UMTS 13.00 - 14.30

Siemens Nederland N.V. 2002

UMTS Technology ExplainedErrol Nasierkhan

Get a bit more. Siemens.

1 25 januari 2002

UMTS Technology Explained

Ir. Errol M.F. NasierkhanUMTS System [email protected]+31 70 333 2477+31 651263809




2 25 januari 2002

UMTS 13.00 - 14.30• Demo filmpjes 1 Overzicht standaardisatie en concepten UMTS Netwerk Architectuur Vergelijking GSM & UMTS CDMA in UMTS

3G spectrum, Duplex/Multiplex Utra Codes Power Control Handover

Demo filmpjes 2 Planning aspecten UMTS Licentie procedure Conclusies




3 25 januari 2002







4 25 januari 2002

Door ITU goedgekeurde Radio Specifications(Helsinki november 1999)

IMT-2000 Terrestrial Radio Interfaces

IMT-DS(Direct Spread)

IMT-MC(Multi Carrier)

IMT-TC(Time Code)

IMT-SC(Single Carrier)

IMT-FT(Freq. Time)

FDMATDMACDMA

W-CDMAUTRAN-FDD

cdma2000 UTRAN-TDD*

TD-SCDMA**UWC-136(EDGE)

DECT

IMT-TC(Time Code)

IMT-TC(Time Code)

* TDDHCR** TDDLCR




5 25 januari 2002

IMT-2000 concept

• Wereld wijd, “seamless” toegang• Compatibiliteit binnen de IMT-2000 familie• Downwards compatibel met 2G systemen• Fixed Mobile Convergence (FMC)• Hoge data snelheden• Multi-media applicaties• CS & PS data transport




6 25 januari 2002

3G vereisten volgens IMT-2000:

Om de “High Speed Data” eisen te verwezenlijken dient een 3G air-interface het volgende te ondersteunen:

• 144 kbs data voor “hoge snelheid mobiliteit”• 384 kbs data voor voetgangers of “lage snelheid mobiliteit”• 2 Mbps voor stationair




7 25 januari 2002

2G naar 3G Migratie

IS-95A/B

PDC

GSM

IS-136

2G

EDGEHSCSD

2.5G

GPRS

EDGE

3GPP

EDGE

W-CDMA

3G

3GPP2

1xEV-DOIS-2000 (SR1)




8 25 januari 2002

4-Zone Concept in UMTS

‘Suburban’ Macro Cell Celgrootte: 350m -

20km randstad/platteland Hoge mobiliteit (120-

500km/h) 144 - 385kbps

‘Indoor’ Pico Cell Celgrootte: enkele

10m’s Kantoor/Thuis Lage mobiliteit (< 10

km/h) 2Mbps

‘Urban’ Micro Cell Celgrootte: 50 - 300m ‘Hot spots’

(binnenstad, stadions, stations, luchthavens, etc.)

Matig mobiliteit (10 - 120km/h)

384kbps

‘Global’ World Cell Celgrootte: 10 -

1000km’s ‘Mobile Satellite

System’ (MSS) Zeer hoge mobiliteit

( 1000km/h) 144 kbps




9 25 januari 2002

UMTS provides efficient Mobile Communication with seamless IT & TelCo Integration

Audio - Video - Data

ISDN services Video telefonie Breedband data services

Computer Internet E-mail Real-time image

transfer Multimedia

document transfer Mobile computing

Video on demand Interactieve video

services TV/radio/data

contribution & distribution

– mobility– wideband

services

UMTS

– mobility– high speed

services

– mobility– personal

services

Telecommunication

Siemens UMTS Visie: „Convergence – Creating a Universe of One™“

UMTS IMT-2000




10 25 januari 2002







11 25 januari 2002

othercircuit/voice networks

otherpacket/IPnetworks

MAP INAP

GGSN

G-MSC

Release‘99Core Network

Gn

ISUP MSC

SGSN

HLR SCP

3GPP R’ 99 Core Network + 3GPP R’99 RAN

CommonCommon

Gi

Abis

2.5G-RAN

BSCBTSUm

AGb

3G-MSC

3G-SGSN

U-MSC

3G-UTRAN

Iub

NodeBFDD

NodeBTDD

RNC Iu

ATM

Iub

NodeBFDD

NodeBTDD

RNCIu

IurUu




12 25 januari 2002

3GPP R’99 Core Netwerk

• De bestaande GSM en GPRS core netwerken dienen aangepast te worden om ook UMTS te ondersteunen

