Prezentare 3G

Comunicatii mobile de generatia a 3-aLucrarea de fata isi propune in cateva randuri, trecand cu o privire prin istoricul comunicatiilor mobile sa faca o scurta prezentare, chiar daca sumara, asupra ideii de baza a unei retele de comunicatii mobile de generatia a 3-a1. Scurt IstoricPrima legatur radio mobil a fost stabilit de Marconi la sfritul anilor 1800.

Primul serviciu de radiotelefonie terestru a fost instalat de departamentul poliie Detroit la nceputul anilor 1920.nceputurile serviciului comercial: 1946 S.U.A. i inceputul anilor 50 n Europa.

Sistemele mobile convenionale (Conventional Mobile Systems (CMS)) operau n benzile de 30-40, 150 si 450 MHz, oferind servicii pentru sigurana public (politie, ambulanta, pompieri), pentru firme de transport (taxi), servicii de reea pentru diverse utiliti (gaz, apa, electricitate).

Dezvoltarea intens a comunicaiilor mobile se realizeaz doar dup apariia circuitelor integrate i miniaturizarea realizat n domeniul componentelor, deci dup crearea condiiilor de miniaturizare a echipamentelor i dup realizarea unor surse de alimentare fiabile i cu dimensiuni relative reduse. Pentru realizarea unor reele de dimensiuni mari, cu muli utilizatori, avnd la dispoziie o band de frecvene limitat, s-a trecut la folosirea acoperirii celulare.

2. Sisteme de comunicatii mobileSistemele celulare de comunicaii mobile au fost dezvoltate, pn n prezent, n trei generaii distincte:

2.1. Generaia 1 (1G), destinat s ofere un singur serviciu, cel vocal, cuprinde sisteme ca NMT ((Nordic Mobile Telephone Suedia Norvegia, 1979, 450 MHz in 1981; 900 MHz in 1986), AMPS (Advanced Mobile Phone System lansat in 1982 850MHz), TACS (Total Access Communication System) etc. toate acestea fiind sisteme cu prelucrarea analogic a semnalului, funcionnd n benzile de 450 MHz sau de 800-900 MHz. n prezent sistemele de generaia 1 sunt la finalul .carierei., fiind scoase din exploatare n multe dintre rile n care au funcionat.

2.2. Generaia 2 (2G), a fost iniial destinat s ofere servicii de voce, dar n acelai timp cu capacitate limitat pentru serviciile de transmisii de date (vitez relativ redus). In acest caz avem sisteme cu prelucrare digital a semnalului, cu funcionare n benzile de 900 MHz i 1800MHz. Tehnicile performante de acces multiplu dezvoltate, ca TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access) au asigurat evoluia 2G.

Ca exemple avem:

sistemul GSM (Global System for Mobile communications bazat pe tehnologiile TDMA si FDMA) in Europa, a fost primul standard digital disponibil n domeniul comercial, introdus n 1992. GSM a aparut din nevoia unui standard comun pentru toate rile i face posibil roaming-ul i transferul sigur de informaie la un nivel calitativ satisfctor. GSM se bazeaz pe comutaia de circuite. Suportul pentru transmisiuni de date la rata joasa (sub 9.6 kbps) a fost introdus la nceputurile serviciilor comerciale i a fost utilizat mai ales pentru scriere/citire e-mail-uri de la un calculator portabil (notebook) sistemul D-AMPS (Digital AMPS - Advanced Mobile Phone System) in America de Nord acest system are la baza tehnologia CDMA Pentru exemplificare Ca exemple de astfel de sisteme sunt GSM, D-AMPS etc. 2.3. Generaia 2,5G - GSM ofer posibilitatea sporirii vitezei de transmisie a datelor prin introducerea unor procedee speciale ca:

- HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) asigur accesul la patru canale simultan, furnizand teoretic de patru ori largimea de band de 14.4 kbps a unei transmisiuni de date standard bazat pe comutaie de circuite, deci 57.6 kbps.

- EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) este un standard de transmisiuni de date, radio, mobil, de mare vitez; vitezele de transmisie urc pn la 384 kbps cnd toate cele 8 intervale temporale sunt utilizate

- GPRS (General Packet Radio Service) permite rate de transfer teoretice de pn la 171.2 kbps prin utilizarea tuturor celor 8 canale simultan. Aceast rat este de trei ori mai mare dect cea din actualele reelele fixe de telecomunicaii i cam de zece ori mai mare dect cea oferit n momentul de fa de serviciile cu comutaie de circuite n reele GSM. GPRS este un serviciu universal de date, bazat pe comutaia de pachete, n GSM. Aceasta implic suprapunerea unei interfee radio bazate pe comutaie de pachete peste reeaua GSM, cu comutaie de circuite, existent. Comutaia de pachete nseamna ca resursele radio GPRS sunt utilizate doar atunci cand utilizatorii trimit sau primesc efectiv date. Informaia este fragmentat n pachete nainte de a fi transmis i apoi reasamblat la receptor. GPRS este un serviciu suplimentar serviciilor de voce, care permite trimiterea i receptionarea informatiei in cadrul mai multor retele mobile de telefonie. El suplimenteaza serviciile actuale bazate pe comutatia de circuite si serviciul de mesaje scurte. De asemenea faciliteaza posibilitatea de conectare instantanee, numita si conectare permanenta. Acesta este unul dintre avantajele cheie ale GPRS care permite de altfel aplicatii pentru care timpul este un parametru critic.

Cu ajutorul celor de mai sus devine posibil realizarea unor transmisii de tip multimedia.

2.4. Generaia 3 (3G) ofer viteze de transmisie sporit, de pn la 2 Mbit/s (n unele variante pn la 8 Mbit/s) i prezint posibiliti multiple pentru servicii multimedia de calitate i pentru operare n medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digital a semnalului, ce funcioneaz n banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA i TD/CDMA, ambele n varianta european pentru interfaa UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Acces Network), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Acces) n varianta japonez, CDMA2000 (S.U.A) etc. La nivel mondial, 3G este desemnat i ca IMT-2000(International Mobile Telecomunications - 2000) iar varianta dezvoltat n Europa este denumit UMTS (Universal Mobile Telecomunications System). Introducerea n exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata n 2001-2002, la baza dezvoltrii 3G avand sistemele 2G, astfel, GSM n variantele 2 i 2+ care sunt integrate n 3G, dezvoltarea UTRAN fiind realizat tocmai pornind de la interfaa GSM. ntre diferitele sisteme 3G se ncearc, n prezent, realizarea unei compatibiliti ct mai bune. Obiectivele fundamentale ale sistemelor din categoria 3G sunt:

- asigurarea mobilitii universale a terminalelor;

- oferirea unor pachete ample de servicii, din care utilizatorul poate selecta serviciile dorite, n forma n care acestea i sunt familiare, astfel nct:

- s fie posibil alegerea i flexibilitatea serviciilor;

- alocarea serviciilor s fie realizat la cerere;

- accesul la servicii s fie simplu i .prietenos.;

- serviciile oferite s fie interactive i inovative.

Tipurile de servicii oferite de sistemele 3G se diversific fa de oferta realizat de 2G sau de sistemele de generaia 1, sistemele 3G fiind capabile s ofere:

- multimedia nalt interactiv (videoconferine, lucru n colectiv i teleprezen);

- multimedia de vitez mare (acces rapid LAN i Internet/Intranet, videoclipuri la cerere, cumprturi n direct etc.);

- multimedia de vitez medie (acces LAN i Internet/Intranet, jocuri interactive, mesaje radiodifuzate i informaii publice complexe, jocuri interactive etc.);

- date comutate (acces LAN de vitez redus, acces Internet/Intranet, fax etc.)

- mesagerie simpl (serviciu de mesaje scurte, e-mail, radiodifuzare i mesagerie de informaii publice, comenzi/pli pentru comerul electronic simplu etc.);

- transmisii vocale (comunicare bilateral, conferine, pot vocal etc).

Principalele obiective impuse de IMT . 2000 la interfaa radio sunt

- acoperire i mobilitate complet pentru viteza de transmisie de 144 kbit/s, dar de preferat pentru 384 kbit/s i BER = 10-6 (Bit Error Rate)

- acoperire i mobilitate limitat pentru viteza de transmisie de 2 Mbit/s i BER = 10-6;

- eficien ridicat de folosire a spectrului n comparaie cu sistemele existente;

- flexibilitate nalt n introducerea noilor servicii.

