bafaneionut- gsm gprs umts

of 34 /34
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREŞTI Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei BAFANE IONUŢ–ADRIAN MASTER IISC 2013 1 Proiect RCI: Comunicaţii mobile

Author: eliza

Post on 12-Jan-2016

246 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

lkjjkljll

TRANSCRIPT

  • UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURETI

    Facultatea de Electronic, Telecomunicaii i TehnologiaInformaiei

    BAFANE IONUADRIAN MASTER IISC2013*Proiect RCI: Comunicaii mobile

  • 2013*1. Sistemul Global pentru comunicaii Mobile (GSM) O reea celular este compus dintr-o serie de staii de baz de joas putere, fiecare oferind o arie de acoperire relativ mic, care, combinate, asigur o acoperire continu a unei regiuni date. Prin utilizarea acestor staii de putere mic, a devenit posibil reutilizarea frecvenelor, ce a condus la o cretere a capacitaii reelei.

    Numerotarea n sistemul GSM trebuie s in cont de faptul c punctul de acces al abonailor n sistem nu este fix. Ca atare, exist numere diferite pentru scopuri diferite: rutare, servicii, identificarea abonatului.

    Pentru a nelege mai bine numerotarea GSM trebuie anticipat c, de exemplu, localizarea complet a terminalului mobil n cazul unui apel sosit din reeaua fix presupune: rutarea apelului pn la MSC gazd al echipamentului mobil, determinarea BSC gazd al echipamentului mobil (un MSC deservete mai multe BTS), determinarea BTS gazd al echipamentului mobil (un BSC deservete mai multe BTS). Ca atare, o component foarte important a mecanismului de numerotare a fost conceput n vederea asigurrii unor funcii de rutare mult mai consistente dect cele din reeaua fix.

  • 2013*1. Sistemul Global pentru comunicaii Mobile (GSM) Tipuri de numere GSM: MSISDN (Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number) - numr internaional ISDN al staiei mobile - este numrul pe care un abonat din reeaua fix l va forma pentru apelarea unui mobil. Acest numr este neles de PSTN i permite rutarea apelului pn la primul MSC din PLMN gazd a abonatului. IMSI (International Mobile Subscriber Identity) - identitate internaional a abonatului mobil (sau numr internaional de identificare a abonatului mobil). Acest numr este fix, independent de poziia abonatului n reea. Mai mult, din raiuni de securitate a accesului n reea, precum i de securitate a comunicaiei, acest numr este transmis pe interfaa radio ct mai rar posibil. MSRN (Mobile Station Roaming Number) - numr de roaming aferent staiei mobile. LAI (Location Area Identity) - identificatorul ariei de localizare. Aa cum i arat si numele, acest numr identific o anumit arie dintr-o reea PLMN. TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) - identificator temporar al abonatului mobil. Acest numr este un numr local (maxim 32 bii) de identificare a unui abonat mobil. El se folosete n interiorul zonei deservite de o baza de date temporar VLR si se utilizeaz n loc de IMSI, pentru a evita transmiterea acestuia n clar pe interfaa radio. IMEI (International Mobile Equipment Identity) - identificator de echipament. Este un numr ce identifica de o manier unic terminalul mobil, fiind destinat securizrii accesului echipamentelor n reeaua mobil. Structura sa include att o parte specific constructorului, ct i o parte specific de terminal (ce identific echipamentele diferite produse de acelai constructor).

  • 2013*2. Arhitectura GSM Comunicaia ntre staia mobil i PLMN are loc prin canale radio. Spectrul de frecvene alocat unui sistem mobil este partajat n benzi de frecven care definesc canalele radio prin care se realizeaz cornunicaia cu staia de baz. n plus, se realizeaz o separare n frecven a canalelor radio de emisie i recepie.

  • 2013*2. Arhitectura GSM Celula este aria n interiorul creia comunicaia dintre staia mobil i staia de baz este de calitate. Teoretic, forma unei celule se consider a fi un hexagon regulat. Dimensiunea celulei depinde de structura geografic a zonei deservite i de numrul de utilizatori.

    BTS (Base Transceiver Station) conine echipament pentru transmisia i recepia radio, antene pentru una sau mai multe celule, echipament de criptare/decriptare a semnalului i pentru msurarea puterii semnalului recepionat.

    BSC (Base Station Controller) gestioneaz canalele radio, care pot fi canale de trafic de comunicaie sau canale de semnalizare. BSC controleaz reeaua de acces radio i conexiunile prin aceasta. La acest nivel se realizeaz o concentrare de trafic i se controleaz mobilitatea i conexiunile din interiorul ariei deservite de BSC.

