Zellulare Netze - user.informatik.uni-goettingen.deuser.informatik.uni-goettingen.de/~elanmk/mobkomI/material/ss09/... · 3. Zellulare Netze Generationen Generation 0 (0G): Rufzonen,

Zellulare Netze

Generation 1 (1G)Generation 2 (2G)Generation 2.5 (2.5G)Generation 3 (3G)Generation 4 (4G)

3. Zellulare Netze

GeschichteGeschichte

Mobilfunk: Übertragung von Signalen und Nachrichten zwischen Sender und Empfänger per Funk. Mindestens einer davon ist beweglich (MS = Mobilstation, „Handy“)

Anfänge des Mobilfunks reichen bis in die 20er Jahre! Anfänge des Mobilfunks reichen bis in die 20er Jahre! Öffentliches Funktelefon in der Reichsbahn

1946 erstes Mobiltelefon in den USA: 18 kg, 8 min. Akku 1957 wurde in Deutschland das erste Mobilfunknetz in Betrieb

genommen, das sog. A-Netz, handvermittelt, 137 Rufzohnen 1972 Inbetriebnahme des B-Netzes selbstvermittelt aber 1972 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)

3.2Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation

3. Zellulare Netze


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 2001 1981 C Netz in Deutschland, bis 1.1.2001 1982 erste Arbeiten an digitaler Mobilfunktechnik, die neue

Dienste effizient ermöglicht (SMS, Rufumleitung, …), Groupe S é i l M bil (GSM)Spéciale Mobile (GSM)

1987 wurden die daraus resultierenden Ergebnisse von 18 Staaten in Form des "Memorandum of Understanding" gunterzeichnet. 1988 wurden die Standards vom europäischen Institut ETSI übernommen, und fortan weiterentwickelt2G (2. Generation)2G (2. Generation)

1992 erste GSM-Netze 1993 bereits über 1.000.000 Teilnehmer


3. Zellulare Netze


1998 GSM 1800 1999 Wireless Application Protocol (WAP) 1999 HSCSD 2000 GPRS G ti 2 5 (2 5G) 2000 GPRS, Generation 2.5 (2.5G) 25.9.2002 Erste Inbetriebnahme eines 3G-Netzes in Europa

(UMTS) in Österreich( ) Kapazität des UMTS-Netzes der österreichischen Mobilkom

beträgt bei Datenübertragung 384 kbps bei Video-Calls 664 kbpskbps

Dezember 2006 NTT DoCoMo nimmt 4G Testnetz in Yokosuka in Japan in Betrieb. Transferrate von 2,5 Gigabit pro Sekunde.

Februar 2007 Feldversuch mit 100 Gigabit/s bei 10 km/h 4G-Netze auf Basis LTE (Long Term Evolution) in 2010/11


3. Zellulare Netze

GenerationenGenerationen

Generation 0 (0G): Rufzonen, kein Handover

Generation 1 (1G): Analog, einheitliche Rufnummer

Generation 2 (2G): Digital Generation 2.5 (2.5G): Datenübertragung Generation 2.5 (2.5G): Datenübertragung

Generation 3 (3G): Breitbandig digital

Generation 4 (4G): Vollständig IP basiert, breitbandig

etc.


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Histore von 1GHistore von 1G

Anfang der 80er Jahre War nicht der Beginn der Mobilkommunikation Aber Beginn zellularer Mobilkommunikation mit Handover

zwischen Zellen und Roamingg Kapazität von 1G war erheblich größer, als frühere Systeme

(z.B. A- und B-Netz in Europa), wg. SDMA Analoge Übertragungstechnik für Nutzkanäle i d R Analoge Übertragungstechnik für Nutzkanäle, i.d.R.

ausschließlich Sprache Digitale Signalisierung bei leitungsvermittelter Wählverbindung K i d i t St d d Kein dominanter Standard:

Nordic Mobile Telephone NMT-450 und NMT-900 Total Access Communication System (TACS) Advanced Mobile Phone Services (AMPS) C-Netz (Deutschland) Radiocomm 2000 (Frankreich)


( )

Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

NMT 450 Nordic Mobile TelephoneNMT 450 Nordic Mobile Telephone

weit verbreitetes analoges Netz in (Nord-) Europa, später auch z.B. Osteuropa Schweiz Indonesien ThailandOsteuropa, Schweiz, Indonesien, Thailand

im 450 MHz-Band (gibt auch 900 MHz Variante)(g )

180 Kanäle á 25 kHz


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

Advanced Mobile Phone Services (AMPS)Advanced Mobile Phone Services (AMPS)

U.S. Standard im 800 MHz-Band, auch Südamerika, Ferner Osten, Australien und Neuseeland

Dominierender Standard im US Markt fast alle Netzbetreiber Dominierender Standard im US-Markt, fast alle Netzbetreiber nutzten diesen Standard

Erfolgsrezept: Massenproduktion von Netzequipment Von AT&T in den 70ern entwickelt Trotz Nutzung eines einheitlichen Standards, kein Roaming

zwischen den hunderten Netzen in den USA aus technischenzwischen den hunderten Netzen in den USA aus technischen Gründen bis Mitte der 90er

Nutzer zahlt eingehende und ausgehende Anrufe


Generation 1 (1G)

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Total Access Communication System (TACS):Total Access Communication System (TACS):

britischer Standard, aber auch Mittlerer Osten und Südeuropa, JapanJapan

basiert auf AMPS im 900 MHz-Band


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

C-Netz (Deutschland)C Netz (Deutschland)

Allgemeine Eigenschaften Einrichtungsbeginn:1981 Einsatzgebiet: Deutschland Einsatzgebiet: Deutschland Endkapazität: ca. 500000 Teilnehmer Vorwahlnummer: 0161 (wird seit der Auflösung für D1 verwendet) Auflösung: 01.01.2001


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

C-Netz (Deutschland)C Netz (Deutschland)

Technische Eigenschaften Übertragung: Sprach- und Datensignale werden durch Komprimierung

gleichzeitig übertragengleichzeitig übertragen Sprachsignale analog, 300 bis 3400 Hz Frequenzbereich von der Basisstation zum Teilnehmer (Überband):

461 30 bis 465 74 MHz461,30 bis 465,74 MHz Frequenzbereich vom Teilnehmer zur Basisstation (Unterband):

451,30 bis 455,74 MHz Duplexabstand: 10 MHz Kanalabstand: 20 kHz (222 Kanäle) Ausgangsleistung des Senders: 5 mW bis 15 W Ausgangsleistung des Senders: 5 mW bis 15 W


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

Zellen-Cluster im C-NetzZellen Cluster im C Netz

Radius 2 km - 20 km


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

Übertragungstechnik im C-NetzÜbertragungstechnik im C Netz

Sender teilt die Sprachsignale (S) in Blöcke mit jeweils 12,5 ms ein

Durch Komprimierung der Blöcke Durch Komprimierung der Blöcke entstehen Zeitschlitze zwischen den Blöcken mit ca. 1,1 ms

In den Zeitschlitzen werden In den Zeitschlitzen werden Datensignale (D) zur Steuerung, z.B. Handover, untergebracht

Empfänger trennt die Empfänger trennt die Sprachsignale und Datenblöcke wieder voneinander, und dekomprimiert das Sprachsignaldekomprimiert das Sprachsignal


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

ÜbertragungswegÜbertragungsweg

Schon in der ersten Generation: den kleinsten Teil der Übertragungsstreckewird ein Mobilfunk Gespräch über Funk geführt

Handynutzer

wird ein Mobilfunk-Gespräch über Funk geführt

HandynutzerZugangsnetzLuftschnittstelle

Kernnetz

Kernnetz

Handynutzer

Festnetztelefon

Gateway


Generation 1 (1G)

3. Zellulare Netze

Zweite Generation zellularer Netze (2G)Zweite Generation zellularer Netze (2G)

Digitale Übertragungstechnik für Nutzkanäle und Signalisierung Höhere Kapazität, breiteres Frequenzspektrum Hierarchische Zellstruktur: Makro- Mikro- und Picozellen Hierarchische Zellstruktur: Makro , Mikro und Picozellen


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Haupt-Standards für die 2 GenerationHaupt Standards für die 2. Generation

Global System for Mobile Communication (GSM) Digital AMPS (D-AMPS) IS-95 P l Di it l C ll l (PDC) Personal Digital Cellular (PDC)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM (Global System for Mobile Communications)

GSM ist das erfolgreichste 2G-System mit einem weltweiten Anteil

GSM (Global System for Mobile Communications)

von etwa 70% 1982: CEPT gründet Group Spéciale Mobile (GSM) 1988 Zeigen erste Versuche dass GSM funktionieren könnte 1988 Zeigen erste Versuche, dass GSM funktionieren könnte 1989 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 1992 Inbetriebnahme erster Netze


