ilenia/course/radio.pdf ·  · 2007-06-18... (versus124 in GSM) ˝-% ˆ˜˜˚+ ˚ : ˙. . ˙ ˜ ....

Preview:

Citation preview

Giuseppe Bianchi

������������

�� ��� � ��� �������������� �����������

����������� ��������������

Giuseppe Bianchi

�� ���� ������������ ���� ����������

���������������

� ����������� ��������

� ������������������

� ����� ���� �����

� �� ����� ������� ��� �����

�Use top & bottom as additional guard�����������������������

� ������������� �!�� " ��

� #��� ��$�������� %��&�������&'��( " ��

Frequency [MHz]

890

915

935

960

UPLINKMS � BS

DOWNLINKBS � MS

890.2

890.4

“guard band”

1 2 3 4 5 6 7 8

( ) ( )[ ]( ) ( )[ ]MHz12.02.935

MHz12.02.890

−+=

−+=

nnF

nnF

dwlink

uplink

Giuseppe Bianchi

���������������������������������������������� ��������

35dB60dB

Specification: 9dBIn practice, due to power control and shadowing, adjacent channelsCannot be used within the same cell…

Giuseppe Bianchi

�� � �������������� � ������������

� ���� !������"�����#�$�% �&���������

� �&��)&�( " ��� �� ���� ���������*�+�', !!!�( " ��-

� ���&�������'�(��)������

� ��&'���" ���

� ��)�&�. ��/ ��+&'0 �µ�

timetimeslot0

577 µs

timeslot7

1 frame = 60/13 ms = 4.615 ms26 frames = 120 ms (this is the key number)

Giuseppe Bianchi

! "� ��#$�! "� ��#$�%%�$��$�

�� � ������������&��� � ������'����(���� ��� � ������������&��� � ������'����(���� �

time

577us 577us 577us 577us 577us 577us 577us 577us

frequency

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

200 KHz

slot

Total n. of channels: 992

Giuseppe Bianchi

$)��*+,,���� ����������$)��*+,,���� ����������

�$�����������"������*�������

� 1 2 34 51 ��+������" ��

�1710-1785 MHz uplink; 1805-1880 MHz downlink

� #6 78 9 ���������" �� ���� . �����

�1740-1785 MHz uplink; 1835-1880 MHz downlink

�%�&��$%���+���,�������

� ����� ���������

�A total of 374 carriers (versus124 in GSM)

��-%������+�������

� : � . . � ����������. � ���� ���� ��� ��������

�First and second operators @ 900 MHz; Third etc @1800 MHz�DCS 1800 deployment (1996+):

» 15 MHz (=75 carriers) to Wind; 7.5 (=37 carriers) to first and second operator (plus existing 27 GSM 900 carriers)

Giuseppe Bianchi

-����-������ ��� �"����"����

�.��������$%��/.0$%�1�����

�2 ����( ��, , �$0 ������

��� ; ����( ��0 ��$0 &�����

�2����������3

���������� *���'�$��+'&���<��&�'�$�&+'&�� � ; �-

��, ������� *�+, ', $�, &���<��, , ', $�0 &�� � ; �-

��0 �������� *�, ��$�0 �����<��0 !�$�0 0 �����-

Giuseppe Bianchi

$����. �/$����. �/

0 1 2 3 4 5 6 7UPLINK

0 1 2 3 4 5 6 7 DOWNLINK

- MS uses SAME slot number on uplink and downlink

- Uplink and downlink carriers always have a 45 MHz separation-I.e. if uplink carrier is 894.2 � downlink is 919.2

-3 slot delay shift!!

MS: no need to transmit and receive in the same time on two different frequencies!

Giuseppe Bianchi

���0�#��(���� ����� �/���0�#��(���� ����� �/���� ���������������0 �� ������ ���������������0 �� �� �� 1 ���� �� 1 ��������������

f1f2f3f4f5f6f7

Hopping sequence (example):… � f1 � f2 � f5 � f6 � f3 � f7 � f4 � f1…

Slow = on a per-frame basis- 1 hop per frame (4.615 ms) = 217 hops/second

�������� ������ �� � ���������� ����������������� �� � ��������� ���� ������� ��

�������� ��. � ��� ��������������; ��� �� =��� ��� ��� ��*� �������� � � ���� ��> ����-

� � ���� � �������������� ������� � ��� ������ !������� ""���

Giuseppe Bianchi

GP8.25

����������������$����������������������$������

�% &&���������������

�����3������4�����������

� ����� ��" ��������" ����

� ? �� ��@ " ����*���� �$��� ����� <�� ������ � �� -

� ? �� ��@ ��������������" ������A ��� ��&���. ���*����. �-

�22.8 kbps gross rate�13 kbps net rate!

