Teknillinen korkeakoulu
Teletekniikan laboratorio
Tiivistelmä
Tämän erikoistyön tavoitteena on esittää Japanin digitaalisen matkapuhelinjärjestelmän eli PDC-järjestelmän (Personal Digital Cellular) verkkoarkkitehtuuri ja vertailla PDC-järjestelmää GSM-järjestelmään.
PDC-järjestelmän verkkoelementtejä ovat vierailumatkapuhelinkeskus (VMSC), kauttakulkumatkapuhelinkeskus (GMSC), kotirekisteri (HLR), kauttakulkurekisteri (GLR), tukiasema (BS), matkapuhelin (MS) ja käyttö- ja kunnossapitokeskus (OMC). PDC-järjestelmän verkkoaluehierarkian korkein taso on PDC-palvelualue, jolla tilaaja voi käyttää PDC-palveluita ja joka koostuu PLMN-palvelualueista eli yksittäisten operaattorien verkkojen kattamista alueista. PLMN- palvelualue koostuu valvonta-alueista, joilla aina yksittäinen VMSC tarjoaa palveluita ja joka edelleen jaetaan sijaintialueisiin. Mahdollisesti limittyvät sijaintialueet koostuvat soluista, jotka ovat hierarkian matalin taso.
PDC-järjestelmä poikkeaa GSM-järjestelmästä
siten, että sen verkkoelementteihin ei kuulu laitetunnusrekisteriä
eikä tukiasemaohjainta. Tunnistusavaimia säilytetään
kotirekisterissä ja tukiasemaohjaimen tehtävät
hoitaa VMSC. PDC-verkkoon ei kuulu myöskään vierailijarekisteriä
(VLR). Sen sijaan verkossa on erillinen kauttakulkurekisteri vieraileville
tilaajille. PDC-järjestelmässä ei ole käytössä
SIM-kortteja, vaan tilaajatiedot on koodattu matkapuhelimiin.
Järjestelmän taajuusalueet ovat 800 ja 1500 Mhz ja TDMA-kehysten
aikavälien lukumäärä on eri kuin GSM-järjestelmässä.
Merkittävin matkapuhelinkäyttäjälle näkyvä
ero on PDC:n etäisyysperusteinen laskutus, jossa puhelun
laskutus on riippuvainen soittajan ja soiton vastaanottajan välisestä
etäisyydestä.
Sisällysluettelo1. Johdanto 12. Verkkoarkkitehtuuri 22.1 Verkkoelementit 22.1.1 Vierailumatkapuhelinkeskus, VMSC 32.1.2 Kauttakulkumatkapuhelinkeskus, GMSC 42.1.3 Kotirekisteri, HLR 42.1.4 Kauttakulkurekisteri, GLR 52.1.5 Tukiasema, BS 52.1.6 Matkapuhelin, MS 52.1.7 Käyttö- ja kunnossapitokeskus, OMC 62.2 Verkkoaluehierarkia 62.2.1 PDC-palvelualue 62.2.2 PLMN-palvelualue 62.2.3 Valvonta-alue 62.2.4 Sijaintialue 72.2.5 Solu 73. Radiorajapinta 74. Laskutus 95. Liikennetapauksia 95.1 Sijainnin rekisteröinti 105.2 Puhelu matkapuhelimeen 115.3 Puhelu matkapuhelimesta 115.4 Kanavanvaihto 116. Yhteenveto 137. Lähdeluettelo 14
Lyhenneluettelo
ARIB Association of Radio Industries and Businesses. PDC-järjestelmän stan- dardointielin
AuC Authentication Center. Tunnistuskeskus. Verkkoelementti, joka sisältää tunnistusavaimet tilaajan todentamista varten
BS Base Station. Tukiasema
BSC Base Station Controller. Tukiasemaohjain
CA Control Area.Valvonta-alue. Alue, jolla yksi VMSC tarjoaa verkkopalveluita
CMS30 Cellular Mobile System 30. Ericssonin tuotenimi kehittämälleen PDC- järjestelmälle
DQPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying. PDC-järjestelmän modu- lointitapa
GMSC Gateway Mobile services Switching Center. Kauttakulkumatkapuhelin- keskus
EIR Equipment Identity Register. Laitetunnusrekisteri
GLR Gateway Location Register. Kauttakulkurekisteri. Dynaaminen paik- karekisteri verkossa vierailevista tilaajista
GSM Global System for Mobile Communications. Yleiseurooppalainen digi- taalinen matkapuhelinjärjestelmä
HLR Home Location Register. Kotirekisteri
IMSI International Mobile Subscriber Identity. Kansainvälinen matkaviestinti- laajan tunnus
JDC Japanese Digital Cellular. PDC:n aiempi nimi
LA Location Area. Sijaintialue. Alue, jolla matkapuhelin voi liikkua ilman, että sen sijaintia tarvitsee päivittää VMSC:een
MAC Message Area Code. Etäisyysperusteisessa laskutuksessa alueen identi- fioiva tunnus
MS Mobile Station. Matkapuhelin.
