Zellulare Netze
Generation 1 (1G)Generation 2 (2G)Generation 2.5 (2.5G)Generation 3 (3G)Generation 4 (4G)
3.2Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Geschichte
Mobilfunk: Übertragung von Signalen und Nachrichten zwischen Sende-Empfangsantenne. Eine Antenne ist fest, die andere beweglich (MS = Mobilstation, „Handy“)Anfänge des Mobilfunks reichen bis in die 20er Jahre! Öffentliches Funktelefon in der Reichsbahn1946 erstes Mobiltelefon in den USA: 18 kg, 8 min. Akku1957 wurde in Deutschland das erste Mobilfunknetz in Betrieb genommen, das sog. A-Netz, handvermittelt, 137 Rufzohnen1972 Inbetriebnahme des B-Netzes, selbstvermittelt, aber separate Tel-nr. in jeder Rufzohne (man muss also immer wissen, wo sich jemand befindet, den man anrufen möchte)
3.3Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Geschichte
1981 erstes analoges zellulares Netz mit fester Nummer pro Teilnehmer, automatisches Handover, Roaming. NMT450 Skandinavien, man bezeichnet dies als 1G (1. Generation)1981 C-Netz in Deutschland, bis 1.1.20011982 erste Arbeiten an digitaler Mobilfunktechnik, die neue Dienste effizient ermöglicht (SMS, Rufumleitung, …), Groupe Spéciale Mobile (GSM)1987 wurden die daraus resultierenden Ergebnisse von 18 Staaten in Form des "Memorandum of Understanding" unterzeichnet. 1988 wurden die Standards vom europäischen Institut ETSI übernommen, und fortan weiterentwickelt2G (2. Generation)1992 erste GSM-Netze1993 bereits über 1.000.000 Teilnehmer
3.4Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Geschichte
1998 GSM 18001999 Wireless Application Protocol (WAP)1999 HSCSD2000 GPRS, Generation 2.5 (2.5G)25.9.2002 Erste Inbetriebnahme eines 3G-Netzes in Europa (UMTS) in ÖsterreichKapazität des UMTS-Netzes der österreichischen Mobilkombeträgt bei Datenübertragung 384 kbps bei Video-Calls 664 kbpsDezember 2006 NTT DoCoMo nimmt 4G Testnetz in Yokosukain Japan in Betrieb. Transferrate von 2,5 Gigabit pro Sekunde.Februar 2007 Feldversuch mit 100 Gigabit/s bei 10 km/h
3.5Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Generationen
Generation 0 (0G): Rufzonen, kein Handover
Generation 1 (1G): Analog, einheitliche Rufnummer
Generation 2 (2G): DigitalGeneration 2.5 (2.5G): Datenübertragung
Generation 3 (3G): Breitbandig digital
Generation 4 (4G): Vollständig IP basiert
etc.
3.6Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Histore von 1G
Anfang der 80er JahreWar nicht der Beginn der MobilkommunikationAber Beginn zellularer Mobilkommunikation mit Handover zwischen Zellen und RoamingKapazität von 1G war erheblich größer, als frühere Systeme (z.B. A- und B-Netz in Europa), wg. SDMAAnaloge Übertragungstechnik für Nutzkanäle, i.d.R. ausschließlich SpracheDigitale Signalisierung bei leitungsvermittelter WählverbindungKein dominanter Standard:
Nordic Mobile Telephone NMT-450 und NMT-900Total Access Communication System (TACS)Advanced Mobile Phone Services (AMPS)C-Netz (Deutschland)Radiocomm 2000 (Frankreich)
Generation 1 (1G)
3.7Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
weit verbreitetes analoges Netz in (Nord-) Europa, später auch z.B. Osteuropa, Schweiz, Indonesien, Thailand
im 450 MHz-Band (gibt auch 900 MHz Variante)
180 Kanäle á 25 kHz
NMT 450 Nordic Mobile Telephone
Generation 1 (1G)
3.8Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
U.S. Standard im 800 MHz-Band, auch Südamerika, Ferner Osten, Australien und NeuseelandDominierender Standard im US-Markt, fast alle Netzbetreiber nutzen diesen StandardErfolgsrezept: Massenproduktion von NetzequipmentVon AT&T in den 70ern entwickeltTrotz Nutzung eines einheitlichen Standards, kein Roaming zwischen den hunderten Netzen in den USA aus technischen Gründen bis Mitte der 90erNutzer zahlt eingehende und ausgehende Anrufe
Advanced Mobile Phone Services (AMPS)
Generation 1 (1G)
3.9Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
britischer Standard, aber auch Mittlerer Osten und Südeuropa, Japanbasiert auf AMPS im 900 MHz-Band
Total Access Communication System (TACS):
Generation 1 (1G)
3.10Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Allgemeine EigenschaftenEinrichtungsbeginn:1981Einsatzgebiet: DeutschlandEndkapazität: ca. 500000 TeilnehmerVorwahlnummer: 0161 (wird seit der Auflösung für D1 verwendet)Auflösung: 01.01.2001
C-Netz (Deutschland)
Generation 1 (1G)
3.11Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Technische EigenschaftenÜbertragung: Sprach- und Datensignale werden durch Komprimierung gleichzeitig übertragenSprachsignale analog, 300 bis 3400 HzFrequenzbereich von der Basisstation zum Teilnehmer (Überband): 461,30 bis 465,74 MHzFrequenzbereich vom Teilnehmer zur Basisstation (Unterband):451,30 bis 455,74 MHzDuplexabstand: 10 MHzKanalabstand: 20 kHz (222 Kanäle)Ausgangsleistung des Senders: 5 mW bis 15 W
C-Netz (Deutschland)
Generation 1 (1G)
3.12Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Zellen-Cluster im C-Netz
Radius 2 km - 20 km
Generation 1 (1G)
3.13Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Übertragungstechnik im C-Netz
Sender teilt die Sprachsignale (S) in Blöcke mit jeweils 12,5 ms einDurch Komprimierung der Blöcke entstehen Zeitschlitze zwischen den Blöcken mit ca. 1,1 msIn den Zeitschlitzen werden Datensignale (D) zur Steuerung, z.B. Handover, untergebrachtEmpfänger trennt die Sprachsignale und Datenblöcke wieder voneinander, und dekomprimiert das Sprachsignal
Generation 1 (1G)
3.14Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Übertragungsweg
Festnetz
Festnetz
Festnetz
Handynutzer
Handynutzer
Festnetztelefon
Schon in der ersten Generation: den kleinsten Teil der Übertragungsstreckewird ein Mobilfunk-Gespräch über Funk geführt
Generation 1 (1G)
3.15Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Zweite Generation zellularer Netze (2G)
Digitale Übertragungstechnik für Nutzkanäle und SignalisierungHöhere Kapazität, breiteres FrequenzspektrumHierarchische Zellstruktur: Makro-, Mikro- und Picozellen
Generation 2 (2G)
3.16Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Haupt-Standards für die 2. Generation
Generation 2 (2G)
Global System for Mobile Communication (GSM)Digital AMPS (D-AMPS)IS-95Personal Digital Cellular (PDC)
3.17Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM ist das erfolgreichste 2G-System mit einem weltweiten Anteil von etwa 70%1982: CEPT gründet Group Spéciale Mobile (GSM) 1988 Zeigen erste Versuche, dass GSM funktionieren könnte1989 Übernahme der Arbeiten durch ETSI (European Telecommunications Standards Institute)geplant: Juli 1991 Inbetriebnahme erster Netze (aber es gab keine korrekt funktionierenden Endgeräte)1992 Inbetriebnahme erster Netze
GSM (Global System for Mobile Communications)
Generation 2 (2G)
3.18Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
1993 bereits mehr als eine Million Teilnehmer1993 erste Implementierung außerhalb Europas (Australien, Hongkong, Neuseeland)z.Zt ca. 2.400.000.000 Teilnehmer (ca. 87 Mio. in Deutschland)http://www.gsmworld.comweltweite Abdeckung: http://www.gsmworld.com/roaming/gsminfoDigitales Netz im 900, 1800 und 1900 MHz BandIn Deutschland T-Mobile, Vodafone, E-Plus, O2„Roaming“-Verträge machen aus den verschiedenen GSM-Netzen ein einziges großes NetzEs sind auch 400 MHz und 800 MHz Varianten standardisiert, um z.B. freiwerdende Frequenzen von NMT-450 wieder verwenden zu können
GSM
Generation 2 (2G)
3.19Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Beispiel: Netzabdeckung in China 2007
Generation 2 (2G)
Quelle: GSM Association
3.20Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Beispiel: Netzabdeckung in den USA 2007Cingular Wireless
