UMTS-Ein Standard für Mobilfunksysteme der dritten
Generation
Seminarvortrag von : Jerbi, Belhassen
Betreuerin : Hallman, Elke
Gliederung :• Entwicklung von UMTS• Vielfachzugriffsverfahren -
FDMA -TDMA-CDMA
• Systemvorschläge fürs UMTS-Wideband-CDMA-TD-CDMA
• Zusammenfassung
ifn UMTS-Ein Standard für Mobilfunksysteme der dritten Generation B.Jerbi / Juli 98
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0 5 10 15 20 25 30 35
Groß Britanien
Schweden
Portugal
Deutschland
Frankreich
Finnland
Belgien
Verbreitung in der Bevölkerung(%)
0
5
10
15
20
25
30
Sep 93 Mar 94 Aug 94 Mar 95 Sep 95 Apr 96 Sep 96 Mar 97
Subscriber(Millionen)
0
2
4
6
8
10
12
Verbreitung(%)
Digital Analog Verbreitung
Entwicklung von Mobilfunknutzern
1 Generation A, B,B2,
C-Netz CT-1 Cityruf
AnalogueÜbertragungstechnik
2.Generation GSM:D1,D2,E+
DECT ERMES
DigitaleÜbertragungstechnik*GSM(13Kbit/s;900&1800MHz)*DECT(1880-1900Mhz;1,152Mbit/s)
3.Generation UMTS *Frequenzbereich:1825-2025MHz &2110-2200MHz*2Mbit/s beimMobilenempfang144Kbit/s beimStationärenempfang
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1995 2000 2005 2010 2015
EU 15 Welt
Vorhersage der Marktentwicklung
Jahr 2005 : 110 Billion $
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100
200
300
Sep97
Ende200
Ende2003
GSM Benutzer
GSMPDC
IS54 IS95
GSM-Marktanteil
„OLD-UMTS“ „NEW-UMTS“
Integration von allenexistierenden und neuenDiensten
Entwicklung voninnovativen Diensten
Bezugsnetzwerk :B-ISDN
Bezugsnetzwerk :Internet &Intranet
Ersatz für dieexistierenden Systeme
Entwicklung auf GSM-Basis: UMTS-1 parallelzu GSM-2+
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Universal : Massenmarkt Vielfach-Zugangsmöglichkeiten global
Mobil : Terminal MobilitätPersönliche MobilitätDienste Mobilität
Telekommunikation : Schmal & Breitband : Sprache, DatenBilder, VideosMultimediale Anwendungen
System : Auswhal von Diensten & Flexibilitätinnovative & interaktive Dienstebenutzerfreundliche & einfach Bedienung
Zielsetzungen vom UMTS :Zielsetzungen vom UMTS :
• UMTS ist der europeische Vorschlag (ETSI) für ein System der dritten Generation -IMT 2000 Familie-, laut Richtlinien der ITU.
• Hohe Flexibilität, um Kombination & Anpassung an den anderen Systeme zu ermöglichen.
• Dynamische Anpassung an der Förderungen der Teilnehmer (Qualität, Erreichbarkeit, Grösse des Endgerätes)
• Jeder Benutzer benötigt nur eine Rufnummer, unabhängig vom Aufenthaltsort.
• Bedeckung unterstützt durch verschiedenen Strukturen:
- Satelliten-Zellen
- Makrozellen
- Microzellen
- Picozellen
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Vielfachzugriffsverfahren
Methoden, um mehrere Nutzern denZugriff auf einem begrenztem Fre-quenzraum zu ermöglichen.
Dieses findet in der 2 & 3 Schichtdes osi/iso Modell (Sicherungs-bzwVermittlungsschicht d.h Datalink &Networklayer.
Die liegen fest,wie der physikalischeÜbertragungskanal in Unterkanälenfür die Teilnehmer aufgeteilt wird.
Regelierung des Zugriffs durch denMAC-Protokoll.
FDMA
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Zeit
FDMA
Freq
uenz
Bamdbreite wird in frequenzportionen unterteilt.Die Teilnehmer nutzen den Übertragungskanal imrequenzmultiplexing (C-Netz).
