SAMSUNG Confidential Proprietary IMT-2000 IMT-2000 UTRAN ARCHITECTURE 2000. 10. 30

SAMSUNG Confidential Proprietary IMT-2000 IMT-2000 시스템 연구팀시스템 연구팀

UTRAN ARCHITECTUREUTRAN ARCHITECTURE

2000. 10. 30

SAMSUNG Confidential Proprietary UMTS 시스템 연구팀 2

차례차례

STANDARDS HISTORY IMT-2000 SYSTEM COMPARISON UMTS ARCHITECTURE UTRAN PROTOCOL ARCHITECTURE UTRAN Network Elements RNC/nodeB Configuration and Function Technology Area References


History of Mobile SystemsHistory of Mobile Systems

GSM : Global System for Mobile communications TDMA : Time-Division Multiple AccessCDMA : Code-Division Multiple AccessPDC : Personal Digital Cellular

Europe

Japan

North America

TACS GSM (TDMA) since 1992

NTT SystemTACS PDC (TDMA) since 1993

AMPS IS-54 (TDMA) since 1993

IS-41/95 (CDMA) since 1995

1st Gen.(1980s)(Analogue Systems)

2nd Gen.(1990s)(Digital Systems)

• more than 40 million subscribers in more than 100 countries

• Some 40 million subscribers in Japan

JapanKorea


33G Mobile SystemsG Mobile Systems

2nd Generation 3rd Generation(From) (To)

• Low Data Rates

• Voice

• Regional Roaming

• Wireless only

• Higher Data Rates

• Internet and Multimedia

• Global Roaming/Service Delivery

• Wireless and Wired (Fixed-Mobile Convergence)


IMT-2000 Radio and Service EnvironmentsIMT-2000 Radio and Service Environments

Satellite

MacrocellMicrocell

UrbanIn-Building

Picocell

Global

Suburban

Basic TerminalPDA Terminal

Audio/Visual Terminal

A single world standard to support a wide range of radio operating environments and service types


Standardization ProcessStandardization Process

TIA, T1P1: USA/cdma2000, UWC-136, ANSI-41TTA: Korea/cdma2000, ANSI-41ARIB, TTC: Japan/as above

ETSI : Europe/GSM,UMTS,W-CDMAARIB, TTC: Japan/GSM,W-CDMAT1P1: USA/GSM, W-CDMA

Overall Global Coordination: ITU under the name of IMT-2000

• ITU-R Radio aspects (Air Interface) (Task Group 8/1)• ITU-T Network aspects (Roaming, etc) (Lead SG: SG 11)

3GPP (3G Partnership Project) established in January 1999

Coordinated Inputs

3GPP-2 (3G Partnership Project -2)

established in January 1999


UMTS v.s. cdma2000UMTS v.s. cdma2000

비교 항목 UMTS cdma2000

지역 기반 유럽 북미표준 주관 ETSI EIA/TIA

표준화 작업 3GPP 3GPP2

무선 표준 규격 TS xx.xxx IS-2000.x

무선 접속 기술 W-CDMA MC-CDMA

유선망 UMTS(GSM) ANSI-41

별 칭 비동기 시스템 동기 시스템


Wireless Technology Comparison(1)Wireless Technology Comparison(1)I S- 95A / I S- 95C MC / W- CDMA Comparison Table

00. 03.

I S- 95A IS- 95C MC W- CDMA

DL DS-CDMA MC-CDMA DS-CDMAMultiple accessscheme UL DS-CDMA DS-CDMA DS-CDMA/ ODMA

Duplex Scheme FDD FDD FDD or TDD

Channel Spacing (MHz) 1.25 1.25/ 5 5

Chip Rate (Mcps) 1.2288 1.2288/ 3.6864 3.84

Frame Lengh (msec) 20 20 10

I nter BS Synchronization Synchronous Synchronous Asynchronous

UL: 424.5kbps * N(=1,2,3), N: No. of codesMaximum Data Rate 14.4 kbps 307.2kbps / 1.2288 Mcps1036.8 kbps / 3.6864 Mcps DL: 829.2kbps * N(=1,2,3), N: No. of codes

