UMTS und WLAN Standards und technische Grundlagen

UMTS und WLAN Standards und technische Grundlagen

UMTS und WLAN
Standards und technische Grundlagen
Dr. Dietmar Dengler
DFKI GmbH, UMTS-Doit
106
Standardisierung
ITU (International Telecommunication Union) definierte Konzept für
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications at 2000 MHz)
• Anforderungen
• Zusammenführung von Vorschlägen verschiedener regionaler
Standardisierungsgremien
IMT-2000 ist eine Familie kompatibler Systeme (z.B. bzgl. Roaming,
gleiche personalisierte Dienste)
Multimode-Endgeräte werden auf alle Systeme zugreifen können
Zur Standardisierung terrestrischer Netze sind zwei Gruppen gebildet
worden
107
Quelle: TKN TU Berlin, Cornelia Kappler Course UMTS Networks
UMTS Standardisierung in 3GPP
• www.3gpp.org
• Jedes beteiligte Unternehmen schickt Delegierte zur Vertretung
• Standardisierungsprozess:
• standardisiert ist, worüber alle Delegierten sich einig sind
• Delegierte vertreten Firmeninteressen
• Standardisierung läuft über Mailinglisten und Meetings mindestens 6mal pro Jahr
• Standardisierungstopics erhalten einen zeitlich definierten Endpunkt,
um den Prozess zu steuern
• fast jedes Jahr wird ein neues Release des UMTS Standards
veröffentlicht
• erstes UMTS Release ist "R99", dann durchnummeriert Rel4, Rel5,...
• Spezifikationen sind öffentlich verfügbar (im Gegensatz etwa zu GSM)
108
Standardisierung in IETF - Internet Engineering Task
Force
•
•
•
•
•
•
•
•
•
109
z.B. IP, TCP, etc.
www.ietf.org
informelle Organisation aus “unabhängigen” Ingenieuren und Forschern
Jeder kann an der IETF Standardisierung teilnehmen
• Beeinflussung basiert auf technischem Wissen, Reputation, etc.
Standardisierung gemäß dem IETF-Motto:
“We believe in running code and rough consensus”
• nur was implementiert ist, kann auch standardisiert werden
Standardisierungsprozess über Mailinglisten und 3-malige Meetings pro
Jahr
verhandelte Standardisierungstopics hängen von den Interessen der
involvierten Personen ab
zu jedem Topic gibt es eine spezielle Working Group (WG)
alle Dokumente sind öffentlich verfügbar
3GPP - IETF Zusammenarbeit
• 3GPP und IETF basieren auf unterschiedlichen
• 3GPP definiert ein Gesamtsystem (Æ cathedral)
• IETF bearbeitet ein Protokoll nach dem anderen (Æ bazaar)
• aber, da Telekommunikation und Internet immer mehr
zusammenwachsen, müssen sie zusammenarbeiten
• aktuell braucht 3GPP die Zusammenarbeit mehr als umgekehrt
z.B. bei der SIP (Session Initiation Protocol) Standardisierung
• aber IETF produziert Standards nicht „auf Bestellung“
• 3GPP kann aber auch nicht auf Standards warten, etwa bis „jemand
sich für ein Thema interessiert und mit einer spezifischen Lösung
glücklich ist“
• zunehmend sind somit die selben Leute in beiden Organisationen aktiv
110
Geschichte Mobiltelefonie
• 1958 A-Netz in Deutschland: analog, Verbindungsaufbau nur von
Mobilstation, handvermittelt, kein Handover, 1971: 11.000 Teilnehmer
• 1972 B-Netz in Deutschland: analog, kein Handover, Verbindungsaufbau
auch aus Festnetz bei bekanntem Standort, 13.000 Teilnehmer
• 1982 Start der GSM-Spezifikation
• 1986 C-Netz (1G) in Deutschland: analog, Handover, automatische
Lokalisierung der Mobilstation, digitale Signalisierung
• 1992 Start von GSM (2G): D1 und D2, voll digital, automatische
• Lokalisierung, Handover, zellular, Roaming, Datenübertragung
• 1994 E-Netz in Deutschland: E-Plus, Viag Interkom, GSM mit höheren
Frequenzen und kleineren Zellen
• 1998 Spezifikation von GSM-Nachfolgern: UMTS als europäischer Vorschlag
für IMT-2000
• 2000 GSM-Erweiterungen (2.5G): HSCSD, GPRS
• 2002 Start von UMTS (3G) in Testprojekten
111
Mobilfunkgenerationen
Hicap
1. Generation
(analog)
J-TACS
2. Generation
(digital)
PDC
TACS
„
AMPS
Sprache
GSM:
2.5 Generation
(Paketdaten) PDC/PDC-P
3. Generation
(Multimedia)
NMT
C-Netz
D-AMPS
GSM
« TDMA », IS-136
IS-95 A
« CDMA »
„
„
Sprache, SMS, Fax
leitungsvermittelte
Datenübertragung
9,6 kbit/s
GSM/GPRS:
„
GSM/GPRS
IS-95 B
Zusätzlich zu GSMDiensten:
paketvermittelte
Datenübertragung bis
80 kbit/s
UMTS:
UMTS
„
UWC-136HS cdma2000 „
EDGE (GPRS)
IMT-2000: Systemfamilie
„
Sprache
Multimediadienste
high-speed-Datenübertragung 384 kbit/s
(2 Mbit/s peakrate)
Quelle: T-Mobile, Bonn
112
Quelle: TKN TU Berlin, Cornelia Kappler Course UMTS Networks
113
Wesentliche Merkmale UMTS-Netz (Release 99)
•
•
Völlig neue Funktechnologie WCDMA (und TD-CDMA)
Das Core-Network (Vermittlungsnetz) ist eine Evolution des
GSM/GPRS-Core-Network
UMTS-GSM Interworking: Roaming und Handover/Cell-Reselection
von CS- und PS-Diensten in beiden Richtungen
Höhere Datenrate:
– bis 384 kbps im Wirknetz
– im Vergleich: 9,6 kbps in GSM, bis ca. 54 kbps in GPRS
Erhöhte Multimedia- und Multitaskingfähigkeiten
Erhöhte und erweiterte Netzsicherheit
Nutzung von ATM als Übertragungstechnik innerhalb des Radio
Access Network und für die Anbindung von RNCs an CN
•
•
•
•
•
114
UMTS (Lage im Frequenzband)
1150 MHz
950 MHz
850 MHz
GSM
1100 MHz
paired
spectrum
1050 MHz
paired
spectrum
1000 MHz
FDD
downlink
900 MHz
FDD
uplink
12 Pakete a 2 x 5 MHz FDD, 5 Pakete a 1 x 5 MHz TDD
FDD
downlink
IMT2000
satellite
component
UMTS
2200 MHz
2150 MHz
2100 MHz
paired
spectrum
2050 MHz
2000 MHz
paired
spectrum
TDD
IMT2000
satellite
component
unpaired
spectrum
FDD
uplink
1950 MHz
DECT
1900 MHz
unpaired
spectrum
TDD
Quelle: T-Mobile, Bonn
115
WCDMA - Verbreitung
98% der ca. 120 Carrier im IMT-2000
Verbund haben WCDMA für ihre 3G
Technologie gewählt
WCDMA ist die kosteneffizienteste
Technologie für Mobile Voice
116
Architektur UMTS-Netz
117
Architektur UMTS-Netz
• Funkverbindung vom UE (User Equipment) zur Node B seiner Zelle
• Node B besteht aus Sende- und Empfangsantenne sowie
Signalverarbeitungsgeräten für Codierung, Modulation etc.
• Node B´s sind an RNC (Radio network Controller) angekoppelt, der eine Art
Vorfeldkonzentration und Verwaltungseinheit für die ihm zugeordneten
Zellen ist. RNC realisiert Signalankoppelung an das CN
• CN (Core Network) muss die einzelnen Daten vermitteln und an die
entsprechenden externen Netze weiterleiten
• Vermittlung für verbindungsorientierte Daten (CS-Circuit Switched) werden
vom MSC (Mobile Switching Center) verarbeitet und beim GMSC (Gateway
MSC) ausgekoppelt
• Mobilitätsverwaltung durch VLR (Visitor Location Register) und HLR (Home
Location Register)
• Paketorientierten Daten (PS-Packet Switched) werden vom SGSN (Serving
GPRS Support Node) und GGSN (Gateway GPRS Support Node) verarbeitet
bzw. ausgekoppelt
118
UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network
Makrodiversität
CDMA-Technik ermöglicht
mehrere gleichzeitige
Verbindungen pro UE
Softer Handover
Soft Handover mit logischem
SRNC und DRNC
Quelle: UMTSlink.at
119
Soft Handover mit physikalischen
Serving- und Drift-RNC
Vorteile des Softhandovers
• Geringe Empfindlichkeit gegenüber Abschattung wie z.B. durch Häuser
• Geringe Empfindlichkeit gegenüber Mehrwegeausbreitungseffekten wie
z.B. Fading-Effekte (destruktive Überlagerung von Wellen)
• Geringe Dienstausfallgefahr beim Zellenwechsel im Vergleich zum
Hardhandover (Handover mit Frequenzwechsel), wie z.B. bei GSM
• Geringeres Signal-Störverhältnis: Da über räumlich verschiedene
Funkstrecken kommuniziert wird, ist es sehr "unwahrscheinlich", dass auf
mehreren Funkstrecken gleichartige Störungen auftreten
• Es ist eine geringere Sendeleistung für das UE (zum Teil auch für die Node
B) an den Zellgrenzen notwendig, was sich wiederum in geringeren
Störleistungen für die Dienste anderer Teilnehmer bemerkbar macht.
