09.09.2003
11 UTRAN-Funktionen

11.1 Charakteristika des UTRAN

Das Funknetzteil von UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network) hat ähnliche Komponenten wie das Funknetzteil von GSM, nur muss es zusätzliche Funktionalitäten unterstützen, die für GSM nicht notwendig sind. So verwendet GSM als Multiplexverfahren TDMA (Time Division Multiple Access: Zeitmultiplexverfahren) während UMTS CDMA (Code Division Multiple Access: Codemultiplexverfahren) verwendet. Daher divergieren die implementierten Funknetzaufgaben zum Teil erheblich. Schauen wir uns einen Überblick des UTRAN´s an:



Abbildung 1: UTRAN-Architektur


Die Iub-, Iur- und Iu-Schnittstellen basieren bei UMTS auf ATM-Technik (Asynchronous Transfer Mode). Die Abbildung 1 zeigt die Komponenten des UTRANs, die primär aus zwei Baugruppen bestehen, nämlich die Node B und der RNC (Radio Network Controller). Die Node B (entspricht der Bodenstation) hat im GSM-Netz ihr Äquivalent in der BTS (Base Transceiver Station), der RNC findet sein Gegenstück im BSC (Base Station Controller) des GSM-Netzes. Was in der Abbildung 1 sofort als Neuheit gegenüber dem GSM-Funknetzteil auffällt, ist dass die RNC´s untereinander über die Iur-Schnittstelle verbunden sind und somit miteinander kommunizieren können. Das UTRAN ist dadurch in der Lage, Handovers eigenständig durchführen zu können. Das Handover garantiert, dass beim Wandern (Roamen) von einer Zelle zur nächsten das Gespräch nicht abreißt, sondern für den Teilnehmer unbemerkt auf einem neuen Funkkanal in der neuen Zelle übergeben wird. Beim GSM-Funknetz (BSS-Base Station Subsystem) muss das Handover über den MSC (Mobile Switching Center: Vermittlungsstelle im Core Network) abgewickelt werden, falls ein Zellwechsel durchgeführt wird, bei dem die beteiligten Zellen zu zwei unterschiedlichen BSC´s gehören. Das ist bei UMTS nicht mehr notwendig, da die RNC´s die Kompetenz und Kommunikationskanäle untereinander haben, um das Handover durchführen zu können.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass das UTRAN aus mehreren RNCs besteht, wobei an jeden RNC mehrere Node Bs angeschlossen sind. Jede Node B kann eine oder auch mehrere Zellen separat verwalten. In der ersten UMTS-Phase werden die meisten Node Bs drei Zellen versorgen - man spricht hier auch von drei Sektoren der Node B, wobei jeder Sektor aber eine eigene Zellidentität hat:



Abbildung 2: Node B verwaltet drei Sektoren


Wie wir bereits erfahren haben, gibt es durch die Quasiorthogonalität des Scramblingcodes zum Teil erhebliche Störüberlagerung, die von anderen Teilnehmern verursacht werden. Schauen wir uns dabei folgende Situation näher an:



Abbildung 3: Teilnehmerstörung auch in Nachbarzelle


Der Mobilteilnehmer befindet sich in der grünen Zelle, er ist aber bereits so nahe am Zellenrand, dass er im Wirkungsbereich der nächsten Nachbarzelle (rot) ist. Er befindet sich im Überlappungsgebiet. Bei GSM würde er weiter mit der grünen Bodenstation kommunizieren. Bei UMTS treten hier aber durch das WCDMA-Verfahren Probleme auf. Das Handy muss in der Abbildung oben bereits mit höherer Leistung senden, da es bereits einen gewissen Abstand von der Bodenstation hat. Diese höhere Sendeleistung des Handys verursacht aber nun auch höhere Reststörungen für alle Teilnehmer in der roten Nachbarzelle. Um diese Reststörungen zu kompensieren, müssten die roten Teilnehmer mit mehr Leistung senden, was mit einem Kapazitätsverlust für die rote Zelle verbunden ist. Diese Problematik mach im UTRAN ein neues Regulierungsverfahren notwendig, das man als Makrodiversität bezeichnet.

