Z telefonów komórkowych korzystają już trzy miliardy mieszkańców Ziemi: rozmawiają, przesyłają SMS-y, zdjęcia i filmy, serfują po Internecie. Obecnie najszybciej rozwija się system UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), jeden z systemów trzeciej generacji (3G). Sieci UMTS oferują użytkownikom nowe rodzaje usług telekomunikacyjnych (w tym transmisje multimedialne, szybki dostęp do Internetu, usługi oparte na lokalizacji abonenta), zapewniając wysoką jakość świadczonych usług i niedostępne wcześniej (w sieciach komórkowych) szybkości transmisji. Czytelnicy zainteresowani tematyką systemów telefonii komórkowej znajdą w książce wiele przydatnych informacji dotyczących systemu UMTS m. in. - omówienie oferowanych usług i środków ich realizacji, - opis architektury sieci, - zasady przesyłania informacji w sieci, - opis sygnałów przesyłanych droga radiową (techniką WCDMA), - omówienie działania systemu (przedstawienie podstawowych procedur systemowych), - podstawowe informacje dotyczące pomiarów sygnałów i urządzeń radiowych UMTS. W dodatkach do książki przypomniano również podstawowe wiadomości dotyczące transmisji w kanale radiowym i działania systemów CDMA. Drugie wydanie książki ukazuje się po czterech latach od wydania pierwszego. W tym czasie system UMTS rozwinął się nie tylko ilościowo (wówczas ponad 100 mln użytkowników na świecie), lecz także jakościowo (w kolejnych wersjach standardu pojawiło się wiele nowych rozwiązań technicznych). Odzwierciedlają to znaczne zmiany w niniejszej publikacji, w której zawarto rozdziały poświęcone nowym usługom i technikom transmisji, m.in.: - szybkiej transmisji pakietowej w łączu radiowym (HSDPA i HSUPA), - transmisjom multimedialnym w podsystemie IMS, - przewidywanemu rozwojowi systemu UMTS (w tym systemowi LTE). Układ i zawartość pozostałych rozdziałów również istotnie zmieniono, w celu ich aktualizacji i rozszerzenia zakresu prezentowanych zagadnienń oraz ułatwienia odbioru treści przez Czytelnika.
|
PRZEDMOWA 13 1. GENEZA SYSTEMU 17 1.1. Istota systemu komórkowego 17 1.2. Ewolucja systemów komórkowych 21 1.3. Systemy komórkowe drugiej generacji 23 1.4. Geneza systemów trzeciej generacji 29 1.4.1. Wstęp 29 1.4.2. Założenia systemu IMT-2000 30 1.4.3. Zasoby widmowe 34 1.5. Standaryzacja systemu UMTS 36 1.5.1. Rola organizacji 3GPP 36 1.5.2. Rozwój standardu 37 1.5.3. Stan obecny wdrożenia systemu 39 Literatura 42 2. USŁUGI W SYSTEMIE UMTS 43 2.1. Usługi i aplikacje 43 2.2. Klasyfikacja usług i koncepcja ich realizacji 44 2.2.1. Klasyfikacja usług 44 2.2.2. Koncepcja realizacji usług 47 2.3. Usługi przenoszenia 48 2.4. Teleusługi 49 2.4.1. Klasyfikacja teleusług 49 2.4.2. Telefonia 49 2.4.3. Transmisja krótkich wiadomości 50 2.4.4. Transmisja faksów 51 2.5. Usługi dodatkowe 51 2.6. Pakietowe usługi multimedialne 54 2.6.1. Klasyfikacja pakietowych usług multimedialnych 54 2.6.2. Strumień danych