uu. 10Obr.: 2.1. Uu Rádiové rozhranie FREKVENČNÉ SPEKTRUM Frekvenčné spektrum vyhradené pre UMTS je výsledkom rokovaní ETSI skupiny SMG (Special Mobile Group) z roku 1998 a konferencie WRC z Istanbulu v roku 2000, kde boli schválené ďalšie frekvenčné pásma pre použitie v UMTS. Spektrum je znázornená na obrázku

31 V roku 1998 inštitút ETSI rozhodol že na rádiovom rozhraní UTRA budú použité tieto technológie: - WCDMA (UTRA/FDD) wideband CDMA: s frekvenčným duplexom pre párované kanály, ktorá je vhodnejšia pre veľkoplošné pokrytie pre hlasové a stredne rýchle symetrické dátové služby, ale je náročná na reguláciu výkonu na strane mobilnej stanice i siete - TD-CDMA (UTRA/TDD) time division CDMA: s časovým duplexom pre nepárované kanály, ktorá je vhodná pre asymetrické vysokorýchlostné dátové prenosy, pokrytie hlavne v budovách Na konferencií WRC 2000 (World Radio Conference) v Istanbule bolo doplnené frekvenčné spektrum o nové pásma MHz a MHz. Ďalej bol schválený zámer použiť pre UMTS také frekvencie ktoré už sú vyhradené pre mobilné komunikácie v pásme MHz. 11Obr.: Frekvenčné spektrum 21

32 2.1.2 KANÁLY RÁDIOVEJ PRÍSTUPOVEJ SIETE V UTRAN sú tri oddelené koncepty kanálov: logické, transportné a fyzické, ich hierarchia je zobrazená na obrázku Logické kanály definujú aký typ dát je prenášaný. Tieto kanály definujú dátovú prenosovú službu poskytovanou vrstvou MAC, to znamená že koncept logického kanála je používaný na rozhraní nad MAC vrstvou. Transportný kanál definuje ako a s akým typom vlastností sú dáta poslané fyzickou vrstvou. Tieto kanály sa používajú na rozhraní medzi MAC vrstvou a fyzickou vrstvou. Transportný kanál je nový koncept v porovnaní WCDMA so systémom GSM. Fyzické kanále definujú presné fyzikálne vlastnosti rádiového kanála. To sú kanále používané pod fyzickou vrstvou, t.j. na rádiovom rozhraní. 12Obr.: a Hierarchia kanálov v UTRAN Logické kanály Logické kanály sa nachádzajú na rozhraní medzi MAC vrstvou a RLC vrstvou, čiže to sú kanále pracujúce na 2. vrstve UTRA vrstvového modelu protokolov. Logické kanály sa delia na riadiace a prenosové. Riadiace kanály môžu byť tiež spoločné alebo vyhradené. Spoločné kanály sú typu bod viac bodov, sú spoločné pre všetkých užívateľov v bunke. Vyhradené 22

33 kanály sú typu bod bod, sú používané iba jedným užívateľom. Riadiace kanály prenášajú informácie riadiacej roviny a prenosové kanály informácie užívateľskej roviny. Logické riadiace kanály sú: - Broadcast control channel (BCCH) broadkastový riadiaci kanál: zostupný spoločný kanál - Paging control channel (PCCH) vyhľadávací riadiaci kanál: zostupný kanál - Dedicated control channel (DCCH) vyhradený riadiaci kanál: obojsmerný kanál typu bod bod - Common control channel (CCCH) spoločný riadiaci kanál: obojsmerný kanál typu bod viac bodov - Shared channel control channel (SHCCH) zdieľaný riadiaci kanál: obojsmerný kanál, používaný len v TDD móde Logické prenosové kanály: - Dedicated traffic channel (DTCH) vyhradený prenosový kanál: obojsmerný kanál typu bod bod - Common traffic channel (CTCH) spoločný prenosový kanál: zostupný kanál typu bod viac bodov Transportné kanály Transportné kanály definujú ako a s akými vlastnosťami sú dáta prenášané fyzickou vrstvou. Delia na spoločné a vyhradené, všetky kanály sú jednosmerné. Spoločné transportné kanály: - Broadcast channel (BCH) broadkastový kanál: zostupný smer - Paging channel (PCH) vyhľadávací kanál: zostupný smer - Random access channel (RACH) kanál náhodného prístupu: spojovo orientovaný vzostupný kanál - Common packet channel (CPCH) spoločný paketový kanál: spojovo orientovaný vzostupný kanál, používaný len v FDD móde - Forward access channel (FACH) priamy prístupový kanál: spoločný zostupný kanál 23