MSN Mobile Subscriber Number. Matkapuhelintilaajan tilaajanumero
OMC Operation and Maintenance Center. Käyttö- ja kunnossapitokeskus
PDC Personal Digital Cellular. Japanin digitaalinen matkapuhelinjärjestelmä
PLMN Public Land Mobile Network. Yleinen matkaviestinverkko
PSI-CELP Pitch Synchronous Innovation-Code Excited Linear Prediction. Puolen nopeuden puheenkoodausmenetelmä.
PSTN Public Switched Telephone Network. Yleinen kytkentäinen puhelin- verkko
TCH Traffic channel. Liikennekanava. Radiokanava, jota käytetään matkapu- helimen ja tukiaseman välisessä radioliikenteessä käyttäjien väliseen viestintään.
TDMA Time Division Multiple Access. Aikajakoinen kanavointitekniikka
VLR Visitor Location Register. Vierailijarekisteri.
VMSC Visited Mobile services Switching Center. Vierailumatkapuhelinkeskus, joka suorittaa puheluiden kytkentää, reititystä ja ohjausta sekä liikku- vuuden ja radiotien hallintaa.
VOX Voice Operated Transmission. Toiminne matkapuhelimen toiminta-ajan pidentämiseksi lähetystehoa säätelemällä.
VSELP Vector Sum Excited Linear Prediction. Täyden
nopeuden puheenkoo- dausmenetelmä.
Personal Digital Cellular (PDC) on Japanin digitaalinen solukkopohjainen matkapuhelinverkko, joka toimii 800 ja 1500 MHz:n taajuusalueilla. Japanissa ei ole muita digitaalisia matkapuhelinverkkoja kuin PDC-pohjaiset järjestelmät, jotka aikaisemmin tunnettiin nimellä JDC (Japanese Digital Cellular). PDC on käytössä ainoastaan Japanissa, vaikkakin Tyynenmeren alueella on ollut kiinnostusta PDC-pohjaisia järjestelmiä kohtaan.
Ensimmäinen PDC-verkko otettiin käyttöön maaliskuussa 1993. Vuoden 1996 lopussa eri laitetoimittajien toimittamissa PDC-verkoissa oli noin 10,5 miljoonaa tilaajaa. Kun Japanin analogisissa verkoissa on noin 4,7 miljoonaa tilaajaa, Japanin matkapuhelinpenetraatioksi tulee noin 12 prosenttia. Japanin matkapuhelinmarkkinoiden kasvu on kuitenkin voimakasta ja arvioidaan, että vuosituhannen lopussa matkapuhelinpenetraatio on noin 25-30 prosenttia, joka on samaa luokkaa kuin Suomen nykyinen 28 prosentin penetraatio. /1/, /2/, /3/
PDC on toisen sukupolven matkapuhelinjärjestelmä aivan kuten GSM-järjestelmäkin. Yleensä ottaen PDC muistuttaa GSM-järjestelmää. Verkot on rakennettu suurelta osin samankaltaisista yksiköistä ja erityisesti kytkentä on samankaltainen. Merkittävimmät erot ovat radiorajapinnan määrittelyissä. Kauppapoliittisista syistä japanilaiset eivät halunneet ottaa GSM-järjestelmää sellaisenaan, vaan määrittelivät japanispesifisiä vaatimuksia, jotta kaikki järjestelmätoimittajat olisivat suurin piirtein samassa lähtötilanteessa lähtiessään kehittämään järjestelmää. Toisin kuin GSM-järjestelmälle, PDC-verkoille ei ole olemassa tarkkoja standardeja. Ainoastaan radiorajapinta on määritelty yksityiskohtaisesti. Cellular Mobile System 30 (CMS 30) on Ericssonin kehittämä PDC-verkon vaatimusten mukainen matkapuhelinjärjestelmä. Tässä erikoistyössä käsitellään PDC-verkkoa CMS30-implementaation näkökulmasta.
Tämän erikoistyön tavoitteena on kuvata PDC-järjestelmän arkkitehtuuri ja esittää merkittävimmät erot GSM-järjestelmään verrattuna. Seuraavissa kappaleissa kuvataan PDC-verkon elementit ja aluehierarkia. Lisäksi käsitellään verkon ilmarajapintaa ja laskutusta. Lopuksi käydään esimerkinomaisesti läpi pari liikennetapausta, jotta saataisiin käsitys siitä, miten verkon elementit ovat vuorovaikutuksessa toisiinsa.
