verejn e mobiln s te (, gsm, lte, 5g)

15
| User Equipment X X Terminal Equipment Mobile Equipment X X | X Mobile Equipment X X connection-oriented X Telekomunication and informatics X Terminal Equipment X Information and Communications Technology X X X end-to-end |

Upload: others

Post on 07-Feb-2022

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Ve�rejn �e mobiln�� s��t �e (. . . , GSM, LTE, 5G)

PA151 � Soudob �e s��t �e

Jan Staudek

http://www.�.muni.cz/usr/staudek/vyuka/

} w���������� ������������ !"#$%&'()+,-./012345<yA|Verze : jaro 2021

Osnova p�redn �a�sky

2 Telekomunika�cn�� syst �emy, poskytovan �e slu�zby

2 Koncept celul �arn��ch (bu �nkov �ych) s��t��

2 Jak �sel �cas, od 1G . . . LTE, 5G

2 Architektura LTE

2 Radiov �e protokoly LTE (v E-UTRAN)

2 Komunika�cn�� kan �aly LTE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 1

Telekomunika�cn�� syst �emy,poskytovan �e slu�zby

2 C��l telekomunika�cn��ho syst �emu {

poskytov �an�� �sk �aly typ �u telekomunika�cn��ch slu�zeb

koncov �ym u�zivatelsk �ym z�r��zen��m, User Equipment (UE)propojuj��c�� s��t�� :

X slu�zby { hlasov �e, datov �e, SMS, MMS, �u�ctov �an��, . . .

X UE sest �av �a z{ koncov �eho termin �alu UE, TE Terminal Equipment a{ s��t'ov �eho za�r��zen�� UE, ME, Mobile Equipment

2 Klasick �a klasi�kace telekomunika�cn��ch slu�zeb { t�ri kategorie

X z �akladn�� slu�zby

{ 1. doru�covatelsk �e slu�zby (doru�cuj�� data mezi ME) a

{ 2. telematick �e slu�zby (doru�cuj�� data mezi TE)

X 3. podp �urn �e slu�zby, podpora pln�en�� z �akladn��ch slu�zeb

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 2

Z �akladn�� slu�zby

2 Doru�covatelsk �e slu�zbyX Telekomunika�cn�� slu�zby umo�z �nuj��c�� p�renos dat mezi rozhran��mi

s��t'ov �ych za�r��zen�� (ME, Mobile Equipment)X speci�kaci rozhran�� ME odpov��daj�� vrstvy RM OSI 1{3

(TDMA, FDMA, k �odov �an�� �re�ci, FEC, p�red �avky, . . . )

X jsou implementovan �e jako spojovan �e slu�zby (connection-oriented) aX poskytovan �e s��t�� s p�repojov �an��m paket �u nebo s p�repojov �an��m okruh �u

2 Telematick �e slu�zby { Telekomunication and informaticsX slu�zby mezi dv�ema koncov �ymi termin �aly, TE (Terminal Equipment)X tak �e ICT (Information and Communications Technology)X aplika�cn�e orientovan �e slu�zby { typicky p�renos hlasu, SMS, MMS,

kamera, prohl���ze�c web, termin �al p�renosu aplika�cn��ch dat, . . .

X pro speci�kaci pot�rebuj�� v�sechny vrstvy RM OSI 1{7

X jsou implementovan �e jako koncov �e slu�zby (end-to-end)

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 3

Doru�covatelsk �e slu�zby, p�r��klady

2 Slu�zby pro p�renos hlasu a slu�zby pro p�renos dat

2 p�renos dat se t �yk �a slu�zeb pro propojov �an�� s PSTN, s ISDN,

s ve�rejn �ymi s��t �emi s p�repojov �an��m paket �u, . . .