�%3�������������5�����

� 7��� ����� ������� ��� �%��� ���" ���

� B ��� �� ��� � �" ���� ���� ��C7: : ��*� �� ����� ����� �� ���" ��-

TB3

DATA57

S1

S1

Trainingsequence

26

Data57

TB3

148 bit burst

156.25 bit (15/26 ms = 0.577 ms)

Normal burst

Giuseppe Bianchi

�� ��2���� � �/�" ���� ��2���� � �/�" ��

������6�'�7���������������������

� 7��������� ���� �� ����. �

� 8 �A ����. ��A ��" ����� ������. ����� ���� ; ����. �$��)� � ; �

� 7��������� ��D ����" � � �� � �� ��������� ���� ����( �� ; ������

��(������������5���8�����

� � �� ; ��" ����������*, �6 ����� ���> �����: � � ��A ��" ��-

� �� ��� ���������. ��� ���� ��� �� �� ������ �

� E � � ������ ��. �� � ��F

�Because channel estimate reliable ONLY when the radio channel “sounding” is taken!

�Multipath fading rapidly changes the channel impulse response…

Giuseppe Bianchi

��� � �/���(��������� � �/���(������

Different codes used in adjacent cells! Avoids training sequenceDisruption because of co-channel interference.

Giuseppe Bianchi

��0���� ��3�����4��� ���5������0���� ��3�����4��� ���5����

7.6 bits 4.9 bits

156.75 bits; 162.2 bits

Giuseppe Bianchi

��������� ������ �������������� ������ �����

�����&������,����"��5�� �����&�������&3

� G6 ������. ��������. ���

� �������A �������. ��� )

� �������. ��������. ��!H � )

� G6 ������A �������. ��!H ��� )

�2,,������+�����5�����9

���

d

1 2 3 4BTS downlink tx

MS downlink rx 1 2 3 4

1

1

MS uplink rx

BTS uplink rx1

Expected RX time!

Giuseppe Bianchi

��������� ���� 6 �/��������� ���� 6 �/

BTS timeMS time

dwlink slot 1 dwlink slot 4…

dwlink slot 1 dwlink slot 4…

uplink slot 1

uplink slot 1

Maximum cell radius:

KmCGTc

dcd

CGT

rate

bits

rate

bits 5.42708332

25.83000002

2 ≈⋅

⋅≈⋅=→=

Is there something wrong? (GSM says that cells go up to 35 km)

Giuseppe Bianchi

#��� ��� ������ 6�� ��#��� ��� ������ 6�� ��

� ��&��5���*�����/��1

� 5�. ���������� � ���� �����. ����� �" � ��

G6 ��� ���� ������A ���

� &�" ����/ ��$&!

� ����� ��������������. ����� ��� ��

6 7�" ���

� 6 7/ ����� �� A ��

� I.e. transmit after 468.75 bitsafter downlink slot

� 6 7/ &!��

�Transmit after 405.75 bits time

���

TA (transmitted in the SACCH)

dwlink slot 4

uplink slot 1MS timeTA

dwlink slot 4

uplink slot 1uplink slot 1

BTS time

TA avoids collision!

Giuseppe Bianchi

� � �/���1��������� � �� � �/���1��������� � �

���"����:�+��+�5���������� 3

� � )

�;+���:�+��+�5���������� 3

� � )

�;+���:����� �"������3

� � )$6 7

����,������� ���������������������"���

� 6 7�/ ��� )

�����&�&�����������,���+��,������� ��3

[ ][ ] [ ] [ ]kmskm

sbitsbits

cTA

d 89.34/300000/270833

5.312

=⋅=⋅=

8.25 bits Guard time additionally available for imperfect sync (+/- error)

Giuseppe Bianchi

����0������������� ���������������7����0������������� ���������������75���0���������������5���0���������������88

TB8

Trainingsequence

41

Data36

TB3

88 bit burst

156.25 bit (0.577 ms)

Access burst

Solution: USE A DIFFERENT BURST FORMATAccess Burst: much longer Guard Period availabledrawback: much less space for useful information

