UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung

Beck, Alexander

UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung

Ingenieurwissenschaften - Nachrichtentechnik / Kommunikationstechnik

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Einleitung:
Es gibt heutzutage weltweit unterschiedliche Mobilfunktechniken. Zu der am weitverbreitetsten Technik gehört das Globale System für Mobilkommunikation, der sogenannte GSM-Standard. Er wird derzeit von rund 440 Millionen Teilnehmern auf der ganzen Welt genutzt. Obwohl mit GSM fast überall ausgezeichnet zu telefonieren ist, lassen sich Daten jedoch nur bis 9,6 kbit/s übertragen. Nur neue Verfahren ermöglichen eine schnellere und größere Menge von Datenüber-tragungen.
Der Einsatz des Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) soll nun die Möglichkeiten bieten, mit höheren Datenübertragungsraten mobil zu kommunizieren. Dieses neue System hat an der Luftschnittstelle geradezu revolutionäre Eigenschaften, die sich vom klassischen Funkbetrieb und auch vom GSM drastisch unterscheiden. Hinter UMTS verbirgt sich die sogenannte Wideband Code Division Multiple Access-Technik (W-CDMA).
Schwerpunktmäßig konzentriert sich die Ausarbeitung auf die Luftschnittstelle der UMTS-Technologie. Die Arbeit ist für Personen konzipiert, die über ein entsprechendes technisches Verständnis verfügen und sich einen Überblick über die W-CDMA-Technik verschaffen möchten.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung5
1.1Aufgabenstellung / Task5
1.1.1Deutsch5
1.1.2English6
1.2Aufbau der Diplomarbeit7
2.Mobilfunkgeschichte in Deutschland8
3.Die weltweite Standardisierung der UMTS-Luftschnittstelle9
3.1Frequenzband für UMTS in Deutschland12
3.2UMTS-Lizenzen in Deutschland13
4.Die Systemarchitektur bei UMTS15
5.Mehrfachzugriff auf die Luftschnittstelle17
5.1Frequence Division Multiple Access (FDMA)17
5.2Time Division Multiple Access (TDMA)18
5.3Code Division Multiple Access (CDMA)19
5.4UTRA-FDD (W-CDMA)20
5.5UTRA-TDD (TD-CDMA)21
6.Code-Spreizung22
6.1Rahmenaufbau und Codierung im Uplink-Pfad (FDD)28
6.2Rahmenaufbau und Codierung im Downlink-Pfad (FDD)32
6.3Ermittlung des Spreizfaktors33
7.Scrambling Codes34
7.1Spreizcodes vs. Scrambling Codes im Uplink-Pfad35
7.2Spreizcodes vs. Scrambling Codes im Downlink-Pfad36
8.Rake Empfänger37
9.Leistungsregelung40
9.1Open-loop power control41
9.2Closed-loop power control42
9.3Outer-loop power control44
10.Handover46
10.1Hard Handover47
10.2Softer Handover48
10.3Soft Handover49
10.4Beispiel für einen Soft Handover50
11.Zellstruktur und Datenrate52
12.Adaptive Antennen54
13.Zusammenfassung und Ausblick58
Anhang60

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

ID 4535

Alexander Beck

UMTS: Grundlagen der W-

CDMA Zellplanung

Diplomarbeit

an der Hochschule für Technik Esslingen (FH)

Juni 2001 Abgabe

ID 4535

Beck, Alexander: UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung / Alexander Beck - Hamburg:

Diplomica GmbH, 2001

Zugl.: Esslingen, Fachhochschule, Diplom, 2001

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Eidesstattliche Erklärung

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig und nur unter

Verwendung der angegebenen Literatur angefertigt habe.