Minimierung Fehlerwahrscheinlichkeit Æ Reduktion Leistungsregelung des
RNCs für den Teilnehmerdienst
120
Mehrfachzugriffsverfahren
•
•
•
•
•
121
Bei der Mobilfunkkommunikation benutzen mehrere Teilnehmer
gemeinsam dieselbe Funkstrecke
Mehrfachzugriffsverfahren ermöglichen den Zugriff auf die
gemeinsamen Radioressourcen durch mehrere Teilnehmer und die
Trennung voneinander
Die erste Generation (C-Netz) benutzt FDMA (Frequency Division
Multiple Access): Die Teilnehmer benutzen separate Frequenzkanäle
Die zweite Generation (GSM) benutzt zusätzlich TDMA (Time Division
Multiple Access): Die Teilnehmer benutzen einen gemeinsamen
Frequenzkanal, aber nicht gleichzeitig, sondern in separaten
Zeitschlitzen
UMTS benutzt CDMA (Code Division Multiple Access): Alle Teilnehmer
benutzen gleichzeitig einen gemeinsamen Frequenzkanal, sie werden
getrennt durch die Nutzung von unterschiedlichen Codes
Mehrfachzugriffsverfahren
FDMA
TDMA
Ich liebe Dich.
Das Ich Wetter liebe ist Dich gut.
Das Wetter ist gut.
CDMA
sch
esi
Englis
ch
in
Ch
ah
b
t
W h
ct r e
t iFinnisch
c i b W ah
D WI a
t
h ce i b
l t
e ct r e i
s eu I ch t s
g
ser ee D
Arabisch
g
D
Quelle: T-Mobile, Bonn
122
UMTS Luftschnittstelle
•
•
•
•
123
Zwei Modi: FDD (Frequency Division Duplex) und TDD (Time Division
Duplex)
– FDD benutzt separate Frequenzen im “paired spectrum” für Uplink
und Downlink.
– TDD benutzt dieselbe Frequenz im “unpaired spectrum” für Uplink
und Downlink.
FDD-Mode
– Frequenzband: Uplink 1920-1980 MHz, Downlink 2110-2170 MHz
– Mehrfachzugriffsverfahren: WCDMA (Wideband Code Division
Multiple Access)
– Bandbreite eines Frequenzkanals: ca. 5 MHz
TDD-Mode
– Frequenzband: 1900-1920 MHz and 2010-2025 MHz
– Mehrfachzugriffsverfahren: TD-CDMA (Time Division - Code
Division Multiple Access)
– Zwei TDD-Modi: breitbandiger Modus mit einer
Frequenzkanalbandbreite von ca. 5 MHz und schmalbandiger
Modus mit einer Frequenzkanalbandbreite von ca. 1,6 MHz
UMTS-Start mit FDD. TDD wird später eingeführt.
TDMA-Prinzip bei GSM
Die Verbindungen sind durch Nutzung von unterschiedlichen
Frequenzen und Zeitschlitze von einander getrennt.
P
f
200 kHz
t
4,615 ms
frame
User k
1 Time Slot = 0,577 ms
Quelle: T-Mobile, Bonn
124
CDMA-Prinzip (UMTS W-CDMA FDD)
Die Verbindungen sind durch Nutzung von unterschiedlichen
Frequenzen und Codes von einander getrennt.