GP68.25

No collision with subsequent slot for distances up to 37.8 km

Giuseppe Bianchi

-�����"��������� ���� ����-�����"��������� ���� ����

�����,,��������������*�������

�B � �. ��G����

�7����G����

�C��> ���� �: � ������ ��G����

��� �� �� ������ ��G����

���. . � �G����

Giuseppe Bianchi

#��(���� �)������ ���5����#��(���� �)������ ���5����

��������������/�6'�<����1

��,����$�% �&���������3

������; A �������������H �&��)���( ���*&+'+�, !�( ��-

�����������=������>

�E � ��������������� �� ��� �� ������� ����������� ��������

�����"������%����:��+����� ���"������,�������,��8����

GP8.25

TB3

Fixed bit pattern (all 0s)142

TB3

Frequency Correction Burst

Giuseppe Bianchi

9� 9� #)5�#)5�0��3�0��3�7�7���������� ������ ��� ������ �� ��1�� 1�� :��"�� ��:��"�� �� ���� ����

�?��8���� &���������

��)������ �. ��� � ����. ����� � � �������� ����� ���> ����

�: � ����� �� �� . ������ ��E.g. Fc + Pi/2 � � Fc – Pi/2

��% �/����&�&�%��,�� � ��51

��������� �. � �����> ���� . � � ����� � *���> ���� A ����� � / ��� �� A ����� �-

��)������ �. ��� ������. ����� ����� ���A ����� ��1 = vary phase of Pi/2 in 1 bit symbol�0 = vary phase of –Pi/2 in 1 bit symbol

�5� �� A ����� � ��� � ��� " � #B �6 7B 6 7B 1 4 2 �����> ����A ����� �� ���������������. I

Giuseppe Bianchi

9� 9� #)5�#)5�0��3�0��3�7�7���������� ������ ��� ������ �� ��1�� 1�� :��"�� ��:��"�� �� ���� ����

�$�% �/$�����������&�&�%��,�� � ��51

�7� ���

�G�� �� �� A ����� � ��� � ��� " �

?�. � � �� @ ���> ���� A ����� �

�J ����� ��������

Giuseppe Bianchi

9� 9� #)5�#)5�0��3�0��3�7�7���������� ������ ��� ������ �� ��1�� 1�� :��"�� ��:��"�� �� ���� ����

Advantage: continuous phase modulation = lower spectrum occupancyDisadvantage: ISI

Giuseppe Bianchi

$�� � �5����$�� � �5����

�;�������,����������*����������������6--!

�$����������&����+�"������6--!����������������������������

�#. �� ����%�; � ���������� ���� ����� �G: : �

GP8.25

TB3

TB3

Dummy BurstTraining

sequence26

Fixed bit pattern58

Fixed bit pattern58

Giuseppe Bianchi

� ������ 6�� ���5����� ������ 6�� ���5����

����5����������5���8������#������� ��������" �������������� ���� �� �. � � ����I

������ ��������� ���> ����

������,����3�: � ����������� ������ �. ��� ���� ��� �� �� ������� ����. �

�i.e. synchronize frame counter �: � �������� ��G�#: �*G�������� ��#� ������ �: � � �%�&�" ���-

�3 bits network code (operator)» Important at international boundary, where same frequencies

can be shared by different operators�3 bits color code�To avoid listening a signal from another cell, thinking it

comes from the actual one!

GP8.25

TB3

TB3

Synchronization BurstTraining

sequence64

Sync data39

Sync data39

Giuseppe Bianchi

������������

�� ��� � ��� �������������� �����������

������������5�������������

Giuseppe Bianchi

;�/ ����;�/ ����1�1��� � �������������� � ������������

��� ��������������

� 6 �. ����� ���K � �A ������> ������

� #�������. � � ����� �%���� ���� �� �� ������ �%�. ��������������� ��> ���%�

� ������� %����> ���� �� � ���� %���

� ��5�������������

� G������ ���� ��� ���� � � �����

� #������; � �� ����� �. ��� �������� � �� �" ��; ��������� �G��

Physical channels(FDMA/TDMA)

Logical channels(traffic channels, signalling (=control) channels)

Giuseppe Bianchi

;�/ ����;�/ ���� �� � ����� ��� �/�� � ����� ��� �/

frequency

Physical Channel: data rate r, time slot i

frequency

#����� ��� �� $ ���� ���% ������ � ��� ��� �� ���������� � �������� ��� ��

Logical channel A: data rate r/3, time slot i, frame 3kLogical channel B: data rate 2r/3, time slot i, frame 3k+1, 3k+2

Frame 8 Frame 9 Frame 10 Frame 11 Frame 12

Giuseppe Bianchi

�� ���/ �������������� ���/ ������������

MS� �BSSC������ ���� � ���� �FACCH�� � � �� � �� � �� � � � � ���� � �

MS� �BSS��� ; ���� ���� � ���� �SACCH�� � �� ���� �� � �� � �� � � ���� � � � � � � � � �

MS� �BSS���� $�� ������ ���� � ���� �SDCCHDedicated Control channel (DCCH)

