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The Telecommunications Handbook : Engineering Guidelines for Fixed, Mobile and Satellite Systems
发布日期:2015-12-17  浏览

The Telecommunications Handbook : Engineering Guidelines for Fixed, Mobile and Satellite Systems

[Book Description]

Taking a practical approach, Telecommunications Handbook examines the principles and details of all major and modern telecommunications systems currently available to industry and end-users. The focus of the book is on current and future networks, and the most up-to-date functionalities of each network are described in sufficient detail for deployment purposes. The structure of the book is modular, giving both overall descriptions of the architectures and functionality of typical use cases, as well as deeper and practical guidelines for telecom professionals.

[Table of Contents]
Preface                                            xxv
Acknowledgements                                   xxvii
Abbreviations                                      xxix
List of Contributors                               xlv
1 Introduction                                     1    (22)
          Jyrki T.J. Penttinen
    1.1 General                                    1    (1)
    1.2 Short History of Telecommunications        2    (3)
      1.2.1 The Beginning                          2    (2)
      1.2.2 Analog Telephony Era                   4    (1)
      1.2.3 Wireless Era                           4    (1)
    1.3 The Telecommunications Scene               5    (10)
      1.3.1 Current Information Sources            5    (1)
      1.3.2 Telecommunications Market              6    (3)
      1.3.3 Effect of Video Services               9    (2)
      1.3.4 Network Scalability                    11   (2)
      1.3.5 How to Handle Increased Smartphone     13   (1)
      Signaling
      1.3.6 Effects of Online Video                14   (1)
    1.4 The Focus of the Book                      15   (1)
    1.5 Instructions for Reading the Book          16   (4)
    Contents
    References                                     20   (3)
2 Standardization and Regulation                   23   (26)
          Jyrki T.J. Penttinen
    2.1 Introduction                               23   (1)
    2.2 Standardization Bodies                     23   (15)
      2.2.1 ITU                                    23   (2)
      2.2.2 ETSI                                   25   (3)
      2.2.3 IEEE                                   28   (1)
      2.2.4 IETF                                   28   (1)
      2.2.5 CEPT                                   29   (1)
      2.2.6 T1                                     30   (1)
      2.2.7 ANSI                                   30   (1)
      2.2.8 ARIB                                   31   (1)
      2.2.9 TTC                                    31   (2)
      2.2.10 3GPP                                  33   (2)
      2.2.11 3GPP2                                 35   (2)
      2.2.12 Broadcast Standardization             37   (1)
    2.3 Industry Forums                            38   (6)
      2.3.1 GSM Association                        38   (2)
      2.3.2 UMTS Forum                             40   (1)
      2.3.3 WiMAX Forum                            41   (1)
      2.3.4 BMCO Forum and Open IPTV Forum         41   (1)
      2.3.5 Global Mobile Suppliers Association    42   (1)
      2.3.6 CDMA Development Group                 42   (1)
      2.3.7 Other Standardization Bodies           43   (1)
    2.4 Other Entities                             44   (1)
      2.4.1 UNDP                                   44   (1)
      2.4.2 IADB                                   45   (1)
    2.5 Frequency Regulation                       45   (1)
      2.5.1 WRC                                    45   (1)
    2.6 National Regulators                        46   (1)
    2.7 Guideline for Finding and Interpreting     47   (1)
    Standards
    References                                     47   (2)
3 Telecommunications Principles                    49   (24)
          Jyrki T.J. Penttinen
    3.1 Introduction                               49   (1)
    3.2 Terminology and Planning Principles        49   (9)
      3.2.1 Decibel                                50   (2)
      3.2.2 Erlang                                 52   (4)
      3.2.3 Noise and Interferences                56   (1)
      3.2.4 Other Typical Telecommunications       57   (1)
      Units
    3.3 Evolution                                  58   (6)
      3.3.1 Mobile Networks                        58   (2)
      3.3.2 Mobile Data                            60   (2)
      3.3.3 Demand for Multimedia                  62   (2)
    3.4 Spectrum Allocations                       64   (1)
      3.4.1 ITU Regions and Principles             64   (1)
      3.4.2 Regional Aspects                       64   (1)
    3.5 Physical Aspects                           64   (7)
      3.5.1 Radio Interface and Radio Links        64   (1)
      3.5.2 Electrical Wires                       65   (1)
      3.5.3 Copper Lines                           65   (4)
      3.5.4 Fiber Optics                           69   (2)
    References                                     71   (2)
4 Protocols                                        73   (28)
          Jyrki T.J. Penttinen
    4.1 Introduction                               73   (1)
    4.2 OSI                                        74   (8)
      4.2.1 General                                74   (4)
      4.2.2 Physical Layer (1)                     78   (1)
      4.2.3 Data Link Layer (2)                    78   (1)
      4.2.4 Network Layer (3)                      79   (1)
      4.2.5 Transport Layer (4)                    79   (1)
      4.2.6 Session Layer (5)                      80   (1)
      4.2.7 Presentation Layer (6)                 80   (1)
      4.2.8 Application Layer (7)                  80   (1)
      4.2.9 Practice                               81   (1)
    4.3 Fixed Networks                             82   (7)
      4.3.1 SS7                                    82   (1)
      4.3.2 SIGTRAN                                83   (6)
    4.4 Mobile Networks                            89   (1)
      4.4.1 SCCP                                   89   (1)
      4.4.2 BSSAP                                  89   (1)
      4.4.3 MAP                                    90   (1)
      4.4.4 TCAP                                   90   (1)
      4.4.5 LAPD/LAPDm                             90   (1)
    4.5 Data Networks                              90   (3)
      4.5.1 TCP/IP                                 90   (1)
      4.5.2 UDP                                    91   (2)
    4.6 Error Recovery                             93   (3)