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM

1993 bereits mehr als eine Million Teilnehmer

GSM

1993 erste Implementierung außerhalb Europas (Australien, Hongkong, Neuseeland)

z Zt ca 3 700 000 000 Teilnehmer (ca 87 Mio in Deutschland) z.Zt. ca. 3.700.000.000 Teilnehmer (ca. 87 Mio. in Deutschland)http://www.gsmworld.com

weltweite Abdeckung: http://www.gsmworld.com/roaming/gsminfo Digitales Netz größtenteils im 900, 1800 und 1900 MHz Band In Deutschland T-Mobile, Vodafone, E-Plus, O2 R i “ V t ä h d hi d GSM N t „Roaming“-Verträge machen aus den verschiedenen GSM-Netzen

ein einziges großes Netz Es sind auch 400 MHz und 800 MHz Varianten standardisiert, um ,

z.B. freiwerdende Frequenzen von NMT-450 wieder verwenden zu können


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM Beispiel: Netzabdeckung in China 2009GSM – Beispiel: Netzabdeckung in China 2009

China MobileChina Mobile

Quelle: GSM Association


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM – Beispiel: Netzabdeckung in den USA 2009GSM Beispiel: Netzabdeckung in den USA 2009AT&T Mobility



Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM – Beispiel: Netzabdeckung in Mexico 2009GSM Beispiel: Netzabdeckung in Mexico 2009

Radiomovil



Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM Beispiel: Netzabdeckung in DeutschlandGSM – Beispiel: Netzabdeckung in Deutschland

E-Plus



Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM SystemarchitekturGSM Systemarchitektur

Festnetz, z.B.BSC

VLR HLR

ISDNBSC(G)MSC

Core Network

BTS

Core Network(CN)

Base Station Subsystem (BSS) =Radio Access Network (RAN)


Radio Access Network (RAN)Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - KomponentenGSM Komponenten

Mobile Station

max Sendeleistung beträgt 2 20W

MSMobile Station

max. Sendeleistung beträgt 2-20W Eine MS funktioniert nur mit SIM (Subscriber Identification Module):

„Smart-Card“ mit Memory-Chip„ y p Identifiziert den Teilnehmer im Netz Kann persönliche Daten speichern, z.B. häufig benutzte

TelefonnummernTelefonnummern Kann durch eine PIN geschützt werden


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Komponenten

Base (Transceiver) Station

GSM Komponenten

Ist das Gegenstück zur MS

BTSBase (Transceiver) Station

Ist das Gegenstück zur MS Befindet sich i.d.R. in der Mitte einer Zelle


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Komponenten

Base Station Controller

GSM Komponenten

Überwacht und kontrolliert mehrere BTS

BSCBase Station Controller

Überwacht und kontrolliert mehrere BTS Frequenzallokation Handoverfunktionen zwischen Zellen


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Komponenten

(Gateway) Mobil Switching Center

GSM Komponenten

S h itt t ll F t t

(G)MSC( y) g

Schnittstelle zum Festnetz Komplette Vermittlungsanlage mit allen Routingfunktionalitäten für

Gespräche vom Festnetz zur MS und umgekehrtp g Enthält wichtige Daten über individuelle MS


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Komponenten

Home Location Register

GSM Komponenten

Ist das Zuhause“ einer MS (bzw SIM)

HLRHome Location Register

Ist das „Zuhause einer MS (bzw. SIM) Enthält die Daten aller beheimateten MS Permanente Daten:

IMSI (International Mobile Subscriber Identification Number) (Nicht identisch mit der Telefonnummer)

Authentifizierungsschlüssel Authentifizierungsschlüssel die Zusatzdienste des Mobilnehmers (z.B. Anrufweiterleitung)

Temporäre Daten, z.B.: Adresse des gegenwärtigen VLR Zieladresse bei Anrufweiterleitung


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Komponenten

Visitor Location Register

GSM Komponenten

Enthält alle relevanten Daten einer MS im Bereich eines GMSC

VLRVisitor Location Register

Enthält alle relevanten Daten einer MS im Bereich eines GMSC Permanente Daten sind die gleichen wie die im HLR Temporäre Daten sind etwas anders:p

TMSI (Temporäre MSI), um nicht immer die IMSI über die Luftschnittstelle zu übertragen (Datenschutz)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Frequenzallokation GSM 900Frequenzallokation GSM 900

35 Mhz Band = 175 200 Khz Kanäle 8 Benutzer pro Kanal (Time slots) 880 - 915 Mhz (uplink) 8 Benutzer pro Kanal (Time slots)

925 - 960 Mhz (downlink)

K l 44891,0 Mhz

Kanal 45891,2 Mhz

...

890,6 MhzKanal 43

890,8 MhzKanal 44

,

...


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Frequenzallokation GSM 1800Frequenzallokation GSM 1800

1710 - 1785 Mhz (uplink)

1805 1880 Mh (d li k)1805 - 1880 Mhz (downlink)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM – TDMA Verfahren

Zugriff auf einen Frequenz-Kanal ist nur zu bestimmten periodischen Zeitpunkten gestattet

GSM TDMA Verfahren

periodischen Zeitpunkten gestattet

Jede MS hat einen Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen

MS A

6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 10

MS A

TDMA-Rahmen4,615 ms


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM – TDMA Verfahren

Einer MS werden in GSM für Uplink und Downlink die gleichen TDMA-Schlitze zugeordnet wobei die Rahmen allerdings um 3

GSM TDMA Verfahren

TDMA-Schlitze zugeordnet, wobei die Rahmen allerdings um 3 Schlitze verschoben sind. Vorteile: kein gleichzeitiges Senden und Empfangen notwendig, einfache

A tAntenne weniger Energiebedarf geringere Kosten

Time Division Duplexp0 1 2 3 4 5 6 7 10 2 3 downlink

6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 5 uplink


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM Datenstoß (Burst)

Auf- und Abbau der Antennenenergie erfolgt im Mikrosekundenbereich


dB

+4

6-6

-3030

-70(147 bits)

28 s 28 s542.8 s


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM Datenstoß (Burst)GSM Datenstoß (Burst)

Struktur eines normalen DatenstoßesStruktur eines normalen Datenstoßes ("Normal Burst") in einem Zeitschlitz:

CodierteDaten57 Bits

CodierteDaten57 Bits

TrainingSequenz26 Bits

T3

T3

S1

S1

GP8,25

148 Bits = 546.12 s

T (Tail Bits)S (Signalling/User Data)( g g )GP (Guard Period)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze


Für die GSM-Zeitschlitzübertragung sind 5 Datenformate definiert,


g gdie man als Übertragungsbursts bezeichnet


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Logische KanäleGSM Logische Kanäle

Nutzkanäle

Die Nutzkanäle stehen dem Benutzer zur Übertragung von Spracheoder Daten zu Verfügung.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.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. g gTCH/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. gTCH/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. Zellulare Netze


Signalisierungskanäle g g

Man unterscheidet

- Funkkontrollkanäle (BCH - Broadcast Channel),

- allgemeine Kontrollkanäle (CCCH - Common Control Channel)- allgemeine Kontrollkanäle (CCCH - Common Control Channel)

- gewidmete Kontrollkanäle (DCCH - Dedicated Control Channel) mitgeordneten Kontrollkanälen (ACCH Associated Control Channel)zugeordneten Kontrollkanälen (ACCH - Associated Control Channel).

Siehe z.B. http://www.boeschatt.at/Mobil/mobilfunk_html.php?gsm_glossar.php


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze


Signalisierungskanäle - Funkkontrollkanäleg g

Die Funkkontrollkanäle dienen der Übertragung der physikalischen Informationen zum Aufsynchronisieren und der zellspezifischen Daten von der Basisstation zur y pMobilstation 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 fühführen. SCH: Synchronisation Channel (Synchronisations-Kanal), über diesen sendet die Basisstation der Mobilstation erste Informationen zur zeitlichen Aufsynchronisation auf das Netzwerk


auf das Netzwerk. Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze


Signalisierungskanäle - allgemeine Kontrollkanäle g g g

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 ( g ) gKanal 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. Zellulare Netze


Signalisierungskanäle - gewidmete Kontrollkanäle g g g

Die gewidmeten Kontrollkanäle sind für eine Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation vorgesehen.g

SDCCH: Stand alone dedicated control channel ("alleinstehender" gewidmeter Kontrollkanal), über den SDCCH kommunizieren sowohl Basisstation als auchKontrollkanal), 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, ) g , ,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. Zellulare Netze

GSM – RahmenhierarchieGSM Rahmenhierarchie


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Beispiel für die Synchronisation

Synchronisation einer MS mit dem Netz (Vorgang dauert 2-20 Sekunden) BTS t t i FDMA K l l B i k l ( i k l tt 200kH

GSM Beispiel für die Synchronisation

BTS nutzt einen FDMA-Kanal als Basiskanal (ein komplettes 200kHz Frequenzband)

BTS sendet auf dem Basiskanal mit hoher Energie, d.h. jeder TDMA-“ S ß fRahmen wird mit einem „Dummy“-Stoß gefüllt. Daher ist der Basiskanal

leicht zu finden In 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 ( y ) y ( )Informationen lesen, die die BTS permanent auf dem Basiskanal sendet: Synchronisationsmuster der Zelle wie kann die BTS angesprochen werden (Frequenz, Zeitschlitz) Netzbetreiber (D1, D2, ...) Lokation der Zelle (neues VLR? Wenn ja -> Registrierungsprozedur)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM – Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)GSM Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)