PDC-järjestelmä koostuu seuraavista verkkoelementeistä: /4/
PDC-verkkoon voidaan liittää muita elementtejä
kuten asiakaspalvelukeskuksia, laskutuskeskuksia ja viestipalvelukeskuksia,
mutta ne eivät kuulu varsinaiseen PDC-verkkoon. PDC-järjestelmässä
ei ole laitetunnusrekisteriä (Equipment Identity Register,
EIR), joka GSM-järjestelmässä sisältää
verkkoon hyväksyttyjen ja myös varastetuiksi ilmoitettujen
matkapuhelimien laitetunnukset. PDC:n verkkoelementteihin ei kuulu
myöskään tunnistuskeskusta /5/ (Authentication
Center, AuC) kuten GSM-järjestelmään. Edelleen
PDC:n verkkoelementeistä puuttuu tukiasemaohjain (Base Station
Controller, BSC), jonka tehtävät hoitaa vierailumatkapuhelinkeskus.
Myöskään vierailijarekisteriä /5/ (Visitor
Location Register, VLR) ei PDC:ssä ole, toisin kuin GSM:ssä.
Sen sijaan PDC:ssä on vierailevia tilaajia varten erillinen
kauttakulkurekisteri, jota GSM-järjestelmän määrityksiin
ei kuulu. Kuva 1 kuvaa PDC-verkkoarkkitehtuurin. Jokainen verkkoelementti
ja sen tärkeimmät tehtävät kuvataan seuraavissa
kappaleissa. /6/, /7/
Kuva 1. PDC-verkkoarkkitehtuuri /4/
Vierailumatkapuhelinkeskus suorittaa puheluiden kytkentään, reititykseen ja ohjaukseen liittyvät toiminnot. VMSC:n tehtäviin kuuluu myös matkapuhelimen liikkuvuuden ja radiotieresurssin hallinta. Se ohjaa hakutoimintoa /5/ (paging), jossa PDC-verkko yrittää tavoittaa matkapuhelinta, joka on tarkasteltavan VMSC:n jollakin sijaintialueella. VMSC myös ohjaa ja valvoo matkapuhelimen sijainnin rekisteröintiproseduuria /5/ (location registration), jonka avulla pidetään yllä tietoa siitä, missä PDC-verkon alueella matkapuhelin kulloinkin on. Lisäksi VMSC ohjaa kanavanvaihtoa /8/ (handover), jossa puhelun aikana vaihdetaan liikennekanavalta /5/ (traffic channel, TCH) toiselle. Radiotieresurssin hallinta sisältää sekä liikenne- että ohjauskanavien /5/ (control channel) hallinnan eli VMSC valitsee kanavalle käytettävän radiotaajuuden ja aikavälin.
VMSC ohjaa myös tilaajan todentamista /9/ (authentication), jolla eri liikennetapauksissa varmennetaan tilaajan identiteetti. Todentamisproseduurissa käytetään kahta avainta, tilaajan ja matkapuhelimen tunnistusavainta, jotka molemmat on talletettu kotirekisteriin ja myös matkapuhelimeen. Kun tilaaja yrittää rekisteröityä vierailumatkapuhelinkeskukseen, avaimet noudetaan kotirekisteristä ja talletetaan osana tilaajadataa keskukseen. VMSC tuottaa satunnaisluvun ja lähettää sen matkapuhelimelle. Satunnaisluku ja tunnistusavaimet ovat syötteenä todentamisalgoritmille, jota hyödyntäen sekä VMSC että matkapuhelin laskevat tunnistustuloksen. Matkapuhelin lähettää saamansa tuloksen VMSC:lle, joka vertaa tuloksia. Jos tulokset ovat samat, matkapuhelin on oikeutettu käyttämään verkon palveluita.
VMSC:llä on myös kopio tilaajadatasta kaikista tilaajista, joita keskus kullakin hetkellä palvelee. Lisäksi VMSC ohjaa ja tuottaa matkapuhelintilaajien käyttämiä palveluita. VMSC kerää myös laskutustietoa sekä huolehtii PCM-linkkien valvonnasta tukiasemille päin ja valvoo puhelun kaiunpoistoa. /6/
Kauttakulkumatkapuhelinkeskus toimii väylänä PDC-verkosta ulos ja sisään. Se vastaanottaa matkapuhelinverkkoon kotitilaajille ja vierailijatilaajille tulevat puhelut sekä välittää muihin verkkoihin lähtevät puhelut. Muita verkkoja ovat esimerkiksi yleinen kytkentäinen puhelinverkko (Public Switched Telephone Network, PSTN) ja yleinen matkaviestinverkko (Public Land Mobile Network, PLMN).