      4.6.1 Message                                93   (1)
      4.6.2 Error Correction Methods               94   (2)
    4.7 LAP Protocol Family                        96   (3)
      4.7.1 LAPB                                   97   (1)
      4.7.2 LAPD                                   97   (1)
      4.7.3 LAPF                                   97   (1)
      4.7.4 LAPM                                   98   (1)
      4.8 Cross-Layer Protocol Principles          98   (1)
    References                                     99   (2)
5 Connectivity and Payment                         101  (34)
          Jyrki T.J. Penttinen
    5.1 Connectivity                               101  (1)
    5.2 Definitions                                101  (1)
    5.3 IP Connectivity                            102  (3)
      5.3.1 Multilink Dial Up                      102  (1)
      5.3.2 ISDN                                   103  (1)
      5.3.3 Leased Lines                           103  (1)
      5.3.4 E1/T1                                  103  (1)
      5.3.5 Cable Modem                            104  (1)
      5.3.6 DSL                                    104  (1)
      5.3.7 Power-Line Connectivity                104  (1)
      5.3.8 ATM                                    104  (1)
    5.4 Wired Connectivity                         105  (9)
      5.4.1 USB                                    105  (1)
      5.4.2 USB Development                        105  (1)
      5.4.3 General Principles of USB              106  (1)
      5.4.4 Physical Aspect of USB                 107  (2)
      5.4.5 Cable Length                           109  (1)
      5.4.6 Power                                  109  (5)
      5.4.7 Serial Port                            114  (1)
    5.5 Radio Connectivity in the Near Field       114  (1)
    5.6 NFC and Secure Payment                     115  (5)
      5.6.1 General                                115  (1)
      5.6.2 Readers and Tags                       116  (1)
      5.6.3 Architecture                           117  (1)
      5.6.4 Standardization                        118  (1)
      5.6.5 Products and Use Cases                 119  (1)
    5.7 Secure Payment                             120  (5)
      5.7.1 Softcard                               120  (1)
      5.7.2 Background to Secure Payment           121  (1)
      Standardization
      5.7.3 Functionality of Secure Payment        121  (2)
      5.7.4 EMV                                    123  (1)
      5.7.5 Practical Solutions                    123  (1)
      5.7.6 Other Payment Solutions                123  (2)
    5.8 Bluetooth                                  125  (4)
      5.8.1 General                                125  (1)
      5.8.2 Bluetooth RF                           126  (1)
      5.8.3 Bluetooth Profiles                     126  (3)
    5.9 Hearing Aid Compatibility                  129  (2)
      5.9.1 T and M Rating                         129  (1)
      5.9.2 HAC Compatibility Aspects              130  (1)
      5.9.3 TTY/TDD Compatibility                  131  (1)
    5.10 Other Connectivity Technologies           131  (1)
      5.10.1 G.V2A                                 131  (1)
      5.10.2 MirrorLink                            132  (1)
    References                                     132  (3)
6 Fixed Telecommunications Networks                135  (30)
          Jyrki T.J. Penttinen
    6.1 Introduction                               135  (1)
    6.2 Network Topologies                         135  (3)
      6.2.1 Point-to-Point                         136  (1)
      6.2.2 Bus                                    136  (1)
      6.2.3 Star                                   137  (1)
      6.2.4 Ring                                   137  (1)
    6.3 Redundancy                                 138  (1)
    6.4 Telephone Network                          139  (1)
    6.5 User Devices                               140  (5)
      6.5.1 Telephones                             140  (2)
      6.5.2 Data Equipment                         142  (3)
    6.6 Plain Old Public Telephone System (POTS)   145  (4)
      6.6.1 General                                145  (1)
      6.6.2 Numbering of Telephony Networks        146  (1)
      6.6.3 The Principle of Telephone Networks    146  (1)
      6.6.4 Billing Principles                     146  (1)
      6.6.5 Comparison of Current VoIP Solutions   147  (2)
    6.7 Integrated Services Digital Network        149  (4)
    (ISDN)
      6.7.1 Standardization of ISDN                149  (1)
      6.7.2 Principles of ISDN                     149  (1)
      6.7.3 ISDN Reference Model                   150  (1)
      6.7.4 ISDN Signaling                         151  (1)
      6.7.5 ISDN Services                          151  (2)
    6.8 Intelligent Network (IN)                   153  (2)
      6.8.1 IN Principles                          153  (1)
      6.8.2 IN Elements                            153  (1)
      6.8.3 IN Applications                        154  (1)
    6.9 SIP                                        155  (4)
      6.9.1 Background                             155  (1)
      6.9.2 Functionality of SIP                   155  (3)
      6.9.3 SIP Elements                           158  (1)
      6.9.4 Protocol Stack for Internet            158  (1)
      Multimedia
      6.9.5 Initiation of Call                     158  (1)
    6.10 Telephony Solutions for Companies         159  (2)
      6.10.1 Centrex                               159  (2)
    6.11 Transport                                 161  (1)
    6.12 Cloud Computing                           161  (2)
      6.12.1 General                               161  (1)
      6.12.2 Principles                            162  (1)
      6.12.3 Benefits                              163  (1)
    References                                     163  (2)
7 Data Networks                                    165  (42)
          Jyrki T.J. Penttinen
          Tero Jalkanen
          Ilkka Keisala
    7.1 Introduction                               165  (1)
    7.2 IPv4                                       165  (4)
      7.2.1 General                                167  (1)
      7.2.2 IPv4 Addresses                         168  (1)
      7.2.3 Notation of the Address                169  (1)
    7.3 IPv6                                       169  (3)
      7.3.1 Principles                             170  (1)
      7.3.2 IPv6 Address                           170  (2)
    7.4 Routing                                    172  (2)
    7.5 ATM                                        174  (2)
    7.6 Frame Relay                                176  (1)