Data Modulation DL/UL BPSK/ BPSK QPSK/ BPSK QPSK/ QPSK

Spreading modulation DL/UL QPSK/ OQPSK QPSK/ HPSK(OCQPSK) QPSK/ HPSK(OCQPSK)

DL Short(symbol level) & Long QPSK time shif t PN code Long(Complex Gold code)Scrambling code

UL Short & Long “ Short(S2 code) & Long(Complex Gold code)

DL Pilot/ Synch/ Paging/ traffi c

Code multiplexed

Pilot, Transmit Diversity Pilot, AuxiliaryPilot, Auxiliary Transmit Diversity Pilot,Sync, Paging, Broadcast, Quick paging,Common power control, CommonAssignment, Common Control, DedicatedControl, Fundamental, Supplemental code,Supplemental Channels

Code multiplexed

Primary & Secondary Common Control Physical,Dedicated Physical Data, Dedicated Physicalcontrol, Synchronization, Physical DownlinkShared, Acquisition indication, Page I ndication,Common Pilot(to be included)

Code multiplexed

ChannelStructure

UL Traffi c Access, Common Control, Dedicated control,Pilot, Fundamental, Supplemental Code,Supplemental

Code multiplexed

Physical Random access, Physical commonpacket, Dedicated Physical Data, DedicatedPhysical control,

Code multiplexed


Wireless Technology Comparison(2)Wireless Technology Comparison(2)I S- 95A / I S- 95C MC / W- CDMA Comparison Table

00. 03.Signaling transmission method Dim & burst/ Blank & burst Voice: Dim & burst or Blank & burst

Data: parallel signaling channel

DL Coherent with pilot channel Coherent with pilot channel Coherent with pilot channelDetection

UL M-ary noncoherent Coherent with pilot channel Coherent with pilot symbols

DL Closed loop FER-based Closed loop SI R-based (800 bps) using TPC Closed loop SI R-based (1500 bps) using Pilotsymbol at every slot

Power ControlUL Open & closed loop SI R-

based (800 bps)Open & closed loop SI R-based (800 bps)using Pilot channel

Open & closed loop SI R-based (1500 bps)

Multi- Rate None DL: Multi-codeUL: Variable spreading f actor

DL: Multi-codeUL: Variable spreading f actor and/ or TFCI

Rate Detection Voice : BlindData : Scheduled

Voice : BlindData : Scheduled

Voice : BlindData : Blind, Scheduled, and/ or TFCI detection

Rate Matching Symbol repetition &Puncturing

Symbol repetition & PuncturingDTX(Burst Transmission)

Unequal repetition & puncturingDTX(Burst transmission) f or DL

DL CC (R=1/ 2, K=9) CC(R=1/ 2, 1/ 3, or 1/ 4, K=9) orTC(R=1/ 2, 1/ 3, or 1/ 4, K=4)

CC(R=1/ 2, or 1/ 3, K=9) or TC(R=1/ 2, 1/ 3, K=4)Channel Codingfor traffi c

UL CC (R=1/ 3, K=9) Same as DL Same as DL

FL CC (R=1/ 2, K=9) CC (R=1/ 2 or 1/ 3, K=9) Similar to traffi cChannel CodingFor control(if any) RL CC (R=1/ 3, K=9) CC (R=1/ 4, K=9) Similar to traffi c

Vocoder 13 kbps variable QCELP 8 kbps variable QCELP or EVRC13 kbps variable QCELP

AMR

Random access Slotted Aloha Reservation Multiple access (Pure Aloha,Power controlled Aloha, Reserved Access)

Acquisition indication based random accessmechanism with power ramping on preamble

I nterfrequency Handover None Off line pilot searching, etc. Compressed mode operation