X slu�zby pro zp�r��stupn�en�� fyzick �e vrstvy (OSI 1) + FEC

X slu�zby vrstvy datov �eho spoje a s��t'ov �e vrstvy (OSI 2, 3)pro opravu chyb a pro �r��zen�� toku,nap�r. RLP, Radio Link Protocol, ekvivalent protokolu HDLC

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 4

Telematick �e slu�zby, p�r��klady

2 Telekomunika�cn�� slu�zby podporuj��c�� hlasovou komunikaci

X mobiln�� telefonie { prim �arn�� c��l:umo�znit mobiln�� telefonii v tradi�cn�� �s���rce p �asma 3,1 kHz

X t��s �nov �e vol �an�� (Emergency number){ jednotn �e �c��slo v cel �e Evrop�e (112),{ povinn �a slu�zba podporovan �a v�semi oper �atory slu�zeb{ bezplatn �a slu�zba{ spojen�� s nejvy�s�s�� prioritou (preempce ostatn��ch vol �an��)

X multinumbering | 1 u�zivatel m�u�ze m��t v��ce ISDN-telefonn��ch �c��sel

2 Telekomunika�cn�� slu�zby podporuj��c�� nehlasovou komunikaci

X n�ekdy zvan �e dopl �nkov �e slu�zby

X SMS, MMS, e-mail, FTP, . . .

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 5

Podp�urn �e slu�zby

2 Nenab��zej�� se samostatn�e, podporuj�� pln�en�� z �akladn��ch slu�zeb

2 U r�uzn �ych oper �ator �u, v r �uzn �ych zem��ch a v r �uzn �ych verz��ch

protokol �u se mohou li�sit

2 D�ule�zit �e podp �urn �e slu�zby

X Identi�kace { dod �av �an�� �c��sla volaj��c��ho

X Potla�cen�� dod �av �an�� �c��sla volaj��c��ho

X Automatick �e zp�etn �e vol �an�� (call-back)

X Konference nap�r. a�z 7 �u�castn��k �u

X Uzam�cen�� mobiln��ho termin �alu (pro p�r��choz�� / odchoz�� hovory)

X . . .

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 6

Model p �usoben�� z �akladn��ch slu�zeb v mobiln��ch s��t��ch

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 7

Bu�nkov �e telekomunika�cn�� syst �emy

2 podpora komunikace dvou geogra�cky libovoln�e vzd �alen �ych

za�r��zen��, stanic, p�ri�cem�z jedna nebo ob�e stanice mohou b �yt

mobiln�� stanic��

2 geogra�ck �y prostor poskytov �an�� slu�zeb je d�elen do d��l�c��ch

prostor �u, bun�ek { uplat �nuje se prostorov �y multiplexing

X v bu �nk �ach se poskytuje podpora bezdr �atov �e komunikacemobiln��ch stanic se z �akladnou bu �nky ( = vys��la�c, p�rij��ma�c, �radi�c)

X z �akladny bun�ek jsou propojeny (kabelovou) podp �urnoup�ripojovac�� s��t�� (backhaul net) s (kabelovou) centr �aln�� s��t�� (core net)obsahuj��c�� �ust�redny a podp�urn �e datab �azov �e syst �emy

X komunika�cn�� spojen�� mezi komunikuj��c��mi stanicemi zprost�redkov �avaj���ust�redny na z �aklad�e informac�� uchov �avan �ych v podp�urn �ych DBS

X Ka�zd �a bu �nka m�a p�rid�elen �e pro komunikace jist �e p �asmo frekvenc��

X Ant �eny sousedn��ch z �akladen jsou +- n�eco ekvidistantn��

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 8

Multiplexov �an�� v prostoru { bu �nkov �a s��t'

Zjednodu�sen �y hexagon �aln�� model

Omezen �e rozp�et�� �s���ren�� sign �alu umo�z �nuje opa-kovane pouzıt nosnou frekvenci ve v��ce

bu �nk �ach p�ri zachov �an�� ur�cit �e vzd �alenosti mezi

jejich z �akladnami (centry).

