Verze : jaro 2017 Jan Staudek, FI MU Brno

Transkript

1 Bzdratov s t, systmatizac z hldiska pokryt prostoru V rjn mobiln s t, s t LTE PA 151 Soudob s t Jan Staudk } w A y < / -., )+ ( %&' $ #!" Æ Vrz : jaro 2017 Jan Staudk, FI MU Brno 1 Obvykl intgrac poskytovan nkolika typu tzv. tlkomunikacn ch sluzb: X X X X 2 PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy Modl pusobn zakladn ch slu zb v mobiln ch s t ch Tlkomunikacn systmy: poskytovan slu zby 2 hlasov sluzby, datov sluzby, SMS (Short Mssag Srvic), sluzby podporuj c u ctovan,... Klasick r sn tlkomunikacn ch sluzb { v podstat tri katgori X zakladn sluzby { 1. dorucovatlsk sluzby a { 2. tlmatick sluzby X 3. podpurn sluzby Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy 2 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy 3

2 Dorucovatlsk sluzby Z akladn sluzby, prklady Tlkomunikacn sluzby umoz nujc prnos dat mzi rozhranmi st'ov ych zarzn (ME, Mobil Equipmnt) pro spcikaci rozhran ME stac vrstvy RM OSI 1{3 (TDMA, FDMA, k odov an, FEC,... ) jsou implmntovan jako spojovan sluzby (connction-orintd) jsou poskytovan st s prpojov anm pakt u nbo st s prpojov anm okruh u Dorucovatlsk sluzby, prklady Sluzby pro prnos hlasu a sluzby pro prnos dat prnos dat s t yk a sluzb pro propojov an s PSTN, s ISDN, s vrjn ymi stmi s prpojov anm pakt u,... sluzby pro zprstupnn fyzick vrstvy (OSI 1) + FEC sluzby vrstvy datov ho spoj a st'ov vrstvy (OSI 2, 3) pro opravu chyb a pro rzn toku, napr. RLP, Radio Link Protocol, kvivalnt protokolu HDLC Tlmatick sluzby { Tlkomunication and informatics tak ICT (Information and Communications Tchnology) aplikacn orintovan sluzby { typicky prnos hlasu, SMS, MMS,... pro spcikaci potrbuj vschny vrstvy RM OSI 1{7 jsou implmntovan jako koncov sluzby (nd-to-nd) sluzby mzi dvma koncov ymi trmin aly, TE (Trminal Equipmnt) Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 4 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 5 Tlmatick sluzby, prklady Podrizuj s funkcm bu nkov architktury, bzpcnostnm opatrnm,... Tlkomunikacn sluzby podporujc hlasovou komunikaci mobiln tlfoni { prim arn cl: umoznit mobiln tlfonii v tradicn src p asma 3,1 khz ts nov vol an (Emrgncy numbr) { jdnotn cslo v cl Evrop (112), { povinn a sluzba podporovan a vsmi opr atory sluzb { bzplatn a sluzba { spojn s njvyss prioritou (prmpc ostatnch vol an) multinumbring 1 uzivatl m uz mt vc ISDN-tlfonnch csl Tlkomunikacn sluzby podporujc nhlasovou komunikaci Podp urn sluzby obcn, prklady Nnabzj s samostatn, podporuj pln n z akladnch sluzb U r uzn ych opr ator u, v r uzn ych zmch a v r uzn ych vrzch protokol u s mohou lisit D ulzit podp urn sluzby Idntikac { dod av an csla volajcho Potlacn dod av an csla volajcho Automatick zptn vol an (call-back) Konfrnc napr. az 7 ucastnk u Uzamcn mobilnho trmin alu (pro prchoz / odchoz hovory)... nkdy zvan dopl nkov sluzby SMS, MMS,... Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 6 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 7