34 - Downlink shared channel (DSCH) zostupný spoločný kanál: zdieľaný niekoľkými UE - High-speed downlink shared channel (HS-DSCH) vysokorýchlostný zostupný zdieľaný kanál (neexistuje samostatne): zostupný, zdieľaný niekoľkými UE, optimalizovaný pre vysokorýchlostný dátový prenos, je združený s DCH, a najviac 4 kanály sa prenášajú v HS-SCCH Jediný vyhradený kanál je: - Dedicated channel (DCH) vyhradený kanál: pre jediný UE, vzostupný alebo zostupný smer Fyzické kanály Sú tu dve cesty ako využiť pridelené spektrum UTRAN. Vo frekvenčne delenom duplexnom móde (FDD), oba smery, zostupný aj vzostupný, majú vlastný frekvenčný kanál. V časovo delenom duplexnom móde (TDD) je jeden frekvenčný kanál, ktorý je dynamicky delený na časové okná pre oba smery, zostupný aj vzostupný. V závislosti na operačnom móde sú fyzické kanály tak troch odlišné. FDD fyzické kanály Zostupné: - Synchronizatoin channel (SCH) synchronizačný kanál: dva subkanály primárny a sekundárny SCH, vysielaný len počas prvých 256 čipov v každom časovom okne - Common pilot channel (CPICH) spoločný pilotný kanál: pevná prenosová rýchlosť 30kb/s, prenáša preddefinované bitové sekvencie, dva typy primárny a sekundárny CPICH - Primary common control physical channel (P-CCPCH) primárny spoločný riadiaci fyzický kanál: pevná rýchlosť 30 kb/s - Secondary comon control physical channel (S-CCPCH) - primárny spoločný riadiaci fyzický kanál: variabilná rýchlosť - Physical downlink shared channel (PDSCH) fyzický zostupný zdieľaný kanál: vždy združený so zostupným DPCH, ktorý prenáša riadiace informácie - Paging indicator channel (PICH) indikačný kanál vyhľadávania 24

35 - Acquisition indicator channel (AICH) akvizičný indikačný kanál - CPCH Access preamble acquisition indicator channel (AP-AICH) - akvizičný indikačný kanál CPCH prístupovej preambule - CPCH Status indicator channel (CSICH) indikačný kanál CPCH stavu: prenáša CPCH stavová informácie - CPCH Collision-detection/channel-assignment indicator channel (CD/CA-ICH) detekcia kolízie/pridelenie kanálu CPCH indikačný kanál - High-speed physical downlink shared channel (HS-PDSCH) vysoko rýchlostný zostupný zdieľaný fyzický kanál: prenáša HS-DSCH, môže využiť 8QPSK alebo 16QAM moduláciu, jeden UE môže prijímať niekoľko HS-PDSCH kanálov súčasne - Shated control channel for HS-DSCH (HS-SCCH) zdieľaný riadiaci kanál pre HS-DSCH Obojsmerné: - Dedicated physical data channel (DPDCH) vyhradený fyzický dátový kanál - Dedicated physical control channel (DPCCH) vyhradený fyzický riadiaci kanál Vzostupné: - Physical random access channel (PRACH) fyzický kanál náhodného prístupu - Physical common packet channel (PCPCH) spoločný fyzický paketový kanál - Uplink dedicated control channel for HS-DSCH (HS-DPCCH) vzostupný vyhradený riadiaci kanál pre HS-DSCH: je multiplexovaný s DPCCH TDD fyzické kanály Zostupné: - Primary common control physical channel (P-CCPCH) primárny spoločný riadiaci fyzický kanál - Secondary common control physical channel (S-CCPCH) sekundárny spoločný riadiaci fyzický kanál - Synchronization channel (SCH) synchronizační kanál: dáva kód skupine buniek, indikuje pozíciu (časové okno a kód) P-CCPCH - Paging indicator channel (PICH) indikačný kanál vyhľadávania 25