Channel request

MS BTS BSC MSC VLR HLR

Channel request

Channel activation command

Channel Activation acknowledge

Channel assignment

Location update request

Authentication requestAuthentication requestAuthentication response


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)GSM Aufenthalts Aktualisierung (Location Update)

MS BTS BSC MSC VLR HLR

Comparison ofComparison of Authentication parameters

Assignment of the new area and the TMSI

Acknowledgement of the new area and the TMSInew area and the TMSI

Entry of the new area and TMSI into VLR and HLR

Channel release


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Anrufaufbau - Mobil-Originating-Call (MOC)GSM Anrufaufbau Mobil Originating Call (MOC)

Channel request

MS BTS

Channel request

Channel assignment

Call establishment request

A th ti ti tAuthentication 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. Zellulare Netze

GSM - Anrufaufbau - Mobil-Originating-Call (MOC)GSM Anrufaufbau Mobil Originating Call (MOC)

MS BTS

Assignment of a traffic channel for theAssignment of a traffic channel for the user data

Assignment complete, from now on all messages are exchanged on traffic channelmessages are exchanged on traffic channelAlerting, the called number is not busy and the phone is ringing

Connect the called party accepted the callConnect, the called party accepted the call

Connect acknowledge, now the call is active and both parties can talk to each other

Exchange of speech dataExchange of speech data


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Handover

W i i h l MS i Z ll ä h b

GSM Handover

Wenn eine eingeschaltete MS von einer Zelle zur nächsten bewegt wird, findet eine Handover-Prozedur statt

BTS teilt der MS auf dem Basiskanal eine Liste mit Kanälen von Nachbarstationen mit

MS i t tä di d Si l l di K äl MS misst ständig den Signalpegel dieser Kanäle

Die Pegel der eigenen Zelle und die der Nachbarzellen werden Die Pegel der eigenen Zelle und die der Nachbarzellen werden periodisch der BTS zurückgemeldet

Wenn sich Handover anbietet, wird es durchgeführt


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - HandoverGSM Handover


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Handover

Es gibt verschiedene Arten von Handover

GSM Handover

BTS 2BTS 1

BSC


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Handover

Falls MSC1 und MSC2

GSM Handover

Falls MSC1 und MSC2 unterschiedlichen Netzbetreibern gehören, ist ein spezieller Vertrag ( Roaming“ Abkommen) zwischenBTS 2BTS 1 („Roaming -Abkommen) zwischen diesen nötig, in dem Abrechnungsmodalitäten für fremde SIM d fi i t i d Übli h T if d

BTS 2BTS 1

SIMs definiert sind. Üblich: Tarif des eigenen Netzes + 25% Aufschlag. Erst durch „Roaming“ ist GSM europäisch,

BSC 1 BSC 2

bzw. international. Z.B. kein „Roaming“ zwischen D1 und D2, aber zwischen D1 und SFR (Frankreich) und D2 und SFR. MSC 1 MSC 2 ( )SFR Abonnenten können also D1 und D2 nutzen.

MSC 1 MSC 2


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - HandoverGSM Handover


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - DiensteGSM Dienste

Trägerdienste (Bearer Services) Übertragungen von sogenannten leitungs- und paketvermittelten Daten

zwischen dem mobilen Netzbenutzer und dem Festnetzzwischen dem mobilen Netzbenutzer und dem Festnetz Teledienste (Telematic Services) Basisdienste zw. Endgeräten

Sprachübertragung full rate 13 kBit/s half 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 Telefax Gruppe 3 und 4

Zusatzdienste (Supplementary Services), ähnlich zu ISDN


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Zusatzdienste (Supplementary Services)

Dienste zwischen Endgeräten, z.B.

GSM Zusatzdienste (Supplementary Services)

e ste sc e dge äte , Call forwarding (busy, not reachable, no answer) Call barring (all calls, international calls, incoming calls) Calling/connected line identity presentation Calling/connected line identity restriction Call waiting Call waiting Call hold Multiparty communicationp y Closed User Group Advice of charge Unstructured supplementary services data Operator-determined barring Call completion to busy subscriber


Call completion to busy subscriberGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - SMS

Der häufige SMS-Gebrauch von Jugentlichen führt nach einer

GSM SMS

g genglischen Studie zu einem zunehmenden Verfall der Grammatik- 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 used to go to New York to see my brother his girlfriend and their threeto go to New York to see my brother, his girlfriend and their three screaming kids face to face. I love New York, it´s a great place."


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Einführung ISMS Einführung I

SMS = Short Message Service

(Text-) Kurznachrichten für Mobiltelefone (Handy) Anbindung von PC FAX u a über Gateways Anbindung von PC, FAX u.a. über Gateways Empfangen 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


gGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Einführung IISMS Einführung II

Erste „Killerapplikation“ für Mobilfunk-Datenkommunikation

Integration mit E-Mail, Voice-Mail, Fax über Mehrwertdienste des Mobilfunkbetreibers (Unified Messaging)Mobilfunkbetreibers (Unified Messaging)

In Europa sehr verbreitet, insbesondere Deutschland (ca. 23 p , (Milliarden SMS pro Jahr allein in D)

Mittl il h i A ik h lä Mittlerweile auch in Amerika auch populär


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - AnwendungenSMS Anwendungen

Persönliche Kommunikation Terminabsprachen, Grüße, Smalltalk

SMS-Infodienste Börsendaten, Wetter, Sportergebnisse, Staumeldungen, etc. Abonnement von regelmäßig erscheinenden Meldungen zu bestimmten Themen In der Regel kostenpflichtigg p g

Unified Messaging E-Mail SMS E Mail SMS

Chat-Dienste Diskussionsforen zu bestimmten Themen Diskussionsforen zu bestimmten Themen

Steuer- und Regelsysteme


Steuerung von Computern und MaschinenGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS – Anwendungen Beispiel

Die Steckdose mit Handy - das Handy mit Steckdose,

SMS Anwendungen, Beispiel

von 'aussen' steuerbar mit jedem Festnetz- oder Mobiltelefon

z.B.- Heizung - Rechner am Arbeitsplatz p- Alarmanlage

OFF! sofortiges Ausschalten der Steckdose gON! sofortiges Einschalten der Steckdose RESET! Reset auslösen (Steckdose ausschalten –

10 Sekunden warten - einschalten) Status? Status - SMS an den Absender veranlassen

Befehle immer mit Passwort, z.B. 1357 ON!


3. Zellulare Netze

SMS - Nachrichtenlänge / ZeichensatzSMS Nachrichtenlänge / Zeichensatz

Nachrichtenlänge 140 Oktetts = 160 Zeichen in 7-Bit Kodierung u.U. Einschränkung durch den Mobilfunkbetreiber

Zeichensatz Buchstaben, Ziffern und einige Sonderzeichen Unterscheidung Groß/Klein-Schreibung Bestimmte Mobiltelefone können auch einfache Grafiken und

Klingeltöne als SMS-Nachricht senden/empfangeng p g


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - NetzaufbauSMS NetzaufbauSender Zugang

Versandweg Empfänger

SMSC NotebookSMSC

Internet

NotebookNotebook

Handy/GSM-Modul Handy/GSM-Modul

PCE-Mail

Gateway

Fax/Sprache


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Zentrale ISMS Zentrale I

SMSC = SMS Center

Zwischenspeicherung von SMS, falls Empfänger gerade nicht erreichbar isterreichbar ist

Erweiterte Funktionalität (abhängig von Mobilfunkanbieter und ( g gMobiltelefon-Typ) Maximale Speicherdauer Quittierungsanforderung: Zustellung einer SMS wird durch eine Antwort Quittierungsanforderung: Zustellung einer SMS wird durch eine Antwort-

SMS an den Absender bestätigt Steuercodes: erweiterte SMS-Funktionalität der SMS-Zentrale, z.B.

St t bf Statusabfrage Sendezeit, etc.


