Mobilkommunikation. Universität Potsdam Informatik Lehr- und Lernsequenzen. Ronald Nitschke, Alexander Heine

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1 Mobilkommunikation Universität Potsdam Informatik Lehr- und Lernsequenzen Ronald Nitschke, Alexander Heine Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 1

2 Einführung Mobilität und ihre Auswirkungen Geschichte der Mobilkommunikation Teilnehmerzahlen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 2

3 Computer für die nächsten Jahrzehnte? Computer sind integriert klein, billig, beweglich, austauschbar - nicht mehr als eigenständige Einheit erkennbar Technik tritt in den Hintergrund Computer erkennen selbst wo sie sind und passen sich an Computer erkennen wo welcher Benutzer ist und verhalten sich entsprechend (z.b. Weiterleiten von Gesprächen, Fax) Fortschritte in der Technik höhere Rechenleistung auf kleinerem Raum flache, leichte Anzeigen mit niedriger Leistungsaufnahme neue Schnittstellen zum Benutzer wg. kleiner Abmessungen mehr Bandbreite pro Kubikmeter vielfältige drahtlose Netzschnittstellen: lokale drahtlose Netze, globale Netze, regionale Telekommunikationsnetze etc. ( Overlaynetzwerke ) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 3

4 Mobilkommunikation Zwei Aspekte der Mobilität: Benutzermobilität: Der Benutzer kommuniziert (drahtlos) zu jeder Zeit, an jedem Ort, mit jedermann. Gerätemobilität: Ein Endgerät kann zu einer beliebigen Zeit, an einem beliebigen Ort im Netz angeschlossen werden. Wireless vs. Mobile Beispiele stationäre Arbeitsplatzrechner Notebook im Hotel Funk LANs in nicht verkabelten Gebäuden Personal Digital Assistants (PDA) Der Wunsch nach mobiler Datenkommunikation schafft den Bedarf zur Integration von drahtlosen Netzen in bestehende Festnetze: im lokalen Bereich: Standardisierung von IEEE , ETSI (HIPERLAN) im Internet: Die Mobile IP-Erweiterung im Weitverkehrsbereich: Anbindung an ISDN durch GSM Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 4

5 Anwendungen Fahrzeuge Notfälle Empfang von Nachrichten, Straßenzustand, Wetter, Musik via DAB persönliche Kommunikation über GSM Positionsbestimmung über GPS lokales Netz mit Fahrzeugen in der Umgebung zur Vermeidung von Unfällen, Leitsystem, Redundanz Fahrzeugdaten (z.b. bei Linienbussen, ICE) können vorab in eine Werkstatt übermittelt werden, dann schnellere Reparatur Übermittlung von Patientendaten ins Krankenhaus vor der Einlieferung, aktueller Stand der Behandlung, Diagnose Ersatz der festen Infrastruktur bei Erdbeben, Orkanen, Feuer etc. Einsatz in Krisengebieten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 5

6 Typische Anwendung: Straßenverkehr UMTS, WLAN, DAB, GSM, TETRA,... ad hoc Personal Travel Assistant, DAB, PDA, laptop, GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth,... Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 6

7 Mobile und drahtlose Dienste Always Best Connected LAN, WLAN 780 kbit/s GSM 53 kbit/s Bluetooth 500 kbit/s UMTS, GSM 115 kbit/s LAN 100 Mbit/s, WLAN 54 Mbit/s UMTS, DECT 2 Mbit/s GSM/EDGE 384 kbit/s, WLAN 780 kbit/s GSM 115 kbit/s, WLAN 11 Mbit/s UMTS, GSM 384 kbit/s Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 7

8 Anwendungen Handelsvertreter direkter Zugriff auf Kundendaten in der Zentrale konsistente Datenhaltung über alle Mitarbeiter mobiles Büro Ersatz eines Festnetzes abgeschiedene Messstationen, z.b. Wetter, Flusspegel Flexibilität bei Messeständen Vernetzung historischer Gebäude Freizeit, Unterhaltung, Information Internet-Anschluss im Grünen tragbarer Reiseführer mit aktuellen Informationen vor Ort Ad-hoc Netzwerke für Mehrbenutzerspiele History Info Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 8

9 Ortsabhängige Dienste Umgebungsbewusstsein welche Dienste, wie Drucker, Fax, Telefon, Server etc. existieren in der lokalen Umgebung Nachfolgedienste automatische Anrufweiterleitung, Übertragung der gewohnten Arbeitsoberfläche an den aktuellen Aufenthaltsort Informationsdienste push : z.b. aktuelle Sonderangebote im Supermarkt pull : z.b. wo finde ich Pizza mit Thunfisch Nachfolgen der Unterstützungsdienste Caches, Zwischenberechnungen, Zustandsinformation etc. folgt dem mobilen Endgerät durch das Festnetz Privatheit wer soll Kenntnis über den Aufenthaltsort erlangen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 9

10 Mobile Endgeräte Pager nur Empfang sehr kleine Anzeigen einfache Textnachrichten PDA einfache Grafikanzeigen Handschrifterkennung vereinfachtes WWW Laptop voll funktionsfähig Standardanwendungen Sensoren, embedded systems Mobiltelefone Sprache, Daten einfache Textanzeigen Palmtops kleine Tastatur einfache Versionen der Standardprogramme L e i s t u n g Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 10

11 Auswirkungen der Endgeräteportabilität Leistungsaufnahme begrenzte Rechenleistung, niedrigere Qualität der Anzeigen, kleinere Festplatten durch begrenzte Batterieleistung CPU: Leistungsaufnahme ~ CV 2 f Datenverlust C: interne Kapazitäten, durch Hochintegration verringert V: Betriebsspannung, wird kontinuierlich abgesenkt f: Taktfrequenz, kann z.b. zeitweise gesenkt werden muss von vornherein mit eingeplant werden (z.b. Defekte) Stark eingeschränkte Benutzungsschnittstelle Kompromiss zwischen Fingergröße und Tragbarkeit evtl. Integration von Handschrift, Sprache, Symbolen Eingeschränkter Speicher Massenspeicher mit beweglichen Teilen nur begrenzt einsetzbar Flash-Speicher als Alternative Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 11

12 Drahtlose Netzwerke im Vergleich zu Festnetzen Höhere Fehlerraten durch Interferenzen Einstrahlung von z.b. Elektromotoren, Blitzschlag Restriktivere Regulierungen der Frequenzbereiche Frequenzen müssen koordiniert werden, die sinnvoll nutzbaren Frequenzen sind schon fast alle vergeben Niedrigere Übertragungsraten lokal einige Mbit/s, regional derzeit z.b. 9,6kbit/s mit GSM Höhere Verzögerungen, größere Schwankungen Verbindungsaufbauzeiten via GSM im Sekundenbereich, auch sonst einige hundert Millisekunden Geringere Sicherheit gegenüber Abhören, aktive Attacken Luftschnittstelle ist für jeden einfach zugänglich, Basisstationen können vorgetäuscht werden Stets geteiltes Medium sichere Zugriffsverfahren wichtig Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 12

13 Erfindungen und Entdeckungen Schon früh wurde Licht zur Kommunikation eingesetzt Heliographen, Flaggen ( Semaphore ), Zeiger 150 v.chr. Rauchsignale zur Kommunikation; von Polybius, Griechenland, berichtet 1794, Optischer Telegraph, Claude Chappe Hier ist vor allem der Einsatz von Funk von Interesse: 1831 Faraday demonstriert elektromagnetische Induktion J. Maxwell ( ): Theorie der elektromagnetischen Felder, Wellengleichungen (1864) H. Hertz ( ): Demonstriert experimentell den Wellencharakter der elektrischen Übertragung durch den Raum (1888 in Karlsruhe) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 13

14 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 Kurzwelle durch Marconi Reflexion an der Ionosphäre 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 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 14

15 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 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 15

16 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 über 170 Ländern Dienste: Daten mit 9,6 kbit/s, FAX, Sprache,... Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 16

17 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 Iridium 66 Satelliten (+6 Reserve), 1,6GHz zum Mobiltelefon Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 17

18 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 (nicht so ganz 3G am Anfang), UMTS-Tests in Europa, Foma (beinahe UMTS) in Japan Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 18

19 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 2000: GPRS 2001: IMT : IEEE a digital 4G Vierte Generation: wann und wie? 200?: Vierte Generation (Internet basiert) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 19

20 Teilnehmerzahlen für Mobiltelefonie (Vorhersage 1998) Amerika Europa Japan andere total Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 20

21 Mobiltelefone je 100 Einwohner 1999 Deutschland Griechenland Spanien Belgien Frankreich Niederlande Großbritannien Schweiz Irland Österreich Portugal Luxemburg Italien Dänemark Norwegen Schweden Finnland : 50-70% Durchdringung in Westeuropa Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 21

22 Weltweites Teilnehmerwachstum Teilnehmer [Millionen] Ab 2000 flacht die Kurve ab Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 22

23 Mobilfunkteilnehmer nach Regionen (Juni 2002) Mittlerer Osten; 1,6 Afrika; 3,1 Amerika 22 Asien/Pazifik; 36,9 Europa; 36,4 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 23

24 Forschungsbereiche in der Mobilkommunikation Drahtlose Kommunikation Übertragungsqualität (Bandbreite, Fehlerrate, Verzögerung) Modulation, Codierung Medienzugriff... Mobilität Ortsabhängige Dienste Transparenz des Aufenthaltsorts Dienstgüteunterstützung... Portabilität Leistungsaufnahme eingeschränkte Rechenleistung, Anzeigengröße,... Handhabbarkeit... Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 24

25 Vereinfachtes Referenzmodell Anwendung Anwendung Transport Transport Netzwerk Netzwerk Netzwerk Netzwerk Sicherung Sicherung Sicherung Sicherung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Funk Medium Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 25

26 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 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 1 Folie 26

27 Mobilkommunikation Technische Grundlagen Frequenzen Signale Antennen Signalausbreitung Multiplextechniken Spreizspektrumtechnik Modulationstechniken Zellenstrukturen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 1

28 Frequenzbereiche für die Kommunikation verdrillte Drähte Koaxialkabel Hohlleiter optische Übertragung 1 Mm 300 Hz 10 km 30 khz 100 m 3 MHz 1 m 300 MHz 10 mm 30 GHz 100 µm 3 THz 1 µm 300 THz VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Infrarot Sichtbares UV Licht VLF = Very Low Frequency LF = Low Frequency (Langwellen-Radio) MF = Medium Frequency (Mittelwellen-Radio) HF = High Frequency (Kurzwellen-Radio) VHF = Very High Frequency (UKW-Radio) UHF = Ultra High Frequency SHF = Super High Frequency EHF = Extra High Frequency UV = Ultraviolettes Licht Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge: λ = c/f mit Wellenlänge λ, Lichtgeschwindigkeit c 3x10 8 m/s, Frequenz f Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 2

29 Frequenzbereiche für die Mobilkommunikation VHF-/UHF-Bereich für Mobilfunk handhabbare, einfache Fahrzeugantennen Ausbreitungsbedingungen vorhersehbar für zeitlich zuverlässige Verbindungen (wenig Überreichweiten, nicht zu stark reflektierte Wellen) Frequenzen ab SHF-Bereich für Richtfunkstrecken, Satellitenkommunikation überschaubare Antennenabmessungen mit starker Bündelwirkung größere Bandbreiten verfügbar Für drahtlose LANs Frequenzen ab UHF-Bereich bis SHF-Bereich geplant auch bis in EHF-Bereich Begrenzung durch Resonanz von Molekülen (Wasser, Sauerstoff etc.) damit starke witterungsbedingte Dämpfungen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 3

30 Frequenzen und Regulierungen Die ITU-R veranstaltet regelmäßig Konferenzen zur Aushandlung und Verwaltung der Frequenzbereiche (WRC, World Radio Conferences) Beispiele für Betriebsfrequenzen im Mobilkommunikationsbereich: Europe USA Japan Cellular Phones Cordless Phones Wireless LANs Others GSM , / , , / , / UMTS (FDD) , UMTS (TDD) , CT , CT DECT IEEE HIPERLAN , RF-Control 27, 128, 418, 433, 868 AMPS, TDMA, CDMA , TDMA, CDMA, GSM , PACS , PACS-UB IEEE , RF-Control 315, 915 PDC , , , PHS JCT IEEE RF-Control 426, 868 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 4

31 Signale I Physikalische Darstellung von Daten Zeitabhängig oder ortsabhängig Signalparameter: Kenngrößen, deren Wert oder Werteverlauf die Daten repräsentieren Einteilung in Klassen nach Eigenschaften: zeitkontinuierlich oder zeitdiskret wertkontinuierlich oder wertdiskret Analogsignal = zeit- und wertkontinuierlich Digitalsignal = zeit- und wertdiskret Signalparameter periodischer Signale: Periode T, Frequenz f=1/t, Amplitude A, Phasenverschiebung ϕ Sinusförmige Trägerschwingung als spezielles periodisches Signal: s(t) = A t sin(2 π f t t + ϕ t ) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 5

32 Fourier-Repräsentation periodischer Signale g( t) = 1 2 c + n= 1 a n sin(2πnft) + n= 1 b n cos(2πnft) ideales periodisches Signal t reale Komposition (basierend auf Harmonischen) t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 6

33 Signale II A [V] Verschiedene Darstellungen eines Signals: Amplitudenspektrum (Amplitude über Zeit) Frequenzspektrum (Amplitude oder Phase über Frequenz) Phasenzustandsdiagramm (Amplitude M und Phasenwinkel θ werden in Polarkoordinaten aufgetragen) A [V] Q = M sin θ (Quadrature) ϕ t[s] f [Hz] Zusammengesetzte Signale mittels Fourier-Transformation in Frequenzkomponenten aufteilbar Digitalsignale besitzen Rechteckflanken im Frequenzspektrum unendliche Bandbreite zur Übertragung Modulation auf analoge Trägersignale ϕ I = M cos θ (In-phase) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 7

34 Antennen: isotroper Punktstrahler Abstrahlung und Aufnahme elektromagnetischer Felder Isotroper Punktstrahler strahlt Leistung in alle Richtungen gleichmäßig ab (nur theoretische Bezugsantenne) Reale Antennen haben eine Richtwirkung in Vertikal- und/oder Horizontalebene Veranschaulichung im Richtdiagramm (durch Leistungsmessung rund um die Antenne ermittelt) y z z x y x idealer isotroper Punktstrahler Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 8

35 Antennen: einfache Dipole Technische Antennen sind keine isotropen Punktstrahler, aber z.b. Viertelwellenstrahler (auf gut leitendem Grund wie ein Fahrzeigdach) und Halbwellendipole Abmessung einer Antenne ist proportional zur Wellenlänge λ/4 λ/2 Beispiel: Richtdiagramm eines einfachen Dipols y y z x z x einfacher Dipol Seitenansicht (xy-ebene) Seitenansicht (yz-ebene) von oben (xz-ebene) Gewinn: maximale Leistung in Richtung der Hauptstrahlungskeule verglichen mit der Leistung eines isotropen Punktstrahlers (gleiche Durchschnittsleistung) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 9

36 Antennen: gerichtet und mit Sektoren Häufig eingesetzte Antennenarten für direkte Mikrowellenverbindungen und Basisstationen für Mobilfunknetze (z.b. Ausleuchtung von Tälern und Straßenschluchten) y y z x z x gerichtete Antenne Seitenansicht (xy-ebene) Seitenansicht (yz-ebene) von oben (xz-ebene) z z x x Sektorenantenne von oben, 3 Sektoren von oben, 6 Sektoren Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 10

37 Antennen: Diversität Gruppierung von 2 oder mehr Antennen Antennenfelder mit mehreren Elementen Antennendiversität Umschaltung/Auswahl Empfänger wählt die Antenne mit dem besten Empfang Kombination Kombination der Antennen für einen besseren Empfang Phasenanpassung um Auslöschung zu vermeiden λ/4 λ/2 λ/4 λ/2 λ/2 λ/2 + + Grundfläche Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 11

38 Signalausbreitungsbereiche Übertragungsbereich Kommunikation möglich niedrige Fehlerrate Erkennungsbereich Signalerkennung möglich keine Kommunikation möglich Interferenzbereich Signal kann nicht detektiert werden Signal trägt zum Hintergrundrauschen bei Sender Übertragung Erkennung Interferenz Entfernung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 12

39 Signalausbreitung Ausbreitung im freien Raum grundsätzlich geradlinig (wie Licht) Empfangsleistung nimmt mit 1/d² ab (d = Entfernung zwischen Sender und Empfänger) Empfangsleistung wird außerdem u.a. beeinflusst durch Freiraumdämpfung (frequenzabhängig) Abschattung durch Hindernisse Reflexion an großen Flächen Refraktion in Abhängigkeit der Dichte eines Mediums Streuung (scattering) an kleinen Hindernissen Beugung (diffraction) an scharfen Kanten Abschattung Reflexion Refraktion Streuung Beugung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 13

40 Praxisbeispiele Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 14

41 Mehrwegeausbreitung Signal kommt aufgrund von Reflexion, Streuung und Beugung auf mehreren Wegen beim Empfänger an Sendesignal Signal wird zeitlich gestreut (time dispersion) Interferenz mit Nachbarsymbolen Direkte und phasenverschobene Signalanteile werden empfangen je nach Phasenlage abgeschwächtes Signal Empfangssignal Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 15

42 Auswirkungen der Mobilität Übertragungskanal ändert sich mit dem Ort der Mobilstation und der Zeit Übertragungswege ändern sich unterschiedliche Verzögerungsbreite der Einzelsignale unterschiedliche Phasenlage der Signalanteile kurzzeitige Einbrüche in der Empfangsleistung (schnelles Fading) Zusätzlich ändern sich Entfernung von der Basisstation Hindernisse in weiterer Entfernung langsame Veränderungen in der (durchschnittlichen) Empfangsleistung (langsames Fading) langsames Fading schnelles Fading Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 16

43 Multiplexen Multiplexen in 4 Dimensionen: Raum (r i ) Zeit (t) Frequenz (f) Code (c) Kanäle k i k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 c t c t Ziel: Mehrfachnutzung des gemeinsamen Mediums r 1 f r 2 f Wichtig: Genügend große Schutzabstände nötig! c t r 3 f Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 17

44 Frequenzmultiplex Gesamte verfügbare Bandbreite wird in einzelne Frequenzabschnitte aufgeteilt Übertragungskanal belegt Frequenzabschnitt über gesamten Zeitraum Vorteile: keine dynamische Koordination nötig auch für analoge Signale Nachteile: Bandbreitenverschwendung bei ungleichmäßiger Belastung unflexibel t c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 18

45 Zeitmultiplex Kanal belegt gesamten Frequenzraum für einen gewissen Zeitabschnitt Vorteile: in einem Zeitabschnitt nur ein Träger auf dem Medium Durchsatz bleibt auch bei hoher Teilnehmerzahl hoch c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 Nachteile: genaue Synchronisation nötig f t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 19

