Este documento describe la arquitectura de red UMTS Release 99. Explica los subsistemas de red del núcleo y acceso radio, así como los requisitos de los equipos móviles. También describe brevemente los elementos de red introducidos en UMTS Release 4 como la separación de planos de control y usuario.

1. Arquitectura de una red UMTS

2. Tópicos del Módulo
• Introducción a la arquitectura UMTS Release 99
• Red de Radio Acceso
• User Equipment
• Core Network

3. Objectivos
Después de completar este módulo el estudiante será capaz de :
• Identificar y listar los subsistemas de red del Release 99
• Identifificar y listar los requerimientos de terminales móviles
UMTS
• Explicar brevemente los elementos de red usados en Release 4.
• Listar e identificar los elementos de red usados dentro del radio
access network (RAN)
cont.

4. Combined GSM/UMTS Rel. 99 PLMN
CN (Core Network)
NMS (Network Management Subsystem)
circuit switched (cs) domain
packet switched (ps) domain
common
cs & ps
network
elements
network
elements
for service
groups
UTRAN
(UMTS Terrestrial
Radio Access
Network)
GERAN
(GSM EDGE
Radio Access
Network)
new
enhanced
GSM
core
network

5. UMTS Rel. 99 Core Network
CN (Core Network)
circuit switched (cs) domain
packet switched (ps) domain
common
cs & ps
network
elements
GERAN
UTRAN
MSC/VLR GMSC
HLREIR AC
GGSNSGSN
PSTN/
ISDN
corp.
network
WAP
PDNIP-
backbone
CG
Billing
Centre
BG
Inter-PLMN
Network

6. - Perfil del Usuario (temporal)
- Location information (e.g. LAI)
- Identificador del Subscriptores(e.j. IMSI, TMSI,IMEI)
Entidades de Red CS-Domain
Funciones específicas de conmutación y señalización:
- Conmutación
- Señalización
- Tareas Operacionales
(alarmas, generación de CDRs y estadísticas)
Funciones Específicas
- Interrogación del HLR
Funciones Especificas
- mobility management(MM)
- mobile specific connection management
- interacción con HLR y VLR
- interacción con GERAN/UTRAN
Mobile services Switching Centre (MSC)
Gateway
Mobile services Switching Centre (GMSC)
Funciones específicas de Conmutacíon y señalización
- Conmutación
- Señalización
- Tareas Operacionales
(alarmas, generación CDR, estadisticas)
Visitor Location Register (VLR)

7. MENÚ DE FUNCIONALIDADES DE MSC
N ..... SS7 NETWORK ADMINISTRATION
• O ..... SUPPLEMENTARY SS7 NETWORK ADMINISTRATION
• Q ..... O&M NETWORK ADMINISTRATION
• R ..... ROUTING ADMINISTRATION
• S ..... SUBSCRIBER ADMINISTRATION
• T ..... TRAFFIC ADMINISTRATION
• U ..... UNIT ADMINISTRATION
• W ..... SYSTEM CONFIGURATION ADMINISTRATION
• Y ..... SYSTEM SUPERVISION
• Z; .... END DIALOGUE
MAIN LEVEL COMMAND <___>
< ?
MSCi MSS 2014-08-15 01:33:33
• MAIN LEVEL
• ? ..... DISPLAY MENU
• A ..... ALARM SYSTEM ADMINISTRATION
• C ..... ROUTING STATE ADMINISTRATION
• D ..... SYSTEM SUPPORT AND COMMUNICATION
• E ..... CELLULAR RADIO NETWORK ADMINISTRATION
• G ..... CHARGING ADMINISTRATION
• I ..... I/O SYSTEM ADMINISTRATION
• J ..... IP TELEPHONY ADMINISTRATION
• M ..... GSM SUBSCRIBER ADMINISTRATION

8. Entidades Comunes de la red CS- & PS
Domain
Home Location Register (HLR)
• semi-permanent subscriber profile
• location information
Authentication Centre (AuC)
generates subscriber related data for
• Autenticación USIM – VPLMN
• cifrado
Equipment Identity Register (EIR)
Verificación de terminal de usuario
terminal/mobile equipment