GMSC vastaanottaa kaikki matkapuhelimeen soitetut puhelut ja kyselee (interrogate) sitten kotirekisteristä tai kauttakulkurekisteristä matkapuhelimen sijainnin. GMSC reitittää sitten puhelun sille VMSC:lle, jonka alueelle matkapuhelin on rekisteröitynyt. Myös kaikki matkapuhelimesta soitetut puhelut reititetään GMSC:n kautta. PDC-verkossa on ainakin yksi GMSC, vaikkakin sama keskus voi toimia myös VMSC-keskuksena samanaikaisesti. /7/
Kotirekisteri on staattinen tietokanta, jonne on talletettu tiedot tilaajista, joilla on sopimus verkon palveluita tarjoavan verkko-operaattorin kanssa. Kotirekisterissä on tiedot matkapuhelintilaajan tilaajanumerosta (Mobile Subscriber Number, MSN), kansainvälisestä matkaviestintilaajan tunnuksesta (International Mobile Subscriber Identity, IMSI), laskutustiedoista, tunnistusavaimista ja asiakkaan tilaamista palveluista. Lisäksi kotirekisterissä on tieto siitä, minkä VMSC:n alueella matkapuhelin kulloinkin on. Jos tilaaja on jonkin muun kuin kotiverkon alueella, kotirekisterin sijaintitieto osoittaa vierasverkon kauttakulkurekisteriin.
Kotirekisterin tehtävänä on toteuttaa tilaajapalveluiden rekisteröintiä, aktivointia ja passivointia. HLR ylläpitää tilaajan sijaintitietoa ja välittää sen tarvittaessa GMSC:lle. Edelleen kotirekisteri lähettää tilaajatiedot vierasverkon kauttakulkurekisteriin niitä pyydettäessä. Kotirekisteri myös kerää laskutustietoa, jota käytetään tilaajan käyttämien palveluiden laskuttamiseen ja joka siirretään laskutuskeskukseen. /10/
PDC-verkon toinen paikkarekisteri on nimeltään kauttakulkurekisteri, jonne on talletettu tiedot kullakin hetkellä verkossa olevista vierailevista tilaajista eli tilaajista, joilla on sopimus jonkin toisen PDC-verkko operaattorin kanssa. GLR on siis dynaaminen tietokanta. Tilaajatiedot talletetaan kauttakulkurekisteriin, kun tilaaja rekisteröityy vierasverkkoon ja poistetaan, kun tilaaja poistuu verkosta. GLR sisältää vierailevan tilaajan tiedot, jotka on haettu tilaajan kotirekisteristä. Lisäksi GLR:ssä on tieto siitä, minkä VMSC:n alueella vieraileva tilaaja kulloinkin on. /11/
Tukiaseman tehtävänä on ylläpitää yhteyttä radiotien yli VMSC:n ja matkapuhelimen välillä. Se suorittaa signaalien muutoksen moduloiduiksi radiosignaaleiksi ja vastaavasti purkamisen. Tukiasema on vastuussa myös matkapuhelimen ja oman lähetystehon säädöstä, jotta ei käytetä tarvittavaa suurempaa tehoa hyvän kuuluvuuden aikaansaamiseksi. Näin vähennetään häiriöitä radiotiellä ja pidennetään matkapuhelimen akkujen toiminta-aikaa. Edelleen tukiasema tekee kanavakoodauksen ja lomituksen. /7/
Yksi tukiasema pystyy tarvittaessa tuottamaan radiopeiton usealle solulle. Tukiasemat on kytketty joko suoraan VMSC:een tai sitten tukiasemia kytketään yhteen tukiasemaverkoksi, jolloin vain osa tukiasemista kytketään suoraan VMSC:een. Tukiasemaverkko voi koostua joko sarjaan toisiinsa kytketyistä tukiasemista tai sitten puumaisesti kytketyistä tukiasemista. PDC-verkkoelementteihin ei kuulu tukiasemaohjainta, joka GSM-järjestelmässä on matkapuhelinkeskuksen ja tukiaseman välissä. Tukiasemaohjaimen toimintoja PDC-verkossa hoitaa VMSC. /12/
Matkapuhelin on verkkoelementti, jonka avulla päästään käyttämään verkon palveluita. Matkapuhelin kommunikoi tukiaseman kanssa radiotien yli. PDC-verkon matkapuhelimet ovat kiinteästi autoon asennettavia, kannettavia tai käsipuhelimia. PDC-järjestelmässä ei ole käytössä SIM-kortteja (Subscriber Identity Module), vaan tilaajatiedot on koodattu kiinteästi päätelaitteeseen. Näin tilaajan identiteetti ja matkapuhelimen identiteetti on aina sidottu toisiinsa ja matkapuhelintilaajaa laskutetaan kai-kista hänen puhelimestaan soitetuista puheluista. /10/
Peruskäyttö- ja kunnossapitotoiminnot voidaan suorittaa paikallisilta valvontapäätteiltä, jotka on suoraan kytketty verkkoelementteihin. Käyttö- ja kunnossapitokeskus (Operation and Maintenance Center, OMC) on toiminnallinen kokonaisuus, jonka avulla verkko-operaattori valvoo ja ohjaa PDC-verkkoaan korkeammalla tasolla ja keskitetysti. Käyttö- ja kunnossapitokeskuksesta pystytään ohjaamaan matkapuhelinkeskuksia ja tukiasemia. /6/
PDC-verkko on jaettu hierarkisiin maantieteellisiin alueisiin, joiden sisällä matkapuhelinverkon eri toimintoja on mahdollista suorittaa. Seuraavassa kuvataan jokainen alue lyhyesti suurimmasta pienimpään.