3 Bu nkov tlkomunikacn syst my podpora komunikac dvou gogracky libovoln vzd aln ych zarzn, stanic, pricmz jdna nbo ob stanic mohou b yt mobiln stanic gograck y prostor poskytov an sluzb j d ln do dlcch prostor u, bun k { uplat nuj s prostorov y multiplxing v bu nk ach s poskytuj podpora bzdr atov komunikac mobilnch stanic s z akladnou bu nky z akladna bu nky: vyslac, prijmac, radic z akladny bunk jsou propojny (kablovou) podp urnou sluzbn st s ustrdnami a s podp urn ymi datab azov ymi syst my komunikacn spojn mzi komunikujcmi stanicmi zprostrdkov avaj ustrdny na z aklad informac uchov avan ych v podp urn ych DBS Kazd a bu nka m a pridln pro komunikac p asmo frkvnc Ant ny sousdnch z akladn jsou kvidistantn (ssti uhlnikov y vzor) Multiplxov an v prostoru { bu nkov a st' Zjdnodusn y hxagon aln modl Omzn rozpt srn sign alu umoz nuj opakovaně použít nosnou frkvnci v vc bu nk ach pri zachov an urcit vzd alnosti mzi jjich z akladnami (cntry). Nosnou frkvnci lz opakovan pouzt v nsousdnch bu nk ach Probl m barvn grafu. Prklad: pvn pridln nosn ych frkvnc pro opakovan pouzit v vzd alnosti 1. Intrfrnc mzi sousdnmi bu nkami (odlisn barvy) lz zvl adnout vyslacmi a prijmacmi ltry. Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 8 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 9 Bu nkov a st', opakovatlnost pouzit frkvnc Bu nkov a st', opakovatlnost pouzit frkvnc bu nky s stjn ym cslm mohou pouzvat shodn a frkvncn p asma, stjn obarvn bu nky mus pouzvat jdincn a frkvncn p asma pri opakovacm faktoru 3 (4) jsou bu nky s shodn ymi csly oddln 1 (alspo n) bu nkou pri opak. faktoru 7 jsou bu nky s shodn ymi csly oddln 2 bu nkami pri opak. faktoru 19 jsou bu nky s shodn ymi csly oddln 4 bu nkami Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 10 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 11

4 Bu nkov y tlkomunikacn syst m, koncpt Bu nkov y tlkomunikacn syst m (prklad z GSM,..., LTE) MS { mobil station, mobil, mobiln stanic, rsp. UE, Usr Equipmnt (LTE) MSC { mobil switching cntr, ustrdna, podp urn a st' poskytovatl sluzb, m uz s propojovat vc MSC, MSC m uz ovl adat vc bunk BTS { bas trancivr station, vyslac/prijmac z akladna bu nky, rsp. NodB, Evolvd Nod B (LTE) Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 12 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 13 Ustrdnou rzn vol an mzi mobily Bu nkov y tlkomunikacn syst m (prklad { GSM/LTE) Bu nka { prostor pokryt y sign aly BTS / NodB Bu nky nmaj pvn y rozmr cm vc ucastnk u m uz b yt v jist lokalit, tm vtsm poctm mnsch bunk s oblast pokr yv a (bu nky maj koncnou komunikacn kapacitu) rozmr (polomry) bunk s pohybuj v intrvalch 10 2 m az 35 km podl hustoty uzivatl u, gograck ych podmnk, v ykonu vyslac/prijmac,... Sign aly vyslan BTS a MS v sousdnch bu nk ach nsm intrfrovat shodn intrvaly frkvnc prnosov ych kan al u s mohou vyskytovat pouz v nsousdnch bu nk ach (princip zvan y Frquncy-Rus) Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 14 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 15

5 Architktura GSM, pou z vany al ji z p rkonany koncpt Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy Evoluc v rjnych mobiln ch s t 16 PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy 17 Porovnan vlastnost gnrac PLMN Evoluc v rjnych mobiln ch s t Jan Staudk, FI MU Brno Jan Staudk, FI MU Brno 18 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob s t { Bzdratov (mobiln, bunkov ) tlkomunikacn systmy 19

6 LTE/ 4G, prhld LTE/ 4G, prhld St' pln zalozn a na IP, pouzv a prpojov an pakt u pro prnos dat a pro propojn vsch st'ov ych uzl u LTE vc. napojn radiov ych z akladn, pln uplatn n OFDM N avrh jako rozsrn UMTS, spolupracuj s GSM / EDGE... Prim arn cl podpora aplikac vyzadujcch na up/downlink spojch vysokorychlostn prnos dat 300 Mb/s az 1 Gb/s na downlink (auto, vlak, Mb/s) a cca 75 Mb/s az 500 Mb/s na uplink Podpora VoLTE, hlas pomoc LTE v HD kvalit (bz prpojov an okruh u) Podpora VoIP Zptn a kompatibilita na xistujc bzdr atov st Prnos hlasu bz prpojov an okruh u, IP st' Pln a orintac na OFDM (OFDMA downlik, SC-FDMA- uplink) Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 20 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 21 Propojn LTE/ 4G vs. 2G / 3G, GSM / UMTS LTE/ 4G, prhld Duplxing: FDD, TDD Ob tchniky, FDD i TDD, maj sv uplatnn a opr ator pouzv a tu, ktr a vyhovuj pozadavk um na prnos sk alovatln a srka p asma: 20, 15, 10, 5, 3 and 1.4 MHz vhodn i pro IPS (YouTub, Facbook z adaj vlkou srku p asma) agrgac sousdnch p asm lz pouzt i s.p. 100 MHz Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 22 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 23