    MSC (Mobile Switching Centre) este centrul de comutaie al serviciilor mobile. Acesta este un nod de comutaie care trebuie s realizeze urmtoarele funcii de baz:

  • 2013*2. Arhitectura GSM MSC (Mobile Switching Centre) nod de comutaie care trebuie s realizeze urmtoarele funcii de baz: asigur interconectarea cu reelele fixe de comunicaii; identitatea i localizarea fiecrui mobil deservit (HLR = Home Location Register). Aceste informaii permit rutarea apelului terminalului mobil. Modificarea poziiei unui mobil este comunicat prin MSC ctre HLR. deplasarea unui mobil dintr-o celul n alta este urmrit cu ajutorul BTS i BSC. Baza de date care nregistreaz informaiile despre vizitatorii celulei se numete VLR (Visitor Location Register). Ea este actualizat cu ajutorul BSC. Informaia referitoare la modificarea poziiei mobilului va fi comunicat prin MSC ctre HLR. gestioneaz mecanismele de transfer ale apelurilor la modificarea poziiei mobilului prin deplasarea acestuia dintr-o celul n alt celul. Apelul se va menine, dar conexiunea va fi comutat pe un alt canal radio alocat prin celula n care a intrat mobilul; gestioneaz semnalizrile cu reeaua fix i cu staiile de baz.

    GMSC (Gateway MSC) este un MSC specializat care servete ca interfa cu alte reele de telecomunicaii. Toate conexiunile de la sau spre o reea fix trec prin GMSC.

  • 2013*2. Arhitectura GSM Reeaua de radiotelefonie mobil celular este divizat n celule, n fiecare celul fiind montate una sau mai multe staii de baz care acoper, din punct de vedere radio, teritoriul respectiv. n sistemele celulare se realizeaz transferul (handover) automat al legturii staiei mobile de la o staie de baz la alta, n fucie de poziia staiei mobile. n fiecare celul hexagonal se utilizeaz un numr de canale, n funcie de traficul estimat. Un grup de celule hexagonale n care nu se repet nici un semnal util, dar pe care s-au repartizat toate canalele disponibile, formeaz o zon de repartiie radio. ntr-o zon de repartiie radio se pot grupa k = 3, 4, 7, 9, 12, 13 celule.

  • 2013*3. Interfaa radio n GSM: Fiecrei staii de baz i se repartizeaz mai multe canale utilizate n zona de servire a celulei associate. n sistemul GSM, interfaa radio, aflat ntre staia mobil mobil i staia de baz, utilizez benzile de frecven: - 890 915 MHz pentru sensul de transmisie de la staia mobil la staia de baz; - 935 960 MHz pentru sensul de transmisie de la staia de baz la staia mobil;

    n fiecare din aceste benzi sunt stabilite cte 124 frecvene purttoare, distanate ntre ele cu 200 kHz. Fiecare staie de baz are alocate un numr de purttoare, n funcie de traficul estimat n celula respectiv. Distana dintre o purttoare utilizat pentru emisie i una utilizat pentru recepie n staia de baz este de 45 MHz. Canalul de comunicaie este duplex. Pe fiecare purttoare sunt multiplexate (n GSM) n timp cte 8 canale fizice. n acest fel, opt staii mobile pot realiza legturi radio bidirecionale cu staia de baz pe o pereche de frecvene purttoare.

  • 2013*3. Interfaa radio n GSM: Comunicaia n GSM se face prin radiofrecven; Spectrul radio fiind limitat, s-a cutat o metod de a l folosi ct mai eficient; Tehnicile de acces multiplu permit multor utilizatori sa mpart, n cel mai eficient mod, acest spectru; Structura sistemelor radio mobile este celular, permind ca aceeai band de frecvene s fie reutilizat n alte celule vecine, fr s interfereze.

    n funcie de alocarea canalului ctre utilizatori, avem acces multiplu cu:a) Pre-asignare: n astfel de sisteme, utilizatorului i este alocat n mod permanent (asignat) un canal vocal, chiar dac acesta este folosit sau nu. b) Asignare la cerere: n acest caz, utilizatorului i este alocat un canal vocal la comand (la cerere) dintr-un grup de canale disponibile. Dup ce convorbirea s-a terminat, canalul este returnat sistemului, acelai canal fiind apoi disponibil pentru ali utilizatori. c) Acces aleator: n sistemele cu acces aleator, utilizatorii sistemului ncearc s acceseze canalele n mod aleator, fr a ine seama de sistem. Sunt posibile n acest caz ciocniri ntre utilizatorii concomiteni care ncearc s acceseze acelai canal. Canalele sunt returnate sistemului atunci cnd convorbirea s-a ncheiat.