PDC-palvelualue (PDC Service Area) on maantieteellinen alue, jolla PDC-matkapuhelintilaaja voi käyttää PDC-järjestelmän palveluita eli soittaa ja vastaanottaa puheluita ja käyttää lisäpalveluita. PDC-palvelualue koostuu siis eri operaattorien PDC-verkoista, joissa tilaaja voi vierailla kotiverkkonsa lisäksi. /6/
PLMN-palvelualue (PLMN Service Area) on alue, jolla yksi PDC-operaattori tarjoaa palveluita. Yhden tilaajan kannalta se on siis joko tilaajan kotiverkon kattama alue,vierailtavan verkon alue tai PDC-verkkoalue, jolla tilaaja ei voi vastaanottaa eikä soittaa puheluita. Useat PLMN-palvelualueet voivat olla päällekkäin, jos useampi kuin yksi operaattori tarjoaa palveluita jollakin maantieteellisellä alueella. /6/
Valvonta-alue (Control Area) kattaa alueen, jolla yksi VMSC tarjoaa palveluita. Se on siis niiden solujen muodostama alue, joita tietty vierailumatkapuhelinkeskus ohjaa ja valvoo tukiasemien kautta. HLR ja GLR tietävät PLMN-palvelualueellaan olevan matkapuhelimen sijainnin aina valvonta-alueen tarkkuudella. Niin kauan kun matkapuhelintilaaja liikkuu valvonta-alueen sisällä, ei tarvitse päivittää sijaintitietoa paikkarekisteriin. Näin verkko ei kuormitu kohtuuttomasti pelkistä sijaintitietojen päivityksestä. /6/
Sijaintialue /5/ (Location area, LA) on useamman solun kattama alue, jolla matkapuhelin voi liikkua ilman, että sen sijaintitietoa tarvitsee muuttaa VMSC:ssa. Valvonta-alue koostuu yhdestä tai useammasta sijaintialueesta. Vierailumatkapuhelinkeskus tietää matkapuhelimen sijainnin sijaintialueen tarkkuudella. Näin ollen tukiasemien haut matkapuhelimille (paging) lähetetään aina tiettyyn sijaintialueeseen kuuluvien solujen alueelle. /6/
Solu (Cell) on alue, jonka kattaa yksi antennijärjestelmä. Solun alueella on käytössä tietyt fyysiset radiokanavat. Kukin kanava on joko liikenne- tai ohjauskanava. Kanavien määrä ja solun peittoalue valitaan siten, että pystytään tarjoamaan haluttu välityskapasiteetti. Yksi tukiasema voi sisältää useita antennijärjestelmiä, jolloin yhtä maantieteellistä paikkaa voidaan hyödyntää usean solun radiokanavien tuottamiseksi. Vaihtoehtoisesti tukiasema voi sijaita keskellä solua, jolloin se tarjoaa radiokanavat ainoastaan yhdelle solulle. Sijaintialueet voivat limittyä toistensa päälle, jolloin yksi solu voi kuulua useaan sijaintialueeseen. /6/
Matkapuhelimen ja tukiaseman välinen radiorajapinta on määritelty standardissa RCR 27, jonka on tehnyt standardointielin nimeltään ARIB (Association of Radio Industries and Businesses). ARIB:iin kuuluu verkko-operaattoreita, verkkotoimittajia, päätelaitevalmistajia ja erilaisia teollisuusryhmittymiä. Standardi määrittelee PDC:n taajuusalueiksi 800 ja 1500 MHz. Ericssonin PDC-implementaatio CMS30 toimii ainoastaan 1500 MHz:n taajuusalueella. Taulukko 1 esittelee PDC-järjestelmän taajuuskaistat.
