UMTS Referat von Sven Beierlein Klasse: IAV2 Fach: DVT

UMTSUMTS

Referat von Sven BeierleinReferat von Sven Beierlein

Klasse: IAV2Klasse: IAV2

Fach: DVT Fach: DVT

UMTS - GliederungUMTS - Gliederung Der Begriff UMTSDer Begriff UMTS GeschichteGeschichte VerbreitungVerbreitung ZellenhierarchieZellenhierarchie DatenratenDatenraten SystemarchitekturSystemarchitektur Datenübertragungsverfahren (WCDMA)Datenübertragungsverfahren (WCDMA) Vorteile gegenüber GSMVorteile gegenüber GSM DiensteDienste EndgeräteEndgeräte Auswirkungen auf die GesundheitAuswirkungen auf die Gesundheit QuellenQuellen

UMTS – Der BegriffUMTS – Der Begriff Mobilfunkstandard der ersten Mobilfunkstandard der ersten

Generation sind die analogen Generation sind die analogen Mobilfunknetze (A-Netze, B-Netze und Mobilfunknetze (A-Netze, B-Netze und C-Netz). C-Netz).

Mobilfunkstandard der zweiten Mobilfunkstandard der zweiten Generation sind Generation sind GSMGSM ( (GGlobal lobal SSystem ystem for for MMobile Communication) obile Communication)

UMTSUMTS steht für steht für UUniversal niversal MMobile obile TTelecommunications elecommunications SSystem und ist ystem und ist Mobilfunkstandard der dritten Mobilfunkstandard der dritten GenerationGeneration

UMTS - GeschichteUMTS - Geschichte

Das weltweit erste UMTS-Netz wurde Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle of Man (britische Insel) in Betrieb of Man (britische Insel) in Betrieb genommen.genommen.

Seit 2004 ist UMTS auch in Deutschland Seit 2004 ist UMTS auch in Deutschland kommerziell verfügbarkommerziell verfügbar

Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000Juli/August 2000

sechs Lizenzen zu je ca. acht Milliarden sechs Lizenzen zu je ca. acht Milliarden Euro Euro

UMTS - GeschichteUMTS - Geschichte

Betreiber Uplink Downlink damaliger Preis

Vodafone1.920,3 MHz – 1.930,2 MHz

2.110,3 MHz – 2.120,2 MHz 16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)

unbelegt1.930,2 MHz – 1.940,1 MHz

2.120,2 MHz – 2.130,1 MHz 16,45 Mrd. DM an Group 3G

E-Plus1.940,1 MHz – 1.950,0 MHz

2.130,1 MHz – 2.140,0 MHz 16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)

unbelegt1.950,0 MHz – 1.959,9 MHz

2.140,0 MHz – 2.149,9 MHz

(16,37 Mrd. DM an Mobilcom ; später zurückgegeben)

O21.959,9 MHz – 1.969,8 MHz

2.149,9 MHz – 2.159,8 MHz 16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)

T-Mobile1.969,8 MHz – 1.979,7 MHz

2.159,8 MHz – 2.169,7 MHz 16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)

UMTS - VerbreitungUMTS - Verbreitung

UMTS – Verbreitung am Bsp. UMTS – Verbreitung am Bsp. VodafoneVodafone

UMTS - ZellenhierarchieUMTS - Zellenhierarchie

Worldzelle, Makrozelle, Mikrozelle, Worldzelle, Makrozelle, Mikrozelle, PikozellePikozelle


WorldzelleWorldzelle Satellitenanbindung (z.B. für die Wüste Satellitenanbindung (z.B. für die Wüste

oder Ozean)oder Ozean) Eigenständiges Funknetzteil (kein Eigenständiges Funknetzteil (kein