46 Zeit- und Frequenzmultiplex Kombination der oben genannten Verfahren Sendungen belegen einen Frequenzabschnitt für einen Zeitabschnitt Beispiel: GSM Vorteile: relativ abhörsicher Schutz gegen Störungen höhere Benutzerdatenraten als bei Codemultiplex möglich aber: genaue Koordination erforderlich c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 20

47 Codemultiplex Sendung ist durch persönlichen Code charakterisiert k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 Alle Teilnehmer können zur selben Zeit im selben Frequenzabschnitt senden Vorteile: Bandbreiteneffizienz keine Koordination und Synchronisation notwendig Schutz gegen Störungen Nachteile: Benutzerdatenrate begrenzt komplex wegen Signalregenerierung Realisierung: Spreizspektrumtechnik t c f Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 21

48 Modulation Digitale Modulation digitale Daten werden in eine analoges (Basisband-) Signal umgesetzt ASK, FSK, PSK - hier der Schwerpunkt Unterschiede in Effizienz und Robustheit Analoge Modulation verschieben des Basisbandsignals auf die Trägerfrequenz Motivation kleinere Antennen (z.b. λ/4) Frequenzmultiplex Mediencharakteristika Varianten Amplitudenmodulation (AM) Frequenzmodulation (FM) Phasenmodulation (PM) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 22

49 Modulation und Demodulation digitale Daten digitale Modulation analoges Basisbandsignal analoge Modulation Sender Trägerfrequenz analoge Demodulation analoges Basisbandsignal Synchronisation Entscheidung digitale Daten Empfänger Trägerfrequenz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 23

50 Digitale Modulationstechniken Modulation bei digitalen Signalen auch als Umtastung (Shift Keying) bezeichnet Amplitudenmodulation (ASK): technisch einfach benötigt wenig Bandbreite störanfällig t Frequenzmodulation (FSK): größere Bandbreite für Telefonübertragung t Phasenmodulation (PSK): komplexe Demodulation mit Trägerrückgewinnung relativ störungssicher t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 24

51 Fortgeschrittene FSK-Verfahren Bei FSK-Verfahren Bandbreite vom Abstand der Trägerfrequenzen abhängig Durch Vorverarbeitung und spezielle Demodulation kann der Abstand bis auf den halben Wert der Bitrate verringert werden MSK-Verfahren (Minimum Shift Keying) Bits werden auf zwei Kanäle aufgeteilt, die Bitdauer wird dabei verdoppelt Anhand der Bitwerte der beiden Kanäle werden die beiden Trägerfrequenzen mit ihrer Ausrichtung zugeordnet Höhere Trägerfrequenz führt während eines Bits eine halbe Schwingung mehr aus Äquivalent zu Offset-QPSK Weitere Bandbreiteneffizienz durch Gauß-Tiefpassfilter vor Modulator GMSK (Gaussian MSK), z.b. bei GSM, DECT eingesetzt Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 25

52 Beispiel für MSK als Modulationstechnik Daten gerade Bits ungerade Bits Bit gerade ungerade Signal- h n n h wert niedere Frequenz hohe Frequenz h: hohe bzw. n: niedere Frequenz +: positive bzw. -: negative Ausrichtung MSK- Signal t Keine Phasensprünge! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 26

53 Fortgeschrittene PSK-Verfahren BPSK (Binary Phase Shift Keying): Bitwert 0: Sinusförmiges Signal Bitwert 1: negatives Sinussignal einfachstes Phasentastungsverfahren spektral ineffizient robust, in Satellitensystemen benutzt QPSK (Quaternary Phase Shift Keying): 2 Bits werden in ein Symbol kodiert Symbol entspricht phasenverschobenem Sinussignal weniger Bandbreite als bei BPSK benötigt komplexer Oft Übertragung der relativen Phasenverschiebung (weniger Bitfehler) DQPSK in z.b. IS-136, PHS Q Q 0 I I Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 27

54 Quadraturamplitudenmodulation Quadraturamplitudenmodulation: kombiniertes Amplituden- und Phasenmodulationsverfahren Aufteilung von Bits oder Bitgruppen auf zwei Kanäle getrennte Amplitudenmodulation dieser Kanäle auf zwei um 90 phasenverschobene Träger, die dann addiert werden Möglichkeit, n Bits in ein Symbol zu kodieren 2 n diskrete Stufen, n=2 entspricht QPSK Bitfehlerrate steigt mit n, aber weniger Bitfehler als bei vergleichbaren PSK-Verfahren Q I 1000 Beispiel: 16-QAM (4 Bits entspr. einem Symbol) Die Symbole 0011 und 0001 haben gleiche Phase und unterschiedliche Amplitude und 1000 haben unterschiedliche Phase und gleiche Amplitude. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 28

55 Hierarchische Modulation DVB-T moduliert zwei separate Datenströme auf einen einzelnen DVB-T- Strom Datenstrom hoher Priorität (HP) eingebettet in einen mit niederer Priorität (LP) Mehrfachträgersystem, etwa 2000 oder 8000 Träger QPSK, 16 QAM, 64QAM Beispiel: 64QAM Guter Empfang: Nutzung der 64QAM-Konstellation Schlechter Empfang (z.b. mobil): Nutzung nur des QPSK-Teils 6 bit pro QAM-Symbol, 2 höchstwertige bestimmen QPSK HP-Dienst kodiert in QPSK (2 bit), LP nutzt verbleibende 4 bit Q I Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 29

56 Spreizspektrumtechnik Problem bei Funkübertragung: frequenzabhängiges Fading löscht schmalbandige Signale für gewissen Zeitbereich aus Lösung: Signal mittels Codefolge auf breiteren Frequenzbereich spreizen Schutz gegen schmalbandige Auslöschungen und Störungen Störsignal gespreiztes Nutzsignal Detektion im Empfänger Nutzsignal gespreiztes Störsignal Beseitigung eines Schmalbandstörers Nebeneffekte: Koexistenz mehrerer Nutzsignale ohne dynamische Koordination Abhörsicherheit Alternativen: Direct Sequence, Frequency Hopping Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 30

57 Auswirkungen von Spreizen und Interferenz dp/df dp/df i) ii) f f Nutzsignal breitbandige Interferenz schmalbandige Interferenz dp/df Sender dp/df dp/df iii) f iv) v) f Empfänger f Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 31

58 Spreizen und frequenzselektives Fading Kanalqualität schmalbandige Kanäle Frequenz schmalbandige Signale Schutzabstand Kanalqualität gespreizte Kanäle gespreizte Signale Frequenz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 32

59 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) I XOR des Signals mit einer Pseudozufallszahl (chipping sequence) Vorteile viele chips pro Bit (z.b. 128) resultiert in einer höheren Bandbreite des Signals reduziertes frequenzabhängiges Fading in zellularen Netzen Nachteile Basisstationen können den gleichen Frequenzbereich nutzen mehrere Basisstationen können das Signal erkennen und rekonstruieren weiche handover exakte Leistungssteuerung notwendig t b 0 1 t c t b : Bitdauer t c : chip Dauer Nutzdaten XOR chipping sequence = resultierendes Signal Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 33

60 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) II Nutzdaten X gespreiztes Signal Modulator übertragenes Signal chipping sequence Sender Korrelator empfangenes Signal Demodulator Tiefpassgefiltertes Signal X Produkt Integrator Summen Entscheidung Nutzdaten Trägerfrequenz Trägerfrequenz chipping sequence Empfänger Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 34

61 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) I Diskrete Wechsel der Trägerfrequenz Sequenz der Frequenzwechsel wird durch Pseudozufallszahlen bestimmt Zwei Versionen Vorteile schneller Wechsel (fast hopping) mehrere Frequenzen pro Nutzdatenbit langsamer Wechsel (slow hopping) mehrere Nutzdatenbits pro Frequenz frequenzselektives Fading und Interferenz auf kurze Perioden begrenzt einfache Implementierung nutzt nur schmalen Bereich des Spektrums zu einem Zeitpunkt Nachteile nicht so robust wie DSSS einfacher abzuhören Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 35

62 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) II t b t Nutzdaten f f 3 f 2 f 1 t d slow hopping (3 bit/hop) f t d t f 3 f 2 f 1 fast hopping (3 hops/bit) t t b : bit period t d : dwell time Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 36

63 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) III Nutzdaten Modulator schmalbandiges Signal Modulator gespreiztes Sendesignal Sender Frequenzsynthesizer Sprungsequenz Demodulator schmalbandiges Signal Demodulator Nutzdaten Frequenzsynthesizer Sprungsequenz Empfangssignal Empfänger Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 37

64 Zellenstruktur Realisierung des Raummultiplex: Basisstationen decken jeweils gewissen räumlichen Bereich (Zelle) ab Mobilstationen kommunizieren ausschließlich über Basisstationen Vorteile der Zellenstruktur: mehr Kapazität, mehr Teilnehmer erreichbar weniger Sendeleistung notwendig robuster gegen Ausfälle überschaubarere Ausbreitungsbedingungen Probleme: Netzwerk zum Verbinden der Basisstationen Handover (Übergang zwischen zwei Zellen) notwendig Störungen in andere Zellen Konzentration in bestimmten Bereichen Zellengröße von z.b 300 m (Stadt) bis 35 km (ländliches Gebiet) bei GSM (auch kleiner bei höheren Frequenzen) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 38

65 Frequenzplanung I Frequenzen können nur bei genügend großem Abstand der Zellen bzw. der Basisstationen wiederverwendet werden Modell mit 7 Frequenzbereichen: Feste Kanalzuordnung: bestimmte Menge von Kanälen fest gewisser Zelle zugeordnet Problem: Wechsel in Belastung der Zellen Dynamische Kanalzuordnung: Kanäle einer Zelle werden nach bereits zugeordneten Kanälen der benachbarten Zellen gewählt mehr Kapazität in Gebieten mit höherer Nachfrage auch Zuordnung aufgrund von Interferenzmessungen möglich k4 k3 k5 k1 k2 k3 k6 k7 k2 k4 k5 k1 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 39

66 Frequenzplanung II f 3 f 1 f 2 f 3 f 2 f 1 f 1 f 2 f 3 f 2 f 3 f 3 f 1 f 2 3 Zellen/Cluster f 1 f 3 f 3 f 3 f 2 f 4 f 5 f 1 f 3 f 2 f 6 f 7 f 3 f 2 f 7 7 Zellen/Cluster f 4 f 5 f 1 f 3 f 6 f 5 f 2 f 2 f 2 f 2 f f 1 3 h f 3 h f 3 h 2 h 2 1 h g h g 3 1 g 3 g 3 f 1 f 1 g 2 g g 2 1 g g Zellen/Cluster plus 3 Sektoren/Zelle Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 40

67 Zellatmung CDM-Systeme: Zellgröße hängt unter anderem von der aktuellen Last ab Zusätzlicher Verkehr wirkt sich wie zusätzliches Rauschen auf andere Nutzer aus Wenn das Rauschen zu stark wird fällt ein Nutzer aus der Zelle heraus Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 2+3 Folie 41

68 Mobilkommunikation Medienzugriff Motivation SDMA, TDMA, FDMA Aloha Reservierungsverfahren Kollisionsvermeidung, MACA Polling CDMA im Detail SAMA Vergleich Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 1

69 Motivation Können Medienzugriffsverfahren von Festnetzen übernommen werden? Beispiel CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Senden, sobald das Medium frei ist, hören, ob eine Kollision stattfand (ursprüngliches Verfahren im Ethernet IEEE802.3) Probleme in drahtlosen Netzen Signalstärke nimmt quadratisch mit der Entfernung ab CS und CD würden beim Sender eingesetzt, aber Kollision geschieht beim Empfänger Kollision ist dadurch unter Umständen nicht mehr beim Sender hörbar, d.h. CD versagt weiterhin kann auch CS falsche Ergebnisse liefern, z.b. wenn ein Endgerät versteckt ist Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 2

70 Motivation - Versteckte und ausgelieferte Endgeräte Verstecktes Endgerät A sendet zu B, C empfängt A nicht mehr C will zu B senden, Medium ist für C frei (CS versagt) Kollision bei B, A sieht dies nicht (CD versagt) A ist versteckt für C Ausgeliefertes Endgerät A B C B sendet zu A, C will zu irgendeinem Gerät senden (nicht A oder B) C muss warten, da CS ein besetztes Medium signalisiert da A aber außerhalb der Reichweite von C ist, ist dies unnötig C ist B ausgeliefert Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 3

71 Motivation - Nahe und ferne Endgeräte Endgeräte A und B senden, C soll empfangen die Signalstärke nimmt quadratisch mit der Entfernung ab daher übertönt das Signal von Gerät B das von Gerät A C kann A nicht hören A B C Würde beispielsweise C Senderechte vergeben, so könnte B die Station A rein physikalisch überstimmen Auch ein großes Problem für CDMA-Netzwerke - exakte Leistungskontrolle notwendig! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 4

72 Zugriffsverfahren SDMA/FDMA/TDMA SDMA (Space Division Multiple Access) Einteilung des Raums in Sektoren, gerichtete Antennen vgl. Zellenstruktur FDMA (Frequency Division Multiple Access) zeitlich gesteuerte Zuordnung eines Übertragungskanals zu einer Frequenz permanent (z.b. Rundfunk), langsames Springen (z.b. GSM), schnelles Springen (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) TDMA (Time Division Multiple Access) zeitlich gesteuertes Zugriffsrecht eines Übertragungskanals auf eine feste Frequenz Die bereits vorgestellten Multiplexverfahren werden hier also zur Steuerung des Medienzugriffs eingesetzt! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 5

73 FDD/FDMA - hier am Beispiel GSM f 960 MHz MHz khz 915 MHz MHz MHz 1 t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 6

74 TDD/TDMA - am Beispiel DECT 417 µs Abwärtsrichtung Aufwärtsrichtung t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 7

75 Aloha/Slotted Aloha Verfahren Aloha zufällig, nicht zentral gesteuert, Zeitmultiplex Slotted Aloha führt zusätzlich gewisse Zeitschlitze ein, in denen ausschließlich gesendet werden darf. Kollision Sender A Sender B Sender C Slotted Aloha Kollision t Sender A Sender B Sender C t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 8

76 DAMA - Demand Assigned Multiple Access Ausnutzung des Kanals bei Aloha (18%) und Slotted Aloha (36%) nur sehr gering (Annahme von Poisson-Verkehr). Mit Hilfe von Vorabreservierung kann dies auf 80% erhöht werden. Sender reserviert einen zukünftigen Zeitschlitz innerhalb dieses Zeitschlitzes kann dann ohne Kollision sofort gesendet werden dadurch entsteht aber auch eine höhere Gesamtverzögerung typisch für Satellitenstrecken Beispiele für Reservierungsalgorithmen: Explizite Reservierung nach Roberts Implizite Reservierung (Reservation-ALOHA) Reservation-TDMA Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 9

77 Zugriffsverfahren DAMA: Explizite Reservierung Explizite Reservierung: Zwei Modi: ALOHA-Modus für die Reservierung: In einem weiter aufgegliederten Zeitschlitz kann eine Station Zeitschlitze reservieren. Reserved-Modus für die Übertragung von Daten in erfolgreich reservierten Zeitschlitzen (keine Kollision mehr möglich). Wesentlich ist, dass die in den einzelnen Stationen geführten Listen über Reservierungen miteinander zu jedem Punkt übereinstimmen, daher muss mitunter synchronisiert werden. Kollision Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Reserved Aloha Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 10

78 Zugriffsverfahren DAMA: PRMA Implizite Reservierung (PRMA - Packet Reservation MA): Eine bestimmte Anzahl von Zeitschlitzen bilden einen Übertragungsrahmen, der sich zyklisch wiederholt. Stationen belegen einen (leeren) Zeitschlitz gemäß dem Slotted ALOHA - Prinzip. Ein einmal erfolgreich belegter Zeitschlitz bleibt in allen darauffolgenden Übertragungsrahmen der erfolgreichen Station zugewiesen, aber nur solange, bis diese den Zeitschlitz nicht mehr benötigt und dieser somit leer bleibt. Reservierung ACDABA-F ACDABA-F AC-ABAF- A---BAFD ACEEBAFD Zeitschlitz: Rahmen 1 Rahmen 2 Rahmen 3 Rahmen 4 Rahmen A C D A B A F A C A B A A B A F A B A F D A C E E B A F D t Kollision bei der Belegung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 11

79 Zugriffsverfahren DAMA: Reservation-TDMA Reservation Time Division Multiple Access Ein Rahmen besteht aus N Minizeitschlitzen und x Datenzeitschlitzen. Jede Station hat ihren Minizeitschlitz und kann darin bis zu k Datenzeitschlitze reservieren (d.h. x= N * k). Im Daten-Teil des Rahmens können nicht benutzte Zeitschlitze gemäß Round-Robin-Methode von anderen Stationen mitverwendet werden. N Minischlitze N * k Datenschlitze z.b. N=6, k=2 Rahmen Reservierung für diesen Datenbereich freie Zeitschlitze können zusätzlich gemäß Round-Robin mitbenutzt werden. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 12

80 MACA - Kollisionsvermeidung MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) setzt kurze Signalisierungspakete zur Kollisionsvermeidung ein RTS (request to send): Anfrage eines Senders an einen Empfänger bevor ein Paket gesendet werden kann CTS (clear to send): Bestätigung des Empfängers sobald er empfangsbereit ist Signalisierungspakete beinhalten: Senderadresse Empfängeradresse Paketgröße Varianten dieses Verfahrens finden in IEEE als DFWMAC (Distributed Foundation Wireless MAC) Einsatz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 13

81 MACA - Beispiele Vermeidung des Problems versteckter Endgeräte A und C wollen zu B senden A sendet zuerst RTS C wartet, da es das CTS von B hört RTS CTS CTS A B C Vermeidung des Problems ausgelieferter Endgeräte B will zu A, C irgendwohin senden C wartet nun nicht mehr unnötig, da es nicht das CTS von A empfängt RTS CTS RTS A B C Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 14

82 MACA-Variante: DFWMAC in IEEE Sender Empfänger Ruhe Ruhe ACK RxBusy time-out NAK; RTS Paket sendebereit; RTS Warte auf Senderecht time-out; RTS Daten; ACK time-out Daten; NAK RTS; CTS Warte auf Quittung CTS; Daten Warte auf Daten RTS; RxBusy ACK: positive Empfangsbestätigung NAK: negative Empfangsbestätigung RxBusy: Empfänger beschäftigt Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 15