Generation 2 (2G)
Quelle: GSM Association
3.21Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Beispiel: Netzabdeckung in DeutschlandT-Mobile
Generation 2 (2G)
Quelle: GSM Association
3.22Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM Systemarchitektur
Festnetz, z.B.ISDN
BTS
BSC(G)MSC
VLR HLR
Base Station Subsystem (BSS) =Radio Access Network (RAN)
Core Network(CN)
Generation 2 (2G)
3.23Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
max. Sendeleistung beträgt 2-20WEine MS funktioniert nur mit SIM (Subscriber Identification Module):
„Smart-Card“ mit Memory-ChipIdentifiziert den Teilnehmer im NetzKann persönliche Daten speichern, z.B. häufig benutzte TelefonnummernKann durch eine PIN geschützt werden
GSM - Komponenten
MSMobile Station
Generation 2 (2G)
3.24Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Ist das Gegenstück zur MSBefindet sich i.d.R. in der Mitte einer Zelle
BTSBase (Transceiver) Station
Generation 2 (2G)
GSM - Komponenten
3.25Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Überwacht und kontrolliert mehrere BTSFrequenzallokationHandoverfunktionen zwischen Zellen
BSCBase Station Controller
Generation 2 (2G)
GSM - Komponenten
3.26Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Schnittstelle zum FestnetzKomplette Vermittlungsanlage mit allen Routingfunktionalitäten für Gespräche vom Festnetz zur MS und umgekehrtEnthält wichtige Daten über individuelle MS
(G)MSC(Gateway) Mobil Switching Center
Generation 2 (2G)
GSM - Komponenten
3.27Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Ist das „Zuhause“ einer MS (bzw. SIM)Enthält die Daten aller beheimateten MSPermanente Daten:
IMSI (International Mobile Subscriber Identification Number)(Nicht identisch mit der Telefonnummer)
Authentifizierungsschlüsseldie Zusatzdienste des Mobilnehmers (z.B. Anrufweiterleitung)
Temporäre Daten, z.B.:Adresse des gegenwärtigen VLRZieladresse bei Anrufweiterleitung
HLRHome Location Register
Generation 2 (2G)
GSM - Komponenten
3.28Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Enthält alle relevanten Daten einer MS im Bereich eines GMSCPermanente Daten sind die gleichen wie die im HLRTemporäre Daten sind etwas anders:
TMSI (Temporäre MSI), um nicht immer die IMSI über die Luftschnittstelle zu übertragen (Datenschutz)
VLRVisitor Location Register
Generation 2 (2G)
GSM - Komponenten
3.29Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzallokation GSM 900
925 - 960 Mhz (downlink)
880 - 915 Mhz (uplink)
890,6 MhzKanal 43
890,8 MhzKanal 44
891,0 MhzKanal 45
891,2 Mhz...
...
Generation 2 (2G)
35 Mhz Band = 175 × 200 Khz Kanäle8 Benutzer pro Kanal (Time slots)
3.30Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzallokation GSM 1800
Generation 2 (2G)
1805 - 1880 Mhz (downlink)
1710 - 1785 Mhz (uplink)
3.31Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Zugriff auf einen Frequenz-Kanal ist nur zu bestimmten periodischen Zeitpunkten gestattet
Jede MS hat einen Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen
GSM – TDMA Verfahren
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 1
TDMA-Rahmen4,615 ms
0… …
MS A
Generation 2 (2G)
3.32Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Einer MS werden in GSM für Uplink und Downlink die gleichen TDMA-Schlitze zugeordnet, wobei die Rahmen allerdings um 3 Schlitze verschoben sind. Vorteile:
kein gleichzeitiges Senden und Empfangen notwendig, einfache Antenneweniger Energiebedarfgeringere Kosten
GSM – TDMA Verfahren
Time Division Duplex0 1 2 3 4 5 6 7 10… …
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0… …
2 3 downlink
5 uplink
Generation 2 (2G)
3.33Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Auf- und Abbau der Antennenenergie erfolgt im Mikrosekundenbereich
GSM Datenstoß (Burst)
dB
+4
-6
-30
-70
28 μs 28 μs542.8 μs
(147 bits)
Generation 2 (2G)
3.34Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Generation 2 (2G)
GSM Datenstoß (Burst)
Struktur eines normalen Datenstoßes ("Normal Burst") in einem Zeitschlitz:
CodierteDaten57 Bits
CodierteDaten57 Bits
TrainingSequenz26 Bits
T3
T3
S1
S1
GP8,25
148 Bits = 546.12 μs
T (Tail Bits)S (Signalling/User Data)GP (Guard Period)
3.35Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Für die GSM-Zeitschlitzübertragung sind 5 Datenformate definiert, die man als Übertragungsbursts bezeichnet
Generation 2 (2G)
GSM Datenstoß (Burst)
3.36Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Logische Kanäle
Nutzkanäle
Die Nutzkanäle stehen dem Benutzer zur Übertragung von Sprache oder Daten zu Verfügung.
TCH/FS Traffic Channel/Full Rate Speech (Sprachkanal mit voller Bitrate), auf diesem Kanal werden die Sprachdaten mit einer Rate von 13 kbit/s übertragen. TCH/HS Traffic Channel/Half Rate Speech (Sprachkanal mit halber Bitrate). Dieser Sprachkanal ist vorgesehen, um eine Verdoppelung der Teilnehmerzahlen bei gleichen Ressourcen zu ermöglichen. TCH/F9,6/4,8/2,4 Datenkanal mit einer Datenrate von 9,6/4,8/2,4 kbit/s. Zur Datenübertragung wird ein normaler Sprachkanal mit voller Bitrate verwendet, der dann an der Mobilstation auf einen Datenkanal umgeschaltet wird. TCH/H4,8/2,4 Datenkanal mit einer Datenrate von 4,8/2,4 kbit/s. Zur Datenübertragung wird ein normaler Sprachkanal mit halber Bitrate verwendet
Generation 2 (2G)
3.37Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Logische Kanäle
Signalisierungskanäle
Man unterscheidet
- Funkkontrollkanäle (BCH - Broadcast Channel),
- allgemeine Kontrollkanäle (CCCH - Common Control Channel)
- gewidmete Kontrollkanäle (DCCH - Dedicated Control Channel) mitzugeordneten Kontrollkanälen (ACCH - Associated Control Channel).
Siehe z.B. http://www.boeschatt.at/Mobil/mobilfunk_html.php?gsm_glossar.php
Generation 2 (2G)
3.38Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Logische Kanäle
Signalisierungskanäle - Funkkontrollkanäle
Die Funkkontrollkanäle dienen der Übertragung der physikalischen Informationen zum Aufsynchronisieren und der zellspezifischen Daten von der Basisstation zur Mobilstation hin:BCCH: Broadcast Control Channel (Sende-Kontroll-Kanal, Basiskanal), über diesen Kontrollkanal informiert die Basisstation die Mobilstationen über netzwerkspezifische Parameter. Diese Parameter sind unter anderem die augenblickliche Position (LAC -Location Area Code), das Netzwerk (z.B. A1), Zelloptionen, Zugriffsparameter, usw.Der BCCH enthält den FCCH und auch den SCH. FCCH: Frequency Correction Channel (Frequenz-Korrektur-Kanal), über den FCCH versorgt die Basisstation die Mobilstation mit dem Frequenznormal der Basisstation. Der FCCH sendet in seinen Informationsbits nur Nullen, die zu einem Sinussignal führen. SCH: Synchronisation Channel (Synchronisations-Kanal), über diesen sendet die Basisstation der Mobilstation erste Informationen zur zeitlichen Aufsynchronisationauf das Netzwerk.
Generation 2 (2G)
3.39Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Logische Kanäle
Signalisierungskanäle - allgemeine Kontrollkanäle
Die allgemeinen Kontrollkanäle dienen der Einrichtung eines physikalischen Kanals zwischen Mobilstation und Basisstation, sowohl auf Wunsch der Mobilstation als auch auf Wunsch der Basisstation.
RACH: Random Access Channel (Zufalls-Zugriffs-Kanal), über diesen logischen Kanal fordert die Mobilstation einen Kanal von der Basisstation an. PCH: Paging Channel (Anruf-Kanal), die Basisstation ruft über diesen Kanal eine bestimmte Mobilstation an. AGCH: Access Grant Channel (Zuweisungs-Kanal), die Basisstation weist der Mobilstation über den AGCH einen Signalisierungs-Kanal zu.