pakietowych 54 2.6.3. Rozsiewcza transmisja multimedialna 55 2.6.4. Globalna telefonia tekstowa 56 2.6.5. Multimedialne usługi powiadamiania 57 2.7. Inne usługi o wartości dodanej 58 2.7.1. Wiadomości multimedialne 58 2.7.2. Tryb Naciśnij i mów 59 2.8. Kodeki wykorzystywane do transmisji multimedialnych 59 2.9. Jakość usług 60 2.10. Wirtualne środowisko macierzyste 63 2.11. Rynek usług 64 Literatura 66 3. ARCHITEKTURA SIECI 68 3.1. Wprowadzenie 68 3.2. Stacja ruchoma systemu UMTS 70 3.2.1. Struktura stacji ruchomej 70 3.2.2. Moduł USIM 71 3.2.3. Terminal 72 3.3. Architektura radiowej sieci dostępowej 73 3.3.1. Podsystem stacji bazowych GSM 73 3.3.2. Architektura sieci UTRAN 75 3.3.3. Architektura sieci GERAN 76 3.4. Architektura sieci szkieletowej 77 3.4.1. Domeny w sieci szkieletowej 77 3.4.2. Domena komutacji łączy 78 3.4.3. Domena komutacji pakietów 81 3.4.4. Elementy architektury wspólne dla obu domen 82 3.4.5. Współpraca pomiędzy siecią szkieletową i sieciami radiowymi 83 Literatura 84 4. TRANSMISJA INFORMACJI W SYSTEMIE UMTS 86 4.1. Wprowadzenie 86 4.2. Ogólne zasady transmisji informacji 87 4.3. Transmisja w sieci szkieletowej 89 4.3.1. Transmisja w domenie komutacji łączy 89 4.3.2. Transmisja w domenie komutacji pakietów 91 4.4. .Transmisja w sieci UTRAN 97 4.4.1. Kanały w interfejsie radiowym UTRAN 97 4.4.2. Kanały logiczne 98 4.4.3. Kanały transportowe 98 4.4.4. Przypisanie kanałów transportowych kanałom logicznym 102 4.4.5. Kanały fizyczne 104 4.4.6. Przypisanie kanałów fizycznych kanałom transportowym 109 4.5. Protokóły w sieci UMTS 114 4.5.1. Wprowadzenie 114 4.5.2. Protokóły w sieci UTRAN 117 4.5.3. Protokóły w domenie komutacji łączy 122 4.5.4. Protokóły w domenie komutacji pakietów 123 4.6. Transmisja sygnałów mowy 124 4.6.1. Kodowanie mowy w systemie UMTS 124 4.6.2. Rozszerzenia zaproponowane w kodeku AMR-WB+ 129 4.6.3. Sterowanie pracą kodeka AMR 129 4.6.4. Realizacja transmisji 130 4.6.5. Realizacja transmisji z pominięciem funkcji transkodowanie 130 4.7. Transmisja informacji do sieci zewnętrznych 132 4.7.1. Współpraca domeny komutacji łączy z zewnętrznymi sieciami PSTN i ISDN 132 4.7.2. Współpraca domeny pakietowej z zewnętrznymi sieciami pakietowymi 133 Literatura 134 5. ŁĄCZE RADIOWE SYSTEMU UMTS 137 5.1. Wprowadzenie 137 5.2. Podstawowe właściwości sygnałów łącza radiowego segmentu naziemnego systemu 139 5.2.1. Zakresy częstotliwości 139 5.2.2. Techniki wielodostępu 140 5.3. Łącze FDD 144 5.3.1. Założenia 144 5.3.2. Wytwarzanie sygnałów łącza radiowego 144 5.3.3. Rozpraszanie 146 5.3.4. Ciągi skramblujące i synchronizacyjne 150 5.3.5. Modulacja 154 5.3.6. Przetwarzanie sygnałów do transmisji w łączu w górę 155 5.3.7. Przetwarzanie sygnałów do transmisji w łączu w dół 160 5.3.8. Tryb skompresowany 165 5.4. Łącza TDD 166 5.4.1. Założenia 166 5.4.2. Tryb TDD/HCR- szczeliny i pakiety 169 5.4.3. Tryb TDD/HCR - rozpraszanie, skramblowanie, modulacja 