83 Pollingverfahren Falls empfangstechnisch möglich können mobile Endgeräte von einer Zentralstation nach einem bestimmten Schema nacheinander abgefragt werden (polling) hier können prinzipiell die gleichen Techniken wie in Festnetzen eingesetzt werden (vgl. Zentralrechner - Terminals). Beispiel: Randomly Addressed Polling Basisstation signalisiert Empfangsbereitschaft an alle mobilen Endgeräte sendebereite Endgeräte übertragen gleichzeitig kollisionsfrei eine Zufallszahl ( dynamische Adresse ) mit Hilfe von CDMA oder FDMA Basisstation wählt eine Adresse zur Abfrage der Mobilstation (Kollision möglich bei zufälliger Wahl der gleichen Adresse) Basisstation bestätigt den korrekten bzw. gestörten Empfang und fragt sofort nächste Station ab wurden alle Adressen bedient, so beginnt der Zyklus von neuem Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 16

84 ISMA (Inhibit Sense Multiple Access) Aktuelle Belegung des Mediums wird durch einen Besetztton angezeigt auf der Verbindung von der Basisstation zu den mobilen Endgeräten zeigt die Basisstation an, ob das Medium frei ist oder nicht Endgeräte dürfen bei belegtem Medium nicht senden sobald der Besetztton aufhört, können die Endgeräte auf das Medium zugreifen Kollisionen bei diesem unkoordinierten Zugriff werden wiederum von der Basisstation über Bestätigungspakete und das Besetztzeichen an die Endgeräte gemeldet Verfahren wird beim Datendienst CDPD eingesetzt (USA, in AMPS integriert) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 17

85 Zugriffsverfahren CDMA CDMA (Code Division Multiple Access) alle Stationen operieren auf derselben Frequenz und nutzen so gleichzeitig die gesamte Bandbreite des Übertragungskanals Signal wird auf der Senderseite mit einer für den Sender eindeutigen Pseudozufallszahl verknüpft (XOR) Empfänger kann mittels bekannter Sender-Pseudozufallsfolge und einer Korrelationsfunktion das Originalsignal restaurieren Nachteil: höhere Komplexität der Implementierung wg. Signalregenerierung alle Signale müssen beim Empfänger gleich stark sein Vorteile: alle können auf der gleichen Frequenz senden, keine Frequenzplanung sehr großer Coderaum (z.b ) im Vergleich zum Frequenzraum Störungen (weißes Rauschen) nicht kodiert Vorwärtskorrektur und Verschlüsselung leicht integrierbar Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 18

86 CDMA in der Theorie Sender A sendet A d = 1, Schlüssel A k = (setze: 0 = -1, 1 = +1) Sendesignal A s = A d * A k = (-1, +1, -1, -1, +1, +1) Sender B sendet B d = 0, Schlüssel B k = (setze: 0 = -1, 1 = +1) Sendesignal B s = B d * B k = (-1, -1, +1, -1, +1, -1) Beide Signale überlagern sich additiv in der Luft Störungen hier vernachlässigt (Rauschen etc.) A s + B s = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) Empfänger will Sender A hören wendet Schlüssel A k bitweise an (inneres Produkt) A e = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) A k = = 6 Ergebnis ist größer 0, daher war gesendetes Bit eine 1 analog B B e = (-2, 0, 0, -2, +2, 0) B k = = -6, also 0 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 19

87 CDMA - auf Signalebene I Daten A Code A Code-Daten A Daten Code A d A k Signal A A s In der Praxis werden längere Schlüssel eingesetzt, um einen möglichst großen Abstand im Coderaum zu erzielen. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 20

88 CDMA - auf Signalebene II Signal A A s Daten B Code B Code-Daten B Daten Code B d B k Signal B B s A s + B s Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 21

89 CDMA - auf Signalebene III Daten A A d A s + B s A k (A s + B s ) * A k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 22

90 CDMA - auf Signalebene IV Daten B B d A s + B s B k (A s + B s ) * B k Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 23

91 CDMA - auf Signalebene V A s + B s Falscher Code K (A s + B s ) * K Integrator- Ausgabe Komparator- Ausgabe (0) (0)? Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 24

92 SAMA - Spread Aloha Multiple Access Aloha besitzt nur eine sehr geringe Effizienz, CDMA benötigt komplexe Empfänger, die Signale mit verschiedenen Codes gleichzeitig empfangen können. Idee: Anwenden von Spreizspektrumtechnik mit nur einem Code (Chipping-Sequence) für Sender nach dem Aloha-Prinzip Kollision Sender A Sender B schmalbandig kürzer senden mit mehr Leistung Spreizen des Signals mit z.b. der Sequenz ( CDMA ohne CD ) t Problem: Finden der richtigen Sequenz! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 25

93 Vergleich SDMA/TDMA/FDMA/CDMA Verfahren SDMA TDMA FDMA CDMA Idee Teilnehmer Signaltrennung Vorteile Nachteile Bemerkung Einteilung des Raums in Zellen/Sektoren nur ein Teilnehmer kann in einem Sektor ununterbrochen aktiv sein Zellenstruktur, Richtantennen sehr einfach hinsichtlich Planung, Technik, Kapazitätserhöhung unflexibel, da meist baulich festgelegt nur in Kombination mit TDMA, FDMA oder CDMA sinnvoll Aufteilen der Sendezeiten in disjunkte Schlitze, anforderungsgesteuert oder fest Teilnehmer sind nacheinander für kurze Zeit aktiv im Zeitbereich durch Synchronisation etabliert, voll digital, vielfältig einsetzbar Schutzzeiten wegen Mehrwegausbreitung nötig, Synchronisation Standard in Festnetzen, im Mobilen oft kombiniert mit FDMA Einteilung des Frequenzbereichs in disjunkte Bänder jeder Teilnehmer hat sein Frequenzband, ununterbrochen im Frequenzbereich durch Filter einfach, etabliert, robust, planbar geringe Flexibilität, Frequenzen Mangelware heute kombiniert mit TDMA, in z.b. GSM, und SDMA Bandspreizen durch individuelle Codes alle Teilnehmer können gleichzeitig am gleichen Ort ununterbrochen aktiv sein Code plus spezielle Empfänger flexibel, benöigt weniger Frequenzplanung, weicher handover komplexe Empfänger, benötigt exakte Steuerung der Sendeleistung einige Probleme in der Realität, geringere Erwartungen, integriert in alle neuen Systeme Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 4 Folie 26

94 Mobilkommunikation Drahtlose Telekommunikationssysteme Märkte GSM Überblick Dienste Subsysteme Komponenten DECT UMTS/IMT-2000 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 1

95 Weltweite Mobilfunk-Teilnehmerzahlen Teilnehmer [Millionen] GSM gesamt TDMA gesamt CDMA gesamt PDC gesamt Analog gesamt Summe Vorhersage (1998) Jahr Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 2

96 Entwicklung mobiler Telekommunikationssysteme FDMA TDMA CDMA CT0/1 AMPS NMT CT2 IS-136 TDMA D-AMPS GSM PDC IS-95 cdmaone GPRS cdma2000 1X EDGE IMT-FT DECT IMT-SC IS-136HS UWC-136 1G 2G 2.5G 3G IMT-DS UTRA FDD / W-CDMA IMT-TC UTRA TDD / TD-CDMA IMT-TC TD-SCDMA IMT-MC cdma2000 1X EV-DO 1X EV-DV (3X) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 3

97 GSM: Überblick GSM: früher: Groupe Spéciale Mobile (1982 gegründet) heute: Global System for Mobile Communication europäischer Standard - Standardisierung durch ETSI (European Telecommunications Standardisation Institute) gleichlaufende Einführung eines Mindeststandards (essential Services) in drei Phasen (1991, 1994, 1996) durch die europäischen Fernmeldeorganisationen (in Deutschland: D1 und D2) europaweites Roaming (freizügiges Bewegen) möglich mittlerweile Übernahme durch über 184 Drittländer (z.b. in Asien, Afrika, Amerika) über 747 Millionen Teilnehmer in über 400 Netzen über 10 Milliarden SMS/Monat in Deutschland, > 360 Milliarden weltweit (über 10% der Umsätze von Netzbetreibern) 74% aller digitalen Mobiltelefone, 70% insgesamt! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 4

98 Leistungsmerkmale des GSM-Systems Auswahl der wichtigsten technischen Aspekte (im Vergleich zur Analogtechnik): Kommunikation: Mobile Kommunikationsmöglichkeit über einen Funkweg; Unterstützung für Sprach- und Datendienste. Totale Mobilität: Internationaler Zugriff; über Chipkarte Nutzung anderer Mobilfunkstationen möglich. Erreichbarkeit: Grenzübergreifend unter der gleichen Rufnummer erreichbar; das Netz übernimmt die Lokalisierungs-Aufgaben. Hohe Kapazität: Bessere Frequenzausnutzung und kleinere Funkzellen können wesentlich mehr Teilnehmer versorgen. Übertragungsqualität: Hohe Qualität und Zuverlässigkeit erlauben drahtlos, kontinuierlich, störungsfrei und in Bewegung Telefonate zu führen. Sicherheitsmaßnahmen: Zugangskontrolle durch Einsatz von Chipkarte und PIN. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 5

99 Nachteile des GSM-Systems Es gibt kein perfektes System! keine End-to-End Chiffrierung der Nutzkanäle Netzzugriff nur über reduzierten B-Kanal: keine Verlängerung des transparenten 64 kbit/s Trägerdienstes von ISDN eventuelle Beeinträchtigung der Konzentration beim Autofahren elektromagnetische Verträglichkeit Missbrauch persönlicher Daten nicht ganz ausgeschlossen Möglichkeiten der gezielten Kontrolle und Überwachung hohe Komplexität des Systems Kompatibilitätsprobleme innerhalb des GSM-Standards Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 6

100 GSM: Dienste (Mobile Services) GSM-System bietet: Verschiedene Verbindungstypen Sprechverbindungen, Datenverbindungen und Kurznachrichten Multiservice-Optionen (Kombination von Basisdiensten) Einteilung der Dienste in drei Bereiche: Trägerdienste (Bearer Services) Teleservices (Telematic Services) Zusatzdienste (Supplementary Services) MS Trägerdienste U m TE R S MT GSM-PLMN Transit- Netzwerk (PSTN) Ursprungs-/ Zielnetzwerk z.b. GSM R S TE Teledienste Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 7

101 Trägerdienste (Bearer Services) Telekommunikationsdienste, die Daten zwischen Benutzer- Netz-Schnittstellen (Access Points) übertragen. Spezifikation der Dienste bis zur Endgeräte-Schnittstelle (entsprechend OSI Schichten 1-3). Für Datendienste werden andere Übertragungsraten als für Sprache verwendet (ursprünglicher Standard) Datendienste (leitungsvermittelt) synchron: 2,4, 4,8 oder 9,6 kbit/s asynchron: zwischen 300 und 1200 Bit/s Datendienste (paketvermittelt) synchron: 2,4, 4,8 oder 9,6 kbit/s (über PAD) asynchron: zwischen 300 und 9600 Bit/s Heute: Datenraten von ca. 50 kbit/s sind verfügbar wird weiter hinten behandelt! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 8

102 Teleservices (Telematic Services) I Telekommunikationsdienste, die im Mobilfunk den Benutzern die Möglichkeit bieten, über Telefon-Endgeräte miteinander zu kommunizieren. Alle Basisdienste müssen Aspekte wie zellulare Operationen, Sicherheitsmaßnahmen usw. berücksichtigen. Angebotene Dienste: Mobilfunk-Telefonie Das ganze GSM-Konzept wurde vorrangig auf das mobile Telefonieren ausgelegt. Gespräche werden mit 3,1 khz Bandbreite übertragen. Notruf Europaweite Notfallnummer (112); Service für alle Mobilfunknetzbetreiber obligatorisch; kostenlos bereitgestellt; Verbindung mit höchster Priorität (Verdrängung niederpriorer möglich). Multinumbering mehrere ISDN Telefonnummern pro Teilnehmer. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 9

103 Teleservices (Telematic Services) II Weitere Dienste: Non-Voice-Teleservices Facsimile: Fernkopieren (Fax-Gruppe 3) Telefax: Fernkopieren alternierend mit Sprachübertragung Videotex: Datenbankzugriff unter Verwendung eines Videotex-Terminals Teletex: Korrespondenzen nach CCITT F.200 zwischen zwei Terminals Sprachspeicherdienst (Voice Mailbox): über Festnetz realisiert Elektronische Post (MHS, Message Handling System): über Festnetz realisiert Kurznachrichtendienst (SMS): Alphanumerische Nachrichtenübertragung von oder zur Mobilstation. Für die Übertragung werden nur die Signalisierungskanäle benutzt. Dies erlaubt die simultane Nutzung der Basisdienste und des SMS. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 10

104 Zusatzdienste (Supplementary Services) Bilden weitere Dienstmerkmale und sind Ergänzungen der Basisdienste, die nicht alleine angeboten werden können. Entsprechen, bis auf die auf dem Funkweg geringeren Übertragungsraten, denjenigen des ISDNs. Können sich je nach Landesnetz und implementierter Protokollversion voneinander unterscheiden. Wichtige Dienste: Identifikation: Rufnummer des anderen Teilnehmers Identifikationsunterdrückung Automatischer Rückruf Anklopfen Konferenzverbindung: Gesprächsrunde mit bis zu 7 Teilnehmern Sperren: Sowohl abgehende wie ankommende Gespräche Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 11

105 Aufbau des GSM-Systems Das GSM-System zählt zu den PLMNs (Public Land Mobile Network). Es wird von verschiedenen Betreibern eingerichtet und bereitgestellt. Es besteht aus mehreren Komponenten: MS (Mobilstation) BS (Basisstation) MSC (Mobilvermittlungseinrichtung) LRs (Aufenthaltsregister) Man unterscheidet mehrere Subsysteme: RSS (Funk-Subsystem): Funktechnische Aspekte NSS (Netzwerk-Subsystem): Vermittlungstechnische Vorgänge OSS (Betriebs- und Wartungs-Subsystem) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 12

106 GSM: Überblick NSS mit OSS OMC, EIR AUC HLR GMSC Festnetz VLR MSC VLR MSC BSC BSC RSS Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 13

107 GSM: Prinzip zellularer Netze Aufteilung des Versorgungsgebietes in Zellen: Zelle 1 technisch möglicher Funkversorgungsbereich Zelle 1 systemtechnische Einschränkung der Zellengröße Verwendung mehrerer Funkfrequenzen keine gleichen Frequenzen in benachbarten Zellen keine einheitlichen Zellengrößen, Größe hängt von Verkehrsaufkommen und Senderreichweite ab (Stadtzentrum vs. Schwarzwald) hexagonale Zellform ist idealisiert (Zellen überlappen unregelmäßig) Zellwechsel des mobilen Teilnehmers Übergabe der Verbindung in Nachbarzelle: Handover Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 14

108 Flächendeckung von GSM Funknetzen ( T-Mobile (GSM-900/1800) Berlin Vodafone (GSM-900/1800) e-plus (GSM-1800) O 2 (GSM-1800) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 15

109 Sicherheit in GSM Sicherheitsdienste Zugangskontrolle / Authentifikation Teilnehmer SIM (Subscriber Identity Module): Geheimnummer PIN SIM Netzwerk: Challenge-Response-Verfahren Vertraulichkeit Sprache und Signalisierungsdaten werden nach erfolgreicher Authentifikation verschlüsselt übertragen. Anonymität Temporäre Teilnehmerkennung TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) Bei jedem Location Update (LUP) neu vergeben Verschlüsselt übertragen 3 Algorithmen in GSM spezifiziert: A3 zur Authentisierung ( geheim, Schnittstelle offengelegt) A5 zur Verschlüsselung (standardisiert) A8 zur Schlüsselberechnung ( geheim, Schnittstelle offengelegt) geheim : A3 und A8 inzwischen im Internet verfügbar Betreiber können auch stärkere Verfahren einsetzen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 16

110 Datendienste in GSM I Ursprünglich Übertragung mit lediglich 9,6 kbit/s möglich fortgeschrittene Kanalcodierung erlaubt 14,4 kbit/s zu wenig für Internet- und Multimedia-Anwendungen HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data) Hauptsächlich Software-Aktualisierung Zusammenfassung mehrerer Zeitkanäle für höhere AIUR (Air Interface User Rate)(z.B. 57,6 kbit/s bei 4 slots zu 14,4) Vorteil: schneller verfügbar, kontinuierliche Qualität, einfacher Nachteil: diese Kanäle sind dann für Sprache blockiert AIUR [kbit/s] TCH/F4.8 TCH/F9.6 TCH/F Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 17

111 Datendienste in GSM II GPRS (General Packet Radio Service) paketorientierte Vermittlung Belegung der Zeitschlitze nur wenn Daten vorhanden (z.b. 50 kbit/s bei kurzfristiger Belegung von 4 slots) Standardisierung 98, Einführung 2001 Vorteil: Schritt in Richtung UMTS, flexibler Nachteil: mehr Investitionen (neue Hardware) GPRS-Netzelemente GSN (GPRS Support Nodes): GGSN and SGSN GGSN (Gateway GSN) Umsetzung zwischen GPRS und PDN (Packet Data Network) SGSN (Serving GSN) Unterstützung der MS (Lokation, Abrechnung, Sicherheit) GR (GPRS Register) Benutzeradressen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 18

112 DECT DECT (Digital European Cordless Telephone) ist ein von ETSI entwickelter Standard (ETS x), für das schnurlose Telefon. Standard legt die Luftschnittstelle zwischen der Basisstation und dem Mobiltelefon fest. Um DECT international besser vermarkten zu können, wurde es in Digital Enhanced Cordless Telecommunication umgetauft. Kenngrößen: Frequenz: MHz Kanalzahl: 120 Duplexkanäle Duplexverfahren: TDD (10 ms Rahmenlänge) Multiplexverfahren: FDMA mit 10 Trägerfrequenzen, TDMA mit 2x 12 slots Modulation: digital, Gaußian Minimum Shift Keying (GMSK) Sendeleistung: 10 mw mittlere Leistung (max. 250 mw) Reichweite: ca. 50 m in Gebäuden, 300 m im Freien Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 19

113 DECT Systemarchitektur und Referenzmodell PA PA D 4 PT PT D 3 FT D 2 lokales Netz VDB D 1 HDB FT globales Netz lokales Netz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 20

114 DECT-Referenzmodell C-Ebene Signalisierung U-Ebene Anwendungsprozesse Starkt angelehnt an das OSI-Referenzmodell Managementebene schichtenübergreifend Verbindungssteuerung Netzwerkschicht Management Verbindungssteuerung OSI Schicht 3 OSI Schicht 2 Mehrere Dienste in der C(ontrol)- bzw. U(ser)- Plane vorhanden Medienzugriffssteuerung Bitübertragungsschicht OSI Schicht 1 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 21

