Tiedonsiirto matkapuhelinverkoissa. Jukka K. Nurminen

Samankaltaiset tiedostot
Tulevaisuuden langattomat järjestelmät. Jukka K. Nurminen

Mobiiliverkot. Kirja sivut

Soluverkot. Jukka K. Nurminen T Johdatus tietoliikenteeseen kevät 2010

TVP Kevätkurssi

Historia. Mobiiliverkot. GSM:n arkkitehtuuri. Mobiiliverkon periaate. Tukiasemajärjestelmä. Keskusjärjestelmä. Kirja sivut

Televerkko, GSM-verkko. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2012

Luennon sisältö. Protokolla eli yhteyskäytäntö (1) Verkon topologia

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio

SOLUKKORADIOJÄRJESTELMÄT A Tietoliikennetekniikka II Osa 17 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Langattomat verkot ja liikkuvuus

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VERKOTAN OY VERKOTAN LTD.

MOBIILIVERKKOJEN KEHITYS

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Piirikytkentäinen evoluutio. Annukka Kiiski

Mobiiliverkkojen kehitys ja verkkojen kapasiteetin muuttuminen

TUTKIMUS MOBIILILAAJAKAISTAN KÄYTTÄJISTÄ

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY WE CERTIFICATION OY OPERATOR LABORATORY

Nykypäivän matkapuhelinverkot

DownLink Shared Channel in the 3 rd Generation Base Station

TERVEYDENHUOLLON XXVI ATK-PAIVAT Uudet langattomat tekniikat. professori Hannu J. Koivisto, Tampereen teknillinen korkeakoulu

ADDING MULTIMEDIA RESOURCE FUNCTION PROCESSOR FUNCTIONALITY TO MOBILE MEDIA GATEWAY. Teemu Hares

Tools and methods for testing Open Iub interface of WCDMA base transceiver station

Langattomat verkot. CSE-C2400 Tietokoneverkot Matti Siekkinen

Perttu Lehtimäki. Matkapuhelinverkkojen datasiirto ja siirtonopeuteen vaikuttavat tekijät

MATKAPUHELINVERKKOJEN NELJÄS SUKUPOLVI: 4G LTE

Matkapuhelinverkot, 3g lisämateriaali

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Lähtökohdat 2G+:lle ja 2½G:lle HSCSD HSCSD HSCSD => =>

Harjoituksen sisältö ja tavoitteet

Linkkikerros, Puhelinverkko. Jyry Suvilehto T Johdatus tietoliikenteeseen ja multimediatekniikkaan kevät 2014

Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Sami Mailasalo. Mobiili datansiirto. Evoluutio GSM-verkosta LTE-verkkoon

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Viestinnän tulevaisuus

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Uutta tekniikkaa uutta liiketoimintaa

Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu Korvaavuusluettelo

Langattomien laajakaistaverkkojen teknis-taloudellinen vertailu

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Olli Auvinen LABORATORIOTYÖOHJEIDEN LAATIMINEN MATKAPUHELIN- JÄRJESTELMIEN MITTAUKSIIN

1. Tietokoneverkot ja Internet Tietokoneesta tietoverkkoon. Keskuskone ja päätteet (=>-80-luvun alku) Keskuskone ja oheislaitteet

2G-, 3G-, LTE- ja 5G-mobiiliverkkojen kehitys

MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015

ETÄHALLINTA 3G-REITITTIMELLÄ

Tiedonvälitystekniikka 1-3 ov. Kurssin sisältö ja tavoite

TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN TOIMIALA. Tietotekniikka. Tietoliikennetekniikka INSINÖÖRITYÖ

Internet ja tietoverkot

TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN TOIMIALA. Sähkö- ja tietoliikennetekniikka. Tietoliikennetekniikka INSINÖÖRITYÖ. UMTS:n pakettikytkentäinen tiedonsiirto

Langaton linkki. Langaton verkko. Tietoliikenteen perusteet. Sisältö. Linkkikerros. Langattoman verkon komponentit. Langattoman linkin ominaisuuksia

4G MOBIILIVERKOT LTE. Ammattikorkeakoulun opinnäytetyö. Tietoliikennetekniikka. Riihimäki, Jani Kopakkala

Signaalinvoimakkuuden vaikutus EGPRSpalvelun

Mitä viestintäpalvelujen laatu tarkoittaa kuluttajalle? Sebastian Sonntag Tutkija, Aalto-yliopisto