3. UMTS Prezentare generala3.1Arhitectura UMTS

In figura 1 avem o prezentare de ansamblu a unei retele de comunicatii mobile ale unui operator ce furnizeaza simultan servicii GSM si 3G

Figura 1In urmatoarele randuri se prezinta in cateva cuvinte fiecare bloc din figura BSC (Base Station Controller) responsabil de gestionarea resurselor radio

BTS (Base Transceiver Station) este terminalul radio ce genereaza interfata radio necesara UE (User Equipment) pt acces si comunicare in retea

NSS (Network Switching (Sub) sistem), partea de comutatie a retelei GSM, contine urmatoarele:

MSC (Mobile Switching Center), asigura conexiunile caii de traffic si e responsabil cu managementul conexiunilor solicitat de diferite entitati VLR (Visitor Location Register), contine informatii cu privire la abonatii prezenti aria de acoperire a retelei. Datele continute in VLR este dependent de abonatii aflati in raza lui de actiune. HLR (Home Location Register), contine date cu privire la toti abonatii retelei mama, le pune la dispozitia VLR

AC (Authentication Centre), detine informatii de securitate a clientilor EIR (Equipment Identity Register), detine informatii de securitate cu privire la echipamentul utilizatorului SMSC Short Message Service Centre VMS Voice Mail System

IN (Intelligent Network), a aparut din nevoia diversificarii serviciilor catre abonati, dar si pt a asigura o garantie impotriva fraudelor. (ex: servicile prepaid)

SGSN (Serving GPRS Support Node), este responsabil cu rutarea, trimite si primeste date de la statia mobila si mentine informatii cu privire la locatia statiei mobile GGSN (Gateway GPRS Support Node), este de asemenea responsabil cu rutarea datelor primte de la SGSN NodeB echivalentul in 3G a BTS-ului din GSM cu cateva modificari RNC (Radio Network Controller) MGW (Media Gateway) are in grija transferul de date, operatiunile MGW fiind controlate de MSC si SGSN

PSTN (Public Switched Telephone Network) reteaua publica de telefonie

ISDN (Integrated Services Digital Network) retea telefonica complet digitala care asigura o gama larga de aplicatii privind transmisii de voce, date, video3.2.Interfata Radio

La nivelul interfetei radio se utilizeaza WCDMA, in acest caz, transmisia pe interfata radio are loc in acelasi timp in aceeasi banda de frecventa, fiecare emitand cu aceeasi putere, adica utilizatorii folozesc aceeasi frecventa, diferenta fiind facuta doar de codul utilizat de fiecare din ei, pt a intelege mai bine acest fenomen se poate imagina o piata mare, plina cu oameni care vorbesc in mai multe limbi, fiecare pe aceeasi tonalitate, in aceste conditii, dialogul intre doi subiecti se poate stabili daca vorbesc aceeasi limba.

Figura 2

Cateva avantaje ale utilizarii CDMA sunt:

- utilizarea eficienta a spetrului de frecveta radio

- putere de transmisie redusa a echipamentului utilizator

- independenta resurselor pt uplink si downlink

3.3. Transportul

Transportul informatiei in retea este bazat pe ATM (Asynchronous Transfer Mode), la baza ideii ATM-ului avem impartirea informatiei ce trebuie transferata in pachete mai mici, la fiecare adaugandu-se cate o eticheta, apoi pachetul este trimis prin calea de transmisie, la receptie, pe baza etichetelor se reface semnalul original, pachetele dintr-o asemenea transmisie fiind numite celule ATM. O astfel de celula prezentat sugestiv se poate observa in figura 3.

Figura 3In figura de mai sus cei 48 bytes prezentati ca payload contin informatia utila, header-ul reprezentand eticheta, eticheta ce ocupa 5 bytes si joaca un rol hotarator in destinatia informatiei utile.Pt a se intelege mai bine, doresc sa reamintesc ca, un byte este cea mai mic unitate de stocare a informaiei adresabil independent ntr-un calculator, cea mai uzual dimensiune pentru un byte este 8 bii, drept pentru care este numit n mod obinuit octet

Avem doua tipuri de celule ATM, celule UNI si NNI. Celulele UNI (User Network Interface) sunt prezente intre endpoint-urile ATM si switch-urile ATM iar celulele NNI (Network Node Interface) sunt folosite pt comunicarea intre switch-urile ATM, in figura 4 se ilustreaza detalierea headere-lor celor doua tipuri de celule

Figura 4Pentru a clarifica o parte din cele de mai sus, daca privim figura.5 vom intelege ca in transimisa ATM avem cel putin un VP Virtual Path care poate contine la randul lui mai multe VC Virtual Channel

Figura 5Din punctul de vedere al UMTS (3G), transmisie ATM avem intre BTS si RNC, intr-un inel putem avea transmisii de cateva VP-uri (cate unul pt fiecare BTS), pe fiecare VP avend setate cateva VC-uri.Celelalte abrevieri din payload au urmatoarea semnificatie:

