Referat von Sven Beierlein Klasse: IAV2 Fach: DVT UMTS Referat von Sven Beierlein Klasse: IAV2 Fach: DVT

UMTS - Gliederung Der Begriff UMTS Geschichte Verbreitung Zellenhierarchie Datenraten Systemarchitektur Datenübertragungsverfahren (WCDMA) Vorteile gegenüber GSM Dienste Endgeräte Auswirkungen auf die Gesundheit Quellen

UMTS – Der Begriff Mobilfunkstandard der ersten Generation sind die analogen Mobilfunknetze (A-Netze, B-Netze und C-Netz). Mobilfunkstandard der zweiten Generation sind GSM (Global System for Mobile Communication) UMTS steht für Universal Mobile Telecommunications System und ist Mobilfunkstandard der dritten Generation

UMTS - Geschichte Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle of Man (britische Insel) in Betrieb genommen. Seit 2004 ist UMTS auch in Deutschland kommerziell verfügbar Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 sechs Lizenzen zu je ca. acht Milliarden Euro

UMTS - Geschichte Betreiber Uplink Downlink damaliger Preis Vodafone 1.920,3 MHz – 1.930,2 MHz 2.110,3 MHz – 2.120,2 MHz 16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €) unbelegt 1.930,2 MHz – 1.940,1 MHz 2.120,2 MHz – 2.130,1 MHz 16,45 Mrd. DM an Group 3G E-Plus 1.940,1 MHz – 1.950,0 MHz 2.130,1 MHz – 2.140,0 MHz 16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €) 1.950,0 MHz – 1.959,9 MHz 2.140,0 MHz – 2.149,9 MHz (16,37 Mrd. DM an Mobilcom ; später zurückgegeben) O2 1.959,9 MHz – 1.969,8 MHz 2.149,9 MHz – 2.159,8 MHz 16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €) T-Mobile 1.969,8 MHz – 1.979,7 MHz 2.159,8 MHz – 2.169,7 MHz 16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)

UMTS - Verbreitung

UMTS – Verbreitung am Bsp. Vodafone

UMTS - Zellenhierarchie Worldzelle, Makrozelle, Mikrozelle, Pikozelle

UMTS - Zellenhierarchie Worldzelle Satellitenanbindung (z.B. für die Wüste oder Ozean) Eigenständiges Funknetzteil (kein UTRAN) Technologie für Satellitenübertragung ist noch nicht entschieden

UMTS - Zellenhierarchie Makrozelle 2 km Reichweite Mobilfunkteilnehmer kann sich 500 km/h schnell bewegen (bei GSM nur 250 km/h) Aufgabe der Makrozellen ist ein Land komplett mit UMTS-Diensten zu versorgen

UMTS - Zellenhierarchie Mikrozelle 1 km Reichweite Mobilfunkteilnehmer kann sich 120 km/h schnell bewegen Makrozellen werden in Gebieten mit größerer Besiedelungsdichte eingesetzt (Großräume um Städte herum)

UMTS - Zellenhierarchie Pikozelle Reichweite 60m Mobilfunkteilnehmer kann sich 10 km/h schnell bewegen Hauptsächlich im Indoorbereich für schnelle Dienste mit hoher Datenrate z.B. Videokonferenz

UMTS - Datenraten Zelle Größe Max. Datenrate Max. Geschwindigkeit Makrozelle 2km 144kbit/s 500km/h Mikrozelle 1km 384kbit/s 120km/h Pikozelle 60m 2Mbit/s 10km/h

UMTS - Systemarchitektur Bestandteile: CBC SGSN (Serving GPRS Support Node) Organisiert den GPRS Zugang MSC-Server (Mobile Switching Center) Schnittstelle zwischen Telefonnetz und Funknetz MGW RNC (Radio Network Controller) überwacht die Funkverbindung im UMTS-Netz NodeB (bei GSM BTS) UMTS-Basisstation Verantwortlich für das Senden der Daten

UMTS - Systemarchitektur Core Network Services (Netzwerk) UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network ) angeschlossen am Core Network Besteht aus mehreren RNS (Radio Network Subsystem ) Besteht aus mehreren RNCs (Radio Network Controller) und NodeBs (Basisstation)

UMTS - Systemarchitektur

UMTS - Systemarchitektur Softhandover (Zellwechsel) Softhandover durch Combining/Splitting Handy muss 2 Empfangene Signale kombinieren Softer Handover Intra RNC Softhandover Inter RNC Soft Handover

UMTS - Systemarchitektur Softer Handover 2 Zellen, selbe NodeB managed Handover

UMTS - Systemarchitektur Intra RNC Softhandover 2 Zellen, 2 NodeBs, selbe RNC managed Handover

UMTS - Systemarchitektur Inter RNC Soft Handover 2 Zellen, 2 NodeBs, 2 RNCs SRNC (Serving RNC) Anbindung an Core Network Managing des Handovers DRNC (Drift RNC) Durchschleusen der Information zu SRNC Verwalten der an ihn angeschlossenen NodeB

UMTS - Systemarchitektur Inter RNC Soft Handover

UMTS – DÜ-Verfahren WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Codemultiplexverfahren. Spreizt das zu sendende Signal Dadurch weniger störanfällig Sendeleistung pro Hz kann verringert werden