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Zentrale IISMS Zentrale II

Store & Forward-Einrichtung (Speichern und Weiterleiten) Akzeptiert Kurzmitteilungen verschiedenster Herkunft

Modem, andere digitale Terminals, andere SMSC, Internet Speichert die zu sendenden Kurzmitteilungen so lange bis diese Speichert die zu sendenden Kurzmitteilungen so lange, bis diese

erfolgreich an das mobile digitale Empfangsterminal gesendet werden konnten

Es existiert eine maximale Zeitspanne, die beschreibt, wie lange Kurzmitteilungen im Speicher der SMSC gehalten werden

Sollte die SMSC nicht in der Lage sein die Kurzmitteilung sofort zu Sollte 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 Wochen

Üwerden bei Überschreitung des Zeitlimits die Kurznachrichten gelöscht Es wird kein weiterer Versuch unternommen, dem Empfänger die


, p gBotschaft zu übermitteln Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - GatewaySMS Gateway

Gateway allgemein:Verbindungsrechner zwischen heterogenen Datenverarbeitungs-Netzen

SMS-Gateway: Wandlung der Nachrichtenart

SMS E-Mail Weiterleitung in das zugehörige Netz

GSM InternetGSM Internet Gehört zur Infrastruktur des Mobilfunk-Anbieters


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - KonvertierungSMS Konvertierung

Erfordert i.d.R. die Freischaltung durch den Mobilfunkanbieter (über spezielle SMS-Meldung)

z.T. kostenpflichtig

Möglichkeiten: SMS E-Mail E-Mail SMS SMS Fax SMS Sprache SMS Sprache


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Allgemeine InformationenSMS Allgemeine Informationen

Die erste Textnachricht wurde 1992 versendet

GSM Netzbetreiber: ca. 1000 (Nov 2008) Lä d it GSM S t 220 (N 2008) Länder mit GSM-System: ca. 220 (Nov 2008) GSM Kunden: ca. 3000 Mio. (Nov 2008) SMS Nachrichten in D pro Monat: 2 Mrd (Nov 2008) SMS Nachrichten in D pro Monat: 2 Mrd. (Nov 2008) SMS Nachrichten in E pro Monat: 12 Mrd. (Mai 2006)

23% der mobilen Kunden (weltweit) nutzen SMS mehr als 1x pro Tag davon sind

55% 18 Jahre alt oder jünger 55% 18 Jahre alt oder jünger


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Historische Entwicklung ISMS Historische Entwicklung I

1992 Anfangs nur Textnachrichten mit maximaler Länge von 160 Zeichen

möglich Jedes Zeichen wurde mit 7-Bit kodifiziert Einführung erweiterter Features wurde dadurch behindert, dass

die SMSCs (Short Message Service Center) keine 8-Bit Nachrichten undund

keine User Data Header (UDH) unterstützten

19961996 Nokia verabschiedet die „Smart Messaging Specification“

Versenden erweiterter Nachrichten auch ohne UDH möglich keine Beschränkung ausschließlich auf Textnachrichten Klingeltöne, Operator Logos, Telefonbucheinträge, u.v.m. können nun

versendet werden


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - Historische Entwicklung IISMS 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

2001 Alcatel, 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

2002 Einführung von MMS = Multimedia Message Service

Erste Handys mit Kamera von Nokia, Siemens, Motorola und Ericsson Multimedia-Erweiterungen (Bilder, Sounddateien, Videoclips)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

SMS - ArtenSMS Arten

Im GSM-Standard gibt es zwei verschiedene Arten von SMS: SMS P i t t P i t (SMS/PP) SMS Point to Point (SMS/PP) SMS Cell Broadcast (SMS/CB)

SMS/PP V d K itt il i GSM T l f 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 einergleichzeitig (broadcasting) an alle Telefone innerhalb einer bestimmten Zone

Die Kurzmitteilung vom Typ Cell Broadcast kann bis zu 93 Zeichen enthaltenenthalten

Bei diesem Typ ist es möglich bis zu 15 Kurzmitteilungen aneinanderzureihen, um daraus eine so genannte Macro-Kurzmitteilung zu erstellen

SMS wird als „verbindungslos“ bezeichnet Denn bei Weiterleitung einer Kurzmitteilung kommt keine direkte Verbindung

zwischen dem sendenden Terminal und dem Empfangenden zustande


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Technische Informationen über SMSTechnische Informationen über SMS

Der SMS Dienst benutzt verschiedene Arten von Protokollen

Typ PDU Richtung Funktionyp gSMS-DELIVER SMSC => Telefon Senden einer Kurzmitteilung

SMS-DELIVER-REPORT Telefon => SMSCSenden des Grunds des Nichtempfangs der Kurzmitteilung

SMS-SUBMIT Telefon => SMSC Senden einer Kurzmitteilung

Senden des Grunds des SMS-SUBMIT-REPORT SMSC => Telefon Nichtempfangs der

Kurzmitteilung

SMS-STATUS-REPORT SMSC => Telefon Senden des Status einer KurzmitteilungKurzmitteilung

SMS-COMMAND Telefon => SMSC Senden eines Kommandos


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Weitere Funktionen des SMS-ServiceWeitere Funktionen des SMS Service

More Message To Send Reduzierung der Übertragungsdauer der so genannten multiplen

Kurzmitteilungen

Alphabet Extension Erhöhung der möglichen zu versendenden Zeichen durch Einführung

des Unicode Standardsdes Unicode-Standards

Concatenated Short Message Verkettung von Kurzmitteilungen bis zu 38760 Zeichen bei 7-Bit Kodifizierung


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Wireless Application Protocol (WAP)Wireless Application Protocol (WAP)

WAP-Uhrenhandy von Hyundai

WAP ll I t t Di t flä h d k d üb di i ti d WAP soll Internet-Dienste flächendeckend über die existierende GSM-Infrastruktur auf das Handy bringen.

1997 Gründung WAP Forum: Ericsson, Nokia, Motorola und g , ,Unwired Planet

Gründe für WAP: HTML HTTP nd TCP sind HTML, HTTP und TCP sind

ineffizient über niedrige Bandbreite, hohe Verzögerung und geringe StabilitätStabilität

Standard-HTML Seiten eignen sich nicht für ein kleines Handy-Display


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Wireless Application Protocol (WAP)Wireless Application Protocol (WAP)

Client WAP Gateway Web Server Client

WML

WMLWML Skript C il

WML Encoder

WML Decks WML Skripts

CGI Skripts

HTTP WSP/WTP

WMLSkript

Compiler

Protocol Adapt.

WML Skripts

Content

WAP-Inhalte werden mit WML (Wireless Markup Language) programmiertprogrammiert.

WML ist eine XML-basierte Sprache, die die Benutzung von kleinen Displays optimiert und es ermöglicht, mit einer Hand zu navigieren. WAP I h lt i d k li b kl i 2 Z il Di l biWAP-Inhalte sind skalierbar, vom kleinen 2-Zeilen Display bis zum voll graphikfähigen Display eines Organizers.

Beispiele: http://www.w3schools.com/wap/wap_demo.asp


p p p p_ pGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Beispiel eines WAP NetzesBeispiel eines WAP Netzes

WAP Gateway

Web Server

WML

WirelessBinär WML

WML HTML

Network Binär WML HTML

Filter

WTAServer

WTA = Wireless Telephony Application


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

WAP GatewayWAP Gateway


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze


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 WTLS (Wireless Transport Layer Security) ist eine optionale Sicherungs-schicht, z.B. für E-Banking: Datenintegrität P i Privacy Authentifizierung Denial-of-Service Protection

WTP (WAP Transaction Protocol) erhöht die Zuverlässigkeit von WDP

WSP (WAP Session Protocol) erlaubt den effizienten Austausch WSP (WAP Session Protocol) erlaubt den effizienten Austausch von Daten zwischen Anwendungen


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze


HTTP Interface ermöglicht, vom Handy angeforderte WAP-Inhalte aus dem Internet zu holen

WAP-Inhalte (WML und WMLScript) werden für die Übertragung über die Luftschnittstelle in ein kompaktes Binärformatüber die Luftschnittstelle in ein kompaktes Binärformat umgewandelt


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Beispiel einer typischen Session mit 3 Requests und 3 RepliesBeispiel 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

Data Request ACK Reply

Reply ACK of Reply Data Request ACK of Data

ACK, Reply ACK, Data Request ACK, Reply ACK, Data Request

ACK R lACK of Data Reply ACK of Reply Data Request

ACK f D

ACK, Reply ACK

ACK of Data Reply ACK of Reply TCP FIN Fette Pakete sind Nutznachrichten

Ni ht f tt P k t i d O h dTCP FIN, ACK of FIN ACK of FIN

Nicht-fette Pakete sind Overhead HTTP/TCP/IP WSP/WTP/UDP 17 Pakete 7 Pakete 65% O h d 14% O h d


65% Overhead 14% OverheadGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

WMLWML

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 XMLXML

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. Zellulare Netze

WMLWML

Für Teilnehmer, die gerne eine eigene WML-Seite erstellen wollen, gibt es viele Hilfsprogramme mit einer geeigneten Entwicklungsumgebung

Zur Darstellung von Bildern existiert ein eigenes Grafikformat g gnamens WBMP (Wireless Bitmap)

WBMP-Grafiken besitzen 1 Bit Farbtiefe (schwarz oder weiß) und lassen sich mit einem Konverter (Format-Umwandler) von GIF- oderlassen sich mit einem Konverter (Format Umwandler) von GIF oder JPEG-Grafikformaten nach WBMP wandeln

Konverter-Software zum Download: www.webcab.de


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

i-modei mode

aus Japan stammender Standard für mobilen Internetzugang wurde im Februar 1999 von NTTDoCoMo gestartet technisch ähnlich wie WAP 2.0 Seiten werden mit iHTML programmiert, bietet etwas p g ,

Graphikmöglichkeiten als WML wurde von 2002-2008 in Deutschland von E-Plus über GPRS

angeboten:angeboten: Games & Fun News, Infos & Sport Klingeltöne & Logos Klingeltöne & Logos Chat & Messaging i-mode™ Mail

anders als in Japan blieben in D die Kundenzahlen stark hinter den pErwartungen zurück


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

i-mode weltweiti mode weltweitArea Country/Region Operator

Japan NTT DOCOMO

AsiaTaiwan Far EasToneSingapore StarHubHong Kong 3 Hong KongPhilippines Smartthe Netherlands KPN MobileBelgium BASEF B T l