      7.6.1 Definitions                            176  (1)
      7.6.2 Functionality                          176  (1)
    7.7 LAN and MAN                                177  (12)
      7.7.1 IEEE 802.1 (Bridging)                  177  (1)
      7.7.2 IEEE 802.2 (LLC)                       177  (1)
      7.7.3 IEEE 802.3 (Ethernet)                  177  (4)
      7.7.4 IEEE 802.4 (Token Bus)                 181  (1)
      7.7.5 IEEE 802.5 (Token Ring)                181  (1)
      7.7.6 IEEE 802.6 (MAN)                       182  (1)
      7.7.7 IEEE 802.7 (Broadband LAN via          182  (1)
      Coaxial)
      7.7.8 IEEE 802.8 (Fiber Optic TAG)           182  (1)
      7.7.9 IEEE 802.9 (ISLAN)                     182  (1)
      7.7.10 IEEE 802.10 (Interoperable LAN        183  (1)
      Security)
      7.7.11 IEEE 802.11 (WLAN)                    183  (1)
      7.7.12 IEEE 802.12 (100BaseVG)               184  (1)
      7.7.13 IEEE 802.13 (Unused)                  184  (1)
      7.7.14 IEEE 802.14 (Cable Modems)            184  (1)
      7.7.15 IEEE 802.15 (Wireless PAN)            184  (2)
      7.7.16 IEEE 802.16 (WiMAX)                   186  (1)
      7.7.17 IEEE 802.17 (Resilient Packet Ring)   187  (1)
      7.7.18 IEEE 802.18 (Radio Regulatory TAG)    187  (1)
      7.7.19 IEEE 802.19 (Coexistence TAG)         187  (1)
      7.7.20 IEEE 802.20 (Mobile Broadband         187  (1)
      Wireless Access)
      7.7.21 IEEE 802.21 (Media Independent        188  (1)
      Handoff)
      7.7.22 IEEE 802.22 (Wireless Regional        188  (1)
      Area Network)
      7.7.23 IEEE 802.23 (Emergency Services       188  (1)
      Working Group)
      7.7.24 IEEE 802.24 (Smart Grid TAG)          188  (1)
      7.7.25 IEEE 802.25 (Omni-Range Area          188  (1)
      Network)
    7.8 Wi-Fi                                      189  (13)
      7.8.1 Standardization                        189  (2)
      7.8.2 Wi-Fi Authentication and Accounting    191  (4)
      7.8.3 Wi-Fi Offloading                       195  (3)
      7.8.4 Wi-Fi Roaming                          198  (4)
    7.9 Inter-Operator Networks                    202  (2)
      7.9.1 Introduction                           202  (1)
      7.9.2 Overview                               202  (1)
      7.9.3 Different Solutions                    203  (1)
    References                                     204  (3)
8 Telecommunications Network Services and          207  (30)
Applications
          Jyrki T.J. Penttinen
    8.1 Introduction                               207  (1)
    8.2 Voice                                      207  (1)
    8.3 Messaging                                  208  (2)
    8.4 Audio and Video                            210  (2)
      8.4.1 Streaming                              210  (2)
    8.5 Health Care                                212  (1)
    8.6 Education212  (1)
    8.7 CSTA                                       213  (1)
    8.8 Advanced Telecommunications                214  (4)
    Functionalities
      8.8.1 Email                                  214  (2)
      8.8.2 Videoconferencing                      216  (1)
      8.8.3 Telecommuting                          217  (1)
      8.8.4 Advanced Applications                  217  (1)
    8.9 Business Exchange                          218  (1)
    8.10 Public IP Network Develops to NGN         218  (4)
      8.10.1 IMS Architecture                      219  (2)
      8.10.2 SIP                                   221  (1)
    8.11 Voice Service Access Points               222  (2)
      8.11.1 VoIP as a Solution for Fixed          223  (1)
      Communications Networks
      8.11.2 Residential Areas                     223  (1)
      8.11.3 Business Environment                  224  (1)
    8.12 Mobile Services                           224  (12)
      8.12.1 Mobile Exchange                       226  (8)
      8.12.2 The CAPEX and OPEX of Mobile          234  (2)
      Exchange
      8.12.3 Deployment of the Mobile Exchange     236  (1)
    References                                     236  (1)
9 Transmission Networks                            237  (24)
          Jyrki T.J. Penttinen
          Juha Kallio
    9.1 Introduction                               237  (1)
    9.2 Physical Transmission Systems              237  (1)
    9.3 Coding Techniques                          238  (3)
      9.3.1 Unipolar Format                        239  (1)
      9.3.2 Bipolar Format                         240  (1)
      9.3.3 Modified AMI Codes                     240  (1)
      9.3.4 Delta Modulation                       241  (1)
    9.4 PCM                                        241  (2)
      9.4.1 Principles                             241  (2)
    9.5 Coding Techniques                          243  (2)
    9.6 PDH                                        245  (1)
    9.7 SDH                                        245  (1)
    9.8 WDM                                        246  (1)
    9.9 Carrier Ethernet Transport                 247  (3)
    9.10 IP Multimedia Subsystem                   250  (7)
      9.10.1 IMS Architecture                      250  (7)
    9.11 Case Example: LTE Transport               257  (1)
      9.11.1 Ethernet Transport                    257  (1)
    9.12 Cloud Computing and Transport             257  (2)
    References                                     259  (2)
10 Modulation and Demodulation                     261  (20)
          Patrick Marsch
          Jyrki Penttinen
    10.1 Introduction                              261  (1)
    10.2 General                                   261  (1)
    10.3 Analog Modulation Methods                 262  (2)
      10.3.1 Amplitude Modulation                  262  (1)
      10.3.2 Frequency Modulation                  262  (1)
      10.3.3 Phase Modulation                      263  (1)
    10.4 Digital Modulationand Demodulation        264  (16)
      10.4.1 Amplitude Shift Keying (ASK)          265  (1)
      10.4.2 Phase Shift Keying (PSK)              266  (1)
      10.4.3 Combinations of ASK and PSK           267  (1)
      10.4.4 Frequency Shift Keying (FSK)          268  (1)
      10.4.5 Modulation from a Mathematical        269  (1)
      Perspective
      10.4.6 Pulse Shaping and Power Spectral      269  (2)
      Density of Modulated Signals
      10.4.7 Typical Transmitter- and              271  (3)
      Receiver-Side Signal Processing
      10.4.8 Digital Modulation Schemes Used in    274  (2)
      Practical Systems
      10.4.9 Multiplexing, Multiple Access and     276  (1)
      Duplexing
      10.4.10 Orthogonal Frequency Division        277  (3)
      Multiplex
    References                                     280  (1)
11 3GPP Mobile Communications: GSM                 281  (90)