  • 2013*3. Interfaa radio n GSM: Tehnici de acces multipluFig. 1(b) WB-TDMAFig. 1(c) NB - TDMAFDMATDMACDMA

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Accesul multiplu cu divizarea frecvenelor (FDMA)

    Acest tip de acces a fost implementat n primele sisteme mobile i se caracterizeaz prin faptul c un canal radio poate fi folosit, la un moment dat, de un singur utilizator. Astfel, dac un utilizator ce dorete realizarea unei convorbiri primete canalul i, un alt utilizator va putea realiza o convorbire pe acelai canal i numai dup ce primul elibereaz canalul.

    Cu ajutorul tehnicii FDMA, utilizatorii mpart spectrul radio n domenii de frecven. Acest lucru se realizeaz prin divizarea ntregii limi de band disponibil sistemului n sub-benzi de frecvene nguste (canale vocale), dup cum se ilustreaz n figura a. Spaierea canalelor este dictat de tehnica de modulaie utilizat; de exemplu ea este de 5 KHz pentru SSB i 25 sau 30 KHz pentru FM. Fiecare dintre canalele vocale este alocat numai unuia dintre utilizatorii concomiteni pe durata comunicaiei. FDMA este mai adecvat pentru sisteme de modulaie analogic, cum ar fi FM, AM i SSB.

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Accesul multiplu cu divizarea timpului (TDMA)

    Ideea de baz a acestui tip de acces este multiplexarea n timp, pe o aceeai frecven radio, a dou sau mai multe comunicaii. Pe fiecare canal, timpul este decupat n sloturi de durat T. Un numr de M sloturi formeaz un cadru TDMA (unde M este o valoare dependent de implementare). Fiecare utilizator mobil poate utiliza pe acelai canal unul sau mai multe sloturi.

    Cu tehnica TDMA, utilizatorii din sistem mpart spectrul radio n domeniul timpului. Aceasta se realizeaz prin alocarea unei fraciuni de timp unuia i numai unuia dintre utilizatorii concomiteni pentru ntreaga durat a comunicaiei. Pe durata acestei fraciuni de timp, utilizatorul are acces la ntreaga band de frecven disponibil sistemului. Acest caz se refer la TDMA de band larg (WB-TDMA, fig.b). Alternativ, n TDMA de band ngust (NB-TDMA), utilizatorului i se permite accesul numai la o parte din banda de frecven disponibil sistemului, dup cum se prezint n fig. c. n cadrul NB-TDMA, spaierea canalelor este mrit pentru a se permite divizarea timpului ntre puini utilizatori, dar rmne sub limea de band coerent. n cazul WB-TDMA, oricum, spaierea canalelor este mult deasupra limii de band coerent.

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Accesul multiplu TDMA/FDMA n Europa este folosit, n principal, standardul GSM-900. ITU a alocat benzile:- 890-915 MHz pentru uplink (transmisie sau mobil->baz); - 935-960 MHz pentru downlink (recepie sau baz->mobil); De asemenea, este folosit pe scar larg i banda de 1800 MHz, cu uplink pe intervalul 17101785 MHz i downlink pe intervalul 18051880 MHz.

    Deoarece spectrul radio este o resurs limitat folosit de toi utilizatorii, a fost necesar elaborarea unei metode de a diviza banda de frecven pentru a deservi ct mai muli utilizatori posibil. Metoda aleas de GSM este o combinaie de acces multiplu cu divizare n timp i frecven "Time-Division Multiple Access" i "Frequency-Division Multiple Access" (TDMA/FDMA).

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Metoda FDMA implic divizarea n frecven a unei benzi de maxim 25 MHz n 124 frecvene purttoare, decalate cu 200 kHz. Una sau mai multe frecvene purttoare sunt atribuite fiecrei staii de baz. Fiecare din aceste frecvene purttoare este apoi divizat n timp, utiliznd metoda TDMA. Unitatea fundamental de timp n metoda TDMA este perioada impulsului i dureaz 15/26 ms (aprox. 0,577 ms). Opt perioade de impuls sunt grupate ntr-un cadru TDMA (120/26 ms, sau aprox. 4,615 ms), care formeaz unitatea de baz pentru definirea canalului logic. O perioad de impuls pe cadru TDMA reprezint un canal fizic.