Nosnou frekvenci lze opakovan�e pou�z��t

v nesousedn��ch bu �nk �ach

Probl �em barven�� grafu.

P�r��klad: pevn �e p�rid�elen�� nosn �ych frekvenc��

pro opakovan �e pou�zit�� ve vzd �alenosti 1.

Interferencemezi sousedn��mi bu �nkami (odli�sn �e

barvy) lze zvl �adnout vys��lac��mi a p�rij��mac��mi

�ltry.

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 9

Bu�nkov �a s��t', opakovatelnost pou�zit�� frekvenc��

X bu�nky se stejn �ym �c��slem mohou pou�z��vat shodn �a frekven�cn�� p �asma,stejn�e obarven �e bu �nky mus�� pou�z��vat jedine�cn �a frekven�cn�� p �asma

X p�ri opakovac��m faktoru 3 (4) jsou bu �nky se shodn �ymi �c��slyodd�elen �e 1 (alespo �n) bu �nkou

X p�ri opak. faktoru 7 jsou bu �nky se shodn �ymi �c��sly odd�elen �e 2 bu �nkamip�ri opak. faktoru 19 jsou bu �nky se shodn �ymi �c��sly odd�elen �e 4 bu �nkami

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 10

Bu�nkov �a s��t', opakovac�� faktor 19

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 11

Bu�nkov �y telekomunika�cn�� syst �em, koncept

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 12

Bu�nkov �y telekomunika�cn�� syst �em (p�r��klad z GSM, . . . , LTE)

X MS { mobile station, mobil, mobiln�� stanice, (GSM)resp. UE, User Equipment (LTE)

X MSC { mobile switching center, �ust�redna,resp. MTSO, Mobile Telephone Switching Officelze propojovat v��ce MSC, jedna MSC m�u�ze spravovat v��ce bun�ek

X BTS { base tranceiver station, vys./p�rij. z �akladna bu �nky, (GSM),

resp. eNodeB, �casto i eNB, Evolved Node B (LTE)

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 13

Bu�nkov �y telekomunika�cn�� syst �em (p�r��klad { GSM/LTE)

2 Bu�nka { prostor pokryt �y sign �aly BTS / eNodeB

2 Bu�nky nemaj�� pevn �y rozm�er

X �c��m v��ce �u�castn��k �u m�u�ze b �yt v jist �e lokalit �e,t��m v�et�s��m po�ctem men�s��ch bun�ek se oblast pokr �yv �a(bu �nky maj�� kone�cnou komunika�cn�� kapacitu)

X rozm�er (polom�ery) bun�ek se pohybuj�� v intervalech102 m a�z 35 km podle hustoty u�zivatel �u, geogra�ck �ych podm��nek,v �ykonu vys��la�ce/p�rij��ma�ce, . . .

2 Sign �aly vys��lan �e BTS a MS v sousedn��ch bu �nk �ach nesm��

interferovat

X shodn �e intervaly frekvenc�� p�renosov �ych kan �al �u se mohou vyskytovatpouze v nesousedn��ch bu �nk �ach (princip zvan �y Frequency-Reuse)

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 14

�Ust�rednou �r��zen �e vol �an�� mezi mobily

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 15

Historie v �yvoje PLNM

2 1G, First Generation, 1981 (NMT, AMPS, . . . )

X bu�nkov �a s��t', analogov �y hlasov �y syst �em, p�rep��n �an�� okruh �u

X omezen �a �sk �ala slu�zeb, pomal �y p�renos, slab �a bezpe�cnost, bez roamingu

2 2G, Second Generation, 1991 (GSM)

X bu�nkov �a s��t', digit �aln�� hlasov �y syst �em, p�rep��n �an�� okruh �u,v bu �nk �ach multiplexing TDMA/FDMA, 9,6{14,4 kb/s