36 - Physical downlink shared channel (PDSCH) fyzický zostupný zdieľaný kanál - Physical Node B synchronization channel (PNBSCH) fyzický synchronizačný kanál Uzla B: prenáša synchronizačné impulzy Uzla B, je používaný sieťou pre získanie časovej synchronizácie medzi Uzlami B, pre UE nemá význam - High speed physical downlink shared channel (HS-DPSCH) vysoko rýchlostný zostupný zdieľaný fyzický kanál - Shared control channel for HS-DSCH (HS-SCCH) - zdieľaný riadiaci kanál pre HS-DSCH Obojsmerné: - Dedicated physical channel (DPCH) vyhradený fyzický kanál Vzostupné: - Physical random access channel (PRACH) fyzický kanál náhodného prístupu - Physical uplink shared channel (PUSCH) fyzický zdieľaný vzostupný kanál - Shared information channel for HS-DSCH (HS-SICH) zdieľaný informačný kanál pre HS-DSCH Hierarchia logických, transportných a fyzických kanálov: Na nasledujúcich obrázkoch sú znázornené kanály a ich príslušnosť k druhým. Je tu mnoho fyzických kanálov, hlavne v FDD móde zostupné, ktoré niesu prenášané v žiadnom transportnom kanále. Je to preto že niektoré typy indikačných kanálov, ktorých informácie niesu zaujímavé pre vyššie vrstvy a preto ich nieje potrebné vkladať do žiadneho typu transportného kanála. 26

37 FDD kanály: 13Obr.: b FDD zostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály 14Obr.: c FDD vzostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály TDD kanály: 15Obr.: d TDD zostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály 27

38 16Obr.: e TDD vzostupné Logické, Transportné a Fyzické kanály Zdieľané kanály UTRAN špecifikácia zahŕňa zdieľané kanály na rádiovom rozhraní, to je nový koncept v porovnaní s GSM. Ideou zdieľaných kanálov je efektívnejšie využitie kapacity prideleného spektra. Pre ušetrenie kapacity sieť neprideľuje vyhradený kanál každému uživateľovy. Ak je predpokladaná/meraná dátová prevádzka nízka alebo stredná alebo je zhlukovitého charakteru, potom je možné využiť zdieľané kanále namiesto vyhradených. Zdroje na zdieľaných kanáloch sú prístupné pre každého použivateľa, ktorý môže požiadať o dočasné rezervovanie na krátkodobé použitie špeciálnou rezervačnou procedúrou. Kapacita je garantovaná plánovacou funkciou v riadiacom rádiovom sieťovom ovládači CRNC (Controlling radio network controller). V prípade že dočasná rezervácia vyprší a sú pripravené nové dáta na vysielanie, potom musí znova prebehnúť celá rezervačná procedúra. Tieto zdieľané kanále môžu byť používané len jedným aktívnym uživateľom v čase, ale uživateľia sa často menia. Zdieľané kanály podporujú rýchle riadenie výkonu, ale nepodporujú mäkké prepnutie spojenia UTRA VRSTVOVÝ MODEL PROTOKOLOV Pri vývojových prácach na UTRAN bola zachovaná nezávislosť vrstiev manažmentu mobility MM (Mobility management) a manažmentu spojenia CM (Connection management) od technológií rádiového rozhrania. Táto idea bola realizovaná na koncepte prístupovej vrstvy AS ( Access stratum) a neprístupovej vrstvy NAS (Nonaccess stratum). AS je logická entita, ktorá zahŕňa rádiové prístupové protokoly medzi UE a UTRAN. Tieto protokoly končia v UTRAN. NAS zahŕňa protokoly opornej siete CN medzi UE a samotnou 28