Codes mit
unterschiedlichem
Spreading und
Power
P
f
4-5 MHz
t
Quelle: T-Mobile, Bonn
125
Unterscheidung UMTS FDD vs. TDD
Quelle: Vorl.Mobile CommunicationsII, LMU München, A. Küpper
126
Multiplexingverfahren im Vergleich
SDMA
TDMA
FDMA
CDMA
(Space Division Multiple
Access)
(Time Division Multiple
Access)
(Frequency Division
Multiple Access)
(Code Division Multiple
Access)
Idee
Einteilung des
Raums in
Zellen/Sektoren
Aufteilen der
Sendezeiten in
disjunkte Schlitze
Einteilung des
Frequenzbereichs in
disjunkte Bänder
Unterscheidung
durch individuelle
Codes
Teilnehmer
Nur ein Teilnehmer
kann in einem Sektor
ununterbrochen aktiv
sein
Teilnehmer sind
nacheinander für
kurze Zeit aktiv
Jeder Teilnehmer hat
sein Frequenzband
ununterbrochen
Alle Teilnehmer
können gleichzeitig
am gleichen Ort
ununterbrochen aktiv
sein
Vorteile
Sehr einfach
hinsichtlich Planung,
Technik,
Kapazitätserhöhung
Etabliert, voll digital,
vielfältig einsetzbar
Einfach, etabliert,
robust, planbar
Flexibel, benötigt
weniger
Frequenzplanung,
weicher Handover
Nachteile
Unflexibel, da meist
baulich festgelegt
Schutzzeiten wegen
Mehrwegeausbeitung
nötig, Synchronisation
Geringe Flexibilität,
Frequenzen
Mangelware
Komplexe Empfänger,
benötigt exakte
Steuerung der
Sendeleistung
Verfahren
127
Realisierung des CDMA-Verfahrens durch Direct Sequence CDMA-Technik
• Multiplikation des Datenstroms (Bits) mit einer teilnehmerspezifischen,
zweiwertigen Codefolge (Chips)
• Jedes Bit wird dadurch auf eine Anzahl von Chips abgebildet:
Bitstrom Æ Chipstrom
• Übertragung mit einer im Vergleich zur Datenrate W großen
Bandbreite B
• Aufprägen eines „Fingerabdrucks“ Æ Spreizcode
• Spreizfaktor = Verbreiterungsfaktor des Spektrums = Anzahl Chips
pro Bit
• Übertragung aller Teilnehmersignale mit derselben Trägerfrequenz
Interne Umwandlung von Bitmustern in
NRZ-Signale (No Return to Zero)
• Bit 1 Æ Symbol -1
• Bit 0 Æ Symbol +1
kodierte Datenrate von 3,84Mchip/s
128
Beispielkodierung
(-1) * (+1) = "-1"
129
Quelle: UMTSlink.at
Funktion der Spreizung
Spreizungscode ~ „channelisation code“
130
Übertragungprinzip bei CDMA
Transmitter
(1)
Signal
Spreader
Receiver
(3) RF Modulator
RF
Demodulator
Signal
Spreader
(3)
(2)
p
(2) Spreading
code
f
Bin
(1) Input signal
Spreading Factor (SF) = Bs/Bin=
Rchip/Rin
Rchip: Chip Rate
(5)
(4)
p
(4)=(2) Despreading code
BS
p
f
(3) TX spread
signal
f
(5) Input signal
(detected)l
Rin: Bit Rate des Input-Signals
Beispiel: Rchip= 3,84 Mcps, Rin= 30 kbps,
SF=128
Quelle: T-Mobile, Bonn
131
Orthogonale variable spreading factor (OVSF)
code
11111111
1111
11
11001100
1100
1
11000011
10101010
1010
10
2
10100101
10011001
1001
SF = 1
11110000
4
10010110
8
512
– W-CDMA benutzt sogenannte
OVSF-codes für die Spreizung
– Jeder Code auf einem Zweig
des Code-Baums ist
orthogonal zu jedem Code auf
einem anderen Zweig
– Die Codes auf dem selben
Zweig sind nicht orthogonal zu
einander
– W-CDMA benutzt SF 4 bis 512
im DL, und 4 bis 256 im UL
– Datenrate pro Benutzer schnell
veränderbar Æ neuer Code mit
anderem SF
– Bei UMTS FDD alle 10ms
möglich
132
Prozessgewinn
• Codelänge verantwortlich für besonderen Effekt der CDMA-Technik den Prozessgewinn
• Dekodierung erfolgt immer über die gesamte Chiplänge
• Skalarprodukt bei der Dekodierung ergibt die „verstärkten“ Werte +/-SF
• SF entspricht dem Prozessgewinn