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Dup cum am specificat i anterior, canalele fizice sunt reprezentate de ctre sloturile temporale. ns nainte de formarea canalelor fizice, mesajele i datele transmise, reprezentate n forma digital, se grupeaz i se unific n aa numite canale logice.

    Canalele pot fi mprite n canale dedicate, care sunt alocate unei staii mobile dedicate i canale comune, care sunt utilizate de staiile mobile nededicate. O staie mobil este numit dedicat dac n momentul respectiv este n uz, i nededicat dac este n modul ateptare.

    Un canal de trafic (TCH) este utilizat pentru transportul semnalului vocal i a datelor. Canalele de trafic sunt definite printr-un multicadru sau un grup de 26 de cadre TDMA. Lungimea unui multicadru este de 120 ms, de unde rezult definirea unei perioade de impuls (120 ms / 26 cadre / 8 perioade de impuls pe cadru). Din 26 de cadre, 24 sunt utilizate pentru trafic, 1 este utilizat pentru "Slow Associated Control Channel" (SACCH) i 1 nu este utilizat.

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: TCH-urile pentru transmisie i recepie sunt separate de 3 perioade de impuls, astfel nct staia mobil nu trebuie s transmit i s recepioneze simultan, simplificnd electronica utilizat. n figura de mai jos sunt ilustrate structura impulsurilor, a cadrelor i a multicadrelor.

  • 2012*3. Interfaa radio n GSM: Canalele comune pot fi accesate de staiile mobile att dedicate ct i nededicate. Canalele comune sunt utilizate de staiile mobile nededicate pentru a schimba informaii necesare pentru intrarea n modul dedicat. Staiile mobile aflate deja n modul dedicat monitorizeaz staia de baz pentru protocol i alte informaii. Canalele comune sunt definite ntr-un multicadru de 51 de cadre, astfel nct staiile mobile dedicate utiliznd o structur TCH multicadru de 26 de cadre pot n continuare s monitorizeze canalele de control. Aceste canale de control includ:

    Canal de Control "Broadcast" (BCCH) - Transmit continuu, spre staia mobil, informaii ce includ identitatea staiei de baz, alocarea frecvenelor i secvena de comutare a frecvenelor. Canalul de Corecie al Frecvenei (FCCH) si Canalul de Sincronizare (SCH) - Canale utilizate la sincronizarea staiei mobile cu structura sloturilor de timp a unei celule prin definirea limitelor perioadelor de impuls si numerotarea sloturilor de timp. Un FCCH i un SCH sunt prin definiie n slotul de timp numrul 0 (intr-un cadru TDMA). Canal "Random Access" (RACH) - Canal utilizat de staia mobil pentru a cere acces la reea. Canal "Paging" (PCH) - Utilizat pentru a informa staia mobila despre apariia unui apel. - Canal "Access Grant" (AGCH) - Utilizat pentru a aloca un SDCCH ctre o staie mobila pentru a obine un canal dedicat, in urma unei cereri RACH.

  • 2012*4. Serviciul general de pachete radio (GPRS) GPRS introduce servicii de transport cu comutaie de pachete pentru debite de la 14 kbps la maximum 170 kbps. Practic, GPRS este o reea cu comutaie de pachete de sine stttoare care se adaug la reeaua GSM. GPRS poate utiliza pentru o conexiune de date de la fraciuni de canale de trafic pn la maximum 8 sloturi temporale (adic tot cadrul TDMA), n funcie de resursele disponibile. Capacitatea alocat unei conexiuni va varia n funcie de ncrcarea cu trafic de pe frecvena respectiv, precum i de tipul traficului (voce/date). Este important c, utiliznd comutaia de pachete, o transmisie de date nu ocup resursele reelei dect atunci cnd sunt date de transmis. Cnd nu exist pachete de transmis resursele de pe interfaa radio pot fi utilizate pentru alte transmisii de date sau pentru trafic cu comutaie de circuite. n GPRS este implementat un set de soluii tehnologice ce au ca scop principal creterea eficienei utilizrii interfeei radio. Aceasta deriv att din experiena sistemelor anterioare, ct i, mai ales, din operarea n modul pachet a datelor ce se transmit. Soluiile utilizate sunt: creterea ratei de transmisie prin operare multislot ( pn la 8 sloturi temporale per utilizator); creterea eficienei utilizrii resurselor radio prin multiplexarea mai multor utilizatori pe acelai canal fizic (posibila datorit transmisiei de pachete; maximum 8 utilizatori pe slot temporal); - creterea eficienei utilizrii resurselor radio prin alocarea dinamic a canalelor ntre servicii comutate n mod circuit respectiv pachet.