Taulukko 1. PDC-järjestelmän radiotien taajuuskaistat /13/
| Taajuusalue | ||
| Lähetys- ja vastaanottotaajuuksien ero | ||
| Taajuuskaista tukiasemalta matkapuhelimelle | ||
| Taajuuskaista matkapuhelimesta tukiasemalle | ||
| Liikennekanavan kaistanleveys |
Aivan kuten GSM-järjestelmäkin, PDC käyttää aikajakoista kanavointitekniikkaa eli TDMA-tekniikkaa (Time Division Multiple Access), jossa eri tilaajille tarkoitetut signaalit lähetetään samalla radiotaajuudella eri aikaväleissä. Yhdessä kantoaallossa siirretään yksi TDMA-kehys, joka koostuu kuudesta aikavälistä. Yksi liikennekanava vaatii kehyksestä kaksi aikaväliä täydellä nopeudella (full rate) ja näin ollen yhdessä kehyksessä voidaan siirtää kolme liikennekanavaa. Puolinopeudella (half rate) liikennekanava saadaan siirrettyä yhdessä aikavälissä, jolloin yksi kehys pystyy kuljettamaan kuusi liikennekanavaa. GSM-järjestelmässä yhdessä kehyksessä on 16 aikaväliä, joten täydellä nopeudella saadaan siirrettyä kahdeksan liikennekanavaa ja puolinopeudella 16 liikennekanavaa. /12/
PDC-järjestelmässä käytettävä modulaatiotapa on /4-DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Etuliite /4 ilmaisee, että jokaisen elementin modulaatioon on tehty 45 asteen vaihesiirto. Puheenkoodaus on toteutettu pyrkien minimoimaan tarvittava liikennekanavan kaistanleveys. Puheenkoodauksessa käytetään täydellä nopeudella VSELP-menetelmää (Vector Sum Excited Linear Prediction). Liikennekanavan koodauksen jälkeinen bittinopeus on 11.2 kbit/s, josta virheenkorjauksen osuuden jälkeen jää 6.7 kbit/s puheelle. Puolinopeudella on käytössä samantyyppinen mutta kehittyneempi PSI-CELP-koodausmenetelmä (Pitch Synchronous Innovation-Code Excited Linear Prediction). Tässä menetelmässä kokonaisbittinopeus on vain 5.6 kbit/s ja nettobittinopeus puheelle 3.45 kbit/s.
PDC-matkapuhelimissä on käytössä osa-aikainen lähetys VOX (Voice Operated Transmission). Kun liikennekanavalla ei havaita puhetta matkapuhelimesta , lähetetään lyhempiä purskeita, jolloin säästetään lähetystehon kestossa ja pidennetään siten matkapuhelimen toiminta-aikaa. Lopuksi mainittakoon, että PDC-järjestelmän radiotie on salattu jokaiselle yhteydelle yksilöllisellä salausavaimaella. /13/
PDC-järjestelmän laskutus on pääpiirteiltään samanlainen kuin muidenkin matkapuhelinjärjestelmien. Laskutuksen erikoisuutena on kuitenkin etäisyysperusteinen laskutus (distance related charging). Jos soittaja soittaa matkapuhelimeen, jonka etäisyys on yli 160 kilometriä (100 mailia) soittavasta puhelimesta, puhelu maksaa enemmän kuin sellainen puhelu, jossa soittajan ja soitetun etäisyys on alle 160 kilometriä.
Etäisyysperusteisen laskutuksen toteuttamiseksi Japani on jaettu neliön muotoisiin alueisiin, jotka ovat kooltaan 2 x 2 kilometriä. Jokaiselle alueella on yksikäsitteinen aluekoodi (Message Area Code, MAC), joka ilmaisee alueen maantieteellisen sijainnin Japanissa. Soittajan ja soitetun välinen etäisyys lasketaan aluekoodien perusteella. VMSC sisältää toiminnon valvonta-alueellaan olevan matkapuhelimen kulloisenkin aluekoodin määrittämiseksi.
Etäisyysperusteinen laskutus poikkeaa GSM-järjestelmän laskutuksesta siten, että GSM-järjestelmässä puhelu matkapuhelimeen maksaa soittajalle vakiohinnan riippumatta soiton vastaanottajan maantieteellisestä sijainnista verkon alueella. Etäisyysperusteinen laskutus on kuitenkin määritelty matkapuhelinjärjestelmien laskutusvaatimuksissa Japanissa, joten järjestelmätoimittajien on se täytettävä. /14/
Tässä kappaleessa käydään läpi muutama liikennetapaus, joiden avulla havainnollistetaan verkkoelementtien kommunikointia toistensa kanssa ja toimintoja, joita matkapuhelinverkon on tuettava, jotta tilaaja voi käyttää verkon palveluita.
