Aspekte der Schichtenarchitektur

Transportkanäle

Übertragungsdienste der Bitübertragungsschicht werden an den Dienstzugangspunkten über sog. Transportkanäle, die Dienste der MAC-Schicht über die logischen Kanäle erbracht. Für jedes UE (User Equipment) gibt es in der Steuerungsebene genau einen Dienstzugangspunkt der RLC- und der MAC-Schicht.

Bitübertragungsschicht erbringt Transportdienste für die MAC-Schicht an ihren Dienstzu-gangspunkten. Die Dienste sind dadurch gekennzeichnet, in welcher Art und Weise mit wel-cher Güte die Daten übertragen werden. Dienste der Bitübertragungsschicht werden daher auch Transportkanäle genannt.

Aufgaben der Bitübertragungsschicht:

Fehlerschutz/-erkennung für Transportkanäle mittels Forward Error Correction (FEC),

Messen der Übertragungseigenschaften des Funkkanals und Übermittlung der gemessenen Parameter, wie Bitfehlerhäufigkeit, Störabstand oder Sendeleistung an die RRC-Schicht, Vervielfältigen/Zusammenführen von Datenströmen bei Makrodiversität oder Soft-Handover, Gewichtung und Zusammenführen verschiedener physikalischer Kanäle, Multiplexen von Transportkanälen und demultiplexen des Coded Composite Transport Channel (CCTrCH), Anpassen der Übertragungsrate (Rate Matching), Abbildung des CCTrCH auf physikalische Kanäle, Spreizen und Modulation der physikalischen Kanäle, Signalverarbeitung im Band-paßbereich, Frequenz-, Chip-, Bit-, Zeitschlitz- und Rahmensynchronisation, Leistungssteue-rung. Die Bitübertragungsschicht bildet die Transportkanäle auf physikalische Kanäle ab.

Jedem Transportkanal ist ein sog. Transportformat oder ein Satz von Transportformaten zu-geordnet ~> legen die Art der Abbildung fest. Ein Transportformat legt insbesondere die Ka-nalcodierung, die Verschachtelung und die Bitrate fest.

Mehrfachzugriff

Informationsübertragung über die Funkschnittstelle im UMTS basiert auf einer Kombination der Mehrfachzugriffsverfahren

- Time Division Multiple Access (TDMA),

- Frequency Division Multiple Access (FDMA) und - Code Division Multiple Access (CDMA).

Kennzeichnend für das CDMA-Verfahren ist die Übertragung eines schmalbandigen Funk-signals in einem breiten Frequenzspektrum, wobei das schmalbandige Signal durch eine ge-eignete Codiervorschrift auf ein breitbandiges Signal abgebildet wird, sog. Codespreizung.

Jedem Benutzer eines Funksystems wird jeweils eine geeignete Codiervorschrift zugewiesen,

89 durch die das zu übertragende Signalspektrum auf ein Vielfaches seiner Originalbandbreite gespreizt wird. Die so erhaltenen Signale werden im gleichen Frequenzband übertragen.

Sicherungsschicht (MAC, RLC, BMC, PDCP) Teilschichten und Dienste

Sicherungsschicht besteht aus insgesamt 4 Teilschichten:

- Medium Access Control (MAC), - Radio Link Control (RLC),

- Packet Data Convergence Protocol (PDCP), - Broadcast/Multicast Control (BMC),

wobei die BMC- und die PDCP-Teilschicht nur der Nutzerebene angehören. Sicherungs-schicht stellt folgende Dienste bereit: Datenübertragung mit verschiedenen Dienstgüten, Schicht-2-Verbindungsaufbau und -abbau, Rundsendedienste, Anpassung an nicht-UTRAN-Protokolle, z.B. TCP/IP.

MAC-Teilschicht

Dienste der MAC-Teilschicht

Dienste der MAC-Teilschicht für die RLC-Teilschicht werden mit Hilfe sog. logischer Kanäle erbracht. Über diese wird die unbestätigte Übertragung von Dienstdateneinheiten (Service Data Unit, SDU) der MAC-Schicht zwischen MAC-Partnerinstanzen realisiert. Hierbei sind die SDU’s in der MAC-Schicht nicht segmentiert.