X SMS, roaming, v�sechny dal�s�� generace jen rozv��jej�� architekturu GSM

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 16

Historie v �yvoje PLNM

X 1995, 64 kb/s, High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)X 1996, 115 kb/s, General Packet Radio Services (GPRS),

hlas { p�rep��n �an�� okruh �u, data { p�rep��n �an�� paket �u

X 1999, 384 kb/s, Enhanced Data Rate (EDGE),zv �y�sen�� rychlosti zm�enou modulace z PSK na 8PSK

2 3G, Third Generation, 2005X Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

2 4G, Fourth Generation, 2010, LTE,X Hlavn��m c��lem LTE je poskytovat vysokou rychlost p�renosu dat,

n��zkou latenci a technologii r �adiov �eho p�r��stupu optimalizovanoupro p�renos paket �u s podporou exibiln��ch aplikac�� �s���rky p �asma.

X S��t'ov �a architektura LTE podporuje p�renos s p�repojov �an��m paket �us beze�svou mobilitu a vysokou kvalitou telematick �ych slu�zeb.

2 5G, Fifth Generation, �re�s�� se, +IOT, . . .

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 17

Evoluce mobiln��ch s��t�� od analog �u k LTE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 18

Evoluce mobiln��ch s��t�� od analog �u k LTE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 19

Porovn �an�� vlastnost�� generac�� PLMN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 20

S��t �e 4G, (LTE, Long Term Evolution)

2 Komunika�cn�� model s��t�� 1G, 2G, 3G { p�rep��n �an�� okruh �u

2 Komunika�cn�� model s��t �e 4G (LTE) { p�rep��n �an�� paket �u

X c��lem je poskytovat beze�svou IP orientovanou komunikaci

jednak mezi u�zivatelsk �ymi za�r��zen��mi (UE), mobily, ... a

jednak mezi UE a paketovou datovou s��t�� (PDN) { Internetem, . . .

X a to bez p�reru�sen�� b�ehu aplikac�� koncov �ych u�zivatel �ui b�ehem jejich mobility.

2 syst �em podporuje FDD i TDD a pro levn �e UE i polovi�cn��

duplex FDD sm�� podporovat levn �e UE

2 Syst �em je prim �arn�e optimalizov �an pro n��zk �e rychlosti

pohybu, a�z do 15 km/h.

2 Speci�kace syst �emu umo�z �nuj�� podporu mobility p�resahuj��c��

350 km/h s ur�citou degradac�� v �ykonu.

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 21

S��t �e 4G, (LTE, Long Term Evolution)

2 Proti 3G a�z 50x vy�s�s�� v �ykon, DL 300 Mb/s, UL 75 Mb/s

2 Ide �aln�� technologie pro VOIP, streaming multimedia,

videoconferencing, . . .

2 Vyu�zit�� technologi�� OFDM a MIMO

2 V�sechna rozhran�� mezi s��t'ov �ymi uzly v LTE jsou zalo�zena na

IP, v�cetn�e p�ripojen�� propojovac�� s��t �e z �akladen v bu �nk �ach

2 DL spoje jsou �re�seny pomoc�� OFDM

2 UL spoje jsou �re�seny pomoc�� SC-FDMA

2 Syst �em podporuje �spi�ckov �e datov �e rychlosti na DL

a�z 326 Mb/s pokud se pou�zije 4x4 MIMO

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 22

S��t �e 4G, (LTE, Long Term Evolution)

2 Mo�zn �e kategorie UE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 23

S��t �e 4G, (LTE, Long Term Evolution)

2 Architektura s��t �e 4G se naz �yv �a rozvinut �y paketov �y syst �em,

Evolved Packet System, EPS a sest �av �a ze dvou �c �ast��:

X radiov �a (bezdr �atov �a) p�r��stupov �a �c �ast { vlastn�� LTE

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRANrozvinut �a univerz �aln�� pozemn�� r �adiov �a p�r��stupov �a s��t',

pokr �yv �a s��t' r �adiov �eho p�r��stupu, Radio Access Network (RAN),

rozhran�� na bezdr �atov �e prost�red�� (LTE) a UE (obsluha bun�ek)

X ne-radiov �a �c �ast { System Architecture Evolution, SAESAE de�nuje chov �an�� rozvinut �e paketov �e z �akladn�� s��t �e,

Evolved Packet Core network (EPC), resp. CN (Core Network)

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 24

S��t �e 4G, (LTE, Long Term Evolution)

2 Pro sm�erov �an�� p�renos �u dat mezi br �anou PDN a UE na b �azi IP

EPS pou�z��v �a koncept EPS nosi�c �u (EPS bearers)

X nosi�c { tok IP paket �u mezi br �anou PDN a UEs de�novanou kvalitou slu�zby (QoS)

X nosi�ce spole�cn�e ustanovuj�� E-UTRAN s EPC na z �aklad�e �z �adost�� aplikac��

X Pro jednoho u�zivatele lze z�r��dit v��ce nosi�c �u sou�casn�e, nap�r.{ nosi�c podporuj��c�� VoIP{ datagramov�e orientovan �y nosi�c pro vyhled �av �an�� na webu{ datagramov�e orientovan �y nosi�c pro podporu FTP

2 C��le p�redn �a�sky o LTE je orienta�cn�� v �yklad (pochopen��)

X funkc�� EPC a E-UTRAN

X hierarchi�� protokol �u na jednotliv �ych rozhran��ch

X funkc�� jednotliv �ych protokolov �ych vrstev

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 25

Architektura LTE, role E-UTRAN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 26

Architektura LTE, komponenty EPS

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 27

Protokolov �e vrstvy v r �adiov �e s��ti

2 Vrstva protokol �u AS, Access stratumX �R��d�� p�renos dat bezdr �atov �ym prost�red��m bu�nky, tj. mezi UE a eNB

X Je v podstat�e shodn �a v u�zivatelsk �e i �r��dic�� sf �e�re protokol �u

X Odpov��d �a spojov �e (2., linkov �e) vrstv�e podle RM OSI.

2 Vrstva protokol �u NAS, Non-access stratumX vrstva implementovan �a v �r��dic�� sf �e�re protokol �u v UE a v MME,

nad vrstvou protokol �u AS

X Zpr �avy NAS p�ren �a�s�� radiov �a s��t' pomoc�� protokol �u AS transparentn�e,jsou ur�cen �e pro MME.

Jedn �a se o doru�covatelsk �e zpr �avy pro autentizaci, uzav��r �an�� spojen��, ...

X �R��d�� ustanoven�� a udr�zov �an�� komunika�cn��ho spojen�� s UE,s podporou mobility UE.

2 V u�zivatelsk �e sf �e�re nad AS protokoly b�e�z�� protokoly IP,

aplika�cn�� ...

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 28

Komponenty EPS { MME, HSS

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 29

Komponenty EPS { br �any

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 30

P�r��stupov �a s��t' LTE, E-UTRAN

2 s��t' uzl �u eNodeB bez centr �aln��ho �r��zen��

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 31

P�r��stupov �a s��t' LTE, E-UTRAN

2 LTE mobil v jednom �case komunikuje s pr �av�e jednou

z �akladnou (eNB) jedn �e oblasti

X LTE mobil se p�ripojuje do s��t �e via eNB

X eNB vys��l �a a p�rij��m �a radiov �a vys��l �an�� do/z v�sech mobil �u v bu �nce

X eNB pou�z��v �a funkce pro zpracov �an�� analogov �ych a digit �aln��ch sign �al �u

X eNB �r��d�� z �akladn�� operace v�sech sv �ych mobil �u pomoc��zas��l �an�� �r��dic��ch zpr �av (p�red �avky mezi bu �nkami, . . . )