Esslingen, 8. Juni 2001

________________________

Inhaltsverzeichnis

EINLEITUNG... 5

1.1 A

UFGABENSTELLUNG

/ T

ASK

... 5

1.1.1 Deutsch... 5

1.1.2 English ... 6

1.2 A

UFBAU DER

IPLOMARBEIT

... 7

MOBILFUNKGESCHICHTE IN DEUTSCHLAND ... 8

DIE WELTWEITE STANDARDISIERUNG DER UMTS-LUFTSCHNITTSTELLE ... 9

3.1 F

REQUENZBAND FÜR

UMTS

EUTSCHLAND

... 13

3.2 UMTS-L

IZENZEN IN

EUTSCHLAND

... 14

DIE SYSTEMARCHITEKTUR BEI UMTS ... 15

MEHRFACHZUGRIFF AUF DIE LUFTSCHNITTSTELLE ... 17

5.1 F

REQUENCE

IVISION

ULTIPLE

CCESS

(FDMA)... 17

5.2 T

IME

IVISION

ULTIPLE

CCESS

(TDMA) ... 18

5.3 C

ODE

IVISION

ULTIPLE

CCESS

(CDMA) ... 19

5.4 UTRA-FDD (W-CDMA)... 20

5.5 UTRA-TDD (TD-CDMA) ... 21

CODE-SPREIZUNG ... 22

6.1 R

AHMENAUFBAU UND

ODIERUNG IM

PLINK

-P

FAD

(FDD) ... 28

6.2 R

AHMENAUFBAU UND

ODIERUNG IM

OWNLINK

-P

FAD

(FDD)... 32

6.3 E

RMITTLUNG DES

PREIZFAKTORS

... 33

SCRAMBLING CODES ... 34

7.1 S

PREIZCODES VS

. S

CRAMBLING

ODES IM

PLINK

-P

FAD

... 35

7.2 S

PREIZCODES VS

. S

CRAMBLING

ODES IM

OWNLINK

-P

FAD

... 36

RAKE EMPFÄNGER ... 37

LEISTUNGSREGELUNG... 40

9.1 O

PEN

-L

OOP

OWER

ONTROL

... 41

9.2 C

LOSED

-L

OOP

OWER

ONTROL

... 42

9.3 O

UTER

-L

OOP

OWER

ONTROL

... 44

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 4

10 HANDOVER ... 46

10.1

ARD

ANDOVER

... 47

10.2

OFTER

ANDOVER

... 48

10.3

OFT

ANDOVER

... 49

10.4

EISPIEL FÜR EINEN

OFT

ANDOVER

... 50

11 ZELLSTRUKTUR UND DATENRATEN ... 52

12 ADAPTIVE ANTENNEN ... 54

13 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK... 58

ANHANG ... 60

A.1

BKÜRZUNGEN

[14, 15] ... 60

A.2

UMTS - A

NTENNEN

... 71

A.3

BBILDUNGSVERZEICHNIS

... 81

A.4

ABELLENVERZEICHNIS

... 83

A.5

ITERATURVERZEICHNIS

... 84

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 5

1 Einleitung

1.1 Aufgabenstellung / Task

1.1.1 Deutsch

Es gibt heutzutage weltweit unterschiedliche Mobilfunktechniken. Zu der am

weitverbreitetsten Technik gehört das ,,Globale System für Mobilkommunikation",

der sogenannte GSM-Standard. Er wird derzeit von rund 440 Millionen Teilnehmern

auf der ganzen Welt genutzt. Obwohl mit GSM fast überall ausgezeichnet zu

telefonieren ist, lassen sich Daten jedoch nur bis 9,6 kbit/s übertragen. Nur neue

Verfahren ermöglichen eine schnellere und größere Menge von Datenüber-

tragungen.

Der Einsatz des ,,Universal Mobile Telecommunication System" (UMTS) soll nun die

Möglichkeiten bieten, mit höheren Datenübertragungsraten mobil zu

kommunizieren. Dieses neue System hat an der Luftschnittstelle geradezu

revolutionäre Eigenschaften, die sich vom klassischen Funkbetrieb und auch vom

GSM drastisch unterscheiden. Hinter UMTS verbirgt sich die sogenannte ,,Wideband

Code Division Multiple Access"-Technik (W-CDMA).

Meine Aufgabe ist es, mich mit den Grundlagen der neu eingesetzte W-CDMA-

Technik auseinander zusetzen. Demzufolge lautete auch der Titel der Diplomarbeit:

UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung

Schwerpunktmäßig konzentriert sich die Ausarbeitung auf die Luftschnittstelle der

UMTS-Technologie.

Die Arbeit ist für Personen konzipiert, die über ein entsprechendes technisches

Verständnis verfügen und sich einen Überblick über die W-CDMA-Technik ver-

schaffen möchten.

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 6

1.1.2 English

Today there are different mobile telecommuniction technics worldwide. The most

common technique is the ,,Global System for Mobile Communication", the so called

GSM-Standard presently used by about 440 million people all over the world.

Although GSM allows excellent phoning almost everywhere, data is transferable

only up to 9,6 kbit/s. Only new methods will enable a faster and larger amount of

data transfer.