Generation 2 (2G)
3.40Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Logische Kanäle
Signalisierungskanäle - gewidmete Kontrollkanäle
Die gewidmeten Kontrollkanäle sind für eine Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation vorgesehen.
SDCCH: Stand alone dedicated control channel ("alleinstehender" gewidmeter Kontrollkanal), über den SDCCH kommunizieren sowohl Basisstation als auch Mobilstation miteinander. SACCH: Slow associated Control Channel (langsamer zugeordneter Kontrollkanal). Wie der Name bereits sagt, wird dieser Kanal anderen Kanälen, z.B. einem Nutzkanal oder dem Signalisierungskanal, zugeordnet z.B. für Handover, etc.).FACCH: Fast associated Control Channel (schneller zugeordneter Kontrollkanal). Dieser Kontrollkanal überträgt dieselben Meldungen wie der SDCCH, nur ist er dem TCH zugeordnet.
Generation 2 (2G)
3.41Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Rahmenhierarchie
Generation 2 (2G)
3.42Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Synchronisation einer MS mit dem Netz (Vorgang dauert 2-20 Sekunden)BTS nutzt einen FDMA-Kanal als Basiskanal (ein komplettes 200kHz Frequenzband)BTS sendet auf dem Basiskanal mit hoher Energie, d.h. jeder TDMA-Rahmen wird mit einem „Dummy“-Stoß gefüllt. Daher ist der Basiskanal leicht zu findenIn dem Basiskanal wird nach einem bestimmten Signalmuster gesucht (FCCH)An Hand des FCCH kann sich die MS frequenzseitig und an SCH (Sync.-Bursts) zeitlich synchronisieren (TDMA) und nun relevante Informationen lesen, die die BTS permanent auf dem Basiskanal sendet:
Synchronisationsmuster der Zellewie kann die BTS angesprochen werden (Frequenz, Zeitschlitz)Netzbetreiber (D1, D2, ...)Lokation der Zelle (neues VLR? Wenn ja -> Registrierungsprozedur)
GSM - Beispiel für die Synchronisation
Generation 2 (2G)
3.43Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)
Channel request
MS BTS BSC MSC VLR HLR
Channel activation command
Channel Activation acknowledge
Channel assignment
Location update request
Authentication request
Authentication response
Generation 2 (2G)
3.44Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
MS BTS BSC MSC VLR HLR
Comparison of Authentication parameters
Assignment of the new area and the TMSI
Acknowledgement of the new area and the TMSI
Entry of the new area and TMSI into VLR and HLR
Channel release
Generation 2 (2G)
GSM - Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)
3.45Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Anrufaufbau - Mobil-Originating-Call (MOC)
Channel request
MS BTS
Channel assignment
Call establishment request
Authentication request
Authentication response
Ciphering command
Ciphering complete (now ciphering)
Setup message, indicating the desired number
Call proceeding, the network routes the call to the desired number
Generation 2 (2G)
3.46Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
MS BTS
Assignment of a traffic channel for the user data
Assignment complete, from now on all messages are exchanged on traffic channel
Alerting, the called number is not busy and the phone is ringing
Connect, the called party accepted the call
Connect acknowledge, now the call is active and both parties can talk to each other
Exchange of speech data
Generation 2 (2G)
GSM - Anrufaufbau - Mobil-Originating-Call (MOC)
3.47Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Wenn eine eingeschaltete MS von einer Zelle zur nächsten bewegt wird, findet eine Handover-Prozedur stattBTS teilt der MS auf dem Basiskanal eine Liste mit Kanälen von Nachbarstationen mit
MS misst ständig den Signalpegel dieser Kanäle
Die Pegel der eigenen Zelle und die der Nachbarzellen werden periodisch der BTS zurückgemeldetWenn sich Handover anbietet, wird es durchgeführt
GSM - Handover
Generation 2 (2G)
3.48Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Generation 2 (2G)
GSM - Handover
3.49Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Es gibt verschiedene Arten von Handover
BTS 2
BSC
BTS 1
Generation 2 (2G)
GSM - Handover
3.50Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Falls MSC1 und MSC2 unterschiedlichen Netzbetreibern gehören, ist ein spezieller Vertrag („Roaming“-Abkommen) zwischen diesen nötig, in dem Abrechnungsmodalitäten für fremde SIMs definiert sind. Üblich: Tarif des eigenen Netzes + 25% Aufschlag. Erst durch „Roaming“ ist GSM europäisch, bzw. international. Z.B. kein „Roaming“zwischen D1 und D2, aber zwischen D1 und SFR (Frankreich) und D2 und SFR. SFR Abonnenten können also D1 und D2 nutzen.
BTS 2
BSC 1
BTS 1
MSC 1
BSC 2
MSC 2
Generation 2 (2G)
GSM - Handover
3.51Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Generation 2 (2G)
GSM - Handover
3.52Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM - Dienste
Generation 2 (2G)
Trägerdienste (Bearer Services)Teledienste (Telematic Services)Zusatzdienste (Supplementary Services)
3.53Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Dienste zwischen Benutzer und Netz
Asynchronous data 300 - 9.600 kBit/sSynchronous data 300 - 9.600 kBit/sAsynchronous PAD access (paketvermittelndes Netz, Packet assembler/disassembler)300 - 9.600 kBit/sAlternate speech and data300 - 9.600 kBit/s
GSM - Trägerdienste (Bearer-Services)
Generation 2 (2G)
3.54Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Basisdienste zwischen Endgeräten
Sprachübertragungfull rate 13 kBit/shalf rate 6,5 kBit/s
Emergency Call (Sprache)
SMS (Short Message Service)Alpha-numerische Kurznachrichten für das Display der Endgeräts
Telefax Gruppe 3 und 4
GSM - Teledienste (Telematic-Services)
Generation 2 (2G)
3.55Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Dienste zwischen Endgeräten, z.B.Call forwarding (busy, not reachable, no answer)Call barring (all calls, international calls, incoming calls)Calling/connected line identity presentationCalling/connected line identity restrictionCall waitingCall holdMultiparty communicationClosed User GroupAdvice of chargeUnstructured supplementary services dataOperator-determined barringCall completion to busy subscriber
GSM - Zusatzdienste (Supplementary Services)
Generation 2 (2G)
3.56Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Der häufige SMS-Gebrauch von Jugentlichen führt nach einerenglischen Studie zu einem zunehmenden Verfall derGrammatik- und Rechtschreibkenntnisse:
"My smmr hols wr CWOT. B4, we used 2go2 NY 2C my bro, his GF & thr 3 :- FTF. ILNY, it´s a gr8 plc.„
"My summer holidays were a complete waste of time. Before, we usedto go to New York to see my brother, his girlfriend and their threescreaming kids face to face. I love New York, it´s a great place."
GSM - SMS
Generation 2 (2G)
3.57Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Einführung I
SMS = Short Message Service
(Text-) Kurznachrichten für Mobiltelefone (Handy)Anbindung von PC, FAX u.a. über GatewaysEmpfangen und Senden vom Mobiltelefon aus(two way multipurpose messaging)
Bestandteil des GSM-Standards („GSM Phase 1“)
Asynchron Zustellung trotz belegtem oder ausgeschaltetem Mobiltelefon
Langsam keine garantierte Zustellzeit
Generation 2 (2G)
3.58Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Einführung II
Erste „Killerapplikation“ für Mobilfunk-Datenkommunikation
Integration mit E-Mail, Voice-Mail, Fax über Mehrwertdienste des Mobilfunkbetreibers (Unified Messaging)
In Europa sehr verbreitet, insbesondere Deutschland
In Amerika nicht besonders populär
Generation 2 (2G)
3.59Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Anwendungen
Persönliche KommunikationTerminabsprachen, Grüße, Smalltalk
SMS-InfodiensteBörsendaten, Wetter, Sportergebnisse, Staumeldungen, etc.Abonnement von regelmäßig erscheinenden Meldungen zu bestimmten ThemenIn der Regel kostenpflichtig
Unified MessagingE-Mail SMS
Chat-DiensteDiskussionsforen zu bestimmten Themen
Steuer- und RegelsystemeSteuerung von Computern und Maschinen
Generation 2 (2G)
3.60Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Die Steckdose mit Handy - das Handy mit Steckdose,
von 'aussen' steuerbar mit jedem Festnetz-oder Mobiltelefon
z.B.- Heizung - Rechner am Arbeitsplatz - Alarmanlage
*0# sofortiges Ausschalten der Steckdose *1# sofortiges Einschalten der Steckdose *2# Reset auslösen (Steckdose ausschalten –
10 Sekunden warten - einschalten) *20# Status - SMS an den momentanen Anrufer
SMS – Anwendungen, Beispiel
3.61Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Nachrichtenlänge / Zeichensatz
Nachrichtenlänge140 Oktetts = 160 Zeichen in 7-Bit Kodierungu.U. Einschränkung durch den Mobilfunkbetreiber
ZeichensatzBuchstaben, Ziffern und einige SonderzeichenUnterscheidung Groß/Klein-SchreibungBestimmte Mobiltelefone können auch einfache Grafiken und Klingeltöne als SMS-Nachricht senden/empfangen
Generation 2 (2G)
3.62Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Netzaufbau
SMSC
Gateway
Modem / ISDN / Internet
Standleitung / X.25
Sender ZugangVersandweg Empfänger
NotebookNotebook
PC
Server
HandyHandy
Fax
Generation 2 (2G)
3.63Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Zentrale I
SMSC = SMS Center
Zwischenspeicherung von SMS, falls Empfänger gerade nicht erreichbar ist
Erweiterte Funktionalität (abhängig von Mobilfunkanbieter und Mobiltelefon-Typ)
Maximale SpeicherdauerQuittierungsanforderung: Zustellung einer SMS wird durch eine Antwort-SMS an den Absender bestätigtSteuercodes: erweiterte SMS-Funktionalität der SMS-Zentrale, z.B.
