UMTS

1
UMTS

• Presentasjon av gruppe 2
• Stian Cornelis Alsos
• Hans Inge Heien
• Stine Iren Sandvik
• Kristian Lier Selnæs
• Nhat-Anh Tran

2
Innhold

• Bakgrunn og kort om arkitektur
• Fra GSM til UMTS
• Call handling
• Mobility management
• Kort demonstrasjon

3
Bakgrunn (1)

• Økende etterspørsel etter mobile tjenester
• Kapasitetsmessige begrensninger i nåværende
  systemer, spesielt pakkebaserte tjenester
• Mange ulike, inkompatible standarder
• Ønske om én felles standard
• Stort antall organisasjoner involvert i
  standardiseringsarbeidet
• Opprinnelig europeisk standardisering innen ETSI,
  utgangspunkt i GSM standardene, pluss utvidelser.
  
• Nå global standard som administreres av 3GPP
• 3GPP2 har jobbet med CDMA2000, et konkurrerende
  radiogrensesnitt

4
Bakgrunn (2)

• UMTS lisenser ble tildelt etter to prinsipper
• Beauty Contest
• Lisenssøkerne konkurrerte mhp ulike kriterier
  framsatt av landets myndigheter
• Utrullingshastighet
• Geografisk dekning
• Finansiell styrke
• Etc.
• Gjennomført bl.a i Norge
• Auksjon
• De avsatte frekvensbånd auksjoneres ut til
  høystbydende
• Aktørene tvunget til å ta opp store lån for å
  betale lisensene
• Gjennomført bl.a i Tyskland og England
• 45 milliarder for totalt 6 lisenser i Tyskland
• 35 milliarder for totalt 5 lisenser i England

5
Bakgrunn (3)

• Tre typer aksess defineres i UTRA
• Pico cell
• 2 Mbit/s
• 50 m radius
• 10 km/t
• I bygninger, begrensede områder
• Micro cell
• 384 kbit/s
• 500 m radius
• 120 km/t
• Byer og urbane områder
• Macro cell
• 144 kbit/s
• 7 km radius
• 500km/t

6
Bakgrunn (4)

• Enkelt grensesnitt mot kjernenettet gir mulighet
  for flere aksessteknologier
• UTRA
• Satellitt
• WLAN
• Sømløs roaming mellom aksessteknologier

7
Arkitektur (1)
8
Arkitektur (2)

• Radio Network Subsystem (RNS)
• User Equipment (UE)
• UMTS Subscriber Identity Module (USIM)
• Mobile Equipment (UE)
• Node B
• Samme som GSM basestasjon
• Radio Network Controller (RNC)
• Samme som GSM basestasjonkontroller

9
Arkitektur (3)

• Circuit Switched (CS)
• Mobile Services Switching Centre (MSC)
• Som i GSM
• Home Location Register (HLR)
• Som i GSM
• Visitor Location Register (VLR)
• Som i GSM
• Gateway MSC (GMSC)
• Som i GSM

10
Arkitektur (4)

• Packet Switched (PS)
• Serving GPRS Support Node (SGSN)
• Som i GSM
• Gateway GPRS Support Node (GGSN)
• Som i GSM

11
All-IP Core Arkitektur (1)
12
All-IP Core Arkitektur (2)

• HSS Home Subscriber Server
• HLR VLR
• MGW Media Gateway
• VoIP data konverteres til konvensjonell tale data
• CSCF Call State Control Function
• IP signallering via SIP

13
All-IP Core Fordeler og ulemper

• Fordeler
• Moderne netverksdesign
• Integrert nettverk for tale (VoIP) og data
• Billig rutingteknologi tilgjengelig
• Enkel implementasjon av nye tjenester

• Ulemper
• Trenger gateways til linjesvitsjede nett
• Komplisert migrasjon fra 2G (og dagens 3G)
• Ingen garantert QoS (IPv4)
• Sikkerhet?

