Schwerpunktseminar WS 2001/2002 Christian Theiß 2,5 – 4G Mobilfunknetze Schwerpunktseminar WS 2001/2002 Christian Theiß

Überblick Vorgeschichte 1G Mobilfunknetze 2G Mobilfunknetze 18.09.2018 (c) Christian Theiß

Vorgeschichte öbL (öffentlicher bewegter Landfunk) 1918 erste Versuche der Deutschen Reichsbahn in Berlin von fahrenden Zügen 1926 erster Funktelefondienst auf der Strecke Berlin-Hamburg für 1. Klasse 30er-40er Jahre Versuche mit Mittel und Kurzwellen 1946 erstes Mobilfunknetz in den USA Anfang 50er Jahre in versch. Regionen lokale Netze auf UKW-Basis 18.09.2018 (c) Christian Theiß

1G Mobilfunknetze – A-Netze 1958: erstes Mobilfunknetz in Deutschland: A1-Netz analog handvermittelt 1970: 80% Flächendeckung (95% der Bevölkerung) Netze A2 und A3 zum weiteren Ausbau Kapazitätsgrenze bei 11.000 Teilnehmern 600 Personen für Vermittlung nötig 1977: Die A-Netze werde eingestellt 18.09.2018 (c) Christian Theiß

1G Mobilfunknetze – B-Netze 1972: Selbstwählverkehr in beide Richtungen Man musste wissen in welchem Ortsgebiet sich der Mobilteilnehmer aufhielt Roaming in Österreich, Niederl. und Luxemb. 1979: Erweiterung um B2-Netz 1986: Kapazitätsgrenze von 27.000 Teilnehmern erreicht Grundpreis anfangs 270 DM später 120 DM Ein Autotelefon kostete ca. 12.000 DM Ende 1994 ging das B-Netz außer Betrieb 18.09.2018 (c) Christian Theiß

1G Mobilfunknetze – Das C-Netz Start 1985 Überall unter einer Nummer zu erreichen Erstmals Funkzellen  geringere Sendeleistung, geringerer Stromverbrauch, kleinere Geräte 1987: das erste tragbare Funktelefon Datenverbindungen 1993: 803.000 Teilnehmer Grundpreis anfangs 120 DM später 19 DM Ende 2000 abgeschaltet 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2G Mobilfunknetze – GSM900 1982 setzte CEPT Arbeitsgruppe ein Einheitlicher Standard für Westeuropa „Groupe Speciale Mobile“ – GSM Später als „Global System for Mobilecommunications“ umgedeutet 1987: Entscheidung: GSM wird digital 1990: erste Testnetze 1992: offiziell eingeführt 1993: 36 Netze in 22 Ländern 1999: 239 Netze in 108 Ländern 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2G Mobilfunknetze – GSM1800 GSM1800 = Erweiterung von GSM 900 Anderer Frequenzbereich (1800 MHz) Seit Sommer 1994: E-Plus Seit 1. Oktober 1998: Viag Interkom Seit Oktober 2000 auch D1 und D2 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2,5G Mobilfunknetze GSM ist langsam: 9,6-14,4 kBit/s Lange Einwahlprozedur bei GSM 2,5G Mobilfunknetze sind Übergang zu Netzen der 3. Generation Erweiterungen zu GSM 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2,5G Mobilfunknetze - HSCSD High Speed Circuit Switched Data Angeboten von E-Plus seit November 1999 und D2 seit Oktober 2000 Kanalbündelung mit bis zu (theoretisch) 8 Kanälen Derzeit 4 Kanäle realisiert Je nach Kodierungsart 38,4 bis 57,6 kBits/s (ca. ½ ISDN) 18.09.2018 (c) Christian Theiß

HSCSD – Vorteile / Nachteile feste, zugesicherte Datenübertragungsrate Nachteile: Ressourcen werden blockiert, auch wenn sie nicht genutzt werden (hohe Kosten) Netzbelastung hoch (E-Plus hat genügend Reserven, D2 nicht) 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2,5G Mobilfunknetze - GPRS General Paket Radio Service Seit 24.01.01: Viag Interkom Seit 01.02.01: D1 E-Plus und D2 etwas später Paketorientierte Übertragung Nach einem Paket wird Kanal wieder freigegeben.  Es können mehrere Teilnehmer auf der selben Frequenz senden Es wird nur gesendet, wenn Netzkapazitäten frei sind 18.09.2018 (c) Christian Theiß