39 CN. Tieto protokoly sa končia v CN. Protokoly CM a MM sú protokolmi opornej siete GSM; GPRS manažment mobility GMM (GPRS mobility management) a manažment relácií SM (Session management) sú protokolmi opornej siete GPRS. Tak ako NAS je nezávislá od rádiových techník nižších vrstiev, aj protokoly MM, CM, GMM a SM ostávajú nezávislé od rádiových technológií nižších vrstiev. Na Obrázku je zobrazená hierarchia protokolov, viac úrovňové rozdelenie a príslušnosť jednotlivým vrstvám a hladinám. Fyzická vrstva poskytuje prenosové služby vyššej MAC vrstve (Medium Access Control) prostredníctvom transportných kanálov. MAC vrstva konvertuje dáta prenesené cez logické kanály zhora, tak aby ich bolo možné vysielať cez transportné kanále. Nad MAC vrstvou je podvrstva riadenia rádiového spoja RLC (Radio Link Control), ktorá predovšetkým zodpovedná za bezchybový prenos. Takzvaná rádiová nosná (radio bearer) je normálne priamo dostupná na hornej hranici RLC podvrstvy. Tu sú kanály, ktorými sú dáta prenášané cez prístupovú vrstvu. V užívateľskej rovine dve podvrstvy, PDCP protokol paketovej dátovej konvergencie (Packet Data Convergence Protocol) a BMC riadenie broadcastu a multicastu (Broadcast and Multicast Control), môžu byť umiestnené nad RLC podvrstvou. Adaptáciu do paketových dátových protokolov ako napr. TCP/IP, môže byť robené v PDCP podvrstve, pričom BMC podvrstva je zodpovedná za spojenia bod viac bodov (point to multiopint). Podvrstvy spomenuté nad fyzickou vrstvou patria do vrstvy 2. Riadenie a užívateľské dáta sú spoločne transportované až po koniec tejto vrstvy. V 3. vrstve, podvrstva RRC riadenie rádiových zdrojov (Radio Recources Control) je zodpovedná za konfiguráciu všetkých podvrstiev v rámci UTRA vrstvového modelu. RRC podvrstva pracuje v riadiacej rovine. 29

40 17Obr.: Vrstvový model protokolov UTRA 2.2. VIACNÁSOBNÝ PRÍSTUP V UMTS V každom komunikačnom systéme s väčším počtom účastníkov, sú využívané určité obmedzené zdroje. Preto musí byť použitý nejaký mechanizmus, ktorý umožní zdieľanie týchto zdrojov. Mobilné bunkové systémy používajú rôzne techniky k poskytnutiu prístupu viacerým účastníkom k rovnakému rádiovému spektru v rovnakom čase. Vývoj metód viacnásobného prístupu postupoval s vývojom generácií bunkových systémov. V prvej generácií bol používaný frekvenčne delený viacnásobný prístup FDMA (Frequenci division multiple access), druhá generácia bunkových systémov prevažne časovo delený viacnásobný prístup TDMA (Time division multiple access) a mnohé systémy tretej generácie používajú kódovo delený viacnásobný prístup (Code division multiple access). Viaceré systémy využívajú niekoľko techník simultánne. 30