DL Tx Diversity(Open/Closed) NoneNone

Open: OTDClosed: None

Open: STTD/ TSTDClosed: combined STD & TxAA


cdma2000 v.s. WCDMAcdma2000 v.s. WCDMA

동기식(IS-95A/B)

동기식(cdma2000 1X)

동기식(cdma2000 3X)

비동기식(W-CDMA)

3.8400Mcps

3.6864Mcps

1.2288Mcps

1.2288Mcps


NETWORK Comparison(UMTS)NETWORK Comparison(UMTS)

Other PLMN

ATM Network

BG

BG

MAPISUP

CAP

Intelligent Network

SCE SMS

IP SCPSMSCHLR/

EIR

Iu

RAN운영관리

Node-B( 옥내형 )

RNC

UTRAN

GAN

RF

BBBTS제어

트래픽처리

BTS접속

핵심망접속ATM

스위치 클럭모듈제어부

Node-B RNC

Iub

RF

BBBTS제어

Node-B( 옥외형 )정류기

IP

Internet

MExEServer

SATServer

DHCP AAA DNS

UMSC

VLRMIP

TP

MSC Server

SGSN Server

S-HUB

Transcoder

PFE

VMS

FMS

E-Mail

IP

UMS

GMSC

VLRMIP

TP

GMSC Server

S-HUB

Transcoder

GGSN

VLRMIP

TP

GGSN Server

S-HUB

PFE(FA)

PSTN

No.7

Router

HA


NETWORK Comparison(cdma2000)NETWORK Comparison(cdma2000)

VLR

BSMBTS

BTS

BTS

BTS

Internet

AAA

PSTN/ISDN

BSC

BSC

BSSNo.7

Intelligent NetworkMAP MAP

TCP/IP

VMS/FMS

SMSC/OTAF

HLR/AUC SMS SCESCPIP

ISUPTCP/IP

ISUPTCP/IP

MAP/CAPTCP/IP

TCP/IP TCP/IP

GAN

MSC

SDX-200

Circuit Switch

VLR

PDSN PDSN

ROUTER

OtherPLMN


Work of Operators Harmonization Group (OHG)Work of Operators Harmonization Group (OHG)

L1 (WCDMA as per Section 2)

HooksExtension

???

L2 (WCDMA) Hooks Extension

L3 RRC (WCDMA) Hooks Extension

L3, MM,CC(WCDMA)

GSM MAP ANSI 41

L3, MM,CC(cdma2000)

DIRECT SPREAD

L1 (cdma2000 as per Section 2)

HooksExtension

???

L2 (cdma2000)HooksExtension

L3 (cdma2000)HooksExtension

L3, MM,CC(WCDMA)

GSM MAP ANSI 41

L3, MM,CC(cdma2000)

MULTI-CARRIER


IMT-2000 System EvolutionIMT-2000 System Evolution

GSM

TDMA(IS-136)

CDMA(IS-95)

GSM+GPRS

cdma2000 1x

UWC-136 HS(EDGE)

UMTS/W-CDMA

EDGE/GPRS

cdma20001x EV

IMT-2000Systems

cdma2000 3x

3GPP2

3GPP


UMTS High Level System ArchitectureUMTS High Level System Architecture

UE UTRAN CN

Uu Iu

단말기 무선망 핵심망


UMTS System ArchitectureUMTS System Architecture

SRNS

Core Network

Iu

DRNSIur

UE

CellsUu

RNC

Iub

Node BNode B

Iub

Cells

UTRAN


용어 설명용어 설명

UMTS : Universal Mobile Telecommunications System RAN : Radio Access Network CN : Core Network UTRAN : UMTS Terrestrial Radio Access Network RNC : Radio Network Controller (BSC) node B : Special Name of Base Station in 3GPP Specification (BTS) UE : User Equipment ( = Mobile Station) SRNS : Serving Radio Network Subsystem = SRNC + node Bs DRNS : Drift Radio Network Subsystem = DRNC + node Bs CRNS : Controlling Radio Network Subsystem = CRNC + node Bs Iu : Reference point between RNC and CN Iub : Reference point between node B and RNC Iur : Reference point between RNC and another RNC Uu : Reference point between UE and node B