7 LTE/ 4G, prhld K odov an dat pro prnos: Turbo Cod (spci aln FEC k od) Mobilita Clovou oblast LTE jsou mobiln aplikac pri rychlostch 0 { 15 km/h LTE lz provozovat s vysok ym v ykonm pri rychlostch 15 { 120 km/h LTE lz funkcn podporovat pri rychlostch 120 { 350 km/h uvazuj s o podpor LTE pri rychlostch 350 { 600 km/h Modulacn sch mata digit aln modulac DL: QPSK, 16QAM, 64QAM UL: QPSK, 16QAM, 64QAM pr umr bzdr atov obsluhovan bu nky optim aln: 5 km, s primrn ym v ykonm: 30 km s jst akcptovatln ym v ykonm: 100 km LTE/ 4G, prhld kapacita bu nky: LTE: 200 aktivnch uzivatl u / datov ych klint u (pri src p asma 5 MHz), 4G: az 600 uzivatl u latnc: 5 ms pro uzivatl, 50 ms pro rzn vysok prnosov rychlosti s dosahuj prdvsm aplikac tchnik OFDM (a MIMO) na urovni radiov ho prnosu Vschna LTE zarzn mus podporovat vysl an typu MIMO, ktr z akladn umoz nuj vyslat nkolik datov ych proud u stjn ym nosn ym sign alm soucasn Pro LTE j od poc atku navrzno pouzit MIMO a OFDMA na downlik spoji a SC-FDMA na uplink spoji Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 24 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 25 Architktura st LTE Architkura st LTE, EPC Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 26 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 27

8 Architktura st LTE, E{UTRAN, EPC LTE mobil v jdnom cas komunikuj s pr av jdnou z akladnou (NB) jdn oblasti Vtsina zarzn s pripojuj do st via NB NB vysl a a prijm a radiov a vysl an do/z vsch mobil u v bu nc NB pouzv a funkc pro zpracov an analogov ych a digit alnch sign al u NB rd z akladn oprac vsch sv ych mobil u pomoc zasl an rdicch zpr av (prd avky mzi bu nkami,... ) NB j sama sob radicm, nn pouh ym vyslacm/prijmacm tchnologi prnos u dat { OFDM (DL), SC-FDMA (UL) Architktura st LTE, E{UTRAN, EPC Kazd a NB j napojna na EPC rozhranm (protokolm) S1 Sob blzk z akladny, NB, jsou propojny rozhranm X2 X2 j pouzvan y napr. pro rzn a prd av an pakt u pri prd avc mobilu mzi bu nkami Z akladna m uz mt charaktr domovsk z akladny fmtobu nky, Hom NB, HNB Fmtobu nka poskytuj sluzby uzavrn z akaznick skupin, Closd Subscribr Group, CSG prslusnost z akaznka do CSG j poznacna v USIM fmtobu nka =,,mr nav a bu nka"{..., mikro, nano, piko, fmto, alto,... Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 28 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 29 Architkura st LTE, EPC Architktura st LTE, komponnty Ustrdny, Mobility Managmnt Entity (MME) Dorucovatlsk zpr avy s vym nuj mzi UE a MME Podporuj kontxt UE, idntity, autntizaci, autorizaci vybran a ustrdna rd UE prs rozhran S1{MME Datab az z akaznk u, Hom Subscribr Srvr (HSS) data z akaznka, popis z akaznkm prdplacn ych sluzb do ktr ych PDN s z akaznk pripojuj ktr a MME z akaznka pr av rgistruj autntizacn informac, sifrovac klc z akaznka,... Br ana do st E-UTRAN, Srving Gatway (SGW) prnos pakt u mzi NB a EPC, S1-U Br ana do st IP, PDN Gatway (PGW) rozhran IP konktivity s xtrnmi stmi PDN (Intrnt,...) Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 30 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 31

9 Architktura st LTE, E{architktura sm rov an, roaming LTE st' provozovan a jdnm opr atorm v jdn zmi { Public Land Mobil Ntwork, PLMN ucastnk prihl asn y u sv ho opr atora j v Hom-PLNM, HPLNM kdyz s ucastnk prsun do jin PLNM, j v Visitd-PLNM, VPLNM Vandrujc (roaming) ucastnk j pripojn y k E-UTRAN, MME a S-GW v VPLNM Architktura st LTE, radiov protokoly v E-UTRAN Rzn prnos u v bu nc, UE NB v dvou sf r ach rdic sf ra { v ymna rdicch zpr av mzi z akladnou a mobilm uzivatlsk a sf ra { v ymna datov ych pakt u d al zpracov avan ych protokoly TCP, UDP, IP Tchnologick a b az radiov ych prnos u: P-GW v HPLNM povoluj ucastnkovi si zprstup novat sluzby sv ho opr atora i kdyz tnto s nach az v VPLNM P-GW v VPLNM povoluj lok aln prstupy k Intrntu v VPLNM Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 32 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 33 Architktura st LTE, radiov protokoly Architktura st LTE, radiov protokoly v E-UTRAN Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 34 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 35