• „Je länger der Code ist, desto größer ist die Bandspreizung und der
Prozessgewinn!“
• Besondere Bedeutung im CDMA-System:
• Nutzsignale mit größerem SF und somit geringerer Datenrate
müssen mit weniger Leistung über die Antenne übertragen werden
als Signale mit hoher Datenrate
• Was Sendeelektronik durch Anhebung der Sendeleistung bei
schlechtem Empfang nicht mehr erreicht, kann durch Reduktion der
Datenrate erreicht werden, da der Empfänger durch den höheren
Spreizfaktor eine zusätzliche Signalanhebung erfährt Î durch
Signalanhub sinkt auch wieder die Fehlerrate
• Dynamischer Prozess, um die Kommunikation störsicher zu
machen
133
Nachteile orthogonaler Channelizationcodes
Annahme beim Uplink:
Signalverzögerung bei Node B = 1 Chip
Fatal:
ursprünglich orthogonale Codes werden der
Bodenstation als identische Codes präsentiert
Downlinkproblem:
Wenn alle Zellen den gleichen Codebaum verwenden und alle Codes
vergeben sind, so kommt es im Randgebiet der Zellen zu Störungen
134
Scramblingcodes lösen das Problem
• Scramblingcodes dienen im Gegensatz zu Channelizationcodes
nicht zur Bandspreizung, sondern nur zur orthogonalen Kodierung
der Zellen im Downlink und der Teilnehmer im Uplink
• fixe Länge von exakt 38400 Chips, entspricht der Länge von einem
Zeitrahmen im zeitlichen Aufbau des Signals (10ms)
• Jeder Zeitrahmen wird multiplikativ kodiert
• Scramblingcodes bleiben auch im asynchronen Fall orthogonal
zueinander
• Zellenplanung verteilt die Codes entsprechend geschickt auf die
Node Bs
• RNC teilt dem Handy Info zur Generierung des UplinkScramblingcodes mit
135
AMR (adaptive multirate) Sprachübertragung
– Grundidee: dynamische (adaptive) Optimierung des Verhältnisses
von
• Sprachkodierung ( = Kompression der Sprachdaten) und
• Kanalkodierung ( = Schutz der Daten vor Funkkanal-Störungen)
– In den Transcodern wird eine Gruppe von Sprachcodecs vorgehalten
(8 versch. Sprachdatenraten: AMR 4,75kb/s bis AMR 12,2kb/s)
– Regelmäßige Wahl des besten Codecs in Abhängigkeit der
Interferenzrate während eines Gesprächs (für jedes UE separat)
– Subjektives Qualitätsempfinden je nach Codec auch bei
schlechterem Funkkanal gut
– Wird die Datenrate geringer, vergrößert sich der Prozessgewinn und
damit die Reichweite des Handys, da durch gewonnenen
Prozessgewinn Sendeleistung gespart werden kann (kommt der
Reduktion der Interferenzleistung in einer Zelle zugute)
136
Sicherheit im UMTS-Netz
•
Beibehalten der bewährten GSM-Sicherheitskonzepte
– Verwendung von SIM-Card
– Authentikation von SIM gegenüber Netz
– Verschlüsselung der Daten über Luftschnittstelle
•
Erhöhte Sicherheit im UMTS-Netz
– Gegenseitige Authentifizierung von USIM (Universal Subscriber
Identity Module) und Netz
– Überprüfung der übertragenen Daten auf Unverfälschbarkeit
– Automatische Begrenzung der Lebensdauer der temporären Schlüssel
– Erhöhung der Schlüssellänge von 64 bit auf 128 bit
– Verschlüsselung auf der Luftschnittstelle und zwischen Node B und
RNC
•
Kompatibilität 3G/2G Sicherheitsfunktionen:
– Nutzung von USIM für GSM-Zugriff
– Nutzung von SIM (mit einem UMTS-Endgerät) für UMTS-Zugriff (mit
reduziertem Sicherheitsniveau)
Network Authentication
USIM Authentication
Ciphering / Integrity Check
USIM
Node B
137
RNC
MSC /
SGSN
HLR
Quelle: T-Mobile, Bonn
UMTS Chipkarte
•
•
•
In GSM und UMTS benötigt man für den Netzzugang eine
Chipkarte im Endgerät.
