umts - wcdma

UMTS
Referat von Sven Beierlein
Klasse: IAV2
Fach: DVT
UMTS - Gliederung
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Der Begriff UMTS
Geschichte
Verbreitung
Zellenhierarchie
Datenraten
Systemarchitektur
Datenübertragungsverfahren (WCDMA)
Vorteile gegenüber GSM
Dienste
Endgeräte
Auswirkungen auf die Gesundheit
Quellen
UMTS – Der Begriff
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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
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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 – 2.110,3 MHz –
1.930,2 MHz
2.120,2 MHz
16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)
unbelegt
1.930,2 MHz – 2.120,2 MHz –
1.940,1 MHz
2.130,1 MHz
16,45 Mrd. DM an Group 3G
E-Plus
1.940,1 MHz – 2.130,1 MHz –
1.950,0 MHz
2.140,0 MHz
16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)
unbelegt
1.950,0 MHz – 2.140,0 MHz –
1.959,9 MHz
2.149,9 MHz
(16,37 Mrd. DM an Mobilcom ;
später zurückgegeben)
O2
1.959,9 MHz – 2.149,9 MHz –
1.969,8 MHz
2.159,8 MHz
16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)
T-Mobile
1.969,8 MHz – 2.159,8 MHz –
1.979,7 MHz
2.169,7 MHz
16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)
UMTS - Verbreitung
UMTS – Verbreitung am Bsp. Vodafone
UMTS - Zellenhierarchie
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Worldzelle, Makrozelle, Mikrozelle, Pikozelle
UMTS - Zellenhierarchie
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Worldzelle
Satellitenanbindung (z.B. für die Wüste oder Ozean)
 Eigenständiges Funknetzteil (kein UTRAN)
 Technologie für Satellitenübertragung ist noch nicht
entschieden
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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
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Bestandteile:
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CBC
SGSN (Serving GPRS Support Node)
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MSC-Server (Mobile Switching Center)
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Schnittstelle zwischen Telefonnetz und Funknetz
MGW
RNC (Radio Network Controller)
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
Organisiert den GPRS Zugang
überwacht die Funkverbindung im UMTS-Netz
NodeB (bei GSM BTS) UMTS-Basisstation
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Verantwortlich für das Senden der Daten
UMTS - Systemarchitektur
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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)
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Softhandover durch Combining/Splitting

Handy muss 2 Empfangene Signale kombinieren
Softer Handover
 Intra RNC Softhandover
 Inter RNC Soft Handover
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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
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
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
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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
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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
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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
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
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
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Nutzraten und deren Spreizfaktoren
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
Nutzdatenrate * Spreizfaktor = 3,84 Mchip/s
UMTS – Vorteile
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Effizient nutzbare Frequenzbandauslastung als bei GSM

Höhere Datenrate
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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
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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
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PCMCIA Karte zum
Anschluss an den PC

Mobiltelefon
UMTS – gesundheitl. Auswirkungen
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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
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www.wikipedia.de
www.umtslink.at
www.moilpo.de
netmap.vodafone.de
www.umts-report.de
www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/index.htm