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