DECT, GSM, UMTS und danach - Zukünftige Kommunikationstechnologien Dipl.-Ing. Marc Haase
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DECT, GSM, UMTS und danach Zukünftige Kommunikationstechnologien Dipl.-Ing. Marc Haase Universität Rostock FB Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
Gliederung
n Rückblick
¨ Die 1. und 2. Generation
n Die 3. Generation – die nahe Zukunft
¨ IMT-2000 Familie
¨ UMTS
n Vision zukünftiger KommunikationssystemeDie 1. und 2. Generation
Die 1. Generation
n Große Zellen mit hoher
Reichweite
n Geringe Infrastrukturkosten
n Geringe
Teilnehmerkapazität
n Hohe Sendeleistung bei
Basis- und Mobilstation
n Niedrige Frequenzökonomie P :Die 1. Generation
n A-Netz (1958 – 1977)
¨ 10.000 Teilnehmer
¨ Handvermittelt
¨ Analog
¨ 154 MHz und 177 MHz, Frequenzmodulation
n B-Netz (1972 – 1994)
¨ 25.000 Teilnehmer
¨ Selbstwahlverfahren
¨ Analog, 158 Funkfeststationen, 75 Kanäle
¨ Keine automatische LokalisierungDie 1. Generation
Das zellulare Konzept
¨ Bell Labs Patent (1972)
¨ Zellen sorgen für
flächendeckende Versorgung
¨ Mehrfachnutzung des
Frequenzspektrums
¨ Gespräche wechseln bei Mobilität
der Teilnehmer die Basisstation
¨ Vorteile
n Niedrigere Sendeleistung
n Kleinere EndgeräteMultiplexen
Kanäle ki
k1 k2 k3 k4 k5 k6
c
n Multiplexen in 4 Dimensionen: t c
¨ Raum (ri)
t
¨ Zeit (t)
r1
¨ Frequenz (f) f
r2
¨ Code (c) f
c
t
n Ziel: Mehrfachnutzung des
gemeinsamen Mediums
r3
f
n Wichtig: Genügend große
Schutzabstände nötig!
Quelle: Schilling, MobilkommunikationFrequenzmultiplex
n Gesamte verfügbare
Bandbreite wird in einzelne k1 k2 k3 k4 k5 k6
Frequenzabschnitte aufgeteilt
c
n Übertragungskanal belegt f
Frequenzabschnitt über
gesamten Zeitraum
t
Quelle: Schilling, MobilkommunikationZeitmultiplex
n Kanal belegt gesamten Frequenzraum für einen
gewissen Zeitabschnitt
k1 k2 k3 k4 k5 k6
c
f
t
Quelle: Schilling, MobilkommunikationZeit- und Frequenzmultiplex
n Kombination der oben genannten Verfahren
n Sendungen belegen einen
Frequenzabschnitt für einen k1 k2 k3 k4 k5 k6
Zeitabschnitt
c
n Beispiel: GSM
f
tCodemultiplex k1 k2 k3 k4 k5 k6
n Sendung ist durch persönlichen c
Code charakterisiert
n Alle Teilnehmer können zur selben
Zeit im selben Frequenzabschnitt f
senden
n Realisierung:
Spreizspektrumtechnik t
Quelle: Schilling, MobilkommunikationDie 2. Generation
n IS-54 (D-AMPS)
¨ Nachfolger des analogen AMPS in Amerika
¨ Zeitschlitzstruktur
n
n
IS-136 (Digital PCS)
¨ Weiterentwicklung von IS-54
TDMA
Personal Digital Cellular (PDC, PDC-P)
¨ Vor allem in Japan verbreitet
n GSM
CDMA
n IS-95 und IS-95b (cdmaOne)
¨ Basierend auf N-CDMA (1.23 MHz Bandbreite)
¨ Erstes kommerzielles CDMA-NetzGSM
n Global System for Mobile Communications (GSM)
n 1998 – ETSI standardisiert
n 1991 – Markteinführung
Weltmarktanteile 2005
n Erfolgreichste Technologie
der 2. Generation TDMA
Other
5%
13%
¨ 171 Länder, 400 Betreiber
¨ 300 Millionen Nutzer (2001)
¨ Offene Standardisierung CDMA GSM
22% 60%
¨ Offen für Erweiterungen
Quelle: EMC Database, June 2001Vorteile der 2. Generation
n Höhere Lebensdauer und n Verschlüsselung
Mobilität
n MAHO - Mobile Assisted Hand
n Einfachere Frequenzplanung Off (Soft Handoff bei CDMA)
¨ Dynamic Channel Allocation
(GSM)
n Empfangsverbesserung durch
¨ Single Frequency Band Ausnutzung physikalischer
(CDMA)
Ausbreitungseigenschaften
n Bessere Performance
n Neue Dienste
¨ Geringe Anzahl von
¨ GPRS
Verbindungsabbrüchen
¨ HSCSD
¨ Schnellere VermittlungWie geht es weiter?
