UMTS Presentasjon av gruppe 2 Stian Cornelis Alsos Hans Inge Heien Stine Iren Sandvik Kristian Lier Selnæs Nhat-Anh Tran

Innhold Bakgrunn og kort om arkitektur Fra GSM til UMTS Call handling Mobility management Kort demonstrasjon

Bakgrunn (1) Økende etterspørsel etter mobile tjenester Kapasitetsmessige begrensninger i nåværende systemer, spesielt pakkebaserte tjenester Mange ulike, inkompatible standarder Ønske om én felles standard Stort antall organisasjoner involvert i standardiseringsarbeidet Opprinnelig europeisk standardisering innen ETSI, utgangspunkt i GSM standardene, pluss utvidelser. Nå global standard som administreres av 3GPP 3GPP2 har jobbet med CDMA2000, et konkurrerende radiogrensesnitt

Bakgrunn (2) UMTS lisenser ble tildelt etter to prinsipper ”Beauty Contest” Lisenssøkerne konkurrerte mhp ulike kriterier framsatt av landets myndigheter Utrullingshastighet Geografisk dekning Finansiell styrke Etc. Gjennomført bl.a i Norge Auksjon De avsatte frekvensbånd auksjoneres ut til høystbydende Aktørene tvunget til å ta opp store lån for å betale lisensene Gjennomført bl.a i Tyskland og England $45 milliarder for totalt 6 lisenser i Tyskland $35 milliarder for totalt 5 lisenser i England

Bakgrunn (3) Tre typer aksess defineres i UTRA Pico cell Micro cell 2 Mbit/s 50 m radius 10 km/t I bygninger, begrensede områder Micro cell 384 kbit/s 500 m radius 120 km/t Byer og urbane områder Macro cell 144 kbit/s 7 km radius 500km/t

Bakgrunn (4) Enkelt grensesnitt mot kjernenettet gir mulighet for flere aksessteknologier UTRA Satellitt WLAN Sømløs roaming mellom aksessteknologier

Arkitektur (1) VLR HLR RNC MSC GMSC GGSN SSGN Radio Network Subsystem (RNS) Circuit Switched (CS) Packet Switched (PS) Core Network (CN) Node B User Equipment

Arkitektur (2) Radio Network Subsystem (RNS) User Equipment (UE) UMTS Subscriber Identity Module (USIM) Mobile Equipment (UE) Node B Samme som GSM basestasjon Radio Network Controller (RNC) Samme som GSM basestasjonkontroller

Arkitektur (3) Circuit Switched (CS) Mobile Services Switching Centre (MSC) Som i GSM Home Location Register (HLR) Visitor Location Register (VLR) Gateway MSC (GMSC)

Arkitektur (4) Packet Switched (PS) Serving GPRS Support Node (SGSN) Som i GSM Gateway GPRS Support Node (GGSN)

All-IP Core – Arkitektur (1) GGSN SSGN UTRAN MGW MSC Server GMSC Server HSS Multimedia IP networks PSTN CSCF

All-IP Core – Arkitektur (2) HSS – Home Subscriber Server HLR + VLR MGW – Media Gateway VoIP data konverteres til konvensjonell tale data CSCF – Call State Control Function IP signallering via SIP

All-IP Core – Fordeler og ulemper Moderne netverksdesign Integrert nettverk for tale (VoIP) og data Billig rutingteknologi tilgjengelig Enkel implementasjon av nye tjenester Ulemper Trenger gateways til linjesvitsjede nett Komplisert migrasjon fra 2G (og dagens 3G) Ingen garantert QoS (IPv4) Sikkerhet?

Fra GSM til UMTS Fysisk lag Kapasitetsforbedringer IP over UMTS EDGE vs. UMTS Fremtidens trådløse nett

GSM fysisk lag GSM bruker en kombinasjon av TDMA/FDMA (Time and Frequency-Division Multiple Access)

UMTS fysisk lag Benytter seg av WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) Tar i bruk hele frekvensspekteret Sender i et mønster som bare en bestemt mobilmottaker ser som fornuftig, alle andre ser det som støy Dette gir mulighet for høyere og varierende datarater, men det avhenger av antall brukere

Frequency Division Duplex Sender ved at det hoppes hurtig i et bestemt frekvensmønster Normalt sett minst følsom for støy Benytter halve frekvensområdet til opplasting og den andre halvdelen til nedlasting

Time Division Duplex Benytter hele frekvensspekteret til både opplasting og nedlasting Jevnt over lavere effekt på signalet enn ved FDD Sender i tilmålte tidsluker Mer følsom for støy enn ved FDD Benyttes i pico celler, der man kan få opp i mot 2 Mbit/s

Kapasitet ved GSM Normalt 9,6 kbit/s Mulighet for høyere overføring ved GPRS. Opp mot 50 kbit/s avhengig av hvor mange andre som benytter nettet

IP over UMTS Ønsker å sy nettene tettere sammen uavhengig av underliggende teknologi Alt over IP, IP over alt Benytter IP for å få ende til ende tjenester. Gjerne i sammenheng med transportlaget over

VoIP over UMTS VoIP sliter fortsatt med å få samme kvalitet som vanlig telefon har Høyere forsinkelse når man sender en IP pakke til andre siden av jorden, enn hvis man benytter vanlig telefoni Fordelen er at man alltid betaler lokal takst uansett hvor man ringer

UMTS vs. EDGE (1) EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) bygger på GSM, men benytter en mer effektiv form for koding (8PSK) Dette gir mulighet for 48 kbit/s per slot, mer i enkelte tilfeller Mulighet for å overføre hele 384 kbit/s Fordelen er at nettet allerede er der