Matkapuhelinverkon olennaisin ero kiinteään verkkoon verrattuna on se, että tilaaja voi liikkua verkon alueella ja samanaikaisesti käyttää verkon palveluja. Jotta tilaaja voi soittaa ja vastaanottaa puheluja, verkon on jatkuvasti tiedettävä tilaajan sijainti verkon alueella. Sijainnin rekisteröinnillä (location registration) tarkoitetaan sijaintialueen (location area) päivittämistä VMSC:een, kun tilaaja liikkuu sijaintialueelta toiselle.
Kun matkapuhelin havaitsee olevansa eri sijaintialueella kuin siihen on rekisteröity, se tekee järjestelmälle sijainnin rekisteröintipyynnön. Jos matkapuhelin on jo rekisteröity siihen VMSC:een, jonka alueella matkapuhelin on ja johon siten pyyntö saapuu, VMSC:ssa on jo tarvittava tilaajadata tunnistusavaimineen. Tällöin suoritetaan todentamisproseduuri, jonka menestyksellisen suorituksen jälkeen VMSC lähettää kuittauksen sijaintialueen päivityksestä. Jos matkapuhelin ei pysty todentamaan itseään, sille lähetetään tieto sijaintialueen rekisteröinnin epäonnistumisesta.
Jos sijainnin rekisteröintipyynnön tekevää matkapuhelinta ei ole rekisteröity siihen VMSC:een, jonne pyyntö saapuu ja jos lisäksi matkapuhelin on kotiverkon alueella, niin kotirekisteristä haetaan tilaajan tilaajadata ja suoritetaan todentaminen. Jos matkapuhelin kykenee todentamaan itsensä, VMSC lähettää valvonta-aluetunnuksensa HLR:lle ja tallettaa matkapuhelimen sijaintialueen omaan dynaamiseen tilaajarekisteriinsä. Lisäksi VMSC lähettää matkapuhelimelle kuittauksen sijaintialueen päivityksestä. HLR pyytää sitä VMSC:tä, jonka alueella MS aikaisemmin oli, poistamaan MS:n omasta rekisteristään.
Jos sijainnin rekisteröintipyynnön tekevää matkapuhelinta ei ole rekisteröity siihen VMSC:een, jonne pyyntö saapuu ja jos lisäksi matkapuhelin on vierasverkon alueella, niin ensin VMSC tarkistaa, että matkapuhelimella on oikeus käyttää verkon palveluita (roaming) . Jos käyttö on sallittua, lähetetään tilaajan kotiverkon kotirekisterille pyyntö toimittaa tilaajadata tunnistusavaimineen VMSC:lle, joka suorittaa matkapuhelimen todentamisen. Jos todentaminen onnistuu, lähetetään tilaajadata vierasverkon kauttakulkurekisterille. Matkapuhelimen kotirekisterille lähetetään kauttakulkurekisterin tunnus. VMSC tallettaa sijaintialueen omaan rekisteriinsä ja kuittaa matkapuhelimelle sijainnin rekisteröinnin. Lopuksi HLR pyytää sitä VMSC:tä, jonka alueella MS aikaisemmin oli, poistamaan MS:n omasta rekisteristään. /6/
Tämä liikennetapaus esittää puhelun kytkemisen soitettaessa yleisestä kytkentäisestä verkosta kotiverkon alueella olevalle matkapuhelintilaajalle. Soittajan puhelinkeskuksessa numeroanalyysin perusteella ohjataan puhelu oikean PDC-verkon kauttakulkukeskukseen. GMSC tiedustelee matkapuhelintilaajan tilaajanumeron perusteella kotirekisteristä, minkä VMSC:n alueella matkapuhelin on ja reitittää puhelun oikealle VMSC:lle.