1800 Subscriptions worldwide (millions)
1600 Mobile subscribers
Wireline subscribers
1400
Mobile Internet
1200 Wireline Internet
1000
800
600
400
200
0
1995 2000 2005 2010Veränderung des Lebensstils
1990 2000 2005
Aussuchen
eines Films
und Kauf eines
Real-time Programm
Tickets des nächstgelegenen
Zeitung Online Programm & Kinos & Mobile
& Telefon Online Ticket Reservierung Ticketing
Urlaubsgruß
E-mails, Attachments, SMS, Video-Telefon, Foto-
Telefon, Postkarten, Bilder Videos etc. Messaging via Mobiltelefon
Gaming
Service
Brettspiele Gameboy, Playstation etc. (Interactive) Mobile gamingEvolution der Datendienste n immer mehr Daten mobil erreichbar n Sprachanteil nimmt nicht zu – umdenken erforderlich n Seit 1996 Kanalvermittelter Datendienst
Die 3. Generation
IMT-2000 Familie
n International Mobile Communication at 2000 MHz
n Standardisierung durch International Telecommunica-
tions Union (ITU)
n Schaffung von Rahmenbedingungen für Technologien
der 3. Generation
n Insgesamt 15 Vorschläge:
¨ 10 terrestrische Systeme
¨ 5 SatelitensystemeIMT-2000 Fähigkeiten
n Hohe Datenraten
¨ 144kbit/s (überall) bis 2Mbit/s (indoor)
n Symmetrische und asymmetrische Datenübertragung
¨ IP-Dienste
n Leitungsvermittelte (CS) und paketvermittelte (PS)
Übertragung
n Hohe Sprachqualität
n Hohe SpektrumseffizienzIMT-2000 Fähigkeiten (Forts.)
n Nahtloser Übergang von Systemen der 2. Generation
n Globale Erreichbarkeit in allen IMT-2000 Netzen
n Anwendungen unabhängig vom verwendeten Netz
(Virtual Home Environment)
Es handelt sich bei IMT-2000 um eine
ganze Familie von Systemen!Die IMT-2000 Familie
n W-CDMA n TD-CDMA
¨ UTRA-FDD UMTS ¨ UTRA-TDD
¨ cdma2000 ¨ TD-SCDMA
n TDMA n FD-TDMA
¨ UWC-136 ¨ DECT+
¨ GSM EDGEUMTS
n Universal Mobile Communication System
n Standardisierung durch Third Generation Partnership
Project (3GPP) in Stufen
¨ Release 99 (Japan, England)
¨ Release 2000 (R4/R5)
n Systemarchitektur
¨ UMTS Subscriber Identity Module
¨ Mobile Station
¨ Radio Access Network
¨ Core Network (ab R5 IP-Core-Network)
n Unterstützung von Kanal- und PaketvermittlungIP-Core Netzwerk Architektur
Pro Contra
n Modernes Design des Netzes n Gateways an den
n Integriertes Netz für Sprach Außengrenzen notwendig
und Datendienste (VoIP) n Migration von 2G-Netzen
n Preiswerte Routing komplizierter
Technologie nutzbar n Noch nicht in R99/R4
n Einfache Einführung von n Möglicherweise
neuen Diensten Sicherheitsprobleme
n Integriertes Q&M-Konzept
Vorteile überwiegen deutlich !UMTS Dienste
n Virtual Home Environment (VHE)
¨ Portierbarkeit von personalisierten Diensten über
Netzwerkgrenzen und zwischen Endgerätetypen
¨ Personal Service Environment (PSE)
n Mobile Station Application Execution Environment
(MExE)
¨ Ausführungsumgebung für Programme im Endgerät
n SIM Application Toolkit
¨ Sichere Ausführungsumgebung
n Open Service Architecture (OSA)
¨ Zukünftige Dienste für UMTSÜbergang von GSM zu UMTS
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)
n einfache GSM Erweiterung
n neues Zeitschlitzverfahren: ein Kanal kann mehrere
Zeitschlitze belegen
n Datenraten bis zu 8 x 9.6 kbit/s (=76.8 kbit/s)
n Nachteil
¨ mehrere Funkkanäle belegt,
wenn keine Daten gesendet werdenÜbergang von GSM zu UMTS GPRS (General Packet Radio Service) n massive Erweiterung von GSM um verbindungslosen, packetvermittelnden Dienst n Datenrate je nach Fehlerkorrektur 9.6 - 20 kbits/s (pro Slot) n „always on“
EDGE
n EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution):
¨ geplanter Endausbau für vorhandene GSM-Netze
¨ ca. dreimal so schnell wie GPRS (bis zu 65.2 kbit/s pro Slot)
n Übertragungsraten sollen IMT-2000 genügen:
¨ 144 kbit/s bei hoher Geschwindigkeit (Auto, Zug, ...)
