1. UMTS – parametry techniczne i budowa systemu.

UMTS (ang. Universal Mobile Telecommunications System, Uniwersalny System Telekomunikacji Ruchomej) – najpopularniejszy obecnie standard telefonii komórkowej trzeciej generacji.

• Hierarchiczna struktura komórek.

• Integracja systemów naziemnych i satelitarnych.

• Usługi multimedialne, głos (kodowanie 8 kb/s), dane, dźwięk i obraz.

• Duże przepływności w sieciach lokalnych (do 2 Mb/s).

• Automatyczne przełączanie pomiędzy systemami (DECT, GSM, UMTS, satelita, inne).

• Inaczej niż w GSM przewiduje się:

- pikokomórki (pomieszczenia i budynki, 100m, do 10.000 erlangów/km2, DECT/GSM, <10 km/h),

- mikrokomórki (osiedla, kilkaset metrów, GSM 1800/1900, niewielka prędkość do 100 km/h),

- makrokomórki (miasto, 20-35 km, GSM 900, większa prędkość do 500 km/h),

- megakomórki (województwo, kraj (satelita, LEO, MEO,GEO, ), do kilku tysięcy km, bez ograniczeń prędkości)

• Przewiduje się dla pojazdów w ruchu do 128 kb/s.

• Czyli globalnie 1 do 144 kb/s a lokalnie 384 kb/s do 2 Mb/s.

• Do kodowania sygnałów mowy wybrano koder o zmiennej przepływności bitowej AMR-ACELP (Adaptive Multi Rate Algebraic Excited Linear Prediction) pracujący na jednej z 8 szybkości w zakresie 4,75 – 12,2 kb/s.

UMTS - zakresy częstotliwości

Zapotrzebowanie na pasmo radiowe łącznie około 215 MHz

· W Europie i większości Azji założono interfejs WCDMA (Wideband CDMA) a w USA cdma2000 (po zwolnieniu pasma radiowego 2G)

· W Europie w WCDMA zakłada się dwa 60MHz skojarzone pasma z FDD (1920-1980 MHz oraz 2110-2170 MHz)

· Dodatkowo przewidziano dwa kolejne pasma w TDD (dla łączności lokalnej; 1900-1920 MHz i 2010-2025 MHz) a do 2010 roku zapotrzebowanie na pasmo może wzrosnąć do 550 MHz dla systemów

naziemnych i do 85 MHz w systemach satelitarnych

· Zgodnie z zaleceniem Forum UMTS każdy krajowy operator publiczny powinien zapewniać jedno pasmo sparowane (2x15 MHz z FDD) i pasmo nie sparowane (5 MHz z TDD)

UTRA – interfejs radiodostępu w segmencie naziemnym

· UTRA (UMTS Terristical Radio Access) łączy w sobie technologię TDMA i FDMA.

· UTRA jest oparty na technologii W-CDMA z FDD w regionach o niewielkim ruchu i TDD w obszarach o dużym ruchu.

Ogólna architektura sieci UMTS

Podstawowe parametry interfejsu radiowego WCDMA/FDD

Odstęp międzykanałowy - 5 MHz lub zmienny 4-5 MHz co 200 kHz

Szybkość ciągu rozpraszającego - 3,84 Mchip/s

Liczba ramek elementarnych - 15 na ramkę TDMA

Czas trwania ramki TDMA - 10 ms

Czas trwania ramki elementarnej - 666 μs (2560 chipów)

Kodowanie kanałowe - kod splotowy (2,1,9) lub (3,1,9) lub turbokod

Modulacja - QPSK z 2-kierunkowym odbiorem synchronicznym

Przepływność - zmienna z użyciem kilku różnych ciągów ortogonalnych o ustalonej długości lub przez dobór długości tego ciągu

Sterowanie mocą - 3 mechanizmy (w pętli otwartej, zewnętrznej i zamkniętej)

Kodery mowy - kodery źródłowe o szybkości w zakresie 4,5 – 12,2 kb/s, QoS=10-6

Transmisja danych - zbiór szybkości przy QoS=10-6 lokalnie 1kb/s do 2,3 Mb/s; globalnie do 144 kb/s

UMTS – struktura ramki FDD

Podział na sloty czasowe nie służy rozdzieleniu użytkowników ale do celów synchronizacji

FBI: Feedback Information

TPC: Transmit Power Control

TFCI: Transport Format Combination Indicator

DPCCH: Dedicated Physical Control Channel

DPDCH: Dedicated Physical Data Channel

DPCH: Dedicated Physical Channel

2. UMTS – organizacja kanałów fizycznych i logicznych.

Kanały fizyczne:

Informacja w kanałach fizycznych jest transmitowana z wykorzystaniem struktury ramkowej pierwsza kategoria bądź pełnią funkcje pomocnicze umożliwiające funkcjonowanie interfejsu radiowego.