41 18Obr.: 2.2.a. Princip FDMA, TDMA a CDMA FDMA FDMA je prístupová metóda, obvykle používaná v rádiových systémoch, na zdieľanie rádiového spektra. Celé spektrum pridelené prevádzkovateľovi je rozdelené na menšie frekvenčné pásma (kanály), ktoré sú potom prideľované jednotlivým užívateľom. Frekvenčné kanály sú oddelené ochrannými pásmami aby sa kompenzovali nedostatky použitých zariadení (frekvenčné filtre a oscilátory). Na obrázku 2.2.a. FDMA je znázornené rozdelenie spektra do kanálov. Výhodou metódy je, že jednotlivý užívatelia sa navzájom nerušia, každý užívateľ vysiela na inom frekvenčnom pásme. Nevýhodou metódy je nízka flexibilita pri zmenách frekvenčného plánu. Táto metóda bola prvý krát použitá v starších družicových systémoch. TDMA TDMA je prístupová metóda niekoľko užívateľov zdieľa rovnaký frekvenčný kanál rozdelením signálu do časových okien. Užívatelia vysielajú v rýchlom slede, jeden po druhom, pričom každý používa svoje vlastné časové okno. Časové okná sú ukladané do rámcov, ktoré určujú celkový vysielací čas. Časových okien v rámci je minimálne toľko, koľko je požadovaných prístupov. Jednotlivým užívateľom sú prideľované rovnaké časové okná v rámci. Časové okná sú oddeľované ochrannými intervalmi kvôli nedostatkom systému. Na obrázku 2.2.a. TDMA je znázornený sled časových okien pridelených rôznym užívateľom. 31

42 Nevýhodou metódy TDMA je nutnosť synchronizovať zariadenia v sieti. Výhody metódy sú najmä vyššia flexibilita v prideľovaní časových okien jednotlivým užívateľom, jeden užívateľ môže použiť na prenos aj viacero okien v rámci. TDMA sa používa najmä v digitálnych bunkových systémoch 2. generácie napr.: GSM, kde je kombinovaná s metódou FDMA (každý frekvenčný kanál je rozdelený do 8 časových kanálov). CDMA V tejto prístupovej metóde, na rozdiel od FDMA a TDMA, všetci účastníci komunikujú na rovnakej frekvencií a v rovnakom čase. Každý vysielaný signál je modulovaný jedinečným kódom. Prijímač musí tento špecifický kód poznať, aby dokázal vybrať požadovaný signál. Dáta určené na prenos sú kódované pseudonáhodným alebo ortogonálnym kódom logickou funkciou XOR, pozri obrázok 2.2.b. Spektrum a energia takéhoto signálu sú rozprestreté celím vysielacím frekvenčným pásmom. 19Obr.: 2.2.b. Princíp modulácie v DS-CDMA (použitie ortogonálneho kódu) 32

43 Dve základné formy CDMA sú: Frequency Hopping FH frekvenčné skoky: Signál je prenášaný na istej frekvencií, ktorá sa po určitom časovom intervale, známom ako skoková rýchlosť, zmení. Signál sa prenáša na rôznych frekvenciách naprieč širokým frekvenčným pásmom. V určitom časovom okamihu je signál prenášaný na istej frekvencií definovanej kódom. Obrázok 2.2.c. Túto metódu používajú mnohé komunikačné systémy, napr.: štandard g bezdrôtová LAN a Bluetooth (pracujú na nelicencovanom 2,4 GHz pásme). 20Obr.: 2.2.c. Princip FH (Frekvenčné skoky) Direct sequence DS priama sekvencia: Dátový signál sa spojí s pseudonáhodným kódom funkciou XOR. Kód má vyššiu frekvenciu ako dátový tok, čo má za následok rozprestretia spektra signálu. Bity kódu sa nazývajú čipy, definujú parameter systému čipová rýchlosť. DS-CDMA je forma používaná na rádiovom rozhraní v UMTS nazývaná ako širokopásmová CDMA (WCDMA) s čipovou rýchlosťou 3,84 Mčip/s. Výhody rozprestretého signálu: - Odolnosť voči úzkopásmovému rušeniu (Obrázok: 2.2.d.) - Zdieľanie jedného kanálu mnohými účastníkmi - Redukovaná úroveň signálu na pozadí/šum (utajenie, koexistencia s inými systémami) 33

