UMTS

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UMTS

• Referat von Sven Beierlein
• Klasse IAV2
• Fach DVT

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UMTS - Gliederung

• Der Begriff UMTS
• Geschichte
• Verbreitung
• Zellenhierarchie
• Datenraten
• Systemarchitektur
• Datenübertragungsverfahren (WCDMA)
• Vorteile gegenüber GSM
• Dienste
• Endgeräte
• Auswirkungen auf die Gesundheit
• Quellen

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UMTS Der Begriff

• Mobilfunkstandard der ersten Generation sind die
  analogen Mobilfunknetze (A-Netze, B-Netze und
  C-Netz).
• Mobilfunkstandard der zweiten Generation sind GSM
  (Global System for Mobile Communication)
• UMTS steht für Universal Mobile
  Telecommunications System und ist
  Mobilfunkstandard der dritten Generation

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UMTS - Geschichte

• Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die
  Manx Telecom auf der Isle of Man (britische
  Insel) in Betrieb genommen.
• Seit 2004 ist UMTS auch in Deutschland
  kommerziell verfügbar
• Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August
  2000
• sechs Lizenzen zu je ca. acht Milliarden Euro

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UMTS - Geschichte
Betreiber Uplink Downlink damaliger Preis
Vodafone 1.920,3 MHz 1.930,2 MHz 2.110,3 MHz 2.120,2 MHz 16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. )
unbelegt 1.930,2 MHz 1.940,1 MHz 2.120,2 MHz 2.130,1 MHz 16,45 Mrd. DM an Group 3G
E-Plus 1.940,1 MHz 1.950,0 MHz 2.130,1 MHz 2.140,0 MHz 16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. )
unbelegt 1.950,0 MHz 1.959,9 MHz 2.140,0 MHz 2.149,9 MHz (16,37 Mrd. DM an Mobilcom  später zurückgegeben)
O2 1.959,9 MHz 1.969,8 MHz 2.149,9 MHz 2.159,8 MHz 16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. )
T-Mobile 1.969,8 MHz 1.979,7 MHz 2.159,8 MHz 2.169,7 MHz 16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. )
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UMTS - Verbreitung
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UMTS Verbreitung am Bsp. Vodafone
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UMTS - Zellenhierarchie

• Worldzelle, Makrozelle, Mikrozelle, Pikozelle

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UMTS - Zellenhierarchie

• Worldzelle
• Satellitenanbindung (z.B. für die Wüste oder
  Ozean)
• Eigenständiges Funknetzteil (kein UTRAN)
• Technologie für Satellitenübertragung ist noch
  nicht entschieden

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UMTS - Zellenhierarchie

• Makrozelle
• 2 km Reichweite
• Mobilfunkteilnehmer kann sich 500 km/h schnell
  bewegen (bei GSM nur 250 km/h)
• Aufgabe der Makrozellen ist ein Land komplett mit
  UMTS-Diensten zu versorgen

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UMTS - Zellenhierarchie

• Mikrozelle
• 1 km Reichweite
• Mobilfunkteilnehmer kann sich 120 km/h schnell
  bewegen
• Makrozellen werden in Gebieten mit größerer
  Besiedelungsdichte eingesetzt (Großräume um
  Städte herum)

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UMTS - Zellenhierarchie

• Pikozelle
• Reichweite 60m
• Mobilfunkteilnehmer kann sich 10 km/h schnell
  bewegen
• Hauptsächlich im Indoorbereich für schnelle
  Dienste mit hoher Datenrate z.B. Videokonferenz

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UMTS - Datenraten
Zelle Größe Max. Datenrate Max. Geschwindigkeit
Makrozelle 2km 144kbit/s 500km/h
Mikrozelle 1km 384kbit/s 120km/h
Pikozelle 60m 2Mbit/s 10km/h
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UMTS - Systemarchitektur