StatusabfrageSendezeit, etc.
Generation 2 (2G)
3.64Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Zentrale II
Store & Forward-Einrichtung (Speichern und Weiterleiten)Akzeptiert Kurzmitteilungen verschiedenster Herkunft
Modem, andere digitale Terminals, andere SMSC, InternetSpeichert die zu sendenden Kurzmitteilungen so lange, bis sie diese erfolgreich an das mobile digitale Empfangsterminal senden konnteEs existiert eine maximale Zeitspanne, die beschreibt, wie langeKurzmitteilungen im Speicher der SMSC gehalten werdenSollte die SMSC nicht in der Lage sein, die Kurzmitteilung sofort zu übermitteln (hängt in den meisten Fällen vom Netzbetreiber ab)
Variiert zwischen einer Stunde und einigen Wochenwerden bei Überschreitung des Zeitlimits die Kurznachrichten gelöscht
Es wird kein weiterer Versuch unternommen, dem Empfänger die Botschaft zu übermitteln
Generation 2 (2G)
3.65Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Gateway
Gateway allgemein:Verbindungsrechner zwischen heterogenen Datenverarbeitungs-Netzen
SMS-Gateway:Wandlung der Nachrichtenart
SMS E-MailWeiterleitung in das zugehörige Netz
GSM InternetGehört zur Infrastruktur des Mobilfunk-Anbieters
Generation 2 (2G)
3.66Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Konvertierung
Erfordert i.d.R. die Freischaltung durch den Mobilfunkanbieter (über spezielle SMS-Meldung)Komplette Kurznachricht steht in der „Betreff“ Zeile (Subject)Grafik und Anhänge werden ignoriertSMS-Empfang von E-Mails ist kostenpflichtigAnzahl der Meldungen pro Tag ist begrenzt
Möglichkeiten:SMS E-MailE-Mail SMSSMS FaxSMS Sprache
Generation 2 (2G)
3.67Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Allgemeine Informationen
Die erste Textnachricht wurde 1992 versendet
GSM Netzbetreiber: 860 (Mai 2007)Länder mit GSM-System: 220 (Mai 2007)GSM Kunden: 2450 Mio. (Mai 2007)SMS Nachrichten in D pro Monat: 2,5 Mrd. (Mai 2006)SMS Nachrichten in E pro Monat: 12 Mrd. (Mai 2006)
23% der mobilen Kunden (weltweit) nutzen SMS mehr als 1x pro Tag davon sind55% 18 Jahre alt oder jünger
Generation 2 (2G)
3.68Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Historische Entwicklung I
1992Anfangs nur Textnachrichten mit maximaler Länge von 160 Zeichen möglichJedes Zeichen wurde mit 7-Bit kodifiziertEinführung erweiterter Features wurde dadurch behindert, dass
die SMSCs (Short Message Service Center) keine 8-Bit Nachrichten undkeine User Data Header (UDH) unterstützten
1996Nokia verabschiedet die „Smart Messaging Specification“
Versenden erweiterter Nachrichten auch ohne UDH möglichkeine Beschränkung ausschließlich auf TextnachrichtenKlingeltöne, Operator Logos, Telefonbucheinträge, u.v.m. können nun versendet werden
Generation 2 (2G)
3.69Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Historische Entwicklung II
Immer mehr Netzbetreiber nutzten die Möglichkeiten, SIM Toolkit Funktionalität via SMS zu steuern und Einstellungen wie z.B. WAP Settings als SMS an das Telefon zu senden
2001Alcatel, Ericsson, Motorola und Siemens versuchen mit dem Enhanced Messaging Service (EMS) einen herstellerübergreifenden Standard für den Versand von Bildern, Melodien u.a. gegen Nokia zu etablieren
2002Einführung von MMS = Multimedia Message Service
Erste Handys mit Kamera von Nokia, Siemens, Motorola und EricssonMultimedia-Erweiterungen (Bilder, Sounddateien, Videoclips)
Generation 2 (2G)
3.70Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SMS - Arten
Im GSM-Standard gibt es zwei verschiedene Arten von SMS:SMS Point to Point (SMS/PP)SMS Cell Broadcast (SMS/CB)
SMS/PP: Versenden von Kurzmitteilungen von einem GSM Telefon auf ein anderes
SMS/CB: Versenden einer oder mehrerer Kurzmitteilungen gleichzeitig (broadcasting) an alle Telefone innerhalb einer bestimmten Zone
Die Kurzmitteilung vom Typ Cell Broadcast kann bis zu 93 Zeichen enthaltenBei diesem Typ ist es möglich bis zu 15 Kurzmitteilungen aneinanderzureihen, um daraus eine so genannte Macro-Kurzmitteilung zu erstellenSMS wird als „Protokoll ohne Verbindung“ bezeichnet
Denn bei Weiterleitung einer Kurzmitteilung kommt keine direkte Verbindung zwischen dem sendenden Terminal und dem Empfangenden zustande
Generation 2 (2G)
3.71Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Technische Informationen über SMS
Der SMS benutzt verschiedene Arten von Protokollen
Senden eines KommandosTelefon => SMSCSMS-COMMAND
Senden des Status einer KurzmitteilungSMSC => TelefonSMS-STATUS-REPORT
Senden des Grunds des Nichtempfangs der Kurzmitteilung
SMSC => TelefonSMS-SUBMIT-REPORT
Senden einer KurzmitteilungTelefon => SMSCSMS-SUBMIT
Senden des Grunds des Nichtempfangs der Kurzmitteilung
Telefon => SMSCSMS-DELIVER-REPORT
Senden einer KurzmitteilungSMSC => TelefonSMS-DELIVERFunktionRichtungTyp PDU
Generation 2 (2G)
3.72Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Weitere Funktionen des SMS-Service
More Message To SendReduzierung der Übertragungsdauer der so genannten multiplen Kurzmitteilungen
Alphabet ExtensionErhöhung der möglichen zu versendenden Zeichen durch Einführung des Unicode-Standards
Concatenated Short MessageVerkettung von Kurzmitteilungenbis zu 38760 Zeichen bei 7-Bit Kodifizierung
Generation 2 (2G)
3.73Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Wireless Application Protocol (WAP)
Ein WAP-Handy:
WAP soll Internet-Dienste flächendeckend über die existierende GSM-Infrastruktur auf das Handy bringen.1997 Gründung WAP Forum: Ericsson, Nokia, Motorola und Unwired PlanetGründe für WAP:
HTML, HTTP und TCP sind ineffizient über niedrige Bandbreite, hohe Verzögerung und geringe StabilitätStandard-HTML Seiten eignen sich nicht für ein kleines Handy-Display
Generation 2 (2G)
3.74Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Wireless Application Protocol (WAP)
WAP-Inhalte werden mit WML (Wireless Markup Language) programmiert.WML ist eine XML-basierte Sprache, die die Benutzung von kleinen Displays optimiert und es ermöglicht, mit einer Hand zu navigieren. WAP-Inhalte sind skalierbar, vom kleinen 2-Zeilen Display bis zum voll graphikfähigen Display eines Organizers.Beispiele: http://www.w3schools.com/wap/wap_demo.asp
Client
WML Skript
WML
WAP Gateway
WML Skript Compiler
WML Encoder
Protocol Adapt.