¨ 384 kbit/s bei geringer Mobilität (Fußgänger)
¨ möglicherweise 2 Mbit/s mittels breitbandigem EDGE-Träger
n Kombination mit GPRS und HSCSD:
¨ EGPRS mit max. Datenrate von 65.2 kbit/s
¨ ECSD mit bis zu 38.4 kbit/s pro ZeitschlitzMigrationspfade von 2G zu 3G
IS-41 CORE NETWORK
cdmaOne CDMA2000
IS-95B 1x EV-DO
cdmaOne
IS-95A CDMA2000 1X
CDMA2000
1xEV-DV
TDMA
EDGE WCDMA
GSM GPRS
GSM MAP CORE NETWORK
2G 2.5G 3G
14.4kbps 64kbps 144kbps and upVision zukünftiger Kommunikationssysteme
Mobilität, Reichweite, Kosten
Mobiler
Zugriff
Transparenter
Technologie Lokaler
Wechsel ZugriffVision zukünftiger Systeme n „Always Best Connected“ n Ad-Hoc Netzwerke n Ortsbasierte Dienste n Multi-Mode Geräte
Mobile Gewinnaussichten
Source: Durlacher report on mobile commerceDie beliebtesten Dienste
Japan Korea GSM Countries
I-mode (NTT DoCoMo) access n-Top (SK Telecom) access SMS, GPRS, HSCSD
breakdown, September 2000 breakdown, August 2000
E-Mail, SMS 36 N/A 95
Ring tone/screen 20 25 1
download
12 29 N/A
Games
12 11 3
Other (GPRS...)
11 N/A 1
Information
Transaction 6 4,3 0
Directories 3 N/A N/AMultimedia Messaging Service
Regionale Gewinne 2005 und 2010
18
16
Service Revenues ($bio)
14
12
10
8
6
4
2
0
2005 2010 2005 2010 2005 2010 2005 2010
North America Asia Pacific Europe Rest of
World Source: UMTS Forum
Consumer BusinessFazit
n Technologischer Erfolg zukünftiger Kommunikations-
systeme wird bestimmt durch:
¨ 60% Politik
¨ 40% Ökonomie
¨ und der Rest ist Technologie (AT&T)
n „The road is bumpy, and some of the bumps are higher
than the car“ by Mahmoud Naghshineh, senior Manager
of IBM Thomas J. Watson Research CenterQuellen
n Wahlke, B.; Althoff, M. P.; Seidenberg, P.: UMTS – Ein
Kurs. J. Schlembach Verlag, 2001.
n Shafi, M.; Ogose, S.; Hattori, T.: Wireless
Communications in the 21st Century. IEEE Series on
Digital & Mobile Communications, 2002.
n DaFU Datenfunk
http://www.dafu.de/rechts/zukunft.html
n Mobile 3G
http://www.mobile3g.com
n ITU Activities on IMT-2000
http://www.itu.int/home/imt.htmlQuellen
n Garber, L.: Will 3G Really Be the Next Big Wireless
Technology? IEEE Computer, Volume 35, Number 1,
January 2002.
n EEtimes
http://www.eetimes.com/story/OEG20030526S0002
n Qualcom
http://www.qualcomm.com/cdmaSie können auch lesen
