Rețele de comunica ții [631928]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
1

Rețele de comunica ții

Echipa: 06
Studenț i: AILENEI Cristian
MITREA Raluca -Florina
VASILOAICA Mihai -Ionuț
VOINEA Cristina
Grupa : 441C
Titular curs: Bogdan MOCANU

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
2 Cuprins

I. Introducere ………………………………………………… 3

II. Tipuri de antene folosi te in 3G ……………………………. 5

III. Interfe țe
1. Interfe țe din Re țeaua de Acces Radio -UTRAN ……… 10
2. Interfe țe din Re țeaua Centrală -CN …………………… 12

IV. Bibliografie ………………………………………………. 16

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
3 Tipuri de antene folosite în 3G
Interfețe utilizate de sistemele UMTS

I. Introducere
Dezvoltarea sistemelor 3G a fost susținută de trei principale motivații:
• Realizarea de transmisii multimedia pe suport radio;
• Obținerea unor capacități sporite pentru utilizator, în raport c u cele oferite de
tehnologia 2G;
• Realizarea unui standard sau a unor grupuri de standarde cu aplicație la nivel global.

Fig. I.1 . Arhitectură generală a unei Re țele de Comunica ții

Principalele două familii ale tehnologiilor pentru comunica ții mobile 3G sunt:
• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
• CDMA2000 (Code Division Multiple Access)

Tehnologia CDMA2000 a fost dezvoltată de compania Qualcomm și este utilizată cu
precădere în America si Coreea de Sud, în timp ce în Europa se foloseș te numai tehnologia
UMTS dezvoltată inițial de insititu tul European ETSI (European Telecomm unications Standard
Institute) și preluată apoi de grupul 3GPP (Third Generation Partenership Project).
Vom discuta in continuare doar despre standardul UMTS utilizat in Europa.

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
4
Elementele de rețea ale sistemului UMTS sunt împărți te în trei categorii (figura I.2 ):
• Terminalul utilizatorului – UE (User Equipement).
• Rețeaua de acces radio – UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
• Rețeaua centrală – CN (Core Network).
Fig. I.2 . Elementele de rețea ale sistemelor UMTS ș i GSM

Echipamentul de utilizator UE (User Equipement) reprezintă terminalul folosit de UMTS
ca o interfa ță între utilizator ș i rețea. Aces ta este format dintr -o cartelă denumită USIM (UMTS
Subscriber Identification Module) și echipamentul mobil, ME (Mobile Equipment). Cel din urmă
este integrat în nivelul de protocoale al interfețelor radio și conține un slot în care se poate
introduce o cartelă USIM( Universal Subscriber Identity Module) , formând cu aceasta interfața
Cu.
Rețeaua de acces radio denumită generic UTRAN este formată din unul sau mai multe
subsisteme RNS (Radio Network Subsystems), care la rândul lor sunt formate din stații de bază
Node B ( echivalente cu BTS -urile din GSM) și unități RNC (Radio Network Controllers). Node
B este o stație de bază, ce comunică cu UE (User Equipement) prin tehnologia
WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), iar RNC controlează resursele radio
precum unitat ea BSC (Base Station Controller) din GSM. Rețeaua de acces radio UTRAN
îndeplinește mai multe categorii de funcții privind controlul accesului în sistem, funcții de
criptare și de decriptare a informațiilor pe canalul radio, funcții de mobilitate, legate d e controlul
și managementul resurselor radio , dar și de serviciile difuzate.

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
5 Rețeaua centrală CN (Central Network) este partea sistemului UMTS ce conectează
UTRAN la rețelele externe, cum ar fi PTSN (Public Switched Telephone Network) și Internet.
Practic , aceasta reprezintă o arie largă de rețea care face legătura între informațiile transmise de
ultilizatori și destinație; conține o întreagă rețea de echipamente: switch -uri, servere pentru baze
de date(HLR,VLR), care sunt folosite pentru managementul mobi lității și al transportului pentru
pachetele de date din internet.
II. Tipuri de antene folosinte in 3G
Din punct de vedere tehnic, amplificarea antenei pare a
fi cea mai solicitată caracteristică a antenei. Antenele tipice
UMTS de 1.6 -1,8 metri au câștigur i de 16 -20 dBi. Lățimea
lobului principal este de obicei următorul lucru pe care inginerii
îl doresc acum. Lățimea tipică orizontală a fasciculului pentru
site-urile cu antene ce acoperă trei sectoare este de 65 de grade,
în timp ce la țimea pe verticală este aproximativ intre 4 si 6
grade.