115 Schichtenarchitektur I Physical Layer Modulation/Demodulation des Funkträgers mit einem Bitstrom Erzeugt die physikalische Kanalstruktur mit festem Durchsatz Überwachung der Funkumgebung Bereitstellung eines Kanals auf Anforderung des MAC-Layers Erkennen eines ankommenden physikalischen Kanals Synchronisation zwischen Sender und Empfänger Bereitstellung von Statusinformationen für die Management-Entity MAC Layer Erzeugung, Unterhalt und Freigabe von Basisdiensten durch Aktivierung bzw. Deaktivierung von physikalischen Kanälen Multiplexen der logischen Kanaltypen u.a.: C: Signalisierung, I: Benutzerdaten, P: Paging und Q: Broadcast Segmentieren/Reassemblieren Fehlerkontrolle und Fehlerkorrektur (Daten abhängig) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 22

116 Struktur des DECT-Zeitmultiplexrahmens 1 Frame = 10 ms 12 Down Slots 12 Up Slots Slot guard 420 bit + 52µs Schutzzeit ( 60 bit ) in 0,4167 ms sync A: Netzsteuerung B: Benutzerdaten X: Übertragungsqualität D field A field B field X field ,6 kbit/s Simplex Bearer 32 kbit/s Protected Mode Unprotected Mode DATA 64 C 16 DATA 64 C 16 DATA DATA 64 C 16 DATA 64 C 16 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 23

117 Schichtenarchitektur II Data Link Control layer Erzeugen und aufrechterhalten einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem portablen Gerät und der Basisstation. Zwei DLC-Protokolle in der Kontroll-Ebene (C-Plane): Verbindungsloser Broadcast-Dienst: Bietet Pager -Funktionalität Lc+LAPC Protokoll: Für in-call Signalisierung (ähnlich LAPD für ISDN). Speziell angepaßt an den darunterliegenden MAC-Dienst (Segmentlänge entsprechend). Verschiedene Dienste in der U-Plane spezifiziert: Null-Dienst: Reicht die MAC-Dienste unmodifiziert nach oben durch. Frame relay: Einfache Paketübertragung Frame switching: Für zeitkritische Paketübertragung Fehlerkorrigierende Übertragung: Mit FEC, für verzögerungs- bzw. zeitkritische Anwendungen Bandbreiten anpassbare Übertragung Escape -Dienst: Für zukünftige Erweiterungen des Standards Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 24

118 Schichtenarchitektur III Network Layer Angelehnt an das ISDN (Q.931) und GSM (04.08) Stellt Dienste zur Verfügung, um Ressourcen im zentralen System und im portablen Gerät anzufordern, überprüfen, reservieren, überwachen und freizugeben. Ressourcen sind: Solche, die notwendig sind, um eine drahtlose Verbindung zu ermöglichen. Solche, die notwendig sind, um das DECT-System mit einem externen Netzwerk zu verbinden. Hauptaufgaben: Rufüberwachung: Aufbau, Abbau, Aushandeln, Überwachen. Rufunabhängige Dienste: Rufweiterleitung, Rufumleitung, Kostenmangement Mobility Management: Identitäts-Management, Authentifizierung, Aufenthaltsregister-Verwaltung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 25

119 Erweiterungen des Standards Als Ergänzung zur DECT-Spezifikation wurde verschiedene DECT Application Profiles definiert: GAP (Generic Access Profile) 1997 von ETSI verabschiedet: Sichert die herstellerunabhängige Zusammenarbeit von DECT-Geräten (Minimale Anforderungen für den Sprachdienst). Erweiterte Möglichkeit des Managements vom Festnetz aus: Cordless Terminal Mobility (CTM) Festnetz DECT Festnetzbereich DECT Common Air Interface DECT Portable Part GAP DECT/GSM Interworking Profile (GIP): Anbindung an GSM ISDN Interworking Profiles (IAP, IIP): Anbindung an ISDN Radio Local Loop Access Profile (RAP): Öffentlicher Telefondienst CTM Access Profile (CAP): Unterstützung der Benutzermobilität Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 26

120 UMTS und IMT-2000 Vorschläge für IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) UWC-136, cdma2000, WP-CDMA UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) von ETSI UMTS UTRA (früher: UMTS, jetzt: Universal Terrestrial Radio Access) Erweiterungen von GSM EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): GSM bis zu 384 kbit/s CAMEL (Customized Application for Mobile Enhanced Logic) VHE (virtual Home Environment) passt zur GMM (Global Multimedia Mobility) Initiative von ETSI Anforderungen min. 144 kbit/s auf dem Land (Ziel: 384 kbit/s) min. 384 kbit/s in den Vorstädten (Ziel: 512 kbit/s) bis zu 2 Mbit/s innerstädtisch Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 27

121 Frequenzen für IMT-2000 ITU-Zuweisung (WRC 1992) IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS MHz Europa GSM 1800 DE CT T D D UTRA FDD MSS T D D UTRA FDD MSS China GSM 1800 IMT-2000 MSS IMT-2000 MSS Japan cdma2000 PHS W-CDMA MSS cdma2000 W-CDMA MSS Nord America PCS MSS rsv. MSS MHz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 28

122 IMT-2000-Familie Schnittstellen zum Netzübergang IMT-2000 Kernnetz ITU-T GSM (MAP) ANSI-41 (IS-634) IP-Network Initiales UMTS (R99 mit FDD) Flexible Zuweisung von Kernnetz und Funkzugang IMT-2000 Funkzugang ITU-R IMT-DS (Direct Spread) UTRA FDD (W-CDMA) 3GPP IMT-TC (Time Code) UTRA TDD (TD-CDMA); TD-SCDMA 3GPP IMT-MC (Multi Carrier) cdma2000 3GPP2 IMT-SC (Single Carrier) UWC-136 (EDGE) UWCC/3GPP IMT-FT (Freq. Time) DECT ETSI Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 29

123 Ergebnis Frequenzvergabe für UMTS am UTRA-FDD: Uplink MHz Downlink MHz Duplexabstand 190 MHz 12 Kanäle zu je 5 MHz UTRA-TDD: MHz, MHz; je 5 MHz Kanäle Abdeckung: 25% in der Bevölkerung bis 12/2003, 50% bis 12/2005 Summe: 50,81 Mrd. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 30

124 UMTS Bereiche und Schnittstellen I Home Network Domain Z u USIM Domain C u Mobile U u Access I u Equipment Network Domain Domain Serving Network Domain Y u Transit Network Domain Core Network Domain User Equipment Domain Infrastructure Domain User Equipment Domain Einem Benutzer zugeordnet, um auf UMTS Dienste zuzugreifen Infrastructure Domain Geteilt für alle Benutzer Bietet den zugelassenen Benutzern UMTS Dienste an Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 31

125 UMTS Bereiche und Schnittstellen II Universal Subscriber Identity Module (USIM) Funktionen zur Verschlüsselung und eindeutigen Authentisierung des Benutzers Auf der SIM untergebracht Mobile Equipment Domain Funktionen zur Funkübertragung Teilnehmerschnittstelle zur Realisierung von Ende-zu-Ende- Verbindungen Access Network Domain Zugangsnetzabhängige Funktionen Core Network Domain Funktionen, die unabhängig vom Zugangsnetz sind Serving Network Domain Netz, das den gegenwärtig den Zugang realisiert Home Network Domain Funktionen, die unabhängig vom aktuellen Aufenthaltsort des Benutzers dort zur Verfügung stehen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 32

126 Spreizen und Verwürfeln von Nutzdaten Konstate chipping-rate von 3,84 Mchip/s Unterschiedliche Nutzerraten durch unterschiedliche Spreizfaktoren unterstüzt höhere Datenrate: weniger Chips pro Bit (und umgekehrt) Nutzertrennung durch eindeutige, quasi-orthogonale Verwürfelungscodes Nutzer nicht durch orthogonale Spreizcodes getrennt viel einfachere Verwaltung der Codes: jede Station kann die gleichen orthogonalen Spreizcodes nutzen präzise Synchronisation nicht notwendig, da die Verwürfelungscodes quasiorthogonal bleiben Daten 1 Daten 2 Daten 3 Daten 4 Daten 5 Spr.- code 1 Spr.- code 2 Spr.- code 3 Spr.- code 1 Spr.- code 4 Verwürflungscode 1 Verwürflungscode 2 Sender 1 Sender 2 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 33

127 Mobilitätsunterstützung: Handover Von/zu anderen Systemen (z.b. UMTS nach GSM) sehr wichtig, da die Abdeckung von UMTS sehr begrenzt am Anfang ist RNS zu dem Verbindung besteht wird als SRNS (Serving RNS) bezeichnet. RNS das zusätzliche Ressourcen bereitstellt (z.b. für Soft-Handover) wird als DRNS (Drift RNS) bezeichnet Ende-zu-Ende Verbindungen zwischen UE und CN nur über I u am SRNS Wechsel des SRNS führt zum Wechsel der I u Initiiert durch SRNS gesteuert durch RNC und CN Node B SRNC CN UE I ub I ur I u Node B DRNC I ub Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 34

128 Beispielhafte handover-typen in UMTS/GSM UE 1 Node B 1 RNC 1 3G MSC 1 UE 2 Node B 2 I ub I ur I u UE 3 Node B 3 RNC 2 3G MSC 2 UE 4 BTS BSC 2G MSC 3 A bis A Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 35

129 GSM Zellatmung Endgerät erhält volle Leistung der Basisstation Anzahl eingebuchter Endgeräte hat keinen Einfluss auf die Zellgröße UMTS Zellgröße ist eng korreliert mit der Kapazität der Zelle Kapazität ist bestimmt durch den Signal-Rausch-Abstand Rauschen entsteht durch vorhandene Interferenz anderer Zellen anderer Teilnehmer Interferenz erhöht das Rauschen Endgeräte an der Zellgrenze können das Signal (aufgrund der Sendeleistungsbeschränkung) nicht weiter verstärken keine Kommunikation möglich Beschränkung der Teilnehmeranzahl notwendig Zellatmung erschwert die Netzwerkplanung erheblich Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 36

130 Zellatmung: Beispiel Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 37

131 Dienste Datenübertragung, Service Profile Service-Profile Bandbreite Transportmodus High Interactive MM High MM Medium MM Switched Data Simple Messaging Sprache Virtual Home Environment (VHE) 128 kbit/s 2 Mbit/s 384 kbit/s 14,4 kbit/s 14,4 kbit/s 16 kbit/s leitungsv. paketv. leitungsv. leitungsv. paketv. leitungsv. ermöglicht dem Benutzer den Zugriff auf personalisierte Dienste unabhängig vom Standort, dem Zugangsnetzwerk und dem Endgerät Netzwerkbetreiber kann Dienste anbieten, die keine Änderungen an den Netzwerken erfordern Dienstanbieter erhält Komponenten, die die Erstellung von Anwendungen erlaubt, die sich an das Netzwerk und das Endgerät anpassen Integration bestehender IN-Dienste bidirektional, Bildtelefon nicht flächendeckend, max. 6 km/h asymmetrisch, MM, downloads SMS-Nachfolger, Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 38

132 3G-Netze in Aktion Foma (Freedom Of Mobile multimedia Access) in Japan NEC WCDMA Handy Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 39

133 Isle of Man UMTS in Europa Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 40

134 UMTS in Monaco Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 41

135 UMTS-Anwendungen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 5 Folie 42

136 Mobilkommunikation Satellitensysteme Geschichte Grundlagen Lokalisierung Handover Routing Systeme Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 1

137 Geschichte der Satellitenkommunikation 1945 Arthur C. Clarke veröffentlicht Aufsatz über Extra Terrestrial Relays 1957 erster Satellit SPUTNIK 1960 erster reflektierender Nachrichtensatellit ECHO 1963 erster geostationärer Satellit SYNCOM 1965 erster kommerzieller geostationärer Satellit Early Bird (INTELSAT I): 240 Duplex-Telefonkanäle oder 1 Fernsehkanal, Lebensdauer 1,5 Jahre 1976 drei MARISAT Satelliten für maritime Kommunikation 1982 erstes mobiles Satellitentelefonsystem INMARSAT-A 1988 erstes landmobiles Satellitensystem für Datenkommunikation INMARSAT-C 1993 erste digitale landmobile Satellitentelefonsysteme 1998 globale Satellitentelefonsysteme für Handys Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 2

138 Einsatzgebiete für Satelliten traditionell: Wettersatelliten Rundfunk- und Fernsehsatelliten militärische Dienste Satelliten zur Navigation und Ortung (GPS) für Telekommunikation: weltweite Telefonverbindungen Backbone für globale Netze immer mehr von Glasfaser abgelöst Kommunikationsverbindungen in schwer zugänglichen Gebieten oder unterentwickelten Regionen (Verkabelung nur mit großem Aufwand möglich) weltweite Mobilkommunikation Satellitensysteme als Ergänzung zu zellularen Mobilfunksystemen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 3

139 Aufbau eines Satellitensystems Mobile User Link (MUL) Intersatellitenverbindung (ISL) Gateway Link (GWL) GWL MUL kleinere Zellen (Spotbeams) gesamtes Ausleuchtungsgebiet (Footprint) ISDN Bodenstation oder Gateway PSTN GSM PSTN: Public Switched Telephone Network Benutzerdaten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 4

140 Grundlagen Satelliten in kreisförmigen Umlaufbahnen Anziehungskraft F g = m g (R/r)² Zentrifugalkraft F c = m r ω² m: Satellitenmasse R: Erdradius (R = 6370 km) r: Entfernung vom Erdmittelpunkt g: Erdbeschleunigung (g = 9.81 m/s²) ω: Winkelgeschwindigkeit (ω = 2 π f, f: Umlauffrequenz) Stabile Umlaufbahn F g = F c r = 3 gr ( 2π f 2 ) 2 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 5

141 Zusammenhang von Umlaufdauer und -bahn Geschwindigkeit [ x1000 km/h] Umlaufdauer [h] Synchrondistanz km x10 6 m Radius Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 6

142 Grundlagen Umlaufbahnen (= Orbits) elliptisch oder kreisförmig bei kreisförmigen Orbits Umlaufdauer von Höhe über Erdoberfläche abhängig Inklination: Neigung des Orbits gegenüber dem Äquator Elevation: Erhebungswinkel des Satelliten über den Horizont Sichtverbindung (LOS = Line of Sight) zum Satelliten für Funkverbindung notwendig höhere Elevation besser, da weniger Abschattung durch Hindernisse Uplink: Verbindung Bodenstation - Satellit Downlink: Verbindung Satellit - Bodenstation meist getrennte Frequenzbereiche für Up- und Downlink Transponder zum Umsetzen der Signale auf andere Frequenz transparente Transponder: nur Frequenzumsetzung regenerative Transponder: zusätzlich Signalaufbereitung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 7

143 Inklination Ebene der Satellitenbahn Satellitenbahn erdnächster Punkt δ Inklination δ Äquatorialebene Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 8

144 Elevation Elevation: Einfallswinkel für die Mitte der Strahlungskeule (bezogen auf die Erdoberfläche) minimale Elevation: kleinste Elevation, bevor ein neuer Satellit des Systems sichtbar wird ε Ausleuchtungsgebiet Footprint Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 9

145 Übertragungsleistung von Satelliten Parameter wie Dämpfung oder empfangene Leistung werden von vier Werten bestimmt: Sendeleistung L: Loss f: carrier frequency Antennengewinn (Sender) r: distance Abstand von Sender und Empfänger c: speed of light 2 Antennengewinn (Empfänger) 4π r f L = Probleme c schwankende Signalstärke auf Grund der Mehrwegeausbreitung Signalunterbrechung auf Grund von Abschattungen (keine LOS) Mögliche Lösungen Signalschwankungen können durch Leistungsreserven ausgeglichen werden Satelliten Diversität hilft bei geringerer Sendeleistung (Einsatz mehrerer gleichzeitig sichtbarer Satelliten) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 10

146 Atmosphärische Dämpfung Abschwächung des Signals in % 50 Beispiel: Satellitensystem mit 4-6GHz 40 Absorption durch Regen ε Absorption durch Nebel 10 Atmosphärische Absorption Elevation des Satelliten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 11

147 Orbits I Satellitenorbits werden nach Art und Höhe des Orbits in vier Klassen eingeteilt: GEO: geostationärer Orbit in etwa km Höhe LEO (Low Earth Orbit) in km Höhe MEO (Medium Earth Orbit) oder ICO (Intermediate Circular Orbit) in km Höhe HEO (Highly Elliptical Orbit) elliptische Orbits Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 12

148 Orbits II GEO (Inmarsat) HEO LEO (Globalstar, Irdium) MEO (ICO) innerer und äußerer Van-Allen-Gürtel earth Van-Allen-Gürtel: ionisierte Teilchen in km Höhe (kein Satelliten- Betrieb möglich) km Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 13

149 Geostationäre Satelliten Orbit in km Entfernung von der Erdoberfläche in der Äquatorebene (Inklination 0 ) Umlaufzeit beträgt 1 Tag, Satellit bewegt sich synchron mit Erddrehung feste Position der Antennen, kein Nachführen nötig Satellit leuchtet relativ großes Gebiet aus, Frequenzen dadurch schlecht wiederbenutzbar durch feste Position über Äquator schlechte Elevation in Breitengraden über 60 hohe Sendeleistungen nötig durch große Entfernung lange Laufzeit, ca. 275 ms ungeeignet für flächendeckende Mobilfunkversorgung, daher meist Rundfunk- und Fernsehsatelliten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 14

150 LEO-Systeme Orbit in km Höhe Sichtbarkeitsdauer eines Satelliten Minuten globale Funkversorgung möglich Laufzeit vergleichbar mit terrestrischen Weitverkehrsverbindungen, etwa 5-10 ms kleinere Ausleuchtungsgebiete, bessere Frequenznutzung Gesprächsübergabe (Handover) benötigt viele Satelliten für globale Funkversorgung nötig Frequenzänderung wg. Satellitenbewegung (Dopplereffekt) Beispiele: Iridium (Betriebsbeginn Sept. 1998, 66 Satelliten) Bankrott! Einstellung der Dienste: März 2000, dann Teilübernahme durch Militär, immer noch unsichere Zukunft Globalstar (Betriebsbeginn 2000, 48 Satelliten) 2001 lediglich ca Kunden, Handys unter 10h Standby Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 15

151 MEO-Systeme Orbit in km Höhe Vergleich mit LEO-Systemen: Geschwindigkeit des Satelliten langsamer weniger Satelliten benötigt weniger starker Doppler-Effekt Verbindungen meist ohne Handover möglich längere Laufzeiten, etwa ms höhere Sendeleistung nötig stärker bündelnde (= größere) Antennen für kleine Ausleuchtungsgebiete nötig Beispiele: ICO (Intermediate Circular Orbit, Inmarsat), Start geplant 2000, Bankrott! Zusammenarbeit mit Teledesic, Ellipso dann doch wieder gestoppt Start nun 2003 geplant... Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 16