The usage of the ,,Universal Mobile Telecommunication System" (UMTS) will now

offer possibilities to communicate mobile with higher data transfers. This new

system has revolutionary characteristics, which drastically differentiate from

classical Radio operation and also GSM. Under UMTS is understood so called

,,Wideband Code Division Multiple Access" technic (W-CDMA).

My task is to describe the basics of newly W-CDMA technique. Therefore the title of

my thesis is:

UMTS: Basics of W-CDMA Cellplanning

The thesis focuses on the air-interface of the UMTS-Techology.

This thesis is designed for persons with technical background who wish to get an

overview of W-CDMA technique.

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 7

1.2 Aufbau der Diplomarbeit

Der Aufbau der Arbeit orientiert sich stark an der Vorgangsweise, mit der ich das

Thema von Beginn an bearbeitet habe:

Kapitel 2 geht auf die Mobilfunkgeschichte in Deutschland ein. Es ist ein historischer

Rückblick auf die 3 Mobilfunkgenerationen.

Das 3. Kapitel zeigt, dass UMTS, wie anfänglich angepriesen, doch nicht einen

weltweit einheitlichen Mobilfunkstandard darstellt.

Auf die Systemarchitektur, bzw. auf die neue Begriffe bei UMTS, geht Kapitel 4

näher ein.

Da die Luftschnittstelle ein begrenztes Medium darstellt, zeigt Kapitel 5, wie durch

Mehrfachzugriff eine effektivere Ausnutzung der knappen Ressource zu erreichen

ist.

Das 6. und 7. Kapitel behandeln die verschiedenen Codes, die bei CDMA-Verfahren

eine sehr wichtige Rolle spielen.

Durch eine spezielle Empfängertechnik nutzen CDMA-Systeme die Mehrwegeaus-

breitung zum eigenen Vorteil. Wie dies funktioniert erörtert Kapitel 8.

Kapitel 9 setzt sich mit den verschiedenen Leistungsregelungsarten auseinander,

ohne die eine Kommunikation nicht möglich wäre.

Der ,,Soft Handover" in CDMA-Systemen ist ein weiteres Feature, das Kapitel 10

näher veranschaulicht.

Die Datenraten variieren je nach Fortbewegungsgeschwindigkeit der Mobilstation.

Kapitel 11 zeigt, mit was für Datenraten bei UMTS zu rechnen ist.

Kapitel 12 geht auf neuartige Antennen ein, deren Entwicklung sich noch in der

Testphase befindet. Die sogenannten ,,intelligenten" Antennen könnten in den

nächsten Jahren nicht nur bei UMTS, sondern auch bei GSM zum Einsatz kommen.

Kapitel 13 fasst nochmals die Vorteile der W-CDMA-Technik zusammen und gibt

noch einen kurzen Ausblick auf die 4. Mobilfunkgeneration.

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 8

2 Mobilfunkgeschichte

Deutschland

Das 1957 eingeführte A-Netz ist als erstes Mobilfunknetz Deutschlands anzusehen.

Hierbei handelt es sich um eine analoges Verfahren, bei dem das Nutzsignal auf

einen analogen Träger aufmoduliert wird. Die Funtionsweise ist vergleichbar mit

einem Modulator-Demodulator, kurz Modem. Die digitale Signale, wie Daten oder

Kurznachrichten, müssen auf einen analogen Träger moduliert, und nach

anschließender Übertragung vom Empfänger wieder demoduliert werden. Das A-

Netz unterstützt mobile Kommunikation, welche aber nur auf den städtischen

Bereich beschränkt ist. Pro Endgerät existiert eine einzige, an einen Ort gebundene

Frequenz [2, 14].

1972 erfolgt die Einführung des B-Netzes. Hier handelt es sich ebenfalls um ein

analoges Verfahren. Der Vorteil gegenüber dem A-Netz ist das Roaming, mit

dessen Hilfe es von nun an möglich ist, auch in anderen Gebieten Deutschlands

mobil telefonieren zu können. Der Nachteil jedoch ist, dass die komplette

Mobilfunknummer des Teilnehmers sich immer wieder neu aus dem Aufenthalts-

bereichs-Code der Basisstation, der Nummer des Übergangsknotens und der

Teilnehmeridentifikation zusammensetzt [2, 14].