BSS�MS5 �� PCH�� � � �� � � � � � � � � � � � � � � ��

BSS�MS7����J ���AGCH�� � �� � �� � � ���� � �� � � � � � � � � �

MS�BSS3�� � . 7���RACHCommon Control channel (CCCH)

BSS�MS�� �� �� ������ �SCH

BSS�MSC��> ���� : � ������ �FCCH� � � � �� �� �� � ��� � �� � �� � �� � � � ���

BSS�MSG�� � �� � ���� �BCCHBroadcast channel

MS� �BSS6 : ��� �� 3��TCH/H

MS� �BSS6 : ����������TCH/FTraffic channel (TCH)

Additional logical channels available for special purposes(SMS, group calls, …)

Giuseppe Bianchi

����.�� �������������� �1��1 �/�����.�� �������������� �1��1 �/�� /���� �/� /���� �/

Setup for an incoming call (callarriving from fixed network part -MS responds to a call)

Steps:- paging for MS- MS responds on RACH- MS granted an SDCCH- authentication & ciphering on SDCCH- MS granted a TS (TCH/FACCH)- connection completed on FACCH- Data transmitted on TCH

Giuseppe Bianchi

������������

�� ��� � ��� �������������� �����������

���������7���,,����������������

�������������5������5��������

Giuseppe Bianchi

����� �������������)!<#������ �������������)!<#�

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Periodic pattern of 26 frames (120 ms = 15/26 ms/TS * 8 TS/frame* 26 frame)

24 TCH frames over 26

20 1 3 4 5 6 7 20 1 3 4 5 6 7 20 1 3 4 5 6 7 20 1 3 4 5 6 7Same TS in every frame

GP8.25

TB3

DATA57

S1

S1

TrainingSeq. (26)

Data57

TB3

148 bit burst156.25 bit (0.577 ms)

Theoretical rate: 1/8 channel rate: r=33.85 kbps

2 signalling frames: r � 31.25 kbps

Burst overhead (114 bits over 156.25): r� 22.8 kbps

Giuseppe Bianchi

���������� �/���������� �/

Analogvoice

A/D conversion8000 samples/s13 bit/sample

Digital voice104 kbps

160 voice samples(20 ms)

(2080 bits)

Speech CODER(8:1 compression)

260 bits block13 kbps

Giuseppe Bianchi

$ ����� ������������ �� ��$ ����� ������������ �� ��

� %+������������&+��&�����@���������*�� �����������/@��1

� D � �����A ��� ���� ����� ��" � �����L �� ���� ����. �

� 6 � �A � �� ������� ��� � � A �������� � �*, �. �-

� A����B��.<�������������&��

� �A ��" ����� �� ���. ���� �

� 3�� ���������������

� C����*�������3���������������������59

� ������ �����A �� ���. ��������� �; ��� �?� . �� ����� ���@

� : � . �� ����� ������������ ������ ��A ����� �" � �6 M �� �� � ��

� 7�� ������ � ���� �*�, �. �-�����. ����� ������������. ��*�#�/ ���������������� �-

time

talking talkinglistening

Giuseppe Bianchi

)�������)�� �/)�������)�� �/

182 bits 78 bits

260 bits260 bits block divided into-Class I: important bits (182)

-Class Ia: Most important 50-Class Ib: Less important 132

-Class II: low importance bits (78)

50 bits 3 132 bits 4

Parity bitsTail bits(0000)

First step: block coding for error detection in class Ia (error�discard frame)Second step: convolutional coding for error correction

378 bits

Convolutional coding, r=1/2

78 bits

456 bits

Coding: needed to move from 10-1 to 10-3 radio channel native BERdown to acceptable range (10-5 to 10-6) BER

Giuseppe Bianchi

5���3� �������1 �/5���3� �������1 �/

0 1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14 15

16 17 18 19 20 21 22 23

.. .. .. .. .. .. .. ..

.. .. .. .. .. .. .. ..

.. .. .. .. .. .. .. ..