152 Routing Möglichkeit: Intersatellitenlinks (ISL) reduziert Anzahl erforderlicher Gateways Gespräche werden so weit wie möglich über Satelliten geführt (weniger Gebühren für terrestrische Netze) bei Verbindung zweier Mobilstationen nur ein Uplink und ein Downlink nötig Probleme: präzise Ausrichtung der Antennen komplex kompliziertes Regelungssystem wegen Eigenbewegung der Satelliten nötig höherer Treibstoffverbrauch kürzere Lebensdauer Iridium und Teledesic mit ISL geplant Andere Systeme benutzen Gateways und terrestrische Netze Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 17

153 Lokalisieren von Mobilstationen Systeme benutzen ähnliche Mechanismen wie bei GSM In Bodenstationen oder Gateways werden Benutzerdaten abgelegt HLR (Home Location Register): Stammdaten des Teilnehmers VLR (Visitor Location Register): (letzter) Aufenthaltsort des TN SUMR (Satellite User Mapping Register): zugeordneter Satellit des TN Positionen aller Satelliten Anmeldung einer Mobilstation: Feststellen der Position durch den Satelliten Anforderung der Benutzerdaten im HLR Neuzuordnung des VLR und SUMR Anrufen einer Mobilstation: Feststellen der Position der Mobilstation über die Register Verbindungsaufbau über entsprechenden Satelliten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 18

154 Handover in Satellitensystemen In Satellitensystemen gibt es durch die Bewegung des Satelliten zusätzliche Situationen, in denen ein Handover notwendig ist: Intra-Satelliten-Handover von einem Spotbeam zum nächsten Mobilstation noch im Footprint des Satelliten, aber in anderer Zelle Inter-Satelliten-Handover Handover von einem Satelliten zum nächsten Mobilstation nicht mehr im Footprint eines Satelliten Gateway-Handover Handover von einem Gateway zum nächsten Mobilstation noch im Footprint des Satelliten, aber Gateway nicht mehr in diesem Footprint Inter-System-Handover Handover zwischen Satellitennetz und terrestrischem Mobilfunknetz Wechsel der Netze möglich wegen Kosten oder Erreichbarkeit Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 19

155 Übersicht über geplante/existierende Systeme Iridium Globalstar ICO Teledesic # Satelliten Höhe (km) ca. 700 Abdeckung global ±70 Breite global global min. Elevation Frequenzen [GHz (circa)] 1,6 MS 29,2 19,5 23,3 ISL 1,6 MS 2,5 MS 5,1 6,9 2 MS 2,2 MS 5, ,8 62 ISL Zugriffsmethode ISL yes no no yes Datenrate 2,4 kbit/s 9,6 kbit/s 4,8 kbit/s 64 Mbit/s 2/64 Mbit/s # Kanäle Lebensdauer [Jahre] Kosten (grobe Abschätzung) FDMA/TDMA CDMA FDMA/TDMA FDMA/TDMA 5-8 7, ,4 Mrd 3 Mrd 4,5 Mrd 9 Mrd Bankrott... DoD Übernahme Start 2000 Kunden? Bankrott... Zusammenschluss Verbund mit ICO?? Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 6 Folie 20

156 Mobilkommunikation Broadcast-Systeme Unidirektionale Verteilmedien DAB Architektur DVB Container High-Speed Internet Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 1

157 Unidirektionale Verteilmedien Asymmetrische Kommunikationsumgebungen durch Bandbreitenbeschränkungen des Übertragungsmediums durch Art der Informationen oder Einsatzgebiet Beispiele: Drahtlose Netzwerke mit Basistation und Mobilteilnehmern Client-Server Umgebungen (Diskless Terminal) Kabelfernsehen mit Set-Top-Box Informationsdienste (Pager, SMS) Extremfall: Unidirektionalen Verteilmedien hohe Bandbreite vom Server zum Client (downstream), aber kein Rückkanal (upstream) Probleme des Rundsendemediums: Die zu übertragende Information kann nur für eine einzige virtuelle Benutzergruppe optimiert werden Hilfsmittel für Zugriff müssen geliefert werden, die eine angemessene Berücksichtigung des individuellen Zugriffsverhaltens erlauben Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 2

158 Unidirektionale Verteilkommunikation Dienstgeber Dienstnehmer A B A Empfänger Sender A B unidirektionales Verteilmedium A A B B A A Empfänger... Empfänger Optimiert für erwartetes Zugriffsverhalten aller Dienstnehmer Individuelles Zugriffsverhalten eines Dienstnehmers Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 3

159 Strukturierungskonzept Sendeseite zyklische Wiederholung der Daten Verschiedene Sendefolgen der Daten (Wissen über Inhalte notwendig um eine Optimierung zu erreichen) flat disk A B C A B C skewed disk A A B C A A multi-disk A B A C A B Empfängerseite Einsatz von Caching-Algorithmen kostenbasierte Strategie: Welche Kosten (Wartezeit) entstehen, wenn ein Datenobjekt angefordert wird und sich nicht im Cache befindet? Anwendung bzw. Cache benötigt Wissen über Art der übertragenen Datenobjekte und Zugriffsprofil des Nutzers Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 4

160 DAB: Technische Spezifikation Ausstrahlungsverfahren COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) SFN (Single Frequency Network) 192 bis 1536 Unterträger innerhalb eines 1,5 MHz Frequenzblocks Frequenzen Erste Bedeckung: einer von 32 Blöcken im Bereich der Fernsehkanäle 5 bis 12 ( MHz, 5A - 12D) Zweite Bedeckung: einer von 9 Blöcken im L-Band ( ,5 MHz, LA - LI) Sendeleistung: 6,1 kw (VHF, Ø 120 km) bzw. 4 kw (L-Band, Ø 30 km) pro Gleichwellennetz Datenrate: 2,304 MBit/s (netto 1,2 bis 1,536 MBit/s) Modulation: Differentielle 4-Phasenmodulation (QPSK) Audio-Programme pro Frequenzblock: typisch 6, max. 192 kbit/s Digitale Dienste: 0,6-16 kbit/s (PAD), 24 kbit/s (NPAD) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 5

161 Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Daten parallel auf mehreren parallelen (orthogonalen) Unterträgern mit geringerer Rate übertragen k 3 c f t Maximum einer Trägerfrequenz liegt im Frequenzbereich genau auf den Nullstellen aller anderen Trägerfrequenzen Überlagerung der Frequenzen im selben Frequenzbereich Amplitude Unterträger: SI-Funktion= sin(x) x Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 6 f

162 OFDM II Eigenschaften Geringere Datenrate auf den Unterträgern geringere ISI Störungen einer Frequenz führen nur zu Störungen auf einem Unterträger Kein Schutzabstand notwendig Orthogonalität erlaubt Trennung des Signals auf Empfängerseite (IFFT) Genaue Synchronisation von Sender und Empfänger notwendig Vorteile Keine Entzerrer (Equalizer) notwendig Keine (steilflankigen) Filter notwendig Bessere spektrale Effizienz (im Vergleich zu Codemultiplex) Anwendung a, HiperLAN2, DAB, DVB, ADSL Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 7

163 Reale Umgebungen ISI aufeinanderfolgernder Symbole durch Mehrwegeausbreitung Symbol muss während der Analyse für T nutz konstant sein Guard-Intervall (T G ) wird jedem Symbol vorangestellt (HIPERLAN/2: T G = 0,8 µs; T nutz = 3,2 µs; 52 Unterträger) (DAB: T nutz = 1 ms; bis 1536 Unterträger) Impulsantwort Ausschwingen OFDM-Symbol Einschwingen OFDM-Symbol OFDM-Symbol OFDM-Symbol OFDM-Symbol OFDM-Symbol Analysefenster t T G T nutz T G T nutz T G Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 8

164 Flächendeckung von DAB Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 9

165 DAB-Transportmechanismen MSC (Main Service Channel) übertragt alle Nutzdaten (Audio, Multimedia,...) besteht aus mehreren CIF (Common Interleaved Frames) jeder CIF ist bit groß und wird alle 24 ms übertragen (je nach Übertragungsmodus unterschiedlich)a CIF enthält CU (Capacity Units) von 64 bit Größe FIC (Fast Information Channel) überträgt alle Steuerdaten besteht aus FIB (Fast Information Block) jeder FIB ist 256 bit groß (inkl. 16 bit Prüfsumme) beschreibt Konfiguration und Inhalt des MSC Stream-Modus transparente Datenübertragung mit einer festen Datenrate Paket-Modus Übertragung einzeln adressierbarer Datenpakete Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 10

166 Übertragungsrahmen Rahmendauer T F Schritt Symbol T s T u Schutzzeit T d L L-1 L 0 1 Datensymbol Datensymbol Nullsymbol Referenzsymbol Datensymbol SC Synchronisation Channel FICFast Information FIC Channel MSC Main Service Channel Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 11

167 DAB-Signalerzeugung Dienstinformation FIC DAB-Signal Multiplex- Information Träger Audiodienste Audio Encoder Channel Coder Transmitter Transmission Multiplexer OFDM f 1,5 MHz Datendienste Packet Mux Channel Coder MSC Multiplexer Trägerfrequenz FIC: Fast Information Channel MSC: Main Service Channel OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 12

168 DAB-Empfänger Tuner Audiodienst OFDM- Demodulator (partial) MSC Channel Decoder Audio Decoder FIC Control Bus Steuerung Packet Demux Unabhängiger Datendienst Benutzerschnittstelle Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 13

169 Audiocodierung Ziel: Audioübertragung in (annähernd) CD-Qualität weitgehende Immunität gegen Mehrwegeausbreitung minimale Verzerrung der Tonsignale bei schwächer werdendem Empfang Wird erreicht durch: Tonsignale digital abgetastet (PCM, 16 Bit, 48 khz, stereo) Kompression nach MPEG-Standard, Kompressionsrate 1:10 Einfügen von Schutzbits zur Fehlererkennung und Korrektur häufig Bündelfehler in der Funkübertragung, daher wird das Signal vor der Übertragung nach festem Schema verwürfelt. Bündelfehler werden so beim Empfänger zu korrigierbaren Einzelfehlern Geringe Schrittgeschwindigkeit, großer Symbolvorrat: Übertragung der digitalen Daten als Folge von langen Symbolen, getrennt durch Schutzintervalle. Durch Reflexionen verzögerte Symbole fallen in die Schutzintervalle Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 14

170 Bitratenmanagement DAB-Ensemble vereinigt Audioprogramme und Datendienste mit unterschiedlichen Ansprüchen an die Übertragungsqualität und die benötigen Datenraten. Der Standard ermöglicht es, den DAB-Multiplex dynamisch, also während des laufenden Programmbetriebes, zu rekonfigurieren. Datenraten können im Diensteensemble variabel gehalten werden. Freiwerdende Kapazitäten können dann für andere Angebote genutzt werden. Da das Bitratenmanagement technisch im Multiplexer vorgenommen wird, können zusätzlichen Angebote von unterschiedlichen Anbietern kommen. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 15

171 Beispiel einer Rekonfiguration DAB - Multiplex Audio Kbit/s Audio Kbit/s Audio Kbit/s Audio Kbit/s Audio Kbit/s Audio Kbit/s PAD PAD PAD PAD PAD PAD D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 DAB - Multiplex - vorübergehend rekonfiguriert Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD D10 D11 Audio Kbit/s PAD Audio Kbit/s PAD Audio 7 96 Kbit/s PAD Audio 8 96 Kbit/s PAD D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 16

172 Multimedia Object Transfer Protocol (MOT) Probleme: Empfangsgeräte mit stark unterschiedlichen Leistungsmerkmalen (Audio-Only-Gerät mit ein- bzw. mehrzeiligem LCD, Geräte mit angeschlossenem Schwarzweiß- oder Farbmonitor, PC-Karten). Unterschiedlichen Empfängertypen sollen alle Arten von programmbegleitenden wie programmunabhängige Datendiensten verarbeiten oder wenigstens erkennen können. Lösung: Einheitlicher Standard für die Datenübertragung. Ein wesentlicher Aspekt bei der Definition des MOT-Protokolls ist, dass damit Datenformate unterstützt werden, die auch in anderen multimedialen Systemen (Online-Dienste, Internet, CD-ROM) benutzt werden. So lassen sich etwa HTML-Dokumente aus dem WorldWideWeb mit relativ geringem Aufwand auch über DAB ausstrahlen. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 17

173 MOT-Struktur MOT-Formate MHEG, Java, JPEG, ASCII, MPEG, HTML, HTTP, BMP, GIF,... Header core Länge von header und body, Inhaltsformat Header extension Angaben über die Bearbeitung des Inhalts (Abstand von Wiederholungen, Segmentierung, Priorität etc.) Information unterstützt Caching-Mechanismen Body beliebige Nutzdaten 7 byte header core header extension DAB erlaubt vielfältige Wiederholungsmuster Objekte, Segmente, Paketköpfe body Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 18

174 Digital Video Broadcasting 1991 Gründung der ELG (European Launching Group) Ziel: Entwicklung des digitalen Fernsehens in Europa 1993 Umbenennung in DVB (Digital Video Broadcasting) Ziel: Einführung des digitalen Fernsehens auf Basis von Satellitenübertragungstechnik Kabelübertragungstechnik zu einem späteren Zeitpunkt: Terrestrische Übertragung DVB-S Satelliten Multipoint Distribution System Integrated Receiver-Decoder DVB Digital Video Broadcasting SDTV EDTV HDTV DVB-C Kabel Terrestrischer Empfang DVB-T B-ISDN, ADSL,etc. DVD, etc. DVTR, etc. Multimedia PC Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 19

175 DVB Container DVB überträgt MPEG-2 Container Hohe Flexibilität bei der Übertragung digitaler Daten Keine Einschränkungen bzgl. der Art der Informationen DVB Service Information spezifiziert den Container-Inhalt NIT (Network Information Table): Fasst die Dienste eines Providers zusammen. Beinhaltet Zusatzinformationen für Set-Top-Boxen SDT (Service Description Table): Liste der Namen und Parameter für jeden Dienst in einem MPEG-Mux-Kanal EIT (Event Information Table): Statusinformationen der aktuellen Übertragung. Optional Zusatzinformationen für die Set-Top-Box TDT (Time and Date Table): Updateinformationen für die Set-Top-Box MPEG-2/DVB container HDTV MPEG-2/DVB container EDTV MPEG-2/DVB container SDTV MPEG-2/DVB container Einzelner Kanal high definition television Mehrere Kanäle enhanced definition Mehrere Kanäle standard definition Multimedia data broadcasting Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 20

176 Beispiel: High-Speed Internet Asymmetrischer Datenaustausch Downlink: DVB-Empfänger, Datenrate pro Anwender: 6-38 Mbit/s Rückkanal vom Anwender zum Dienstanbieter: z.b. Modem mit 9,6-56 kbit/s, ISDN mit 64 kbit/s, DSL mit einigen 100 kbit/s etc. Satellitenempfänger DVB/MPEG2 - Multiplex parallel zum digitalen TV PC Internet Standleitung Satellitenbetreiber DVB-S-Karte TCP/IP Dienstanbieter Informationsanbieter Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 21

177 Aktuelle Verbreitung der DVB-Standards Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 22

178 Konvergenz von Rundfunk und Mobilkommunikation Definition von Interaktionskanälen Interaktion mit/steuerung von Rundfunk via GSM, UMTS, DECT, PSTN, Beispiel: mobile Internet Dienste mit IP über GSM/GPRS oder UMTS als Interaktionskanäle für DAB/DVB TV/Rundfunk ISP TV MUX Daten Internet Mobilnetzbetreiber DVB-T, DAB (TV plus IP-Daten) Rundfunk Kanäle Interaktion GSM/GPRS, UMTS (IP-Daten) mobiles Endgerät Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 23

179 Vergleich von UMTS, DAB and DVB Frequenzen [MHz] (abhängig von nationalen Regelungen) Regulierung UMTS DAB DVB 2000 (terrestrial), 2500 (satellite) Telekom., lizenziert , (UK) Rundfunk, lizenziert , (UK) Rundfunk, lizenziert Bandbreite 5 MHz 1,5 MHz 8 MHz Effektiver Durchsatz kbit/s (pro Nutzer) 1,5 Mbit/s (geteilt) 5-30 Mbit/s (geteilt) Mobilität Niedrig bis hoch Sehr hoch Niedrig bis hoch Anwendung Sprache, Daten Audio, push Internet, Bilder, einfaches Video Hochwertiges Video, Audio, push Internet Abdeckung Lokal bis regional regional/national regional/national Installationskosten Sehr hoch Niedrig Niedrig für Flächendeckung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.1 Folie 24

180 Mobilkommunikation Drahtlose LANs Charakteristika IEEE PHY MAC Roaming.11a, b, g, h, i... HIPERLAN Standard-Familie HiperLAN2 QoS Bluetooth Vergleich Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.2 Folie 1

181 Charakteristika drahtloser LANs Vorteile räumlich flexibel innerhalb eines Empfangsbereichs Ad-hoc-Netzwerke ohne vorherige Planung machbar keine Verkabelungsprobleme (z.b. historische Gebäude, Feuerschutz, Ästhetik) unanfälliger gegenüber Katastrophen wie Erdbeben, Feuer - und auch unachtsamen Benutzern, die Stecker ziehen! Nachteile im Allgemeinen sehr niedrige Übertragungsraten im Vergleich zu Festnetzen (1-10 Mbit/s) bei größerer Nutzerzahl Proprietäre leistungsstärkere Lösungen, Standards wie IEEE sind weniger leistungsfähig und brauchen ihre Zeit müssen viele nationale Restriktionen beachten, wenn sie mit Funk arbeiten, globale Regelungen werden erst langsam geschaffen (z.b. bietet Europa mehr Kanäle als die USA) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.2 Folie 2

182 Entwurfsziele für drahtlose LANs weltweite Funktion möglichst geringe Leistungsaufnahme wegen Batteriebetrieb Betrieb ohne Sondergenehmigungen bzw. Lizenzen möglich robuste Übertragungstechnik Vereinfachung der (spontanen) Zusammenarbeit bei Treffen einfache Handhabung und Verwaltung Schutz bereits getätigter Investitionen im Festnetzbereich Sicherheit hinsichtlich Abhören vertraulicher Daten und auch hinsichtlich der Emissionen Transparenz hinsichtlich der Anwendungen und Protokolle höherer Schichten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.2 Folie 3