170 5.4.4. Tryb TDD/HCR - przetwarzanie sygnałów do transmisji w łączu w górę 172 5.4.5. Tryb TDD/HCR - przetwarzanie sygnałów do transmisji w łączu w dół 172 5.4.6. Transmisja w trybie TDD/LCR 173 5.5. Wybrane techniki nadawania i odbioru 175 5.5.1. Odbiornik RAKE 175 5.5.2. Techniki detekcji łącznej 179 5.5.3. Transmisja zbiorcza 181 5.5.4. Transmisja MIMO 184 5.6. Urządzenia radiowe systemu UMTS 185 5.6.1. Stacje ruchome 185 5.6.2. Stacje bazowe 190 5.6.3. Układy retransmisyjne (repeatery) 191 5.7. Łącze radiowe w segmencie satelitarnym 193 Literatura 195 6. ZAGADNIENIA ZWIĄZANE Z DOSTĘPEM STACJI RUCHOMEJ DO SIECI UMTS 198 6.1. Wprowadzenie 198 6.2. Struktura przestrzenna sieci UMTS 200 6.3. Przechowywanie informacji o lokalizacji 204 6.4. Identyfikatory stacji ruchomej 204 6.4.1. Identyfikatory o zasięgu globalnym 205 6.4.2. Identyfikatory o zasięgu lokalnym 206 6.4.3. Identyfikatory w sieci UTRAN 207 6.5. Transmisja informacji systemowych 208 6.6. Synchronizacja stacji ruchomej 210 6.7. Wybór sieci i komórki 212 6.7.1. Wstęp 212 6.7.2. Wybór sieci 213 6.7.3. Wybór komórki 215 6.8. Stany związane z przemieszczaniem się stacji ruchomej 219 Literatura 221 7. ZARZĄDZANIE ZASOBAMI RADIOWYMI 222 7.1. Wprowadzenie 222 7.2. Przywołanie stacji ruchomej 226 7.3. Przydział zasobów dla stacji ruchomej 229 7.3.1. Sterowanie dostępem do sieci 229 7.3.2. Procedura dostępu do kanału RACH w trybie FDD 230 7.3.3. Procedury dostępu w trybie TDD 233 7.4. Rola protokółu RRC w realizacji połączeń 234 7.4.1. Zarządzanie połączeniami RRC 234 7.4.2. Zarządzanie nośnikami w interfejsie radiowym 237 7.5. Zarządzanie obciążeniem interfejsu radiowego 238 7.5.1. Organizacja procesu sterowania 238 7.5.2. Sterowanie przyjmowaniem zgłoszeń 240 7.5.3. Przydział zasobów dla transmisji pakietowych 244 7.5.4. Przeciwdziałanie przeciążeniom sieci 246 7.6. Realizacja pomiarów przez stacje bazowe i ruchome 248 7.6.1. Ogólne zasady przetwarzania wyników pomiarów 248 7.6.2. Pomiary wykonywane przez stacje ruchome 250 7.6.3. Pomiary wykonywane przez stacje bazowe 255 7.6.4. Pomiary w trybie skompresowanym 256 7.7. Przenoszenie połączeń 256 7.7.1. Wprowadzenie 256 7.7.2. Klasyfikacja przeniesień 258 7.7.3. Przeniesienie miękkie 259 7.7.4. Przeniesienie miękkie pomiędzy sektorami komórki 263 7.7.5. Przeniesienie twarde 264 7.7.6. Relokacja sterowników SRNC 265 7.7.7. Przenoszenie połączeń pomiędzy sieciami GSM i UMTS 266 7.8. Regulacja mocy 270 7.8.1. Cele i przyczyny regulacji mocy 270 7.8.2. Regulacja mocy w pętli otwartej 273 7.8.3. Regulacja mocy w pętli zewnętrznej 274 7.8.4. Regulacja mocy w pętli zamkniętej 275 7.8.5. Regulacja mocy podczas miękkiego przenoszenia połączeń 277 7.8.6. Regulacja mocy w trybie TDD 278 Literatura 280 8. SZYBKA TRANSMISJA PAKIETOWA HSPA (HSDPA I HSUPA) 282 8.1. Wprowadzenie 282 8.2. Możliwości zwiększenia przepływności w interfejsie radiowym 284 