UTRAN Protocol ArchitectureUTRAN Protocol Architecture

Physical

ATM ATM

AAL2AAL5

SSCF- UNI

SSCOP

RACH- FP /FACH- FP

DCH- FP /DSCH- FP

PCH- FP

AAL2(CS)

AAL2(STC)

PHY

(Channel

Card)

NBAP

RLC

BCH의 경우

AAL5 AAL5 AAL5

SSCF- UNI

SSCOP

AAL2(ST C)

AAL2(CS)

SSCOP

SSCF- NNI

MTP- 3b

UDP/IP

SCTP

ITUN

SCCP AAL2(STC)

MTP- 3b ITUN

SNNI SCTP

SSCOP UDP/IP

AAL2(CS)

AAL2

IP

UDP

GTP- U

RACH- FP /FACH- FP

DCH- FP /DSCH- FP

PCH- FP

RRC

MAC

RRC

MAC

RLC

PDCP/BMC

Iu Data Stream/

Iur Data Stream

RNSAPRANAPNBAP

RRM

Node B RNC


Protocol Spec. numberProtocol Spec. number

NBAP : 25.433 RANAP : 25.413 RRM : 25.922 RNSAP : 25.423 RRC : 25.331 PDCP : 25.323 BMC : 25.324 RLC : 25.322 MAC : 25.311 SCCP : Q.711 AAL2(CS) : Q.2630.1 AAL2(STC) : Q.2150.1 AAL5 : I.363 MTP-3b : Q.2210 SSCF-UNI : Q.2130

SSCOP : Q.2110 SNNI : Q.2140 SCTP : draft-ietf-sigtran-sctp-05.txt ITUN : draft-ietf-sigtran-itun-00.txt


ISUP

IP

Other PLMN

ATM Network

AAL2/5

Internet

BG

BG

MExEServer

SATServer

No.7

Router

PSTN

HA

MAPISUP

CAP

Intelligent Network

VMS/FMS

SCE SMS

IP SCP

SMSC/OTAF

HLR/EIR

G-UMSC

AAL2/5 S-HU

MIP

TP

Transcoder

PFE(FA)

FA

GMSC(CS)

GGSN(PS)

S-HUB

VLR

UMSC

MIP

TP

MSC(CS)

SGSN(PS)

S-HUB

DHCP AAA

UMTS Network ElementsUMTS Network Elements

Iu

RAN운영관리

Node-B

RNC

UTRAN

GAN

RF

BBBTS제어

Node-B

RF

BBBTS제어

트래픽처리

BTS접속

핵심망접속ATM

스위치클럭모듈제어부

Node-BRNC

Iub


UTRAN UTRAN 구성도구성도

RAN운영관리

Node-B

RNC

GAN

RF

BBBTS제어

Node-B

RF

BBBTS제어

트래픽처리

BTS접속

핵심망접속ATM

스위치클럭모듈제어부

Node-BRNC

Iub Iu

Uu


제어국

기

지

국

핵

심

망ATM

SWITCH

ATM SWITCH

스위치제어부

Alarm처리

기지국 접속부

E1 정합

E1 정합

ATM정합

트래픽 처리부

트래픽처리 ATM

정합트래픽처리

주 제어부

핵심망 접속부

광 정합

광 정합

클럭생성분배

생성 분배

ATM정합

클럭 모듈

ATM정합

프로토콜처리

E1

E1

STM-1

STM-1

RNC RNC 구성도구성도


RF

송

수

신

IF

처

리

Global

라우팅

RNC접속부

클럭 생성 / 분배

기지국제어

Local라우팅

알람

무선접속부 베이스 밴드 기지국제어 및 접속부

채널카드

R

N

C

파

워

증

폭

장

치

안

테

나

정

합

부

채널카드

알람

E1

node B node B 구성도구성도


RNC RNC 구조구조

: ATM BUS: ATM BUS

UMSC

RHPARHPA

ACMAACMA

BTS E1/T1 -ATM

E1/T1-ATM

STM-1s

HACARCDARCDA

GCRAGCRA

각 ModuleClock 공급

STM-1 ATM(155M)

