Geschichte der drahtlosen Kommunikation I

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1 Geschichte der drahtlosen Kommunikation I 1896 Guglielmo Marconi erste Demonstration der drahtlosen Telegraphie (digital!) Langwellenübertragung, hohe Sendeleistungen benötigt (> 200kW) 1907 Kommerzielle Transatlantik-Verbindungen sehr große Basisstationen (30 100m hohe Antennenmasten) 1915 Drahtlose Sprachübertragung New York - San Francisco 1920 Entdeckung der Kurzwellenübertagung durch Marconi kleinere Sender und Empfänger, ermöglicht durch die Erfindung der Vakuumröhre (1906, Lee DeForest und Robert von Lieben) 1926 Zugtelefon auf der Strecke Hamburg - Berlin Drähte parallel zur Bahntrasse 30

2 Geschichte der drahtlosen Kommunikation II 1928 viele Feldversuche mit TV (Farb TV, Nachrichten, Atlantik) 1933 Frequenzmodulation (E. H. Armstrong) 1958 A-Netz in Deutschland analog, 160MHz, Verbindungsaufbau nur von der Mobilstation, kein Handover, 80% Flächendeckung, Teilnehmer 1972 B-Netz in Deutschland analog, 160MHz, Verbindungsaufbau auch aus dem Festnetz heraus (aber Aufenthaltsort der Mobilstation muss bekannt sein) ebenso in A, NL und LUX, Teilnehmer in D 1979 NMT, 450 MHz (Skandinavien) 1982 Start der GSM-Spezifikation Ziel: paneuropäisches digitales Mobilfunknetz mit Roaming 1983 Start des amerikanischen AMPS (Advanced Mobile Phone System, analog) 1984 CT-1 Standard (Europa) für schnurlose Telefone 31

3 Geschichte der drahtlosen Kommunikation III 1986 C-Netz in Deutschland analoge Sprachübertragung, 450MHz, Handover möglich, digitale Signalisierung, automatische Lokalisierung der Mobilstation bis 2000 im Einsatz, Dienste: FAX, Modem, Datex-P, , 98% Flächendeckung 1991 Spezifikation des DECT-Standards Digital European Cordless Telephone (heute: Digital Enhanced Cordless Telecommunications) MHz, ~ m Reichweite, 120 Duplexkanäle, 1,2Mbit/s Datenübertragung, Sprachverschlüsselung, Authentifizierung, mehrere Nutzer/km 2, Nutzung in 50 Ländern 1992 Start von GSM in D als D1 und D2, voll digital, 900MHz, 124 Trägerfrequenzen automatische Lokalisierung, Handover, zellular, Roaming in Europa - nun auch weltweit in weit über 200 Ländern Dienste: Daten mit 9,6 kbit/s, FAX, Sprache,... 32

4 Geschichte der drahtlosen Kommunikation IV 1994 E-Netz in Deutschland GSM mit 1800MHz, kleinere Zellen als Eplus in D (Ende % der Bevölkerung erreichbar) 1996 HiperLAN (High Performance Radio Local Area Network) ETSI, Standardisierung von Typ 1: 5,15-5,30GHz, 23,5Mbit/s Vorschläge für Typen 2 und 3 (beide 5GHz) und 4 (17GHz) als drahtlose ATM-Erweiterungen (bis 155Mbit/s) 1997 Wireless LAN - IEEE IEEE-Standard, 2,4-2,5GHz und Infrarot, 2Mbit/s viele proprietäre Produkte schon früher 1998 Spezifikation von GSM-Nachfolgern UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) als europäischer Vorschlag für IMT-2000 (IMT-2000: einheitliches Rahmenwerk der ITU für zukünftige Kommunikationssysteme) Iridium 66 Satelliten (+6 Reserve), 1,6GHz zum Mobiltelefon 33

5 Geschichte der drahtlosen Kommunikation V 1999 Weitere drahtlose LANs IEEE-Standard b, 2,4-2,5GHz, 11Mbit/s Bluetooth für Pikonetze, 2,4GHz, < 1Mbit/s Entscheidung über IMT-2000 Mehrere Familienmitglieder : UMTS, cdma2000, DECT,... Start von WAP (Wireless Application Protocol) Erster Anfang der Verschmelzung Internet/Mobilkommunikation Zugang zu vielfältigen Informationsdiensten über ein Handy 2000 GSM mit höheren Übertragungsraten HSCSD bietet bis zu 57,6kbit/s Erste GPRS-Installationen mit bis zu 50kbit/s (paketorientiert) UMTS-Versteigerungen/-Schönheitswettbewerbe Höhenflug und erste Ernüchterung (über 50 Mrd. für 6 Lizenzen bezahlt) 2001 Start von 3G-Systemen cdma2000 in Korea, UMTS-Tests in Europa, Foma (beinahe UMTS) in Japan 34