          Jyrki T.J. Penttinen
    11.1 Introduction                              281  (1)
    11.2 Development of GSM                        281  (4)
    11.3 Specification of GSM                      285  (1)
    11.4 Architecture of GSM                       286  (8)
      11.4.1 General                               286  (1)
      11.4.2 Area Specifications                   287  (1)
      11.4.3 The Base Station Subsystem (BSS)      288  (3)
      11.4.4 Network Switching Subsystem (NSS)     291  (2)
      11.4.5 Operations Subsystem                  293  (1)
    11.5 Functionality of GSM                      294  (9)
      11.5.1 Frequencies                           294  (2)
      11.5.2 Channels                              296  (1)
      11.5.3 Traffic Channels                      297  (1)
      11.5.4 Control Channels                      297  (3)
      11.5.5 Multiframes                           300  (2)
      11.5.6 Channel Configurations                302  (1)
    11.6 Numbering of GSM                          303  (5)
      11.6.1 Subscriber Numbering                  303  (3)
      11.6.2 Mobile Numbers                        306  (1)
      11.6.3 Network Numbering                     307  (1)
      11.6.4 Other Numbers                         308  (1)
    11.7 GSM Data                                  308  (9)
      11.7.1 Principles                            308  (2)
      11.7.2 The Network Architecture              310  (4)
      11.7.3 GPRS Interfaces                       314  (1)
      11.7.4 Special GSM Solutions                 315  (1)
      11.7.5 Machine-to-Machine Communications     315  (1)
      11.7.6 Energy Saving Functionalities         316  (1)
      11.7.7 Smartphone Signaling Optimization     316  (1)
    11.8 Dual Half Rate                            317  (24)
      11.8.1 The Functionality and Usability of    318  (1)
      OSC
      11.8.2 Effect of OSC on Capacity             319  (8)
      11.8.3 OSC Radio Performance Analysis        327  (4)
      11.8.4 OSC Radio Performance Model           331  (6)
      11.8.5 Complete OSC Model                    337  (4)
    11.9 DFCA                                      341  (8)
      11.9.1 Dynamic Frequency and Channel         341  (1)
      Allocation Principle
      11.9.2 Joint OSC and DFCA Performance        342  (7)
    11.10 EDGE                                     349  (5)
      11.10.1 Technical Features                   350  (1)
      11.10.2 GERAN-Architecture                   350  (2)
      11.10.3 The Functioning of the EDGE          352  (1)
      11.10.4 Channel Coding                       352  (1)
      11.10.5 Multifunctioning                     353  (1)
    11.11 DLDC                                     354  (12)
      11.11.1 Installation Aspects                 354  (1)
      11.11.2 Time Slot Allocation                 355  (1)
      11.11.3 Feature Functionality                355  (3)
      11.11.4 Case Study of DLDC Performance       358  (2)
      11.11.5 Test Cases and Results               360  (6)
      11.11.6 Analysis                             366  (1)
    11.12 EDGE2                                    366  (1)
    References                                     367  (4)
12 3GPP Mobile Communications: WCDMA and HSPA      371  (46)
          Patrick Marsch
          Michal Maternia
          Michal Panek
          Ali Yaver
          Ryszard Dokuczal
          Rybakowski Marcin
    12.1 Network Architecture                      371  (5)
      12.1.1 Node B - Base Station                 372  (1)
      12.1.2 Radio Network Controller              373  (2)
      12.1.3 UTRAN Interfaces                      375  (1)
    12.2 Physical Layer Aspects                    376  (11)
      12.2.1 Spreading and Scrambling              376  (2)
      12.2.2 Channel Estimation                    378  (1)
      12.2.3 Equalization                          379  (1)
      12.2.4 Power Control                         380  (1)
      12.2.5 Data Transmission in WCDMA and HSPA   381  (5)
      12.2.6 Overview on Transport Channels and    386  (1)
      Physical Channels
    12.3 Radio Interface Procedures                387  (15)
      12.3.1 Cell Search Procedure                 391  (1)
      12.3.2 Synchronization                       392  (1)
      12.3.3 Cell Update                           393  (2)
      12.3.4 Paging                                395  (1)
      12.3.5 Call Setup                            395  (1)
      12.3.6 Scheduling                            396  (4)
      12.3.7 Handover and Soft Handover            400  (2)
    12.4 WCDMA/HSPA Evolution since Release 5      402  (8)
      12.4.1 Multicarrier                          402  (4)
      12.4.2 MIMO                                  406  (1)
      12.4.3 Multiflow                             407  (1)
      12.4.4 Heterogeneous Networks                408  (2)
      12.4.5 Self-Organizing Networks              410  (1)
    12.5 Planning and Dimensioning of              410  (7)
    WCDMA/HSPA Networks
      12.5.1 Typical Frequency Usage               410  (2)
      12.5.2 Capacity and Coverage Optimization    412  (3)
      12.5.3 Location Areas Size vs Paging Load    415  (1)
  References                                       415  (2)
13 3GPP Mobile Communications: LTE/SAE and LTE-A   417  (98)
          Jacek G?ra
          Krystian Safjan
          Jaroslaw Lachowski
          Agnieszka Szufarska
          Stanislaw Strzyz
          Szymon Stefanski
          Damian Kolmas
          Jyrki T.J. Penttinen
          Francesco D. Calabrese
          Guillaume Monghal
          Mohammad Anas
          Luis Maestro
          Juha Kallio
          Olli Ramula
    13.1 Introduction                              417  (1)
    13.2 Architecture                              418  (1)
    13.3 Elements                                  419  (3)
    13.4 Evolved Universal Terrestrial Radio       422  (6)
    Access Network
      13.4.1 eNodeB                                422  (2)
      13.4.2 User Equipment                        424  (1)
      13.4.3 S-GW                                  424  (1)
      13.4.4 P-GW                                  425  (1)
      13.4.5 MME                                   425  (1)
      13.4.6 Policy and Charging Resource          426  (1)
      Function (PCRF)
      13.4.7 Home Subscription Server (HSS)        427  (1)
      13.4.8 GSM and UMTS Domain                   427  (1)
      13.4.9 Packet Data Network                   427  (1)
    13.5 Interfaces                                428  (2)
      13.5.1 Uu Interface                          428  (1)
      13.5.2 X2 Interface                          428  (1)
      13.5.3 S1 Interface                          429  (1)