X eNB je s �am sob�e �radi�cem, nen�� pouh �ym vys��la�cem/p�rij��ma�cem

X technologie p�renos �u dat { OFDM (DL), SC-FDMA (UL)

2 Sob�e bl��zk �e z �akladny, eNB, mohou vz �ajemn�e komunikovat

rozhran��m X2

X nap�r. pro �r��zen�� a p�red �av �an�� paket �u p�ri p�red �avce mobilu mezi bu �nkami

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 32

P�r��stupov �a s��t' LTE, E-UTRAN

2 Ka�zd �a eNB je napojena na vnit�rn�� s��t', EPC , rozhran��m

(protokolem) S1

2 Z �akladna m�u�ze m��t charakter domovsk �e z �akladny tzv.

femtobu �nky, Home eNB, HeNB

X Femtobu �nka poskytuje slu�zby uzav�ren �e z �akaznick �e skupin�e,

Closed Subscriber Group, CSGX p�r��slu�snost z �akazn��ka do CSG je pozna�cena v USIM

X femtobu �nka = ,,mr �nav �a bu �nka"{

. . . , mikro, nano, piko, femto, alto, . . .

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 33

Z �akladn�� s��t' LTE, EPC (CN)

2 br �ana z E-UTRAN se d�el�� na dv�e logick �e entity,

{ na spr �avu mobility (MME) a

{ na br �anu S-GW.

2 MME �r��d�� UE pomoc�� �r��dic��ch zpr �av a interakc��

s domovsk �ym p�redplatitelsk �ym serverem (HSS).

2 S-GW p�red �av �a pakety IP z UE na internet p�res br �anu P-GW.

2 UE je p�ripojen �e p�res eNodeB a pot �e k MME.

2 MME dod �av �a prost�rednictv��m eNodeB do UE IP-adresy a

parametry �sifrov �an�� do UE.

2 MME je zodpov�edn �a za kontrolu a zabezpe�cen�� doru�citele.

2 S-GW je zodpov�edn �a za ukotven�� mobility b�ehem p�red �avek a

2 br �ana P-GW prov �ad�� alokaci IP pro UE a �ltrov �an�� paket �u.

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 34

Architektura s��t�� LTE, rekapitulace

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 35

Architekura s��t�� LTE, EPC, rekapitulace

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 36

Architekura s��t�� LTE, EPC, rekapitulace

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 37

Architekura s��t�� LTE, distribuce funkc�� mezi E-UTRAN a EPC

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 38

LTE, Roaming

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 39

Architektura s��t�� LTE, E{architektura sm�erov �an��, roaming

2 LTE s��t' provozovan �a jedn��m oper �atorem v jedn �e zemi {

Public Land Mobile Network, PLMN

X �u�castn��k p�rihl �a�sen �y u sv �eho oper �atora je v Home-PLNM, HPLNM

X kdy�z se �u�castn��k p�resune do jin �e PLNM, je v Visited-PLNM, VPLNM

2 Vandruj��c�� (roaming) �u�castn��k je p�ripojen �y

k E-UTRAN, MME a S-GW v VPLNM

X P-GW v HPLNM povoluje �u�castn��kovi si zp�r��stup �novat slu�zby sv �ehooper �atora i kdy�z tento se nach �az�� v VPLNM

X P-GW v VPLNM povoluje lok �aln�� p�r��stupy k Internetu v VPLNM

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 40

Radiov �e protokoly v E-UTRAN

2 �R��zen�� p�renos �u v bu �nce, UE ⇔ eNB ve dvou sf �er �ach

X �r��dic�� sf �era { v �ym�ena �r��dic��ch zpr �av mezi z �akladnou a mobilem

X u�zivatelsk �a sf �era { v �ym�ena datov �ych paket �u d �ale zpracov �avan �ychprotokoly TCP, UDP, IP