• Introductie van de ATM platform

• Service Platform CAMEL (Customer Application for Mobile Network) dient uitgebreid en aangepast te worden voor UMTS diensten

MAP INAP

GGSN

G-MSC

Release‘99Core Network

Gn

ISUP MSC

HLR SCP

Common

3G-MSC

3G-SGSN

U-MSC




13 25 januari 2002

3GPP R’99 RAN - Elementen en Interfaces

3G-UTRAN

Iub

NodeBFDD

NodeBTDD

RNCIu

ATM

Iub

NodeBFDD

NodeBTDD

RNCIu

IurUu

RNC Radio Netwerk Controller:• Controleert één of meer Node B’s,• Mobility management,• Call processing,• Handover mechanismen

Node B (TDD/FDD):• Ondersteunt één of meer cellen (pico/micro/macro)• Voert Handover beslissingen uit

RNS

Interfaces (ATM gebaseerd):• Iu - interface tussen RAN en CN (CS en PS)• Iub - interface tussen RNC en Node B• Iur - Interface tussen (S/D)RNC’s

Air-interface • Uu - WCDMA (Wideband CDMA)




14 25 januari 2002







15 25 januari 2002

Vergelijking GSM & UMTS

ME BTS

Um Interface (FDMA/TDMA)

BTS BSC

A bis Interface (Properitary - geen protocol stackgedefinieerd) maakt gebruik van TDM transmissie

BSC MSCA interface maakt gebruik van TDM transmissie

BSC SGSNGb (GPRS)

BSC BSC Geen interface

UE NodeB

Uu Interface (CDMA)

NodeB RNC

Iub Interface (Open interface defined) gebaseerd op ATM transport technologie

RNC Core Network Iu (CS) & Iu (PS) gebaseerd op ATM transport technologie

RNC RNC

Iur (FDD, i.g.v. handover tussen RNC’s) gebaseerd op ATM transport technologie

GSM UMTS




16 25 januari 2002







17 25 januari 2002

20 (35) MHz forunpaired UTRA (TDD)

1920 1980 2110 2170

15 20 60 30 15 60 30

MHz

2 * 60 MHz forpaired UTRA (FDD)

2 * 30 MHz forsatelite

Europese Spectrum Allocatie voor UTRA1900 2010-25




18 25 januari 2002

Duplex Transmissie: FDD & TDD

UL DL

Uplinkkanaal

Downlinkkanaal

Frequentie split FrequentieFDD

Uplinkkanaal

Downlinkkanaal

Tijd split TijdTDD

Energy

Energie

DuplexingScheiding van “Uplink” (UL) en “Downlink” (DL)

verkeerUL: Mobiel -> Base StationDL: Base Station -> Mobile

Twee methoden:FDD: “Frequency Divison Duplex”

Twee gepaarde frequenties gescheiden voor UL en DL TDD: “Time Division Duplex”

Eén “ongepaarde” frequentie waarin UL en DL “flexibel” in de tijd worden gealloceert

UL/DL




19 25 januari 2002

Multiplex Methoden

FDMA

f

P t

1 2 3

P Powerf Frequency

CDMAP

f

t

1

2

3

TDMAP

f

t

3

2

1




20 25 januari 2002

CDMA (Code Division Multiple Access)

• “Spread Spectrum Technology”: een smalbandig signaal met hoge bitenergie wordt getransformeerd naar een breedbandig signaal met lage bitenergie dichtheid (‘informatie wordt versleutelt in ruisniveau’)

• De zender vermenigvuldigt het oorspronkelijk signaal met een “spreading code” en verstuurt het resultaat

• Alle gebruikers zenden (continue) in dezelfde frequentiekanaal• De ontvanger vermenigvuldigt het ontvangen signaal met de

“spreading code” en genereert zo het oorspronkelijk signaal• De spreading codes zijn “(quasi) orthogonale codes”




21 25 januari 2002

CDMA Principe

spreadingcombining de-spreading

Oorspronkelijk Signaal

f

P

P

fSpreaded

Signaal

P

P

f

f

van beideop air-interface

P

f

Resultaat na de-spreading

P

Pf

f




22 25 januari 2002

Voordelen van CDMA t.o.v. andere access technologieën:

• Stabiliteit:– Smal band ruis– Multi-pad interferentie

• “Soft capacity” limiet• “Soft Handover”• Simpel frequentie planning (re-use factor 1)

Note: Power Control 5 1

6 42 3

571 1 1

1 11 1

111




23 25 januari 2002

Wideband-CDMA (FDD methode)

Downlink2110 - 2170 MHz

max 512

cont.