6 History of wireless communication VI WLAN hot-spots start to spread UMTS starts in Germany Start of DVB-T in Germany replacing analog TV WiMax starts as DSL alternative (not mobile) first ZigBee products HSDPA starts in Germany as fast UMTS download version offering > 3 Mbit/s WLAN draft for 250 Mbit/s (802.11n) using MIMO WPA2 mandatory for Wi-Fi WLAN devices over 3.3 billion subscribers for mobile phones (NOT 3 bn people!) real Internet widely available on mobile phones (standard browsers, decent data rates) 7.2 Mbit/s HSDPA, 1.4 Mbit/s HSUPA available in Germany, more than 100 operators support HSPA worldwide, first LTE tests (>100 Mbit/s) 2009 the story continues with netbooks, iphones, VoIPoWLAN 2010 LTE available in some cities, new frequencies allocated Reuse of old analog TV bands, LTE as DSL replacement for rural areas 35

7 Mobilfunksysteme: Entwicklung im Überblick 1981: NMT : NMT : GSM Mobiltelefone 1994: DCS : CDMA 1983: AMPS 1991: D-AMPS 1993: PDC 1982: Inmarsat-A 1988: Inmarsat-C Satelliten 1992: Inmarsat-B Inmarsat-M 1998: Iridium schnurlose Telefone 1980: CT0 1984: CT1 1987: CT : CT 2 drahtlose LAN 1991: DECT 199x: proprietary 1997: IEEE : b, Bluetooth analog digital 2000: GPRS 2001: IMT : IEEE a Vierte Generation 36

8 Übersicht Motivation und Begriffsbildung Geschichte der drahtlosen Kommunikation Vereinfachtes Referenzmodell Vorlesungsübersicht 37

9 Vereinfachtes Referenzmodell Anwendung Anwendung Transport Transport Netzwerk Netzwerk Netzwerk Netzwerk Sicherung Sicherung Sicherung Sicherung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Funk Medium 38

10 Einfluss der Mobilkommunikation auf das Referenzmodell Anwendungsschicht Transportschicht Netzwerkschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht Dienstelokation neue Anwendungen, Multimedia adaptive Anwendungen Staukontrolle, Flusskontrolle Dienstqualität Adressierung, Wegewahl, Endgerätelokalisierung Handover Authentifizierung Medienzugriff Multiplexing Medienzugangskontrolle Verschlüsselung Modulation Interferenzen Dämpfung Frequenzen 39

11 Übersicht Motivation und Begriffsbildung Geschichte der drahtlosen Kommunikation Vereinfachtes Referenzmodell Vorlesungsübersicht 40

12 Kapitelübersicht Transportprotokolle Netzwerkprotokolle Telekommunikationssysteme Ad-hoc und Sensornetze Drahtlose LANs Medienzugriffskontrolle Technische Grundlagen 41

13 Übersicht über die Vorlesung Einführung Einsatzszenarien Begriffsdefinitionen Herausforderungen Technische Grundlagen Wellenausbreitung, Frequenzen Signale, Dämpfung, Antennen Modulation Medienzugriff SDMA, TDMA, CDMA, FDMA CSMA/CA, Aloha mit Varianten Kollisionsvermeidung, Polling Sensornetze Einsatzgebiete Herausforderungen Programmierung Energieeffiziente MAC-Layer Bestimmung von Ort und Zeit Drahtlose Telekommunikationssysteme GSM, HSCSD, GPRS, DECT, TETRA, UMTS, IMT-2000 Drahtlose LANs Techniken, Einsatzgebiete IEEE a/b/g,.15, Bluetooth Netzwerkprotokolle Mobile IP Ad-hoc Netze Wegewahl Transportprotokolle/Mobile TCP zuverlässiger Datentransport Flusssteuerung Dienstqualität 42

14 Zusammenfassung und Literatur Motivation und Begriffsbildung Geschichte der drahtlosen Kommunikation Vereinfachtes Referenzmodell Vorlesungsübersicht 43

15 Zusammenfassung Drahtlose Kommunikation ist ein äußerst wichtiger Baustein in der modernen IT Hardwaretrends Nutzererwartungen Drahtlose Kommunikation wird nicht durch kleine Anpassungen von drahtgebundener Kommunikation gelöst Es gibt nicht das eine Szenario für drahtlose Kommunikation Eingesetzte Gerätetypen Anwendungsfälle Netzformen Zwei wesentliche Herausforderungen aus technischer Sicht Integration in bestehende Netze Entwicklung neuer Netzorganisationsformen Wesentliche Herausforderungen aus Anwendungssicht: nahtlose Integration 44

16 Literatur [Schiller2003] Jochen Schiller, Mobilkommunikation, 2te überarbeitete Auflage, Einführung 45