INFORMATIONSTECHNIK UND ARMEE Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich im Wintersemester 1994/1995 Leitung: Bundesamt für Übermittlungstruppen Divisionär E. Ebert, Waffenchef der Übermittlungstruppen Tendenzen und Visionen in der Entwicklung der Mobilkommunikation Referent: H.R. Good Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und als PDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.
8-3 2.1. Die analogen zellularen Netze 2.2. Die digitalen zellularen Netze 2.3. Funk, Paging und Datenfunk 2.4. Cordless Dienste 3.1. Inmarsat 3.2. Globalstar 3.3. IRIDIUM 27653 HAMFU - www.hamfu.ch Seite 1
2-10 Die Entwicklung der modernen, mobilen Kommunikation geht bis in die frühen 40er Jahre zurück, als in Chicago die Firma Galvin Mfg. Co. die ersten Handfunkgeräte (sogenannte Handy-Talkies) für die amerikanische Armee fabrizierte und auslieferte. Obwohl die Geräte mehr als 2.5 kg Gewicht hatten, konnten sie bereits als mobile Funkkommunikationssysteme bezeichnet werden. Zu Beginn waren jedoch nur Halbduplex-Uebertragungen im MW- Bereich möglich. Ausgehend von diesen Basisentwicklungen wurden später in verschiedenen Ländern dieser Welt unter anderem auch sogenannte zellulare Systeme weiterentwickelt. Den Namen erhielten diese Systeme von den (Funk-)Zellen, welche eine geografisch orientierte Region versorgten. Zellulare Systeme erlaubten Vollduplex-Uebertragung und offerierten bereits eine Uebergabe des Teilnehmers von Zelle zu Zelle (sog. Handover). Die Basisstationen wurden auf hohen Standorten errichtet, hatten festzugeteilte Kanäle, waren konzipiert für niedere Verkehrsdichte, und die Telefone waren zu Beginn nur als Fahrzeugeinbau- (mobile) oder tragbare Versionen erhältlich. Die Handgeräte-Entwicklungen durch die Industrie erfolgte normalerweise erst, wenn sich das System kommerziell auch durchsetzen konnte. Die Netze wurden dann später in Richtung kleinerer Reichweite, tiefem Standort der Basisstationen, mehrfach verwendbare sowie frei zuteilbare Kanäle weiterentwikkelt (Rautenprinzip und Trunking System) und waren für eine hohe Verkehrsdichte ausgelegt. Um die Marktentwicklung nun richtig erfassen zu können, ist es wichtig zu verstehen, dass die analogen zellularen Systeme an und für sich keine Produkte sind sondern eine Etappe in der technologischen Evolution der mobilen Kommunikation darstellen. 2.1. Die analogen zellularen Netze Leider waren zu Beginn der Einführung von Mobilkommunikationsnetzen lokaler Ehrgeiz und nationaler Protektionismus in einzelnen Ländern grösser gewichtet als die technische Vernunft, und so kam es, dass in vielen Staaten verschiedene analoge Systeme entwikkelt wurden. Hier einige Beispiele: Deutschland Oebl-C 450 MHz Frankreich Radiocom2000 200 & 400 NMT-F 450 MHz Italien RTMS 450 MHz Skandinavien NMT450 450 MHz Comvik 450 MHz NMT900 900 MHz Grossbritannien TACS/ETACS 900 MHz USA AMPS 800 MHz Japan JT ACS& NTACS 900 MHz Natürlich probierte jeder Hersteller (meistens mit entsprechender politischer Unterstützung) in seiner Einflusssphäre "sein" System als das einzig richtige für die jeweiligen technischen und topografischen Verhältnisse anzupreisen. So wurden auf der ganzen Welt allerlei Systeme installiert, wobei als einziges das NMT900 System (also dasjenige unseres Natel-C) das sogenannte internationale Roaming ermöglichte; einem Benützer aus einem anderen Land also erlaubte, als Gast in einem anderen NMT900-Netz einzubuchen und sich wie ein eigener Abonnent zu verhalten. HAMFU - www.hamfu.ch Seite 2