Teknisiä käsitteitä, lyhenteitä ja määritelmiä

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Jorma Axelsson. TEKNOLOGISEN TOIMINTAYMPÄRISTÖN MUUTOKSET JA NIIDEN ANALYSOINTI - NetHawk Oyj ja mobiiliverkkojen evoluutiot

Laajakaistatekniikoiden kehitys. Lvm Laajakaistan kehittämistyöryhmä

Toni Pekkanen VOLTE Tietotekniikan koulutusohjelma 2015

SMART BUSINESS ARCHITECTURE

TURVALLISEN TEKNIIKAN SEMINAARI Laitteiden etähallinta tietoverkkojen välityksellä Jani Järvinen, tuotepäällikkö

mikä sen merkitys on liikkuvalle ammattilaiselle?

T DSP: GSM codec

AFCEA PVTO2010 Taistelija / S4

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY GRANT4COM OY

Lauri Karaksela 3G-MOBIILIVERKKOYHTEYDET

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

Nykyaikainen IP pohjainen provisiointi operaattorin verkkoon

3GPP LONG TERM EVOLUTION

WCDMA-JÄRJESTELMÄN KAPASITEETTI

ELISAN 4G-VERKOT. Antti Impiö. Opinnäytetyö Toukokuu 2014 Tietotekniikka Tietoliikennetekniikka

Jukka Valkama LANGATTOMIEN TIEDONSIIRTOVERKKOJEN ANALYYSI KENTTÄTYÖSSÄ

Tiedonsiirron kokonaisoptimointi erilaisten tietoverkkojen yhteiskäytössä

MOBIILIVERKKOJEN TESTAAMINEN

3G, 4G ja 5G. Sukupolvesta seuraavaan. Timo Hyttinen. Opinnäytetyö Joulukuu 2012 Tietotekniikka Tietoliikennetekniikka ja tietoverkot

MATKAVIESTINTÄJÄRJESTELMÄT HARJOITUSTYÖ: MATKAPUHELINVERKKOJEN MITTAUKSIA

rjestelmä (RAILI) Esko Huovinen Corenet Oy GSM-R / EIS /E.H.

» multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton. ongelma: käyttövuoron jakelu Yhteiskäyttöisen kanavan käyttö

4. MAC-alikerros. yleislähetys (broadcast) ongelma: käyttövuoron jakelu. » multiaccess channel» random access channel LAN (Ethernet) langaton

LTE (4G) Long Term Evolution

LTE-A:n kolmen kantoaallon yhdistäminen DLtiedonsiirrossa

Kaikki analogiset järjestelmät digitaalisiksi ja verkkokäyttöisiksi - jo tänään Kustannustekkuutta ja joustavuutta työskentelyyn

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

KANDIDAATINTYÖ. LTE tulevaisuuden mobiiliverkkoratkaisuna

Mika Summanen. LTE-verkon mittaus. Metropolia Ammattikorkeakoulu. Insinööri (AMK) Tietotekniikan koulutusohjelma. Insinöörityö

Loppuraportti toimivuuden häiriötilanteesta

T UMTS. Tentti T UMTS. Johdanto ja Kehitys GSM:stä UMTS:iin. Muutama käytännön asia

VIRVE-päivä Mihin viranomaisten turvallisuusviestintä on menossa? Janne Koivukoski Sisäasiainminsteriö Pelastusosasto

WIMAX-järjestelmien suorituskyvyn tutkiminen

TIVE

Ne#tutka 3 vuo-a verkkojen laatudataa

Moniantennitekniikat langattoman tietoliikenteen kapasiteetin räjäyttäjinä

Radioamatöörikurssi 2016

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY ELEFORSS OY

Long Term Evolution (LTE)

Peruskerros: OFDM. Fyysinen kerros: hajaspektri. Hajaspektri: toinen tapa. FHSS taajuushyppely (frequency hopping)

Transkriptio:

Tiedonsiirto matkapuhelinverkoissa Jukka K. Nurminen

Edellisellä kerralla Televerkon toiminta Puhelinverkon periaate Puhelinkeskuksen toiminta Siirtojärjestelmät Puhelun kytkeminen, Signalointiverkko SS7 Älyverkkopalveluiden toteutus Matkapuhelinverkko Langattomuus ja sen haasteet Mobiiliverkon perusperiaate ja rakenne Ydintoiminnallisuus: liikkuvuuden hallinta, puhelun muodostus, tukiaseman vaihto 2