  • 2012*4. Serviciul general de pachete radio (GPRS) Comutaia de circuiteAceasta presupune realizarea ntre emitor i receptor a unei ci fizice de comutaie dedicate, numit circuit.

    Comutaia de pachete

    A. Comutaia de pachete fr conexiune (sau neorientat pe conexiune): n cazul comutaiei de pachete fr conexiune, pachetele (numite i datagrame) se transmit independent, n cel mai pur spirit al comutaiei de mesaje, urmnd rute posibil diferite. Sosirea lor la destinaie poate avea loc ntr-o ordine aleatoare, ceea ce necesit reordonarea lor de ctre receptor.

    B. Comutaia de pachete orientat pe conexiune (sau circuit virtual): n cazul comutaiei de pachete orientat pe conexiune (sau circuit virtual), comunicarea ntre terminale presupune stabilirea unei ci anume pe care va circula fluxul informaional dintre acestea, similar cu comutaia de circuite. Spre deosebire de aceasta, nu este vorba de dedicarea unui circuit fizic comunicrii respective, ci de configurarea unui circuit logic, numit circuit virtual. Aceasta nseamn c toate pachetele vor urma aceeai cale prin reea, fr a dedica suportul fizic comunicaiei respective

  • 2012*4. Serviciul general de pachete radio (GPRS) Arhitectura GPRS:

  • 2012*4. Serviciul general de pachete radio (GPRS) Arhitectura GPRS: Din punct de vedere arhitectural, GPRS este o reea cu comutaie de pachete de sine stttoare care interopereaz cu infrastructura GSM la nivelul BSS i al bazelor de date din subsistemul reea i comutaie (HLR, VLR, AUC, etc.). Astfel, ntr-o reea GSM/GPRS serviciile GSM comutate n mod circuit (voce, date, SMS) i serviciile GPRS comutate n mod pachet (date, SMS) pot fi oferite n paralel. Un serviciu vocal solicitat de ctre o staie mobil GPRS (MS-GPRS) va fi direcionat de ctre BSC spre reeaua GSM, unde va fi comutat de ctre MSC. El se va desfura ca un serviciu GSM uzual, dar un serviciu de date GPRS solicitat de ctre aceeai staie mobil MSGPRS va fi direcionat de ctre BSC spre reeaua GPRS i se va desfurat n mod pachet. A.Nodurile GPRS sunt denumite generic GSN (GPRS Support Node) i sunt de dou tipuri: noduri care servesc abonaii mobili (SGSN) i noduri poart (GGSN). - SGSN (Serving GSN) au ca rol principal gestiunea mobilitii i a comunicaiei (ca i MSC n GSM); - GGSN (Gateway GSN) au ca rol principal asigurarea interoperrii cu reele exterioare (ca i GMSC n GSM ). GGSN asigur interoperarea cu reele de date de tip X.25 i IP.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Cea de a treia generaie de sisteme de comunicaii mobile, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) reprezint succesorul GSM-ului i conine dou pari: serviciile de comutare a circuitelor (Circuit Switched CS); serviciile de comutare a pachetelor (Packet Switched PS);

    In CS se realizeaz managementul apelurilor vocale, iar n PS cel al conexiunilor de date (de exemplu ntre un utilizator mobil i reeaua Internet).

    Elementele de reea ale sistemului UMTS sunt mprite n dou grupe: Prima grup corespunde reelei de acces radio, RAN (Radio Access Network), care suport toate funcionalitile radio. n cazul sistemelor UMTS, cu acces radio de tip WCDMA (Wide CDMA), se utilizeaz denumirea de UTRAN (UMTS Terrestrial RAN) sau UTRA. Cea de-a doua grup corespunde reelei centrale, CN (Core Network), care este responsabil de comutaia i de rutarea comunicaiilor spre reelele externe. Pentru a completa sistemul, se definete, de asemenea, terminalul utilizator UE (User Equipement).

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Arhitectura UMTS:

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Arhitectura UMTS: User Equipment UE - care se conecteaz la UTRAN prin link-uri radio wireless, la una sau mai multe celule (spre deosebire de GSM, este posibil s existe link-uri la mai multe celule n acelai timp). UTRAN este alcatuit din noduri B (echivalente cu BTS din GSM) care sunt conectate la Radio Network Controllers (RNC echivalente cu BSC din GSM); RNC-urile sunt conectate ntre ele, precum i la Core Network, prin ATM. Core Network (CN) este conectat cu alte reele, ca de exemplu: PSTN, Internet, alte reele mobile, etc. Are rolul de a ruta traficul, de autentificare, urmrire a localizrii, etc. CN este alcatuit din dou pari: CS i PS.