GFC Generic Flow Contol, de obicei are o valoare prestabilitaPT Payload Type, detine informatie cu privire la datele din celula, daca sunt de tip data utila sau data de control traffic

CLP Cell Loss Priority, indica daca celula poate fi pierduta in cazul congestiei in retea, o celula cu CLP 1 va fi ingnorata in caz de congestie in detrimental celor cu CLP 0HEC Header Error Control, face analiza doar la nivel de header a celulelor, celulele cu erori la nivel de header fiind eliminate din reteaPentru a fi functionala o retea UMTS sunt necesare setari cu referire la UNI care se fac la nivel de BTS si setari cu referile la NNI care se fac la nivel de RNC, toate aceste setari find necesare ca pt orice transfer de date sa asigure o banda minima garantata, sa realoce banda disponibila acolo unde este nevoie dar in caelasi timp sa fie resurse si pentru semnalizare, in figura 6, se poate vizualiza mai sugestiv traseul unui transfer de date prin retea

Figura 64. NodeB

In urmatoarele randuri as dori sa fac referire la BTS (Base Transceiver Station din 2G) acesta fiind partea retelei care faciliteaza comunicatia radio dintre echipamentul utilizator si retea, in 3G fiind cunoscut mai mult sub denumirea de NodeB, acesta contine: echipmente pt receptia si transmisia semnalelor radio, processor de semnal, amplificator de semnal, modul de transport al informatiei catre nivelul superior si echipament pt managementul acestui sistem. Practic, un NodeB este compus din:

modulele RF cu antena aferenta, cate unul pentru fiecare sector, un sector reprezentand o celula si de obicei numarul acestora nu depaseste cifra 3, totusi trebuie stiut ca este dependent de tipul de antena.,

modulul system cu rol de gestionare a activitatii NodeB-ului

modul de transport (interfata pt conectarea fluxului E1 flux de 2Mbps, aici avem 30 de canale de 64 Kbps + 1 sincronizare + 1 semnalizare) bateriile pt asigurarea functionarii site-ului pe periada averiei pe partea de alimentare cu energie electrica

toate cele de mai sus putand fi inglobate intr-un cabinet de interior sau exterior ventilate corespunzator care poate fi prevazut cu senzori ce pot fi conectati la modulul sistem pt raportarea la distanta a problemelor de tip: lipsa AC, DC, incendiu, temperature mare etc

Cateva diferente intre BTS-ul din 2G si cel din 3G (NodeB-ul) ar fi: avem aceeasi frecventa in uz pt oricare celula a unui NodeB, care de fapt e utlizata de intreaga retea, ceea ce a facut posibila softhandover-ul (handover-ul intre celulele aceluias NodeB gestionata la nivel de NodeB)

nivelul de putere la nivel de NodeB si echipament utilizator este mai mic in comparatie cu ceea ce este in 2G

NodeB -ul este subordonat RNC-ului acesta din urma putand gestiona mai multe NodeB -uri, iar daca prin setari asupa NodeB -ului se poate spune frecventa de lucru a acestuia (Uplink 1920 1980MHz, Downlink 2110 2170MHz), codarea pe sectoarele NodeB -ului se atribuie de catre RNC, dupa cum se vede si in figura de mai jos, lucrand cu aceeasi frecventa in fiecare celula avem codare diferita.

Figura.74.1.Extensii ale NodeB-uluiPentru extensia unei celule in practia se folosesc repetoare care pot fi de interior si de exterior care se folosesc atat pentru a mari raza de actiune a unei celule (vezi figura 9), asta in cazurile in care pe o arie intinsa sunt putini utilizatori, in acest caz capacitatea neavand prea mult de suferit, sau pt a intensifica intr-o anumita zona actiunea celulei dorite (vezi figura.8), caz ce se foloseste in exterior sau in cladiri cu potential ridicat din punct de vedere al utilizatorilor. Antena donoare din figura are ca rol preluarea semnalului de la celula mama si transmiterea lui catre echipamentul de amplificare, echipament care la randul lui il pune la dispozitia unei antene (ansamblu denumit NodeM) pt a acopri zona de interes, de mentionat faptul ca un repetor nu mareste capacitatea unei celule ci doar raza lui de actiune (cazul repetoarelor de exterior) sau intensifica in puterea celulei in aceeasi arie in spatii mai restranse (cazul repetoarelor de interior).

