Der DECT-Standard Vortrag zur Vorlesung Satelliten und Mobilfunk SS2001 Alexander Brickwedde Freitag, 31. März 2017

Was ist DECT? Digitales System für Schnurlose Telefone: Digital European Cordless Telephony globalisierte Bezeichnung: Digital Enhanced Cordless Telecommunication oder in USA: Personal Wireless Telecommunication (andere Modulation) Veröffentlicht 1992 von der ETSI (European Telecommunications Standards Institute http://www.etsi.fr) Nachfolger analoger Techniken, wie CT0, CT1, bzw. des Mischsystems CT2 Diverse Vorteile gegenüber analogen Systemen Freitag, 31. März 2017

Was ist DECT? DECT eignet sich für - Schnurlose Telefone - Datenübertragung - Wireless Local Loop - Direktverbindung zw. Mobilteilen - Mobilfunknetze (Für UMTS ist u.a. DECT als Luftschnittstelle definiert) Freitag, 31. März 2017

Produkte Freitag, 31. März 2017

Vorteile von DECT Der DECT Standard hat folgende Leistungsmerkmale: Geringe Kosten der Netzinfrastruktur und der Endgeräte Erstklassige Sprachqualität / Hohe Abhörsicherheit Identifikation/Authentication der Teilnehmer sowie der Fest- und Mobilstationen Dynamische Kanalauswahl (10 Freq./24 Zeitschlitze) Aufbau zellularer Netze / Unterbrechungsfreier Kanalwechsel Sehr hohe Verkehrsdichte (10.000 Erlang/km²) Datenübertragung / Flexible Datenratenzuteilung Interworking mit PSTN, ISDN, GSM, X.25-Netzen Europaweiter Standard mit einheitlichen Frequenzen Freitag, 31. März 2017

Technische Daten Kanalzugriff: FDMA und TDMA/TDD (Time Division Duplex) Frequenzen: DECT : 1880MHz – 1900 MHz 10 Frequenzkanäle, je 1152 kbit/s 24 Timeslots, je 48 kbit/s DECT@ISM : 2,4 GHz ISM 45 Frequenzkanäle 24 Timeslots USA: 1910-1920 MHz unlizenzierter Betrieb 1850-1910 MHz und 1930-1990 MHz lizenzierter Betrieb andere Länder: 1900-1920 MHz und 1910-1930 MHz Freitag, 31. März 2017

Technische Daten Modulation: GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) Verkehrsleistung: 10.000 Erlang/km² Geschw. der PP: max. 20 km/h Mittl. Leistung PP: 10mW Nominale Leistung FP: 250mW PP: Portable Part, Mobile Station FP: Fixed Part, Base Station Freitag, 31. März 2017

DECT-Referenzmodell Angelehnt auf das ISO/OSI-Referenzmodell Layer 1: Physikalische Schicht Layer 2: Medium Access Control Data Link Control Layer 3: C-Plan: Network (Signalling, Interworking) U-Plan: Transparent (Application) Freitag, 31. März 2017

Layer 1 Bereitstellung der Funkkanäle Geforderte BER (Bit Error Ratio): 0,001 FDMA: 10 Trägerfrequenzen zwischen 1880 und 1900 MHz GFSK: 1: Erhöhung der Frequenz um 288kHz 0: Senkung der Frequenz um 288kHz TDMA: 1 Frame = 24 Timeslots 10ms = 11520bit = 1152 kbit/s TDD: Slot 1-12 Downlink (FP->PP), Slot 13-24 Uplink Advanced Connection bietet freie Einteilung Freitag, 31. März 2017

FDMA/TDMA, Kanalauswahl dynamisches Kanahlwahlverfahren: Belastungsspitzen werden zeitlich und räumlich unterscheidbar Keine Frequenzplanung notwendig Statt dessen Standortplanung Blind-Slot: Wenn nur ein Transceiver in der BS vorhanden, kann nur eine der 10 Frequenzen genutzt werden. Alle anderen Frequenzen werden als „Blind-Slot“ markiert. Freitag, 31. März 2017

FDMA/TDMA, Kanalauswahl Basis- und Mobilstation müssen einen physikalischen Kanal auswählen: - MS misst Signalpegel der BS - Fixed Part mit stärksten Pegel wird verwendet - scheitern drei Verbindungsversuche wird zum nächst schwächeren Fixed Part gewechselt - der RSSI-Pegel (Radio Signal Strength Indicator) bestimmt welcher Kanal benutzt wird. Freitag, 31. März 2017