44 21Obr.: 2.2.d. Úzkopásmová interferenčná rezistencia 2.3. WCDMA (UTRA/FDD) Širokopásmový kódovo delený mnohonásobný prístup W-CDMA (Wideband code division multiple access) je používaný v Japonskom systéme FOMA (Freedom of Mobile Multimedia Access) a v systéme UMTS. Bol vyvinutý Japonskou spoločnosťou NTT DoCoMo, neskôr predložený do špecifikácií ITU. W-CDMA potrebuje na prenos pár 5 MHz širokých rádiových kanálov. Jeden na zostupný smer a jeden na vzostupný smer. Rádiové kanály sú oddelené 200 khz ochranným pásmom. Vo frekvenčnom spektre UMTS sú zostupné kanály oddelené od vzostupných kanálov pásmom širokým 190 MHz. Párované kanály UMTS: a MHz. Operátor potrebuje 3 4 kanály (2 x 15 MHz alebo 2 x 20 MHz) na vybudovanie vysokorýchlostnej, veľkokapacitnej siete. Na rovnakej frekvencií môže vysielať/prijímať viacero účastníkov, odlíšených rozdielnymi rozprestierajúcimi kódmi. Rozprestierajúci faktor pre zostupný smer môže byť použitý medzi 4 512, pre vzostupný smer medzi Každý rozprestierajúci kód v každom frekvenčnom kanále je dostupný v rovnakom čase len raz. V FDD móde nieje delenie časových do časových okien navrhnuté pre signály rôznych účastníkov, ale namiesto toho sú realizované výhradne pre periodické funkcie ako napr.: riadenie výkonu. CDMA systém rýchle a presné riadenie výkonu, aby predchádzal interferenciám. Preto v FDD móde sú príkazy riadenia výkonu prenášané v každom časovom okne. 34

45 22Obr.: 2.3. Vzostupný a zostupn kanál v UTRA/FDD Hlavné vlastnosti a funkcie: - Šírka rádiového kanála 5 MHz s 200 khz odstupom - Čipová rýchlosť 3,84 Mčip - Podpora dvoch základných duplexných módov: frekvenčne delený a časovo delený - Vykonávanie súvislej detekcie symbolov a kanálov pre oba smery - Podpora vnútrobunkových asynchrónnych operácií - Multikódový prenos - Adaptívne riadenie výkonu založené na SIR (Signal-to-Interference ratio) pomere signál/šum - Viacužívateľská detekcia a inteligentné antény môžu byť použité pre zvýšenie kapacity a pokrytia - Viac typov prepnutia spojenia medzi rôznymi bunkami zahŕňajúc jemné prepnutie, jemnejšie prepnutie a tvrdé prepnutie 2.4. TD-CDMA (UTRA/TDD) V TDD móde sú vzostupný aj zostupný smer implementované v rovnakom frekvenčnom kanále, ktorý je rozdelený do časových rámcov. Rámec musí obsahovať minimálne jedno časové okno pre vzostupný smer a aspoň jedno okno pre zostupný smer. 35