.. .. .. .. .. .. .. ..448 449 450 451 452 453 454 455

8

57

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

8 blocks, each with 57 bits

Giuseppe Bianchi

$ �/�������������1 �/$ �/�������������1 �/

B1 B3B2 B4 B5 B7 B8B6 B1 B3B2 B4 B5 B7 B8B6 B1 B3B2 B4 B5 B7 B8B6

Block n-1 Block n Block n+1

nn BB 11

5 /− nn BB 41

8 /− 115 / +nn BB… … … … 1

48 / +nn BB

����������%%"����"������������1 �/��������1 �/

GP8.25

TB3

S1

S1

Trainingsequence

26

TB3

1−= nxB n

xB 4−=

PRICE TO PAY: delay!! (block spreaded over 8 bursts � 37 ms)

Giuseppe Bianchi

5���#��� ����� �����5���#��� ����� �����

�A������������������������������3

�C�. ��. ����" ��� ���� ��

�B��������������<������&����+�����,��&��

����� ���A ��� ������ �

�B � �. � ����� ���&�� ������A ��GC#

�If this happens, receiver muted

Giuseppe Bianchi

���0������ �����)�������)���������0������ �����)�������)������

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TCH/F(0…7) TCH/F(0…7)

SACCH(0…7) IDLE frame

SACCH-0 SACCH-1 SACCH-2 SACCH-3 SACCH-4 SACCH-5 SACCH-6 SACCH-7

1 SACCH burst (per TCH) every 26 frames (120 ms)

� � �� � � � � �� � � �� � � � � � � � � �� � ��� � ���� � �� ��� � � � �� ��� � � �

�4 ���� ���. � 6 �. ����� �

� � � � � � �� �� � � � � � ��� � � � � �� �� � � � � �� ��� � � � � � � � � � � � � ���� � � � � �

Giuseppe Bianchi

��))!�"���3��))!�"���3

������5������5�����Block coding adds 40 bits (=224)�4 tail (zero) bits (=228)�1/2 Convolutional encoding (=456 bits)

�B�������*��53

� , �" �� ( ��� ���+�" ���<

� ����� �� ���� ��� ���� ������A ��" �����

���" ������/ ����� �� ��� ����7: : ��" �� ( I

�%�--!�����3�

��, ��" ���)�, ��. ��/ �!, !'!�" ��)�

B1 B3B2 B4 B5 B7 B8B6

Odd/eveninterleaving

104 frames = 480 ms

Giuseppe Bianchi

��))!�����������))!���������

� ��������'��7�� ���

���"�����*��

���&��5���*����

��������&������+�����,������:�8�����

��������&������+�����,��������*���&���5�&���

�A�����*���������+���3�%�%

� E � ������������ ����I

free

free

(21 bytes – datalink layer)Includes measurement reports

0 41 52 63 7

Power level

Timing advance

Giuseppe Bianchi

��0������������0����������

��%����������� ����������)����������+�"��

� 2 ���� ������� ; �������. ��. �.

�����&�&��������6����+��*�� �(��&�

� �+���:�+�"���&����������:���� �6�%

�����,�������:�����%�*���%�--!

� 5� ; �����A ���A �������$��

�0 = 43 dBm (20 W)�15 = 13 dBm (20 mW)

���5�����&3�&���,������� �+���,��

� ������ ��G�:

�+�"������������++���������������"����:

Maximum power (defined by class)

Minimum power(13 dBm for GSM)

(0 dBm for DCS 1800)

2 dB steps;

Giuseppe Bianchi

������� ����1������������ ����1������CD�.@

� 5� ; �����A ���

� 5�������� �����H ���� � " � � � ���-

�CDE;��� G���1 ��� ��3���*�; -

--48RXLEV_63

-48-49RXLEV_62

………

………

-107-108RXLEV_3

-108-109RXLEV_2

-109-110RXLEV_1

-110-RXLEV_0

To(dBm)

From(dBm)

RX signallevel

-12.8RXQUAL_7

12.86.4RXQUAL_6

6.43.2RXQUAL_5

3.21.6RXQUAL_4

1.60.8RXQUAL_3

0.80.4RXQUAL_2

0.40.2RXQUAL_1

0.2-RXQUAL_0

To(%)

From(%)

Bit error Ratio

Averaged over 1 SACCH block (480ms = 104 frames)

Giuseppe Bianchi

#��������� �����)�������)������#��������� �����)�������)������

�?�--!3���5������5������5

� 2 ��� �; � �����A ������ ����� ���� �. ��� ������ ���� �" ������. �����

�Call setup�Handover

�?�--!�����:�'���

� ��&������� � ��

�B�������*������*���������:

� ����� �� � ��, �" �����

�C�+��������*���������:�/���&�1���������-!

� D �������� �" ���

� D � ���" �� ( *�-�� ���� ��

�����&�&�?�--!���������

� �, �N&)����O" ���). �P�/ �0 '��( " ���*A � !, !�" ���� ���7: : �I-

Giuseppe Bianchi

#�))!� ����� ��� ���)!#�))!� ����� ��� ���)!