E rope

France Bouygues TelecomSpain Telefonica MovilesItaly WindG COSMOTEEurope Greece COSMOTEUK O2Ireland O2B l i GLOBULBulgaria GLOBUL

Romania COSMOTE Romania

Middle East Israel Cellcom Israel


Generation 2 (2G)Middle East Israel Cellcom Israel

3. Zellulare Netze

beliebte Anwendung des mobilen Internet i mode und WAP:beliebte Anwendung des mobilen Internet i-mode und WAP:Internetauktionen


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

MMS - Multimedia Messaging ServiceMMS Multimedia Messaging Service

MMS - Netzarchitektur


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

MMS - MedienformateMedienformate für MMS: Text mit gängigen Zeichensätzen und Schriften (Fonts)

MMS Medienformate

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 St i ( it UMTS i ll i h Q S P fil MMS-Streaming (nur mit UMTS sinnvoll --> siehe QoS-Profile von

UMTS)

Apple iPhone 3.0 mit MMSpp(präsentiert am 17.3.2009)


Generation 2 (2G)

3. Zellulare Netze

GSM - Sprachkodierung

A/D-Wandler:

GSM Sprachkodierung

A/D Wandler: Abtastung mit 8000 Hz = alle 125s ein Wert Quantisierung auf 13 Bit resultiert in 8000 13 = 104 kBit/s

Sprach-Codec Prediktive Differentialcodierung resultiert in 13 kBit/s (full rate)

zurBand-filter

300 Hz-3 4 kHz

A

D

Sprach-codierer

Kanal-codierer

zurModulation

3,4 kHz D

Niedrig-f

A

Sprach-Codec

frequ.-filter

4 kHz D

Sprach-decodierer

Kanal-decodierer

vonModulation


ModulationGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Weitere Standards der 2 GenerationWeitere Standards der 2. Generation

IS-95 (CDMAone): ein Standard der 2. Generation, der CDMA auf der Luftschnittstelle nutzt. Einst in Nordamerika favorisiert, erhält jetzt heftige Konkurrenz durch GSM/UMTS aber auch seinemjetzt heftige Konkurrenz durch GSM/UMTS, aber auch seinem eigenen Nachfolger CDMA2000

Personal Digital Cellular (PDC) Japanischer Standard Basiert auf TDMA Basiert auf TDMA 800 und 1500 MHz Physische Charakteristik ähnelt D-AMPS W i E f l ß h lb J d h k i E f S l “ Wenig Erfolg außerhalb Japans, daher keine „Economy of Scale“

Japan ist einer der Hauptmotoren für 3G


Japa st e e de aupt oto e ü 3GGeneration 2 (2G)

3. Zellulare Netze

Generation 2 5 zellularer Netze (2 5G)

Speziell aus GSM Upgrades entstandene Generation

Generation 2.5 zellularer Netze (2.5G)

Beinhaltet alle Upgrades der zweiten Generation Insbesondere Unterstützung für Non-Voice Anwendungen Höh D t t fü L ft h itt t ll Höhere Datenraten für Luftschnittstelle Hat bereits viele Charakteristiken von 3G Insbesondere Insbesondere

General Packet Radio Service (GPRS) High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD) Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE)


Generation 2.5 (2.5G)

3. Zellulare Netze

GSM – Vergleich 2G 2 5G 3G in DeutschlandGSM Vergleich 2G, 2.5G, 3G in Deutschland2G, 2.5G und 3G in Deutschland:

GSM GPRS HSCSD UMTS

Übertragungs-verfahren

leitungsvermittelnd paketvermittelnd leitungsvermittelnd leitungs-/paketvermittelnd

Übertragungsraten 9,6 und 14,4 kBit/s 171,2 kBit/s 115,2 kBit/s 2 MBit/sg gtheoretisch

, , , ,mit HSDPA 7,2

Übertragungsratenvorh. Geräte

9,6 kBit/s 40,2 kBit/s (Downlink)13,4 kBit/s (Uplink)

43,2 kBit/s(Downlink)28,8 kBit/s(Uplink)

in der Regel unter 384 kBit/s

Abrechnung nach Verbindungszeit Datenmenge oder Verbindungszeit

Verbindungszeit Datenmenge

Always-on- nein ja nein jaAlways-on-Funktion

nein ja nein ja

Kanalbündelung nicht möglich theoretisch max. 8 Kanäle

theoretisch max. 8 Kanäle Mehrfachnutzung je Kanal

Verfügbarkeit seit 1992 seit April 2001 in allen deutschen Mobilfunknetzen

seit Ende 1999 (E-Plus)seit November 2000 (D2)

Seit Anfang 2005



3. Zellulare Netze

HSCSDHSCSD

HSCSD bündelt mehre GSM-Kanäle zu einem leistungsfähigen Kanal

Dabei gibt es symmetrische und asymmetrische Datenraten Ist eine leitungsvermittelte Technologie für schwankenden Ist eine leitungsvermittelte Technologie, für schwankenden

Verkehr (z.B. Internet Browsing) nicht ideal wg. Ineffizienz



3. Zellulare Netze

HSCSD - AnwendungsgebieteHSCSD Anwendungsgebiete

Schnelle Datendienste via GSM-Netz (Datenraten wie Festnetz!) Echtzeitdatendienste (bei GPRS nicht so gut implementierbar!) C m-Commerce Telemetrie (Messdaten technischer Anlagen werden per Mobilfunk

in das Büro übertragen) g ) Überwachungsdienste (z.B. Webcam überträgt per HSCSD

Raumüberwachungsbilder) Bildt l f i Bildtelefonie



3. Zellulare Netze

HSCSD - DiensteHSCSD Dienste

Symmetrisch / asymmetrisch: ermöglicht Datendienste, bei denen die Downlinkstrecke (GSM-Netz zum Handy) eine andere, meist höhere Datenrate zugewiesen bekommt als die Uplinkstreckehöhere, 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 p(RLP), um diese Funktionen auszuführen



3. Zellulare Netze

HSCSDHSCSD



3. Zellulare Netze

Datenraten in HSCSDDatenraten in HSCSD

Zahl der gebündelten

Kanäle14,4 kbit/s pro Kanal 9,6 kbit/s pro Kanal

1 14,4 kbit/s 9,6 kbit/s2 28,8 kbit/s 19,2 kbit/s3 43 2 kbit/ 28 8 kbit/3 43, 2 kbit/s 28,8 kbit/s4 57,6 kbit/s 38,4 kbit/s



3. Zellulare Netze

GPRS - General Packet Radio Service

Für Datenübertragung im GSM Netz entwickelt

GPRS General Packet Radio Service

Bisheriger Weg (langsam und teuer): l it itt lt E d E d V bi d fb ( i b i leitungsvermittelte Ende-zu-Ende-Verbindung aufbauen (wie bei

Sprache) Dann mit 9,6 kBit/sec Daten übertragen, ein Zeitschlitz pro TDMA-, g , p

Rahmen fest Einzige Alternative bisher SMS (Short Message Service): senden

von max 160 alphanumerischen Zeichen zu einer MSvon max. 160 alphanumerischen Zeichen zu einer MS



3. Zellulare Netze

GPRS

GPRS: paketvermittelter Dienst zwischen einer MS und einem

GPRS

externen Datennetz (z.B. Internet) GPRS erlaubt Senden und Empfangen von Daten mit hoher Rate

ohne Netzressourcen im leitungsvermittelten Modus zu benutzenohne Netzressourcen im leitungsvermittelten Modus zu benutzen Besonders geeignet für stoßweisen Datenverkehr (z.B. Internet

WWW) GPRS kann bezüglich eines einzigen Benutzers:

einen existierenden GSM Kanal mehrere Zeitschlitze eines TDMA-Rahmens gleichzeitig mehrere Zeitschlitze eines TDMA Rahmens gleichzeitig oder auch das gesamte 200 kHz Band einer Zelle nutzen

Zeitschlitze werden dynamisch vergeben und nicht statisch



3. Zellulare Netze

GPRSGPRS

Beispiel für statische Vergabe vonZ i hli b i S h k hZeitschlitzen beim Sprachverkehr

MS A

6 7 0 1 2 3 4 5TDMA-Rahmen

4,615 ms

6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

Beispiel für dynamische Vergabe vonp y gZeitschlitzen beim GPRS

MS A

6 7 0 1 2 3 4 5TDMA-Rahmen

4,615 ms

6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2



3. Zellulare Netze

GPRS

max. 171 kBit/sec (alle 8 Zeitschlitze, neue Formen der

GPRS

Kanalkodierung, z.B. ohne Fehlerkorrektur)

Vorteile die sich aus "packet data over the air" gegenüber der 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 Bedarf Alternative Wege der Abrechnung, z.B.pay-per-bit, -per-session oder

Monatspauschalep Asymmetrische Bandbreite im Uplink und Downlink (z.B.