9. Entidades del PS-Domain Network
Serving GPRS Support Node (SGSN)
• Control de Acceso de Red
(autenticación , autorización, admission
control,collección de CDR , operator determined
barring)
• Packet Routing & Transfer
(relay, routing, address translation & mapping,
encapsulation, tunnelling)
• Mobility Management
Gateway GPRS Support Node (GGSN)
• Network Access Control
(CDR collection, screening)
• Packet Routing & Transfer
(relay, routing, address translation &
mapping, encapsulation, tunnelling)
• Mobility Management
Border Gateway (BG)
For secure inter-PLMN
connection
Charging Gateway Function (CGF)
Billing Center, para SGSN y GGSN

10. Arquitectura de Red del Rel 4
• Separación de control plane del user plane, más simple y más eficiente
• Convergence con la red PS.
• Transmisión más eficiente reduce costos, permitiendo servicios más complejos
para ser ofrecidos
• Fase de evolucion al Release 5 (Servicios IMS)
• Implementación del GERAN

11. Bearer Independent Call Control BICC(Rel. 4)
HLR
MSC-
Server
GMSC-
Server
CS-
MGW
CS-
MGW
UTRAN
GERAN
PSTN, ISDN,
PLMN, etc.
CSE
CAP CAP
Iu
Iu
A
A
D C
Nc
Nb
Mc
(H.248)
Mc
(H.248)

12. Bearer Independent Call Control (Rel. 4)
HLR
MSC-
Server
GMSC-
Server
CS-
MGW
CS-
MGW
UTRAN
GERAN
PSTN, ISDN,
PLMN, etc.
CSE
CAP CAP
Iu
Iu
A
A
D C
Nc
Nb
Mc
(H.248)
Mc
(H.248)
• Call control (MOC, MTC)
• Funcionalidad del VLR
• Señalizacion con el UE
• Señalización con el CORE
• Interacción con el cs-MGW
• Generación de CDR
• Interrogación al HLR
• Señalización con la red
• Interacción con el cs-MGW
• Generación de CDR
• Control del Bearer
• Conversión de la Media
• Procesamiento de llamadas

13. UMTS Release 4: GERAN
CN (Core Network)
circuit switched (cs)
domain
packet
switched (ps) domain
3G
MSC/VLR
3G
SGSN
RNC
Node B
Node B
Radio Network Subsystem (RNS)
Iub
Uu
BSC
BTS
BTS
BSCBSS
2G
SGSN
Iu-g
Iu-g
Um

14. UMTS Release 5 IMS Overview
HSS
MRF
S-CSCF
SGSN
I-CSCF
GGSN
P-CSCF
IMS
IMS
Other IP/IMS
network
RAN
Home network
Visited network

15. UMTS Rel. 99: UTRAN
CN (Core Network)
circuit switched (cs)
domain
packet
switched (ps) domain
3G
MSC/VLR
3G
SGSN
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)
RNC
Node B
Node B
RNC Radio Network Controller
UE User Equipment = Mobile Equipment (ME) + Universal SIM (USIM)
RNC
Node B
Node B
Radio Network Subsystem (RNS)
Radio Network Subsystem (RNS)
Iub
Iub
Iur
Iu-PS
Iu-CS
Uu
Uu
UE
UE

16. Iur-Interface & Soft Handover
CN (Core Network)
circuit switched (cs)
domain
packet
switched (ps) domain
3G
MSC/VLR
3G
SGSN
UTRAN
RNC
Node B
Node B
RNC Radio Network Controller
UE User Equipment = Mobile Equipment (ME) + UMTS SIM (USIM)
RNC
Node B
Node B
(RNS)
Radio Network Subsystem (RNS)
Iub
Iub
Iur
Iu-PS
Iu-CS
Uu
Uu
UE
UE pueden ser
conectadas a muchas
redes
simultaneamente
Duplicación del tráfico DL ,selección de
tráfico UL