183 Vergleich Infrarot-/Funktechniken Infrarot Einsatz von IR-Dioden, diffuses Licht, Reflektion von Wänden Vorteile sehr billig und einfach keine Lizenzen nötig einfache Abschirmung Nachteile Interferenzen durch Sonnenlicht, Wärmequellen etc. wird leicht abgeschattet niedrige Bandbreite Einsatz als IrDA (Infrared Data Association) -Schnittstelle in fast jedem Mobilrechner verfügbar Funktechnik heute meist Nutzung des 2,4GHz lizenzfreien Bandes Vorteile Erfahrungen aus dem WAN und Telefonbereich können übertragen werden Abdeckung einer größeren Fläche mit Durchdringung von Wänden Nachteile enger Frequenzbereich frei schwierigere Abschirmung, Interferenzen mit Elektrogeräten Einsatz vielfältige, separate Produkte Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 7.2 Folie 4

184 Vergleich Infrastruktur- und Ad hoc-netzwerk Infrastruktur- Netzwerk AP AP: Access Point AP Existierendes Festnetz AP Ad hoc-netzwerke Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 1

185 Architektur - Infrastrukturnetz STA 1 ESS LAN BSS 1 Access Point BSS 2 Portal Distribution System Access Point 802.x LAN STA LAN STA 3 Station (STA) Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium und Funkkontakt zum Access Point Basic Service Set (BSS) Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen Access Point Station, die sowohl in das Funk- LAN als auch das verbindende Festnetz (Distribution System) integriert ist Portal Übergang in ein anderes Festnetz Distribution System Verbindung verschiedener Zellen um ein Netz (EES: Extended Service Set) zu bilden Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 2

186 Architektur - Ad-hoc Netzwerk LAN Direkte Kommunikation mit begrenzter Reichweite Station (STA): Rechner mit Zugriffsfunktion auf das drahtlose Medium STA 1 IBSS 1 STA 3 Independent Basic Service Set (IBSS): Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen STA 2 IBSS 2 STA 5 STA LAN Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 3

187 IEEE-Standard (Basisversion) Mobiles Endgerät (Mobile terminal) Festes Endgerät (Fixed terminal) Infrastrukturnetz Zugangspunkt (Access point) Anwendung Anwendung TCP TCP IP IP MAC MAC MAC MAC PHY PHY PHY PHY Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 4

188 Schichten und Funktionen MAC Zugriffsmechanismus, Fragmentierung, Verschlüsselung MAC Management Synchronisierung, Roaming, MIB, Power LLC Logical Link Control PLCP Clear Channel Assessment Signal (Carrier Sense) PMD Modulation, Codierung PHY Management Kanalwahl, MIB Station Management Koordination der Management- Funktionen MAC PHY MAC Medium Access Control PLCP Physical Layer Convergence Protocol PMD Physical Medium Dependent MAC Management PHY Management Station Management Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 5

189 Physikalische Schicht 3 Varianten: 2 Funk (vornehmlich im 2,4 GHz-Band), 1 IR Datenrate 1 bzw. 2 Mbit/s FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) spreizen, entspreizen, Signalstärke, nur 1Mbit/s min. 2,5 Frequenzwechsel/s (USA), 2-stufige GFSK-Modulation DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Infrarot DBPSK-Modulation für 1 Mbit/s (Differential Binary Phase Shift Keying), DQPSK für 2 Mbit/s (Differential Quadrature PSK) Präambel eines Rahmens immer mit 1Mbit/s, dann evtl. umschalten Chip-Sequenz: +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 (ein Barker- Code) max. Sendeleistung 1 W (USA), 100 mw (EU), min. 1 mw nm, diffuses Licht, typ. 10 m Reichweite Trägererkennung, Energieerkennung, Synchronisation Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 6

190 FHSS PHY Paketformat Synchronisation Synch. mit Muster SFD (Start Frame Delimiter) Startmuster PLW (PLCP_PDU Length Word) Länge der Nutzdaten inkl. 32 bit CRC der Nutzdaten, PLW < 4096 PSF (PLCP Signaling Field) Art der Nutzdaten (1 or 2 Mbit/s) HEC (Header Error Check) CRC mit x 16 +x 12 +x variabel Bits Synchronisation SFD PLW PSF HEC Nutzdaten PLCP-Präambel PLCP-Paketkopf Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 7

191 DSSS PHY Paketformat Synchronisation synch., Leistungssteuerung, Signaldetektion, Frequenzanpassung SFD (Start Frame Delimiter) Signal Datenrate der Nutzlast (0A: 1 Mbit/s DBPSK; 14: 2 Mbit/s DQPSK) Service Length reserviert, 00: gemäß Länge der Nutzdaten HEC (Header Error Check) Schutz der Felder signal, service und length, x 16 +x 12 +x variabel Synchronisation SFD Signal Dienst Länge HEC Nutzlast Bits PLCP-Präambel PLCP-Paketkopf Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 8

192 MAC-Schicht I - DFWMAC Verkehrsarten Asynchroner Datendienst (standard) Austausch von Datenpaketen auf best-effort -Basis Unterstützung von Broadcast und Multicast Zeitbegrenzte Dienste (optional) implementiert über PCF (Point Coordination Function) Zugriffsarten DFWMAC-DCF CSMA/CA (standard) Kollisionsvermeidung durch zufälligen backoff -Mechanismus Mindestabstand zwischen aufeinanderfolgenden Paketen Empfangsbestätigung durch ACK (nicht bei Broadcast) DFWMAC-DCF mit RTS/CTS (optional) Distributed Foundation Wireless MAC Vermeidung des Problems versteckter Endgeräte DFWMAC-PCF (optional) Polling-Verfahren mit einer Liste im Access Point Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 9

193 Prioritäten MAC-Schicht II werden durch Staffelung der Zugriffszeitpunkte geregelt keine garantierten Prioritäten SIFS (Short Inter Frame Spacing) 10µs höchste Priorität, für ACK, CTS, Antwort auf Polling PIFS (PCF IFS) 30µs mittlere Priorität, für zeitbegrenzte Dienste mittels PCF DIFS (DCF, Distributed Coordination Function IFS) 50µs niedrigste Priorität, für asynchrone Datendienste DIFS Medium belegt DIFS PIFS SIFS Wettbewerb nächster Rahmen direkter Zugriff, Medium frei DIFS t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 10

194 CSMA/CA-Verfahren I DIFS Medium belegt DIFS PIFS SIFS Wettbewerbsfenster (zufälliger Backoff- Mechanismus) nächster Rahmen Wartezeit Zeitschlitz (20 µs) t Sendewillige Station hört das Medium ab (Carrier Sense basierend auf CCA, Clear Channel Assessment) Ist das Medium für die Dauer eines Inter-Frame Space (IFS) frei, wird gesendet (IFS je nach Sendeart gewählt) Ist das Medium belegt, wird auf einen freien IFS gewartet und dann zusätzlich um eine zufällige Backoff-Zeit verzögert (Kollisionsvermeidung, in Vielfachen einer Slot-Zeit) Wird das Medium während der Backoff-Zeit von einer anderen Station belegt, bleibt der Backoff-Timer so lange stehen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 11

195 Stationen im Wettbewerb - einfache Version DIFS DIFS bo e bo r DIFS bo e bo r DIFS bo e busy Station 1 bo e busy Station 2 Station 3 busy bo e busy bo e bo r Station 4 bo e bo r bo e busy bo e bo r Station 5 t busy Medium belegt (frame, ack etc.) bo e verstrichene backoff Zeit Paketankunft am MAC-SAP bo r verbleibende backoff Zeit Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 12

196 CSMA/CA-Verfahren II Senden von Unicast-Paketen Daten können nach Abwarten von DIFS gesendet werden Empfänger antworten sofort (nach SIFS), falls das Paket korrekt empfangen wurde (CRC) Im Fehlerfall wird das Paket automatisch wiederholt Sender DIFS Daten Empfänger SIFS Ack weitere Stationen Wartezeit DIFS Wettbewerb Daten t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 13

197 DFWMAC Senden von Unicast-Paketen RTS mit Belegungsdauer als Parameter kann nach Abwarten von DIFS gesendet werden Bestätigung durch CTS nach SIFS durch Empfänger Sofortiges Senden der Daten möglich, Bestätigung wie gehabt Andere Stationen speichern die Belegungsdauer, die im RTS und CTS ausgesendet wurden Sender Empfänger DIFS RTS SIFS CTS SIFS data SIFS ACK weitere Stationen NAV (RTS) NAV (CTS) Wartezeit DIFS Wettbewerb data t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 14

198 Fragmentierung Sender Empfänger DIFS RTS SIFS CTS SIFS frag 1 SIFS ACK SIFS 1 frag 2 SIFS ACK2 weitere Stationen NAV (RTS) NAV (CTS) NAV (frag 1 ) NAV (ACK 1 ) DIFS Wettbewerb data t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 15

199 DFWMAC-PCF I t 0 t 1 Superrahmen Medium belegt point coordinator PIFS D 1 SIFS SIFS D 2 SIFS SIFS drahtlose Stationen U 1 U 2 NAV der Stationen NAV Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 16

200 DFWMAC-PCF II t 2 t 3 t 4 PIFS SIFS CFend point coordinator D 3 D 4 SIFS drahtlose Stationen U 4 NAV der Stationen NAV wettbewerbsfreie Periode Wettbewerb t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 17

201 Rahmenformat bytes Typen Steuerrahmen, Management-Rahmen, Datenrahmen Sequenznummern wichtig für duplizierte Pakete aufgrund verlorengegangener ACKs Adressen Empfänger, Transmitter (physikalisch), BSS Identifier, Sender (logisch) Sonstiges Frame Control Sendedauer, Prüfsumme, Rahmensteuerung, Daten Duration/ ID Address 1 Address 2 Address 3 Sequence Control Protocol version Type Subtype To DS More Frag Power Retry Mgmt Address Data 4 bits From DS More Data WEP Order CRC Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 18

202 MAC-Adressenformat Paketart to DS from Adresse 1 Adresse 2 Adresse 3 Adresse 4 DS Ad-hoc Netzwerk 0 0 DA SA BSSID - Infrastruktur 0 1 DA BSSID SA - Netzwerk, von AP Infrastruktur 1 0 BSSID SA DA - Netzwerk, zu AP Infrastruktur Netzwerk, im DS 1 1 RA TA DA SA DS: Distribution System AP: Access Point DA: Destination Address SA: Source Address BSSID: Basic Service Set Identifier RA: Receiver Address TA: Transmitter Address Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 19

203 Spezielle Rahmen: ACK, RTS, CTS Acknowledgement Request To Send Clear To Send ACK RTS CTS bytes Frame Duration Receiver CRC Control Address bytes Frame Duration Receiver Transmitter CRC Control Address Address bytes Frame Duration Receiver CRC Control Address Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 20

204 MAC Management Synchronisation Finden eines LANs, versuchen im LAN zu bleiben Timer etc. Power Management Schlafmodus ohne eine Nachricht zu verpassen periodisches Schlafen, Rahmenpufferung, Verkehrszustandsmessung Assoziation/Reassoziation Eingliederung in ein LAN Roaming, d.h. Wechseln zwischen Netzen von einem Access Point zu einem anderen Scanning, d.h. aktive Suche nach einem Netz MIB - Management Information Base Verwalten, schreiben, lesen Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 21

205 Synchronisation mit einem Leuchtfeuer (Infrastruktur) Intervall des periodischen Funksignals (beacon): 20ms - 1s Zugangspunkt Medium B B B B busy busy busy busy Wert des Zeitstempels B Beacon-Paket t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 22

206 Synchronisation mit einem Leuchtfeuer (ad-hoc) Beacon-Intervall Station 1 B 1 B 1 Station 2 Medium B 2 B 2 busy busy busy busy t Wert des Zeitstempels B beacon Paket zufällige Verzögerung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 23

207 Steuerung der Leistungsaufnahme Idee: Ausschalten der Sende/Empfangseinheit wenn nicht benötigt Zustände einer Station: schlafend und wach Timing Synchronization Function (TSF) Sicherstellung, dass alle Stationen zur gleichen Zeit aufwachen Infrastruktur Ad-hoc Traffic Indication Map (TIM) Liste von unicast-empfängern, von AP ausgesendet Delivery Traffic Indication Map (DTIM) Liste von broadcast/multicast-empfängern, von AP ausgesendet Ad-hoc Traffic Indication Map (ATIM) Bekanntmachung von Empfängern zwischengespeicherter Pakete durch die speichernden Stationen komplexer, da kein zentraler AP Kollisionen von ATIMs möglich (Skalierbarkeit?) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 24

208 Energiesparen mit Wachmustern (Infrastruktur) TIM Intervall DTIM Intervall Zugangspunkt Medium D B busy T T d D busy busy busy B Station T TIM D DTIM p wach d t B broadcast/multicast p PS poll d Datenübertragung von/zu der Station Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 25

209 Energiesparen mit Wachmustern (ad-hoc) ATIM- Fenster Beacon-Intervall B Station 1 A D B 1 1 Station 2 B 2 B 2 a d B Beacon-Paket zufällige Verzögerung A ATIM-Übertragung D Datenübertragung t wach a Bestätigung v. ATIM d Bestätigung der Daten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 26

210 Roaming Keine oder schlechte Verbindung? - Dann: Scanning Abtasten der Umgebung (Medium nach Leuchtfeuer von APs abhören oder Probe ins Medium senden und Antwort abwarten) Reassociation Request Station sendet Anfrage an AP(s) Reassociation Response bei Erfolg, d.h. ein AP hat geantwortet, nimmt Station nun teil bei Misserfolg weiterhin Scanning AP akzeptiert Reassociation Request Anzeigen der neuen Station an das Distribution System Distribution System aktualisiert Datenbestand (d.h. wer ist wo) normalerweise wird alter AP vom Distribution System informiert Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 27

211 WLAN: IEEE b Datenraten 1, 2, 5,5, 11 Mbit/s, abhängig von SNR Nutzdatenrate max. ca. 6 Mbit/s Kommunikationsbereich 300m Außen-, 30m Innenbereich Max. Datenrate bis ~10m (in Gebäuden) Frequenzbereich Sicherheit Kosten Verfügbarkeit Freies 2.4 GHz ISM-Band Begrenzt, WEP unsicher, SSID 150 Adapter, 250 Zugangspunkt Viele Produkte, viele Anbieter Verbindungsaufbaudauer Verbindungslos, always on Dienstgüte Typ. Best effort, keine Garantien (solange kein Polling eingesetzt wird, nur begrenzte Produktunterstützung) Verwaltbarkeit Begrenzt (keine automatische Schlüsselverteilung, symmetrische Verschlüsselung) Spezielle Vor-/Nachteile Vorteil: viele installierte Systeme, große Erfahrung, weltweite Verfügbarkeit, freies ISM-Band, viele Firmen, integriert in Laptops, einfaches System Nachteil: starke Störungen auf dem ISM-Band, keine Dienstgüte, relativ niedrige Datenraten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 28

212 IEEE b PHY-Rahmenformate Langes PLCP-PPDU-Format variabel synchronization SFD signal service length HEC Nutzdaten Bits PLCP-Präambel PLCP-Kopf 192 µs bei 1 Mbit/s DBPSK 1, 2, 5.5 oder 11 Mbit/s Kurzes PLCP-PPDU-Format (optional) variabel short synch. SFD signal service length HEC Nutzdaten Bits PLCP-Präambel (1 Mbit/s, DBPSK) PLCP-Kopf (2 Mbit/s, DQPSK) 96 µs 2, 5.5 oder 11 Mbit/s Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 29

213 Nicht überlappende Kanalwahl Europa (ETSI) Kanal 1 Kanal 7 Kanal MHz [MHz] US (FCC)/Canada (IC) Kanal 1 Kanal 6 Kanal MHz [MHz] Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 30

214 WLAN: IEEE a Datenraten 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s, abhängig von SNR Nutzdatenrate(1500 byte Pakete): 5,3 (6), 18 (24), 24 (36), 32 (54) 6, 12, 24 Mbit/s verpflichtend Kommunikationsbereich 100m Außen-, 10m Innenbereich E.g., 54 Mbit/s up to 5 m, 48 up to 12 m, 36 up to 25 m, 24 up to 30m, 18 up to 40 m, 12 up to 60 m Frequenzbereich Sicherheit Free , , GHz ISM-band Kosten Verfügbarkeit Begrenzt, WEP unsicher, SSID 280 Adapter, 500 Zugangspunkt Einige Produkte, einige Firmen Verbindungsaufbaudauer Dienstgüte Verbindungslos, always on Typ. Best effort, keine Garantien (wie alle anderen Produkte) Verwaltbarkeit Begrenzt (keine automatische Schlüsselverteilung, symmetrische Verschlüsselung) Spezielle Vor-/Nachteile Vorteil: passt in das 802.x System, freies ISM-Band, verfügbar, einfach, nutzt das (noch) freiere 5 GHz Band Nachteil: (noch) nicht in Europa zertifiziert, derzeit nur USA (Harmonisierung derzeit im Gange), stärkere Abschattung auf Grund der höheren Frequenz, keine Dienstgüte Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 31

215 IEEE a PHY-Rahmenformat variabel 6 variabel Bits rate reserved length parity tail service Nutzdaten tail pad PLCP-Kopf PLCP Präambel Signal Daten 12 1 variabel Symbole 6 Mbit/s 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbit/s Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 32

216 Nutzbare Kanäle für a / US U-NII Kanalnummer [MHz] 16,6 MHz Kanalnummer Mittenfrequenz = *Kanalnummer [MHz] [MHz] 16,6 MHz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 33

217 OFDM in IEEE a (und HiperLAN2) OFDM mit 52 genutzten Unterträgern (64 insgesamt definiert) 48 Daten + 4 Pilot (plus 12 virtuelle Unterträger) 312,5 khz Kanalabstand Pilot 312,5 khz Mittenfrequenz der Kanäle Unterträger Nummer Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 34

218 WLAN: IEEE weitere Entwicklungen (08/2002) d: Regulatory Domain Update - fertig gestellt e: MAC Enhancements QoS in Arbeit Erweiterung der aktuellen MAC um Unterstützung für Anwendungen mit Dienstgüteanforderungen, Effizienzsteigerungen, neue Merkmale f: Inter-Access Point Protocol in Arbeit Standardisierung eines Protokolls zum Datenaustausch zwischen den Zugangspunkten (über das Verteilungssystem hinweg) g: Datenraten > 20 Mbit/s bei 2,4 GHz; 54 Mbit/s, OFDM in Arbeit h: Spectrum Managed a in Arbeit i: Erweiterte Sicherheitsmechanismen in Arbeit Verbesserungen der MAC um eine höhere Sicherheit zu gewährleisten Studiengruppen 5 GHz Globalisierung & Harmonisierung (ETSI/IEEE) - abgeschlossen Radio Ressourcenverwaltung gestartet Höhere Datenraten - gestartet Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 8 Folie 35