UTRAN)UTRAN) Technologie für Satellitenübertragung Technologie für Satellitenübertragung

ist noch nicht entschiedenist noch nicht entschieden


MakrozelleMakrozelle 2 km Reichweite2 km Reichweite Mobilfunkteilnehmer kann sich 500 Mobilfunkteilnehmer kann sich 500

km/h schnell bewegen (bei GSM nur km/h schnell bewegen (bei GSM nur 250 km/h)250 km/h)

Aufgabe der Makrozellen ist ein Land Aufgabe der Makrozellen ist ein Land komplett mit UMTS-Diensten zu komplett mit UMTS-Diensten zu versorgenversorgen


MikrozelleMikrozelle 1 km Reichweite1 km Reichweite Mobilfunkteilnehmer kann sich 120 Mobilfunkteilnehmer kann sich 120

km/h schnell bewegenkm/h schnell bewegen Makrozellen werden in Gebieten mit Makrozellen werden in Gebieten mit

größerer Besiedelungsdichte eingesetzt größerer Besiedelungsdichte eingesetzt (Großräume um Städte herum) (Großräume um Städte herum)


PikozellePikozelle Reichweite 60mReichweite 60m Mobilfunkteilnehmer kann sich 10 km/h Mobilfunkteilnehmer kann sich 10 km/h

schnell bewegenschnell bewegen Hauptsächlich im Indoorbereich für Hauptsächlich im Indoorbereich für

schnelle Dienste mit hoher Datenrate schnelle Dienste mit hoher Datenrate z.B. Videokonferenzz.B. Videokonferenz

UMTS - DatenratenUMTS - DatenratenZelle Größe Max. Datenrate Max. Geschwindigkeit

Makrozelle 2km 144kbit/s 500km/h

Mikrozelle 1km 384kbit/s 120km/h

Pikozelle 60m 2Mbit/s 10km/h

UMTS - UMTS - SystemarchitekturSystemarchitektur

Bestandteile:Bestandteile: CBCCBC SGSN (Serving GPRS Support Node)SGSN (Serving GPRS Support Node)

Organisiert den GPRS ZugangOrganisiert den GPRS Zugang MSC-Server (Mobile Switching Center)MSC-Server (Mobile Switching Center)

Schnittstelle zwischen Telefonnetz und FunknetzSchnittstelle zwischen Telefonnetz und Funknetz MGWMGW RNC (Radio Network Controller)RNC (Radio Network Controller)

überwacht die Funkverbindung im UMTS-Netzüberwacht die Funkverbindung im UMTS-Netz NodeB (bei GSM BTS) UMTS-Basisstation NodeB (bei GSM BTS) UMTS-Basisstation

Verantwortlich für das Senden der DatenVerantwortlich für das Senden der Daten


Core NetworkCore Network Services (Netzwerk)Services (Netzwerk) UTRAN (UTRAN (UMTS Terrestrial Radio UMTS Terrestrial Radio

Access NetworkAccess Network ) angeschlossen am ) angeschlossen am Core NetworkCore Network Besteht aus mehreren Besteht aus mehreren RNSRNS (Radio (Radio

Network Subsystem )Network Subsystem ) Besteht aus mehreren Besteht aus mehreren RNCRNCs (Radio Network s (Radio Network

Controller)Controller) und und NodeBNodeBs (Basisstation) s (Basisstation)



Softhandover (Zellwechsel)Softhandover (Zellwechsel) Softhandover durch Softhandover durch

Combining/SplittingCombining/Splitting Handy muss 2 Empfangene Signale Handy muss 2 Empfangene Signale

kombinierenkombinieren Softer HandoverSofter Handover Intra RNC SofthandoverIntra RNC Softhandover Inter RNC Soft HandoverInter RNC Soft Handover


Softer HandoverSofter Handover 2 Zellen, selbe NodeB managed 2 Zellen, selbe NodeB managed