46 Časovo delený kódovo delený mnohonásobný prístup TD-CDMA (Time Division - Code Division Multiple Accessje) je rádiové rozhranie primárne používané v UMTS-TDD. Používa rádiové kanály o šírke 5 MHz, kde každý kanál je rozdelený na 10 ms rámce, ktoré obsahujú 15 časových okien (1500 za sekundu). Na rozdiel od FDD módu, prenosová kapacita na vzostupnom a zostupnom smere môže byť menená. Umožňuje to časové rozdelenie frekvenčného kanála, kde časť rámca je dostupná pre vzostupný smer a časť pre zostupný smer. Tento pomer častí rámca sa môže meniť. Markantnosť rozdielu je znázornený na štyroch rôznych konfiguráciách časového rámca zobrazeného na obrázku 2.4. Smer šípok reprezentuje vzostupný alebo zostupný smer. V zásade je možné niekoľko krát prepnúť medzi smermi počas jedného rámca. V extrémnych prípadoch, za každým časovým oknom. Rozdielny počet okien pre oba smery môže byť využitý v rôznych asymetrických službách. 23Obr.: 2.4. Rôzne konfigurácie rámca - Uplink/Downlink časové okná Konfigurácia s niekoľkými prepínacími bodmi v jednom rámci redukuje čas medzi dvoma vysielaniami jedným smerom, čo minimalizuje oneskorenie medzi dátovými paketmi čakajúcich na prenos. Rýchle prepínanie medzi vzostupným a zostupným smerom kladie vysoké nároky na vysielacie jednotky mobilných a základňových staníc. Z toho dôvodu je vhodné zvoliť jeden prepínací bod v rámci ak je oneskorenie prenosu prípustné, čo je prípad väčšiny služieb v UMTS. Avšak aj konfigurácia s jedným prepínacím bodom umožňuje vyhradiť rôzne prenosové kapacity pre vzostupný a zostupný smer. 36

47 2.5. HSPA Vysoko-rýchlostný paketový prístup HSPA (High-speed packet access) je súbor protokolov ktoré rozšírili a vylepšili už existujúce protokoly v UMTS. Sú zavedené dva štandardy: Vysoko-rýchlostný zostupný paketový prístup HSDPA (High-speed downlink packet access) a Vysoko-rýchlostný vzostupný paketový prístup HSUPA (High-speed uplink packet access). Tieto technológie využívajú vylepšenú modulačnú schému, použitím protokolov ktorými komunikujú UE a základňová stanica. Tieto vylepšenia vedú k lepšiemu využívaniu existujúcich rádiových pásiem pridelených UMTS HSDPA Pre zabezpečenie vysokej rýchlosti boli do HSDPA implementované nové technológie a to: Adaptívna modulácia a kódovanie AMC (Adaptive modulation and coding), Hybridné automatické opakovanie požiadavky HARQ (Hybrid automatic repeat request), Rýchla bunková selekcia FCS (Fast cell selection) a bol vytvorený nový fyzický kanál HS- DSCH vysoko-rýchlostný zostupný zdieľaný kanál. Súčasná HSDPA poskytuje v zostupnom smere prenosové rýchlosti 1,8; 3,6; 7,2 a 14,4 Mbit/s. V blízkej budúcnosti je plánovaný nárast rýchlosti. AMC Adaptívna modulácia a kódovanie Linková adaptácia v HSDPA je schopnosť prispôsobovať modulačnú schému a kódovanie podľa kvality rádiového spoja. AMC automaticky mení rozprestierajúci faktor, počet multiplexných rozprestierajúcich kódov a hĺbku modulácie pre zabezpečenie vysokorýchlostného prenosu, podľa vlastností užívateľovho spoja. HARQ Hybridné automatické opakovanie požiadavky Ak sa vyskytnú spojovacie chyby (napr. v dôsledku interferencie), mobilná stanica rýchlo požaduje opakovaný prenos paketových dát. Používajú sa tri základné schémy ARQ: Stoj a čakaj SW (Stop and wait), Návrat k N BTN (Back-to-N) a Selektívne opakovanie SR (Selective repeat). 37