219 ETSI - HIPERLAN ETSI-Standard europäischer Standard, vgl. GSM, DECT,... Ergänzung lokaler Netze und Ankopplung an Festnetze zeitkritische Dienste von Anfang an integriert HIPERLAN-Familie ein Standard kann nicht alle Anforderungen abdecken Reichweite, Bandbreite, Dienstgüteunterstützung kommerzielle Rahmenbedingungen HIPERLAN verabschiedet keine Produkte! Medium Access Control Layer Channel Access Control Layer Physical Layer HIPERLAN-Schichten Höhere Schichten Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht OSI-Schichten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 1

220 Übersicht: ursprüngliche HIPERLAN-Familie HIPERLAN 1 HIPERLAN 2 HIPERLAN 3 HIPERLAN 4 Anwendung drahtloses LAN Zugang zu ATM- Festnetzen funkbasierte Anschlußnetze Punkt-zu-Punkt drahtlose ATM- Verbindungen Frequenz 5,1-5,3GHz 17,2-17,3GHz Topologie dezentral adhoc/infrastruktur zellular, zentral Punkt-zu- Mehrpunkt Punkt-zu-Punkt Antenne omnidirektional direktional Reichweite 50m m 5000m 150m Dienstgüte statistisch wie ATM-Festnetze (VBR, CBR, ABR, UBR) Mobilität <10m/s quasistationär Schnittstelle konventionelle LAN ATM-Netze Datenrate 23,5Mbit/s >20Mbit/s 155Mbit/s Energiesparmaßnahmen ja nicht zwingend HIPERLAN 1 erreichte nie richtigen Produktstatus, die anderen Standards wurden umbenannt und modifiziert! Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 2

221 HIPERLAN 1 - Merkmale Datenübertragung Dienste Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Mehrpunkt, alle verbindungslos 23,5MBit/s, 1W Sendeleistung, 2383 Byte Paketgröße Asynchrone und zeitbegrenzte Dienste mit hierarchisch unabhängigen Prioritäten kompatibel mit ISO MAC Topologie Infrastruktur- oder ad-hoc-netzwerk Reichweite kann über die eines mobilen Knotens hinausgehen ( forwarding kann in Knoten integriert sein) Sonstige Mechanismen Energiesparmodi, Verschlüsselung, Prüfsummenberechnung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 3

222 HIPERLAN 1 - Physikalische Schicht Aufgaben Kanäle Modulation, Demodulation, Bit und Rahmensynchronisation Vorwärtsfehlerkorrekturmaßnahmen Messung der Signalstärke Erkennung der Belegung eines Kanals Standard sieht 3 verpflichtende und 2 optionale Kanäle mit den zugehörigen Trägerfrequenzen vor verpflichtend Kanal 0: 5, GHz Kanal 1: 5, GHz Kanal 2: 5, GHz optional (nicht in allen Ländern erlaubt) Kanal 3: 5, GHz Kanal 4: 5, GHz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 4

223 HIPERLAN 1 - PHY - Rahmencharakteristik Aufrechterhaltung der hohen Datenrate von 23,5Mbit/s kostet viel Energie - fatal für portable Geräte daher wird einem Paket ein Kopf niedriger Bitrate vorangestellt, der alle Informationen über den Empfänger der Nachricht beinhaltet nur betroffene Empfänger fahren mit dem Empfang fort Rahmenstruktur LBR (Low Bit-Rate) Kopf mit 1,4Mbit/s 450bit Synchronisation mindestens 1, maximal 47 Datenblöcke zu 496bit für Bewegungsgeschwindigkeiten über 1,4m/s muß die Maximalzahl von Datenblöcken verringert werden Modulation GMSK für hohe Bitrate, FSK für LBR-Kopf HBR LBR Synch Daten 0 Daten 1... Daten m-1 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 5

224 HIPERLAN 1 - CAC - Unterschicht Channel Access Control (CAC) Sicherstellen, dass nicht auf unerlaubte Kanäle zugegriffen wird Prioritätsschema, Zugriff mit EY-NPMA Prioritäten 5 Prioritätsstufen, realisieren Dienstgüte Dienstgüte wird in eine Prioritätsstufe mit Hilfe der Paketlebenszeit (durch Anwendung gesetzt) umgerechnet Paketlebenszeit = Zeit innerhalb derer es Sinn macht, das Paket an einen Empfänger zu übertragen Standardwert 500ms, maximal 16000ms kann das Paket aufgrund seiner aktuellen Priorität noch nicht gesendet werden, so wird die Wartezeit permanent von der Lebenszeit abgezogen basierend auf Paketlebenszeit, Wartezeit im Sender und Anzahl der Zwischenstationen bis zum Empfänger wird eine der 5 Prioritäten zugewiesen damit steigt die Priorität wartender Pakete automatisch an Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 6

225 HIPERLAN 1 - EY-NPMA I EY-NPMA (Elimination Yield Nonpreemptive Priority Multiple Access) 3 Phasen: Prioritätsfindung, Wettbewerb, Übertragung Finden der höchsten Priorität jede Priorität entspricht einem Sendezeitpunkt in der ersten Phase, die höchste Priorität hat den frühesten Zeitpunkt, die niedrigste den spätesten Sendewünsche mit höherer Priorität können nicht verdrängt werden liegt kein solcher Wunsch vor (nicht belegter Zeitschlitz für eine höhere Priorität), so kann die nächst niedrigere senden am Ende der Phase ist die höchste aktuelle Priorität bestimmt Synchronisation Prioritätserkennung Prioritätssicherung Auslöschung Auslöschungsüberprüfung Yield Nutzdaten Übertragung Prioritätsfindung Wettbewerb Übertragung t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 7

226 HIPERLAN 1 - EY-NPMA II Es können nun mehrere Sendewünsche gleicher Priorität vorliegen Wettbewerbsphase Elimination Burst: Wettbewerber senden einen Burst, um Konkurrenten zu eliminieren ( , hohe Rate) Elimination Survival Verification: Wettbewerber hören nun in den Kanal, ist dieser frei, so dürfen sie fortfahren, ansonsten wurden sie eliminiert Yield Listening: Wettbewerber hören nun mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in das Medium, ist dieses frei, so darf am Ende der Wettbewerbsphase gesendet werden Der Trick besteht nun darin, Burstdauer und Hörwahrscheinlichkeit richtig einzustellen (slot-basiert, Exponentialverteilt) Datenübertragung Der Sieger darf übertragen (sehr kleine Wahrscheinlichkeit der Kollision bleibt) War der Kanal längere Zeit ruhig (min. 1700bit-Dauern) kann sofort gesendet werden ohne EY-NPMA Synchronisation anhand der letzten Datenübertragung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 8

227 HIPERLAN 1 - DT-HCPDU/AK-HCPDU LBR HBR bit HI HDA HDA HDACS BLIR = n BL- IRCS bit byte TI BLI = n 1 PLI = m 2 HID 3-6 DA 7-12 SA UD 19 - (52n-m-4) PAD (52n-m-3) - (52n-4) CS (52n-3) - 52n Daten HCPDU LBR bit HI AID AID AIDCS Bestätigungs HCPDU HI: HBR-part Indicator HDA: Hashed Destination HCSAP Address HDACS: HDA CheckSum BLIR: Block Length Indicator BLIRCS: BLIR CheckSum TI: Type Indicator BLI: Block Length Indicator HID: HIPERLAN IDentifier DA: Destination Address SA: Source Address UD: User Data ( byte) PAD: PADding CS: CheckSum AID: Acknowledgement IDentifier AIDS: AID CheckSum Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 9

228 HIPERLAN 1 - MAC-Schicht Kompatibel mit ISO MAC Unterstützt zeitbegrenzte Dienste über Prioritätsschema Paketweiterleitung Unterstützung von gezieltem (Punkt-zu-Punkt) oder Broadcast-Weiterleiten (falls keine Weginformationen vorhanden) Unterstützung von Dienstgüte bei der Weiterleitung Verschlüsselungsmechanismen Integrierte Mechanismen, nicht jedoch Schlüsselverwaltung Energiesparmechanismen Mobile Endgeräte können Wachmuster vereinbaren, d.h. Zeitpunkte, zu denen sie Pakete empfangen können Zusätzlich müssen Knoten vorhanden sein, die Daten für schlafende Knoten aufbewahren und zum richtigen Zeitpunkt weiterleiten (sog. Stores) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 10

229 HIPERLAN 1 - DT-HMPDU bit byte LI = n 1-2 TI = 1 RL PSN 6-7 DA 8-13 SA ADA ASA UP ML ML KID IV 34 IV UD SC (n-2) (n-1) - n Daten HMPDU n= LI: Length Indicator TI: Type Indicator RL: Residual Lifetime PSN: Sequence Number DA: Destination Address SA: Source Address ADA: Alias Destination Address ASA: Alias Source Address UP: User Priority ML: MSDU Lifetime KID: Key Identifier IV: Initialization Vector UD: User Data, byte SC: Sanity Check (for the unencrypted PDU) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 11

230 Information Datenbasen in HIPERLAN-Knoten Route Information Base (RIB) - wie kann ein Ziel erreicht werden? [destination, next hop, distance] Neighbor Information Base (NIB) - Status der direkten Nachbarn [neighbor, status] Hello Information Base (HIB) - Status des Ziels (über den nächsten Knoten) [destination, status, next hop] Alias Information Base (AIB) - Adressen von Knoten außerhalb des Netzes [original MSAP address, alias MSAP address] Source Multipoint Relay Information Base (SMRIB) - derzeitiger MP Status [local multipoint forwarder, multipoint relay set] Topology Information Base (TIB) - derzeitige HIPERLAN-Topologie [destination, forwarder, sequence] Duplicate Detection Information Base (DDIB) - Erkennung von Duplikaten [source, sequence] Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 12

231 Ad-hoc Netzwerke mit HIPERLAN 1 HIPERLAN A RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB RIB NIB HIB AIB DDIB 5 1 Nachbarschaft (d.h. in Funkreichweite) Forwarder RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB 2 HIPERLAN B 4 RIB NIB HIB AIB DDIB Forwarder RIB NIB HIB AIB SMRIB TIB DDIB Information Bases (IB): RIB: Routing NIB: Neighbourhood HIB: Hello AIB: Alias SMRIB: Source Multipoint Relay TIB: Topology DDIB: Duplicate Detection 6 3 RIB NIB HIB AIB DDIB Forwarder Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 13

232 HiperLAN2 Offizieller Name: BRAN HIPERLAN Type 2 H/2, HIPERLAN/2 sind ebenso gebräuchlich Höhere Nutzerdatenraten Effizienter als a Verbindungsorientiert QoS-Unterstützung Dynamische Frequenzwahl Unterstützung von Sicherheit Starke Verschlüsselung und Authentifizierung Mobilitätsunterstützung Netz- und anwendungsunabhängig Konvergenzschichten für Ethernet, IEEE 1394, ATM, 3G Energiesparmodi Plug and Play Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 14

233 HiperLAN2-Architektur und handover-szenarien AP MT 2 3 MT 4 MT 1 1 MT 3 2 APT APC Kernnetz (Ethernet, Firewire, APT AP ATM, UMTS) APC APT Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 15

234 Zentralisierte im Vergleich mit direkter Betriebsart AP AP/CC Steuerung Daten Steuerung Steuerung MT 1 MT 2 MT 1 MT 2 Daten MT 1 Daten MT 2 +CC Zentralisiert Direkt Steuerung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 16

235 HiperLAN2-Protokollstapel höhere Schichten DLC-Steuerung SAP Konvergenzschicht DLC-Nutzer SAP Funk Ressourcen RLC- Unterschicht Assoziation Funksteuerung (RLC) DLC Verbindung DLC - einfache Datenübertragungsfunktionen Fehlerüberwachung Bereich der HiperLAN2- Standards Medienzugriffssteuerung (MAC) Bitübertragungsschicht Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 17

236 Referenzkonfiguration der Bitübertragungsschicht PDU von DLC (PSDU) Verwürfelung FEC Codierung Verschachtelung Abbildung OFDM PHY bursts (PPDU) Funkübertragung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 18

237 Betriebskanäle von HiperLAN2 in Europa Kanalnummer [MHz] 16,6 MHz Kanalnummer ,6 MHz [MHz] Mittenfrequenz = *Kanalnummer [MHz] Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 19

238 Basisstruktur von HiperLAN2 MAC-Rahmen 2 ms 2 ms 2 ms 2 ms MAC-Rahmen MAC-Rahmen MAC-Rahmen MAC-Rahmen... TDD, 500 OFDM Symbole pro Rahmen Rundrufphase Downlink-Phase Uplink-Phase variabel variabel variabel wahlfreier Zugriff LCH-PDU-Typ Nutzdaten CRC bit LCH-Transfersyntax bit LCH-PDU-Typ Sequenznummer 54 byte Nutzdaten CRC UDCH-Transfersyntax (lange PDU) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 20

239 Gültige Konfigurationen von HiperLAN2-MAC-Rahmen 2 ms 2 ms 2 ms 2 ms MAC frame MAC frame MAC frame MAC frame... wahlfreier Rundruf downlink uplink Zugriff BCH FCH ACH DL phase DiL phase UL phase RCHs BCH FCH ACH DiL phase UL phase RCHs BCH FCH ACH DL phase UL phase RCHs Gültige Kombinationen von MAC-Rahmen für Einzelsektoren- Zugangspunkte BCH FCH ACH UL phase RCHs BCH FCH ACH DL phase DiL phase RCHs BCH FCH ACH DiL phase RCHs BCH FCH ACH DL phase RCHs BCH FCH ACH RCHs Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 21

240 Abbildung von logischen und Transportkanälen BCCH FCCH RFCH LCCH RBCH DCCH UDCH UBCH UMCH BCH FCH ACH SCH LCH downlink UDCH DCCH LCCH ASCH UDCH UBCH UMCH DCCH RBCH LCCH LCH SCH RCH LCH SCH uplink direct link Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 22

241 WLAN: Home RF weiterer Standard (Erfolg?) Datenrate 0,8, 1.6, 5, 10 Mbit/s Übertragungsbereich 300m Außenbereich, 30m in Gebäuden Frequenzbereich 2.4 GHz ISM Sicherheit Starke Verschlüsselung, kein offener Zugang Kosten Adapter 130, Basisstation 230 Verfügbarkeit Diverse Produkte von unterschiedlichen Herstellern, weitere Unterstützung unklar Verbindungsaufbaudauer 10 ms feste Obergrenze Dienstgüte Bis zu 8 A/V-Datenströme, bis zu 8 Sprachdatenstöme, Prioritäten, best-effort Verwaltbarkeit wie DECT & 802-LANs Spezielle Vor-/Nachteile Vorteil: vielfältige Dienstgüteunterstützung, host/client und peer/peer, Energiesparmodi, Sicherheit Nachteil: Zukunft sehr unklar wg. DECT-Geräten plus a/b für Daten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 23

242 RF-Steuerungen ISM-Bänder Datenrate typ. bis zu 115 kbit/s (serielle Schnittstelle) Übertragungsbereich m, je nach Sendeleistung (typ mw) Frequenzen typ. 27 (EU, US), 315 (US), 418 (EU), 426 (Japan), 433 (EU), 868 (EU), 915 (US) MHz (je nach Regulierung) Sicherheit bei einigen Produkten mit Zusatzprozessoren verfügbar Kosten Billig: Verfügbarkeit Viele Produkte, viele Hersteller Verbindungsaufbaudauer N/A Dienstgüte keine Verwaltbarkeit sehr einfach, wie eine serielle Schnittstelle Spezielle Vor-/Nachteile Vorteil: sehr billig, sehr große Betriebserfahrung, große Stückzahlen verfügbar Nachteil: keine Dienstgüte, übervolle ISM-Bänder (speziell 27 und 433 MHz), typ. keine Medienzugriffssteuerung, 418 MHz erfährt z.b. Interferenzen mit TETRA Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 24

243 RFID Radio Frequency Identification (1) Datenraten Übertragung der Kennung (z.b. 48 bit, 64kbit, 1 Mbit) 9,6 115 kbit/s Übertragungsbereich Frequenzen Sicherheit Kosten Passiv: bis zu 3 m Aktiv: bis zu m simultane Erkennung von bis zu, z.b. 256 tags, abtasten von z.b. 40 tags/s 125 khz, 13,56 MHz, 433 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz und viele weitere anwendungsabhängig, typischerweise keine Verschlüsselung auf dem RFID- Chip sehr billige tags, bis zu nur noch z.b. 1 (passive tags) Verfügbarkeit viele Produkte, viele Hersteller Verbindungsaufbaudauer Dienstgüte abhängig vom Produkt/Medienzugriffsschema (typ. 2 ms pro Gerät) keine Verwaltbarkeit sehr einfach, wie eine serielle Schnittstelle Spezielle Vor-/Nachteile Voteil: sehr billig, große Erfahrung, große Stückzahlen verfügbar, keine Batterien für passive RFIDs benötigt, große Vielfalt an Produkten, hohe Relativgeschwindigkeiten möglich (z.b. bis zu 300 km/h), großer Temperaturbereich Nachteil: keine Dienstgüte, einfache DoS-Attacken möglich, überfüllte ISM- Bänder, oft nur unidirektionale Datenübertragung (Aktivierung/ Übertragung der Kennung) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 25

244 RFID Radio Frequency Identification (2) Funktion Standard: Als Antwort auf ein Funksignal von einem Lesegerät überträgt ein RFID-Tag seine Kennung Erweitert: Daten können auch zu einem Tag gesendet, unterschiedliche MAC-Verfahren können genutzt werden (Kollisionsvermeidung) Merkmale Keine Sichtverbindung notwendig (vgl. Laserscanner) RFID-Tags können auch sehr schwierige Umweltbedingungen aushalten (Sonnenlicht, Kälte, Frost, Schmutz etc.) Produkte verfügbar mit Schreib/Lese-Speicher, Smart-card-Fähigkeiten Kategorien Passive RFID: Energie kommt vom Lesegerät über Funkwellen, machbar bis zu einem Abstand von ca. 3 m, sehr niedriger Preis (1 ) Aktive RFID: Batterie-gespeist, Distanzen von bis zu 100 m Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 26

245 RFID Radio Frequency Identification (3) Anwendungen Sichtbarkeit aller Güter, Produkte, Paletten etc. während der Herstellung, des Transports, der Lagerung (total asset visibility) Kundenkarten: Bezahlung mit RFID-Tags an Tankstellen, in Kaufhäusern etc., Erstellung von Kundenprofilen Automatische Mauterfassung: RFIDs in der Windschutzscheibe ermöglichen ein zügiges Passieren von Mautstellen Weitere: Zugangskontrolle, Tieridentifikation, Verfolgung gefährlicher Güter, Inventur, Lagerverwaltung,... Systeme zur Ortsbestimmung GPS nutzlos in Gebäuden oder unter der Erde, problematisch in Städten mit hohen Gebäuden RFID-Tags übertragen Signale, Empfänger peilen den Sendeort mit Hilfe der Signallaufzeiten an Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 27

