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Entwicklungstrends im Mobilfunk - von 3G-Technologien zu EASY-C
Ersteller: Dr.-Ing. Axel SchulzDatum: 09. Mai 2008
ITG-Fachgruppe 5.2.1
Vortrag im Rahmen des FG521 Workshop
FH Jena, 09.05.08
09. Mai 2008Seite 2Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Agenda
1. Kurzvorstellung
2. historische Entwicklung im Mobilfunk
3. aktuelle Entwicklungen im Mobilfunk
4. Vergleich LTE vs. mobile WiMAX
5. Datenrate vs. spektrale Effizienz
6. EASY-C als Projekt "Beyond LTE"
7. Zusammenfassung
09. Mai 2008Seite 3Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
RadebeulDüsseldorf
Niederlassungsstruktur der VF D2 GmbH
09. Mai 2008Seite 4Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Regionalstruktur der Niederlassung Ost
Niederlassung Radebeul
Regionalteam Leipzig
Regionalteam Erfurt
Netzbetrieb Dresden
CallcenterBautzen
09. Mai 2008Seite 5Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Teilnehmer A
Einführung der kommerziellen Telefonie seit 1877
Teilnehmer B
- Verbindung wird permanent durchgeschaltet- Teilnehmer zahlt für Dauer der Verbindung
09. Mai 2008Seite 6Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Erhöhung der Kapazität durch Raum-Diversity
SDM: Space Divison Multiplex
Raum
SDM
„Fräulein vom Amt“
09. Mai 2008Seite 7Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
mehrere Kanäle je Leitung durch Trägerfrequenzen
Frequenz
f1f2 f3
fn
fn-1
Erhöhung der Kapazität durch das Trägerfrequenzverfahren
09. Mai 2008Seite 8Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Kombination von Zugriffsverfahren
SDM: Space Divison Multiplex
FDM: Frequency Division Multiplex
Raum
SDM
Frequenz
FDM
Mobilfunk 1. Generation
09. Mai 2008Seite 9Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Mobilfunknetze der1. Generation, z.B.A-, B- oder C-Netz:
Nutzung einer Träger-frequenz je Gesprächs-kanal
Frequenz
f1f2 f3 fn
fn-1
Mobilfunknetze der2. Generation, z.B.D- oder E-Netze:
„Unterteilung“ jederTrägerfrequenz inZeitschlitze
Erhöhung der Kapazität durch dasZeitmultiplexverfahren
09. Mai 2008Seite 10Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
F/TDMA
FDMA
CDMA
Leistungsdichte
Kanalzugriffsverfahren (schematisch)
09. Mai 2008Seite 11Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Raum
SDM
Frequenz
FDM
Zeit
TDM
SDM: Space Divison Multiplex
FDM: Frequency Division Multiplex Mobilfunk 1. Generation
TDM: Time Division Multiplex Mobilfunk 2. Generation
CDM: Code Division Multiplex Mobilfunk 3. Generation
WDM: Wavelength Division Multiplex
(„optical“ FDM)
„Fräulein vom Amt“Mobilfunk 2. Generation
Mobilfunk 1. Generation
Kombination von Zugriffsverfahren
09. Mai 2008Seite 12Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Luftschnittstelle
Infrarot
Bluetooth
Kabel
CSD 9,6...14,4 kBit/s
HSCSD 28,8…57,6 kBit/s
GPRS 25 ... 56 kBit/s
EDGE 100...200 kBit/s
UMTS 144...384 kBit/s
HSDPA 1,8…28,8 MBit/s
LTE / mobile WiMAX ???
Schnittstelle zum Nutzer
Stand der Entwicklung im kommerziellen Mobilfunk
2G3G
4G
09. Mai 2008Seite 13Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Entwicklung des Bedarfs an Bandbreite
Zusatzdienste/Applikationen
Basisdienste
Technologien
Standard
Beispiel 1:
Fax
Daten (cs)14,4 kBit/s
GSM
2 G
Beispiel 2:
MMS
Daten (po)50 kbit/s
GPRS
2,5 G
Beispiel 3:
Video download
UMTS
3 G
Daten (po)384 kbit/s
09. Mai 2008Seite 14Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
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2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Western Europe
Exponentielles Datenwachstum
Network traffic(Exabyte-overall network)
YouTube umfasst heute 10% des gesamten Internet-Datenverkehrsentspricht Gesamt-Internet-Datenvolumen des Jahres 2000
1) Source: readwriteweb.com
ADSL ADSL2+ VDSL
09. Mai 2008Seite 15Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Ausblick 2020
?