8.3. Nowe techniki transmisji 286 8.4. Transmisja HSDPA 289 8.4.1. Dodatkowe kanały transportowe i fizyczne 289 8.4.2. Wybrane aspekty transmisyjne 291 8.5. Transmisja HSUPA 292 8.5.1. Dodatkowe kanały transportowe i fizyczne 292 8.5.2. Wybrane aspekty transmisyjne 294 8.6. Przypisanie kanałów fizycznych kanałom transportowym z uwzględnieniem transmisji HSPA 296 8.7. Architektura sieci 297 Literatura 299 9. WYBRANE PROCEDURY REALIZACJI POŁĄCZEŃ I AKTUALIZACJI INFORMACJI W DOMENIE KOMUTACJI ŁĄCZY 301 9.1. Wprowadzenie 301 9.2. Procedury aktualizacji informacji związanej z przemieszczaniem się stacji ruchomej 302 9.2.1. Klasyfikacja procedur 302 9.2.2. Procedury aktualizacji informacji o położeniu stacji ruchomej 302 9.2.3. Procedury dołączania stacji ruchomej do sieci 305 9.2.4. Procedury odłączania stacji ruchomej od sieci 305 9.2.5. Procedury usuwania danych stacji ruchomej z rejestru VLR 306 9.3. Usprawnienia procesu aktualizacji 307 9.3.1. Tranzytowy rejestr lokalizacji 307 9.3.2. Mechanizm "superdoładowania" 308 9.4. Realizacja połączeń w domenie komutacji łączy 309 9.4.1. Wprowadzenie 309 9.4.2. Połączenia zestawiane z inicjatywy użytkownika sieci komórkowej 310 9.4.3. Połączenia zestawiane do abonenta sieci komórkowej 312 9.4.4. Zestawianie połączeń multimedialnych wykorzystujących transmisję z komutacją łączy 315 9.4.5. Zwalnianie połączeń 315 9.4.6. Optymalizacja zestawiania połączeń 316 Literatura 317 10. WYBRANE PROCEDURY REALIZACJI POŁĄCZEŃ I AKTUALIZACJI INFORMACJI W DOMENIE KOMUTACJI PAKIETÓW 318 10.1. Wprowadzenie 318 10.2. Dołączanie stacji ruchomej do sieci 319 10.3. Odłączanie stacji ruchomej od sieci 321 10.4. Aktualizacja informacji o położeniu stacji ruchomej po zmianie obszaru rutowania 321 10.5. Zarządzanie kontekstami PDP 324 Literatura 325 11. ZABEZPIECZENIA W SYSTEMIE UMTS 326 11.1. Zagrożenia 326 11.2. Klasyfikacja zabezpieczeń w systemie UMTS 328 11.3. Zabezpieczenia dostępu do sieci 329 11.3.1. Klasyfikacja zabezpieczeń 329 11.3.2. Uwierzytelnianie abonenta i sieci 330 11.3.3. Szyfrowanie 335 11.3.4. Kontrola integralności danych 336 11.3.5. Tymczasowy numer abonenta 337 11.3.6. Sprawdzanie terminali 337 11.3.7. Inicjalizacja mechanizmów zabezpieczających 338 11.3.8. Współdziałanie systemów zabezpieczeń UMTS i GSM 339 11.4. Zabezpieczenia sieci szkieletowej 340 Literatura 342 12. ŚRODKI REALIZACJI USŁUG W SYSTEMIE UMTS 343 12.1. Wprowadzenie 343 12.2. Platforma CAMEL 344 12.3. Środowisko programowe karty USIM 347 12.4. Środowisko MExE 349 12.5. Metody lokalizacji stacji ruchomej 351 12.5.1. Cele lokalizacji i problemy związane z wyznaczaniem położenia stacji ruchomej 351 12.5.2. Klasyfikacja metod lokalizacji terminala 353 12.5.3. Przegląd metod stosowanych w systemach komórkowych 354 12.5.4. Porównanie metod lokalizacji terminala 360 12.5.5. Metody lokalizacji terminala zdefiniowane w standardzie UMTS 361 12.5.6. Wpływ usług