    Un grup de noduri B sunt conectate prin interfata Iub, la un RNC, printr-o reea ATM. Un nod Bs opereaz la nivelul fizic i nivel reea i transmite datele la RNC. De asemenea, msoar calitatea i puterea semnalelor pe link-ul radio ctre UE, raportndu-le n acelai timp i CRNC-ului, care poate s reacioneze pe baza acestor informaii: de exemplu, sa reduc sau s mreasc puterea semnalelor la nodul B i/sau la UE. RNC-ul aloc de asemenea un cod W-CDMA pentru link-ul radio de la UE la nodul B, astfel nct datele de la un anumit UE s poat fi extrase dintre datele transmise de ctre toate echipamentele UE i nodurile B din zon. RNC-ul este responsabil i pentru handoff-urile dintre diferite RNS-uri, controlul resurselor radio, etc. Pentru a asigura un handoff soft, RNC-urile sunt conectate ntre ele prin interfee Iur, prin intermediul reelelor ATM. De asemenea, sunt conectate la CN, prin interfee Iu-Cs, sau Iu-PS.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Caracteristicile sistemului UMTS:

    Interfaa radio UMTS este cunoscut sub numele de UTRA i realizeaz legtura ntre echipamentul mobil i staia de baz. n comparaie cu GSM, aceast interfa, utilizeaz o nou metod de transmisie, i anume, CDMA (Code Division Multiple Access).

    CDMA este acronimul de la Code Division Multiple Acces i este una dintre aa numitele tehnologii cu spectru dispersat (spread spectrum), un grup de tehnici digitale de comunicaie bazate pe folosirea undelor electromagnetice ntr-un spectru de lungime de und mult mai mare dect ar fi necesar semnalului original.

    Mesajele sunt divizate n pachete, fiecrui pachet fiindu-i atribuit un anumit cod. Mesajul este transmis, apoi decodat i reasamblat la receptor. Exist peste 4.4 mii de miliarde de combinaii posibile (coduri).

    Utilizatorul nu este difereniat printr-o frecven separat sau printr-un anumit canal/interval de timp, ci de un cod digital unic (aa numitul pseudo-Random Code Sequence) comun telefonului mobil i staiei de baza. Toi utilizatorii folosesc simultan acelai segment al spectrului radio. Diversele mesaje nu se amestec, ntruct fiecare pachet de date are ataat propriul cod, asemenea unei amprente. Acest mod de utilizare al spectrului radio aduce mari avantaje tehnologiei CDMA. Unul este eficiena spectrala foarte ridicat, care duce la capaciti de aproape 10 ori mai mari comparativ cu tehnologiile analogice i de 4-5 ori comparativ cu TDMA.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Accesul multiplu pe interfaa radio se poate face n dou moduri: DS-CDMA de band larg cu duplex frecvenial, WCDMA (FDD); DS-CDMA de band larg cu duplex temporal, WCDMA (TDD);

    Sistemul european UMTS, n varianta pentru reele terestre, utilizeaz pentru interfaa radio WCDMA, n modul FDD (duplex frecvenial cu FD = 190 MHz), urmtoarele subbenzi de frecven: 1920-1980 MHz (lrgimea benzii de 60 MHz) pentru legtura ascendent; 2110-2170 MHz (lrgimea benzii de 60 MHz) pentru legtura descendent.

    Pentru interfaa radio WCDMA n modul TDD (duplex temporal) s-au alocat urmtoarele domenii de frecven: 1900-1920 MHz (lrgimea benzii de 20 MHz); 2170-2200 MHz (lrgimea benzii de 15 MHz);

    Sistemul WCDMA presupune utilizarea unei transmisii de band larg. mprtierea spectral realizat cu o rata de 3,84Mcps conduce la ocuparea unei benzi de 5 MHz pe purttoare modulat. Pentru prevenirea interferenei dintre canalele adiacente, distana dintre dou purttoare consecutive poate fi de f = 4,2 5 MHz (cu un rastru de 200 kHz) n funcie de nivelul de protecie dorit. ntre canalele aparinnd unor operatori diferii, distana dintre dou purttoare consecutive se las mai mare, f = 5 5,4 MHz, pentru a preveni interferena interoperator.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Pe fiecare purttoare de radiofrecven este definit o structur temporal, format din cadre, care, la rndul lor, sunt divizate n 15 intervale temporale (time slots), numerotate de la 0 la 14, ca n figura de mai jos: Modalitatea de expandare spectral (spreading) utilizat pe interfaa radio UTRAN (nivelul fizic), n modul WCDMA (FDD), este prezentat n figura de mai jos:

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Expandarea spectral se realizeaz n dou faze:

    1) n prim faz, codul de canalizare (channelization code) transform fiecare simbol (bit) de date ntr-un numr de chip-uri, crescnd astfel banda semnalului. Semnalul de band ngust este transpus ntr-unul de band larg, rezultnd o rat de chip egal cu 3,84 Mcps. Deoarece sistemul permite transmisii de date cu diferite debite, factorul de mprtiere spectral, SF (Spread Factor), este direct legat de codul de canalizare. El trebuie ales n mod adecvat pentru ca n final s rezulte aceeai rat de chip indiferent de rata de bit de la intrare. n timpul transmisiei, rata de bit i implicit factorul de mprtiere aferent se pot modifica de la un cadru temporal la altul, n fincie de necesiti. 2) n a doua faz, are loc o combinare de tip chip cu chip ntre semnalul rezultat din prima faz i o secven de cod de scrambling. Aceast operaie de codare suplimenter nu afecteaz nici banda semnalului, nici rata de chip. Codul de scrambling este specific unei anumite celule pe legtura descendent DL (Down Link), i respectiv unui anumit terminal pe legtura ascendent UL (Up Link).

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Utilizarea difereniat a codurilor la staia de baz i la terminalul mobil este prezentat n figura de mai jos: Codurile de canalizare (channelization codes) sunt coduri ortogonale cu factor de mprtiere variabil, OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), care prin ortogonalitate permit o separare ntre diferite canale fizice. Pe legtura ascendent (UL), ele permit separarea ntre diferite canale fizice provenite de la acelai terminal. Pe legtura descendent (DL), ele fac posibil separarea canalelor fizice destinate utilizatorilor din interiorul aceleiai celule. Pe interfaa radio UTRA se folosesc aceleai tipuri de coduri de canalizare sau mprtiere spectral (spreading codes) att pe legtura ascendent UL, ct i pe cea descendent DL. Codurile OVSF au lungimea de 4256 chips pe UL i de 4512 chips pe DL.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Codurile de bruiaj (scrambling) folosite pe interfaa radio UTRA difer n funcie de utilizarea pe legtura ascendent (UL) sau pe cea descendent (DL). Ele sunt obinute, n general, prin truncherea unor secvene de cod mai lungi. Pentru UL se folosesc dou tipuri de coduri de scrambling: - Coduri lungi (n lungime de 38400 chips). Exist 224 coduri distincte, care se obin prin trunchierea unor secvene Gold, avnd lungimea iniial de 241. - Coduri scurte (n lungime de 256 chips). Exist 224 coduri distincte, care se obin prin trunchierea unor secvene S(2) extinse. Pentru DL se folosesc numai coduri lungi, obinute prin trunchierea unor secvene Gold, avnd lungimea iniial de 218. Teoretic, sunt 262141 (218 - 1) coduri posibile, dar numai 8192 de coduri sunt utilizate. Aceste secvene sunt mprite n 512 seturi. Un set este compus dintr-un cod primar i 15 coduri secundare.

    Cele 512 seturi sunt divizate n 64 de grupe a cte 8 coduri primare fiecare. Astfel se simplific alocarea codurilor pentru DL, iar un termina mobil trebuie s recunoasc un cod din numai 512 coduri primare posibile. Recunoaterea codului de bruiaj al unei celule se realizeaz de fapt n dou etape. n prima etap se identific una din cele 64 de grupe, iar n cea de-a doua etap se identific un cod din cele 8 coduri primare.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Interfaa radio Uu utilizeaz trei tipuri de canale: canale logice (de trafic i de control), canale de transport (comune i dedicate), canale fizice (comune i dedicate). Canale logice de trafic: DTCH (Dedicated Traffic Channel) canal bidirectional punct la punct dedicat unui UE pentru transferul datelor de utilizator (ex. Speech, fax, web browsing). CTCH (Common Traffic Channel) canal unidirecional punctmultipunct, folosit pe DL pentru transferul unor informaii de utilizator dedicate tuturor mobilelor sau unui grup precizat de UE (ex. SMS-Cell Broadcast). Canale logice de control: BCCH (Broadcast Control Channel) canal folosit pe DL pentru a difuza informaii de control de sistem (ex. Identitatea celulei, valoarea codului de spreading utilizat n celula respectiv precum i n celulele vecine, puterea de emisie permis, nivelul de interferen pe UL, etc). PCCH (Paging Control Channel) canal folosit pe DL pentru transferul informaiilor de cutare a mobilelor. El se utilizeaz atunci cnd reeaua dorete s comunice cu un UE, dar nu cunoate poziia exact n care se afl UE, sau cnd terminalul se gsete n starea de ateptare (ex. CN originated call).- CCCH (Common Control Channel) - canal bidirecional folosit pentru transmiterea informaiilor de control ntre reea i terminalele mobile. El este folosit n mod curent de terminalele UE care nu au stabilit o conexiune RRC cu reeaua, precum i de UE care utilizeaz canale de transport commune atunci cnd acceseaz o nou celul dup o reselecie de celule (ex. initial access, RRC connection request, cell update).