UMTS - WCDMA Es können sich mehrere Mobilfunkteilnehmer über ein Frequenzband an der Zelle anmelden. Bei GSM möglich durch Zeitmultiplexing Bei UMTS möglich durch Codemultiplexing mit WCDMA Vergabe eines orthogonalen Codes (zueinander unabhängig) pro Mobilfunkteilnehmer für Multiplexing Medium

UMTS - WCDMA Beispiel mit jeweils 4 Bit Codea = [1,0,0,1] , Codeb = [0,0,1,1] Umwandlung in NRZ-Signale (No Return to Zero) „1“  „-1“ und „0“  „+1“ Codea‘ = [-1,+1,+1,-1] , Codeb‘ = [+1,+1,-1,-1] Signale werden in Vektoren umgewandelt

UMTS - WCDMA Vektorendarstellung für Prüfung der Orthogonalität durch Anwendung des skalaren Produkts (wenn s. P. gleich 0 dann orthogonal)  orthogonal  Verwendung für 2 Teilnehmer

UMTS - WCDMA Prinzip der orthogonalen Kodierung Signal S1 wird mit Code C1 codiert  S1.C1 Signal S2 wird mit Code C2 codiert  S2.C2 Übertragungssignal => Summensignal Kodierung im Sender

UMTS - WCDMA Dekodierung des Summensignals Signal S1 = Summensignal * Code C1 Signal S2 = Summensignal * Code C2 Orthogonal = 0 !

UMTS - WCDMA Kodierung im Detail Bsp. Code mit 4 Bit Jedes Bit in 4 Teile teilen 1 Teil heißt „Chip“ Signal um Faktor 4 größer Frequenzspektrum „gespreizt“ Codelänge wird so gewählt dass das kodierte Signal 3.840.000 Chips/s aufweißt. 3.8 Mchips/s passen genau in ein 5 MHZ-Frequenzband

UMTS - WCDMA Dekodierung Kodiertes Signal wieder mit Code multiplizieren

UMTS – WCDMA Dekodierung Code [1,0,0,1] = mit NRZ [-1,1,1,-1] NRZ Werte 4 bzw. -4 wegen Spreizfaktor = 4 Man spricht hier von einem Prozessgewinn Je geringer die Datenrate, desto größer der Prozessgewinn und umso kleiner die Sendeleistung

UMTS - WCDMA Eigene Codeklasse für UMTS Channelizationscode (Spreadingcode, OSFV = Orthogonale Spreiz Faktor Variable) Bildungsgesetz der Codepunkte für den Codebaum Oben wiederholt man das gleiche Muster Unten wiederholt man das invertierte Muster

UMTS - WCDMA Gestartet wird beim Codebaum mit 1 z.B. C4,2 sagt aus dass der Code aus 4 Zeichen besteht, einen Spreizfaktor von 4 hat und dass der Code der 2. von oben in der Ebene mit Spreizfaktor 4 ist

UMTS - WCDMA Orthogonalität der Codes zueinander z.B. Code C4,2 wird vergeben Es dürfen nur orthogonale Codes weiterhin vergeben werden also C1,1, C2,1, C8,3, C8,4, C16,5, C16,6, C16,7, C16,8, … sind tabu

UMTS - WCDMA Überprüfung des Baumcodes auf Regelorthogonalität orthogonal (C4,2 und C8,8) nicht orthogonal(C4,2 und C8,3)

UMTS - WCDMA Nutzraten und deren Spreizfaktoren Nutzdatenrate * Spreizfaktor = 3,84 Mchip/s Nutzrate (kanalkodiert) Spreizfaktor Chiprate 960 kb/s * 4 = 3,84 Mchip/s 480 kb/s 8 240 kb/s 16 120 kb/s 32 60 kb/s 64 30 kb/s 128 15 kb/s 256 7,5 kb/s 512

UMTS – Vorteile Effizient nutzbare Frequenzbandauslastung als bei GSM Höhere Datenrate Mehr Privatsicherheit Längere Gesprächszeit für Handys - dank geringerer Sendeleistung Größere Reichweiten zwischen Handy und Bodenstation für Gespräche Schnellerer und sicherer Rufaufbau Datenraten nach Bedarf, die sich dynamisch der Netzwerkkapazität anpassen können Sehr gute QoS-Profile für attraktive Dienste (hochqualitative VoIP-Dienste in Zukunft möglich) Empfänger/Sendetechnik operiert mehr im mathematischen als physikalischen Bereich

UMTS - Dienste Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und Videotelefonie) Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-Sprach-Mail, Chat) Informationsverteilung (Internetzugang ->z.B.World Wide Web browsing, Informationsdienste, öffentliche Dienste) Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation, Fahrerunterstützung) Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in geschlossenen Räumen) Massendienste (Bankdienste, e-Commerce, Überwachung, Beratungsdienste)

UMTS - Endgeräte PCMCIA Karte zum Anschluss an den PC Mobiltelefon

UMTS – gesundheitl. Auswirkungen UMTS – Sendeanlagen verursachen Übelkeit und Kopfschmerzen (Feldstudie 2003) Keine Zunahme von Hirntumoren durch Mobiltelefone (diverse Studien 2006/2007) GSM-Handys verursachen bei Ratten Gehirnschäden (Studie von 2003) Strahlung führt zu einer Erwärmung des Gewebes (Studie von 2004)

UMTS - Quellen www.wikipedia.de www.umtslink.at www.moilpo.de netmap.vodafone.de www.umts-report.de www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/index.htm