AICH – kanał wskaźników informujący stację ruchomą o akceptacji przez sieć żądania dostępu wysyłanego w kanale RACH

CPICH – kanał pilota jest wykorzystywany w procedurach synchronizacyjnych

DPCCH – kanał dedykowany przeznaczony do transmisji informacji sterujących użytkownika

DPCH – dedykowany kanał przeznaczony do transmisji danych użytkownika i danych sterujących

DPDCH – dedykowany kanał przeznaczony do transmisji danych użytkownika. Z jednym kanałem DPCCH.

DwPCH – kanał pilota wykorzystywany do celów synchronizacyjnych w trybie TDD/LCR

FPACH – kanał wykorzystywany przez stację bazową do transmisji potwierdzeń odbioru sygnatur przesyłanych przez stacje ruchome. Również przesyłana wiadomość z synchronizacją i regulacją mocy stacji ruchomych

MICH – kanał używany do przesyłania do grup abonentów usługi MBMS powiadomie o dotyczących transmisji wiadomości multimedialnych

P-CCPCH – kanał przeznaczony do przenoszenia informacji systemowych skierowanych do wszystkich terminali przebywających na terenie komórki

PDSCH – kanał przenosi informacje transmitowane we współużytkowanym kanale DSCH. Poszczególne ramki PDSCH mogą być przypisane pojedynczym stacjom ruchomym.

Kanał logiczny określa rodzaj informacji przypisany nośnikom. Wyróżniamy następujące kanały logiczne BCCH - wykorzystywany do transmisji rozsiewczej informacji systemowych m.in. identyfikatorów sieci, parametrów wykorzystywanych przez procedury systemowe.

PCCH – nadawanie do stacji informacji ruchomych, z którymi sied chce zestawid połączenie.

CCCH – jest wykorzystywany do transmisji informacji pomiędzy siecią i stacjami ruchomymi.

DCCH – kanał służy do transmisji informacji sterujących pomiędzy siecią i określoną stacją ruchomą.

SHCCH – stosowany do transmisji informacji sterujących pomiędzy siecią i stacjami ruchomymi

MCCH – wykorzystywany do transmisji informacji sterujących do stacji ruchomych w trybie punkt wielopunkt.

MSCH – wykorzystywany do transmisji informacji wskazujących na harmonogram transmisji w kanałach MCCH i MTCH

DTCH – kanał jest wykorzystywany do transmisji informacji użytkownika pomiędzy siecią i określoną stacją ruchu

CTCH – kanał jest przeznaczony do transmisji informacji użytkownika do wszystkich stacji ruchomych lub do określonej grupy stacji.

MTCH – kanał jest wykorzystywany do transmisji danych użytkownika do stacji ruchomych w trybie punkt wielopunkt.

3. UMTS – działanie odbiornika RAKE.

Schemat odbiornika RAKE

Dynamiczny charakter propagacji sygnału w kanale radiowym wymaga śledzenia szybkich zmian wartości fazy i amplitudy spowodowanych procesem zaników. W tym celu, odbiornik RAKE jest wyposażony w blok estymacji odpowiedzi impulsowej kanału, który na podstawie sygnału pilotowego nadawanego w kanale sterującym dokonuje korekcji amplitudy i fazy odebranego sygnału. Estymacja przesunięcia fazowego nie musi być dokonywana podczas odbioru każdego symbolu, ponieważ dla dostatecznie krótkich przedziałów czasu kanał radiokomunikacyjny jest quasistacjonarny i jego odpowiedź impulsowa w tym czasie jest w przybliżeniu ustalona. Dlatego estymacja odpowiedzi impulsowej kanału może być dokonywana w ustalonych odstępach czasu, nie większych jednak niż czas koherencji zaników.