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) DCCH (Dedicated Control Channel) canal bidirecional punct la punct pentru transferul de informaii de control dedicate ntre reea i un anumit UE. El se obine prin intermediul procedurii de stabilire a conexiunii RRC (ex. Radio bearer setup, measurement reports, handover).

    Canalele logice sunt distribuite pe canale de transport, n care nu se mai face distincia dintre planul de utilizator (trafic) i planul de control.

    Canale de transport dedicate: - DCH (Dedicated Channel) canal utilizat att pe DL ct i pe UL. El transport att date de utilizator ct i informaii de control. La fiecare DCH este asociat un format de transport sau un set de formate n funcie de debitul fix sau variabil al datelor. Canalul DCH este transmis n ntreaga celul, sau, eventual, numai ntr-o parte a celulei, dac se folosesc antene directive cu spot reglabil. El permite realizarea unui control rapid al puterii i debite de transmisie variabile. DCH suport soft handover.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) Canale de transport comune:

    BCH (Broadcast Channel) este folosit numai pe DL pentru a difuza informaii specifice sistemului i celulei (de exemplu coduri de acces aleator). Se transmite ntotdeauna n ntreaga celul (cu putere mare) i are un singur format de transport.

    PCH (Paging Channel) este folosit pe DL pentru a transmite terminalelor date relevante n cadrul procedurii de cutare (paging). El se transmite ntotdeauna n ntreaga celul, asociat cu indicatori de cutare (Paging Indicators), generai la nivel fizic, pentru a facilita proceduri eficiente pentru UE aflate n stare inactiv.

    FACH (Forward Access Channel) canal folosit pe DL pentru a transmite terminalelor informaii de control sau pachete de date scurte. Se folosesc debite reduse pentru a se asigura o recepie corect de ctre toate mobilele. FACH se transmite n ntreaga celul, sau numai ntr-o parte a celulei. El poate fi transmis i folosind un control lent al puterii.

    DSCH (Downlink Shared Channel) canal folosit pe DL pentru informaii dedicate de control i de utilizator i partaj ntre mai multe UE. El este asociat cu unul sau mai multe canale DCH pe DL i se transmite n ntreaga celul, sau numai ntr-o anumit parte a celulei. DSCH este similar cu FACH, dar folosete un control rapid al puterii i permite debite de transmisie variabile.

  • 2012*5. Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) - RACH (Random Access Channel) - canal folosit pe UL pentru a transmite cererile UE de stabilire a unor conexiuni sau pachete scurte de date. El este recepionat ntotdeauna din ntreaga celul. RACH este caracterizat de un risc ridicat de coliziuni i se transmite folosind un control al puterii n bucla deschis. CPCH (Common Packet Channel) canal folosit concurenial pe UL pentru trafic de date n pachete. Constituie o extensie pentru RACH. El este asociat unui canal dedicat de pe DL, care realizeaz controlul puterii i comenzile de control pentru canalul CPCH de pe UL. CPCH este caracterizat de risc iniial de coliziuni. Se transmite folosind controlul de putere n bucla intern.

    Canalele fizice sunt definite prin mecanismele fizice (frecven, cod, putere, cadru temporal, etc.) cu care se face transferul de date pe resursele interfeei radio. Un canal fizic tipic const ntr-o structur ierarhizat de cadre radio i intervale temporale, dar pot exista i excepii. Configuraia intervalelor temporale poate s difere n funcie de debitul de transmisie pe canal. Un cadru radio (radio frame) este o unitate de procesare care conine 15 intervale temporale. Lungimea unui cadru corespunde duratei a 3840 chips. Intervalul temporal (slot) este o unitate compus din cmpuri, ce conin bii de informaie. Un interval temporal corespunde duratei a 2650 chips. Numrul de bii transmii pe un interval temporal difer de la un canal fizic la altul i n unele cazuri poate varia n timp.