GSM: Puhelun muodostus HLR 2 ko&verkko Soittaja GMSC kysyy HLR:tä minkä keskuksen alla puhelin on GMSC MSC kysyy VLR:tä, minkä BSC:n alla puhelin on vierailuverkko BSC VLR 4 MSC 3 1 Puhelu ohjataan GMSC:lle Julkinen puhelinverkko 5 BSC Puhelu ohjataan vierailuverkon MSC:lle Mobiilikäyttäjä 6 BSC lähettää hakuviestin tukiasemilleen ja pyytää puhelinta ilmoittautumaan Puhelin signaloidaan hälyttämään ja vastattaessa puhelu voidaan muodostaa

Luennon sisältö Datan siirto matkapuhelin verkoissa (GPRS, UMTS, LTE) Nopeampaa datansiirtoa Tehokkaampaa radiokaistan hyödyntämistä (Bluetooth) (NFC)

GSM 9.6 kbps 5

LangaRoman datasiirron tavoireita Siirtonopeus Viive Resurssien tehokas käyrö purskeisen datan siirrossa Määräpohjainen laskutus (aikapohjaisen asemesta) Vähäinen virrankulutus

GSM radiorajapinta Yhdistelmä FDMA (Frequency Division Mul&ple Access, taajuusjako) ja TDMA (Time Division Mul&ple Access, aikajako) tekniikoista Solu käyrää vakiotaajuura Puhelu käyrää sille soviruja aikavälejä Aikavälit (per puhelu) Nopeus 9.6 kbps Nopean datasiirron ongelma: tarviraisiin enemmän aikavälejä, mura vain datasiirron ajaksi

GPRS- verkko General Packet Radio Service - GPRS Rajallisten radioresurssien tehokas hyödyntäminen IP pohjaiseen &edonsiirtoon. Nopeus ~40 kbps GPRS hyödyntää samaa radioverkkoa kuin GSM Radio Access Network (RAN) BSS- järjestelmään lisätään &etoliikennepakereja välirävä yksikkö Tukiasemalta GPRS- pake&t tunneloidaan saman verkon ylitse kuin muu GSM- data (puhelut) Toimii kaikkialla missä GSM verkko on tarjolla (UMTS peiro ei välrämärä karava)

Ydinajatus KäyRää vapaita aikavälejä (1- N kpl) kun datapakereja on jonossa siirreräväksi (esim. 50 kbit/s kun käytetään &lapäises& neljää aikaväliä) Aikavälejä allokoidaan dynaamises& tarpeen mukaan Puheella prioritee`

GPRS tukiasemajärjestelmä keskusjärjestelmä PSTN MS BTS BSC MSC, VLR GMSC HLR Internet SGSN GGSN

GPRS lisää verkkoon uusia elemenrejä Serving GPRS Support Node (SGSN) on rei&&n Seuraa vies&men sijain&a VäliRää liikenteen Hoitaa laskutuksen Tunnistaa vies&men ja toteuraa muut hallintatoiminnot Gateway GPRS Support Node (GGSN) VäliRää liikenteen muihin verkkoihin Esim. IP- pakereja Interne&in Allokoi vies&melle IP osoireen Pysyy vakiona vaikka käyräjän sijain& muuruu GPRS käyrää GSM:n VLR ja HLR- rekistereitä

Mobile and IP: Rou&ng in GPRS (example) PDP Context: IMSI, P-IMSI M S SIM SGSN Data flow GGSN Internet Layer protocol IP SNDCP protocol GTP protocol IP IP Service Addressing: IP TLLI (ß P-IMSI,PDP-Context) TID (ß IMSI, NSAPI) IP (Server) Overview_CellularMobileSystems.ppt 12

Liikkuvuuden hallinta GPRS- järjestelmässä HLR ja VLR rekistereitä käyräen kuten GSM järjestelmässä Koska GPRS ei ole samalla tavalla piirikytkentäinen kuin puhelut, vaihto on yksinkertaisempi Vies&n pyytää solun vaihtoa ja liikenne rei&tetään uuteen soluun

EDGE Enhanced Data rate for GSM Evolu&on Kuten GPRS, mura uudella modulaa&olla lisää nopeura 40 kbps - > 115 kbps SaavuteRavat siirtonopeudet riippuvat &lanteesta (muut käyräjät, tukiaseman etäisyys, jne)