Das analoge C-Netz bringt 1985 eine Revolution hervor. Es unterstützt zum

erstenmal das automatische unterbrechungsfreie Weiterreichen eines

Mobilfunkteilnehmers bei Wechsel der Funkversorgungszelle [2, 14].

Alle Mobilfunknetze bis einschließlich C-Netz sind der ersten Generation

zugeordnet. Die zweite Generation des Mobilfunks entsteht 1992 durch die

Einführung des digitalen C-Netzes mit dem heute am weitverbreitetsten ,,Global

System für Mobilkommunikation" (GSM) [2, 14].

Schließlich gehen 1995 das E1-Netz und 1998 das E2-Netz in Betrieb. Beide Netze

nutzen ebenfalls die GSM-Technik, nur dass sie in einem anderen Frequenzbereich

arbeiten als das D-Netz [2].

In die Zukunft blickend wird das ,,Universal Mobile Telecommunication System"

(UMTS) 2002 als dritte Generation in Deutschland eingeführt. Über dessen

Standardisierung soll folgendes Kapitel Aufschluss geben.

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 9

3 Die weltweite Standardisierung der UMTS-Luftschnittstelle

Bereits Mitte der 80er Jahre wurden Anstrengungen unternommen, einen weltweiten

Standard für die Errichtung eines öffentliches Kommunikationssystems zu ent-

wickeln. Die von der ,,International Telecommunication Union" (ITU) ins Leben

gerufene Arbeitsgruppe ,,Task Group 8/1" übernahm die Aufgabe, Anforderungen

und Systemparameter für ein globales ,,Future Public Land Mobile Telecommuni-

cation System" (FPLMTS) zu entwickeln, welches ab 1995 die Bezeichnung

,,International Mobile Telecommunication at 2000MHz" (IMT-2000), erhielt [2, 3].

Im Mai 2000 verabschiedete die ITU fünf terrestrische Funkschnittstellen für die

Mobilfunksysteme der dritten Generation [5]:

IMT-DS

Direct Sequenz, alias UTRA-FDD oder W-CDMA

IMT-MC

Multi-Carrier, alias CDMA2000

IMT-TC

Time-Code, alias UTRA-TDD oder TD-CDMA

IMT-SC

Single-Carrier, alias EDGE

IMT-FT

Frequency-Time, alias DECT

Diese fünf Funkschnittstellen gehören zur ,,IMT-2000"-Familie, vgl. Abbildung 1.

Abbildung 1: Terrestrische Funkschnittstellen der IMT-2000 [5]

CDMA

TDMA

FDMA

IMT-DS

(Direct Spread)

UTRA FDD

(W-CDMA)

IMT-MC

(Multi Carrier)

CDMA2000

IMT-TC

(Time-Code)

UTRA TDD

(TD-CDMA)

IMT-SC

(Single Carrier)

UWC-136

(EDGE)

IMT-FT

(Frequency Time)

DECT

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 10

IMT-DS und IMT-TC

Innerhalb von Europa entstand aus den Techniken IMT-DS bzw. W-CDMA und IMT-

TC die Netzzugangsarchitektur ,,UMTS Terrestrial Radio Access" (UTRA).

Um beide Techniken besser unterscheiden zu können, entstanden die Begriffe

,,UTRA Frequency Division Duplex" (UTRA-FDD) für den IMT-DS-Standard und

,,UTRA Time Division Duplex" (UTRA-TDD) für den IMT-TC-Standard [18].

Japan nutzt ebenfalls den UTRA-Standard und setzt hierbei auf ein reines UTRA-

FDD-Netz [1].

IMT-MC

Das IMT-MC- bzw. CDMA 2000-Verfahren kommt als Mobilfunkverfahren in der

USA zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des ,,Interim

Standard IS-95" der zweiten Generation [4].

IMT-SC

Das IMT-SC-Verfahren bzw. EDGE könnte sich in Europa für diejenigen Mobilfunk-

betreiber als Standard erweisen, die bei der Vergabe der UMTS-Frequenzen leer

ausgingen [19].

EDGE ist eine Erweiterung des bestehenden GSM-Standards, basierend auf der

bestehenden Technologie des 200-kHz-Trägers und den zugehörigen Frequenzen.

Durch die Verwendung eines ,,Time Division Multiple" (TDM) Kanals, der anstatt

einer Bandbreite von 9,6 kbits/s (bei alter GSM-Technik) nun 48 kbit/s zur

Verfügung stellt, ist es möglich, eine Datenübertragungsrate von bis zu 384 kbit/s

(48 kbit/s x 8 Kanäle) zu erreichen [2].