or

STM-1s ATM

or

Option

ACMAACMA

ACMAACMA

ACMAACMA

ACMAACMA

ACMAACMA

ASFAASFA

<BIB>

<ATP>

<RMP>

<HAB>

<RSB>

<NSB>

<MIB>

<GIB>URMURM

RNCRNC

GANGAN

otherRNCotherRNC

GIBGIB

GSBGSB GAPGAP HABHAB

Iur I/F

RETA

RS1A

RETA

RHPA

RS1A

RETA

RETA

RS1A

or


RNCRNC 의 기능의 기능 (1)(1)

General ATM Switch Block (GSB)

☞ 타 UMSC의 RNC 및 해당 UMSC내 각 RNC 사이의 음성 /신호 경로 제공

(Iur I/F : Transport Layer만 제공 ))

☞ RNC 간 Handover 기능제공

☞ URM과 RNC 시스템간의 통신경로 제공

GAN Main Processor (GAP)

☞ GAN 제어 (HAB 제어 포함 )

☞ ATM Call/Connection 제어

☞ ATM Switch 제어 RNC ATM Switch Block (RSB)

☞ 해당 RNC 내 각 Processor 의 정보를 전송해 주는 ATM 스위치 기능

☞ RNC와 BTS 사이의 User채널 접속 기능 제공

☞ GAN 과 연결되어 RNC 사이의 접속 기능 제공



General ATM Switch Block (GSB)

☞ 타 UMSC의 RNC 및 해당 UMSC내 각 RNC 사이의 음성 /신호 경로 제공

(Iur I/F : Transport Layer만 제공 ))

☞ RNC 간 Handover 기능제공

☞ URM과 RNC 시스템간의 통신경로 제공

GAN Main Processor (GAP)

☞ GAN 제어 (HAB 제어 포함 )

☞ ATM Call/Connection 제어

☞ ATM Switch 제어 RNC ATM Switch Block (RSB)

☞ 해당 RNC 내 각 Processor 의 정보를 전송해 주는 ATM 스위치 기능

☞ RNC와 BTS 사이의 User채널 접속 기능 제공

☞ GAN 과 연결되어 RNC 사이의 접속 기능 제공



Network Sync. clock distribution Block (NSB)

☞ 시스템 기준 Clock 생성 및 분배

Hardware Alarm collecting Block (HAB)

☞ 하위 보드에서 발생되는 장애신호 수집 ☞ 기능장애가 발생된 보드에 대한 원격 Reset 을 위한 Reset 신호 발생

MSC Interface Block (MIB)

☞ UMSC와 RNC 사이의 송수신되는 음성 및 Data 트래픽 정합처리 기능

☞ AAL2 신호 제어기능

GAN Interface Block (GIB)

☞ RNC와 GAN 사이의 송수신되는 음성 및 Data 트래픽 정합처리 기능 ☞ AAL2 처리기능

BTS Interface Block (BIB)

☞ RNC와 BTS 사이의 송수신되는 음성 및 Data 트래픽 정합처리 기능



Node B Node B 구조구조

BCAA

MAPDCP

UBDA

RNC

IFDAIFDA

TRXATRXA

CEMACEMA

PAU

Antenna

Antenna

FEU

BRAA

Ethernet

ATM-Bus

ATM BusCD-Bus

CD-Bus

ATM Link

E1/T1-ATM or STM-1(OC-3)

BCDABCDA

BCPABCPA CECACECA

<BCB>

<CEB>

<TRB>

Option GCRAGCRA

각 ModuleClock 공급

<RFB>

UBSA

TFCUor

BETA

BS1A


Node BNode B 의 기능의 기능 (1)(1)