Internetsurfen)

Wird in Deutschland von allen Netzbetreibern angeboten



3. Zellulare Netze

GPRSGPRS

Bruttodatendurchsatz bei verschiedenen Kodierungsverfahren

Kanalcodierung CS1 CS2 CS3 CS4

1 TS Data Rate 9.05 kbit/s 13,4 kbit/s 15,6 kbit/s 21,4 kbit/s1 TS Data Rate 9.05 kbit/s 13,4 kbit/s 15,6 kbit/s 21,4 kbit/s

2 TS Data Rate 18,10 kbit/s 26,8 kbit/s 31,2 kbit/s 42,8 kbit/s

3 TS Data Rate 27 15 kbit/s 40 2 kbit/s 46 8 kbit/s 64 2 kbit/s3 TS Data Rate 27,15 kbit/s 40,2 kbit/s 46,8 kbit/s 64,2 kbit/s


TS D R 4 3 kbi / 6 0 kbi / 8 0 kbi / 10 0 kbi /5 TS Data Rate 45,35 kbit/s 67,0 kbit/s 78,0 kbit/s 107,0 kbit/s






3. Zellulare Netze

GPRSGPRS

Multislot-Klasse

Download Upload GesamtKlasse 15 5 5 Unbegrenzt

Mobiltelefone unterscheiden sich in der Zahl der Kanäle, die sie bündeln können

Klasse

Klasse 1 1 1 2

Klasse 2 2 1 3

Kl 3 2 2 3

Klasse 15 5 5 Unbegrenzt



Kl 18 8 8 U b tKlasse 3 2 2 3

Klasse 4 3 1 4

Klasse 5 2 2 4




Klasse 6 3 2 4

Klasse 7 3 3 5

Klasse 8 4 1 5




Klasse 9 3 2 5

Klasse 10 4 2 5

Klasse 11 4 3 5




Klasse 12 4 4 5



g





Klasse 14 4 4 Unbegrenzt Klasse 29 8 8 Unbegrenzt


3. Zellulare Netze

GSM-HSCSD-GPRS VergleichGSM HSCSD GPRS Vergleich

Überblick: Eignung der Übertragungsverfahren für verschiedene Anwendungen

GSM HSCSD GPRS

Sprache sehr gut ungeeignet ungeeignet

Anwendung

Sprache sehr gut ungeeignet ungeeignet

E-Mail mittel mittel sehr gut

mobiler Zugriff auf Internet ungeeignet wenig sehr gut

mobiler Zugriff auf Intranet ungeeignet wenig sehr gut

WAP mittel wenig sehr gut

Fil T f i t h t h tFile Transfer ungeeignet sehr gut sehr gut

Bildübertragung ungeeignet sehr gut sehr gut

Videostreaming ungeeignet sehr gut ungeeignet

Sicherheitsüberwachung mit Datensignalisierung

wenig ungeeignet gut



3. Zellulare Netze

EDGE - Enhanced Datarate for Global EvolutionEDGE Enhanced Datarate for Global Evolution

Auch: Enhanced Data rates for GSM Evolution, Weiterentwicklung von GPRS, daher die Bezeichnung EGPRS

EDGE führt eine zusätzliches Modulierungsschema ein: 8-PSK Dadurch werden 3 Bit statt einem Bit pro Signalschritt übertragen Dadurch werden 3 Bit statt einem Bit pro Signalschritt übertragen.

Das mach 8-PSK natürlich viel anfälliger gegen Interferenz Daher müssen die Zellen kleiner werden, was zu höheren Kosten

führt Datenübertragungsraten bis zu 473,6 Kbps, wenn alle 8 Zeitschlitze

belegt werdenbelegt werden Wurde ursprünglich für GSM für solche Netzbetreiber entwickelt,

die keine UMTS-Lizenz erwerben konnten EDGE ist ein Software-Update für GSM-Basisstationen neuerer

Bauart



3. Zellulare Netze

EDGEEDGE

Beispiel: 2PSK = BPSKp(ähnlich zu GMSK)



3. Zellulare Netze

EDGEEDGE

8PSK



3. Zellulare Netze

EDGEEDGE

GSM:Gaussian Minimum-Shift

K i (GMSK)Keying (GMSK).

EDGE:8-Phase Shift Keying (PSK)

3.105Prof. Dr. Dieter HogrefeMobilkommunikation - SS 05


3. Zellulare Netze

EDGEEDGE

Symbol 3 zugeordnete Bit Koordinaten Phase (zur x-Achse)Symbol 3 zugeordnete Bit Koordinaten Phase (zur x-Achse)C 0 0 0 -1 / 1 135D 0 0 1 -1,41 / 0 180B 0 1 0 0 / 1,41 90A 0 1 1 1 / 1 45

1 0 0 0 / 1 1 90F 1 0 0 0 / -1,41 -90E 1 0 1 -1 / -1 -135G 1 1 0 1 / -1 -45G 1 1 0 1 / 1 45H 1 1 1 1,41 / 0 0

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



3. Zellulare Netze

EDGE - BurstsEDGE Bursts

Normal Burst für GSM-Dienste mit GMSK-Modulation:

Normal Burst für EDGE-Dienste mit 8PSK-Modulation:



3. Zellulare Netze

EDGE - Problem der InterferenzenEDGE Problem der Interferenzen



3. Zellulare Netze

EDGE - NettodatenratenEDGE Nettodatenraten

GPRSGPRS EDGE

CS-1

CS-2

CS-3

8

12

14 4

MCS-1

MCS-2

MCS-3

8.8

11.2

14 8GMSK-

Modulation

H d +P t ti

CS 3

CS-4

14.4

20

MCS 3

MCS-4

14.8

17.6

MCS-522.4

Modulation

Header+Protection

User PayloadMCS-6

MCS-7

29.6

44.88PSK-Modulation

MCS-854.4

MCS-959.2

Header+Protection

User Payload

Modulation



3. Zellulare Netze

EDGE - ArchitekturEDGE Architektur

B St ti S b t (BSS)Base Station Subsystem (BSS)=Radio Access Network (RAN) Core Network (CN)



3. Zellulare Netze

Dritte Generation zellularer Netze (3G)

2G-Ziel: effiziente Nutzung des Frequenzspektrums durch


Digitalisierung zellularer Netze, Erfolgsmodell GSM

3G Ziel: effiziente Integration von mobilen Sprach und 3G-Ziel: effiziente Integration von mobilen Sprach- und Datendiensten in zellularen Netzen

Dabei: weltweite Verfügbarkeit und technische Kompatibilität der Endgeräte

und Infrastrukturund Infrastruktur Migration von 2G nach 3G neue Frequenzspektren


Generation 3 (3G)

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 b i t 3 G ti W CDMA d TD (S)CDMA UMTS-basierte 3. Generation: W-CDMA und TD-(S)CDMA IS-95-basierte 3. Generation: CDMA2000 DECT (derzeit nur für privaten Bereich)

Industriekonsortien, die auch die Standardisierung betreiben: 3GPP (Third Generation Partnership Project): W-CDMA und TD-( j )

(S)CDMA, weitgehend von Europa, Japan und China getrieben 3GPP2: CDMA2000, von USA getrieben


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

ITU IMT-2000 Standardisierung der 3 GenerationITU IMT 2000 Standardisierung der 3. Generation


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Frequenzen für 3GFrequenzen für 3G


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze


Sondersituation USA: Teile der IMT-2000 Frequenzen sind bereits an 2G Systeme (IS-95

PCS) vergeben, weitere an völlig andere Systeme Im September 2006 wurden seitens der Federal Communications Im 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 In 2110 2170 Paging Systeme, lokale Fernsehsender, Satellit, etc.


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze


Frequenzaufteilung:Frequenzaufteilung:UMTS: 1900 - 2025MHz und 2110 - 2200MHz

Gepaarte lizenzierte Frequenzen: 2 x 60MHz = 12 Pakete Uplink: 1920 - 1980MHz D li k 2110 2170MH Downlink: 2110 - 2170MHz

Ungepaarte lizenzierte Frequenzen: 1 x 25MHz = 5 Pakete 1900 - 1920MHz und 2020 - 2025MHz

Ungepaarte nichtlizenzierte Frequenzen: 2 Pakete 2010 - 2020MHz

S lli bi d ( i l i Z k f ) Satellitenanbindung (optional in Zukunft): Uplink: 1980 - 2010MHz Downlink: 2170 - 2200MHz


Downlink: 2170 2200MHzGeneration 3 (3G)

3. Zellulare Netze


UMTS-Lizenzvergabe in Deutschland

Netzbetreiber Gepaarte Pakete

PreisMrd. DM

Ungepaarte Pakete

PreisMrd. DM

E-Plus / Hutchinson 2 16,42 1 0,0736

O2 2 16,52Vodafone (ehem. Manesmann Mobilf.)

