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prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 1 vom 16.05.2006 ISO/OSI Referenzmodell.

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1 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 1 vom ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze (PSTN - Public Switching Telephone Network

2 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 2 vom ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer

3 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 3 vom Aufgaben des Physical Layer Erzeugung von Signalen –Elektrische Signale –Optisch –Elektromagnetische Wellen Terrestrisch (Richtfunk, Funkwellen, …) Nicht Terrestrisch Anschluss an das Übertragungs-Medium –Anschlussarten –Stecker etc. –Pinbelegungen

4 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 4 vom Übertragungsmedien Quelle: Hansen Neumann S. 545

5 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 5 vom Öffentliche Netze Kabelgebundene Netze (Hansen Neumann 651) Terrestrische Funknetze (Hansen Neumann 672) Satellitennetze (Hansen Neumann 696)

6 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 6 vom Protokolle und Techniken der Datenübertragung Hansen Neum 633 Quelle: Hansen Neumann S. 633

7 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 7 vom Kabelgebundene öffentliche Netze (Hansen Neumann 518) Fernsprechnetze –Begriffe PSTN Public Switching Telephone Network POTS Plain Old Telephone Service –ISDN (Integrated Services Digital Network) – siehe Foliensatz ISDN –xDSL TV-Kabelnetz Stromnetz FTTx –FTTH Fiber to the home –FTTB Fiber to the basement –FTTC Fiber to the curb –FTTN Fiber to the node

8 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 8 vom xDSL Einführung xDsl Digital Subscriber Line ADSL Asymmetric DSL –Unterschiedliche Bandbreite für UP- und DOWN Stream –Meist keine Ende-zu-Ende Beziehung sondern mit Dienste-Angebot verknüpft Nutzt vorhandene Zweidrahtkupferleitungen Entfernungen bis zu 5,5 km (VDSL Entfernungen bis zu 1,3 km) Übertragungsleistung bis zu 8 MBit DOWN Stream und 1 MBit UP Stream

9 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 9 vom xDSL Anbindung von Haushalten (Hansen Neumann 655) Quelle: Hansen Neumann S. 655 DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer

10 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 10 vom Beispiel für den Einsatz eines xDSL Modems (Hansen Neu 657) Quelle: Hansen Neumann S. 657 DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer

11 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 11 vom Typische ADSL Gerätekonfiguration Quelle: Tanenbaum S. 157

12 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 12 vom DSL Bandbreite im Verhältnis zur Entfernung über Kat 3 UTP Quelle: Tanenbaum S. 154

13 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 13 vom Begriffe ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line LAN Local Area Network WLAN Wireless Local Area Network DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer PPoE Point to Point over Ethernet PPTP Point to Point Tunneling Protocol POTS Plain Old Telephone Service (0,3 – 3,4 kHz)

14 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 14 vom Frequenzbänder bei ADSL (Hansen Neumann 658) Quelle: Hansen Neumann S. 658

15 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 15 vom xDSL Techniken (Hansen Neumann 656) Quelle: Hansen Neumann S. 656

16 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 16 vom Kennzahlen für xDSL - Verfahren (Hansen Neumann 660) Quelle: Hansen Neumann S. 660

17 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 17 vom Terrestrische Funknetze – Übersicht (Hansen Neumann 673) Quelle: Hansen Neumann S. 673

18 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 18 vom Begriffe DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication WLAN Wireless Local Area Network GSM Global System for Mobile Communication GPRS General Packet Radio Service EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

19 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 19 vom Kommunikation über elektromagnetische Wellens Funknetz (lokal begrenzt um Sender) Mobilfunknetz (Zellenarchitektur, regionale Abdeckung) –Zellennetze –Einsatz von Mikrowellen –Vorteil hohe Übertragungskapazität im kurzwelligen Bereich –Mikrowellen werden –Quasi optische Ausbreitung – geradlinig –(Gegensatz Langwellen entlang der Erdoberfläche) –Reichweite wird durch Hindernisse wie Häuser Bodenwellen beschränkt –GSM Basisstationen mit Entfernungen bis zu 35 km –GSM Frequenzbänder 900 MHz, 1800 MHz

20 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 20 vom Global System for Mobile Communication (GSM) Digitale Datenübertragung Zeitmultiplexverfahren - bis 8 User pro Kanal Zeitschlitz 577 Millisekunden, msec Pro Trägersignal stehen 8 Kanäle zur Verfügung Dienste –Sprachdienst –Fax –Short Message Service (SMS) Leitungs- und Paketvermittelt Synchron oder Asynchron (je nach Dienst) Personenbezogene Nummernzuordnung (SIM Card, Subscriber Identity Module) Übertragungsreichweite 40 km