Chipkarte für GSM: SIM (Subscriber Identity Module)
USIM (Universal SIM): Weiterentwicklung der SIM für UMTS, aber
nur Bezeichnung der logischen Applikation
– Grundfunktionen wie SIM: Identifikation und Authentikation des
Teilnehmers, sicherer Speicher für System- und Benutzerdaten
– Neue Funktionen:
• erweiterte Sicherheitsfunktionen
• Erweiterter Speicher, z.B. für User-Telefonbuch mit Speicherung von
alternativer Telefonnummer(n), Fax-Nummer(n), E-Mail Adresse(n), etc.
•
UICC (Universal IC Card)
– Die Chipkarte für UMTS-Endgeräte
– Mehrere Applikationen können auf einer UICC Chipkarte laufen:
Multi-Applikationsplattform, z. B. USIM + SIM
Quelle: T-Mobile, Bonn
138
Mobile und drahtlose Dienste – Always Best
Connected
Integration heterogener Fest- und
Mobilnetze mit stark variierenden
Übertragungscharakteristika
Regionalnetze
Vertikaler
Handover
Stadtnetze
Campusnetze
Horizontaler
Handover
Gebäudenetze
139
Quelle: Vorl. Mobilkommunikation, J. Schiller, FU Berlin
Mobilität mit WLAN & UMTS
•
•
•
•
•
UMTS bietet kosteneffizienten breitbandigen Wide Area Zugang
UMTS unterstützt internationales Roaming
UMTS bietet integrierte Abrechnungsfunktionen
UMTS bietet sicheren Netzzugang
WLAN dient als drahtloser Hochgeschwindigkeits-Zugang zu
bestehenden Datennetzen mit eingeschränkter Mobilität im Bereich
von Hot Spots
• WLAN-Abdeckung einer Großstadt erfordert etwa die hundertfache
Anzahl an Access Points im Vergleich zu UMTS-Antennen
WLAN und UMTS ergänzen sich und wachsen
zusammen!
140
Einordnung verschiedener Funktechniken
Datenrate [Bit/s]
11 M
Wireless LAN
4M
2M
1M
IrDa
UMTS
Bluetooth
Bündelfunk
10 K
DECT
Raum
141
Wireless Bridging
Gebäude
GSM/GPRS
Schmalband
Gebiet
Stadt
Weltweit
Reichweite
IEEE 802.11 Standards und Arbeitsgruppen
Quelle: Vorl. Mobilkommunikation, J. Schiller, FU Berlin
142
Vergleich Infrastruktur- und Ad-hoc-Netzwerk
Quelle: Vorl. Mobilkommunikation, J. Schiller, FU Berlin
143
802.11 - Architektur - Infrastrukturnetz
Station (STA)
• Rechner mit Zugriffsfunktion auf das
drahtlose Medium und Funkkontakt
zum Access Point
Basic Service Set (BSS)
• Gruppe von Stationen, die dieselbe
Funkfrequenz nutzen
Access Point
• Station, die sowohl in das Funk-LAN
als auch das verbindende Festnetz
(Distribution System) integriert ist
Portal
• Übergang in ein anderes Festnetz
Distribution System
• Verbindung verschiedener Zellen um
ein Netz (ESS: Extended Service Set)
zu bilden
• Architektur des DS nicht Teil des
Standards
Quelle: Vorl. Mobilkommunikation, J. Schiller, FU Berlin
144
802.11 - Architektur - Ad-hoc Netzwerk
Direkte Kommunikation mit
begrenzter Reichweite
• Station (STA):
Rechner mit Zugriffsfunktion
auf das drahtlose Medium
• Basic Service Set (BSS):
Gruppe von Stationen, die
dieselbe Funkfrequenz nutzen
Unterschiedliche BSSs können
durch Raummultiplexen (genügend
Abstand) oder durch die
Verwendung unterschiedlicher
Trägerfrequenzen gebildet werden
Quelle: Vorl. Mobilkommunikation, J. Schiller, FU Berlin
145
WLAN-Nutzung im 2,4GHz Band
• Lizenz-, Anmelde- und Gebührenfrei
• Allgemeinzugängliches Spektrum Æ
Störungen von anderen Funkdiensten oder
anderen WaveLan-Nutzern müssen hingenommen werden
• Keine Regulierung der Frequenzen
• Öffentlicher Funkdienst Æ kein Schutz vor Abhören
• International reguliert! (Achtung: häufig nicht alle Kanäle!)