14
Fra GSM til UMTS

• Fysisk lag
• Kapasitetsforbedringer
• IP over UMTS
• EDGE vs. UMTS
• Fremtidens trådløse nett

15
GSM fysisk lag

• GSM bruker en kombinasjon av TDMA/FDMA (Time and
  Frequency-Division Multiple Access)

16
UMTS fysisk lag

• Benytter seg av WCDMA (Wide Code Division
  Multiple Access)
• Tar i bruk hele frekvensspekteret
• Sender i et mønster som bare en bestemt
  mobilmottaker ser som fornuftig, alle andre ser
  det som støy
• Dette gir mulighet for høyere og varierende
  datarater, men det avhenger av antall brukere

17
Frequency Division Duplex

• Sender ved at det hoppes hurtig i et bestemt
  frekvensmønster
• Normalt sett minst følsom for støy
• Benytter halve frekvensområdet til opplasting og
  den andre halvdelen til nedlasting

18
Time Division Duplex

• Benytter hele frekvensspekteret til både
  opplasting og nedlasting
• Jevnt over lavere effekt på signalet enn ved FDD
• Sender i tilmålte tidsluker
• Mer følsom for støy enn ved FDD
• Benyttes i pico celler, der man kan få opp i mot
  2 Mbit/s

19
Kapasitet ved GSM

• Normalt 9,6 kbit/s
• Mulighet for høyere overføring ved GPRS. Opp mot
  50 kbit/s avhengig av hvor mange andre som
  benytter nettet

20
IP over UMTS

• Ønsker å sy nettene tettere sammen uavhengig av
  underliggende teknologi
• Alt over IP, IP over alt
• Benytter IP for å få ende til ende tjenester.
  Gjerne i sammenheng med transportlaget over

21
VoIP over UMTS

• VoIP sliter fortsatt med å få samme kvalitet som
  vanlig telefon har
• Høyere forsinkelse når man sender en IP pakke til
  andre siden av jorden, enn hvis man benytter
  vanlig telefoni
• Fordelen er at man alltid betaler lokal takst
  uansett hvor man ringer

22
UMTS vs. EDGE (1)

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)
  bygger på GSM, men benytter en mer effektiv form
  for koding (8PSK)
• Dette gir mulighet for 48 kbit/s per slot, mer i
  enkelte tilfeller
• Mulighet for å overføre hele 384 kbit/s
• Fordelen er at nettet allerede er der

23
UMTS vs. EDGE (2)

• Digi i Malaysia, datterselskap av Telenor satser
  på EDGE fremfor UMTS
• Fordelen til UMTS er enda høyere datarater
• EDGE bringer mobilnettet ett skritt nærmere 3G
  ved å tilby høyere datarater

24
Fremtidens trådløse nett

• Teknologiene sys bedre sammen
• Mobilterminaler som kan kjøre både WLAN, UMTS,
  GSM
• Benytter WLAN der det er tilgjengelig. UMTS i
  byer og ellers der det er tilgjengelig, og GSM
  der man ikke har kontakt med verken WLAN eller
  UMTS

25
Call Handling

• Switching on
• Call setup
• Linjesvitsjet
• Pakkesvitsjet
• Switching off

26
Switching on

• Terminalen må
• Velge PLMN (operatør)
• Velge celle
• Registrere seg med domener i nettverket

27
Switching on

• Terminalen mangler informasjon om omgivelsene
• Leser signal fra omliggende celler
• Søker etter PLMN
• Sjekker flere frekvenser

28
Switching on

• Valg av PLMN - Public Land Mobile Network
• består av kjernenett og aksessnett
• installert og administrert av en operatør
• flere i hvert land
• kjennetegnes av MCC og MNC
• MMC Mobile Country Code, MNC Mobile
  Network Code
• prioritert liste over PLMN/operatører lagret i
  USIM
• velger PLMN med høyest prioritet

29
Switching on

• Valg av celle
• terminalen lager liste over potensielle celler
• cellene må tilfredsstille spesifiserte krav
• cellen som oppfyller kravene best blir valgt
• terminalen forsøker å registrere seg med valgt
  celle