IMT-FT

IMT-FT bzw. DECT ersetzt ältere analoge schnurlose Telefonsysteme.

DECT wurde bis Mai 2000 als ,,Digital European Cordless Telephone" oder ,,Digital

European Cordless Telecommunication" bezeichnet, ehe dann ITU mit der

Bezeichnung ,,Digital Enhanced Cordless Telecommunication" den Standard setzte

[2].

Abbildung 2 stellt die Entwicklung der Mobilfunk-Luftschnittstellen grafisch dar.

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 11

Abbildung 2: Entwicklung der Luftschnittstelle [7]

Fazit der weltweiten Standardisierung

Es ist anzunehmen, dass sich durch die fortschreitende Standardisierung letzt-

endlich drei Megamärkte herauskristallisieren [8]:

Während Japan und Europa W-CDMA nutzen, setzen die USA auf CDMA 2000 und

EDGE/UWC-136. Der Grund für die kontinentalen Unterschiede liegt in der Archi-

tektur der jeweils bestehenden Mobilfunknetze. So eignet sich zum Beispiel W-

CDMA am besten, um eine GSM-Infrastruktur in ein UMTS-Netz zu verwandeln.

Anders in Amerika: hier gibt es kaum GSM-Netze. Die Mehrzahl der bestehenden

Netze basieren auf D-AMPS oder CDMA/IS 95, die bei Einführung der dritten

Generation zu EDGE/UWC-136 oder CDMA 2000 migrieren. Einzig der in Japan

eingesetzte ,,Personal Digital Cellular"-Standard (PDC) erhält nach jetzigem Stand

der Technik keine Ableger mit größerer Bandbreite und wird deshalb mit der Zeit an

Bedeutung verlieren [7, 8].

Abbildung 3 gibt einen Einblick über die weltweiten Frequenzverteilungen der IMT-

2000-Familie. Hier ist deutlich zu sehen, dass das Frequenzband in den USA schon

durch das Personal Communication System (PCS) der zweiten Mobilfunk-

generation belegt ist. Dadurch kommt es zu einer schrittweisen Einführung der

dritten Generation, indem Amerika dieses Frequenzband teilweise ersetzt [4].

GSM

TDMA/FDMA

9,6 (14,6) kbit/s

IS-136 (D-AMPS)

TDMA

19,2 kbit/s

IS-95 (cdmaOne)

CDMA

8,0 (13,0) kbit/s

PDC

TDMA/FDMA

9,6 kbit/s

HSCSD

GPRS

EDGE

IS-136+

IS-136

IS-95 B

56 kbit/s

45-160

kbit/s

384

kbit/s

43,2 kbit/s

384 kbit/s

1 Mbit/s

64 kbit/s

UMTS

W-CDMA/TD-CDMA

144, 384 kbit/s

2 Mbit/s

UWC-136

TDMA

144, 384 kbit/s

2 Mbit/s

cdma 2000

CDMA

n x 64 kbit/s -

2 Mbit/s

IMT-2000

2 G

2,5 G

3 G

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 12

Abbildung 3: Frequenzbänder für IMT-2000 [2]

Neben IMT-2000 gehört noch ein weiteres Netz, das Mobile Satellite System (MSS),

zur dritten Generation, auf welches im Rahmen der Diplomarbeit jedoch nicht näher

eingegangen werden soll.

Die Vergabe der Frequenzen bei UMTS in Deutschland erfolgte im Sommer 2000.

Wie sich die Verteilung im einzelnen gestaltete und welche Bedingungen an die

Netzbetreiber gestellt wurden, zeigen die folgenden zwei Kapitel.

GSM 1800

DECT

UMTS

MSS

IMT 2000

PHS

IMT 2000

PCS

Europa

China

Japan,

Korea (ohne PHS)

