DECT, GSM, UMTS und danach Zukünftige Kommunikationstechnologien

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1 DECT, GSM, UMTS und danach Zukünftige Kommunikationstechnologien Dipl.-Ing. Marc Haase Universität Rostock FB Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik

2 Gliederung Rückblick Die 1. und 2. Generation Die 3. Generation die nahe Zukunft IMT-2000 Familie UMTS Vision zukünftiger Kommunikationssysteme

3 Die 1. und 2. Generation

4 Die 1. Generation Große Zellen mit hoher Reichweite Geringe Infrastrukturkosten Geringe Teilnehmerkapazität Hohe Sendeleistung bei Basis- und Mobilstation Niedrige Frequenzökonomie P:

5 Die 1. Generation A-Netz ( ) Teilnehmer Handvermittelt Analog 154 MHz und 177 MHz, Frequenzmodulation B-Netz ( ) Teilnehmer Selbstwahlverfahren Analog, 158 Funkfeststationen, 75 Kanäle Keine automatische Lokalisierung

6 Die 1. Generation

7 Das zellulare Konzept Bell Labs Patent (1972) Zellen sorgen für flächendeckende Versorgung Mehrfachnutzung des Frequenzspektrums Gespräche wechseln bei Mobilität der Teilnehmer die Basisstation Vorteile Niedrigere Sendeleistung Kleinere Endgeräte

8 Multiplexen Kanäle k i k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 Multiplexen in 4 Dimensionen: Raum (r i ) Zeit (t) Frequenz (f) r 1 c t f c t Code (c) r 2 f c Ziel: Mehrfachnutzung des gemeinsamen Mediums t r 3 f Wichtig: Genügend große Schutzabstände nötig! Quelle: Schilling, Mobilkommunikation

9 Frequenzmultiplex Gesamte verfügbare Bandbreite wird in einzelne Frequenzabschnitte aufgeteilt Übertragungskanal belegt Frequenzabschnitt über gesamten Zeitraum c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f t Quelle: Schilling, Mobilkommunikation

10 Zeitmultiplex Kanal belegt gesamten Frequenzraum für einen gewissen Zeitabschnitt k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 c f t Quelle: Schilling, Mobilkommunikation

11 Zeit- und Frequenzmultiplex Kombination der oben genannten Verfahren Sendungen belegen einen Frequenzabschnitt für einen Zeitabschnitt Beispiel: GSM c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f t

12 Codemultiplex k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 Sendung ist durch persönlichen Code charakterisiert c Alle Teilnehmer können zur selben Zeit im selben Frequenzabschnitt senden f Realisierung: Spreizspektrumtechnik t Quelle: Schilling, Mobilkommunikation

13 Die 2. Generation IS-54 (D-AMPS) Nachfolger des analogen AMPS in Amerika Zeitschlitzstruktur IS-136 (Digital PCS) Weiterentwicklung von IS-54 Personal Digital Cellular (PDC, PDC-P) Vor allem in Japan verbreitet GSM TDMA CDMA Erstes kommerzielles CDMA-Netz IS-95 und IS-95b (cdmaone) Basierend auf N-CDMA (1.23 MHz Bandbreite)

14 GSM Global System for Mobile Communications (GSM) 1998 ETSI standardisiert 1991 Markteinführung Erfolgreichste Technologie der 2. Generation 171 Länder, 400 Betreiber 300 Millionen Nutzer (2001) Offene Standardisierung Offen für Erweiterungen CDMA 22% TDMA 13% Weltmarktanteile 2005 Other 5% GSM 60% Quelle: EMC Database, June 2001

15 Vorteile der 2. Generation Höhere Lebensdauer und Mobilität Einfachere Frequenzplanung Dynamic Channel Allocation (GSM) Single Frequency Band (CDMA) Bessere Performance Geringe Anzahl von Verbindungsabbrüchen Schnellere Vermittlung Verschlüsselung MAHO - Mobile Assisted Hand Off (Soft Handoff bei CDMA) Empfangsverbesserung durch Ausnutzung physikalischer Ausbreitungseigenschaften Neue Dienste GPRS HSCSD

16 Wie geht es weiter? Subscriptions worldwide (millions) Mobile subscribers Wireline subscribers Mobile Internet Wireline Internet

17 Veränderung des Lebensstils Aussuchen eines Films und Kauf eines Tickets 2005 Zeitung & Telefon Online Programm & Online Ticket Reservierung Real-time Programm des nächstgelegenen Kinos & Mobile Ticketing Telefon, Postkarten, Bilder s, Attachments, SMS, Videos etc. Video-Telefon, FotoMessaging via Mobiltelefon Brettspiele Gameboy, Playstation etc. (Interactive) Mobile gaming Urlaubsgruß Gaming Service

18 Evolution der Datendienste immer mehr Daten mobil erreichbar Sprachanteil nimmt nicht zu umdenken erforderlich Seit 1996 Kanalvermittelter Datendienst

19 Die 3. Generation

20 IMT-2000 Familie International Mobile Communication at 2000 MHz Standardisierung durch International Telecommunications Union (ITU) Schaffung von Rahmenbedingungen für Technologien der 3. Generation Insgesamt 15 Vorschläge: 10 terrestrische Systeme 5 Satelitensysteme

21 IMT-2000 Fähigkeiten Hohe Datenraten 144kbit/s (überall) bis 2Mbit/s (indoor) Symmetrische und asymmetrische Datenübertragung IP-Dienste Leitungsvermittelte (CS) und paketvermittelte (PS) Übertragung Hohe Sprachqualität Hohe Spektrumseffizienz

22 IMT-2000 Fähigkeiten (Forts.) Nahtloser Übergang von Systemen der 2. Generation Globale Erreichbarkeit in allen IMT-2000 Netzen Anwendungen unabhängig vom verwendeten Netz (Virtual Home Environment) Es handelt sich bei IMT-2000 um eine ganze Familie von Systemen!