Frequency

5 MHz

Time10 ms0 ms0

Code

Uplink1920 - 1980 MHz

max 256Frequency

5 MHz

Time10 ms0 ms0

Code cont.




24 25 januari 2002

Time Division-CDMA (TDD methode)

Uplink ()

Up-or Downlink ()()

Downlink ()

Asymmetry13:2 or 2:13

14 : 2

2 : 14

max 16Frequency

5 MHz

Time667µs0 ms0

Code

10 ms




25 25 januari 2002

FDD versus TDD

Multiplex technologyBandwidthFrequency Re-useHandoverModulationChip Ratemax. Datarate (ETSI)

Spreading Factor

Transmission

FDD - ComponentW-CDMA

2*5 MHz paired

1

Soft

QPSK

3.84 Mcps

384 kbps (high mobility)

4 – 256

Continuous Transmission

TDD - ComponentTD-CDMA

1*5 MHz unpaired

1

Hard

QPSK

3.84 Mcps

2 Mbps (low mobility)

1, 2, 4, 8, 16

15 Timeslots

QPSK: Quaternary Phase Shift Keying




26 25 januari 2002

UTRA CC en SC codes in de DL

SC 2CC 1

CC 2

CC 3

CC 4

Appl. 1

Appl. 2

Node-B

SC 1

Node-B

“Channelization Codes” (CC): scheiding van kanalen van één bron

“Scrambling codes” (SC): scheiding van verschillende bronnen




27 25 januari 2002

UTRA CC en SC code in UL

SC 2CC 1CC 2

Node-B

CC 1

CC 2

CC 3

SC1

“Scrambling Codes” (SC): scheiding van verschillende bronnen

“Channelization codes” (CC): scheiding van kanalen van één bron




28 25 januari 2002

Structuur in UTRA Codes

C C 1,0=(1)

C C 2,1=(1 ,-1)

C C 4,0=(1 ,1 ,1,1)

C C 4,2=(1,-1,1 ,-1)

C C 4,1=(1,-1,-1 ,1)

C C 2,0=(1,1)

C C 4,1=(1 ,1,-1 ,-1)

S F=1 S F=2 S F=4

. . . . . .. .

.. .

.

C C 256,1

C C 256,2

C C 256,255

C C 256,256

S F=256“Channelization Codes”

Scrambling Codes

FDD: BTS/UE “Gold Codes




29 25 januari 2002

Power Control in CDMA systemen

Essentieel in CDMA systemen:Snel Power Control systeem

Node-BUE1 UE2

D1 D2

“Near-Far problem”Limiteren van interferentie

Snelheid van de mobile gebruikerD: DistanceUE: User Equipment




30 25 januari 2002

UTRA Power Control Types

“Open Loop Power Control”Vaststellen van de initiële

zendvermogen in de UL v/d UE

Node-B

“Inner Loop Power Control”– UL/DL: Node B commandeert UE TPC

up/down (SIR versus SIRdef)– 1500 PC cycli/sec

“Outer Loop Power Control”RNC legt de waarde van SIRdef vast op

basis van de kwaliteit v/d actuele radio kanaal

SIR: Signal-to- Interference RatioTPC: Transmit Power Control

Node-BRNC




31 25 januari 2002

Handover (HO) beslissingen

UE:Bepaald signaal- kwaliteit en sterkte van eigen en lokale Node B

Node B:Bepaald signaal- kwaliteit en signaalsterkte

Meetwaarden

Rapportgemeten waarden RNC

HOVbeslissing

UMTS Handover• Geïnitieerd door RNC• Uitgevoerd door UE

Analyse meetgegevens

Activeer nieuwe Node BUpdate actieve set van cellen




32 25 januari 2002

HandoverHard HO versus Soft HO

Hard HO•TDD/TDD• FDD/FDD bij verandering CN• Inter-systeem HO (FDD/TDD, UMTS/GSM)