21 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 21 vom GSM Frequenzbereiche und Übertragungskapazitäten 2 Frequenzbereiche –GSM-900 –GSM-1800 Uplink – senden zur Feststation, Basisstation Downlink – senden zum Mobiltelefon GSM-900 –Uplink : MHz –Downlink: GSM-1800 –Uplink : MHz –Downlink: – MHz USA und Kanada –GSM oder PCS Single-, Dual-, und Triband Telefone und Geräte Datenübertragung 2,4 bis 9,6 kBit/s –Gesamtband 22,8 kBit/s –13,2 kBit Steuerdaten –V.34 Modem

22 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 22 vom Netzbetreiber in Deuschland Telekom (D1, GSM 900, GSM 1800) Vodafone (D2 GSM 900, GSM 1800) E-Plus (E GSM 1.800) O 2 (D2 GSM 900, GSM 1800)

23 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 23 vom GSM Telefon mit PCMCIA Adapter Kommunikation zwischen Telefon und Rechner + PCMCIA Karte + Bluetooth + WLAN Quelle: Hansen Neumann S. 686

24 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 24 vom Struktur eines GSM Netzes (Hansen Neumann S. 687) Quelle: Hansen Neumann S. 687

25 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 25 vom High Speed Circuit Switched Data (HCSD) Weiterentwicklung der leitungsvermittelten Datenübertragung in GSM Netzwerken Anderes Codierungsschema 14,4 der 22,8 kBit/s eines Kanals können genutzt werden Bündelung von Zeitschlitzen, Kanalbündelung GSM stellt nur einen Zeitschlitz/Zeiteinheit eines Kanals zur Verfügung Eine GSM Basisstation stellt 8 Kanäle zur Verfügung (8 parallele Zeitschlitze) Vorstufe zu GPRS (General Packet Radio Service)

26 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 26 vom Kanäle und Zeitschlitze bei GSM einer Basis Station - Datenübertragung Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6 Kanal 7 Kanal 8 Zeitschlitze von jeweils 577 Mikrosekunden 22,8 kBit/s pro Kanal 13,2 kBit/s Steuerinformationen 9,6 kBit/s Nutzdaten

27 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 27 vom Vergleich GSM HSCSD 22,8 kBit/s pro Kanal 13,2 kBit/s Steuer- informationen 9,6 kBit/s Nutz- daten GSMHSCSD 8,8 kBit/s Steuer- informationen 14,4 kBit/s Nutz- daten

28 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 28 vom Nutzdatenbereiche bei HSCSD (V.90 Modem) Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6 Kanal 7 Kanal 8 HSCD: 14,4 kBit/s Nutzdaten / KanalTheoretisch bei HSCD: 115,2 kBit Praxis HSCD: Empfang 57,6 Praxis HSCD: Senden 28,

29 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 29 vom General Packet Radio Service (GPRS) Paketorientierte Vermittlung und Übertragung Datenpakete fester Länge Orientierung an TCP/IP Paektevermittlung, Packet switching, store and forward GPRS Übertragungsraten von theoretisch 171,2 kBit/s Vier Codierverfahren mit unterschiedlicher Fehlerabsicherung –Nettoübertragungsrate sinkt mit höherer Fehlerabsicherung –Ungesicherte Übertragung Datenübertragung je nach Kanalnutzung zwischen Betreibern unterschiedlich –Typisch sind 53,6 kBit/s –Bei Nutzung von 4 Zeitscheiben pro Zeiteinheit (Takt)

30 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 30 vom Mögliche Übertragungskapaziäten von GPRS (Hansen Nemann 690) Quelle: Hansen Neumann S. 690

31 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 31 vom Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) Von Ericsson entwickelt Zwei Arten von Datendiensten –Enhanced GPRS (EGPRS) - leitungsvermittelt –Enhanced circuit switched data (ECSD) - paketorientiert Max. 69,2 kBit/s pro Zeitscheibe, max. 8 Zeitscheiben Nettoübertragungsraten von 8,8 bis 59,2 kBit/s pro Zeitscheibe Max. Gesamtübertragungsrate von 384 kBit/s Max. Übertragungsvolumen für GSM Netze Einsatz bei all den Mobilfunkanbieter, die kein UMTS im Angebot haben

32 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 32 vom Versteigerung der Lizenzen zu je 8 Mrd. € T-Mobile Deutschland Vodafone D2 Mobilcom Multimedia GmbH E-plus 3G Luxemburg S.à.r.l. (E-Plus, Hutchinson O2 (Germany) GmbH & Co oHG QUAM GmBH