HandoverHandover


Intra RNC SofthandoverIntra RNC Softhandover 2 Zellen, 2 NodeBs, selbe RNC 2 Zellen, 2 NodeBs, selbe RNC

managed Handovermanaged Handover


Inter RNC Soft HandoverInter RNC Soft Handover 2 Zellen, 2 NodeBs, 2 RNCs2 Zellen, 2 NodeBs, 2 RNCs SRNC (Serving RNC)SRNC (Serving RNC)

Anbindung an Core NetworkAnbindung an Core Network Managing des HandoversManaging des Handovers

DRNC (Drift RNC)DRNC (Drift RNC) Durchschleusen der Information zu SRNCDurchschleusen der Information zu SRNC Verwalten der an ihn angeschlossenen Verwalten der an ihn angeschlossenen

NodeBNodeB


Inter RNC Soft HandoverInter RNC Soft Handover

UMTS – DÜ-VerfahrenUMTS – DÜ-Verfahren

WCDMA (Wideband Code Division WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Multiple Access) Codemultiplexverfahren.Codemultiplexverfahren. Spreizt das zu sendende SignalSpreizt das zu sendende Signal

Dadurch weniger störanfälligDadurch weniger störanfällig Sendeleistung pro Hz kann verringert Sendeleistung pro Hz kann verringert

werdenwerden

UMTS - WCDMAUMTS - WCDMA

Es können sich mehrere Es können sich mehrere Mobilfunkteilnehmer über ein Mobilfunkteilnehmer über ein Frequenzband an der Zelle anmelden.Frequenzband an der Zelle anmelden. Bei GSM möglich durch ZeitmultiplexingBei GSM möglich durch Zeitmultiplexing Bei UMTS möglich durch Bei UMTS möglich durch

Codemultiplexing mit WCDMACodemultiplexing mit WCDMA Vergabe eines orthogonalen Codes Vergabe eines orthogonalen Codes

(zueinander unabhängig) pro (zueinander unabhängig) pro Mobilfunkteilnehmer für Multiplexing Mobilfunkteilnehmer für Multiplexing

Medium


Beispiel mit jeweils 4 BitBeispiel mit jeweils 4 Bit Codea = [1,0,0,1] , Codeb = [0,0,1,1]Codea = [1,0,0,1] , Codeb = [0,0,1,1] Umwandlung in NRZ-Signale (No Umwandlung in NRZ-Signale (No

Return to Zero)Return to Zero) „„1“ 1“ „-1“ und „0“ „-1“ und „0“ „+1“ „+1“ Codea‘ =Codea‘ = [-1,+1,+1,-1] , Codeb‘ = [-1,+1,+1,-1] , Codeb‘ =

[+1,+1,-1,-1][+1,+1,-1,-1] Signale werden in Vektoren Signale werden in Vektoren

umgewandeltumgewandelt


Vektorendarstellung für Prüfung der Vektorendarstellung für Prüfung der Orthogonalität durch Anwendung des Orthogonalität durch Anwendung des skalaren Produkts (wenn s. P. gleich 0 dann skalaren Produkts (wenn s. P. gleich 0 dann orthogonal) orthogonal)

orthogonal orthogonal Verwendung für 2 Verwendung für 2 TeilnehmerTeilnehmer


Prinzip der orthogonalen KodierungPrinzip der orthogonalen Kodierung Signal S1 wird mit Code C1 codiert Signal S1 wird mit Code C1 codiert

S1.C1S1.C1 Signal S2 wird mit Code C2 codiert Signal S2 wird mit Code C2 codiert

S2.C2S2.C2 Übertragungssignal => SummensignalÜbertragungssignal => Summensignal

Kodierung im Sender


Dekodierung des SummensignalsDekodierung des Summensignals Signal S1 = Summensignal * Code C1Signal S1 = Summensignal * Code C1 Signal S2 = Summensignal * Code C2Signal S2 = Summensignal * Code C2

Orthogonal = 0 !