2 Technologick �a b �aze radiov �ych p�renos �u:

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 41

Radiov �e protokoly v E-UTRAN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 42

Radiov �e protokoly v E-UTRAN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 43

Radiov �e protokoly v E-UTRAN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 44

�R��dic�� radiov �e protokoly v E-UTRAN

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 45

�R��dic�� radiov �e protokoly v E-UTRAN

2 RRC, Radio Resource Control layer

X kon�gurace ni�z�s��ch radiov �ych vrstev

X rozes��l �an�� syst �emov �ych informac��

X ustanovov �an��, uvol �nov �an�� a udr�zov �an�� spojen��

X mobilita { p�red �avky mezi bu �nkami

2 Funk�cnost �r��dic�� sf �ery z �avis�� na stavu UE

X v prostoji, idle:UE vyhled �av �a a vol�� bu �nku,hled �a vyhled �avac�� komunika�cn�� kan �al (paging), . . .

X p�ripojen �e, connected,:E-UTRAN vyhled �av �a vhodnou bu�nku pro UE,UE dod �av �a DL v E-UTRAN s po�zadovanou kvalitou,je aktivn�� protokol RRC

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 46

U�zivatelsk �e radiov �e protokoly v E-UTRAN

2 Pakety p�rij��man �e vrstvou { Service Data Unit (SDU)

2 Pakety vys��lan �e vrstvou { Protocol Data Unit (PDU)

2 IP pakety nesouc�� aplika�cn�� data se postupn�e propadaj��

vrstvami u�zivatelsk �e sf �ery radiov �e s��t �e do fyzick �ych kan �al �u

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 47

Radiov �e protokoly detailn�eji

2 Vrstva MAC

X Multiplexing jednotek MAC SDU z jednoho nebo v��ce logick �ych kan �al �udo transportn��ch blok �u p�ren �a�sen �ych transportn��mi kan �alydo fyzick �e vrstvy

X Demultiplexing jednotek MAC SDU z jednoho nebo v��ce logick �ychkan �al �u z transportn��ch blok �u dopravovan �ych transportn��mikan �aly z fyzick �e vrstvy

X Dynamick �e pl �anov �an�� podle priorit UE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 48

Komunika�cn�� kan �aly LTE

2 P�res radiov �e rozhran�� LTE se data p�ren �a�s�� kan �aly

2 R�uzn �e typy kan �al �u segreguj�� r �uzn �e typy dat

2 Kan �aly jsou t�r�� typ �u

X Logick �e kan �aly { rozli�sov �an�� co, jak �y typ dat, se p�ren �a�s�� v AS:data, �r��zen��, rozes��lan �e syst �emov �e zpr �avy, . . .interface mezi RLC a MAC

X Transportn�� kan �aly { jak se logick �e kan �aly p�ren �a�s��tj. kter �ymi fyzick �ymi kan �aly

�sifrovan��, . . . , interface mezi MAC a fyzickou vrstvou

X Fyzick �e kan �aly { vlastn�� p�renosov �e kan �aly,

technologie pro p�renos u�zivatelsk �ych dat a�r��d��c��ch zpr �av r �adiov �ym spojen��m (OFDMA, SC-OFDMA)

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 49

Komunika�cn�� kan �aly LTE, logick �e kan �aly

2 Logick �e kan �aly { co se p�ren �a�s��,

slu�zby poskytovan �e vrstvou MAC pro vrstvu RLC

2 Jsou dvoj��ho typu:

pro u�zivatelsk �a data (tra�c channel),

pro �r��dic�� zpr �avy (control channel)

2 �R��dic�� logick �e kan �aly mohou b �yt

spole�cn �e pro v�sechny UE v bu�nce (common) nebo

dedikovan �e pro jedno UE (dedicated)

2 p�r��klady:

X Broadcast Control Channel BCCH, Paging Control Channel PCCH,Common Control Channel CCCH, Dedicated Control Channel DCCH,Multicast Control Channel MCCH,Dedicated Tra�c Channel DTCH, Multicast Tra�c Channel MTCH