UMTS vs. EDGE (2) Digi i Malaysia, datterselskap av Telenor satser på EDGE fremfor UMTS Fordelen til UMTS er enda høyere datarater EDGE bringer mobilnettet ett skritt nærmere 3G ved å tilby høyere datarater

Fremtidens trådløse nett Teknologiene sys bedre sammen Mobilterminaler som kan kjøre både WLAN, UMTS, GSM Benytter WLAN der det er tilgjengelig. UMTS i byer og ellers der det er tilgjengelig, og GSM der man ikke har kontakt med verken WLAN eller UMTS

Call Handling Switching on Call setup Switching off Linjesvitsjet Pakkesvitsjet Switching off

Switching on Terminalen må Velge PLMN (operatør) Velge celle Registrere seg med domener i nettverket

Switching on Terminalen mangler informasjon om omgivelsene Leser signal fra omliggende celler Søker etter PLMN Sjekker flere frekvenser

Switching on Valg av PLMN - Public Land Mobile Network består av kjernenett og aksessnett installert og administrert av en operatør flere i hvert land kjennetegnes av MCC og MNC MMC – Mobile Country Code, MNC – Mobile Network Code prioritert liste over PLMN/operatører lagret i USIM velger PLMN med høyest prioritet

Switching on Valg av celle: terminalen lager liste over potensielle celler cellene må tilfredsstille spesifiserte krav cellen som oppfyller kravene best blir valgt terminalen forsøker å registrere seg med valgt celle

Switching on Registrering med nettverk: linjesvitsjet domene - IMSI attach prosedyre pakkesvitsjet domene - UMTS GPRS attach prosedyre Registreringen kan feile (stjålet SIM-kort/terminal, ingen roaming avtale)

Call Setup Sikkerhet – autentisering 3 hensikter: Nettverket sjekker identiteten til abonnenten Terminalen autentiserer nettverket Muliggjør generering av krypterings- og integritetsnøkler

Call Setup Figur A: samtale fra fast telefon i PSTN til terminal i UMTS nettet Linjesvitsjet Likner GSM

Call Setup

Call Setup (figur A, forenkling) Mobile terminal Node B HLR MSC RNC Routing centre, PSTN VLR GMSC Fixed telephone Setup (UMTS nr) Send routing info Provide roaming number Provide roaming number ack Send routing info ack Request setup Paging Connection Request Connection Setup Request information Request information ack Connection Setup Complete Alert Address complete message

Call Setup Figur B: Utveksling av data over Internett Aktivisere PDP kontekst PDP - Packet Data Protocol eks. Internett aksess, aksess til intranett åpen for utvalgte abonnenter kan benytte flere kontekster samtidig

Call Setup

Call Setup (figur B, forenkling) Node B Mobile terminal HLR GGSN SGSN RNC Internet Connection request Connection Setup Connection Setup completed Activate PDP Context, PS domain Activate PDP Context Check authorization Create PDP Context request PDP Context activated Data transfer IP tunnel Connection confirm Create PDP Context response Authorization ok

Switching off Terminalens registrering i nettverket må fjernes: IMSI detach prosedyre - ikke obligatorisk periodisk oppdatering av VLR

Mobilitetshåndtering Mobilitet i Idle mode Mobilitet i Connected mode Intersystem Mobility

To tilstander Idle mode Connected mode

Idle Mode Geografisk lokasjon av terminalen Valg av celle Kringkasting av systeminformasjon i cellene

Geografisk lokasjon (1) Nettverket benytter geografiske soner til å lokalisere terminalene i idle mode: LA (location area) for linjesvitsjet Ra (routing area) for pakkesvitsjet

Geografisk lokasjon (2) Lokasjonssonene avgrenser området hvor nettverket søker etter en terminal: Fordel: begrenser belastningen på radionettverket Ulempe: må oppdatere lokasjonssonen oftere – kan medføre dårligere nettverksutnyttelse

Oppdatering av location area

Prosedyre for valg av celle Squal < Ssearch ? Lager en liste over celler Celle velges i forhold til R Rs = Qmeas,s - Qhyst s Rn = Qmeas,n – Qoffsets,n - TOn

Connected Mode Mobiliteten håndteres enten av terminalen eller aksessnettverket Ura (UTRAN registration area) for mindre belastning på nettverket

Mobilitetshåndtering av nettverket(1) Hard handover Kommuniserer med en radiolink ad gangen Soft handover Kommuniserer med flere radiolinker ad gangen Softer handover Innen samme node

Mobilitetshåndtering av nettverket(2) Active set: sett av opptil seks radiolinker som kan være aktiv samtidig

Relokasjon i connected mode UTRAN støtter SRNC relokasjon for å Optimere ruting i UTRAN Støtte for hard handover Mulig å bruke en SRNC gjennom hele forbindelsen – unødvendig belastning av bakkenettet

Støtte for hard handover Nødvendig dersom Iur grensesnittet ikke er tilgjengelig Inter-frekvens handover FDD/TDD handover

Intersystem mobility Sømløs overgang mellom UMTS og GSM Må tilby oversikt over tilgjengelige naboceller fra alle aksessteknologier GSM celleinformasjon tilpasses UMTS celleinformasjon Valg av celle som i idle mode

Intersystem handover For pakkesvitsjede tjenester Terminalen har ansvaret for mobilitet Ved bytte fra GPRS til UMTS celle må lokasjonen oppdateres selv om en er innen samme routing area Samme prinsipp gjelder for UMTS til GPRS celle

Handover fra GSM til UMTS

Demonstrasjon