Via Stealing bits- upper bit = odd bits stolen- lower bit = even bits stolen- both bits = all burst stolen

time

Figure: shows example of 2 FACCH blocksstealing a TCH (note begin and end behaviordue to interleaving)

Giuseppe Bianchi

!���!���%%���������� �������������)!<!����������� �������������)!<!��%�++����,����(�:�+��*������������%+���,�����������FF���������������:

�����" ����� ��� . ������� ���. ��A � ����95 bits class I

» + 3 parity + 6 tail + convolutional coding 104/211�17 bits class 2

�B�������*��53���. ����A � ���*" �� ( �H �� � � ���H �� � � )�A ��-

�G���� ����" �����

�?��&��53

5 63 41 2 11 129 107 8

TCH/H 0…7 [subchannel 0]

TCH/H 8…15[subchannel 1] SACCH 0…7 SACCH 8…15

Giuseppe Bianchi

-���������� ����������-���������� ����������

��-!�����

�G�������� ��0 '&�( " ���*� �%��-

�4 �� �������� ���Q �'�<��', <�0 '&<���'�<

���,,�����������5��������

���������*�-

���G�����,,�������"����*����3

�#������A �� �; ��� �� ���� �/ ��0 �*III-

�� . �������� �� �� ���" ����������� A ��" ���*����( ��

A � ��-

Giuseppe Bianchi

������������

�� ��� � ��� �������������� �����������

����������6���������-�����������

-�������

Giuseppe Bianchi

�C GG GG 55 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55

5���������)���������������5���������)���������������

��/�� 6�� ����/�� 6�� ��

���,��&������������*��(

� �!�'!, �. ������� � �*A � ����. �-

�%��0����:��"������,��&��

� ������ �; ��� �C��> ���� �: � ������ ��: � �����*C: : �-

� #. . �� ����� ��� ��� ; �� �" � ��� �� �� ������ ��: � �����*�: �-

�2�����,��&����� � � � � � � ��� � �! " � �! # " �3

� R ����� ��

� R �%!%�%��G: : �

� 3�. ���� ��5 �� �*5: �-�)�7����J ����*7J : �-�O/ 57J : �P

51 frame structure - downlink

10 frame sub-block

Giuseppe Bianchi

5))!����� ��������� ���5))!����� ��������� ���

�2����"����:

�: � ������ �� �� ������( �� �� ���� ��� �3�� � . �7����: � ����

33 33 33 33 33 3

51 frame structure - uplink

�2������,��8���� +�������/������1

��;%��6.������&��%����H�

�2���� ��&�������&� �� ����� �-!

Provided that:• All empty slots are filled with DUMMY bursts• Downlink power control must be disabled

33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 3333 33 33 33 33

Giuseppe Bianchi

����0�� �/�������0�� �/���

First operation when MS turned ON: spectrum analysis(either on list of up to 32 Radio Frequency Channel Numbers of current network)(or on whole 124 carriers spectrum)

Giuseppe Bianchi

��� �/��� �/

��%�����������������5�����������,�����+���������"�*��/?--!1

�: � ����" ����� �� �� ������ �

�C��������� �� ��� ������ �

�B&&������� �,����"��%-!������

�C��������� �� ���� �� �� ������ ��*&��" ���������� ���> ����-

�3�� �" ������ �������� ���� �� �� ������ ��� ��25 bits (+ 10 parity + 4 tail + ½ convolutional coding = 78

bits)�6 bits: BSIC�19 bits: Frame Number (reduced)

�?����� <��%����������6--!

Giuseppe Bianchi

��� ��� %%���� �/�������������� �/����������

0 1 2 3 4 5 6 7

8 TS, 4.615 ms

�C GGGG 55 5 5 �C 55 5 555 5 5 �C 55 5 555 5 5 �C 55 5 555 5 5 �C 55 5 555 5 5T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T TS

1 multiframe = 26 TDMA frames (120 ms) 1 multiframe = 51 TDMA frames (235.38 ms)

Multiframe 0 Multiframe 1 Multiframe 49 Multiframe 50Multiframe 2

Multiframe 0 Multiframe 1 Multiframe 25

…………

1 superframe = 51 x 26-multiframe or 26 x 51-multiframe (1326 TDMA frames, 6.12 s)

superframe 0 superframe 1 superframe 2046 superframe 2047superframe 2

1 hyperframe = 2048 superframe (2715648 TDMA frames, 3h28m53s.76)

Giuseppe Bianchi

9� ����� ����� "��79� ����� ����� "��7

�?��&��H

������� ���� ����� ���� ����������� ���. ���� � ����� ����

������,��&� H

������. ������ � ; �G: : ������ ��������

�I.e. which specific information transmitted on BCCH during a given multiframe

�%�+��,��&� H

�2 ��� �����������. �����" � ���� �� ���� � � ���� .