Festnetz- und Mobilfunk-Verkehr in Summeumfasst ein ca. 200-fach höheresGesamtvolumen gegenüber heute
Eine nur geringe Verschiebung der Anteile zugunsten des Mobilfunkverkehrs bedeutet eine erhebliche Zunahme derVerkehrslast …
• Datenverkehr und Nutzerzahl wächst jährlich um ca. 11%
• selbst die Halbierung dieser Wachstumsprognosebedeutet eine Verdopplung des Datenverkehrs und der Nutzerzahl bis 2020
• Die DSL-Penetration liegt bei ca. 100% Verdopplung gegenüber heutigem Niveau
09. Mai 2008Seite 16Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
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Western Europe
Optionen zur Erhöhung der Netzkapazität
6 statt 3 Sektoren pro Standort
Aufrüstung auf dritten3G-Träger zusätzlicherSpektrumsbedarf
Anspruch an Standort-AkquisitionAnspruch an baulicheUmsetzung
31 2
Dritter 5 MHz-Träger (3G)Higher Order Sectorisation Verdichtung durch Neubau
09. Mai 2008Seite 17Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Vergleich LTE vs. mobile WiMAX 1(3)
LTE ist FDD-basiert, d.h. Nutzung von gepaartem Spektrum für UL bzw. DLmobile WiMAX ist TDD-basiert
ca. 1/3 höhere DL-Datenrate für LTE beiNutzung vergleichbarer Resourcen
Continuous transmissionat separate DL/UL frequency
Partial transmissionat DL/UL shared frequency
Uplink / Downlink Nutzersicht
LTE
mobileWiMAX
LTE
mobileWiMAX
User dataSignaling data
Signaling dataUser data
Quelle: R. Klüber, Vodafone D2 GmbH
09. Mai 2008Seite 18Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Computers (with Communication)
Sell goods, subsidise services
Broadband bit pipes
Best effort
Internet architecture
TDD radio technologies
LTE
• (Smart) Phones
• Sell services, subsidise goods
• Value added services
• Reliable and secure
• Telecoms architecture / interworking
• FDD radio technologies
IEEE 802.16
IT Community Telecom Community
•
•
•
•
•
•
Vergleich LTE vs. mobile WiMAX 2(3)
Quelle: Prof. Mike Walker, Vodafone Group R&D
09. Mai 2008Seite 19Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Long TermEvolution
maßgeblicher Einfluß durch China’s Technologie-Entscheidung
Vergleich LTE vs. mobile WiMAX 3(3)
09. Mai 2008Seite 20Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Evolution:Optimierung, Spezialisierung, Selektion
09. Mai 2008Seite 21Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Ausblick: „Beyond LTE“ 1(2)
???EDGE HSPAHSCSD
LTEGPRS UMTSCSD
4G3G2G
„EASY-C“
09. Mai 2008Seite 22Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
0,1 0,3 0,51,2
3
12
0
2
4
6
8
10
12
GSM EDGE HSPA LTE EASY-C Theory
bit/s/Hz/cell
Performance Gap
Bps/Hz/Cell
Ausblick: Beyond LTE“ 2(2)
Quelle: Prof. Gerhard Fettweis, Vodafone Chair
09. Mai 2008Seite 23Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Backhaul-Infrastrukturzwischen den Standorten
gleichzeitige Terminal-Detektiondurch mehrere Basisstationen
Kooperationsverfahren zur Kapazitätserhöhung
• “Distributed MIMO” –einvielversprechenderWeg zur Erhöhungder Uplink-Kapazität(und Coverage)
ABER
• erkauft um den Preiseiner wesentlichhöherenFestnetzkapazität
09. Mai 2008Seite 24Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Easy–C-Projekt: Testbed für neue Technologien 1(2)
• finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung
• gemeinsame Projekt-Leitung durch Vodafone D2 GmbH und Deutsche Telekom
• gemeinsame Koordination durch Vodafone Stiftungslehrstuhl, Prof.Fettweis und Heinrich-Hertz-Institut Berlin, Prof. Boche
• Testbed in Dresden and Berlin• basierend auf heutigen LTE- und WiMAX-Technologien
• spezielle Tests für “Distributed MIMO” und andere Verbesserungen
• Projekt-Teilnehmer:
http://www.easy-c.de/
09. Mai 2008Seite 25Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Rosenheim
Dresden
Nürnberg
UlmStuttgart
Darmstadt
Paderborn
Bonn
Berlin
München
Aachen
Mainz
Easy–C-Projekt: Testbed für neue Technologien 2(2)
09. Mai 2008Seite 26Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Testbed Dresden 1(3)
• Lieferant für die Testbed-Basisstationen und Endgeräte: Signalion
• Verbindungslinks der Standorte untereinanderüber Motorola Canopy Richtfunk mit 300MBit/spro Link
• Phase 1: ein Standort, 3 Zellen
• Phase 2: Sternstruktur mit 5 weiteren Standorten (18 Zellen)
• Phase 3: Installation zusätzlicher Standorte zurInterferenz-Simulation
Vodafone-Standorte
T-Mobile-Standorte
Phase 1 Phase 2 Phase 3
© Google Earth
09. Mai 2008Seite 27Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Testbed Dresden 2(3)
Nutzen:
• Erwerb von Schlüsselkenntnissen in dermobilen Telekommunikation für den Forschungsstandort Deutschland
• zeitlicher Entwicklungsvorsprung fürIndustriestandort Deutschland
• zukünftige Standardisierung beruht auf evaluierter Technologie
• Investitionsschub durch beteiligteProjektpartner
Vodafone-Standorte
T-Mobile-Standorte
Phase 1 Phase 2 Phase 3
© Google Earth
09. Mai 2008Seite 28Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Testbed Dresden 3(3)
Vodafone-Standorte
T-Mobile-Standorte
Phase 1 Phase 2 Phase 3
© Google Earth
Schlussfolgerungen:
• EASY-C verfügt über eine weltweit einzigartigeTest-Plattform
• Deutschland hat die Chance auf eineFührungsposition in der Entwicklung mobilerKommunikationstechnologien
• perspektivisch Wachstumschancen fürdeutsche Industrie
09. Mai 2008Seite 29Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH
Zusammenfassung
• Weiterentwicklung von HSPA Wettbewerbsfähigkeit bis zurwahrscheinlichen Einführung von LTE und/oder WiMAX
• erste Ansätze und Ideen im Bereich der Grundlagenforschung( EASY-C) zur Verbesserung der z.Z. in Standardisierungbefindlichen 4G-Technologien LTE und WiMAX auf Basis “Distributed MIMI”, Modulations- und Kodierverfahren
LTEIEEE
802.16 ?
Erhöhung der Uplink-Kapazität durch Kooperationsverfahren
Höhere Datenraten erfordern Verdichtung und zus. Spektrum
zus. Netzkapazität und Netzabdeckung erfordern weitereNetzverdichtung auf Basis kleinzellularer Strukturen
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