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 50

Komunika�cn�� kan �aly LTE, transportn�� kan �aly

2 Transportn�� kan �aly { jak se logick �e kan �aly p�ren �a�s�� fyzickou

vrstvou, kter �ymi fyzick �ymi kan �aly

X kan �aly mezi MAC a PHY

X Broadcast Channel BCH, Downlink Shared Channel DL-SCHPaging Channel PCH, Multicast Channel MCH,Uplink Shared Channel UL-SCH,Random Access Channel RACH

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 51

Fyzick �e kan �aly LTE

2 Mapov �an�� do symbol �u a sub-nosn �ych OFDMA

2 Jsou datov �e a �r��dic��

2 Kan �aly na downlink spojen��, vybran �e p�r��klady

X kan �aly jsou implementovan �e ve speci�kovan �em um��st�en��m v RB

X PBCH, Physical Broadcast Channel, modulace QPSK {vys��l �an�� info pro UE o vlastnostech eNB s periodou 40 ms

X PCFICH, Physical Control Format Indicator Channel,modulace QPSK { id form�atov �an�� OFDM symbol �u v PDCCH

X PDCCH, Physical Downlink Control Channel {�r��dic�� zpr �avy pro konkretn�� UE nebo skupinu UE

X PDSCH, Physical Downlink Shared CHannel {p�renos u�zivatelsk �ych dat

X PHICH, Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel,ACK/NACK p�renosu dat na UL

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 52

Fyzick �e kan �aly LTE

2 Kan �aly na uplink spojen��, vybran �e p�r��klady

X PUSCH, Physical Uplink Shared Channel {komplement kan �alu PDSCH na uplink spoji, p�renos u�zivatelsk �ych dat

X PRACH, Physical Random Access Channel {jedin �e nesynchronizovan �e vys��l �an�� UE v LTE, soupe�ren��

X PUCCH, Physical Uplink Control Channel {komplement PDCCH na uplink spoji�r��dic�� zpr �avy z konkretn�� UE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 53

Komunika�cn�� kan �aly LTE

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 54

Technologie LTE OFDM

2 Principy OFDM viz p�redn �a�ska o metod �ach MAC

2 Pou�z��v �a se na DL, pro vys��l �an�� z eNB k UE

2 Vys��l �an�� b�e�z�� po mnoha �uzkop �asmov �ych nosn �ych sign �alech

nap�r. s �s���rkou p �asma 180 KHz m��sto toho aby se sign �al

rozprost�rel p�res cel �e 5MHZ nosn �e p �asmo

X OFDM pou�z��v �a pro vys��l �an�� p�ren �a�sen �ych dat velk �y po�cet�uzkop �asmov �ych pod-nosn �ych

2 Z �akladn�� zdroj DL spojeni v LTE lze zn �azornit jako m�r���zku

v �caso-frekven�cn��m zobrazen��

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 55

Technologie LTE OFDM

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 56

Technologie LTE OFDMA, ilustrace p�rid�elen�� DL kan �al �u

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 57

Technologie LTE SC-FDMA

2 Principy SC-FDMA viz p�redn �a�ska o metod �ach MAC

2 Pou�z��v �a se na UL, pro vys��l �an�� z UE k eNB

X jedn �a se o jinak k �odovanou metodu OFDM

X je to metoda m�en�e n �aro�cn �a na energii

X seskupuj�� se RB tak, aby se sn���zily n �aroky spot�rebu energie,vys��l �a se z mobil �u

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 58

Technologie LTE SC-FDMA, ilustrace p�rid�elen�� UL kan �al �u

Jan Staudek, FI MU Brno | PA151 Soudob �e s��t �e { Bezdr �atov �e (mobiln��, bu �nkov �e) telekomunika�cn�� syst �emy 59