Superframe # Multiframe # frame #FN =

Giuseppe Bianchi

5))!���������5))!���������� �������

� : � � �� ������&�" ������ ����������� ������" �����

� �. ��� � �� ��� ��������A �� ����7: : �

� G: : �������184 bits / (51*8*15/26 ms) ~ 782 bps

�B�,��&������+��*����� �������� ���� ��� ���� ��� ������ ��� ����� �

� 5�. �������� �" ������ ������ ������Random access backoff values �Maximum power an MS may access (MS_TXPWR_MAX_CCCH)�Minimum received power at MS (RXLEV_ACCESS_MIN)�Is cell allowed? (CELL_BAR_ACCESS)�Etc.

� 8 ����� ������������� ������ ������Needed if frequency hopping is applied

� 8 ����� ��G: : ����������� �G�#: �� ����� � " � ��� ������

Giuseppe Bianchi

������������������������ 1�������������������������� 1��

��/�� 6�� ����/�� 6�� ��

�C GG GG 55 55 �C 55 5555 55 �C � �C �C

51 frame structure – small capacity cell

33 33 33 33 33 33 33 33 33 3 333 33 33 3

DOWN

UP

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

� � �� � � ��� � �� � � ��� � �� � � ��

GG GG 55 55 55 5555 55DOWN

51 frame structure – large capacity cell

55 5555 55 55 5555 55 55 5555 55

33 33 33 33 33 333 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 3333 33 33 33 33

Used in TS 2 (and, eventually, 4 and 6) of beacon carrierProvides additional paging and RACH channels

Integrates SDCCH in same channel as other control informationLeaves additional TS all available for TCH

UP

Giuseppe Bianchi

9� �=>�����?*79� �=>�����?*7

Last frame (idle) in TCH multiframe (Frame #25) used as “search frame”!

T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T TS

- An active call transmits/receive in 25 frames, except the last one.- in this last frame, it can monitor the BCCH of this (and neighbor) cell- this particular numbering allows to scan all BCCH slots during a superframe

- important slots while call is active: frequency correction FCCH and sync SCH!- needed for handover

-Worst case: at most every 11 TCH multiframes (1.32 s), there will bea frequency correction burst of a neighboring cell

Giuseppe Bianchi

������������

�� ��� � ��� �������������� �����������

������������5��5<�C����&�������<�������������5�����5

Giuseppe Bianchi

9� ���/ �/9� ���/ �/�: � �������� �. ����

�only upon explicit request from MS

�5 �� �needed to “wake-up” MS from IDLE state when incoming call

arrives to MS

����������� ��37: ���� ��( ��� ���� ������Generally SDCCH (but immediate TCH assignment is possible)

BSS/MSCMS

1) paging

3) Channel assignment

2) Random access

Paging channel: PCHAccess Grant Channel: AGCHRandom Access Channel: RACH

PAGCH CCCHCommon ControlCHannel

Giuseppe Bianchi

��/ �/��/ �/

���5��5�&����5��5���������� ��%-

�E � �� �����A ������ . �� ���

������,�����������������,�6%-

�5 �� ���. ���� ��� �����S���� ��� ����

�5 �� �. ��� ��� �������List of cells where paging should be performed�Identity of paged user (IMSI or TMSI)

���5��5�&����5����������������������*����������*����������������,���

��. ��� � �� )�������A �� ����������� ���7: : ��*�, ����&�" ���-

���5��5�,���&�����%�&� ����G����������������8���+�5��5�&����5�

Giuseppe Bianchi

$ ����� ������������ ����$�@�$ ����� ������������ ����$�@�

��%���������&���������������������+�5��5��������

������*�������� <��-!���*�������������0��������

� ��" � �A ���� ��" ��� �� ������!�� � ����� ��#��#

� 2 ������������� ��� ��� �����A �����" $� ����

�Switches off otherwise

��-!����0���������+���������&&������������6--!

� 2 ���� �0 ���" $� �����

�C GG GG 55 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55 �C 55 5555 55

51 frame BCCH structure - downlink

Giuseppe Bianchi

��������������������������������

���"� ������*������ ��%

� #������� ������ �� �� �*��� . �� ���-

� E � ����� ��� ����� ������� ���� �" ������� �. ��

� E � �����; ������� ������� �" � ���

�6�����������������������������C�-!