• Bestimmte Auflagen
• keine Manipulation am Sender
• nur "zugelassene" Antennen benutzen
• Mitnutzer
• Mikrowellenherde, Bluetooth, Radar-Anlagen, Bewegungsmelder,
Fernwirkfunk, Funk-Kopfhörer, Amateurfunk, etc..
• Zuständigkeit: RegTP, ETSI (Europa), ITU (international)
146
WLAN – Funkreichweiten 802.11b
Quelle: F. Jondral, Uni Karlsruhe, Inst. Für Nachrichtentechnik
147
WLAN - Physischer Layer DSSS
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Verfahren
• der Standard für 802.11b WaveLan
• 1, 2, 5.5 und 11 MBit
• neuere Karten immer Rückwärtskompatibel zu alten
• bei schlechtem Empfang kann auf geringere Bitraten
heruntergeschaltet werden
• Aufteilung in 13 Channels (Europa). USA: 11 Channels
• Raster 5 MHz
• DSSS Signal ist durch Chipping Codes auf 22 MHz gespreizt
• max. 3 nicht-überlappende Kanäle
WLAN - Kontroll Layer
• Einsatz spezieller Kollisionsvermeidungsalgorithmen
• AP kontrolliert den Zugriff auf das Medium
148
WLAN – Kanalverteilung 802.11b
Quelle: F. Jondral, Uni Karlsruhe, Inst. Für Nachrichtentechnik
149
DSSS-Modulationen
11-Chip Barker Code 10110111000
Complementary Codes
Quelle: F. Jondral, Uni Karlsruhe, Inst. Für Nachrichtentechnik
150
Abkürzungen
1G, 2G, 3G1st Generation,...3rd Generation
3GPP
3rd Generation Partnership Project, produces UMTS standard
3GPP2
3rd Generation Partnership Project 2, produces cdma2000 standard
AuC
Authentication Center
B3G
Beyond 3rd Generation
BSC
Base Station Controller, controlling node in GSM RAN
BTS
Base Station Transceiver, network element, incl antenna in GSM RAN
cdmaOne One of the 2nd Generation Systems, mainly used in Americas and Korea
cdma2000 member of the IMT-2000 family for 3G, successor of cdmaOne
CS Domain Circuit-switched Domain, one of the UMTS functional groups
CN
Core Network; in UMTS consisting of CS Domain, PS Domain and IMS
EDGE
Enhanced Data Rates for GSM Evolution
EIR
Equipment Identity Register
GGSN
Gateway GPRS Support Node, network element in the PS domain
GMSC
Gateway MSC, network element in CS Domain, gateway to external networks
GPRS
General Packet Radio Service, 2.5 Generation system
GSM
Global System for Mobile Communications, European 2G System
HLR
Home Location Register, main subscriber database in GSM and GPRS
HSCSD Hich Speed Circuit Switched Data, higher data rate for GSM
ID
Internet Draft, working document of the IETF, becomes RFC when generally accepted
IETF
Internet Engineering Task Force, responsible for Internet Standardization
151
Abkürzungen II
IMS
IP Multimedia Subsystem, one of the UMTS functional groups
IMT-2000 International Mobile Telecommunications at 2000 MHz, 3G concept by ITU
ITU
International Telecommunication Union, international standardization body
IS-95
= cdmaOne, one of the 2nd Generation Systems
MS
Mobile Station (term used in GSM and GPRS)
MSC
Mobile Switching Center, network element in CS Domain
PS Domain Packet-switched Domain, one of the UMTS functional groups
PSTN
Public Switched Telephone Network
R99
UMTS Release 1999
RAN
Radio Access Network
RFC
"Request For Comment", Specification by IETF
Rel4, Rel5..UMTS Release 4,..
SGSN
Serving GPRS Support Node
TRAU
Transcoding and Rate Adaptation Unit
TS
Technical Specification, Standard by 3GPP
QoS
Quality of Service
UE
User Equipment (term used in UMTS)
UMTS
Universal Mobile Terrestial System, member of the IMT-2000 family for 3G, successor of GSM
UTRAN UMTS Radio Access Network
UTRA
UMTS Radio Access; Radio link between UTRAN and UE
VLR
Visited Location Register, network element in GSM/GPRS, stores user data in visited network
152