30
Switching on

• Registrering med nettverk
• linjesvitsjet domene
• - IMSI attach prosedyre
• pakkesvitsjet domene
• - UMTS GPRS attach prosedyre
• Registreringen kan feile
• (stjålet SIM-kort/terminal, ingen roaming
  avtale)

31
Call Setup

• Sikkerhet autentisering
• 3 hensikter
• Nettverket sjekker identiteten til abonnenten
• Terminalen autentiserer nettverket
• Muliggjør generering av krypterings- og
  integritetsnøkler

32
Call Setup

• Figur A samtale fra fast telefon i PSTN til
  terminal i UMTS nettet
• Linjesvitsjet
• Likner GSM

33
Call Setup
34
Call Setup (figur A, forenkling)
35
Call Setup

• Figur B Utveksling av data over Internett
• Aktivisere PDP kontekst
• PDP - Packet Data Protocol
• eks. Internett aksess, aksess til intranett åpen
  for utvalgte abonnenter
• kan benytte flere kontekster samtidig

36
Call Setup
37
Call Setup (figur B, forenkling)
38
Switching off

• Terminalens registrering i nettverket må fjernes
• IMSI detach prosedyre
• - ikke obligatorisk
• periodisk oppdatering av VLR

39
Mobilitetshåndtering

• Mobilitet i Idle mode
• Mobilitet i Connected mode
• Intersystem Mobility

40
To tilstander

• Idle mode
• Connected mode

41
Idle Mode

• Geografisk lokasjon av terminalen
• Valg av celle
• Kringkasting av systeminformasjon i cellene

42
Geografisk lokasjon (1)

• Nettverket benytter geografiske soner til å
  lokalisere terminalene i idle mode
• LA (location area) for linjesvitsjet
• Ra (routing area) for pakkesvitsjet

43
Geografisk lokasjon (2)

• Lokasjonssonene avgrenser området hvor nettverket
  søker etter en terminal
• Fordel begrenser belastningen på radionettverket
• Ulempe må oppdatere lokasjonssonen oftere kan
  medføre dårligere nettverksutnyttelse

44
Oppdatering av location area

45
Prosedyre for valg av celle

• Squal lt Ssearch ?
• Lager en liste over celler
• Celle velges i forhold til R
• Rs Qmeas,s - Qhyst s
• Rn Qmeas,n Qoffsets,n - TOn

46
Connected Mode

• Mobiliteten håndteres enten av terminalen eller
  aksessnettverket
• Ura (UTRAN registration area) for mindre
  belastning på nettverket

47
Mobilitetshåndtering av nettverket(1)

• Hard handover
• Kommuniserer med en radiolink ad gangen
• Soft handover
• Kommuniserer med flere radiolinker ad gangen
• Softer handover
• Innen samme node

48
Mobilitetshåndtering av nettverket(2)

• Active set sett av opptil seks radiolinker som
  kan være aktiv samtidig

49
Relokasjon i connected mode

• UTRAN støtter SRNC relokasjon for å
• Optimere ruting i UTRAN
• Støtte for hard handover
• Mulig å bruke en SRNC gjennom hele forbindelsen
  unødvendig belastning av bakkenettet

50
Støtte for hard handover

• Nødvendig dersom
• Iur grensesnittet ikke er tilgjengelig
• Inter-frekvens handover
• FDD/TDD handover

51
Intersystem mobility

• Sømløs overgang mellom UMTS og GSM
• Må tilby oversikt over tilgjengelige naboceller
  fra alle aksessteknologier
• GSM celleinformasjon tilpasses UMTS
  celleinformasjon
• Valg av celle som i idle mode

52
Intersystem handover

• For pakkesvitsjede tjenester
• Terminalen har ansvaret for mobilitet
• Ved bytte fra GPRS til UMTS celle må lokasjonen
  oppdateres selv om en er innen samme routing area
• Samme prinsipp gjelder for UMTS til GPRS celle

53
Handover fra GSM til UMTS
54
Demonstrasjon