Kun VMSC vastaanottaa puhelun kytkentäpyynnön GMSC:lta, se hakee tilaajadatan rekisteristään ja laskee soittajan ja soitetun välisen etäisyyden. Jos soittajan valitsema etuliite täsmää lasketun etäisyyden kanssa, VMSC käynnistää haun (paging) ohjauskanavalla matkapuhelimen sijaintialueen soluissa. Matkapuhelin kuuntelee ohjauskanavaa jatkuvasti ja huomaa itseään kutsutun ja vastaa hakukutsuun. Seuraavaksi suoritetaan autentikointi, jonka onnistumisen jälkeen VMSC varaa liikennekanavan puhelua varten ja matkapuhelintilaajan matkapuhelin alkaa soida. Tilaajan vastatessa lähetetään vastaussignaali soittajalle ja puhelu on kytketty. /11/
Tämä liikennetapaus alkaa sillä, että VMSC saa pyynnön matkapuhelimelta puhelun kytkemiseksi. Koska matkapuhelin on jo aikaisemmin rekisteröitynyt VMSC:n jollekin sijaintialueelle, VMSC:lla on jo kaikki tarvittava tieto puhelun pystyttämiseksi. Tässäkin liikennetapauksessa suoritetaan todentamisproseduuri, jonka jälkeen VMSC varaa liikennekanavan ja merkitsee matkapuhelimen varattu tilaan. Seuraavaksi puhelua lähetetään reitittämään B-numeron perusteella ja VMSC lähettää matkapuhelimelle määräyksen siirtyä varatulle liikennekanavalle. Kun soitettu vastaa, palautetaan vastaussignaali, jonka kuittauksen jälkeen puhelu on kytketty. /11/
Koska matkapuhelintilaaja voi liikkua puhelun aikana, voidaan joutua vaihtamaan liikennekanavaa siirryttäessä solusta toiseen. Proseduuria, jossa vaihdetaan toiselle liikennekanavalle puhelun aikana kutsutaan kanavanvaihdoksi (handover). Matkapuhelin mittaa liikennekanavan signaalin voimakkuutta puhelun aikana. Lisäksi matkapuhelin mittaa naapurisoluista vastaanotetun signaalin voimakkuutta. Tukiasema välittää tiedon naapurisolujen radiokanavista.
Mittausinformaation matkapuhelin lähettää
VMSC:lle, joka arvioi eri vaihtoehtojen paremmuutta ja tekee päätöksen
kanavan vaihtamisesta. VMSC myös tarkistaa, että mahdollisessa
uudessa solussa on liikennekanava vapaana, varaa kanavan ja edelleen
määrää matkapuhelimen siirtymään
uudelle liikennekanavalle. Jos uusi solu on eri sijaintialueella
kuin vanha, on suoritettava myös sijainnin rekisteröintiproseduuri
kuten on kuvattu kappaleessa 5.1. /6/
Japanin digitaalinen matkapuhelinverkko PDC on toisen sukupolven matkapuhelinjärjestelmä aivan kuten GSM-järjestelmäkin. Järjestelmät ovat peruspiirteiltään hyvin samankaltaisia. Kumpikin perustuu TDMA-tekniikkaan. Verkkoelementit ovat samoja suurelta osin. Verkkojen aluehierarkia on samanlainen, vaikkakin alueista käytetään hieman toisistaan poikkeavia nimiä. Kummankin verkon matkapuhelimissa on käytössä osa-aikainen lähetys, joskin GSM-järjestelmässä toiminteen nimi on Discontinuous Transmission ja PDC-järjestelmässä Voice Operated Transmission.
Erojakin järjestelmien välillä on. Siinä missä GSM-järjestelmä on tarkkaan standardoitu, niin PDC-järjestelmän standardointi on puutteellista radiorajapintaa lukuun ottamatta. PDC-järjestelmässä ei ole laitetunnusrekisteriä. Tunnistusavaimia säilytetään sen sijasta kotirekisterissä. Myöskään tukiasemaohjain ei kuulu PDC:n verkkoelementteihin. Vierailumatkapuhelinkeskus hoitaa tehtäviä, jotka GSM-järjestelmässä kuuluvat tukiasemaohjaimelle. PDC-verkkoon ei kuulu myöskään vierailijarekisteriä, mutta erillinen kauttakulkurekisteri vieraileville tilaajille on. PDC-matkapuhelimissa ei ole SIM-kortteja, vaan tilaajatiedot on talletettu matkapuhelimeen. Kumpikin järjestelmä on määritelty kahdelle taajuusalueelle, mutta PDC:n taajuusalueet ovat 800 ja 1500 MHz kun taas GSM:n taajuusalueet ovat 900 ja 1800 MHz. Edelleen verkkojen TDMA-kehysten aikavälien lukumäärissä on eroja ja samoin liikennekanavien kaistanleveydessä. Matkapuhelintilaajalle merkittävin järjestelmien ero on PDC:n etäisyysperusteinen laskutus.
Japanissa tehdään jo paljon työtä
kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien kehittämiseksi.
Matkapuhelintilaajat, jotka eivät tarvitse multimediaominaisuuksia
ja joilla ei ole tarvetta suurten datamäärien siirtämiseen
radioteitse, tulevat toimeen nykyisillä matkapuhelinjärjestelmillä
myös tulevaisuudessa. Heille tavallinen puhelu on heidän
eniten tarvitsemansa peruspalvelu.