Vorteile: - Robuster Verfahren wegen Frequenz-entkopplung .- Schmalbandig = kleine Übertragungsrate, kleineneAbtastrate, also wenig ISI’s
Nachteile: -Verliere Bandbreite wegen Filterflanken- Fadingeffekte (langsames und schnelles Fading).- Kontinuirlischer Sendevorgang = Klickgeräusche beim Handover
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TDMA
TDMA
Zeit
Frequenz
Code
Zuteilung des Kanals in Zeitschlitzen (Timeslots), und deren Zuweisung an den Teilnehmern. Jeder Tln hat die gesamte Bandbreite zur Verfügung, darf aber nur zu bestimmten Zeitpunkten senden.
Vorteile: - Große Bandbreite und Übertragungsrate-Große Diversity Möglichkeiten (Frequency-diver.)
Nachteile: -Großer Verarbeitungsaufwand.- Schwierige Synchronisation- Durch die Schutzzeiten (Guard space), wird dieEffizienz des Systems beeinträchtigt.
Um diese Probleme zu lösen, verwendet man hybride Verfahren : z.B FDMA/TDMA .
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CDMA
Zeit
Frequenz
Code
Alle Nutzer verwenden den gleichen Frequenzspektrumzur selben Zeit, sind aber im Empfang durch die Codier-ung des Sendesignals wieder trennbar.
Vorteile: - Hohen Reusefactor~1, d.h man kann dieselbeFrequenz für benachbarte Zellen verwenden.- Kein systematische Nachbarstörungen (theoretisch),d.h keine Überlappung der Spektren- Sehr hohe Flexibilität durch die Struktur + große Bandbreite, also mehr Diversitymöglichkeiten.- Keine erforderliche Synchronisation des Kanal- Soft Handover
Nachteil: Senderentkoppelte Signale verlieren die Entkopplung wegen der Frequenzselektivität und Zeit-abhängigkeit des Kanals. Folglich benötigt man komplizierte Decodieralgorithmen (IUI’s).
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B = 1
B = -1
+ 1
- 1
Unterkanal Signal (Code) Unterkanal Signal (Code)
1
2
3
4
5
6
7
8
Nutzer 1
Nutzer 2
Beispiel einer Codierung
Walsch Funktionen
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Modulator BP
PN-Gener.
Takt 1/Te
Träger t0cos
si(t)
SpreizungLeistungsverst.
Daten di(t)(R bit/s)
ci(t)
BP Demodul.
PLL PN-Gener.
T
0
PN-Gener.
di´(t)
1/Tc
ci(t) t0cos
s(t)
Träger-Rückgewinnung
Despreizung
Prinzip eines DS-CDMA Senders (a) und Empfängers (b)
DS-CDMA: Datenfolge wird direkt mit einer Spreizsequenz multipliziert & danach modeliert.
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Modulator
VCO
PN - Generator
......................
PN-Codewort
FH-Spreizspektrum Sender
K3 K1 K3
K2 K3 K2
K1 K2 K1
Band 3
Band 2
Band 1
Slot 1 Slot 2 Slot 3
FH-CDMA Beispiel
FH-CDMA: Spreizung des Datensignals durch Frequenzspringen. Hier wird die Trägerfrequenz in abhängigkeit einer pn-Folge variert.
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Interferenzeliminierung
Joint Detection
Entscheidungs-
Algorithmus
MF 1
MF 2
MF K
d1
d2
dK
y1
y2
yK
MF Matched Filter
Gemeinsame (Maximum Likelihood ) Detektion
Interference Cancellation: Successive Schätzung und Eliminierung des stärksten detektierten Störsignals. Dies setzt den Kenntnis aller Codes der Zelle und des Kanal-impulantwortes (Trainingssequencen) im voraus.
Joint detektion: Gemeinsame Detektion der gesamten Teilnehmersignale, anschliesendeine ML-Entscheidung über den Datenvektor.
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Systemvorsschläge fürs UMTS
Aus fünf vorliegenden Vorschlägen, hat sich die SMG (Special Mobile Group) für zwei Einträger Vielfachzugriffsverfahren als Lösung des UTRA:
W.TD-CDMA & W-DS.CDMA
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Technische Daten Vom WB-TDMA/CDMA
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Vergleich mit GSM
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Strukture der Slots
Zusammenfassung
• Warum & wozu UMTS : “a system for everybody, anytime, anywhere”
• Vielfachzugriffsverfahren
• Welche sind fürs UMTS ausgewählt worden.
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