Die logischen Kanäle werden innerhalb der MAC-Schicht auf die Transportkanäle abgebildet.

MAC-Schicht erstellt für RRC-Schicht (Vermittlungsschicht) Messwertberichte, z.B. Infoma-tionen zu Auslastung, Dienstgüte. RRC-Schicht entscheidet bei Bedarf über eine Umkonfigu-rierung der belegten Betriebsmittel. UmkonfiguUmkonfigu-rierung der MAC-Parameter beinhaltet z.B.

das Wechseln des TFS (Transport Format Set) oder des Transportkanals.

Funktionen der MAC-Teilschicht

Auswahl eines geeigneten Transportformats (TF), Verwaltung von Prioritäten, Verwaltung gemeinsamer Transportkanäle, Multiplexen logischer Kanäle auf Transportkanäle, Wechseln des Typs eines Transportkanals, Verschlüsselung, Zufallszugriff.

Logische Kanäle sind die Dienste der MAC-Schicht für die RLC-Teilschicht - Steuerkanäle (Control Channels): übertragen Informationen der Steuerebene, - Verkehrskanäle (Traffic Channels): übertragen Informationen der Nutzerebene.

Logischer Kanal ist durch die Art der übertragenen Informationen definiert. Es gibt 8 ver-schiedene logische Steuerkanäle.

RLC-Teilschicht

Dienste der RLC-Teilschicht

RLC-Schicht erbringt der darüber liegenden Schicht folgende Dienste:

Auf- und Abbau einer RLC-Verbindung, Transparente Datenübertragung, Unbestätigte Da-tenübertragung, Bestätigte DaDa-tenübertragung, Einstellen der Dienstgüte, Melden von nicht-behebbaren Übertragungsfehlern. Transparente, bestätigte und nicht-bestätigte Datenübertra-gungsdienste werden auf verschiedene logische Kanäle abgebildet.

Funktionen der RLC-Teilschicht

Zur Erbringung des Transportdienstes sind innerhalb der RLC-Teilschicht folgende Funktio-nen erforderlich: Segmentierung und Wiederherstellung, Verketten von RLC-SDUs, Auffül-len von PDUs, Fehlererkennung, Fehlerkorrektur, Folgerichtige Übertragung von RLC-SDUs, Erkennen von Mehrfachübertragungen, Flusssteuerung, Verschlüsselung, Aussetzen und Wiederaufnahme der Datenübertragung.

90 BMC-Teilschicht

Aufgabe der BMC-Schicht ist das Übermitteln von Nachrichten an alle oder einige UE (User Equipment) in einer Zelle. Die BMC-Teilschicht existiert nur in der Nutzerebene und ist transparent für alle Dienste außer für Rundrufdienste (Broadcast/Multicast). Die BMC-Schicht besteht im UTRAN aus einer Instanz der BMC-Entity pro Zelle. Die Übertragung von BMC-PDUs erfolgt mittels des unbestätigten Übertragungsdienstes der RLC-Schicht über einen CTCH (Common Traffic Channel).

PDCP-Teilschicht

PDCP-Teilschicht ist eine Anpassungsschicht zur transparenten Übertragung von Netz-schicht-PDUs anderer Protokolle, wie z.B. IP über die Uu-Schnittstelle.

Funktionen der PDCP-Teilschicht: Kompression der Nachrichtenköpfe von PDUs der Netz-schicht, Datenübertragung, Puffern von PDCP-SDUs.