3-10 Primär: - Infrastrukturkosten - Marktpreise der Geräte - Airtime Subscription - Verkehrs- und Verbindungsgebühren Sekundär: - Verfügbarkeit von Hardware - Massenproduktion von Geräten - Geografische Netzabdeckung - Verfügbarkeit von Zusatzdienstleistungen auf dem Netz sowie Verkehrsdichte und Besiedelung System NMT 450 NMT900 ETACS AMPS Oebl-C Frequenz 450 MHz 900 MHz 900 MHz 800 MHz 450 MHz Uebertragungsart analog analog analog analog analog Uplink (to System) MHz 453-457 890-914 872-905 824-849 451-455 Downlink (to Mobile) MHz 463-467 935-959 917-950 869-894 461-465 Zellengrösse 2-25 km 350 m-35 km 500 m-15 km 400 m - 5 km 2-25 km Technologie FDMA FDMA FDMA FDMA FDMA Uebertr.kanäle / Träger-f 1 1 1 1 1 Kanalabstand 25 khz 25 khz 25 khz 30 khz 20 khz Signalling in bit/s 1'200 1 '200 8'000 10'000 5'400 Anzahl Kanäle 180 999 1'320 832 180 Leistungsklassen 15/2 W 6/1 W 3/1 W 3/1.2/0.6 W 15 W 2.2. Die digitalen zellularen Netze HAMFU - www.hamfu.ch Seite 3
3-10 Frequenz 900 MHz 1800 MHz 900 MHz Uebertragungsart digital digital digital Uplink (from Mobile unit) 890-915 MHz 1710-1785 MHz 824-849 MHz Downlink (to Mobile unit) 935-960 MHz 1805-1880 MHz 869-894 MHz Zellengrösse 350m - 35 km 100m - 8 km 400 m - 5 km Technologie TDMA TDMA TDMA & CDMA * Uebertragungskanäle/Träger-f 8 F R /16 HR 8 FR /16 HR n/a * Kanalabstand 200 khz 200 khz 30 khz * Signal Bitrate 270 KBPS 270 KBPS n/a Anzahl Kanäle 1'224 374 n/ a* Leistungsklassen 8 / 2 / 0. 8 W 1 / 0.25 W 3 / 1 W * HAMFU - www.hamfu.ch Seite 4
3-10 2.3. Funk, Paging und Datenfunk 2.3.1 Funk HAMFU - www.hamfu.ch Seite 5
3-10 Merkmale Werte HAMFU - www.hamfu.ch Seite 6
3-10 Merkmal Telepage Swiss ERMES Frequenz 147,3-147,4 MHz 169.4-169.8 MHz Uebertragungsrate 512/1200 bit/s 2400 / 4800 / 6250 bit/s Abdeckung 90 % der bevölkerten Schweiz paneuropäisch / Roaming möglich Inbetriebnahme 1985 ab 1994 Informationsübermittlung Audio / Alphanumerisch Audio / Alphanumerisch Autoritätsprüfung Nein Ja Message Retrieval Nein Ja, optional HAMFU - www.hamfu.ch Seite 7
3-10.4. Cordless Dienste HAMFU - www.hamfu.ch Seite 8
3-10 Merkmale CT2 (Telepoint) DECT Frequenzband 864.1-868.1 MHz 1880-1900 MHz Bandbreite/Kanal 108 khz 1.72 MHz Kanäle 40 10 Simultane Verbindungen/Kanal 1 12 Max Anzahl simultaner Gespräche 40 120 Technologie/Duplexmethode FDMA/TDD TDMA/TDD Verkehrsdichte (Erlang/qkm) 600 10'000 RF Bitrate 72 kbit/s 1152 kbit/s Signalbitrate 2 kbit/s 6.4 kbit/s Sprachbitrate 32 kbit/s 32 kbit/s Roaming & Handover Nein Ja Zellengrösse 300-3'000 m 30-500 m 3.1. Inmarsat HAMFU - www.hamfu.ch Seite 9
3-1 0 3.2. Globalstar -Verarbeitung 3.3. IRIDIUM HAMFU - www.hamfu.ch Seite 10
3-1 0 Merkmale Inmarsat-P Globalstar IRIDIUM Inbetriebnahme ab 1997 ab 1998 ab 1998 Investitionsvolumen ca. 2800 Mio $ 1800 Mio $ 3400 Mio $ Frequenzen uplink downlink 1980-2010 MHz 2170-2200 MHz n/a 1610-1626 MHz 2483-2500 MHz Technologie CDMA CDMA FDMA/TDMA Orbitalbahnen GEO & ICO LEO LEO Orbithöhe 10'000 km 759 nm (1400 km) 420 nm (780 km) Anzahl Satelliten 15 48 (davon 8 Reserve) 66 Gewicht eines Satelliten n/a 222 kg 689 kg Frequenzbänder n/a n/a Ka-Band Sat-Sat L-Band Sat-Boden Uebertragung in bit/s 4800 Sprache 2400 Daten bis 9600 bis 9600 Verbindungskosten 2-3 $ / Min. ca. 0.65$/Min ca. 3 $ /Min. Handheld Terminals Mono- & Dualmode GSM / Satellit Mono- & Dualmode zellular/satellit Leistungsklasse 2 W n/a 1 W Kosten pro Terminal ca. 1500 $ 500-1000$ < 1000$ Mono- & Dualmode GSM / Satellit 2010. HAMFU - www.hamfu.ch Seite 11
3-1 0 Anwendung Heute Jahr 2000 Jahr 2010 Cordless 72 200 300 Funk 37 75 150 Paging 42 125 300 Zellular / PCN 32 100 450 Total 183 500 1.200 HAMFU - www.hamfu.ch Seite 12
3-1 0 HAMFU - www.hamfu.ch Seite 13
3-1 0 HAMFU - www.hamfu.ch Seite 14
3-1 0 800 900 800/1500 (Japan, 1900 HAMFU - www.hamfu.ch Seite 15