2 16,47 1 0,121

T-Mobil 2 16 58 1 0 1227T-Mobil 2 16,58 1 0,1227Mobilcom (aufgegeben) 2 16,37 1 0,121Group 3G /Quam 2 16,45 1 0,1227(aufgegeben)Summe 12 98,81 5 0,561


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

QoS Klassen von UMTSQoS Klassen von UMTS

Dienstqualitäten:

Class Traffic Class Class Description Example Relevant QoS Requirements

1 Conversational Preserves time relation between entities making up the stream conversational pattern based on human perception; real-time

VoiceVideo telephonyVideo gamingVideo conferencing

Low jitterLow delay

2 Streaming Preserves time relation between entities making up the stream; real-time

MultimediaVideo on demandWebcastReal-time video

Low jitter

Real time video

3 Interactive Bounded response timePreserves the payload content

Web-browsingDatabase retrieval

Low round trip delay timeLow BER

4 Background Preserves the payload content E-mailSMSFile transfer

Low BER


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Typische QoS-Parameter für SpracheTypische QoS Parameter für Sprache

D O D l I f iData rate

One-wayDelay

Delayvariation

Information loss

Conversational Two-way 4-13 <150 msec < 1 msec < 3% FERConversational voice

Two way 4 13 kb/s

150 msecpreferred<400 msec limit

1 msec 3% FER (Frame Error Rate)

Voice messaging

Primarilyone-way

4-13 kb/s

< 1 sec for playback

2 f

< 1 msec < 3% FER

< 2 sec for record

High quality Primarily 32-128 < 10 sec < 1 msec < 1% FERHigh quality streaming audio

Primarily one-way

32 128 kb/s

< 10 sec < 1 msec < 1% FER


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Allgemeine Eigenschaften von UMTS

Übertragungsraten (typisch):

Allgemeine Eigenschaften von UMTS

144 Kbit/s in ländlichen Gebieten bei 500 km/h (z.B. ICE) 384 Kbit/s in der Stadt bei 120 km/h 2 Mbit/s in Gebäuden bei 10 km/h 2 Mbit/s in Gebäuden bei 10 km/h

Gleichzeitige Nutzung verschiedener Übertragungsdienste (Daten/Sprache)

Leitungs- und Paket-orientierte Dienste Variable Bitraten in Realzeit

Handover ohne Datenverlust selbst bei hohen BitratenHandover ohne Datenverlust selbst bei hohen Bitraten Handover zwischen UMTS und GSM Mehrere unsynchronisierte Systeme können nebeneinander in

derselben Umgebung koexistieren (auch unkoordinierte Basisstationen)


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS StandardisierungEs gab im Wesentlichen 2 Vorschläge im ETSI für die 3. Generation, die jeweils von bedeutenden Industriekonsortien gestützt wurden:

UMTS Standardisierung

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:71% zustande kamen:Alpha (61.1%) für das FDD-Verfahren: Erhält den Großteil der Frequenzen, daher überwiegend Einsatz im öffentlichen

WeitverkehrsbereichDelta (38,7%) für TDD: Im überwiegend privaten Bereich

Die derzeit in D installierte Version (Release-5) von UMTS beinhaltet nur FDD. In Tschechien hat T-Mobile CZ seit 2005 ein Netz mit UMTS-TDD

Die Standardisierung von UMTS findet seit Ende 1998 im sog 3GPP statt einemDie Standardisierung von UMTS findet seit Ende 1998 im sog. 3GPP statt, einem dem ETSI angegliederten Konsortium von Standardisierungsorganisationen

Neueste Entwicklung: 3G LTE (Long Term Evolution) als 4G Technologie, basiert wie


g ( g ) g ,WiMAX auf OFDM, Datenraten von 100MBit/sec

Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

FDD und TDD

Frequency Division Duplex (FDD) Time Di ision D ple (TDD)

FDD und TDD

Time Division Duplex (TDD).

Transmission by FDD method

Transmission b TDD methodTransmission by TDD method


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS W-CDMA

W-CDMA - Wideband direct sequence CDMA

UMTS W CDMA

Klassisches CDMA:


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS W-CDMAUMTS W CDMA

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 channelDPCCH DPDCH

PilotNPilot bits

TPCNTPC bits

RINRI bits

DataNData bitsPilot TPC RI Data

Slot #1 Slot #2 Slot #i Slot #16

0.625 ms, 20*2k bits (k=0..6)

Slot #1 Slot #2 Slot #i Slot #16

Tf = 10 ms

Frame #1 Frame #2 Frame #i Frame #72

T??? = 720 ms


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS TD-CDMA

TD/CDMA wird auch UMTS TDD genannt

UMTS TD CDMA

sehr ähnlich zu GSM:

16 CDMA Kanäle16 CDMA KanäleIn 15 Zeitschlitzen

Datenraten von 9,6 kBit/sDatenraten von 9,6 kBit/sBis 2 MBit/s


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS TD-SCDMAUMTS TD SCDMA

Variante von TD-CDMA, bei der das 5MHz-Band in 3 mal 1.6 MHz f t ilt i taufgeteilt ist.

Ermöglicht größere Flexibilität, insbes. falls keine kompletten 5MHz zur Verfügung stehen

Wird zunächst in China implementiert


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze


UMTS Release 99 (2000)


Based on GSM, Backward compatible with GSM, Interoperation between UMTS and GSM; Interoperation between UMTS and GSM;

Definition of the UTRAN UTRA

UMTS FDD (W-CDMA)

UMTS Release 4 (2001)( )

Separation of user data flows and control mechanisms, UMTS TDD Time Division CDMA (TD CDMA) UMTS TDD Time Division CDMA (TD-CDMA),

High data rate UMTS TDD with 3.84 Mchips/s, Narrowband TDD with 1.28 Mchips/s;

P iti l ti f ti lit


Position location functionality; Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze




End-to-end packet switching based on IP (IMS), Downlink data rate of over 10 Mbit/s (HSDPA), GSM EDGE R di A N t k (GERAN) GSM EDGE Radio Access Network (GERAN);

UMTS Release 6 (2004)( )

IMS "Phase 2" (IMS Messaging, conferencing and Group Management)Management),

High Speed Uplink (HSUPA) Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) WLAN interworking


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze




Enhanced uplink, other spectrum, Multiple Input Multiple Output antennas (MIMO), IMS E ll h dli IMS Emergency call handling.

3GPP Release 8 (2009)( ) 3GPP Long Term Evolution (LTE) Ist der Nachfolger von UMTS Wird manchmal als 3 9G ne erdings a ch als 4G be eichnet Wird manchmal als 3.9G, neuerdings auch als 4G bezeichnet


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSPAHSPA

High Speed Packet Access

Ist eine Erweiterung und Effizienzsteigerung von UMTS bestehend aus HSDPA und HSUPA

Durch Optimierungen wird erreicht: Bis zu 14 MBit/s downlink und 5,8 MBit/s uplink Niedrigere Verzögerung (Latenz) Niedrigere Verzögerung (Latenz)

Meist kann HSPA durch einen SW-Upgrade auf existierende UMTS-Netze erreicht werden

Ca. 200 Netzbetreiber haben das bereits eingeführt (in D alle außer E-Plus, nur Probebetrieb in Leipzig)


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSPAHSPA


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSPAHSPA


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSPAHSPA


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSDPAHSDPA

High Speed Downlink Packet Access

Ermöglicht in der derzeitigen Spezifikation im UTRAN bis zu 14 MBit/s Downlink-Datenraten

Zunächst haben die Netzbetreiber eine 3,6 MBit/s Variante angeboten

Seit 2008 bieten Netzbetreiber auch 7 2 MBit/s an Seit 2008 bieten Netzbetreiber auch 7,2 MBit/s an Teil von Release 5 von 3GPP Kann für UTRAN FDD und TDD angewendet werden Benutzt ein 16QAM Modellierungsschema HSDPA benötigt ein 5 MHz-Band (in D ohnehin für UMTS üblich) Sendeleistung in einer Zelle wird optimiert und die Datenrate Sendeleistung in einer Zelle wird optimiert und die Datenrate

entsprechend angepasst, statt nur ein Kanal werden alle möglichen Kanäle für die Datenübertragung genutzt

Sprache hat aber immer Priorität


Sprache hat aber immer PrioritätGeneration 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSUPAHSUPA

High Speed Uplink Packet Access

Teil von 3GPP Release 6 Steigert die maximale Uplink-Rate von UMTS bis auf 5 8 MBit/s Steigert die maximale Uplink Rate von UMTS bis auf 5,8 MBit/s Verwendung von bis zu 6 Codes gleichzeitig Es wird das weniger fehleranfällige BSPK verwendet


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

HSPA+ / HSPA EvolutionHSPA+ / HSPA Evolution

Übertragungstechniken für bessere Ausnutzung des Frequenzspektrums

64QAM im Downlink 16QAM im Uplink 16QAM im Uplink MIMO (Multiple Input Multiple Output) Erste Testversuche von T-Mobile, Vodafone und O2 in 2009 in

Deutschland und SpanienDeutschland und Spanien


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

LTE - Long Term EvolutionLTE Long Term Evolution

Innovationen

20MHz- breite Kanäle (UMTS nur 5 MHz) im 2,6 GHz-Band Frequenzvergabe bis Ende 2009 Frequenzvergabe bis Ende 2009 OFDMA mit 64QAM MIMO (wie bei HSPA+ und 802.11n) Reale Datenraten von 100 MBit/s downlink und 50 Mbit/s uplink

werden angestrebt Theoretisch möglich: 326.4 MBit/s für 4x4 Antennen, 172.8 Mbit/s for