17. Funciones del Radio Network Controller
• Administración de recursos de radio WCDMA
Administra los recursos de radio , configuraciones de canales
de control y tráfico, handovers, power control.
• Funicionalidad de comunicaciones
Location & Administración de la conexión, cifrado, Iu y Iub,
Interfaces ATM e IP
• Mantenimiento
Alarmas
• Operación
Parámetros de modicficación en RNC y Node B

18. Iub Interface
ATM
Uu Interface
WCDMA
Administracion de Enlaces de
trasnmisión
ATM e IP switching sobre la interface Iub ..
Control de las interfaces de transmisión
física – E1, PDH, SDH o Microondas.
Administración de la
Interface Aire.
Control de los enlaces de radio en
Uplink y Downlink radio sobre la
interfcace Uu Air. Conversión de
banda base a RF. Antena multi-
coupling.
O&M .
Interface con el NMS y
RNC para alarmas y
control (funciones de
Operación y
Maintenimiento)
Radio Channel functions.
Mapeo de Canales lógicos y
físicos. Encoding/Decoding –
Spreading/Despreading tráfico
de usuario y señalización.
RNC
Funciones del Node B

19. Factors que afectan el área de
cobertura de una celda:
Frequency band - 2000MHz
mucho más que redes GSM
Tipos de ´Tráfico -Las tasas de
datos de usuario de WCDMA
disminuyen a medida que el
usuario se aleja del Nodo B
Niveles de usuario -La demanda
de servicios móviles aumentará,
lo que generará una mayor
densidad de usuarios
Fast Data
Users
Voice and
Slow Data
Users
Cobertura promedio proyectada
WCDMA Cell Coverage

20. Voice traffic
Tráfico de
datos
Soft Capacity
Capacidadporceldaporcarrier
800kbps L1 rate
50 Erlang
Más usuarios de voz Tráfico mixto Más Usuarios de datos
100%50%0% Carga por portadora
Potenciadesalida
"Safe area"
Una vez que el nivel de
potencia de salida en el
enlace ascendente supera
el límite del área segura, la
interfaz aérea WCDMA se
vuelve inestable. La carga
por portadora debe
mantenerse por debajo de
este límite
Capacidad de celda WCDMA

21. HSDPA Release 5
• AMC, adaptative modulación y coding 16 Quadrature Amplitude
Modulation (16QAM) usado en buenas condiciones de radio enlace
• Automatic Retransmission Query (ARQ) como mecanismo de detección
de errores provee retransmisiones eficientes.
• Soporte para servicios requiriendo alta tasa de datos en Dl por e.j
internet browsing y video bajo demanda.
• Tasas de datos de alta velocidad hasta 10Mbit/s

22. WLAN y UMTS
• Mejora de los servicio de datos móviles
• Wireless LAN es estandarizado por la IEEE
• 11 Mbit/s entre un terminal y un access point.
• Con más avanzada tecnología de modulación puede alcanzar hasta 54 Mbit/s.
• Encriptación por la interface aire definida
• 2G SIM y 3G USIM cards pueden ser usadas para autenthicación
• 3GPP Rel. 6 incluye wireless LAN para uso con redes celulares

23. User Equipment
User Terminal
User Equipment (UE)
+
USIM
Uu
Node B

24. UMTS / Universal SIM
• Dos tipos de datos:
• Datos especificos (IMSI, KI, OP, Tipo de Autenticación
• Datos del subscriptor (Contactos, almacenamiento)
• Caracteristicas de la USIM:
• Los fabricantes de SIMCards pueden configurar los datos mas
Importantes en ella(ejemplo
Nombre del operador,IMSI, KI,etc) como
la red puede configurar los soportados
• Hay Aplicaciones lectoras de SIMCards

25. ALGORITMO DE AUTENTICACIóN DE SIMCARD

26. Identidades y Control de Tráfico

27. Jerarquía de los Service Areas de un UE

28. Identificación de Location Areas

29. UE

30. Core network en Release 99
Operator IP network
Packet core
Iu-PS
HLR
GGSN
CG
BG DNS
Firewall
Mobility Core
2G
SGSN
RAN
2G
MSC
RNC
3G
SGSN
MGW
BSC
Iu-CS
A
Gb
NMS
PSTNPSTN
PSTNInternet