TDMA/TDD Freitag, 31. März 2017

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S. Synchronisation A. TA: Art der Taildaten. Q1/2:Qualität der empf S Synchronisation A TA: Art der Taildaten Q1/2:Qualität der empf. Daten BA: Art der Nutzdaten (B) Tail: MAC-Control R-CRC: CRC des A-Feldes B Nutzdaten ungeschützt 32kbit/s oder geschützt 25,6 kbit/s X: CRC des B-Feldes Z Kopie des X-Feldes Freitag, 31. März 2017

Layer 2, MAC Zustände des PP: Idle Unlocked: PP ist mit keiner Basisstation synchronisiert PP hat keine Basisstation detektiert Active Unlocked: PP ist mit keiner Basisstation synchronisiert PP sucht permanent nach BS Idle Locked: PP und mindestens ein FP sind synchronisiert Active Locked: mindestens eine Verkehrskanal aktiv Freitag, 31. März 2017

Layer 2, MAC Zustände des FP: Active Idle: FP strahlt einen Dummy Bearer aus Kein Verkehrskanal realisiert Active Traffic: mindestens ein Verkehrskanal aktiv Dummy Bearer wird nicht ausgesendet. Active Traffic and Idle: sowohl ein Verkehrskanal (Traffic Bearer) als auch ein Dummy Bearer betrieben. Freitag, 31. März 2017

Dummy Bearer Identität der Basisstation Synchronisationsinformation System-Fähigkeiten Derzeitige Kanalnutzung Paging (Aufforderung zum Rufaufbau) Freitag, 31. März 2017

Layer 2, Bearertypen Simplex Bearer beinhaltet ein A-Feld, bzw. ein A- und ein B- Feld. Sie dienen zur Erzeugung eines physikalischen Kanals. Duplex Bearer Ein Paar Simplex Bearer wird als Duplex Bearer bezeichnet. Double Simplex Bearer Ein Paar Simplex Bearer, die gemeinsam in einem Downlink- oder einem Uplink-Frame liegen. Dient der asymmetrischen Übertragung. Double Duplex Bearer Equivalent dem Double Simplex Bearer sind in diesem Fall zwei Duplex Bearer Freitag, 31. März 2017

Layer 2, Data Link Control Layer LU1 Transparent Unprotected Service (Sprachübertr.) LU2 Frame Relay Service LU3 Frame Switching Service LU4 Forward Error Correction Service (noch nicht Standardisiert) LU5 Basic Rate Adaption Service (8-64kbit/s) LU6 Secondary Rate Adaption Service (V.110) LU7 64 kbit/s Data Bearer Service (ISDN 64kbit/s) LU8-15 Reserviert für zukünftige Dienste LU16 Escape (ESC), Dienste außerhalb des Standards Freitag, 31. März 2017

Layer 2, Verbindungsarten Der Versuch eines Verbindungsaufbaus gilt als fehlgeschlagen, wenn die von der DLC-Schicht geforderten Bearer nicht nach spätestens drei Sekunden realisiert sind. Basic Connection - Es kann immer nur eine Basic Connection bestehen - besteht aus einem Duplex-Bearer. Advanced Connection - mehrere Verbindungen zwischen der Basis- und der Mobilstation können unterschieden werden. - symmetrisch oder asymmetrisch Physical Connection - nicht durch MAC-Dienste unterstützt - nicht standardisierte Datenübertragung. Freitag, 31. März 2017

Verbindungsaufbau Verbindungsaufbau vom FP über Pagingruf an das Mobilteil, dann folgt die Prozedur wie beim Rufaufbau vom PP aus PP stellt fest, welcher Kanal am wenigsten gestört ist und sendet eine Rufanfrage FP wartet auf  Rufanfragen der PPs. maximale Verzögerung beträgt 160 ms (Dauer eines Multiframes, innerhalb dessen sich die Signalisierung wiederholt). Nach einem halben Rahmen (5 ms) sendet FP eine Bestätigung. Diese enthält Liste der von FP aus gesehen besten Kanäle. Pilotverbindung ist hergestellt PP sendet evtl. die Anforderung von weiteren Kanälen Freitag, 31. März 2017