      13.5.4 S3 Interface                          429  (1)
      13.5.5 S4 Interface                          429  (1)
      13.5.6 S5 Interface                          429  (1)
      13.5.7 S6a Interface                         429  (1)
      13.5.8 S11 Interface                         429  (1)
      13.5.9 SG                                    429  (1)
      13.5.10 Gn/Gp                                430  (1)
    13.6 Protocol Stacks                           430  (4)
      13.6.1 User Plane                            430  (1)
      13.6.2 Control Plane                         431  (1)
      13.6.3 Layer 1                               432  (1)
      13.6.4 Layer 2                               433  (1)
      13.6.5 Layer 3                               433  (1)
    13.7 Layer 2 Structure                         434  (1)
    13.8 LTE Radio Network                         435  (1)
      13.8.1 Introduction                          435  (1)
    13.9 LTE Spectrum                              436  (2)
    13.10 Physical Layer                           438  (10)
      13.10.1 Principles of OFDMA and SC-FDMA      438  (4)
      13.10.2 OFDM Transceiver Chain               442  (1)
      13.10.3 Cyclic Prefix                        442  (2)
      13.10.4 Channel Estimation and               444  (1)
      Equalization
      13.10.5 Modulation                           444  (1)
      13.10.6 Coding                               444  (1)
      13.10.7 Signal Processing Chain              445  (3)
    13.11 SC-FDM and SC-FDMA                       448  (1)
      13.11.1 SC-FDM Transceiver Chain             449  (1)
      13.11.2 PAPR Benefits                        449  (1)
    13.12 Frame Structure and Physical Channels    449  (4)
      13.12.1 Downlink                             451  (1)
      13.12.2 Uplink                               452  (1)
    13.13 Physical Layer Procedures                453  (2)
      13.13.1 Random Access                        453  (1)
      13.13.2 Timing Advance                       453  (1)
      13.13.3 Power Control                        453  (1)
      13.13.4 HARQ - Hybrid Automatic Repeat       454  (1)
      Request
    13.14 User Mobility                            455  (2)
      13.14.1 Tracking Area Update                 455  (1)
      13.14.2 Handover                             455  (2)
    13.15 Radio Resource Management Procedures     457  (1)
      13.15.1 Packet Scheduling                    457  (1)
    13.16 Link Adaptation                          458  (1)
    13.17 ICIC                                     459  (4)
      13.17.1 Hard Frequency Reuse                 459  (1)
      13.17.2 Fractional Frequency Reuse           460  (1)
      13.17.3 Soft Frequency Reuse                 460  (1)
      13.17.4 LTE Context                          461  (1)
      13.17.5 TDM eICIC                            462  (1)
    13.18 Reporting                                463  (3)
      13.18.1 CSI                                  463  (1)
      13.18.2 CQI                                  464  (1)
      13.18.3 RI                                   464  (1)
      13.18.4 PMI                                  465  (1)
    13.19 LTE Radio Resource Management            466  (1)
      13.19.1 Introduction                         466  (1)
      13.19.2 QoS and Associated Parameters        466  (1)
    13.20 RRM Principles and Algorithms Common     467  (10)
    to UL and DL
      13.20.1 Connection Mobility Control          467  (1)
      13.20.2 Admission Control                    468  (3)
      13.20.3 HARQ                                 471  (1)
      13.20.4 Link Adaptation                      471  (1)
      13.20.5 Packet Scheduling                    472  (3)
      13.20.6 Load Balancing                       475  (2)
    13.21 Uplink RRM                               477  (5)
      13.21.1 Packet Scheduling: Specific UL       477  (1)
      Constraints
      13.21.2 Link Adaptation                      478  (1)
      13.21.3 Uplink Signaling for Scheduling      479  (3)
      and Link Adaptation Support
    13.22 Downlink RRM                             482  (3)
      13.22.1 Channel Quality, Feedback and        482  (1)
      Link Adaptation
      13.22.2 Packet Scheduling                    483  (1)
      13.22.3 Intercell Interference Control       484  (1)
    13.23 Intra-LTE Handover                       485  (2)
    13.24 LTE Release 8/9 Features                 487  (9)
      13.24.1 MIMO                                 487  (1)
      13.24.2 Diversity MIMO                       488  (1)
      13.24.3 Spatial Multiplexing                 489  (2)
      13.24.4 Beamforming                          491  (1)
      13.24.5 Self-Organizing Networks             491  (1)
      13.24.6 Self-Configuration Rel. 8            491  (1)
      13.24.7 Self-Configuration in                492  (1)
      Preoperational State
      13.24.8 Physical Cell Identifier Selection   492  (1)
      13.24.9 Automatic Neighbor Cell              493  (1)
      Configuration and X2 Setup
      13.24.10 Self-Optimization Rel. 9            493  (1)
      13.24.11 Mobility Robustness Optimization    494  (1)
      13.24.12 Mobility Load Balancing             494  (1)
      13.24.13 Energy Savings                      494  (1)
      13.24.14 RACH Optimization                   495  (1)
      13.24.15 Heterogeneous Networks              495  (1)
      13.24.16 Node Types (LTE Context)            496  (1)
    13.25 LTE-Advanced Features (Rel. 10)          496  (8)
      13.25.1 Requirements for LTE-Advanced        496  (1)
      13.25.2 Motivation and Targets               497  (1)
      13.25.3 Advanced MIMO                        497  (1)
      13.25.4 Carrier Aggregation                  498  (2)
      13.25.5 Relaying                             500  (2)
      13.25.6 Cooperative Multipoint               502  (2)
    13.26 LTE Transport and Core Network           504  (2)
      13.26.1 Functionality of Transport           504  (1)
      Elements
      13.26.2 Transport Modules                    504  (1)
      13.26.3 LTE Transport Protocol Stack         505  (1)
      13.26.4 Ethernet Transport                   505  (1)
      13.26.5 IP Address Differentiation           505  (1)
      13.26.6 Traffic Prioritization on IP Layer   505  (1)
      13.26.7 Traffic Prioritization on            505  (1)
      Ethernet Layer
      13.26.8 VLAN Based Traffic Differentiation   505  (1)
      13.26.9 IPSec                                505  (1)
      13.26.10 Synchronization                     506  (1)
      13.26.11 Timing Over Packet                  506  (1)
      13.26.12 Synchronous Ethernet                506  (1)