Kodierung im DetailKodierung im Detail Bsp. Code mit 4 BitBsp. Code mit 4 Bit Jedes Bit in 4 Teile teilenJedes Bit in 4 Teile teilen 1 Teil heißt „Chip“1 Teil heißt „Chip“ Signal um Faktor 4 größerSignal um Faktor 4 größer Frequenzspektrum „gespreizt“Frequenzspektrum „gespreizt“ Codelänge wird so gewählt dass das kodierte Codelänge wird so gewählt dass das kodierte

Signal 3.840.000 Chips/s aufweißt.Signal 3.840.000 Chips/s aufweißt. 3.8 Mchips/s passen genau in ein 5 MHZ-3.8 Mchips/s passen genau in ein 5 MHZ-

FrequenzbandFrequenzband


DekodierungDekodierung Kodiertes Signal wieder mit Code Kodiertes Signal wieder mit Code

multiplizierenmultiplizieren

UMTS – WCDMAUMTS – WCDMA DekodierungDekodierung

Code [1,0,0,1] = mit NRZ [-1,1,1,-1]Code [1,0,0,1] = mit NRZ [-1,1,1,-1]

NRZ Werte 4 bzw. -4 wegen Spreizfaktor = NRZ Werte 4 bzw. -4 wegen Spreizfaktor = 44

Man spricht hier von einem ProzessgewinnMan spricht hier von einem Prozessgewinn Je geringer die Datenrate, desto größer der Je geringer die Datenrate, desto größer der

Prozessgewinn und umso kleiner die Prozessgewinn und umso kleiner die SendeleistungSendeleistung


Eigene Codeklasse für UMTSEigene Codeklasse für UMTS Channelizationscode (Spreadingcode, Channelizationscode (Spreadingcode,

OSFV = Orthogonale Spreiz Faktor OSFV = Orthogonale Spreiz Faktor Variable)Variable)

Bildungsgesetz der Codepunkte für den Bildungsgesetz der Codepunkte für den CodebaumCodebaum Oben wiederholt man das gleiche MusterOben wiederholt man das gleiche Muster Unten wiederholt man das invertierte Unten wiederholt man das invertierte

MusterMuster

UMTS - WCDMAUMTS - WCDMA Gestartet wird beim Codebaum mit 1Gestartet wird beim Codebaum mit 1

z.B. C4,2 sagt aus dass der Code aus 4 z.B. C4,2 sagt aus dass der Code aus 4 Zeichen besteht, einen Spreizfaktor von 4 Zeichen besteht, einen Spreizfaktor von 4 hat und dass der Code der 2. von oben in hat und dass der Code der 2. von oben in der Ebene mit Spreizfaktor 4 istder Ebene mit Spreizfaktor 4 ist


Orthogonalität der Codes zueinanderOrthogonalität der Codes zueinander z.B. Code C4,2 wird vergebenz.B. Code C4,2 wird vergeben

Es dürfen nur orthogonale Codes Es dürfen nur orthogonale Codes weiterhin vergeben werden also C1,1, weiterhin vergeben werden also C1,1, C2,1, C8,3, C8,4, C16,5, C16,6, C16,7, C2,1, C8,3, C8,4, C16,5, C16,6, C16,7, C16,8, … sind tabuC16,8, … sind tabu


Überprüfung des Baumcodes auf Überprüfung des Baumcodes auf RegelorthogonalitätRegelorthogonalität

orthogonal (C4,2 und C8,8)orthogonal (C4,2 und C8,8) nicht orthogonal(C4,2 nicht orthogonal(C4,2 und C8,3)und C8,3)


Nutzraten und deren SpreizfaktorenNutzraten und deren Spreizfaktoren

Nutzdatenrate * Spreizfaktor = 3,84 Nutzdatenrate * Spreizfaktor = 3,84 Mchip/sMchip/s