31. Mobile Switching Centre(MSC)

32. Arquitectura MSCi
OMU
TGFP
CDSU GSW
BSS
NSS
X.25 or
LAN to
OMC and
SMS
PSTN
VLRUCMCMUCCMU STU CHU
ET
ECET
CLS
PABXECET
ET
VDU
and
LPT
VDU
and
LPT
PAUBSUMFSU BDCUM
LANLAN
CASUCCSU
MB
LAN
EXT. SYNC.
VANG
OMU - Operation and Maintenance Unit
Centralised supervision, alarms, recovery. System software
CHU/STU - Charging/Statistical Units
Generation/storage of CDRs/measurement data storage
VLRU - Visitor Location Register Unit
Storage of temporary subscriber information
CM - Central Memory
Tariffing, signalling, routing and configuration data
CCMU - Common Channel signalling Management Unit
Signalling management functions for CCS7 (SS7)
BDCU - Basic Data Communications Unit
Communication links to O&M, SMSC, Billing Centre
ET - Exchange Terminal
Electrical synchronisation, adaptations of external PCM line
GSW - Group Switch
The actual switching network of the MSCi
M - Marker
Controls the Group Switch
CASU, PAU, BSU, MFSU, CCSU
Signalling units supporting different types of protocols
CLS - Clock System unit
Clock signals for synchronisation
CDSU - Compact Data Service Unit
Enables Circuit Switched data, modem pools, rate adaptation
TGFP - Tone Generator Field Programmable
Generates DTMF signals
ECET - Echo Cancelling and Exchance Terminal
Same as ET, but with echo cancelling capability
CMU - Cellular Management Unit
Cellular radio network and CDSU control

33. Red de transporte IP
voice &
signalling
Data/fax -,
handover- and
emergency calls
PSTN
MSC
MSC
MSC Operator's
IP network
voice &
signalling
IPET
IPET
IPET

34. Elementos lógicos y físicos de una MSC
ET ExchangeTerminal
IPET Internet Protocol Exchange Terminal
TGSU Trunk Gateway Signalling Unit
CCSU Common Channel Signalling Unit
BSU Base Station Signalling Unit
……. Supervision & Control Channels
GSW
ET
2 Mbit/s
CCSU
ET
BSU
IPET
IPET
IPET
PSTN
MSC&VLR
IP
TGSU
LAN Switch
100/1000 Mbps
Router
2 Mbit/s
TDM E1/T1

35. Interconexión IP y TDM
TGSU
CCSU
MSC
GSW
CCM STU
CMM
OMU
IPET
IP IPET
MSC
GSW
ET
ET
Routers Routers
LAN SWITCHES
LAN SWITCHES
TDMET ET
Voice + signalling
Data/fax, HO and emergency calls
BSU
TGSU
MB

36. Protocolos IP
User planeControl plane
Codec
Transmission layer
TCP or UDP
ISUP
SIP RTP/RTCP
UDP
IP IP

37. MGW para MSC
Iu-CS
PSTN/
Transit
network
TDM
Nokia 3G MSC
DX 200 MSC
STM-1 MGWRNC
ATM
PCM
Main functions of MGW:
• conversión ATM ó IP/TDM
• conversión de señalización Iu/A’ entre narrowband y broadband CCS7
• Transcoding
12.2
kbps
64kbps

38. Diagrama de bloques MGW para 3G-MSC
CACU (Control and Administrative Computer Unit). Controls switching fabric units (SFU) based on inputs
from Interface Signalling Units (ISUs).
CM (Central Memory). Central data storage, distribution facility, CCS7 signalling handling (e.g. digit
ananlysis).
ISU (Interface Signalling Unit). CN emulation and signalling emulation towards the MSC.
NEMU (Network Element Management Unit). Local user interface, inter-face towards higher level network
management. Some O&M functions.
OMU (Operation and Maintenance Unit). System software, O&M functions, etc.
SPMU (Signal Processing Management Unit). Control allocation of MGW for 3G-MSC's digital signalling
processors.
SFU (ATM Switching Fabric Units). Switches the calls processed by the exchange.
A2SU (AAL2 Switching Units). Ensures efficient transport of information with limited transfer delay for
units connected to the main switch fabric.