W bloku skupiania widma sygnałów następuje odtworzenie sygnałów, poprzez wymnożenie ich przez ciąg ortogonalny i całkowanie realizowane w czasie trwania pojedynczego sygnału elementarnego (bitu). W przypadku większej liczby kanałów multipleksowanych w nadajniku, operacja ta jest przeprowadzana niezależnie dla każdego kanału. W ostatnim bloku akumulująco–decyzyjnym sygnały pochodzące z poszczególnych odczepów odbiornika RAKE są w odpowiedni sposób sumowane. W rezultacie wynikowy sygnał użyteczny ma znacznie większą energię, niż w przypadku odbioru jednej składowej, co znacząco poprawia jakość odbioru. W ten sposób zjawisko wielodrogowości jest wykorzystane pozytywnie.

4. UMTS – sposób dostępu do zasobów radiowych.

5. UMTS – pojemność systemu.

W odróżnieniu od systemów FDMA, które działają poprawnie gdy emisje użytkowników są ograniczone pasmowo, CDMA działa należycie gdy ograniczone są interferencje między emisjami użytkowników. Nadawanie ze zbyt dużą mocą zmniejsza zatem pojemność systemu. Sterowanie mocą pomaga zmniejszyć interferencje między użytkownikami, a tym samym maksymalnie wykorzystać pojemność systemu.

6. UMTS – Handover.

W sieci UMTS potrzeba dokonania handoveru wynika z konieczności zapewnienia użytkownikowi systemu mobilności. Dokonuje się to, poprzez utrzymywanie kilku najlepszych połączeń radiowych, tj. połączeń radiowych z tymi komórkami, których sygnał odebrany przez terminal jest najlepszy. Maksymalna liczba połączeń radiowych, zwana również rozmiarem Active Setu, najczęściej wynosi 3. Kryteria brane pod uwagę w procesie podejmowana decyzji o handoverze to: jakość sygnału kanału pilota (Ec/N0) i poziom sygnału kanału pilota (RSCP).

Sieć UMTS umożliwia wykonanie handoverów typu: hard i soft. W hard rozróżnia się interfrequency handover – zmiana kanału częstotliwościowego w UMTS – może być pomiędzy node'ami B, jak również w obrębie node'a B; intersystem – zmiana technologii dostępu radiowego (ang. RAT – radio access technology) np. z UMTS na GSM. Istnieją trzy odmiany soft handoveru: soft – stan, w którym terminal komunikuje się jednocześnie z więcej niż jedną komórką UMTS i komórki te należą do różnych node'ów B; softer- stan, w którym terminal komunikuje się jednocześnie z więcej niż jedną komórką UMTS i komórki te należą do tego samego node'a B; soft-softer - gdy oba powyższe warunki są spełnione.

7. UMTS – Metody regulacji mocy.

Celem regulacji mocy jest dopasowanie poziomu emitowanych sygnałów do aktualnych warunków propagacyjnych i ruchowych występujących w sieci radiowej. Zmniejszenie poziomu emisji pogarsza na ogół jakość odbieranych sygnałów ale jednocześnie zmniejsza się wypadkowy poziom zakłóceń wewnątrzsystemowych. Skutkiem mało efektywnej regulacji mocy jest spadek pojemności systemu CDMA.

W systemie UMTS zastosowano trzy mechanizmy regulacji mocy:

- regulację mocy w pętli otwartej - używane do dopasowania mocy łącza w górę; stosowana w przypadku gdy terminal rozpoczyna transmisję do sieci,

- regulację mocy w pętli zewnętrznej - ma na celu określenie wartości kryteriów regulacji mocy,

- szybką regulację mocy w pętli zamkniętej - mechanizm używany gdy połączenie radiowe jest już ustanowione; wywiera bezpośredni wpływ na moc nadawania.

8. Klasyfikacja przeniesień:

Przeniesienie miękkie

Obie stacje bazowe z którymi stacja ruchoma utrzymuje połączenie nadają tę samą informację i pracują w tym samym kanale radiowym ale każda z nich wykorzystuje inną sekwencje skramblującą. Realizacja przeniesienia miękkiego jest ciągiem następujących procedur:

realizacja pomiarów → przetworzenie wyników → raportowanie

Przeniesienie twarde

Cechą przeniesienia twardego jest zwolnienie wykorzystywanych łączy radiowych i kontynuacja transmisji w nowych łączach bez okresu wykorzystywania obu łączy. Procedury:

rekonfiguracja kanału fizycznego (może dokonać przydziału zwolnienia lub też zastąpienia kanału przydzielonego stacji ruchomej) → procedury związane z obsługą nośników → zestawienie nośników → rekonfiguracja nośników → zwalnianie nośników