33 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 33 vom Entwicklungsgeschichte der Netze Quelle:

34 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 34 vom Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Weltweit einheitlicher Standard ITU [ ]http://www.itu.int Paketvermitlung Keine Weiterentwicklung von GSM sondern eigenständiger Standard Eigenes Konzept für die Funkübertragung mit höherer Übertragungsleistung Theoretische Übertragungsrate einer Zelle von bis zu 1,920 Mbit/s Aktuell max. 384 kBit/s GSM Dienste wie SMS werden auch von UMTS unterstützt

35 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 35 vom International Telecommunication Union (ITU) [ ] Headquarter in Geneva, Switzerland ITU-R (Radiocommunication) [ ] früher CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique)http://www.itz.int/ITU-R/ ITU-T (Standardization) [ ] früher CCIR (Consultative Committee for International Radio)http://www.itz.int/ITU-T/ ITU-D (Development) [ ]http://www.itz.int/ITU-D/

36 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 36 vom UMTS Teilnehmer Quelle:

37 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 37 vom rd Generation Partnership Project Quelle:

38 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 38 vom rd Generation Partnership Project (Partners) Quelle:

39 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 39 vom ETSI [ ]http://www.etsi.org

40 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 40 vom UMTS Zugangsverfahren Frequency division multiple access, FDMA, Frequenzband wird nach Bedarf in feste Kanäle aufgeteilt und jeder Teilnehmer erhält einen exklusiven Kanal Time division mutlipe access, TDMA, Bandbreite wird über Zeitscheiben den Nutzern zugeordnet Code division multiple access, CDMA, weder Zeitscheiben noch feste Kanäle, sondern über digital fingerprint codiert, der zwischen Sender und Empfänger ausgehandelt wird, Empfänger setzt die Daten wieder zusammen

41 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 41 vom Betriebsarten von UMTS Wideband CDMA –mehrere Kanäle können parallel genutzt werden FDD (Frequency Division Duplex, Frequenzmultiplex) –Zwei Frequenzbereiche Uplink Downlink –Aktuell erzielbare Datenrate in Deutschland aktuell bei 384 kBit/s (downlink) TDD (Time Division Duplex, Zeitmultiplex) –Verfahren technisch aufwendig –Ca 2 MBit/s für den downlink erzielbar –Technik noch nicht im kommerziellen Einsatz 3rd Generation Partnership Project (3GPP), [ ]http://www.3gpp.org Vgl auch:

42 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 42 vom Wideband CDMA (WDMA) Spreizung des Signals Größere Bandbreite 5 MHz breites Frequenzband 3GPP Spezifikation

43 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 43 vom Frequenzmultiplexing Quelle:

44 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 44 vom Zeitmultiplexverfahren synchron Quelle:

45 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 45 vom Zeitmultiplexverfahren asynchron Quelle:

46 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 46 vom UMTS Zellen Es existieren 4 Zellengrößen –Pikozelle (max. 100m) –Mikrozelle (wenige km) –Makrozelle (flächendeckend, ähnlich wie GSM) –Satellitenzelle, globale Versorgung mit UMTS Hierarchieebenen werden als URAN, UMTS radio access network bezeichnet Unterschiedliche Übertragungskapazitäten und Reichweiten Geschwindigkeit, mit der sich der Nutzer bewegt ist ebenfalls entscheidend Roaming (Weitergabe eines Nutzers an eine andere Zelle)

47 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 47 vom UMTS Zellen (Hansen Neumann S. 692 Quelle: Hansen Neumann S. 692

48 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 48 vom UMTS Übertragungskapazität, Zellengröße (Hansen Neum. S. 692) Quelle: Hansen Neumann S. 692

49 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 49 vom UMTS Frequenzbereiche Hansen Neumann S. 693 Quelle: Hansen Neumann S. 693 TDD Time Division Duplex, Zeitduplexbetrieb, Pikozellen, keine festen Frequenzbänder für Senden und Empfangen sondern je nach Auslastung dynamische Zuordnung, für Mikro- und Makrozellen, Asymmetrischer Betrieb möglich FDD Frequency Divison Duplex, beide Richtungen 60 Hz Bandbreite, Vollduplexbetrieb SAT Satellitenbetrieb

50 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 50 vom Zellenreichweite und Anzahl Teilnehmer einer Zelle (Hansen, … 695) Quelle: Hansen Neumann S. 695

51 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 51 vom Satellitennetze (nicht näher behandelt, Hansen Neumann S. 696) Very Small Aperture Terminal (VSAT) Satellitengestützte Mobilkommunikation Navigationssysteme, Global Positioning System (GPS)


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