39. Media Gateway:
• Canales de transcoding 5120
• 8 RNCs
• Iu-CS interface
MSCi:
• Simultáneamente soporta para tráfico UMTS (A') y
GSM (A)
• 600 000 BHCA
• 16 700 Erlangs
• 600 000 subscribers +
200 000 telemetric subscriber
• 100% IN/SCE traffic support
MSC & MGW 3G- Resumen
Iu-CS
PSTN/
Transit
network
TDM
Nokia 3G MSC
DX 200 MSC
STM-1 MGWRNC
ATM
PCM

40. HLR
O M U
G S W
X.25 or
LAN to
OMC and
SMS
MSC
S T U
E T
C L S
HLRE T
VDU
and
LPT
VDU
and
LPT
C M MC C S U B D C U
A C U D B D UH L R UE M U
E I R U
MB
LAN

41. Capacidades HLR
• 1 200 000 subscribers(hoy hasta 100 000 0000 en un gabinete)
• AuC capacity 2.4 million subscribers
• EIR con:
• 4 millones de entradas en el the black list (up to 1 000 IMEIs/entry)
• 4 millones de entradas en the grey list (up to 1 000 IMEIs/entry)
• 200 000 entradas en el white list (up to 1 000 000 IMEIs/entry)

42. Packet switched core network
Router
SGSN
BG
Legal
Interception
Gateway
Domain
Name
Server
Border
Gateway
Serving GPRS
Support Node
CG
GGSN
Firewall
Gateway
GPRS
Support Node
Local
Area NW
Server
Charging
Gateway
Corporate
DNS
2G & 3G
GPRS Backbone
IP Network
Internet
GSM BSS or
3G RAN
Inter-PLMN
Network
Intranet

43. Estructura de 3G-SGSN
Iu
Gn
Internal maintenance bus
Gr, Gf, Gd
E1/T1SMM Unit
•Mobility Management
•Session Management
• Señalización
ATM
STM-1
100 BaseTx
1000 BaseT
Forwarding
Unit
Central Route
Processor Unit
• O&M
• Routing
Tunnelling
Unit
E1/T1
SS7
Unidad
ATM
STM-1

44. Capacidad
• Máximo número de subscriptores: 300 000
• Throughput y número de conexiones:
— 900 Mbps y 200 000 PDP contexts o
— 600 Mbps y 600 000 PDP contexts
• (512 byte packet size)
• Intentos de conexión : 600 PDP procesos por segundo
• 300 000 SMS messages per hour

45. Interfaces de 3G-SGSN
3G SGSN
3G SGSN3G SGSN
Gn
Gr
Gf
Gd
3G Core Network
(HPLMN)
HLR & AUC
EIR
SMSC
Iu
Gp3G Core Network
(VPLMN)
RNC
NMS
CG
Ga

46. Otros elementos de packet core
• GGSN (Gateway GPRS Support Node)
—1 million PDP contexts
400 Mbps (1400 byte packets)
— Puede interactuar con 2G-SGSN y 3G-SGSN
• BG (Border Gateway)
— Router para Redes de datos Inter-PLMN
• DNS (Domain Name Server)
— Access point name (APN) → Dirección IP al correcto GGSN
• CG (Charging Gateway)
• LIG (Legal/Lawful Interception Gateway)