    13.27 Transport Network                        506  (3)
      13.27.1 Carrier Ethernet Transport           508  (1)
      13.27.2 Transport for S1-U Interface         509  (1)
    13.28 Core Network                             509  (1)
    13.29 Charging                                 510  (3)
      13.29.1 Offline Charging                     510  (2)
      13.29.2 Charging Data Record                 512  (1)
      13.29.3 Online Charging                      512  (1)
    References                                     513  (2)
14 Wireless LAN and Evolution                      515  (22)
          Jyrki T.J. Penttinen
    14.1 Introduction                              515  (1)
    14.2 WLAN Standards                            515  (1)
    14.3 IEEE 802.11 (Wi-Fi)                       515  (9)
      14.3.1 Wi-Fi Variants                        516  (6)
      14.3.2 Wi-Fi and Other Wireless Networks     522  (1)
      14.3.3 Security Aspects                      523  (1)
    14.4 IEEE 802.16 (WiMAX)                       524  (5)
      14.4.1 WiMAX Standardization                 525  (1)
      14.4.2 WiMAX Frequencies                     525  (1)
      14.4.3 Technology for WiMAX Deployments      525  (1)
      14.4.4 Architecture of WiMAX                 526  (1)
      14.4.5 Marketing Aspects                     527  (1)
      14.4.6 Applications                          528  (1)
    14.5 Evolved IEEE 802.16 (4G)                  529  (5)
      14.5.1 General                               529  (2)
      14.5.2 Impacts of IEEE 802.16m on Network    531  (2)
      Planning
      14.5.3 Applications and Key                  533  (1)
      Functionalities
    14.6 Comparison of Wireless Technologies       534  (2)
      14.6.1 Other Connectivity Methods            534  (1)
      14.6.2 The Future                            534  (2)
    References                                     536  (1)
15 Terrestrial Broadcast Networks                  537  (18)
          Jyrki T.J. Penttinen
    15.1 Introduction                              537  (1)
    15.2 Analog Systems                            537  (2)
      15.2.1 Radio                                 537  (1)
      15.2.2 Television                            538  (1)
    15.3 Digital Radio                             539  (1)
      15.3.1 Principle                             539  (1)
    15.4 Digital Television                        540  (12)
      15.4.1 DVB                                   540  (1)
      15.4.2 DVB-T                                 540  (1)
      15.4.3 DVB-H                                 541  (7)
      15.4.4 ISDB-T                                548  (1)
      15.4.5 ATSC                                  548  (1)
      15.4.6 MBMS/eMBMS                            548  (3)
      15.4.7 CMAS                                  551  (1)
    References                                     552  (3)
16 Satellite Systems: Communications               555  (48)
          Jyrki T. Penttinen
    16.1 Introduction                              555  (1)
    16.2 Principles of Satellite Systems           556  (13)
      16.2.1 General                               556  (1)
      16.2.2 Orbits                                556  (2)
      16.2.3 Frequencies                           558  (1)
      16.2.4 Characteristics of Satellite          559  (1)
      Systems
      16.2.5 Functionality                         559  (1)
      16.2.6 Equipment                             560  (1)
      16.2.7 System Architecture                   561  (1)
      16.2.8 Satellite Antennas                    561  (4)
      16.2.9 Challenges in Satellite               565  (4)
      Communications
    16.3 Voice and Data Services                   569  (2)
    16.4 Broadcast Satellite Systems               571  (3)
      16.4.1 Principles                            571  (1)
      16.4.2 Formats                               571  (2)
      16.4.3 Satellite TV                          573  (1)
      16.4.4 Satellite Audio and Radio             573  (1)
    16.5 Standardization                           574  (3)
    16.6 Commercial Satellite Systems              577  (18)
      16.6.1 ACeS                                  577  (1)
      16.6.2 Telstar                               578  (1)
      16.6.3 Globalstar                            579  (2)
      16.6.4 ORBCOMM                               581  (1)
      16.6.5 Mars Odyssey                          582  (1)
      16.6.6 SkyBridge                             582  (3)
      16.6.7 Iridium                               585  (4)
      16.6.8 Molniya                               589  (1)
      16.6.9 Teledesic                             590  (1)
      16.6.10 ICO/Pendrell                         590  (1)
      16.6.11 Inmarsat                             590  (3)
      16.6.12 Thuraya                              593  (1)
      16.6.13 MSAT/SkyTerra                        593  (1)
      16.6.14 TerreStar                            594  (1)
      16.6.15 VSAT                                 594  (1)
    16.7 Radio Link Budget                         595  (6)
      16.7.1 Principle of the Link Budget          595  (1)
      16.7.2 Link Budget Forming                   596  (1)
      16.7.3 Example of the Link Budget            597  (4)
    References                                     601  (2)
17 Satellite Systems: Location Services and        603  (18)
Telemetry
          Jyrki T.J. Penttinen
    17.1 General                                   603  (1)
    17.2 GPS                                       604  (4)
      17.2.1 Background                            604  (1)
      17.2.2 System Architecture                   605  (2)
      17.2.3 Frequencies                           607  (1)
      17.2.4 Functionality                         607  (1)
    17.3 GALILEO                                   608  (6)
      17.3.1 General                               608  (1)
      17.3.2 European Variant                      609  (5)
    17.4 Positioning Systems: Other Initiatives    614  (2)
      17.4.1 GLONASS                               614  (1)
      17.4.2 BeiDou/COMPASS                        615  (1)
      17.4.3 QZSS                                  615  (1)
      17.4.4 IRNSS                                 615  (1)
    17.5 Space Research                            616  (1)
    17.6 Weather and Meteorological Satellites     616  (1)
      17.6.1 Geostationary Satellites              616  (1)
      17.6.2 Polar Orbiting Satellites             617  (1)
    17.7 Military Systems                          617  (2)
      17.7.1 Orbits                                618  (1)
    References                                     619  (2)