Web Server
WML Decks WML Skripts
CGI Skripts
HTTP WSP/WTP
Content
Generation 2 (2G)
3.75Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Beispiel eines WAP Netzes
Wireless Network
WAP Gateway
WTA Server
Binär WML HTML Filter
WebServer
WML
WML HTML
Generation 2 (2G)
WTA = Wireless Telephony Application
3.76Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
WAP Gateway
Generation 2 (2G)
3.77Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
WAP Gateway
WDP (WAP Datagram Protocol) ist die Transportschicht. Sie kann über verschiedene Dienste (Bearers) laufen: z.B. SMS, GPRS, CSD (Circuit Switched Data), ...WTLS (Wireless Transport Layer Security) ist eine optionale Sicherungs-schicht, z.B. für E-Banking:
Datenintegrität PrivacyAuthentifizierungDenial-of-Service Protection
WTP (WAP Transaction Protocol) erhöht die Zuverlässigkeit von WDP WSP (WAP Session Protocol) erlaubt den effizienten Austausch von Daten zwischen Anwendungen
Generation 2 (2G)
3.78Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
WAP Gateway
HTTP Interface ermöglicht, vom Handy angeforderte WAP-Inhalteaus dem Internet zu holenWAP-Inhalte (WML und WMLScript) werden für die Übertragung über die Luftschnittstelle in ein kompaktes Binärformat umgewandelt
Generation 2 (2G)
3.79Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Beispiel einer typischen Session mit 3 Requests und 3 Replies
HTTP/TCP/IP WSP/WTP/UDP →TCP SYN ←TCP SYN, ACK of SYN →ACK of SYN, Data Request ←ACK of Data ←Reply →ACK of Reply →Data Request ←ACK of Data ←Reply →ACK of Reply →Data Request ←ACK of Data ←Reply →ACK of Reply →TCP FIN ←TCP FIN, ACK of FIN →ACK of FIN
→Data Request ←ACK, Reply →ACK, Data Request ←ACK, Reply →ACK, Data Request ←ACK, Reply →ACK
Fette Pakete sind Nutznachrichten Nicht-fette Pakete sind Overhead HTTP/TCP/IP WSP/WTP/UDP 17 Pakete 7 Pakete 65% Overhead 14% Overhead
Generation 2 (2G)
3.80Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
WML
Momentan werden noch weitgehend separate Inhalte für WAP und WWW geschrieben. Das Szenarium könnte aber einfacher sein. XSL = eXtensible Style Language Regelwerk zu Konvertierung von XML Technologie zur Entwicklung universeller Inhalte ist noch nicht verfügbar, WML wurde aber bereits im Hinblick darauf entworfen
Content (XML)
XSL Processor
WML Style Sheet HTML Style Sheet
Generation 2 (2G)
3.81Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
WML
Für Teilnehmer, die gerne eine eigene WML-Seite erstellen wollen, gibt es viele Hilfsprogramme mit einer geeigneten EntwicklungsumgebungZur Darstellung von Bildern existiert ein eigenes Grafikformat namens WBMP (Wireless Bitmap)WBMP-Grafiken besitzen 1 Bit Farbtiefe (schwarz oder weiß) und lassen sich mit einem Konverter (Format-Umwandler) von GIF- oder JPEG-Grafikformaten nach WBMP wandelnKonverter-Software zum Download: www.webcab.de
Generation 2 (2G)
3.82Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
i-mode
aus Japan stammender Standard für mobilen Internetzugangwurde im Februar 1999 von NTTDoCoMo gestartettechnisch ähnlich wie WAP 2.0Seiten werden mit iHTML programmiert, bietet etwas Graphikmöglichkeiten als WMLwird in Deutschland von E-Plus über GPRS angeboten
Games & FunNews, Infos & Sport Klingeltöne & Logos Chat & Messagingi-mode™ Mail
Generation 2 (2G)
3.83Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
i-mode
Generation 2 (2G)
3.84Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
beliebte Anwendung des mobilen Internet i-mode und WAP:Internetauktionen
Generation 2 (2G)
3.85Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
MMS - Multimedia Messaging Service
MMS - Netzarchitektur
Generation 2 (2G)
3.86Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Medienformate für MMS: Text mit gängigen Zeichensätzen und Schriften (Fonts) , Sprache AMR-kodiert (wie bei UMTS), Bilder als JPEG und JPEG2000, GIF oder WBMP. für Musik MP3, Midi und Wav, für Video MPEG4 (Simple Profile), Quicktime und ITU-T H.263, MMS-Streaming (nur mit UMTS sinnvoll --> siehe QoS-Profile von UMTS)
MMS - Medienformate
Generation 2 (2G)
3.87Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
A/D-Wandler:Abtastung mit 8000 Hz = alle 125μs ein WertQuantisierung auf 13 Bit resultiert in 8000 × 13 = 104 kBit/s Sprach-CodecPrediktive Differentialcodierung resultiert in 13 kBit/s (full rate)
GSM - Sprachkodierung
Band-filter
300 Hz-3,4 kHz
A
D
Sprach-codierer
Kanal-codierer
zurModulation
Niedrig-frequ.-filter
4 kHz
A
D
Sprach-decodierer
Kanal-decodierer
vonModulation
Sprach-Codec
Generation 2 (2G)
3.88Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Digital AMPS (D-AMPS)
IS-95 (PCS)
Personal Digital Cellular (PDC)
Weitere Standards der 2. Generation
Generation 2 (2G)
3.89Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Wird auch als IS-54 bezeichnetWird vorwiegend in Nord- und Südamerika eingesetztBasiert auf AMPS, dem 1G-Standard in AmerikaHat digitale Kontroll- und NutzkanäleDualmode Telefone: AMPS und D-AMPSEffizientere Frequenznutzung als AMPSNutzt TDMA für Medienzugriff, wird daher auch als US-TDMA bezeichnet824-849 und 869-894 MHz 30 kHz-Kanäle, die sich 3 Nutzer per TDMA teilen13.2 kbps Sprachkodierungssystem
Digital AMPS (D-AMPS)
Generation 2 (2G)
3.90Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
IS-95 (PCS)
Personal Communication SystemsUS-StandardErstes Zellulares System das CDMA nutztIS-95 wird auch als CDMAone bezeichnet
Generation 2 (2G)
3.91Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Japanischer StandardBasiert auf TDMA800 und 1500 MHz Physische Charakteristik ähnelt D-AMPSWenig Erfolg außerhalb Japans, daher keine „Economy of Scale“
Japan ist einer der Hauptmotoren für 3G
Personal Digital Cellular (PDC)
Generation 2 (2G)
3.92Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Speziell aus GSM Upgrades entstandene GenerationBeinhaltet alle Upgrades der zweiten GenerationInsbesondere Unterstützung für Non-Voice AnwendungenHöhere Datenraten für LuftschnittstelleHat bereits viele Charakteristiken von 3GInsbesondere
General Packet Radio Service (GPRS)High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD)Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)
Generation 2.5 zellularer Netze (2.5G)
Generation 2.5 (2.5G)
3.93Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM – Vergleich 2G, 2.5G, 3G in Deutschland
Seit Anfang 2005seit Ende 1999 (E-Plus)seit November 2000 (D2)
seit April 2001 in allen deutschen Mobilfunknetzen
seit 1992Verfügbarkeit
Mehrfachnutzung je Kanal
theoretisch max. 8 Kanäletheoretisch max. 8 Kanäle
nicht möglichKanalbündelung
janeinjaneinAlways-on-Funktion
DatenmengeVerbindungszeitDatenmenge oder Verbindungszeit
VerbindungszeitAbrechnung nach
in der Regel unter 384 kBit/s
43,2 kBit/s(Downlink)28,8 kBit/s(Uplink)
40,2 kBit/s (Downlink)13,4 kBit/s (Uplink)
9,6 kBit/sÜbertragungsratenvorh. Geräte
2 MBit/smehr mit HSDPA
115,2 kBit/s171,2 kBit/s9,6 und 14,4 kBit/sÜbertragungsratentheoretisch