246 RFID Radio Frequency Identification (4) Sicherheit Denial-of-Service-Attacken sind immer möglich Störung der Funkübertragung, Abschirmung von Sendern/Empfängern ID-Vergabe während der Herstellung oder durch Programmierung Schlüsselaustausch durch z.b. RSA möglich, Verschlüselung z.b. durch AES Weitere Trends RTLS: Real-Time Locating System große Anstrengungen im Gange, um z.b. Produkte in Lagern aufzufinden Integration von RFID-Technologie in Herstellungsprozesse, Produktverteilung, Logistikkette Erzeugung eines elektronischen Manifests auf Produkt oder Verpackungsebene (eingebettete, billige, passive RFID tags) 3D-Nachverfolgung von Kindern oder Patientenüberwachung... Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 28

247 RFID Radio Frequency Identification (5) Geräte und Firmen AXCESS Inc., Checkpoint Systems Group, GEMPLUS, Intermec/Intellitag, I-Ray Technologies, RF Code, Texas Instruments, WhereNet, Wireless Mountain, XCI, Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 29

248 RFID Radio Frequency Identification (6) Beispielprodukt: Intermec RFID UHF OEM Reader Lesebereich bis zu 7m Antikollisionsalgorithmus erlaubt es, über 40 tags pro Sekunde zu lesen unabhängig von der Anzahl an Tags, die im Erkennungsbereich sind US: 915 MHz, Frequency Hopping Lesen: 8 byte < 32 ms Schreiben: 1 byte < 100ms Beispielprodukt: Wireless Mountain Spider Proprietärer Antikollisionsalgorithmus Erkennungsbereich 15 m in Gebäuden, 100 m mit Sichtlinie > 1 Milliarde unterschiedlicher Codes Leserate > 75 tags/s Arbeitet bei 308 MHz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 30

249 RFID Radio Frequency Identification (7) Relevante Standards American National Standards Institute ANSI, Automatic Identification and Data Capture Techniques JTC 1/SC 31, European Radiocommunications Office ERO, European Telecommunications Standards Institute ETSI, Identification Cards and related devices JTC 1/SC 17, Identification and communication ISO TC 104 / SC 4, Road Transport and Traffic Telematics CEN TC 278, Transport Information and Control Systems ISO/TC204, Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 31

250 RFID Radio Frequency Identification (8) ISO-Standards ISO MH Data Identifiers EAN.UCC Application Identifiers ISO Syntax for High Capacity ADC Media ISO Transfer Syntax ISO Part 2, khz Part 3, 13,56 MHz Part 4, 2,45 GHz Part 5, 5,8 GHz Part 6, UHF ( MHz, 433 MHz) ISO RFID Device Conformance Test Methods ISO RF Tag and Interrogator Performance Test Methods Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 9 Folie 32

251 Bluetooth Idee Universelles Funksystem für drahtlose Ad-hoc-Verbindungen Verknüpfung von Computer mit Peripherie, tragbaren Geräten, PDAs, Handys im Wesentlichen ein leistungsfähigerer IrDA-Ersatz Eingebettet in andere Geräte, Ziel: 5 /Gerät (2002: 50 /USB Bluetooth) Kleien Reichweite (10 m), niedrige Leistungsaufnahme, lizenzfrei im 2,45 GHz-ISM-Band Sprach- und Datenübertragung, ca. 1 Mbit/s Bruttodatenrate Eines der ersten Module (Ericsson). Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 1

252 Bluetooth Geschichte 1994: Ericsson (Mattison/Haartsen), MC-link -Projekt Umbenennung des Projekts: Bluetooth nach Harald Blåtand Gormsen [Sohn des Gorm], König von Dänemark im 10. Jahrhundert 1998: Gründung der Bluetooth SIG, : Errichtung eines Runsteins durch Ercisson/Lund ;-) 2001: Erste Produkte für den Massenmarkt, Verabschiedung des Standards 1.1 Special Interest Group (früher: ) Gründungsmitglieder: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba Später hinzugekommene Förderer: 3Com, Agere (früher: Lucent), Microsoft, Motorola über 2500 Mitglieder Gemeinsame Spezifikation und Zertifizierung von Produkten Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 2

253 Geschichte und HiTec 1999: Ericsson mobile communications AB reste denna sten till minne av Harald Blåtand, som fick ge sitt namn åt en ny teknologi för trådlös, mobil kommunikation. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 3

254 und der echte Runstein Standort: Jelling, Dänemark; Errichtet durch König Harald Blåtand in Erinnerung an seine Eltern. Der Stein hat drei Seiten eine davon zeigt ein Bild von Christus. Inschrift: "Harald king executes these sepulchral monuments after Gorm, his father and Thyra, his mother. The Harald who won the whole of Denmark and Norway and turned the Danes to Christianity." Übrigens: Blåtand weißt auf ein dunkleres Aussehen hin (dunkle Haare) und hat nichts mit einem blauen Zahn zu tun! So könnten die Originalfarben des Steines ausgesehen haben. Inschrift: auk tani karthi kristna (und machte die Dänen zu Christen) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 4

255 Merkmale 2.4 GHz ISM Band, 79 (23) RF Kanäle, 1 MHz Trägerabstand Kanal 0: 2402 MHz Kanal 78: 2480 MHz G-FSK Modulation, mw Sendeleistung FHSS und TDD Frequenzsprungverfahren mit 1600 Sprüngen/s Sprungfolge pseudozufällig, vorgegeben durch einen Master Time division duplex zur Richtungstrennung Sprachverbindung SCO (Synchronous Connection Oriented) FEC (forward error correction), keine Übertragungswiederholung, 64 kbit/s duplex, Punkt-zu-Punkt, leitungsvermittelt Datenverbindung ACL (Asynchronous ConnectionLess) Asynchron, schnelle Bestätigung, Punkt-zu-Mehrpunkt, bis zu 433,9 kbit/s symmetrisch oder 723,2/57,6 kbit/s asymmetrisch, paketvermittelt Topologie Überlappende Pikonetze (Sterne) bilden ein Scatternet (Streunetz) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 5

256 Pikonetze Eine Ansammlung von Geräten welche spontan (ad-hoc) vernetzt wird Ein Gerät wird zum Master, die anderen verhalten sich als Slaves während der Lebensdauer des Pikonetzes S P M S P Der Master bestimmt die Sprungfolge, die Slaves müssen sich darauf synchronisieren Jedes Pikonetz hat eine eindeutige Sprungfolge SB P SB S Teilnahme an einem Pikonetz = Synchronisation auf die Sprungfolge Jedes Pikonetz hat einen Master und gleichzeitig bis zu 7 Slaves (> 200 können geparkt werden) M=Master S=Slave P=Parked SB=Standby Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 6

257 Bildung eines Pikonetzes Alle Geräte im Pikonetz springen synchron Der Master übergibt den Sklaven seine Uhrzeit und Gerätekennung Sprungfolge: bestimmt durch die Gerätekennung (48 bit, weltweit eindeutig) Die Phase in der Sprungfolge wird durch die Uhrzeit bestimmt Adressierung Active Member Address (AMA, 3 bit) Parked Member Address (PMA, 8 bit) SB SB SB SB SB SB SB SB SB S SB P P M SB S S P Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 7

258 Scatternet Verbindung mehrerer räumlich naher Pikonetze durch gemeinsame Master- oder Slave-Geräte Geräte können Slaves in einem Pikonetz sein, Master in einem anderen Kommunikation zwischen Pikonetzen Geräte, welche zwischen den Pikonetzen hin und her springen S P S S M Pikonets (jedes mit max. Kapazität von 720 kbit/s) M P SB S P M=Master S=Slave P=Parked SB=Standby P SB S SB Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 8

259 Bluetooth Protokolle Audio NW-Anw. vcal/vcard Telefonie-Anwendungen Verwaltung TCP/UDP IP BNEP PPP OBEX AT modem commands TCS BIN SDP Control Audio RFCOMM (serial line interface) Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) Link Manager Baseband Radio Host Controller Interface AT: attention sequence OBEX: object exchange TCS BIN: telephony control protocol specification binary BNEP: Bluetooth network encapsulation protocol SDP: service discovery protocol RFCOMM: radio frequency comm. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 9

260 Frequenzwahl während der Übertragung 625 µs f k f k+1 f k+2 f k+3 f k+4 f k+5 f k+6 M S M S M S M t f k f k+3 f k+4 f k+5 f k+6 M S M S M t f k f k+1 f k+6 M S M t Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 10

261 Basisband Pikonetz/Kanaldefinition PHY-Pakete Zugriffscode Kanal, Gerätezugriff, z.b., vom Master abgeleitet Paketkopf 1/3-FEC, Active Member-Adresse (1 master, 7 slaves), Verbindungstyp, Alternating Bit ARQ/SEQ, Prüfsumme 68(72) Bits Zugriffscode Paketkopf Nutzlast 4 64 (4) Präambel Sync. (trailer) Bits AM-Adresse Typ Fluss ARQN SEQN HEC Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 11

262 SCO-Nutzlasttypen Nutzlast (30) HV1 Audio (10) FEC (20) HV2 Audio (20) FEC (10) HV3 Audio (30) DV Audio (10) Kopf (1) Daten (0-9) 2/3 FEC CRC (2) (bytes) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 12

263 ACL-Nutzlasttypen Nutzlast (0-343) Kopf (1/2) Daten (0-339) CRC (2) DM1 Kopf (1) Nutzlast (0-17) 2/3 FEC CRC (2) DH1 Kopf (1) Nutzlast (0-27) CRC (2) (Bytes) DM3 DH3 Kopf (2) Nutzlast (0-121) 2/3 FEC Kopf (2) Nutzlast (0-183) CRC (2) CRC (2) DM5 DH5 Kopf (2) Nutzlast (0-224) 2/3 FEC Kopf (2) Nutzlast (0-339) CRC (2) CRC (2) AUX1 Kopf (1) Nutzlast (0-29) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 13

264 Datenraten im Basisband ACL 1 Zeitschlitz 3 Zeitschlitze 5 Zeitschlitze SCO Nutzlast Nutzlast Symmetrisch Asymmetrisch Kopf Daten max. Rate max. Rate [kbit/s] Typ [byte] [byte] FEC CRC [kbit/s] Forward Reverse DM /3 yes DH no yes DM /3 yes DH no yes DM /3 yes DH no yes AUX no no HV1 na 10 1/3 no 64.0 HV2 na 20 2/3 no 64.0 HV3 na 30 no no 64.0 DV 1 D 10+(0-9) D 2/3 D yes D D Data Medium/High rate, High-quality Voice, Data and Voice Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 14

265 Baseband Verbindungstypen Polling-basiert, TDD, paketorientierte Übertragung 625µs Zeitschlitze, Leitstation (master) fragt Folgestationen (slaves) ab SCO (Synchronous Connection Oriented) Sprache Periodische Pakete, ein Zeitschlitz, 64 kbit/s vollduplex, Punkt-zu-Punkt ACL (Asynchronous ConnectionLess) Daten MASTER Variable Paketgröße (1,3,5 Zeitschlitze), asymmetrische Bandbreite, Punkt-zu- Mehrpunkt SCO ACL SCO ACL SCO ACL SCO f 0 f 6 f 8 f 12 f 4 f 20 f 14 f 18 ACL SLAVE 1 f 1 f 7 f 9 f 13 f 19 SLAVE 2 f 5 f 21 f 17 Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 15

266 Robustheit Langsames Frequenzspringen mit einem durch den Master bestimmten Sprungmuster Schutz vor Störungen auf bestimmten Frequenzen Trennung von anderen Pikonetzen (FH-CDMA) Übertragungswiederholung nur für ACL-Verbindungen, sehr schnell Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction) SCO and ACL Fehler in der Nutzlast (Nicht im Paketkopf!) NAK ACK MASTER A C C F H SLAVE 1 B D E SLAVE 2 G G Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 16

267 Basisband-Zustände eines Bluetooth-Geräts standby unverbunden Trennung inquiry page Verbindungsaufbau transmit AMA connected AMA Aktiv park PMA hold AMA sniff AMA Stromsparmodi Standby: Bereitschaft, inaktiv Inquire: Suche nach anderen Geräten Page: Verbindung zu einen best. Gerät Connected: Teilnahme im Pikonetz Park: Freigabe AMA, Annahme PMA Sniff: periodisches Mithören, nicht jeder Schlitz Hold: stop ACLs, SCO sind noch möglich, evtl. Teilnahme in einem anderen Pikonetz Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 17

268 Beispiel: Stromaufnahme/CSR BlueCore2 Typische durchschnittliche Stromaufnahme (1) VDD=1,8V Temperatur = 20 C Betriebsmodi SCO Verbindung HV3 (1s Intervall Sniff-Modus) (Slave) 26,0 ma SCO Verbindung HV3 (1s Intervall Sniff-Modus) (Master) 26,0 ma SCO Verbindung HV1 (Slave) 53,0 ma SCO Verbindung HV1 (Master) 53,0 ma ACL Datentransfer 115,2kbit/s UART (Master) 15,5 ma ACL Datentransfer 720kbit/s USB (Slave) 53,0 ma ACL Datentransfer 720kbit/s USB (Master) 53,0 ma ACL Verbindung, Sniff Mode 40ms Intervall, 38,4kbit/s UART 4,0 ma ACL Verbindung, Sniff Mode 1.28s Intervall, 38,4kbit/s UART 0,5 ma Parked Slave, 1,28s Aufwachintervall, 38,4kbps UART 0,6 ma Standby-Modus (Verbunden mit dem Rechner, keine RF-Aktivität) 47,0 µa Tiefschlafmodus (2) 20,0 µa Bemerkungen: (1) Stromaufnahme in der Summe von BC212015A und Flash-Speicher. (2) Stromaufnahme nur BC212015A. (Mehr unter: ) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 18

269 Beispiel: Bluetooth/USB-Adapter (2002: 50 ) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 19

270 WPAN: IEEE Bluetooth (1) Datenraten Synchron, verbindungsorientiert: 64 kbit/s Asynchron, verbindungslos 433,9 kbit/s symmetrisch 723,2 / 57,6 kbit/s asymmetrisch Reichweite Frequenz Sicherheit Kosten POS (Personal Operating Space) bis zu 10 m Spezielle Sender bis zu 100 m Free 2.4 GHz ISM-band Challenge/response (SAFER+), Sprungfolge 50 Adapter, fallen auf bis zu 5 Verfügbarkeit Bereits in einige Produkten integriert, viele Anbieter Verbindungsaufbaudauer Hängt von der Betriebsart ab Max. 2,56s, im Mittel 0,64s Dienstgüte Verwaltbarkeit Garantien, ARQ/FEC Öffentliche/private Schlüssel benötigt, Schlüsselverwaltung nicht spezifiziert, einfache Systemintegration Vorteile/Nachteile Vorteile: bereits in Produkte integriert, weltweit verfügbar, freies ISM-Band, diverse Anbieter, einfaches System, einfache spontane Kommunikation, Punkt-zu-Punkt Nachteile: Interferenzen auf dem ISM- Band, eingeschränkte Reichweite, max. 8 Geräte pro Netz, hohe Verbindungsaufbauverzögerung Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 20

271 WPAN: IEEE Weiterentwicklungen : Koexistenz Koexistenz von drahtlosen persönlichen Netzen (802.15) und drahtlosen lokalen Netzen (802.11), Beschreibung der Störungen : Höhere Datenraten Standard für WPANs mit höheren Datenraten (20Mbit/s or mehr), aber immer noch billig und niedrige Leistungsaufnahme Datenraten: 11, 22, 33, 44, 55 Mbit/s Dienstgüte: isochrones Protokoll Ad hoc peer-to-peer Netze Sicherheit Batteriebetrieb muss möglich sein Billig, einfach,... Speziell ausgerichtet, um den wachsenden Bedarf im Bereich der Bildübertragung, Multimedia-Datenübertragung im Konsumerbereich abzudecken Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 21

272 WPAN: IEEE Weiterentwicklungen : Niedrige Datenraten und sehr niedrige Leistungsaufnahme Lösung für niedrige Datenraten, Batterielebensdauern von Monaten bis zu Jahren, sehr geringe Komplexität Mögliche Anwendungen: Sensoren, interaktive Spielzeuge, Fernsteuerungen, Heimautomatisierung,... Datenraten kbit/s, Latenz bis hinunter zu 15 ms Master-Slave oder Peer-to-Peer Betrieb Bis zu 254 Geräten oder Verteilknoten Unterstützung für verzögerungskritische Geräte, z.b. Joysticks CSMA/CA Medienzugriff (datenzentriert), mit/ohne Zeitschlitze Automatischer Netzaufbau durch einen Koordinator Dynamische Geräteadressierung Hohe Übertragungszuverlässigkeit durch Bestätigungen Gezielte Leistungssteuerung um eine geringe Aufnahme sicher zu stellen 16 Kanäle im 2,4-GHz-ISM-Band, 10 Kanäle im 915-MHz-US-ISM-Band und ein Kanal im europäischen 868-MHz-Band Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 22

273 vs.(?) /Bluetooth Bluetooth könnte sich rüpelhaft in einem Netz verhalten weiß nichts um Sendepausen, IFS etc. f [MHz] b 2402 DIFS DIFS 500 byte DIFS 100 byte SIFS ACK SIFS ACK DIFS DIFS 100 byte 1000 byte SIFS ACK 500 byte DIFS 100 byte SIFS ACK SIFS ACK DIFS IEEE greift diese Probleme auf Vorschlag: Adaptive Frequency Hopping Nicht kollaborativ, reine Koexistenz ohne Zusammenarbeit Echte Auswirkungen? Viele unterschiedliche Meinungen, Veröffentlichungen, Tests, Ergebnisse reichen von komplettem Zusammenbruch bis zu störungsfrei Bluetooth (FHSS) ist robuster als b (DSSS) SIFS ACK DIFS DIFS 100 byte SIFS ACK 500 byte DIFS 100 byte SIFS ACK t 3 Kanäle (getrennt durch Installation) Kanäle (getrennt durch Sprungfolge) Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 23

274 Mögliche Störungen auf dem ISM-Band Es gibt viele Störquellen Mikrowellenherde, Mikrowellenbeleuchtung , b, g, , Home RF plus analoge TV-Übertragung, Überwachung Lizenzfreie Stadtnetze OLD NEW Ebenen der Störung Physikalische Schicht: Interferenzen sind wie Rauschen Bandspreizverfahren versuchen die zu minimieren FEC/Verschachtelung tragen zur Korrektur bei MAC-Schicht: Algorithmen sind nicht harmonisiert Z.B. kann Bluetooth verwirren Fusion Lighting, Inc. Alexander Heine, Ronald Nitschke Stunde 10.1 Folie 24