lokalizacyjnych na architekturę sieci UMTS 362 12.6. Środowisko OSA 365 Literatura 366 13. PODSYSTEM IMS 368 13.1. Wprowadzenie 368 13.2. Architektura podsystemu 369 13.2.1. Architektura funkcjonalna 369 13.2.2. Interfejsy i protokóły 371 13.3. Realizacja usług 372 13.4. Identyfikacja użytkownika 373 13.5. Dostęp do usług podsystemu IMS 374 13.5.1. Ogólne zasady dostępu do usług 374 13.5.2. Procedura lokalizacji serwera P-CSCF 374 13.5.3. Rejestracja 375 13.6. Realizacja transmisji multimedialnych 377 13.6.1. Ogólne zasady realizacji transmisji 377 13.6.2. Przykładowy przebieg procedury inicjalizacji sesji 377 Literatura 379 14. POMIARY SYGNAŁÓW I URZĄDZEŃ SIECI RADIOWEJ UMTS 380 14.1. Specyfika pomiarów sygnałów i urządzeń radiowych systemu UMTS 380 14.2. Badania sygnałów 382 14.2.1. Odwzorowania sygnałów 382 14.2.2. Miary jakości sygnałów 391 14.2.3. Przykładowe zniekształcenia sygnałów 394 14.2.4. Pomiary sygnałów w praktyce 397 14.3. Pomiary urządzeń radiowych 398 14.3.1. Ogólne zasady pomiarów 398 14.3.2. Pomiary nadajników 399 14.3.3. Pomiary odbiorników 405 14.3.4. Przykładowe stanowiska pomiarowe 408 Literatura 409 15. WYBRANE ZAGADNIENIA PLANOWANIA SIECI UMTS 411 15.1. Wprowadzenie 411 15.2. Specyfika projektowania sieci CDMA 413 15.3. Podstawowe zagadnienia planowania sieci radiowej UMTS 414 15.3.1. Etapy planowania 414 15.3.2. Kanał transmisyjny 415 15.3.3. Modelowanie propagacji 416 15.3.4. Przykład bilansu łącza w górę 421 15.3.5. Przykład bilansu łącza w dół dla kanału CPICH 425 Literatura 427 16. ROZWÓJ SYSTEMU UMTS 429 16.1. Wprowadzenie 429 16.2. Ewolucja systemu HSPA 430 16.3. Sieci GAN/EGAN 433 16.4. System LTE 435 16.4.1. Geneza systemu 435 16.4.2. Architektura SAE/EPS 436 16.4.3. Sieć radiowa E-UTRAN 437 16.4.4. Procedury związane z warstwą fizyczną 443 Literatura 444 17. ROZWÓJ OTOCZENIA SYSTEMU UMTS 446 17.1. Wprowadzenie 446 17.2. System komórkowy trzeciej generacji - CDMA2000 448 17.3. Bezprzewodowe lokalne sieci komputerowe WLAN 451 17.4. Osobiste sieci bezprzewodowe WPAN 453 17.5. Sieci WiMAX 457 17.6. Systemy kolejnej generacji (4G) 460 17.7. Platformy stratosferyczne (HAPs) 463 Literatura 465 DODATKI 469 D1. Podstawowe techniki transmisji dwukierunkowej i wielodostępu 469 D2. Modulacje z k1uczowaniem fazy (PSK) 471 D3. Ograniczenia transmisji w kanale radiowym 480 D3.1. Przepustowość kanału transmisyjnego 480 D3.2. Zjawiska zachodzące w radiowym kanale transmisyjnym 484 D3.3. Konsekwencje transmisji w kanale radiowym 490 D4. Podstawowe właściwości sygnałów w łączu radiowym systemu GSM i GSM/GPRS/EDGE 492 D5. Podstawowe właściwości sygnałów i systemów CDMA (z bezpośrednim rozpraszaniem kodowym) 498 D5.1. Zasada rozpraszania bezpośredniego 498 D5.2. Zastosowanie kwadraturowej modulacji fazy QPSK 502 D5.3. Zagadnienie pojemności jednokomórkowego systemu z wielodostępem CDMA 503 D6. Wykaz protokółów 508 Literatura 514 Indeks 517 |