paket-/codevermittelnd
leitungsvermittelndpaketvermittelndleitungsvermittelndÜbertragungs-verfahren
UMTSHSCSDGPRSGSM2G, 2.5G und 3G in Deutschland:
Generation 2.5 (2.5G)
3.94Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
HSCSD
HSCSD bündelt mehre GSM-Kanäle zu einem leistungsfähigen KanalDabei gibt es symmetrische und asymmetrische DatenratenIst eine leitungsvermittelte Technologie, für schwankenden Verkehr (z.B. Internet Browsing) nicht ideal wg. Ineffizienz
Generation 2.5 (2.5G)
3.95Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
HSCSD - Anwendungsgebiete
Schnelle Datendienste via GSM-Netz (Datenraten wie Festnetz!) Echtzeitdatendienste (bei GPRS nicht so gut implementierbar!) m-Commerce Telemetrie (Messdaten technischer Anlagen werden per Mobilfunk in das Büro übertragen) Überwachungsdienste (z.B. Webcam überträgt per HSCSD Raumüberwachungsbilder)Bildtelefonie
Generation 2.5 (2.5G)
3.96Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
HSCSD - Dienste
Symmetrisch / asymmetrisch: ermöglicht Datendienste, bei denen die Downlinkstrecke (GSM-Netz zum Handy) eine andere, meist höhere, Datenrate zugewiesen bekommt als die Uplinkstrecke (Handy zum GSM-Netz)
Transparent / Nicht-Transparent: Transparente Datendienste beinhalten keine Maßnahmen zur Fehlererkennung und -korrektur Nicht-transparente Datendienste nutzen das Radio Link Protocol (RLP), um diese Funktionen auszuführen
Generation 2.5 (2.5G)
3.97Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
HSCSD
Generation 2.5 (2.5G)
3.98Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Datenraten in HSCSD
38,4 kbit/s57,6 kbit/s428,8 kbit/s43, 2 kbit/s319,2 kbit/s28,8 kbit/s29,6 kbit/s14,4 kbit/s1
9,6 kbit/s pro Kanal14,4 kbit/s pro KanalZahl der
gebündelten Kanäle
Generation 2.5 (2.5G)
3.99Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Für Datenübertragung im GSM Netz entwickelt
Bisheriger Weg (langsam und teuer):leitungsvermittelte Ende-zu-Ende-Verbindung aufbauen (wie bei Sprache)Dann mit 9,6 kBit/sec Daten übertragen, ein Zeitschlitz pro TDMA-Rahmen festEinzige Alternative bisher SMS (Short Message Service): senden von max. 160 alphanumerischen Zeichen zu einer MS
GPRS - General Packet Radio Service
Generation 2.5 (2.5G)
3.100Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GPRS: paketvermittelter Dienst zwischen einer MS und einem externen Datennetz (z.B. Internet)GPRS erlaubt Senden und Empfangen von Daten mit hoher Rate ohne Netzressourcen im leitungsvermittelten Modus zu benutzenBesonders geeignet für stoßweisen Datenverkehr (z.B. Internet WWW)GPRS kann bezüglich eines einzigen Benutzers:
einen existierenden GSM Kanalmehrere Zeitschlitze eines TDMA-Rahmens gleichzeitigoder auch das gesamte 200 kHz Band einer Zelle
nutzenZeitschlitze werden dynamisch vergeben und nicht statisch
GPRS
Generation 2.5 (2.5G)
3.101Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GPRS
Beispiel für statische Vergabe vonZeitschlitzen beim Sprachverkehr
6 7 0 1 2 3 4 5TDMA-Rahmen
4,615 ms
… …
MS A
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
Beispiel für dynamische Vergabe vonZeitschlitzen beim GPRS
6 7 0 1 2 3 4 5TDMA-Rahmen
4,615 ms
… …
MS A
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
Generation 2.5 (2.5G)
3.102Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
max. 171 kBit/sec (alle 8 Zeitschlitze, neue Formen der Kanalkodierung, z.B. ohne Fehlerkorrektur)
Vorteile, die sich aus "packet data over the air" gegenüber der herkömmlichen leitungsvermittelnden Technologie ergeben
Virtuelle Connectivität zu einem Datennetz jederzeit „always on“Schnelle Ressourcenzuweisung nach BedarfAlternative Wege der Abrechnung, z.B.pay-per-bit, -per-session oder MonatspauschaleAsymmetrische Bandbreite im Uplink und Downlink (z.B. Internetsurfen)
Wird in Deutschland von allen Netzbetreibern angeboten
GPRS
Generation 2.5 (2.5G)
3.103Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GPRS
Bruttodatendurchsatz bei verschiedenen Kodierungsverfahren
171,2 kbit/s124,8 kbit/s107,2 kbit/s72,50 kbit/s8 TS Data Rate
149,8 kbit/s109,2 kbit/s93,8 kbit/s63,45 kbit/s7 TS Data Rate
128,4 kbit/s93,6 kbit/s80,4 kbit/s54,40 kbit/s6 TS Data Rate
107,0 kbit/s78,0 kbit/s67,0 kbit/s45,35 kbit/s5 TS Data Rate
85,6 kbit/s62,4 kbit/s53,6 kbit/s36,30 kbit/s4 TS Data Rate
64,2 kbit/s46,8 kbit/s40,2 kbit/s27,15 kbit/s3 TS Data Rate
42,8 kbit/s31,2 kbit/s26,8 kbit/s18,10 kbit/s2 TS Data Rate
21,4 kbit/s15,6 kbit/s13,4 kbit/s9.05 kbit/s1 TS Data Rate
CS4CS3CS2CS1Kanalcodierung
Generation 2.5 (2.5G)
3.104Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GPRS
Unbegrenzt44Klasse 14
Unbegrenzt33Klasse 13
544Klasse 12
534Klasse 11
524Klasse 10
523Klasse 9
514Klasse 8
533Klasse 7
423Klasse 6
422Klasse 5
413Klasse 4
322Klasse 3
312Klasse 2
211Klasse 1
GesamtUploadDownload Multislot-Klasse
Unbegrenzt88Klasse 29
Unbegrenzt68Klasse 28
Unbegrenzt48Klasse 27
Unbegrenzt48Klasse 26
Unbegrenzt38Klasse 25
Unbegrenzt28Klasse 24
Unbegrenzt66Klasse 23
Unbegrenzt46Klasse 22
Unbegrenzt46Klasse 21
Unbegrenzt36Klasse 20
Unbegrenzt26Klasse 19
Unbegrenzt88Klasse 18
Unbegrenzt77Klasse 17
Unbegrenzt66Klasse 16
Unbegrenzt55Klasse 15
Mobiltelefone unterscheiden sich in der Zahl der Kanäle, die sie bündeln können
Generation 2.5 (2.5G)
3.105Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GSM-HSCSD-GPRS Vergleich
Überblick: Eignung der Übertragungsverfahren für verschiedene Anwendungen
gutungeeignetwenigSicherheitsüberwachung mit Datensignalisierung
ungeeignetsehr gutungeeignetVideostreaming
sehr gutsehr gutungeeignetBildübertragung
sehr gutsehr gutungeeignetFile Transfer
sehr gutwenigmittelWAP
sehr gutwenigungeeignetmobiler Zugriff auf Intranet
sehr gutwenigungeeignetmobiler Zugriff auf Internet
sehr gutmittelmittelE-Mail
ungeeignetungeeignetsehr gutSprache
GPRSHSCSDGSM
Generation 2.5 (2.5G)
Anwendung
3.106Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE - Enhanced Datarate for Global Evolution
Auch: Enhanced Data rates for GSM Evolution, Weiterentwicklung von GPRS, daher die Bezeichnung EGPRSEDGE führt eine zusätzliches Modulierungsschema ein: 8-PSKDadurch werden 3 Bit statt einem Bit pro Signalschritt übertragen. Das mach 8-PSK natürlich viel anfälliger gegen InterferenzDaher müssen die Zellen kleiner werden, was zu höheren Kosten führtDatenübertragungsraten bis zu 473,6 Kbps, wenn alle 8 Zeitschlitze belegt werdenWurde ursprünglich für GSM für solche Netzbetreiber entwickelt, die keine UMTS-Lizenz erwerben konntenEDGE ist ein Software-Update für GSM-Basisstationen neuerer Bauart
Generation 2.5 (2.5G)
3.107Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE
Beispiel: 2PSK = BPSK(ähnlich zu GMSK)
Generation 2.5 (2.5G)
3.108Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE
8PSK
Generation 2.5 (2.5G)
3.109Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE
EDGE:8-Phase Shift Keying (PSK)
GSM:Gaussian Minimum-Shift
Keying (GMSK).