BTS Control Block (BCB)

☞ BTS 운용 및 유지 보수

☞ BTS와 RNC 사이의 송수신되는 음성 및 Data 트래픽 정합처리 기능


☞ BTS 각 프로세서 사이 통신경로 제공

☞ BTS에 필요한 클럭 생성 및 공급

☞ 하위 보드에서 발생되는 장애신호 수집

☞ 기능장애가 발생된 보드에 대한 원격 Reset 을 위한 Reset 신호 발생

Channel Element Block (CEB)

☞ RNC 와 TRB 사이에 순방향 신호를 W-CDMA 신호로 변환

☞ 역으로 신호는 W-CDMA 신호를 일반 Digital 신호로 역변환

☞ BTS 내부 다이버시티 제어 ☞ Overhead 채널 제어

☞ Modem Interface 제어

Transceiver Block (TRB)

☞ W-CDMA I/F 주파수 신호를 수신하여 2.1GHz 주파수 대역의 고주파 신호로 주파수 변환 하여

Power Amp.로 전송

☞ 역으로 Front End 로부터 수신되는 고주파 신호를 I/F 신호로 변환하여 IFDA 보드로 전송


Node BNode B 의 기능의 기능 (2)(2)

BTS Control Processor Block (BCP)

☞ BTS 내의 모든 하드웨어와 소프트웨어의 상태 관리 및 이를 RNC를 통해 BSM에 보고

☞ RNC 와 제어신호처리 ☞ BTS에서 발생되는 호처리를 수행

☞ BTS의 자원할당 ☞ Overload 제어

☞ Broadcasting 및 Paging 채널 정보 처리

RNC Interface Block (RIB)

☞ BTS와 RNC 사이의 송수신되는 음성 및 Data 트래픽 정합처리 기능


Radio Frequency Block (RFB) ☞ 안테나와 TRB 사이에서 송수신 신호의 대역을 필터링 및 증폭

☞ TRB 로부터 들어온 신호의 필요한 대역을 필터링 하고 각 주파수를 합하여 안테나로 송출

☞ 안테나에서 수신된 신호의 필요한 대역을 필터링하고 신호를 증폭하여 TRB 로 분배


RACK RACK 형상형상

Filter

PDP

FAN Shelf

BCB

CEB(2FA3Sector)

TRB(4FA3Sector)

PAB(3FA)

FEB

RNC Node B

Filter

PDP

FAN Shelf

CEB(2FA3Sector)

CEB(2FA3Sector)

BLANK

PAB(3FA)

PAB(3FA)

PDPFAN

MIB

RMP/HAB/RSB/GIB

RMP

NSB

BIB

ATP1ATP0

Filter


기술 분야 기술 분야 S/W

UMTS Air Interface Protocol Node-B to RNC / RNC to RNC / RNC to CN Call Processing O&M SW / NMS SW / ATM SW / OS

Digital H/W 파트 Micro Processor HW Network Interface HW ATM Switch/Bus/Controller

MODEM 기지국용 MODEM ASIC 개발 DSP SW 개발

RF Power Amp / Antenna RF / IF Board HW

System 시스템 구조 설계 시스템 Integration 시스템 Test


참고 자료참고 자료

WCDMA for UMTS John Wiley & Sons, Ltd

Contributions in ITU-R TG8/1 Evaluation workshopsn (98. July) http://www.itu.int/imt/2-radio-dev/seoul

Contributions in ITU-R TG8/1 RTT workshops(98.Nov) http://www.itu.int/imt/2-radio-dev/Workshop-97

UMTS Forum report http://www.umts-forum.org

3GPP project description http://www.3gpp.org

3GPP2 project description http://www.3gpp2.org

Documents

SAMSUNG Confidential Proprietary IMT-2000 IMT-2000 UTRAN ARCHITECTURE 2000. 10. 30