18 Other and Special Networks                      621  (20)
          Pertti Virtanen
          Jyrki T.J. Penttinen
    18.1 IS-95                                     621  (3)
      18.1.1 General                               621  (1)
      18.1.2 Standards                             621  (1)
      18.1.3 CDMA Principles                       622  (1)
      18.1.4 Network Architecture                  623  (1)
    18.2 CDMA2000                                  624  (1)
      18.2.1 General                               624  (1)
    18.3 TETRA                                     625  (15)
      18.3.1 TETRA I                               626  (3)
      18.3.2 TETRA II                              629  (3)
      18.3.3 Security                              632  (1)
      18.3.4 Benefits                              632  (3)
      18.3.5 Key Services                          635  (3)
      18.3.6 Functionality                         638  (2)
    References                                     640  (1)
19 Security Aspects of Telecommunications: 3GPP    641  (28)
Mobile Networks
          Jyrki T.J. Penttinen
    19.1 Introduction                              641  (1)
    19.2 Basic Principles of Protection            641  (1)
    19.3 GSM Security                              642  (5)
      19.3.1 SIM                                   643  (1)
      19.3.2 Authentication and Authorization      643  (1)
      19.3.3 Encryption of the Radio Interface     644  (2)
      19.3.4 Encryption of IMSI                    646  (1)
      19.3.5 Other GSM Security Aspects            646  (1)
      19.3.6 Potential Security Weaknesses of      647  (1)
      GSM
    19.4 UMTS Security                             647  (2)
    19.5 LTE Security                              649  (10)
      19.5.1 Security Process                      649  (1)
      19.5.2 Network Attack Types in LTE/SAE       649  (1)
      19.5.3 Preparation for the Attacks           650  (3)
      19.5.4 Certificates                          653  (1)
      19.5.5 LTE Transport Security                654  (1)
      19.5.6 Traffic Filtering                     655  (1)
      19.5.7 Radio Interface Security              655  (4)
    19.6 LTE/SAE Service Security: Case Example    659  (4)
      19.6.1 General                               659  (1)
      19.6.2 IPSec                                 660  (1)
      19.6.3 IPSec Processing and Security         661  (2)
      Gateway
      19.6.4 Single Tunnel with Dedicated          663  (1)
      Tunnel Interfaces
      19.6.5 Single Tunnel with Shared Tunnel      663  (1)
      Interfaces
      19.6.6 Multiple Tunnels with Dedicated       663  (1)
      Tunnel Interfaces
      19.6.7 Multiple Tunnels with Shared          663  (1)
      Tunnel Interfaces
      19.6.8 Summary                               663  (1)
    19.7 Authentication and Authorization          663  (2)
    19.8 Customer Data Safety                      665  (1)
    19.9 Lawful Interception                       665  (3)
    References                                     668  (1)
20 Planning of 2G Networks                         669  (74)
          Jyrki T.J. Penttinen
    20.1 General Planning Guidelines for Fixed     669  (3)
    Networks
      20.1.1 General                               669  (1)
      20.1.2 Planning of the Networks              670  (2)
    20.2 Capacity Planning                         672  (3)
    20.3 Coverage Planning                         675  (4)
      20.3.1 Link Budget                           675  (2)
      20.3.2 Radio Wave Propagation Models         677  (2)
    20.4 Frequency Planning                        679  (2)
      20.4.1 C/I Ratio                             679  (2)
    20.5 Parameter Planning                        681  (2)
    20.6 Network Measurements                      683  (1)
    20.7 Effects of Data Services on GSM           684  (30)
    Planning
      20.7.1 Capacity Planning                     684  (16)
      20.7.2 Coverage Area Planning                700  (10)
      20.7.3 Frequency Planning                    710  (2)
      20.7.4 Parameter Planning                    712  (2)
    20.8 Other Planning Considerations             714  (8)
      20.8.1 Multilayer Networks                   714  (1)
      20.8.2 Variation of the Load                 715  (1)
      20.8.3 Vegetation and Weather Conditions     715  (1)
      20.8.4 Quality of Service Levels             716  (1)
      20.8.5 Transmission                          716  (1)
      20.8.6 The Effect of the Applications        717  (1)
      20.8.7 The Usability of GPRS Data            718  (4)
    20.9 GSM/GPRS Measurement and Simulation       722  (7)
    Techniques
      20.9.1 GPRS Measurement Devices              722  (1)
      20.9.2 The C/I Measured from the Network     722  (4)
      20.9.3 Conclusions                           726  (3)
    20.10 SiMulations                              729  (12)
      20.10.1 Interference Level Simulator         729  (1)
      20.10.2 Simulation Considerations            729  (2)
      20.10.3 Simulations: Example                 731  (3)
      20.10.4 Results                              734  (7)
    References                                     741  (2)
21 Planning of Advanced 3G Networks                743  (34)
          Jyrki T.J. Penttinen
    21.1 Introduction                              743  (1)
    21.2 Radio Network Planning Process            743  (3)
    21.3 Nominal Network Planning                  746  (3)
      21.3.1 Quality of Service                    746  (3)
    21.4 Capacity Planning                         749  (1)
    21.5 Coverage Planning                         750  (7)
      21.5.1 Radio Link Budget                     751  (3)
      21.5.2 Radio Propagation Models              754  (3)
      21.5.3 Frequency Planning                    757  (1)
      21.5.4 Other Planning Aspects                757  (1)
    21.6 Self-Optimizing Network                   757  (2)
    21.7 Parameter Planning                        759  (17)
      21.7.1 eNodeB Transmitter Power              763  (8)
      21.7.2 Calculation of Downlink               771  (2)
      Interference Margin
      21.7.3 Path Loss Prediction                  773  (3)
      21.7.4 Frequency Planning                    776  (1)
    References                                     776  (1)
22 Planning of Mobile TV Networks                  777  (58)
          Jyrki T.J. Penttinen
    22.1 Introduction                              777  (1)
    22.2 High-Level Network Dimensioning Process   777  (18)
      22.2.1 Capacity Planning                     778  (4)
      22.2.2 Coverage and QoS Planning             782  (6)
      22.2.3 Propagation Models                    788  (3)