47. RNC architecture
DMCU
GTPU
TCP/IP
NEMU OMU
RSMU
RRMU
ICSU
SFU
MXU
A2SU
RESOURCE AND SWITCH
MANAGEMENT UNIT
Functions:
- RNC wide functions
- ATM switch management
- DSP resource management
Characteristics:
- Pentium based
- 2n redundant
NIU
NIU
NETWORK INTERFACE UNIT
Functions:
- Physical layer functions
- ATM layer functions
- IU, IUR, IUB
Characteristics:
- No redundancy
AAL2 SWITCHING UNIT
Functions:
- AAL2 minipacket processing
Characteristics:
- SN+1 redundant
Functions:
- Macrodiversity combining
- Outer loop power control
- RLC, MAC, PDCP functions
- Ciphering
Characteristics:
- ~6000 MIPS
- SN+1 redundant
DATA AND MACRODIVERSITY COMBINING
UNIT
NETWORK ELEMENT
MANAGEMENT UNIT
Functions:
- Graphical user interfaces
- Key Perfomance Indicators
- NMS interface
Characteristics:
- Pentium based
- No redundancy
OPERATION AND MAINTENANCE
UNIT
Functions:
- O&M functions
- RNW database
- recovery functions
Characteristics:
- Pentium based
- 2n redundant
TIMING AND HARDWARE MANAGEMENT
BUS UNIT
Functions:
- RNC syncronization
- HW management
Characteristics:
- TSS3 RNC level
- TBUF subrack level
- 2n redundant
TBU
Functions:
- UDP/IP termination
- GTP forwarding
Characteristics:
- Pentium based
- SN+1 redundant
GPRS TUNNELING PROTOCOL UNIT
RADIO RESOURCE MANAGEMENT UNIT
Functions:
- RNC wide radio resource management
functions
Characteristics:
- Pentium based
- 2n redundant
MULTIPLEXER UNIT
Functions:
- Multiplexing towards SFU
Characteristics:
- 622 Mbit/s towards SFU
- 2n redundant
SWITCHING FABRIC UNIT
Functions:
- ATM Switching
Characteristics:
- 8 switching ports
- 5 Gbit/s
- 2n redundant
INTERFACE CONTROL AND
SIGNALLING UNIT
Functions:
- L3 protocol functions
- RANAP, RNSAP, NBAP
- RRC
Characteristics:
- Pentium based
- RN+1 redundant

48. Capacidades delRNC
Busy Hour Call Attempts 33000 66000 99000 132000 165000
Erlangs 1100 2200 3300 4400 5500
Throughput Mbits/sec 26 52 78 104 130
Number of carriers 256 384 512 640 768
Number of BTSs 85 128 170 213 256
High Capacity RNC 1 2 3 4 5
Number of subscribers 73000 130000 186000 240000 300000
Busy Hour Call Attempts 40500 81500 122000 163000 204000
Erlangs 1300 2700 4000 5400 6800
Throughput Mbits/sec 48 85 122 159 196
Number of carriers 384 576 768 960 1152
Number of BTSs 128 192 256 320 384

49. Base station sites:
• Macrocell sites
• Microcell sites
• Picocell sites
Solución de estaciones bases WCDMA

50. Cual es la diferencia entre
site, celda y sector?
• Un site es un gabinete físico con
carriers/TRXs.
• Un site podría tener uno o más celdas.
• Las celdas que pertenecen a un site
con más de una celda son
usualmente referidas al sector.
WCDMA
- 1 carrier
= 5MHzGSM
- 1 TRX ~ 7 traffic channels
Different frequencies

51. Solución GSM/WCDMA
Co-Sites

52. Site
• Las unidades del Soporte del
Site pueden contener
bacteria ante fallas
principales, equipos de
transmisión, y más.
Baterías
Transmisión 3rd party

53. Estaciones bases y Nodos B
•
--- Transmisión de Nodos
• Baterías de Backup
Radio enlaces hopper
Microwave Radio
EDGEBase Station
• 900/1800 MHz GSM,
EDGE networks
WCDMA Base Station
• 2 GHz WCDMA
networks
Co-Site GSM & WCDMA BTS

54. Que site de estación base?
• Los sites de estación base pueden ser encontrados
en muchas diferentes formas.
• Los sites son conectados juntos de diferentes
maneras.
X-pol. antennas
Site supportBase Station
FlexiHopper
UltraHoppers
MetroHoppers

55. Transmisión
• Sitios son conectados juntos en
diferentes maneras para optimizar
costos, mientras se asegura la mejor
mejor calidad y redundancia.
• Los enlaces pueden ser, ópticos o
radio microondas
RNC
IU
IUr
BSC
MSC
A
AXU
Multiplexer eg MetroHub
3G BTS
2G BTS
ATM cross
connect
unit/IP router