Fig. II.1. Castigul unei antene amplasate pe un site

Având in vedere că tehnologia 2G era deja implementată , stațiile de bază erau echipate
cu antene. Dacă î n cee a ce priveș te tehnologia GSM interferen țele dintre sectoarele adiace nte
puteau fi neglijate datorită spațierii suficiente între canale, î n UMTS interferen ța va fi o reală
problemă deoarece i n acest caz se va utiliza aceeaș i frecven ță in fiecare sector al unei sta ții de
bază(Node B), ceea ce va duce la problema suprapunerii sectoarelor. Această interferență
adițională are ca rezultat o capacitate variabilă a rețelei și o acoperire în funcție de înclinarea
antenei. În plus, modul în care această înclinare (în jos) este realizată – fie mecanic, fi e electric –
influențează interferențele cu care se confruntă un sector învecinat.

Fig. II.2 . Ajustarea mecanică vs electrică a ti ltului
Astfel, după cum se poate observa in figura de mai jos, în funcție de înclinarea
selectată , se poate estima raza geometrică a celulei, vazând locul î n care lobul principal atinge
pamantul.
Rθ = Δh B / tan θ

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
6
Fig. II.3 . Unghiurile de înclinare ș i raza celulei

Mai jos sunt prezentate mai multe tipuri de antene folosite in 3G:
• cu polariza ție atât in plan verical, cât ș i in cel orizontal vs cu polariza ție in plan verical
• direc ționale vs omnidirec ționale
• tilt fix vs ajustabil electric
• de interior vs de exterior

D- diametrul țevei
A- distanț a dintre anten a și
țeavă

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
7

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
8

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
9

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
10 III. Interfe țe

Interfa ța Uu Inrterfa ța Iu
Fig. III.1. Legă tura dintre elementele de rețea ale sistemului UMTS

Arhitectura generală este formată din UE( User Equipment ), care comunică prin interfața
radio Uu cu UTRAN( Universal Terrestrial Radio Access Network ), care la rândul său comunică
prin interfața Iu cu Re țeaua Centrală – CN(Core Network ).
1. Interfe țe din Re țeaua de Acces Radio -UTRAN

Fig. III. 2. Interfe țe din Re țeaua de Acces

Interfața radio a unui sistem mobil de telecomunicații est e interfața dintre stația mobilă
și stația de bază , unde comunicarea se realizeaz ă fără fir. Interfața radio UTRA(UMTS
Terrestrial Radio Access) este localizată între UTRAN(U MTS Terrestrial Radio Acess Network)
și MS(Mobile Station).
UMTS poate fi folosit în diferite medii de operare în care densit ățile de trafic variaz ă în
limite foarte largi, pornind de la valori de trafic foarte redus și terminând cu valori mari de trafic.
UTRA trebuie s ă suporte mobilitatea utilizatorului atât în interiorul unui mediu de
operare cât și între mediile de operare radio. Pentru realizarea complet ă a mobilit ății terminalului
este necesar ca transferul s ă evite întreruperea comunica ției la dep ășirea limitei celulei.
Această interfață utilizează o metodă de transmisie numită CDMA (Code Division
Multiple Access).
Accesul multiplu pe interfața radio se face în unul din cele două moduri duplex are:

UE

UTRAN
CN

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
11 • Duplex are cu diviziune în frecvență ( Frequency
Division Duplex -FDD ) este metoda clasică de
realizare a comunicației duplex, în care legăturile de
la stația mobilă la stația de bază ( uplink ) și invers
(downlink ) utilizează două frecvențe radio distincte.
Fiecare pereche de frecvențe radio sunt separate între
ele și sunt alocate de către sistem.
• Duplex are cu diviziune în timp ( Time Division Duplex – TDD ) – este o metodă duplex în
care legăturile uplink și downlink utilizează aceeași frecvență radio , dar sunt multiplexate
în timp prin folosirea unor sloturi de timp distincte, foarte bine sincronizate.

Fig. III.3. Modurile de duplexare: FDD vs TDD

RNC ( Radio Network Controller ) este o componentă a RNS -ului (Radio Network System,
Sistemul de rețea radio) care controlează stațiile de bază , Node B, din interiorul RNS -ului.
Acesta se ocupă cu schimburile de protocoale dintre echipamente prin intermediu l interfețelor
Iu, Iur, și Iub și este responsabil pentru funcționarea centra lizată și întreținerea (O & M)
întregului RNS , cu acces la OSS( Operation Suport System).
Iub-ul conectează NodeB și RNC în UTRAN. Sistemul UMTS are nevoie de un sistem
de dimensionare care să permită să determine capacitatea informațiilor care sunt transmise. Cele
mai mari constrângeri din punctul de vedere al dimens ionării le au interfața radio și interfața Iub.
Când capacit atea de transport prin cele două interfețe ajunge la limite maxime, atunci trebuie
modificate sau schimba te ramuri ale sistemului. Când interfața Iub ajunge la o anumită
constrângere, decizia cea mai importantă care trebuie luată este de a adăuga unul sau mai multe
Node B -uri pentru a putea scoate din supradminsionarea linkului .