• Bestandteile
• CBC
• SGSN (Serving GPRS Support Node)
• Organisiert den GPRS Zugang
• MSC-Server (Mobile Switching Center)
• Schnittstelle zwischen Telefonnetz und Funknetz
• MGW
• RNC (Radio Network Controller)
• überwacht die Funkverbindung im UMTS-Netz
• NodeB (bei GSM BTS) UMTS-Basisstation
• Verantwortlich für das Senden der Daten

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UMTS - Systemarchitektur

• Core Network
• Services (Netzwerk)
• UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network )
  angeschlossen am Core Network
• Besteht aus mehreren RNS (Radio Network Subsystem
  )
• Besteht aus mehreren RNCs (Radio Network
  Controller) und NodeBs (Basisstation)

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UMTS - Systemarchitektur
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UMTS - Systemarchitektur

• Softhandover (Zellwechsel)
• Softhandover durch Combining/Splitting
• Handy muss 2 Empfangene Signale kombinieren
• Softer Handover
• Intra RNC Softhandover
• Inter RNC Soft Handover

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UMTS - Systemarchitektur

• Softer Handover
• 2 Zellen, selbe NodeB managed Handover

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UMTS - Systemarchitektur

• Intra RNC Softhandover
• 2 Zellen, 2 NodeBs, selbe RNC managed Handover

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UMTS - Systemarchitektur

• Inter RNC Soft Handover
• 2 Zellen, 2 NodeBs, 2 RNCs
• SRNC (Serving RNC)
• Anbindung an Core Network
• Managing des Handovers
• DRNC (Drift RNC)
• Durchschleusen der Information zu SRNC
• Verwalten der an ihn angeschlossenen NodeB

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UMTS - Systemarchitektur

• Inter RNC Soft Handover

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UMTS DÜ-Verfahren

• WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access)
  Codemultiplexverfahren.
• Spreizt das zu sendende Signal
• Dadurch weniger störanfällig
• Sendeleistung pro Hz kann verringert werden

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UMTS - WCDMA

• Es können sich mehrere Mobilfunkteilnehmer über
  ein Frequenzband an der Zelle anmelden.
• Bei GSM möglich durch Zeitmultiplexing
• Bei UMTS möglich durch Codemultiplexing mit WCDMA
• Vergabe eines orthogonalen Codes (zueinander
  unabhängig) pro Mobilfunkteilnehmer für
  Multiplexing

Medium
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UMTS - WCDMA

• Beispiel mit jeweils 4 Bit
• Codea 1,0,0,1 , Codeb 0,0,1,1
• Umwandlung in NRZ-Signale (No Return to Zero)
• 1 ? -1 und 0 ? 1
• Codea -1,1,1,-1 , Codeb 1,1,-1,-1
• Signale werden in Vektoren umgewandelt

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UMTS - WCDMA

• Vektorendarstellung für Prüfung der
  Orthogonalität durch Anwendung des skalaren
  Produkts (wenn s. P. gleich 0 dann orthogonal)
• ? orthogonal ? Verwendung für 2 Teilnehmer

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UMTS - WCDMA

• Prinzip der orthogonalen Kodierung
• Signal S1 wird mit Code C1 codiert ? S1.C1
• Signal S2 wird mit Code C2 codiert ? S2.C2
• Übertragungssignal gt Summensignal

Kodierung im Sender
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UMTS - WCDMA

• Dekodierung des Summensignals
• Signal S1 Summensignal Code C1
• Signal S2 Summensignal Code C2

Orthogonal 0 !
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UMTS - WCDMA

• Kodierung im Detail
• Bsp. Code mit 4 Bit
• Jedes Bit in 4 Teile teilen
• 1 Teil heißt Chip
• Signal um Faktor 4 größer
• Frequenzspektrum gespreizt
• Codelänge wird so gewählt dass das kodierte
  Signal 3.840.000 Chips/s aufweißt.
• 3.8 Mchips/s passen genau in ein 5
  MHZ-Frequenzband

