Asymmetrisch-hybride P2P-Dienste - bevorzugt für mobile Teilnehmer Impulsbeitrag 17.01.2005 Prof. Dr. Gert Siegle Siegle 050117 1
Bisherige P2P-Netze sind symmetrisch = gleiche Datenraten upstream und downstream (GSM, UMTS, WLAN ) Richtig für Sprache. Richtig für ortsfesten Betrieb. Symmetrie ist schön, aber nicht unbedingt nötig für mobilen Teilnehmer. Ganz schwierig wird Symmetrie bei Video - aber wer sendet schon Videos von unterwegs zurück? Siegle 050117 2
Also: Außer bei Sprache sollte asymmetrischer Betrieb attraktiv und für den mobilen Nutzer wirtschaftlicher sein als symmetrische Netze - Rückweg schmalbandig, niedrige Datenrate (z.b. GSM) - Hinweg breitbandig, hohe Datenrate. Warum hat man eigentlich daran nicht gedacht bei Definition von UMTS oder WLAN? Siegle 050117 3
These: Mobiler Teilnehmer möchte gleich gut versorgt sein mit allen gewohnten Informationen wie im Büro oder zu Hause. Dazu Wünsche : * hohe Betriebsdauer batteriebetriebener (= tragbarer) Geräte * Versorgung möglichst viele Teilnehmer * bodennaher Betrieb, abschattungsunabhängig * einheitliches Verfahren bei allen terrestischen Geschwindigkeiten -> * Datenrate ist so niedrig wie möglich * Frequenz so niedrig wie möglich * mehrwege- und auslastungsunabhängiges Übertragungsverfahren (bestens: COFDM) Siegle 050117 4
Assymmetrisch: Hinweg breitbandig, Rückweg schmalbandig wird am besten hybrid realisiert: Hinweg z.b. breitbandiges, digitales Rundfunkverfahren (-> vorhandenes Netz, neue Netze für Breitband sollten vermieden werden, Datenrate hinreichend bei DAB, DMB, DVB-T, DVB-H), Rückweg bevorzugt GSM oder GPRS, UMTS Siegle 050117 5
Wieso eigentlich möglichst vorhandene Rundfunknetze nutzen, warum nicht tapfer wieder neue Netze und Standards? 1. Kostenrisiko 2. keine Frequenzzuteilung (Rundfunk wird sich wehren, Frequenzen zu verlieren) 3. schnellere, risikoarme Einführung Heimgeräte auch nutzbar, keine Splittung Verkehrsaufkommen, vorhandene Standards 4. Viele Informationen lassen sich ohne Rückkanal pauschal abrufen, Filterung und Speicherung macht Endgerät. -> kann grundlegende Änderung werden für viele Dienste: Warum sollen nicht Verkehrsnachrichten, Börseninformationen und weitere 10.000 Internetseiten laufend aktualisiert versandt werden? ( modernes Videotext ) P2P ist dann nur über das hinaus nötig mit allen Konsequenzen für kleineres Gebührenaufkommen als etwa bei Nutzung von UMTS. Siegle 050117 6
Die wichtigsten drahtlosen Breitbandverfahren Zweiweg nur wenige Verfahren für Video geeignet, noch weniger für Video + mobil P2P (point to point) Frequenz Datenrate GSM-GPRS 0,9 GHz < 0,2 Mbit/s 1,8 GHz < 0,2 Mbit/s DECT-GAP 1,9 GHz < 0,5 Mbit/s DMAP/DPRS 1,9 GHz > 0,5-2 Mbit/s UMTS 2 GHz < 2Mbit/s WLAN 2,4 GHz > 2 Mbit/s Bluetooth 2,4 GHz < 0,5 Mbit/s HyperLAN2 5,5 GHz 6-54 Mbit/s DSRC 5,8 GHz 0,2 Mbit/s Infrarot >10 5 GHz bis >> 1 Mbit/s Reichweite in allen Fällen - abhängig von Sendeleistung und Antennenhöhe: 2 m bis 5 km, kursiv: geschützte Frequenzen Siegle 050117 7