2x2 Antennen pro 20 MHz Frequenzkanal einfache Integration in das bestehende UMTS/GSM-Mobilfunknetz

und eine einfache Architektur mit sich selbst konfigurierenden gBasisstationen


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Femtocells: kleine UMTS-Basisstationen für zuhaue“Femtocells: kleine UMTS Basisstationen für „zuhaue

mit geringer Reichweite, z.B. nur 10-20 m dadurch lassen sich Nutzer in Gebäuden effizienter versorgen dadurch auch Kapazitätserweiterung, weil die Indoor-Benutzer nicht

die regulären großen Zellen belasten.g g obwohl vom Mobilfunkanbieter betrieben, ist die Femto-Basisstation

i.d.R. über den privaten DSL- oder Kabel-Anschluß angebunden kann im privaten Bereich Alternative zu WiFi sein muss aber als kann im privaten Bereich Alternative zu WiFi sein, muss aber als

Paket vom Mobilfunkbetreiber angeboten werden, wg. der Lizenzen Vorteile:

h N t i f t kt i f ht t b h f i homogene Netzinfrastruktur vereinfacht unterbrechungsfreies Handover

keine Dualmode-(WLAN/UMTS) Endgeräte notwendig P bl b it di I t f F t ll t i d Probleme bereiten die Interferenzen von Femtozellen untereinander

und zwischen Femto- und Makrozellen


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS - ZellatmungUMTS Zellatmung

Reichweite der UMTS-Basisstation ist abhängig von der in ihr befindlichenabhängig von der in ihr befindlichen Teilnehmer

Aufgrund des CDMA steigen mit der g gAnzahl der Teilnehmer auch die Störeinflüsse an. Dies lässt sich auf Seite der Mobilgeräte nur dadurch gbeheben, dass die Sendeleistung adaptiv 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 BasisstationSicht des Benutzers verkleinert sich also der Wirkungsradius der Basisstation. Umgekehrt bewirkt eine geringe Auslastung einer UMTS-Zelle, dass ihr effektiver Nutzradius wächst


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

UMTS - NetzarchitekturUMTS Netzarchitektur

UTRAN Core Network

PSTN / ISDN

UTRAN Core Network

Node B

RNC

MSC/VLR GMSC

lub

lucs

Node B

RNClub

DC

GERANHLRlur

Gs

InternetX.25, private

networks

BTS

BSCAbis

Gr Gc

BTS SGSN GGSNlupoGn


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

GERANGERAN

GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network):

Harmonisierung der Paketdienste von GSM/GPRS/EDGE mit UMTS

Schnittstellendefinition zum UMTS-Netz, lu-Schnittstellen (lucs und lupo)p )

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 unterstütztwerden paketbasiert nur die QoS Klassen 3 und 4 unterstützt


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

CDMA2000CDMA2000

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 Mcps 1.2288 Mcps Datenraten bis zu 625 kbps


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

CDMA2000 N t hit ktCDMA2000 Netzarchitektur


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Dritte Generation zellularer Netze (3G) – regionale AspekteDritte Generation zellularer Netze (3G) regionale Aspekte

Amerika (Nord-)

Verizon, Sprint, und andere: cdma2000 seit 1.2.2005 AT&T UMTS it J li 2004 AT&T: UMTS seit Juli 2004 T-Mobile. UMTS seit 2007

Verizon, AT&T und T-Mobile setzen auf LTE als 4G-Technologie Sprint setzt auf WiMAX als 4G-Technologie


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze


China

Nach Angaben von Chinas Netzbetreibern werden kommerzielle 3G Dienste ab 2009 angeboten werden

der ursprüngliche Plan zu den olympischen Spielen 2008 3G Dienste der ursprüngliche Plan, zu den olympischen Spielen 2008 3G-Dienste anbieten, konnte nicht eingehalten werden

Betreiber für 3G: Chi M bil UMTS (TD SCDMA) Li it 2009 China Mobile: UMTS (TD-SCDMA) Lizenzen seit 2009 China Telecom: CDMA2000 Lizenzen seit 2009

China Unicom: UMTS (W-CDMA) ab April 2009( ) Netzbetreiber scheuten sich bisher sich vor zu schneller Migration von 2G

auf 3G


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze


Europa

Erste UMTS WCDMA-FDD Installationen 2002 V ll ti UMTS Di t it E d 2004 Vollwertige UMTS-Dienste seit Ende 2004 ca. 800 Mio. GSM-Kunden

Größte GSM-Kundschaft weltweit Größte GSM Kundschaft weltweit ca. 150 Mio. UMTS Nutzer ca. 150 Netzbetreiber GSM/GPRS-Kunden sind auch potentielle UMTS-Kunden, wegen

der Ähnlichkeit und Überlappung der Netze


Generation 3 (3G)

3. Zellulare Netze

Vierte Generation zellularer Netze (4G)Vierte Generation zellularer Netze (4G)

Der Begriff 4G wird verbunden mit der Integration von WLAN, WiMAX und LTE in zellulare Netze und der Verfügbarkeit sehr viel höherer drahtloser Bandbreite (100-1000 Mbit/s real)

ITU (International Telecommunication Union definiert 4G wie folgt: ITU (International Telecommunication Union definiert 4G wie folgt: 100 MBit/s unter voll mobiler Nutzung 1 GBit/s unter nomadischer Nutzung

Die Frequenzen für 4G wurden im Oktober 2007 von der WRC (World Radiocommunication Conference) festgelegthttp://www.itu.int/newsroom/press_releases/2007/36.htmlp p _

Mit 4G wird erst 2010 gerechnet, Samsung hat schon 2006 auf dem 4G Forum in Jeju Island, Korea

i i 4G B 100 MBit/ b i 60 k /h d lti ll H din einem 4G Bus 100 MBit/s bei 60 km/h und multi-cell Handover demonstriert und 1 GBit/s nomadisch

Konkurrierende Technologien: WiMAX und 3GPP LTE


gGeneration 4 (4G)

3. Zellulare Netze

Vergleich von 3G und 4GVergleich von 3G und 4G

4G 3G Konvergenz von WLAN mit

zellularen Netzen vollständig Packet Switched

Rückwärtskompatibel zu 2G Circuit und Packet Switched

Network vollständig Packet Switched Network (All-IP)

Alle Netz-Elemente sind digital

Network Kombination von

existierendem & Höhere Bandbreite, z.B. 100-

1000Mbps Erweiterung der 3G Kapazität

evolutionärem Equipment Datenrate bis 2Mbps

Erweiterung der 3G Kapazität Mit LTE ggf. rückwärtskompatible

Elemente zu 3G


Generation 4 (4G)

3. Zellulare Netze

Innovationen für 4GInnovationen für 4G

Modulierungs- und Multiple Access Techniken Insbesondere Kombination von OFDM mit CDMA und TDMA

Multiple Antennen Techniken Multiple Antennen Techniken Minimierung der Multipath- und ähnlichen Probleme durch Einsatz

mehrerer Antennen an Basisstationen und Mobilstationen All IP-Netze

Ausgangspunkt: viele private drahtlose Zugangsnetze, i.d.R. basierend auf 802.11 u.ä.

IP als gemeinsame Plattform Kommerzielle Nutzung basierend auf AAA-Protokollen (Authentication,

Authorization and Accounting)Authorization and Accounting) Neuigkeiten zu 4G z.B. in http://www.4g.co.uk/


Generation 4 (4G)

3. Zellulare Netze

Innovationen für 4GInnovationen für 4G

Komponenten der 4G Standardisierung: UWB 802 11n 802.11n SDR 802.16-2005 (ehemals 802.16e) 802.16m 3GPP LTE (Weiterentwicklung von UMTS)


Generation 4 (4G)

3. Zellulare Netze

IMS – Internet Multimedia SubsystemIMS Internet Multimedia Subsystem

erster Schritt in Richtung Integration von 3G-Zugangstechnik und Internet

IMS ist ein Standard der 3GPP IMS standardisiert eine Architektur für den Zugang zu real time IP IMS standardisiert eine Architektur für den Zugang zu real-time IP

Services, insbes. VoIP, über UMTS IMS basiert auf dem weit verbreiteten SIP-Standard für

Multimediadienste, insbes. VoIP das SIP Protokoll standardisiert die aus dem GSM/UMTS

bekannten Konzepte des HLR etc für das Internet insbesbekannten Konzepte des HLR, etc., für das Internet, insbes. Registrierung Routing etc.


3. Zellulare Netze

IMS ArchitekturIMS Architektur

mehr zu IMS, z.B.: http://www.mobilein.com/what_is_IMS.htm


3. Zellulare Netze

SIP Funktionsweise RegistrierungSIP Funktionsweise, Registrierung


3. Zellulare Netze

SIP Funktionsweise AnrufSIP Funktionsweise, Anruf

mehr zu SIP, z.B.: http://www.iptel.org/sip/siptutorial.pdfund in Mobilkommunikation II


und in Mobilkommunikation II

Documents

Zellulare Netze - user.informatik.uni-goettingen.deuser.informatik.uni-goettingen.de/~elanmk/mobkomI/material/ss09/... · 3. Zellulare Netze Generationen Generation 0 (0G): Rufzonen,