USA

1800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

IMT 2000

MSS

GSM 1800

IMT 2000

MSS

ITU-Zuweisung

Reserve

MSS

IMT 2000 MSS

MSS

1885

1980

2010

2025

2110

2170

1880

1885

1895

1918

1990

2160

MSS = Mobile Satellite Services

MDS = Multipoint Distribution Service / Mobile Data Service

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 13

3.1 Frequenzband für UMTS in Deutschland

Die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) ermöglichte die

Versteigerung der entsprechenden Frequenzen im Sommer 2000. Das zur

Verfügung stehende Frequenzspektrum von 2 x 60 MHz wurde in 12 abstrakten

Blöcken zu je 2 x 5 MHz zur Versteigerung gegeben. Erwerben konnten die

Netzbetreiber höchstens 3, jedoch mindestens 2 Blöcke. Jeder erworbene Block

beinhaltete einen weiteren Block des Frequenzbandes, weshalb in diesem Zu-

sammenhang auch von gepaarten Blöcken gesprochen wird, vgl. Abbildung 4. In

der zweiten Runde standen darüber hinaus 5 ungepaarte Blöcke zu je 5 MHz zur

Disposition [20].

FDD-Spektrum:

Sendefrequenzen für Mobilstationen im FDD-Mode

Uplink (1920 1980 MHz)

Sendefrequenzen für Basisstationen im FDD-Mode

Downlink (2110 2170 MHz)

TDD-Spektrum:

Sendefrequenzen für Mobil- und Basisstationen im TDD-Mode

(1900 1920 MHz). Die untersten zwei TDD-Frequenzblöcke

aus dem 2010 2025 MHz-Bereich sind für lizenzfreie

Anwendungen reserviert. Ein Grund für die Vergabe von zwei

lizenzfreien Blöcken liegt darin, dass für deren Nutzung

geringere Schutzbänder als bei lizenzierten notwendig sind

[6].

Abbildung 4: UMTS/IMT-2000-Kanalplan [6]

20 MHz

(ungepaart)

59,4 MHz (gepaart)

(FDD-Unterband)

SPA*

5 MHz

(unge

paart)

59,4 MHz (gepaart)

(FDD-Oberband)

1900,0

1900,1

1920,1

1920,3

1979,7

1980,0

MHz

2170,0

2169,7

2110,3

2110,0

2025,0

2024,7

2019,9

2019,7

2010,5

2010,0

* Lizenzfreie Anwendungen (SPA = Self provided applications operating in a self coordinated environment).

S X Schutzband Nr X

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 14

3.2 UMTS-Lizenzen in Deutschland

Am 31. Juli 2000 startete die Versteigerung der UMTS-Lizenzen in Deutschland. Die

RegTP hatte 11 Bewerber zur Teilnahme an der Versteigerung der Lizenzen

zugelassen.

Zwei Eckdaten hat die RegTP jedoch eindeutig gesetzt:

Bis Ende 2003 muss ein Versorgungsgrad von 25 Prozent in der Bevölkerung

erreicht sein, bis Ende 2005 sogar 50 Prozent. Andernfalls verfällt die Lizenz.

Danach entscheidet der Regulierer gegebenenfalls über weitere Auflagen. ,,Wir

behalten uns je nach Entwicklung vor, nach dem 31.12.2005 die Versorgungs-

pflicht auf 70 Prozent zu erhöhen", sagte der damals amtierende Präsident der

RegTP, Klaus-Dieter Scheuerle [10].

Am 18. August 2000 standen die Gewinner der UMTS-Lizenzen fest. Von den

anfangs 11 Bewerbern blieben am Ende nur 6 Netzbetreiber übrig. Um einen

Überblick zu erhalten, welcher Netzbetreiber eine UMTS-Lizenz ersteigerte, dient

Abbildung 5 [11].

Abbildung 5: Ergebnis der UMTS-Lizenzenversteigerung [11]

Um auf technische Grundlagen von W-CDMA eingehen zu können, müssen

Systemarchitektur bzw. die dazugehörigen neuen Begriffe bekannt sein.

Demzufolge geht das nächste Kapitel auf die neue UMTS-Architektur ein.

E-Plus Hutchison

Group 3G

Mannesmann Mobilfunk

MobilCom Multimedia

T-Mobil

VIAG Interkom

2 x 5 MHz, 1 x 5 MHz

2 x 5 MHz

Gesamtsumme:

Lizenznehmer

Erworbenes

Frequenzspektrum

99.368.200.000

16.517.000.000

16.704.900.000

16.491.000.000

16.594.800.000

16.568.700.000

16.491.800.000

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 15

4 Die Systemarchitektur bei UMTS

Die Systemarchitektur bei UMTS gliedert sich in drei Hauptbestandteile, die

wiederum aus verschiedenen Netzelementen bestehen [4]:

· User

Equipment

(UE)

· UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)

· Core

Network

(CN)

Abbildung 6: Systemarchitektur bei UMTS [4]

User Equipment (UE)

Das ,,User Equipment" (UE) besteht aus dem ,,Mobile Equipment" (ME) und dem

,,UMTS Subscriber Identity Module" (USIM). Beim ME handelt es sich um die

Mobilstation, die eine Funkübertragung über die ,,Uu"-Schnittstelle erst ermöglicht.