      22.2.4 Safety Distance                       791  (1)
      22.2.5 Cost Prediction                       791  (4)
    22.3 Detailed Radio Network Design             795  (23)
      22.3.1 Identifying the Planning Items        795  (1)
      22.3.2 Detailed Network Planning Process     796  (1)
      22.3.3 Capacity Planning                     796  (1)
      22.3.4 Coverage Planning                     797  (2)
      22.3.5 Local Measurements                    799  (7)
      22.3.6 Effect of SFN                         806  (12)
    22.4 Radiation Limitations                     818  (1)
    22.5 Cost Prediction and Optimization          819  (11)
      22.5.1 Cost Optimization in Noninterfered    819  (3)
      Network
      22.5.2 Cost Optimization in Interfered       822  (8)
      SFN Network
    References                                     830  (5)
23 Planning of Core Networks                       835  (18)
          Jyrki T. Penttinen
          Jukka Hongisto
    23.1 Introduction                              835  (1)
    23.2 General Planning Guidelines for Fixed     835  (1)
    Networks
    23.3 Planning of the Networks                  836  (2)
    23.4 Capacity Planning                         838  (2)
    23.5 Network Evolution from 2G/3G PS Core      840  (1)
    to EPC
      23.5.1 3GPP R8 Requirements for LTE          840  (1)
      Support in Packet Core Network
      23.5.2 Introducing LTE in Operator Network   841  (1)
    23.6 Entering Commercial Phase: Support for    841  (4)
    Multimode LTE/3G/2G Terminals with
    Pre-Release 8 SGSN
      23.6.1 Support for Multimode LTE/3G/2G       842  (1)
      Terminals with Release 8 Network
      23.6.2 Optimal Solution for 2G/3G SGSN       843  (2)
      and MME from Architecture Point of View
    23.7 SGSN/MME Evolution                        845  (1)
      23.7.1 Requirements to MME Functionality     845  (1)
      in LTE Networks
    23.8 Case Example: Commercial SGSN/MME         846  (1)
    Offering
      23.8.1 Nokia Siemens Networks Flexi          846  (1)
      Network Server
      23.8.2 Aspects to Consider in SGSN/MME       846  (1)
      Evolution Planning
    23.9 Mobile Gateway Evolution                  847  (1)
      23.9.1 Requirements to Mobile Gateway in     847  (1)
      Mobile Broadband Networks
    23.10 Case Example: Commercial                 847  (1)
    GGSN/S-GW/P-GW Offering
      23.10.1 Nokia Siemens Networks Flexi         847  (1)
      Network Gateway
      23.10.2 Aspects to Consider in               848  (1)
      GGSN/S-GW/P-GW Evolution Planning
    23.11 EPC Network Deployment and Topology      848  (2)
    Considerations
      23.11.1 EPC Topology Options                 848  (1)
      23.11.2 EPC Topology Evolution               849  (1)
    23.12 LTE Access Dimensioning                  850  (1)
    Reference                                      851  (2)
24 EMF - Radiation Safety and Health Aspects       853  (30)
          Jouko Rautio
          Jyrki T.J. Penttinen
    24.1 Introduction                              853  (3)
    24.2 The EMF Question                          856  (1)
    24.3 The Scientific Principle and Process:     856  (2)
    The Precautionary Principle
    24.4 The Expert Organizations and Regulation   858  (2)
    24.5 Some Topics of the EMF Debate             860  (4)
      24.5.1 Cancer                                860  (1)
      24.5.2 Electro Hypersensitivity              861  (1)
      24.5.3 The Children's Issue                  862  (1)
      24.5.4 So-Called Funding Bias                863  (1)
      24.5.5 Ana-Digi                              864  (1)
    24.6 SAR                                       864  (2)
    24.7 The Safety Distance and Installation      866  (3)
    24.8 Summing Up                                869  (1)
    24.9 High-Power Network Planning               870  (10)
      24.9.1 Introduction of DVB-H Interference    871  (1)
      Estimation
      24.9.2 Safety Aspects                        872  (5)
      24.9.3 EMC Limits                            877  (3)
      24.9.4 Conclusions                           880  (1)
    References                                     880  (3)
25 Deployment and Transition of                    883  (32)
Telecommunication Systems
          Michat Maternia
    25.1 Introduction                              883  (1)
    25.2 Why to Deploy Wireless Systems            883  (2)
    25.3 Transition of Telecommunication Systems   885  (1)
    25.4 Network Deployments                       886  (14)
      25.4.1 1G Systems                            886  (1)
      25.4.2 2G Systems                            887  (2)
      25.4.3 2G Evolution from GSM to EDGE         889  (2)
      25.4.4 3G Systems                            891  (2)
      25.4.5 Evolution of 3G Networks              893  (2)
      25.4.6 4G Systems Considerations             895  (2)
      25.4.7 Can HSPA+ Become a 4G System?         897  (1)
      25.4.8 4G Systems                            897  (3)
    25.5 Spectrum Considerations for Network       900  (4)
    Transition
    25.6 Terminals Support for the Network         904  (2)
    Transition
    25.7 Evolution of Macro Sites and              906  (4)
    Deployment of Small Cells
    25.8 Beyond 4G Systems: 5G                     910  (1)
    25.9 Challenges and Possibilities              911  (2)
    References                                     913  (2)
26 Wireless Network Measurements                   915  (20)
          Jyrki T.J. Penttinen
    26.1 Introduction                              915  (1)
    26.2 Principles of Radio Interface             915  (1)
    Measurements
    26.3 GSM/GPRS                                  915  (6)
      26.3.1 GSM/GPRS Measurement Devices          915  (1)
      26.3.2 The C/I Measured from the Network     916  (5)
    26.4 LTE                                       921  (7)
      26.4.1 Principle                             921  (2)
      26.4.2 LTE Traffic Simulators                923  (2)
      26.4.3 Typical LTE Measurements              925  (1)
      26.4.4 Type Approval Measurements            926  (1)
      26.4.5 Modulation Error Measurements         927  (1)
      26.4.6 LTE Performance Simulations           927  (1)
    26.5 LTE Field Measurements                    928  (6)
      26.5.1 Typical Field Test Environment        929  (1)
      26.5.2 Test Network Setup                    930  (3)
      26.5.3 Test Case Selection                   933  (1)
      26.5.4 Items to Assure                       933  (1)
    References                                     934  (1)
Index                                              935
 

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