Verbindungsaufbau Berechtigungs-Prüfung (Authentication): - Das FP sendet eine zufällige Bitfolge an das PP - FP und PP verrechnen diese gemäß einem bestimmten Algorithmus mit einem bestimmten Schlüssel, der nur für ein berechtigtes PP paßt. - Das PP sendet Ergebnis zurück an das FP, das diese Antwort mit dem selbst errechneten Ergebnis vergleicht. - Bei Übereinstimmung der Antwort mit dem erwarteten Ergebnis erhält dieses PP die Erlaubnis zum Rufaufbau. Durch diese Methode (Challenge/Response) wird erreicht, daß der Schlüssel nicht über Funk übertragen werden muß Diese Codierung wird auch zur Verschlüsselung beim Sprach- und Datenverkehr verwendet. Freitag, 31. März 2017

Layer 3, Network Mobility Management (MM) - Mobilität der Mobilteile z.B. Teilnehmeridentität Call Control (CC) - abgewicklung von Anrufen (Aufbau, Erhaltung und Abbau). Call Independent Supplementary Service (CISS) - optionaler Dienst, der unabhängig vom Anruf eine eigene Verbindung auf- und abbaut. Connection Oriented Message Service (COMS) - bietet eine P2P-Verbindung, zum verschicken von Paketen Connectionless Message Service (CLMS) - übertragen von Daten ohne eine End-zu-End-Verbindung Freitag, 31. März 2017

Handover Wechsel eines Kanals oder einer Basisstation während einer bestehenden Verbindung: - Qualität der Übertragung schlecht - bestimmt durch Radio Ressource Management der MS - Intra-Cell: Innerhalb einer Zelle wird der Zeitschlitz oder die Frequenz gewechselt - Inter-Cell: Wechsel zu einer neuen BS (auch Freq. und Zeitschl.) Freitag, 31. März 2017

Sprachcodierung, ADPCM ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) Wechselbeziehung aufeinanderfolgender Abtastwerte Signaldifferenz von Abtastwert zu Abtastwert nur geringfügig. Die aufeinander folgenden Werte werden genutzt, um aus den zurückliegenden Werten das Signal vorherzusagen. Abtastrate: 8 kHz Quantisierung: 4 Bit Datenrate: 32 kbit/s Freitag, 31. März 2017

DECT Packet Radio Service Ergänzung zum Standard (DPRS - ETS 301 649) - Bündelung von mehreren Kanälen - pro Trägerfrequenz Bandbreiten bis zu 1 MBit/s - theoretisch 120 Übertragungskanäle parallel - Bandbreite innerhalb einer Zelle bis zu 20 MBit/s Freitag, 31. März 2017

Vergleiche Im Vergleich zu Bluetooth: - Bluetooth: spontane eigenaktive Erkennung von „Gesprächspartnern“ - DECT: Feste Zuordnung von Geräten bei hoher Übertragungsqualität/Zuverlässigkeit Im WLAN-Bereich: - IEEE802.11: Höhere Datenraten - HomeRF, HiperLAN: Hohe Datenraten, wenig Techniklastig - DECT: niedrigere Datenraten, Viel Technik Freitag, 31. März 2017

Vergleiche Im Vergleich zu GSM: Beide sind europäischer Standard zur mobilen Kommunikation mit Roaming, Authentisierung und OOB-Signalling. DECT: - fehlt die Netzwerkinfrastruktur - hat keine zentrale Steuerung - verwendet kein Einloggen beim Einschalten - benötigt keine Frequenzplanung - nutzt TDD, GSM nutzt FDD (Frequency Division Duplex) - Kanalaufbau immer vom PP aus - Datenrate ist 32 kbit/s, GSM-CSD 14,4 kbit/s - hat keine Anpassung an Signallaufzeiten (Timing Advance) - die PP darf sich mit max. 20 km/h bewegen - Hohe Verkehrsleistung Freitag, 31. März 2017

EMV, Elektromagnetische Verträglichkeit 26. Bundes-Immissionsschutzgesetz, Verordnung über elektromagnetische Felder regelt nur Sendeanlagen über 10 Watt Leistung DECT unterliegt keiner behördlichen Genehmigung, noch sind Mindestabstände gefordert Bei einer Frequenz von 1900 MHz soll die maximale Feldstärke 59,9 V/m betragen, bei DECT liegt in 1m Entfernung die Spitzenfeldstärke bei 7,5 V/m Das PP sendet nur während einer Verbindung, der FP sendet permanent seinen „Dummy Bearer“ Freitag, 31. März 2017

Quellenangabe Ente‘s Homepage http://www.muenster.de/~ente/technik GSMBox http://de.gsmbox.com TecChannel http://tecchannel.de W.Schulte http://www.ba-stuttgart.de/~schulte/digimobi.htm Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen Download unter http://www.brickwedde.de/fh Freitag, 31. März 2017