Vermittlungsschicht (RRC, Duplication Avoidance) RRC-Schicht (Radio Resource Control)

RRC-Schicht verwaltet und steuert die Nutzung der Funkbetriebsmittel und hat deshalb über Steuerdienstzugangspunkte Verbindungen zu allen anderen Schichten, um deren Konfigurati-on zu steuern. Steuerdienstzugangspunkte dienen daher nicht der KommunikatiKonfigurati-on zwischen Partner sondern ausschließlich zwischen Schichten desselben Protokollstapels. Verbindungen zwischen RRC und niedrigeren Schichten dienen dem Empfang von Messwerten der Bitü-bertragungs- und MAC-Schicht sowie dem Steuern von Funktionen in den einzelnen Schich-ten. RRC-Schicht bestimmt z.B. den Sollwert des inneren Kreises der Leistungsregelung, die in der Bitübertragungsschicht durchgeführt wird. Solange sich die Verbindung des CN zum UTRAN am Bezugspunkt Iu nicht ändert, muss das UTRAN eine verlustlose Übertragung gewährleisten. Dies gilt auch für Handover innerhalb desselben SRNS. Diese Sicherungsfunk-tion wird von der RLC-Schicht erfüllt. Beim Wechsel des SRNS stellt die DuplicaSicherungsfunk-tion- Duplication-Avoidance-Schicht sicher, dass dabei keine Daten verloren gehen.

Netzwerkschicht

Funktionen der Netzwerkschicht - Rundsenden von Nachrichten, - Funkruf,

- Auf- und Abbau von RRC-Verbindungen zwischen UE (User Equipment) und UTRAN, - Einrichtung, Auslösung und Konfiguration von Trägerdiensten,

- Zuweisung, Auslösung und Konfiguration von Funkbetriebsmitteln, - Steuerung der Dienstgüte,

- Mobilitätsfunktionen für die RRC-Verbindung, - Übertragen und Auswerten von Meßwertberichten, - Routing von PDU’s höherer Schichten,

- Steuerung der Dienstgüte, - Leistungssteuerung,

- Langsame dynamische Kanalvergabe im TDD-Modus, - Zellwahl im Idle Mode,

- Sicherstellen der Integrität von RRC-Nachrichten, - Steuerung der Verschlüsselung,

- Timing Advance im TDD-Modus.

Aufbau der Netzwerkschicht

Struktur der RRC-Schicht auf Netzseite

91 Abbildung 9.19: Struktur der RRC-Schicht

Über die C-SAPs werden Steuerinformationen und Messwerte zwischen RRC-Schicht und den jeweiligen darunterliegenden Schichten ausgetauscht. Die Dienste der RRC-Schicht wer-den über die Dienstzugangspunkte General Control (GC), Notifikation (Nt) und Dedicated Control (DC) erbracht.

Die Routing Functional Entity (RFE) leitet dabei auf der UE-Seite Nachrichten an verschie-denen Mobilitätssteuerungs- bzw. Verbindungssteuerungs-Entitys und auf der UTRAN-Seite an verschiedene CNDs weiter.

Alle Rundsendedienste, die über den GC-SAP erbracht werden, sind in der Broadcast Control Functional Entity (BCFE) realisiert. Die BCFE kann nur den unbestätigten oder den transpa-renten Übertragungsdienst der RLC-Schicht nutzen.

Die Paging and Notification Functional Entity (PNFE) beinhaltet alle Funktionen zur Erbrin-gung von Rundsende- und BenachrichtiErbrin-gungsdiensten, die über den Nt-SAP erbracht werden.

Wie BCFE kann PNFE nur den transparenten oder den unbestätigten RLC-Dienst nutzen. UE-spezifische Funktionen sind in der Dedicated Control Functional Entity (DCFE) enthalten.

RRC-Dienste dieser Entity werden über den DC-SAP erbracht. Die DCFE kann alle Übertra-gungsdienste der RLC-Schicht nutzen. Im TDD-Modus wird die DCFE zusätzlich durch Funktionen der Shared Control Functional Entity (SCFE) unterstützt, die die Belegung des PDSCH und des PUSCH steuert.

Über die Transfer Mode Entity (TME) greifen die verschiedenen Entities auf die SAP’s der RLC-Schicht zu. Da die Protokolle für die GC, Nt und DC SAPs physikalisch in verschiede-nen Einheiten (z.B. Node-B oder SRNC) enden könverschiede-nen, könverschiede-nen die verschiedeverschiede-nen Dienste auch auf verschiedenen RLC-SAPs des gleichen Typs abgebildet werden.

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