Modulaa&omuutos 3 bi`ä per symboli yhden asemesta Overview_CellularMobileSystems.ppt 15

Passband Transmission (1) Kuinka suuri vaihemuunnos tehdään? (a) A binary signal. (b) Amplitude shift keying. (c) Frequency shift keying. (d) Phase shift keying. Computer Networks, Fifth Edition by Andrew Tanenbaum and David Wetherall, Pearson Education-Prentice Hall, 2011

UMTS (3G) Universal Mobile Telecommunica&ons System Eli 3G Tarjoaa lisää samaa kuin GSM/GPRS/EDGE Tiedonsiirtoa 2 Mb/s tai enemmän 144 kb/s realis&sempi arvio Radiokaistan tehokkaampi hyödyntäminen

UMTS piirikytkentäinen GERAN PSTN MS BTS BSC MSC, VLR GMSC HLR UTRAN pake`välireinen Internet UE BS RNC SGSN GGSN

UMTS RAN UMTS määrirelee uuden radioverkon Laajakaistaiseen CDMA:han pohjautuva UTRAN (Universal Terrestrial RAN) 1885-2025 MHz (uplink) 2110-2200 MHZ (downlink) GSM/EDGE:n GERAN- verkko voi toimia rinnakkaises& UMTS:n kanssa Muutama uusi komponen` ja termi Radio Network Controller korvaa BSC:n Base Sta&on korvaa BTS:n User Equipment korvaa MS:n Uusia ominaisuuksia Suurempi siirtokapasitee` Soluhengitys Pehmeä tukiasemanvaihto

UMTS radiorajapinta CDMA, Code Division Mul&ple Access Kaikki tukiasemat toimivat samalla taajuudella Jokaisella käyräjällä oma koodi Oikein valitut koodit mahdollistavat useita samanaikaisia lähetyksiä samalla taajuudella Yksi bi` koodataan useaksi symboliksi, jotka saman koodin omaava vastaanoraja pystyy eroramaan taustakohinasta UE Node B Node B RNC CN Kooda%u signaali = (alkuperäinen data) X (koodi) decoding: sisätulo koodatusta signaalista ja koodista 6-20

GSM vs. UMTS radiorajapinta Aikavälit (per puhelu) 0.2 MHz 5MHz GSM Kukin käyräjä eri aikaan Kukin tukiasema eri taajuudella UMTS Kaikki yhtä aikaa samalla taajuudella Leveä kaista => suuri siirtonopeus (Nyquis&n kaava)

CDMA koodaus/dekoodaus läheräjä data bitit koodi d 0 = 1 d 1 = -1 1 1 1 1 1 1 1 1-1 - 1-1 - 1-1 - 1-1 - 1 Z i,m = d i. cm - 1-1 - 1 Kanavan ulostulo Z i,m 1-1 1 1 1 1 1 1 1-1 - 1-1 - 1 aikaväli 1 aikaväli 0 aikaväli 1 aikaväli 0 Radiolähetys - 1-1 - 1 1-1 1 1 1 1 1 1 1-1 - 1-1 - 1 M D i = Σ Z. i,m c m=1 m M d 1 = -1 d 0 = 1 koodi vastaanoraja 1 1 1 1 1 1 1 1-1 - 1-1 - 1-1 - 1-1 - 1 aikaväli 1 aikaväli 0 aikaväli 1 aikaväli 0 Vastaanotettu 6: Wireless and Mobile Networks 6-22

CDMA: kahden läheräjän tapaus LäheRäjät VastaanoRaja 1

CDMA Mitä järkeä? Symbolinopeus (chip rate) 3.84 Mchip/s KäyteRävissä olevia koodeja 512 kpl, jos käytetään 512 symbolia yhden bi&n siirtoon Tällöin siirtonopeus on 1.7 kbit/s (liian hidas jopa puheelle) Suurempiin nopeuksiin päästään jos käytään pienempi määrä symboleja yhden bi&n siirtoon 256 kpl - > 5.51 kbit/s (ääni) 8 kpl - > 384 kbit/s Tällöin samanaikaisen käyräjien määrä pienenee 8 symbolia/bi` => 7 käyräjää 256 symbolia/bi` => 255 käyräjää Systeemi säätelee automaa`ses& symbolien määrää käyräjien määrän ja tarpeiden mukaan Overview_CellularMobileSystems.ppt 24