48 SR má najlepšiu priepustnosť, ale potrebuje veľkú vyrovnávaciu pamäť a záhlavie. Naproti tomu SW má najmenšiu vyrovnávaciu pamäť a záhlavie. FCS Rýchla bunková selekcia FCS je požadované použiť pre medzisektorovú rôznorodosť pridruženú k príslušnému plánovaciemu algoritmu na zníženie vysielacieho výkonu HS-DSCH kanála. HSDPA používa FCS pri regulácií výkonu polohovo vybranej rôznorodosti prenosu SSDT (Side selection diversity transmit) HSUPA Zatiaľ čo HSDPA optimalizoval zostupné prenosové vlastnosti, HSUPA optimalizuje vzostupný smer použitím rozšíreného vyhradeného kanála E-DCH (Enhanced dedicated channel), ktorý používa adaptačné metódy podobne ako pri HSDPA. Vylepšenia zahŕňajú vyššiu priepustnosť, redukovanie oneskorenia a zlepšenie spektrálnej efektivity. HSUPA poskytuje prenosové rýchlosti 0,73; 1,46; 2; 2,93; 5,76 a 11,6 Mbit/s POROVNANIE Všetky navrhnuté riešenia majú svoje výhody a nevýhody. Nakoniec je to voľba mobilných operátorov, ktorý zvažujú či riešenie zmenšuje problémy, za akú cenu, či bude systém ľahko ovládateľný. Je potrebné si uvedomiť že maximálna prenosová rýchlosť systému neprezrádza všetko o dosiahnuteľnom dátovom toku v praxi. Napríklad, nové WLAN technológie umožňujú prenášať dáta veľmi vysokou maximálnou rýchlosťou, ale to dokážu len s relatívne veľkými dátovými paketmi. Avšak typickí užívateľ aplikácií v mobilných sieťach používa krátke pakety. Takže praktická priepustnosť v WLAN systémoch môže byť často krát menšia ako teoretické maximum. Ďalší dôležitý parameter je prenosové oneskorenie. Dokonca aj keď je priepustnosť vysoká, systém môže byť nestabilný 38

49 pre aplikácie ak je oneskorenie privysoké. Porovnávanie cien navrhnutých riešení je zložité vzhľadom na to, že výsledná cena závisí od mnohých komponentov ako sú napr. cena licencie, cena sieťových zariadení, prevádzkové náklady, cena koncových zariadení a podobne. Plánovanie kapacity a objem rádiových zdrojov sú dôležité, zvlášť pre vysoko rýchlostné systémy. Bunky CDMA systému majú tendenciu dýchať, keď pracujú blízko ich kapacitných limitov. Tento fenomén musí byť odstránený za každú cenu. Kapacita systémov CDMA je najčastejšie limitovaná interferenciou a nie nedostatkom kódov. V tabuľke 2.6. sú porovnané teoretické maximálne prenosové rýchlosti bezdrôtových technológií, a v niektorých prípadoch aj bežné rýchlosti dosahované v prevádzke. Štandard Tab.: 2.6. Prenosové rýchlosti Max Downlink [Mbit/s] Max Uplink [Mbit/s] Dosah Typical Downlink [Mbit/s] CDMA RTT 1x ~30 km CDMA EV-DO Rev ~30 km 0.75 CDMA EV-DO Rev. A ~30 km CDMA EV-DO Rev. B ~30 km GSM GPRS Class ~25 km GSM EDGE type ~25 km GSM EDGE Evolution ~25 km UMTS W-CDMA R ~30 km UMTS W-CDMA HSDPA ~30 km 4.1 UMTS W-CDMA HSUPA UMTS W-CDMA HSPA UMTS-TDD UMTS HSOPA iburst: iburst 24 8 ~12 km >2 WiMAX: e ~6,5 km >10 WiFi: a WiFi: b ~30 m 2 WiFi: g ~30 m 10 WiFi: n ~50 m 40 39

50 24Obr.: 2.6.a. Závislosť prenosovej rýchlosti od pohybu WCDMA (vrátane HSPA) má na dvoch trhoch spolu 270 miliónov 3G užívateľov po celom svete (Q4 2007). Celosvetový nárast je zobrazený na obrázku 2.6.b. 25Obr.: 2.6.b. Celosvetový nárast 3G užívateľov 40

51 26Obr.: 2.6.c. 3G/WCDMA Mapa pokrytia 41