Die wichtigsten drahtlosen Breitband-Verfahren die meisten ok für Video Einweg (point to multipoint) Frequenz Bandbreite Datenrate digitaler Rundfunk * Satelliten-TV (DVB-S) 10-12 GHz 27/36 MHz <56 Mbit/s * terrestrisch - Hörfunk DAB 174-224 MHz 1,536 MHz 1,5 Mbit/s 1435-1496 MHz dto. DRM LMK 9/10 khz 24 kbit/s - Fernsehen (DVB-T) 174-224 MHz 7 MHz 14 Mbit/s 465-860 MHz 8 MHz dto. - Richtfunk nicht für mobilen Empfang Siegle 050117 8
DAB/DMB DVB-T 0-900 km/h only stationary/portable reception up to some 50 km/h rugged sensitive to multipath reception large SFN possible only small SFN operational Bandwidth 1,536 MHz 8 MHz Gross data rate 2,3 Mbit/s 14,75 Mbit/s Min. field strength 43 dbµv/m >85 dbµv/m (outside buildings for indoor reception) -> EMC problem National coverage no coverage before 2008 Cost effective expensive Mobile Internet possible only portable Internet may be possible Video MPEG-4 (<1,3 Mbit/s) MPEG-2, i.e. 3 Mbit/s for Video/TV Low power higher power required Siegle 050117 9
DigitalRadio Interactive Broadcasting = Mobile Internet als hybride Lösung GSM 9,6 kbit/s 900/1800 MHz Broadcasting Network Server GSM Network z.b. > 1 Mbit/s Multimedia Object Transfer - MOT ww w Terminal Internet Server Siegle 050117 10 Siegle/BMS
DMB- Versorgung Region Stuttgart DMB-Parameter Frequenzblock: LH Versorgungswahrscheinlichkeit besser als 99% besser als 95% besser als 90% weniger als 90% STGT-FRAUENKOPF Sender-Parameter: Sender Stgt-Frauenkopf ERP 2 kw / 33 dbw Antenne D180 / 145m ü.gnd Empfänger-Parameter: -85 dbm / 53 dbµv/m Antenne ND / 3m ü.gnd Siegle 050117 11
Data Rates to Moving Receivers 2 Mb/s 1.2Mb/s UMTS DAB 384 kb/s 144 kb/s GSM-GPRS GPRS - EDGE 14.4 kb/s 9.6 kb/s 1 kb/s GSM-CSD DRM UKW-RDS 0.1 km/h 100 km/h Siegle 050117 Nach: Frits de Jong, SiemensVDO, WorldDAB Workshop, Zürich, Mai 2002 12
Möglichkeiten für Downlink Sprachdienste Broadcasting zu teuer für Video z.t. begrenzte Datenrate Probleme bei mobilem Empfang -> optimal 1,5 Mbit/s = genug für alle Dienste, skalierbar optimiert für alle terr. Geschwindigkeiten flächendeckend Video per DMB 2,0/2.5G/3G DAB/DMB 14 Mbit/s nur für ortsfesten bis portablen Empfang MPEG-2 hoher Energiebedarf keine Flächendeckung DVB-T DVB-H Relativer Energiebedarf DVB-T-Ableger (4 Blöcke) MPEG-4, AAC+ Fehlerschutz schwächer als bei DAB höherer Energiebedarf im Endgerät Siegle 050117 13
Einführung weiterer Broadcasting-Standards gezielt nur für mobilen Betrieb (z.b. nur für kl. Bildschirme)??? Wird als DVB-H diskutiert = natürliches Interesse der Mobilfunkbetreiber nach neuen Geschäftsmöglichkeiten. Bilddarstellung nur für kl. Schirme gedacht. Künftiger TV-Standard für Schirme bis 40 768 kbit/s geringere Datenrate nur ansehenswert auf kl. Bildschirmen. Neue Datenrate für Bildübertragung allein für mobile Nutzer??? Für heutige Progammanbieter und Rundfunkveranstalter ist es wohl wünschenswerter, mit einheitlichem Standard zu übertragen. Siegle 050117 14