Generation 2.5 (2.5G)
3.110Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE
01,41 / 01 1 1H-451 / -11 1 0G
-135-1 / -11 0 1E-900 / -1,411 0 0F451 / 10 1 1A900 / 1,410 1 0B
180-1,41 / 00 0 1D135-1 / 10 0 0C
Phase (zur x-Achse)Koordinaten3 zugeordnete BitSymbol
Ein Bitstrom von: 001011110101000111111001000000101unterteilt in Dreiergruppen: 001 011 110 101 000 111 111 001 000 000 101würde also als Übertragungssymbole ergeben: D, A, G, E, C, H, H, D, C, C, E
Generation 2.5 (2.5G)
3.111Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE - Bursts
Normal Burst für EDGE-Dienste mit 8PSK-Modulation:
Normal Burst für GSM-Dienste mit GMSK-Modulation:
Generation 2.5 (2.5G)
3.112Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE - Problem der Interferenzen
Generation 2.5 (2.5G)
3.113Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE - Nettodatenraten
GPRSGPRS
Header+Protection
User Payload
CS-1
CS-2
CS-3
CS-4
8
12
14.4
20
EDGE
MCS-1
MCS-2
MCS-3
MCS-4
8.8
11.2
14.8
17.6
MCS-5
MCS-6
MCS-7
MCS-8
22.4
29.6
44.8
54.4
MCS-959.2
Header+Protection
User Payload
GMSK-Modulation
8PSK-Modulation
Generation 2.5 (2.5G)
3.114Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
EDGE - Architektur
Base Station Subsystem (BSS)=Radio Access Network (RAN) Core Network (CN)
Generation 2.5 (2.5G)
3.115Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
2G-Ziel: effiziente Nutzung des Frequenzspektrums durch Digitalisierung zellularer Netze, Erfolgsmodell GSM
3G-Ziel: effiziente Integration von mobilen Sprach- und Datendiensten in zellularen Netzen
Dabei:weltweite Verfügbarkeit und technische Kompatibilität der Terminals und InfrastrukturMigration von 2G nach 3Gneue Frequenzspektren
Dritte Generation zellularer Netze (3G)
Generation 3 (3G)
3.116Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Es gibt nicht eine 3. Generation
Standardisierung in der ITU unter dem Stichwort IMT-2000
Terrestrische drahtlose Zugangstechniken im IMT-2000:GSM-basierte 3. Generation: GPRS/EDGE (s. 2.5G)UMTS-basierte 3. Generation: W-CDMA und TD-(S)CDMAIS-95-basierte 3. Generation: CDMA2000DECT (derzeit nur für privaten Bereich)
Industriekonsortien:3GPP (Third Generation Partnership Project): W-CDMA und TD-(S)CDMA, weitgehend von Europa, Japan und China getrieben3GPP2: CDMA2000, von USA getrieben
Dritte Generation zellularer Netze (3G)
Generation 3 (3G)
3.117Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
ITU IMT-2000 Standardisierung der 3. Generation
Generation 3 (3G)
3.118Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzen für 3G
Generation 3 (3G)
3.119Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzen für 3G
Sondersituation USA:Teile der IMT-2000 Frequenzen sind bereits an 2G Systeme (IS-95 PCS) vergeben, weitere an völlig andere SystemeIm September 2006 wurden seitens der Federal Communications Commission (FCC) die Frequenzen 1710-1755 MHz und 2110-2155 MHz für 3G versteigert.In 1710-1755 befanden sich vorher Systeme der Regierungs-behörden, Flugkommunikation, Satellitensteuerung, etc.In 2110-2170 Paging Systeme, lokale Fernsehsender, Satellit, etc.
Generation 3 (3G)
3.120Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzen für 3G
Frequenzaufteilung:UMTS: 1900 - 2025MHz und 2110 - 2200MHz
Gepaarte lizenzierte Frequenzen: 2 x 60MHz = 12 Pakete Uplink: 1920 - 1980MHz Downlink: 2110 - 2170MHz
Ungepaarte lizenzierte Frequenzen: 1 x 25MHz = 5 Pakete 1900 - 1920MHz und 2020 - 2025MHz
Ungepaarte nichtlizenzierte Frequenzen: 2 Pakete 2010 - 2020MHz
Satellitenanbindung (optional in Zukunft): Uplink: 1980 - 2010MHz Downlink: 2170 - 2200MHz
Generation 3 (3G)
3.121Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequenzen für 3G
UMTS-Lizenzvergabe in Deutschland
0,561598,8112Summe
0,1227116,452Group 3G /Quam(aufgegeben)
0,121116,372Mobilcom (aufgegeben)0,1227116,582T-Mobil
0,121116,472Vodafone (ehem. Manesmann Mobilf.)
16,522O2
0,0736116,422E-Plus / Hutchinson
PreisMrd. DM
Ungepaarte Pakete
PreisMrd. DM
Gepaarte Pakete
Netzbetreiber
Generation 3 (3G)
3.122Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
QoS Klassen von UMTS
Dienstqualitäten:
Low BERE-mailSMSFile transfer
Preserves the payload contentBackground4
Low round trip delay timeLow BER
Web-browsingDatabase retrieval
Bounded response timePreserves the payload content
Interactive3
Low jitterMultimediaVideo on demandWebcastReal-time video
Preserves time relation between entities making up the stream; real-time
Streaming2
Low jitterLow delay
VoiceVideo telephonyVideo gamingVideo conferencing
Preserves time relation between entities making up the stream conversational pattern based on human perception; real-time
Conversational1
Relevant QoS Requirements
ExampleClass DescriptionTraffic ClassClass
Generation 3 (3G)
3.123Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Datenverlust und Zeitverzögerung
Generation 3 (3G)
interaktiv gemischt rechtzeitig unkritisch
3.124Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Typische QoS-Parameter für Sprache
Generation 3 (3G)
< 1% FER < 1 msec< 10 sec 32-128 kb/s
Primarily one-way
High quality streaming audio
< 3% FER < 1 msec< 1 sec for playback < 2 sec for record
4-13 kb/s
Primarilyone-way
Voice messaging
< 3% FER (Frame Error Rate)
< 1 msec<150 msecpreferred<400 mseclimit
4-13 kb/s
Two-wayConversational voice
Information loss
Delayvariation
One-wayDelay
Data rate
3.125Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS-Modell der Dienstgüte (QoS)
Generation 3 (3G)
3.126Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Übertragungsraten (mindestens):144 Kbit/s in ländlichen Gebieten bei 500 km/h (z.B. ICE)384 Kbit/s in der Stadt bei 120 km/h2 Mbit/s in Gebäuden bei 10 km/h
Gleichzeitige Nutzung verschiedener Übertragungsdienste (Daten/Sprache)Leitungs- und Paket-orientierte DiensteVariable Bitraten in Realzeit Handover ohne Datenverlust selbst bei hohen BitratenHandover zwischen UMTS und GSMMehrere unsynchronisierte Systeme können nebeneinander in derselben Umgebung koexistieren (auch unkoordinierte Basisstationen)
Allgemeine Anforderungen an UMTS
Generation 3 (3G)
3.127Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Es gab im Wesentlichen 2 Vorschläge im ETSI für die 3. Generation, die jeweils von bedeutenden Industriekonsortien gestützt wurden:
Alpha: W/CDMA (Nokia, Ericsson)Delta TD/CDMA (Siemens)
Am 29.1.98 Einigung auf Kompromiss, weil für keinen Vorschlag die erforderlichen 71% zustande kamen:
Alpha (61.1%) für das FDD-Verfahren:Erhält den Großteil der Frequenzen, daher überwiegend Einsatz im öffentlichen Weitverkehrsbereich
Delta (38,7%) für TDD:Im überwiegend privaten Bereich
Die derzeit installierte Version (Release-99) von UMTS beinhaltet nur FDD
UMTS Standardisierung
Generation 3 (3G)
3.128Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Frequency Division Duplex (FDD)Time Division Duplex (TDD).
Transmission by FDD method
Transmission by TDD method
FDD und TDD
Generation 3 (3G)
3.129Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
W-CDMA - Wideband direct sequence CDMA
Klassisches CDMA:
UMTS W-CDMA
Generation 3 (3G)
3.130Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS W-CDMA
DPCCH DPDCHPilotNPilot bits
TPCNTPC bits
RINRI bits
DataNData bits
Slot #1 Slot #2 Slot #i Slot #16
Frame #1 Frame #2 Frame #i Frame #72
0.625 ms, 20*2k bits (k=0..6)
Tf = 10 ms
T??? = 720 ms
Variable Raten werden durch variable Spreading Faktoren (SF = 4 ... 256) erreicht, d.h. Anzahl Chips pro Bit. SF wird pro 10ms Frame definiert.