23 Die IMT-2000 Familie W-CDMA UTRA-FDD cdma2000 UMTS TD-CDMA UTRA-TDD TD-SCDMA TDMA UWC-136 GSM EDGE FD-TDMA DECT+

24 UMTS Universal Mobile Communication System Standardisierung durch Third Generation Partnership Project (3GPP) in Stufen Release 99 (Japan, England) Release 2000 (R4/R5) Systemarchitektur UMTS Subscriber Identity Module Mobile Station Radio Access Network Core Network (ab R5 IP-Core-Network) Unterstützung von Kanal- und Paketvermittlung

25 IP-Core Netzwerk Architektur Pro Modernes Design des Netzes Integriertes Netz für Sprach und Datendienste (VoIP) Preiswerte Routing Technologie nutzbar Einfache Einführung von neuen Diensten Integriertes Q&M-Konzept Contra Gateways an den Außengrenzen notwendig Migration von 2G-Netzen komplizierter Noch nicht in R99/R4 Möglicherweise Sicherheitsprobleme Vorteile überwiegen deutlich!

26 UMTS Dienste Virtual Home Environment (VHE) Portierbarkeit von personalisierten Diensten über Netzwerkgrenzen und zwischen Endgerätetypen Personal Service Environment (PSE) Mobile Station Application Execution Environment (MExE) Ausführungsumgebung für Programme im Endgerät SIM Application Toolkit Sichere Ausführungsumgebung Open Service Architecture (OSA) Zukünftige Dienste für UMTS

27 Übergang von GSM zu UMTS HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) einfache GSM Erweiterung neues Zeitschlitzverfahren: ein Kanal kann mehrere Zeitschlitze belegen Datenraten bis zu 8 x 9.6 kbit/s (=76.8 kbit/s) Nachteil mehrere Funkkanäle belegt, wenn keine Daten gesendet werden

28 Übergang von GSM zu UMTS GPRS (General Packet Radio Service) massive Erweiterung von GSM um verbindungslosen, packetvermittelnden Dienst Datenrate je nach Fehlerkorrektur kbits/s (pro Slot) always on

29 EDGE 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) 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 Kombination mit GPRS und HSCSD: EGPRS mit max. Datenrate von 65.2 kbit/s ECSD mit bis zu 38.4 kbit/s pro Zeitschlitz

30 Migrationspfade von 2G zu 3G IS-41 CORE NETWORK cdmaone IS-95A TDMA cdmaone IS-95B CDMA2000 1X CDMA2000 1x EV-DO CDMA2000 1xEV-DV EDGE WCDMA GSM GPRS GSM MAP CORE NETWORK 2G 14.4kbps 2.5G 64kbps 3G 144kbps and up

31 Vision zukünftiger Kommunikationssysteme

32 Mobilität, Reichweite, Kosten Mobiler Zugriff Transparenter Technologie Wechsel Lokaler Zugriff

33 Vision zukünftiger Systeme Always Best Connected Ad-Hoc Netzwerke Ortsbasierte Dienste Multi-Mode Geräte

34 Mobile Gewinnaussichten Source: Durlacher report on mobile commerce

35 Die beliebtesten Dienste Japan I-mode (NTT DoCoMo) access breakdown, September 2000 Korea n-top (SK Telecom) access breakdown, August 2000 GSM Countries SMS, GPRS, HSCSD , SMS 36 N/A 95 Ring tone/screen download Games N/A Other (GPRS...) Information 11 N/A 1 Transaction 6 4,3 0 Directories 3 N/A N/A

36 Multimedia Messaging Service Regionale Gewinne 2005 und Service Revenues ($bio) North America Asia Pacific Europe Rest of World Consumer Business Source: UMTS Forum

37 Fazit Technologischer Erfolg zukünftiger Kommunikationssysteme wird bestimmt durch: 60% Politik 40% Ökonomie und der Rest ist Technologie (AT&T) 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 Center

38 Quellen Wahlke, B.; Althoff, M. P.; Seidenberg, P.: UMTS Ein Kurs. J. Schlembach Verlag, Shafi, M.; Ogose, S.; Hattori, T.: Wireless Communications in the 21st Century. IEEE Series on Digital & Mobile Communications, DaFU Datenfunk Mobile 3G ITU Activities on IMT

39 Quellen Garber, L.: Will 3G Really Be the Next Big Wireless Technology? IEEE Computer, Volume 35, Number 1, January EEtimes Qualcom

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