Figura.8

Figura.95. Exploatare

Verificarea starii retelei in teren pe parcursul dezvoltarii retelei dar si in procesul de intretinere al ei se poate face simplu, cu ajutorul unui soft instalat pe echipamentul utilizatorului, ceea ce ofera date cu privire la parametrii de functionare a retelei. Un echipament cu un astfel de soft instalat se comporta ca si un echipament obisnuit, poate fi folosit pt uz general, chiar daca parte de test a retelei este active sau nu.

In practica, atentia fin indreptata catre:

RSCP (Receive Signal Code Power)

Ec/No (receive energy per chip divided by the power density in the band)

RSSI (Received Signal Strenght Indicator)

Orice echipament al utilizatorului (vorbim de unul obisnuit, fara soft special instalat) in activitatea lui din retea face masurari continue in retea cu privire la analiza a doi parametrii importanti, RSCP si RSSI, rezultatul masuratorilor fiind transmis catre NodB-ul corespunzator razei de actiune in care se afla, care la randul lui le prelucreaza, acesta din urma ia decizii singur in unele cazuri dar, transmite rezultatul masuratoriilor si catre RNC care poate veni cu decizii suplimentare

Analizand tabelul de mai jos putem sa ne formam o ideee cu privire la legatura dintre RSCP si Ec/No

RSSI reprezinta rezultatul masuratorii aspupra puterii semnalului radio receptionat6.Indemn finalComunicarea de-alungul timpului a imbracat mai multe forme, este intr-o continua evolutie, parca mai accentuata in ultmii ani, chiar azi cand incercam sa deslusim taina comunicarii prezentului, cineva lucreaza la o varianta mai avansata a comunicarii interumane, comunicare rasarita la intalnirea primul individ de pe pamant al 2-lea si se va stinge odata cu noi, dar, merita inteles ce se petrece azi pentru a ne bucura si maine de noutatile care vor rasarii in ajutorul nostru.7. LISTA ABREVIERILOR

AC - Authentication Centre

AMPS - Advanced Mobile Phone SystemATM - Asynchronous Transfer ModeBER - Bit Error RateBSC - Base Station Controller

BTS - Base Transceiver StationCDMA - Code Division Multiple AccessCLP - Cell Loss PriorityCMS - Conventional Mobile SystemsD-AMPS - Digital AMPS - Advanced Mobile Phone SystemEc/No - receive energy per chip divided by the power density in the bandEDGE - Enhanced Data rates for GSM EvolutionEIR - Equipment Identity RegisterFDMA - Frequency Division Multiple Access

GFC - Generic Flow ContolGGSN - Gateway GPRS Support Node GPRS - General Packet Radio ServiceGSM - Global System for Mobile communicationsHEC - Header Error ControlHLR - Home Location Register

HSCSD - High Speed Circuit Switched DataIMT-2000 - International Mobile Telecomunications 2000

IN - Intelligent Network

ISDN - Integrated Services Digital Network

LAN - Local Area Network

MGW - Media Gateway

MSC - Mobile Switching CenterNMT - Nordic Mobile TelephoneNNI - Network Node Interface

NSS - Network Switching (Sub) system

PSTN - Public Switched Telephone Network

PT - Payload TypeRNC - Radio Network Controller

RSCP - Receive Signal Code Power

RSSI - Received Signal Strenght IndicatorSGSN - Serving GPRS Support NodeSMSC - Short Message Service CentreTACS - Total Access Communication SystemTDMA - Time Division Multiple AccessVC - Virtual ChannelVLR - Visitor Location Register

VP - Virtual PathUE - User EquipmentUMTS - Universal Mobile Telecomunications System

UNI - User Network InterfaceUTRAN - UMTS Terrestrial Radio Acces Network

VMS - Voice Mail SystemWCDMA - Wideband Code Division Multiple Acces

CUPRINS

1. Scurt Istoric.......2

2. Sisteme de comunicatii mobile.2

2.1. Generaia 1 (1G).2

2.2. Generaia 2 (2G).....2

2.3. Generaia 2,5G3

2.4. Generaia 3 (3G).3

3. UMTS Prezentare generala...5

3.1Arhitectura UMTS...5

3.2.Interfata Radio6

3.3. Transportul.7

4. NodeB.9

4.1.Extensii ale NodeB-ului.10

5. Exploatare12

6.Indemn final..13

7. LISTA ABREVIERILOR...14

PAGE 1