� 7����" ������ � �� ��, ��� �� � �" ����*� ����T ��> -�� !&�� � �� �" ���

�+6 parity; + 4 tail; + ½ convolutional coding

TB8

TrainingSeq. (41)

Data36

TB3

Access burstGP

68.25

$ � �� % � � � �� � � � ��& � � �

' � � � � � � � � �� �� � ��# � � �

100: response to radio call101: emergency call110: new establishment of call111: supplementary service (SMS, etc)…000: other case

Random discriminator: (0…31) value randomly generated by MS

Channel_req message

Giuseppe Bianchi

��)!������� ����)!������� ��

A,B C,B C A,B A B

MS-A MS-B

MS-C

Multiple Access Technique for simultaneous accessCollision resolution based on

- random retrial period- “permission” probability

(SLOTTED ALOHA protocol)Same thing..!

Giuseppe Bianchi

��)!�������� ������)!�������� ����

�I���������

�.���������&����"����+��������� �+

�3������%����A �� �%��A ��� ��)����� ��

�����*����+������������3

( )( )

( )�=

−���

����

N

k

kNk

N

N

ppk

N

pNp

p

2

1

1:collision

1:success

1:idle

Maximum efficiency: when p=1/N

Giuseppe Bianchi

��)!�������� ��������������)!�������� ������������

�6--!�����������

�G( � �� ��. ���uniform distribution; max value: 3 to 50

����. �. ���. " ���� ��������. ����� �����. �����Never greater than 7

��� �������+���, 3

���. �������A ���� �������� �������������*� �����/ ��-

�37: �� �� �������� ���� ��MSs divided into 10 groups, depending on SIM-related

information�BTS may block selected groups�Allows to reduce RACH load down to as low as 10%

» Emergency calls bypass this rule…

Giuseppe Bianchi

��������������� /��� �/� /��� �/ %% **

MS BTS BSC MSCChannel_request

rnd number Channel_required

rnd&frame number,Delay (TA estimate)

Channel_activation

Ch_activation_ack

rnd&frame number, channel description,Initial TA, initial max power

Immediate_assignment

Giuseppe Bianchi

�� � �� ������� /�� ����� ����/��� � �� ������� /�� ����� ����/�

����+�5��5��������

�#'�'�7J : ������� � �. ���� �. ���� �� ����– name PAGCH is perhaps better…

�%����=�����������+�������>

����� ������������� ��� ��37: �

����� ���� �� ���� �������. ���. ������ ��� ����� ���������

�I.e. which message to send in case of many messages, and on which paging slot (4 bursts)

����. ����� ��" ����3M

�To monitor PAGCH for Immediate Assignment message detection

�B&&�����������5�&������G����+�������

Giuseppe Bianchi

������ �������� �� ��� � �����7������ �������� �� ��� � �����7

� �"���%�&� ���*����&�������&�������&������

� 8 �( ��� ����� �A � ��� � %�; ��� �� ��� ���" ���

����������&������������&��,��&�

�2�� �����"����/�������������,����1

� ����������������*���*�����+�������%�������,�������

� 4 ����: : � MS1ID1

MS2

ID2

BTS

ID1leave

continues

Giuseppe Bianchi

��������������� /��� �/� /��� �/ %% ==

MS BTS BSC MSC

Immediate_assignment… … … …

Initial_message

MS ID (IMSI or TMSI), MS capabilities(=classmark), establishment cause

Initial_message_ack (UA)

Copy of Initial message (including MS ID)

Establishment_indication

Further signaling: MSC to MS

Giuseppe Bianchi

����������%%������������$�� �����$�� ����� )�������)�������

)������)������%% �$))!�$))!

���������������������������������%

� " �� ���� �� ��� � � �� �����

�!��������������%�--!

�-����53���%�--!�

� �, ����&�" ��� � ����� ������A ��" �����

�� +����,��&��5/%�--!)�1

� , ���: : ��*H , ��7: : �-�� ����� ���� *�����%6 �-

� ����: : ��. ��� � ������$. ������. �

�184 bits / (51*8*15/26 ms) = 598/765 kbps ~ 782 bit/s� ���7: : ���A ��� ��. ������. �

!

!

!

!

&

&

&

&

+

+

+

+

7

7

7

7

!

7

7

7

7

!

7

7

7

7

!

7

7

7

7

!

!

!

!

!

&

&

&

&

+

+

+

+

7

7

7

&

7

+

7

7

7

&

7

+

7

7

7

&

7

+

7

7

7

&

7

+

SDCCH/4 for smallcells – SDCCH shares

BCCH+PAGCH channel- see before -

Recommended