Rundfunk hat Vorrang bei der Nutzung von Rundfunkfrequenzen, aber: * keine Hortung ungenutzter Frequenzen (RegTP seit ca.1999) * vom digitalen Rundfunk nicht genutzte Datenraten können anderweitig vergeben werden. Also bietet sich gemischter Betrieb an: = Normale Rundfunkinhalte (Einweg) + Abrufdienste ( Mobile Internet + P2P mit oder ohne Verschlüsselung) Wirtschaftlichkeitsrechnungen liegen u.a. aus Schweden vor. Siegle 050117 15
Also: 1. Datenkompression Video MPEG-4 Layer 10 (H.263) 2. Ton AAC+ ( = ISO-Standard für Videoübertragung seit Febr. 2003) 3. Hinweg COFDM-Übertragung breitbandig - optimal Rundfunkverfahren (auch: Zusatznutzung vorhandener Stationen) (COFDM auch bei UMTS+ = G4 angedacht) 4. Rückweg mit Vorteil GSM oder GPRS (Ortung und Gebührenerhebung gelöst!!!), geringe Übertragungssicherheit ohne Normänderung z.b. durch Mehrfachübertragung hinreichend beherrschbar. Siegle 050117 17
DigitalRadio Siegle 050117 18
Satellitenkonzepte USA für DigitalRadio 3 Sirius high elliptical orbit (HEO) Satelliten (24.000km - 47.000 km) Satelliten Typ: SS/L1300 (Loral Space System) Mittlere Elevation ~60 Sendeleistung 5 MW ERP HEO Satelliten, Sendebetrieb im Wechsel 16 Stunden 104 Repeater für Terrestrische Versorgung 2 XM Satelliten (35.764 km) Satelliten Typ HS702 (Boing) Im Mittel ~45 Elevation in den USA Transponderleistung 7 MW ERP Geostätionäre Satelliten 1300 Repeater für terrestrische Versorgung Roll 85 W Rock 115 W Siegle 050117 19
Datendienste über DAB Home Nachrichten & Wetter Straßen & Verkehr Hotel & Restaurant Reisen Rund ums Auto Mobil werden & bleiben Freizeit & Erleben Rund ums Handy Mobile Office NO DOUBT HEY BABY Service Verkehrsinformationen Nachrichten Wetter Börse In...etc. oder Verbindung Werbung mit GSM: (Zeichendarstellung) (Kartendarstellung) wie off-board zum Beispiel: Navigation...einfache Programm Flughafen gehörte Titel und Radiostation Navigation Artist Ankunft Abflug und durch via DAB Übersichtskarten download als Kartendarstellung Siegle 050117 20
DigitalRadio Interactive Broadcasting = Mobile Internet als hybride Lösung GSM 9,6 kbit/s 900/1800 MHz DAB/DMB Network Server GSM Network DAB 1,5 Mbit/s Multimedia Object Transfer - MOT 200/1500 MHz ww w DAB Network Internet Server Terminal DAB/DMB+GSM Siegle 050117 21 Siegle/BMS
DAB typische Aufteilung eines DAB-Blocks = 1,536 MHz = 1/4 TV-Kanal A A A A A A D 6 Rundfunkkanäle A mit oder ohne Zusatzdaten PAD 1 Datenkanal für NPAD (= D) Aufteilung DAB-Blockes für DMB = Digital Multimedia Broadcasting Video A n A 1 D 1 Videokanal mit oder ohne Zusatzdaten 1 Datenkanal für NPAD n Rundfunkkanäle mit oder ohne Zusatzdaten PAD Siegle 050117 22
Digital Multimedia Broadcasting (DMB) TV-Vorführung über DAB, Pressekonferenz Bosch-DTAG, Bonn Jan.1996 Quelle: Bosch Siegle 050117 23
DigitalRadio DMB längst in D erfunden und realisiert Straßenbahn Hannover Siegle 050117 24
Literatur: S. Mason/Q.Howard WordDAB SB/602 Juni 2004 T. Wächter WorldDAB SB/603 Juni 2004 www.3g.co.uk Siegle 050117 25