11.2 Die Makrodiversität

Um in der roten Zelle die Störungen besser in den Griff zu bekommen, bräuchte die rote Bodenstation (Node B) eine Leistungs-Kontrollmöglichkeit. Deswegen wird im Überlappungsgebiet ein zweiter Funkkanal aufgebaut, der mit der roten Bodenstation kommuniziert. Dabei überträgt das Handy über beide Funkkanäle absolut die gleiche Information:



Abbildung 4: Makrodiversität - Kommuniaktion über mehrere Kanäle


Die Node Bs leiten die empfangenen Informationen über deren Iub-Schnittstelle an den RNC weiter, der die beiden Informationen so kombiniert, dass sich ein möglichst fehlerfreies Signal ergibt, welches er dann über die Iu-Schnittstelle an das Core-Network weiterleitet. In umgekehrter Richtung muss der RNC das vom Core Network kommende Signal aufsplitten und den jeweiligen Node Bs zukommen lassen, die dieses dann jeweils aussenden. In diesem Fall muss das Handy dann beide empfangenen Signale kombinieren. Man spricht hier von Combining und Splitting.

Da das Handy jetzt über zwei Kanäle kommuniziert, kann die Sendeleistung pro Kanal reduziert werden. Dadurch reduzieren sich die Reststörungen in jeder Zelle und es kann an Zellkapazität hinzugewonnen werden. Außerdem hat die rote Bodenstation jetzt die Möglichkeit, ebenfalls an der Leistungsregulierung des Teilnehmers beteiligt zu sein.

11.3 Softhandover

Die Makrodiversität hat natürlich auch Auswirkungen auf das Handover-Verhalten. Bewegt sich der Teilnehmer in die rote Zelle hinein, so muss ein neuer Kanal nicht zugewiesen bzw. aufgebaut werden, da das Handy im Überlappungsgebiet ja bereits über zwei Funkkanäle verfügt und nun mit der neuen Zelle kommuniziert. Der Zellenübergang geht daher sehr sanft bzw. weich vor sich, so dass man hier von einem Softhandover spricht. Von Softhandover wird immer dann gesprochen, wenn der neue Übertragungskanal ohne Frequenzwechsel durchgeführt wird; wenn man also in der selben Zellularebene bleibt (z.B. Makrozellen). Ist mit einem Kanalwechsel ein Frequenzwechsel verbunden, so spricht man von einem Hardhandover, das dem von GSM entspricht. Im UTRAN kommt es genau dann zu einem Hardhandover, wenn die Zellularebene gewechselt wird (z.B. von Makrozelle zu Mikrozelle) oder wenn ein Handover in das GSM/GPRS-Netz durchgeführt wird.

Es gibt drei Arten von Softhandover:

11.3.1 Softer Handover

Beim Softer Handover befindet man sich im Überlappungsgebiet zweier Zellen, die zur selben Node B gehören. Hier findet das Combining/Splitting in der Node B statt, so dass nur eine einzige Iub-Schnittstelle erforderlich ist, um die Information zum RNC weiterzuleiten:



Abbildung 5: Softer Handover


11.3.2 Intra RNC Softhandover

Hier befindet man sich im Überlappungsgebiet zweier Zellen, die von verschiedenen Node Bs gesteuert werden, die aber an den selben RNC angeschlossen sind. Das Combining/Splitting erfolgt im RNC:



Abbildung 6: Intra RNC Softhandover


11.3.3 Inter RNC Soft Handover

Hier befindet man sich nun im Überlappungsgebiet zweier Zellen, die zu unterschiedlichen RNC-Bereichen gehören. Es gibt hier einen SRNC (Serving RNC), der die Anbindung an das Core Network durchführt und auch das "Combining/Splitting" übernimmt. Der zweite RNC heißt Drift RNC (DRNC), der die Informationen einerseits zum SRNC durchschleusen muss und andererseits die an ihn angeschlossene Node B verwalten muss:



Abbildung 7: Inter RNC Softhandover


© Rudolf Riemer, http://www.umtslink.at

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