Soluhengitys W- CDMA (Wideband Code Division Mul&ple Access) - teknologia korvaa yhden läheterävän bi&n usealla symbolilla LäheRäjällä ja vastaanorajalla on sama koodi Hajapspektritekniikka käyrää laajaa taajuuskaistaa Muiden saman taajuuden käyräjien liikenne on kuin taustakohinaa CDMA- liikenteelle SNR- suhde vaikuraa edelleenkin siirrerävän datan määrään (Shannon) CDMA- tekniikoiden yhteydessä käytetään termia Signal to Interference Ra&o (SIR) Tästä seuraa se, erä CDMA:han perustuva solu pienenee, kun liikenteen määrä kasvaa Käytetään termiä soluhengitys CDMA pystyy käsirelemään joustavas& suuremman määrän asiakkaita, mura solun koko muuruu liikenteen suhteessa

Pehmeä tukiasemanvaihto Soq Handover Vies&men (UE) laajakaistainen hajaspektriradio pystyy olemaan yhteydessä useaan tukiasemaan samanaikaises& Niinpä tukiasemanvaihdossa vies&n lisää yhden tukiaseman lisää vastaanorajiin ja pudoraa myöhemmin toisen Lisäksi vies&n voi tämän tekniikan avulla käyrää useaa tukiasemaa &edonsiirron laadun (QoS) hallintaan

HSDPA (3.5G) High Speed Downlink Packet Access 1.8, 3.6, 7.2 and 14.4 Mbit/s (42 & 84 Mbit/s with HSPA+) Paluu aikajakoon UMTS järjestelmässä, jokaisella käyräjällä oma koodi HSDPA:ssa usealla käyräjällä sama koodi, mura liikenne jaetaan eri ajanhetkiin) JaeRu kanava (High Speed Downlink Shared Channel) Järjestelmä aikatauluraa jaetun kanavan käyröä dynaamises& Lisäksi parannuksia viiveissä, kuirauksissa, modulaa&ossa, jne. 27

LTE Vain pake`dataa (Voice - >VoIP) Kaksitasoinen verkko (RNC taso poistunut) Soveltaa monia uusia radio- ja antennitekniikoita (OFDM, MIMO) Ensimmäiset kokeiluverkot käytössä 28

LTE radiorajapinta Koodinopeuden nostaminen UMTS verkoissa on hankalaa, koska eri reirejä kulkeneet signaalit tulevat puhelimeen eri aikaan LTE pojautuu OFDMA (Orthogonal Frequency- Division Mul&ple Access) teknologiaan Kokonaiskaista on jaeru kapeisiin alikaistoihin Useita alikaistoja käytetään samaan aikaan suuremman siirtonopeuden aikaansaamiseen Eri käyräjien siirtotarpeita ajoitetaan eri ajanhetkiin Monitie-eteneminen 29

LTE uses Orthogonal Frequency Division Mul&plexing, OFDM OFDM signal in the air. OFDM symbol length in LTE is 1/15 khz = 67.77 μsec OFDM signal is composed of frequency carriers 15 khz apart. Each of the hundreds of frequencies is QAM modulated: QPSK..QAM64 Receiver makes Fourier Transform (FFT) and discovers the frequencies 30

LTE Architecture

LTE esimerkkiverkko 32

New services with UMTS Typical average bitrate 3G-services utilises bigger speed and/or QoS Broadband in wide area Real-time IP multimedia Some services work Video telephony Multicasting in all networks Multitasking WEB browsing Corporate data access Streaming audio/video MMS picture / video xhtml browsing Application downloading E-mail xhtml browsing Voice & SMS Presence/location GSM 10-40 kbps GPRS 30-40 kbps EGPRS 80-160 kbps Better network performance UMTS 384 kbps UMTS/HSDPA 1-2 Mbps L T E 16-150 Mbps WiMAX on hieman WLANia muisturava tapa pitkän matkan langaromaan datasiirton (tällä hetkellä sen suosio näyrää heikolta) 33

Aiheesta lisää Kurose & Ross 6.2 CDMA (UMTS radiotoiminnalllisuus) 6.4 Cellular internet access (arkkitehtuuri) 6.7 Managing mobility in cellular networks MuRa huomaa, erä suurin osa luennon sisällöstä on kirjan ulkopuolelta From GSM to LTE, Mar&n Sauter, John Wiley & Sons Inc Courses at electrical engineering department at Aalto 34