Soft HO Intra-systeem FDD/FDD

Softer HO Node B intern




33 25 januari 2002

HandoverIntra-RNC versus Inter-RNC

Intra-RNC Soft HOslechts 1 RNC betrokken

RNCIub

Iub

Iub

CNIu

Inter-RNC Soft HO• S-RNC: combining/Splitting + RR allocation• D-RNC: RR allocatie• D-RNC S-RNC

RNC

Iub

Iub

Iub

CN

Iu

Iur

RNC




34 25 januari 2002







35 25 januari 2002







36 25 januari 2002

Radio Planning strategieën

FDD Mode voor:• “Coverage driven” scenario• Macro en micro cellen• Data snelheden tot 384 kbs bij hoge mobiliteit TDD Mode voor:• “Hot spot” scenario• Efficiënter in kleine cellen met a-symmetrisch verkeer• Data snelheden tot 2 Mbs




37 25 januari 2002

Netwerk dimensionering

WCDMA netwerk dimensionering verschilt t.o.v. dat van GSM:

1. Geen noodzaak voor frequentie planning

2. - Cel radius sterk afhankelijk van de “Bearer data rate” - “Link budgets” sterk afhankelijk van de “Bearer” type en omgeving - Cel dekking neemt af met Cel belasting (“Cell Breathing”)

3. Power Control is een cruciaal aspect

4. Soft Handover Gain

5. Verkeer bestaat uit: Circuit Switched en Packet Switched




38 25 januari 2002

“Cell Breathing” effect Cel belasting stijgt boven een bepaalde specifieke drempel Ontvanger ruis niveau stijgtCel dekkingsgebied kleiner

3dB

Cel Belasting = 50%

Cel Belasting = 75%

Cel Krimpt !

Nieuwe cel of 2de RF kanaal vereist




39 25 januari 2002

Netwerk Dimensionering Soft Handover en Softer Handover

Soft HandoverIn de dimensionereing wordt

uitgegaan van 40% van de UE is in Soft HO

Soft HO Gebied

RNC

Softer HO Gebied

S1

S2

S3

Softer HandoverIn de dimensionereing wordt

uitgegaan van 10-15% van de UE is in Softer HO




40 25 januari 2002







41 25 januari 2002

UMTS Licentie veiling in Nederland

• Vijf frequentie kavels met gepaarde- en ongepaarde spectrum (A-E)

• Licentie A moet volledig ‘interwerken’ met 2G GSM, de overige met IMT-2000 standaard

• Licenties hebben een geldigheidsduur van 15 jaar• Dekkingsvoorschriften:

* Vanaf 1 jan. 2007 dekking in alle steden met>25k inwoners, alle hoofdwegen, spoorlijnen en waterwegen (60% dekking);

* Vanaf 1 jan 2003 UMTS Services beschikbaar;* Minimale service niveau 144kbs.

• Nationale roaming




42 25 januari 2002

UMTS Frequentie kavels:

• Licentie A:* 2 x 14,6 MHz gepaard,* 1 x 5,4 MHz ongepaard;

• Licentie B:* 2 x 14,8 MHz gepaard,* 1 x 5 MHz ongepaard;

• Licenties C, D, E:* 2 x 10 MHz gepaard,* 1 x 5 MHz ongepaard.




43 25 januari 2002

UMTS Licentie veiling in Nederland

• Initieel 8 gegadigde; vlak voor de start nog 6 over* KPN, Libertel, Dutchtone, Telfort, 3G Blue, Versatel

• Veiling startte op 6 Juli 2000• Veiling eindigde na 305 ronden in slechts 13 dagen

Ben




44 25 januari 2002

Licentieverdeling na de veilingLicentie Eigenaar Prijs [€]

A Libertel 713’8B KPN 711’1C Dutchtone 435’6D Telfort 430’0E 3G Blue 395’0

Totaal: 2685’5

1900 21002000 f [M H z]

: TD D S pectrum




45 25 januari 2002







46 25 januari 2002

Conclusies

• Met UMTS zal mobiel communiceren meer zijn dan alleen mobiel bellen;

• UMTS Architectuur;

• Verschillen 2G/2.5G/3G;

• W-CDMA;

• Netwerkplanning;

• UMTS veiling in Nederland.

Documents

UMTS 13.00 - 14.30