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UMTS - WCDMA

• Dekodierung
• Kodiertes Signal wieder mit Code multiplizieren

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UMTS WCDMA

• Dekodierung
• Code 1,0,0,1 mit NRZ -1,1,1,-1
• NRZ Werte 4 bzw. -4 wegen Spreizfaktor 4
• Man spricht hier von einem Prozessgewinn
• Je geringer die Datenrate, desto größer der
  Prozessgewinn und umso kleiner die Sendeleistung

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UMTS - WCDMA

• Eigene Codeklasse für UMTS
• Channelizationscode (Spreadingcode, OSFV
  Orthogonale Spreiz Faktor Variable)
• Bildungsgesetz der Codepunkte für den Codebaum
• Oben wiederholt man das gleiche Muster
• Unten wiederholt man das invertierte Muster

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UMTS - WCDMA

• Gestartet wird beim Codebaum mit 1
• z.B. C4,2 sagt aus dass der Code aus 4 Zeichen
  besteht, einen Spreizfaktor von 4 hat und dass
  der Code der 2. von oben in der Ebene mit
  Spreizfaktor 4 ist

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UMTS - WCDMA

• Orthogonalität der Codes zueinander
• z.B. Code C4,2 wird vergeben
• Es dürfen nur orthogonale Codes weiterhin
  vergeben werden also C1,1, C2,1, C8,3, C8,4,
  C16,5, C16,6, C16,7, C16,8, sind tabu

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UMTS - WCDMA

• Überprüfung des Baumcodes auf Regelorthogonalität
• orthogonal (C4,2 und C8,8) nicht
  orthogonal(C4,2 und C8,3)

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UMTS - WCDMA

• Nutzraten und deren Spreizfaktoren
• Nutzdatenrate Spreizfaktor 3,84 Mchip/s

Nutzrate (kanalkodiert) Spreizfaktor Chiprate
960 kb/s 4 3,84 Mchip/s
480 kb/s 8 3,84 Mchip/s
240 kb/s 16 3,84 Mchip/s
120 kb/s 32 3,84 Mchip/s
60 kb/s 64 3,84 Mchip/s
30 kb/s 128 3,84 Mchip/s
15 kb/s 256 3,84 Mchip/s
7,5 kb/s 512 3,84 Mchip/s
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UMTS Vorteile

• Effizient nutzbare Frequenzbandauslastung als bei
  GSM
• Höhere Datenrate
• Mehr Privatsicherheit
• Längere Gesprächszeit für Handys - dank
  geringerer Sendeleistung
• Größere Reichweiten zwischen Handy und
  Bodenstation für Gespräche
• Schnellerer und sicherer Rufaufbau
• Datenraten nach Bedarf, die sich dynamisch der
  Netzwerkkapazität anpassen können
• Sehr gute QoS-Profile für attraktive Dienste
  (hochqualitative VoIP-Dienste in Zukunft möglich)
  
• Empfänger/Sendetechnik operiert mehr im
  mathematischen als physikalischen Bereich

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UMTS - Dienste

• Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und
  Videotelefonie)
• Nachrichtendienste (Unified Messaging,
  Video-Sprach-Mail, Chat)
• Informationsverteilung (Internetzugang
  -gtz.B.World Wide Web browsing, Informationsdienste
  , öffentliche Dienste)
• Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation,
  Fahrerunterstützung)
• Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in
  geschlossenen Räumen)
• Massendienste (Bankdienste, e-Commerce,
  Überwachung, Beratungsdienste)

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UMTS - Endgeräte

• PCMCIA Karte zum Anschluss an den PC
• Mobiltelefon

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UMTS gesundheitl. Auswirkungen

• UMTS Sendeanlagen verursachen Übelkeit und
  Kopfschmerzen (Feldstudie 2003)
• Keine Zunahme von Hirntumoren durch Mobiltelefone
  (diverse Studien 2006/2007)
• GSM-Handys verursachen bei Ratten Gehirnschäden
  (Studie von 2003)
• Strahlung führt zu einer Erwärmung des Gewebes
  (Studie von 2004)

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UMTS - Quellen

• www.wikipedia.de
• www.umtslink.at
• www.moilpo.de
• netmap.vodafone.de
• www.umts-report.de
• www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/index.htm