Bevor es aber zu einer Übertragung kommen kann, muss sich der Teilnehmer durch

das ,,UMTS Subscriber Identity Module" (USIM) identifizieren. Dieses USIM ist

vergleichbar mit der SIM-Karte bei GSM. Sie enthält alle Informationen und

Funktionen, die zur Verschlüsselung und zur Authentisierung des Teilnehmers

gegenüber dem Netz erforderlich sind. Die Schnittstelle zwischen USIM und ME

nennt sich ,,Cu"-Schnittstelle [2].

Iub Iur

UTRAN

RNS

USIM

Node B

RNC

Node B

RNC

MSC/

VLR

SGSN

Iu CS

Iu PS

Alexander Beck

Diplomarbeit

Seite 16

UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)

Das Netzelement UTRAN ist für alle funkübertragungsrelevanten Funktionen

zwischen UE und CN verantwortlich. Die Kommunikation von UE und UTRAN findet

über die sogenannte ,,Uu"-Schnittstelle statt.

UTRAN besteht aus einer oder mehreren ,,Radio Network Subsystems" (RNS), die

wiederum einen ,,Radio Network Controller" (RNC) und ein oder mehrere ,,Node B"

beinhalten.

Das RNC ist für die Verwaltung der Funkschnittstelle via Node B verantwortlich. Er

ist vergleichbar mit einem ,,Base Station Controller" (BSC) bei GSM.

Ein Node B ist identisch mit einer ,,Base Transceiver Station" (BTS) in GSM und

reguliert somit die Funkübertragung in einer oder mehreren Zellen.

Die Aufgaben eines RNS beinhalten die Verschlüsselung des Funkkanals, die

Steuerung der Verbindungsübergabe bei Zellenwechsel oder auch die Verwaltung

der Funkressourcen.

Über die ,,Iub"-Schnittstelle kommunizieren RNC und Node B miteinander. Bei

UTRAN kommt es im Gegensatz zu GSM noch zu einer Kommunikation zwischen

RNC's über die ,,Iur"-Schnittstelle. Dies ist dadurch zu erklären, dass es bei UMTS

zu einem Soft-Handover kommen kann, welches Kapitel 10 näher erläutert [2].

Core Network (CN)

Der dritte Hauptbestandteil zur Gewährleistung der Kommunikation ist das so-

genannte ,,Core Network" (CN). Dieses Kernnetz enthält alle Mechanismen für eine

Verbindungsübergabe an andere Systeme und bietet hierdurch Schnittstellen zu

anderen Fest- oder Mobilfunknetzen.

Außerdem ist es möglich, die Daten leitungsorientiert (,,circuit switched") über das

,,Mobile Switching Center" (MSC) oder paketorientiert (,,packet switched") über den

,,Serving GPRS Support Node" (SGSN) zu übertragen.

Im ersten Fall wird die ,,IuCS"-, im zweiten die ,,IuPS"-Schnittstelle genutzt. Diese

beiden auf einer ,,Iu"-Schnittstelle basierenden Schnittstellen sind vergleichbar mit

der A-Schnittstelle bei GSM zwischen BSC und MSC [2].

Da nun die Grundkenntnisse der UMTS-Systemarchitektur bekannt sind, folgt im

nächsten Kapitel, welche technischen Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um das

begrenzte Medium Luft effizienter ausnutzen zu können.

Details

Seiten
Erscheinungsform: Originalausgabe
Jahr: 2001
ISBN (eBook): 9783832445355
ISBN (Paperback): 9783838645353
DOI: 10.3239/9783832445355
Dateigröße: 2.2 MB
Sprache: Deutsch
Institution / Hochschule: Fachhochschule Esslingen Hochschule für Technik Esslingen – unbekannt
Erscheinungsdatum: 2001 (September)
Note: 1,2
Schlagworte: generation cdma mobilfunk umts w-cdma zellen

Autor

Alexander Beck (Autor:in)

UMTS: Grundlagen der W-CDMA Zellplanung

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Autor

Alexander Beck (Autor:in)