Nutzrate (kanalkodiert) Spreizfaktor Chiprate

960 kb/s * 4 = 3,84 Mchip/s

480 kb/s * 8 = 3,84 Mchip/s

240 kb/s * 16 = 3,84 Mchip/s

120 kb/s * 32 = 3,84 Mchip/s

60 kb/s * 64 = 3,84 Mchip/s

30 kb/s * 128 = 3,84 Mchip/s

15 kb/s * 256 = 3,84 Mchip/s

7,5 kb/s * 512 = 3,84 Mchip/s

UMTS – VorteileUMTS – Vorteile Effizient nutzbare Frequenzbandauslastung als bei GSM Effizient nutzbare Frequenzbandauslastung als bei GSM

Höhere Datenrate Höhere Datenrate

Mehr Privatsicherheit Mehr Privatsicherheit

Längere Gesprächszeit für Handys - dank geringerer SendeleistungLängere Gesprächszeit für Handys - dank geringerer Sendeleistung

Größere Reichweiten zwischen Handy und Bodenstation für Gespräche Größere Reichweiten zwischen Handy und Bodenstation für Gespräche

Schnellerer und sicherer Rufaufbau Schnellerer und sicherer Rufaufbau

Datenraten nach Bedarf, die sich dynamisch der Netzwerkkapazität Datenraten nach Bedarf, die sich dynamisch der Netzwerkkapazität anpassen können anpassen können

Sehr gute QoS-Profile für attraktive Dienste (hochqualitative VoIP-Sehr gute QoS-Profile für attraktive Dienste (hochqualitative VoIP-Dienste in Zukunft möglich) Dienste in Zukunft möglich)

Empfänger/Sendetechnik operiert mehr im mathematischen als Empfänger/Sendetechnik operiert mehr im mathematischen als physikalischen Bereichphysikalischen Bereich

UMTS - DiensteUMTS - Dienste Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und

Videotelefonie) Videotelefonie) Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-

Sprach-Mail, Chat) Sprach-Mail, Chat) Informationsverteilung (Internetzugang -Informationsverteilung (Internetzugang -

>z.B.World Wide Web browsing, >z.B.World Wide Web browsing, Informationsdienste, öffentliche Dienste) Informationsdienste, öffentliche Dienste)

Standortbezogene Dienste (persönliche Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation, Fahrerunterstützung) Navigation, Fahrerunterstützung)

Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in geschlossenen Räumen) in geschlossenen Räumen)

Massendienste (Bankdienste, e-Commerce, Massendienste (Bankdienste, e-Commerce, Überwachung, Beratungsdienste) Überwachung, Beratungsdienste)

UMTS - EndgeräteUMTS - Endgeräte

PCMCIA Karte PCMCIA Karte zum Anschluss zum Anschluss an den PCan den PC

MobiltelefonMobiltelefon

UMTS – gesundheitl. UMTS – gesundheitl. AuswirkungenAuswirkungen

UMTS – Sendeanlagen verursachen UMTS – Sendeanlagen verursachen Übelkeit und Kopfschmerzen (Feldstudie Übelkeit und Kopfschmerzen (Feldstudie 2003)2003)

Keine Zunahme von Hirntumoren durch Keine Zunahme von Hirntumoren durch Mobiltelefone (diverse Studien Mobiltelefone (diverse Studien 2006/2007)2006/2007)

GSM-Handys verursachen bei Ratten GSM-Handys verursachen bei Ratten Gehirnschäden (Studie von 2003)Gehirnschäden (Studie von 2003)

Strahlung führt zu einer Erwärmung des Strahlung führt zu einer Erwärmung des Gewebes (Studie von 2004)Gewebes (Studie von 2004)

UMTS - QuellenUMTS - Quellen

www.wikipedia.dewww.wikipedia.de www.umtslink.atwww.umtslink.at www.moilpo.dewww.moilpo.de netmap.vodafone.denetmap.vodafone.de www.umts-report.dewww.umts-report.de www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/

index.htmindex.htm

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