Beispiel: Downlink dedicated physical channel
Generation 3 (3G)
3.131Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
TD/CDMA wird auch UMTS TDD genannt
sehr ähnlich zu GSM:
16 CDMA KanäleIn 15 Zeitschlitzen
Datenraten von 9,6 kBit/sBis 2 MBit/s
UMTS TD-CDMA
Generation 3 (3G)
3.132Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS TD-SCDMA
Variante von TD-CDMA, bei der das 5MHz-Band in 3 mal 1.6 MHz aufgeteilt ist.Ermöglicht größere Flexibilität, insbes. falls keine kompletten 5MHz zur Verfügung stehenWird zunächst in China implementiert
Generation 3 (3G)
3.133Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
Ermöglicht in der derzeitigen Spezifikation im UTRAN bis zu 10 Mbps Downlink-DatenratenDerzeitige Endgeräte schaffen max. 3,6 MbpsTeil von Release 5 von 3GPPKann für UTRAN FDD und TDD angewendet werdenBenutzt ein 16QAM ModellierungsschemaHSDPA benötigt ein komplettes 5 MHz-BandEin physischer HSDPA-Kanal kann von mehreren Benutzern auf statistischer Basis geteilt werden
Generation 3 (3G)
3.134Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS - Zellatmung
Generation 3 (3G)
Reichweite der UMTS-Basisstation ist abhängig von der in ihr befindlichen Teilnehmer
Aufgrund des CDMA steigen mit der Anzahl der Teilnehmer auch die Störeinflüsse an. Dies lässt sich auf Seite der Mobilgeräte nur dadurch beheben, dass die Sendeleistung angehoben wird – was wiederum zu mehr Störsignalen führt.
Nutzt also etwa ein Mobiltelefon den größten Teil seiner Sendeleistung zum Ausgleich von Störsignalen, sinkt entsprechend seine effektive Reichweite. Aus Sicht des Benutzers verkleinert sich also der Wirkungsradius der Basisstation. Umgekehrt bewirkt eine geringe Auslastung einer UMTS-Zelle, dass ihr effektiver Nutzradius wächst
3.135Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UMTS - Netzarchitektur
PSTN / ISDN
InternetX.25, private
networks
UTRAN Core Network
GERAN
Node BNode B
Node BNode B
RNCRNC
BTSBTS
BTSBTS
BSCBSC
MSC/VLRMSC/VLR GMSCGMSC
SGSNSGSN GGSNGGSN
HLRHLR
lub
Abis
lur
lucs
lupo
Gs
D
Gr
C
Gc
Gn
Generation 3 (3G)
3.136Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
UTRAN
UE
UE
Node B(BTS)
Node B(BTS)
Backbone
Backbone
Backbone
RNC
RNC
Uu
Uu
lub
lub lub
lub
lur
lur
lu
lucs
lucs
Generation 3 (3G)
3.137Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
GERAN
GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network):
Harmonisierung der Paketdienste von GSM/GPRS/EDGE mit UMTS
Schnittstellendefinition zum UMTS-Netz, lu-Schnittstellen (lucs und lupo)
Alle QoS-Klassen werden auch von GERAN unterstützt
Rückwärtskompatibilität zur GSM/GPRS-Architektur, in diesem Fall werden paketbasiert nur die QoS-Klassen 3 und 4 unterstützt
Generation 3 (3G)
3.138Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
CDMA2000
Basiert auf IS-95 (s. 2G)Ähnlich wie W-CDMA, aber 1.25MHz Bänder, also 3 Carrier in einem 5MHz Band (Vorteile wie bei TD-SCDMA)1.2288 McpsDatenraten bis zu 625 kbps
Generation 3 (3G)
3.139Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
CDMA2000 Netzarchitektur
Generation 3 (3G)
3.140Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Vergleiche
Generation 3 (3G)
3.141Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Dritte Generation zellularer Netze (3G) – regionale Aspekte
Amerika (Nord-)
Cingular: cdma2000 seit 2006Verizon: cdma2000 seit 1.2.2005AT&T: UMTS seit Juli 2004T-Mobile. UMTS ab 2007
Generation 3 (3G)
3.142Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Nach Angaben von Chinas Netzbetreibern werden kommerzielle 3G Dienste ab Ende 2007 angeboten werden, aber man möchte auf jeden Fall zu den olympischen Spielen 2008 3G-Dienste anbieten.4 potentielle Betreiber für 3G:
China Unicom: CDMA2000China Mobile: UMTS (W-CDMA)China Telecom: UMTS (TD-SCDMA) Netcom: UMTS (TD-SCDMA)
Netzbetreiber scheuten sich bisher sich vor zu schneller Migration von 2G auf 3GChina Mobile plant insgesamt 8600 Basisstationen in Peking, Shanghai und verschiedenen chinesischen Provinzen
Dritte Generation zellularer Netze (3G) – regionale Aspekte
China
Generation 3 (3G)
3.143Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Dritte Generation zellularer Netze (3G) – regionale Aspekte
Europa
Erste UMTS WCDMA-FDD Installationen 2002Vollwertige UMTS-Dienste seit Ende 2004ca. 600 Mio. GSM-Kunden
Größte GSM-Kundschaft weltweitCa. 150 NetzbetreiberGSM/GPRS-Kunden sind auch potentielle UMTS-Kunden, wegen der Ähnlichkeit und Überlappung der Netze
Generation 3 (3G)
3.144Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Vierte Generation zellularer Netze (4G)
Der Begriff 4G wird verbunden mit der Integration von WLAN und WiMAX in zellulare Netze und der Verfügbarkeit sehr viel höherer drahtloser Bandbreite (100-1000 Mbit/s real)ITU (International Telecommunication Union definiert 4G wie folgt:
mindestens 100 MBit/s unter voll mobiler Nutzungmindestens 1 GBit/s unter nomadischer Nutzung
Die Frequenzen für 4G sollen im Oktober 2007 von der WRC (World Radiocommunication Conference) festgelegt werdenMit 4G wird erst 2010 gerechnet, Samsung hat 2006 auf dem 4G Forum in Jeju Island, Korea in einem 4G Bus 100 MBit/s bei 60 km/h und multi-cell Handoverdemonstriert und 1 GBit/s nomadisch
Generation 4 (4G)
3.145Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Vergleich von 3G und 4G
4G Konvergenz von WLAN mit zellularen Netzenvollständig Packet SwitchedNetwork (All-IP)Alle Netz-Elemente sind digital Höhere Bandbreite, z.B. 100-1000MbpsErweiterung der 3G Kapazität
3G Rückwärtskompatibel zu 2G Circuit und Packet SwitchedNetworkKombination von existierendem & evolutionärem Equipment Datenrate bis 2Mbps
Generation 4 (4G)
3.146Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Innovationen für 4G
Modulierungs- und Multiple Access TechnikenInsbesondere Kombination von OFDM mit CDMA und TDMA
Multiple Antennen TechnikenMinimierung der Multipath- und ähnlichen Probleme durch Einsatz mehrerer Antennen an Basisstationen und Mobilstationen
All IP-NetzeAusgangspunkt: viele private drahtlose Zugangsnetze, i.d.R. basierend auf 802.11 u.ä.IP als gemeinsame PlattformKommerzielle Nutzung basierend auf AAA-Protokollen (Authentication, Authorization and Accounting)
Neuigkeiten zu 4G z.B. in http://www.4g.co.uk/
Generation 4 (4G)
3.147Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
Innovationen für 4G
Komponenten der 4G Standardisierung: UWB 802.11n SDR802.16-2005 (ehemals 802.16e)802.16m
Generation 4 (4G)
3.148Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
IMS – Internet Multimedia Subsystem
erster Schritt in Richtung Integration von 3G-Zugangstechnik und InternetIMS ist ein Standard der 3GPPIMS standardisiert eine Architektur für den Zugang zu real-time IP Services, insbes. VoIP, über UMTSIMS basiert auf dem weit verbreiteten SIP-Standard für Multimediadienste, insbes. VoIPdas SIP Protokoll standardisiert die aus dem GSM/UMTS bekannten Konzepte des HLR, etc., für das Internet, insbes.
RegistrierungRoutingetc.
3.149Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
IMS Architektur
mehr zu IMS, z.B.: http://www.mobilein.com/what_is_IMS.htm
3.150Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SIP Funktionsweise, Registrierung
3.151Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation
3. Zellulare Netze
SIP Funktionsweise, Anruf
mehr zu SIP, z.B.: http://www.iptel.org/sip/siptutorial.pdfund in Mobilkommunikation II