UMTS-Ein Standard für Mobilfunksysteme der dritten Generation Seminarvortrag von : Jerbi, Belhassen Betreuerin : Hallman, Elke

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


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


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1995 2000 2005 2010 2015

EU 15 Welt

Vorhersage der Marktentwicklung

Jahr 2005 : 110 Billion $


0

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+


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



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


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


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 .


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).


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


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.


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.


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.


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


Technische Daten Vom WB-TDMA/CDMA


Vergleich mit GSM


Strukture der Slots

Zusammenfassung

• Warum & wozu UMTS : “a system for everybody, anytime, anywhere”

• Vielfachzugriffsverfahren

• Welche sind fürs UMTS ausgewählt worden.


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