10 Architktura st LTE, radiov protokoly v E-UTRAN Architktura st LTE, radiov protokoly v E-UTRAN RRC, Radio Rsourc Control layr kongurac nizsch radiov ych vrstv rozsl an syst mov ych informac ustanovov an, uvol nov an a udrzov an spojn mobilita { prd avky mzi bu nkami Funkcnost rdic sf ry z avis na stavu UE v prostoji, idl: UE vyhld av a a vol bu nku, hld a vyhld avac komunikacn kan al,... pripojn, connctd,: E-UTRAN vyhld av a vhodnou bu nku pro UE Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 36 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 37 Architktura st LTE, radiov protokoly v E-UTRAN Komunikacn kan aly LTE Prs radiov rozhran LTE s data prn as kan aly R uzn typy kan al u sgrguj r uzn typy dat Kan aly rovn z poskytuj rozhran na vyss vrstvy nad MAC v protokolov struktur LTE Kan aly jsou tr typ u Fyzick kan aly { prnosov kan aly, tchnologi pro prnos uzivatlsk ych dat a rdcch zpr av r adiov ym spojnm Transportn kan aly { rozhran fyzick vrstvy na vrstvu MAC (a v ys) Logick kan aly { podpora sluzb vrstvy MAC Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 38 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 39

11 Komunikacn kan aly LTE Komunikacn kan aly LTE Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 40 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 41 Fyzick kan aly LTE Kan aly na downlink spojn, vybran prklady kan aly jsou implmntovan v spcikovan m umstnm v RB OFDMA prp. na jin ych stanovn ych mstch PBCH, Physical Broadcast Channl, modulac QPSK { vysl an info pro UE o vlastnostch NB s priodou 40 ms PCFICH, Physical Control Format Indicator Channl, modulac QPSK { id form atov an OFDM symbol u v PDCCH PDCCH, Physical Downlink Control Channl { rdic zpr avy pro konkrtn UE nbo skupinu UE PDSCH, Physical Downlink Shard CHannl { prnos uzivatlsk ych dat Fyzick kan aly LTE Kan aly na uplink spojn, vybran prklady PUSCH, Physical Uplink Shard Channl { komplmnt kan alu PDSCH na uplink spoji PRACH, Physical Random Accss Channl { jdin nsynchronizovan vysl an UE v LTE, souprn PUCCH, Physical Uplink Control Channl { komplmnt PDCCH na uplink spoji Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 42 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 43

12 Komunikacn kan aly LTE Transportn kan aly { jak s prn as mzi PHY a MAC Broadcast Channl BCH, Downlink Shard Channl DL-SCH Paging Channl PCH, Multicast Channl MCH, Uplink Shard Channl UL-SCH, Random Accss Channl RACH Logick kan aly { co s prn as, sluzby MAC pro RLC uzivatlsk a data (trac channl), rdic zpr avy (control channl) spolcn pro vschny (common), pro jdno UE (ddicatd) prklady: Broadcast Control Channl BCCH, Paging Control Channl PCCH, Common Control Channl CCCH, Ddicatd Control Channl DCCH, Multicast Control Channl MCCH, Ddicatd Trac Channl DTCH, Multicast Trac Channl MTCH Tchnologi LTE OFDM Principy OFDM viz prdn aska o mtod ach MAC Pouzv a s na DL, pro vysl an z NB k UE Vysl an bz po mnoha uzkop asmov ych nosn ych sign alch s srkou p asma 180 KHz msto toho aby s sign al rozprostrl prs cl 5MHZ nosn p asmo LTE OFDM pouzv a pro vysl an prn asn ych dat vlk y poct uzkop asmov ych pod-nosn ych Z akladn zdroj DL spojni v LTE lz zn azornit jako mrzku v caso-frkvncnm zobrazn Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 44 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 45 Tchnologi LTE OFDM Tchnologi LTE OFDMA, ilustrac prid ln DL kan al u Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 46 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 47

13 Tchnologi LTE SC-FDMA Tchnologi LTE SC-FDMA, ilustrac prid ln UL kan al u Principy SC-FDMA viz prdn aska o mtod ach MAC Pouzv a s na UL, pro vysl an z UE k NB jdn a s o jinak k odovanou mtodu OFDM j to mtoda m n n arocn a na nrgii Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 48 Jan Staudk, FI MU Brno PA151 Soudob st { Bzdratov (mobiln, bunkov) tlkomunikacn systmy 49