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
12 Interfața deschisă Iur permite comunicarea între diferitele RNC -uri în cadrul UTRAN.
Interfața Iur aduce sisteului abili tăți precum : macro -diversitate, managementul resurselor radio,
mecanismul de mobilitate. Când interfața Iur e implementată în rețea, UE se poate atașa
(conecta) la rețea prin mai multe RNC -uri, fiecare menținând un anumit rol logic în timpul
conexiunii ra dio. Aceste roluri sunt : Serving RNC (SRNC), Drifting RNC (DRNC) si Controlling
RNC (CRNC).
Transferul informațiilor între UTRAN și Core Network se realizează prin interfața Iu,
care leagă RNC -ul din UTRAN cu echipament ele din CN. Pentru că și Core N etwork -ul este
alcătuit din mai multe echipamente, interfața Iu este defapt împărțită in 2 interfețe: Iu -CS(Circuit
Switched ) și Iu -PS(Packet Switched ).
2. Interfe țe din Re țeaua Centrala -CN

Fig. III. 4. Interfe țele din re țelele 2G ș i 3G

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
13

• Iu-PS
Opțiunea de generare a apelurilor
permite utilizatorului să simuleze
comunicațiile de ieșire în care este inițiat
un apel de ieșire, prin trimiterea de mesaje
de control ale apelurilor utilizând scripturi
și profile adecvate. Profilul permite
modificarea parametri lor necesari
mesajelor de control și a apelurilor în
timpul rulării.

Fig. III. 5. Semnaliză ri pe interfa ța Iu-PS
• Iu-CS
Iu-CS este interfața specificată între RNC și MSC. În mod similar, putem testa interfața IuCS
care emite RNC (Radio Network Controller) și MSC (Mobile Switching Center), generând
mesaje de semnalizare RANAP și DTAP prin SCTP. Acesta include scenarii gata pentru a
simula actualizarea locației, controlul apelurilor MO (Mobile Originating), terminarea mobilă
(MT), apelul vocal / SMS prin SMS, SMS prin apel vocal activ și proceduri de transfer (relocare)
etc.

Fig. III. 6. Nivelele de pe interfaț a Iu-CS

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
14 • Gc
Interfaț a Gc face legătura dintre HLR și GGSN ș i implementează următoarele servicii 3GPP
Mobile Application:
➢ Recuperarea informațiilor de rutare pentru GPRS
➢ Raportarea eșecului de a stabili un context de PDP (P acket Data Protocol ) solicitat
în rețea
➢ Raportarea faptului că o SM (statie mobila) a devenit accesibilă pentru GPRS
Inițiază un dialog GPRS din aplicația Ge indicând o stabilire a contextului PDP

Fig. III. 7. Interfaț a Gc
• Gn
Interfața Gn face legătura dintre SGSN ș i GGSN, iar prin intermediul ei se pot iniția
următoarele evenimente de control pentru un Nod de servire GTP (GSN):
➢ Crearea solicită rii / răspunsul ui pentru PDP
➢ Actualizarea contextului solicitare / răspunsul PDP
➢ Inițierea solicită rii / răspunsului de activare a PDP
➢ Ștergerea solicită rii / răspunsului pentru PDP

Fig. III. 8. Interfaț a Gn
• Gr
Interfața Gr face legătura dintre HLR și
SGSN ș i implementează următoarele
servicii 3GPP Mobile Application:
➢ Autentificarea informațiilor de
recuperare;
➢ Actualizarea locației ;
➢ Eliminarea UE (user equipment);
➢ Introducerea datelor abonatului;
➢ Reset

Fig. III. 8. Interfata Gn

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
15 • Gs
Interfaț a Gs face legă tura dintre MSC și SGSN ș i implementează următoarele servicii:
➢ Paginare a pentru servicii non -GPRS;
➢ Actualizarea locației pentru serviciile non -GPRS;
➢ Declanș area explicită IMSI ( dispozitiv de interceptare telefonică ) din serviciile GPRS;

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI
Facultatea de Electronica, Telecomunica ții si Tehnologia Informa ției
16 IV. Bibliografie
UMTS: The Fundamentals , Bernhard H. Walke, P. Seidenberg, M. P. Althoff, 2003
WCDMA for UMTS , Harri Haloma and Antti Toskala
Base Station Antennas, Filters, Combiners and Amplifiers for Mobile Communications,
Catalogue Kathrein
http://www.selteq.com/Products/kathrein/catalog_mobile_base_station_antennas_2010.pdf
https://www.radio -electronics.com
http://h ermes.etc.upt.ro/docs/cercetare/teze_doctorat/ir.pdf
https://www.commsys.isy.liu.se/TSKS03/reports/UMTS.pdf
https://www.developingsolutions.com/products/3g -network -testing/
https://www.gl.com/maps -umts -iups-emulator.html
http://www.um tsworld.com/industry/antenna.htm
https://www.iskra.eu/en/GSM -UMTS -LTE-WIFI -Antennas/
https://www.researchgate.net/publication/3967097_The_effect_of_electrical_and_mechanical_an
tenna_down -tilting_in_UMTS_networks