GPRS - Kodierungsarten Mögliche Datenübertragungsraten in den vier GPRS Kodierungsarten: (CS=Coding Scheme, TS=Timeslot) Theoretisch bis 171,2 kBits/s möglich Praktisch bei D2 und Viag Interkom 28 kBits/s, bei D1 und E-Plus 40-50 kBits/s 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7 TS 8 TS CS1 9,05 18,1 27,2 36,2 45,3 54,3 63,35 72,4 CS2 13,4 26,8 40,2 53,6 67,0 80,4 93,8 107,2 CS3 15,6 31,2 46,8 62,4 78,0 93,6 109,2 124,8 CS4 21,4 42,8 64,2 85,6 107,0 128,4 149,8 171,2 18.09.2018 (c) Christian Theiß

GPRS – Vorteile / Nachteile Keine Netzbelastung, da nur gesendet wird, wenn sowieso Kapazitäten frei sind Volumenbasierte Abrechnung „Always On“ Nachteile: Keine garantierten Übertragungsraten, da nur gesendet werden kann, wenn Ressourcen frei sind 18.09.2018 (c) Christian Theiß

2,5G Mobilfunknetze - Edge Enhanced Data Rates for GSM Evolution Verbesserte Modulationstechnik (8 PSK – Phase Shift Keying) 3x höhere Datenrate als bei GSM mit GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) Hohe Investitionskosten Als Erweiterung zu GPRS und HSCSD geeignet  EGPRS und ESCD Theoretisch bis 473,6 kBits/s, in der Praxis ca. 170 – 384 kBits/s 3x mehr Gespräche vermittelbar 18.09.2018 (c) Christian Theiß

Edge - Technik 18.09.2018 (c) Christian Theiß

Edge - Kodierungsarten Mod.verf. Kodierungsverhältn. Datenrate/Zeitschl. MCS-1 GMSK 0,53 8,8 kBits/s MCS-2 0,66 11,2 kBits/s MCS-3 0,80 14,8 kBits/s MCS-4 1,00 17,6 kBits/s MCS-5 8-PSK 0,37 22,4 kBits/s MCS-6 0,49 29,6 kBits/s MCS-7 0,76 44,8 kBits/s MCS-8 0,92 54,4 kBits/s MCS-9 59,2 kBits/s 18.09.2018 (c) Christian Theiß

3G Mobilfunknetze - UMTS UMTS sollte weltweiter Standard werden. (3GPP) In den USA: IMT-2000 Ca. 200x schneller als GSM Ca. 40x schneller als GPRS/HSCSD Seit 1. Oktober 2001: erstes Netz in Japan in Betrieb Markteinführung in Deutschland Mitte 2002 18.09.2018 (c) Christian Theiß

UMTS – Frequenzen August 2000: Lizenzen in Deutschland für 98.807.200.000 DM versteigert Umgerechnet 1200 DM / Bürger 18.09.2018 (c) Christian Theiß

UMTS – Netzstruktur Ähnlich dem GSM-Netz Kernnetz paketvermittelt Basisstationssteuerungen: „UTRAN RNC“ (UMTS Terrestrial Radio Access Network / Radio Network Controller) Basisstationen: „UTRAN Node B“ 18.09.2018 (c) Christian Theiß

UMTS – Netzstruktur 18.09.2018 (c) Christian Theiß

UMTS - Übertragungstechnik Medienzugriff mit WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) Alle Funkzellen arbeiten mit der gleichen Frequenz: Zuerst große Zellen mit geringer Kapazität später können einfach Zellen hinzugefügt werden; umliegende Zellen verkleinern automatisch den Sendebereich 18.09.2018 (c) Christian Theiß

WCDMA 5 MHz Breite Kanäle Bei GSM 200 kHz Alle Signale werden auf dem gleichen Frequenzband übertragen. (Bandspreiztechnik) Jeder Teilnehmer hat einen Code mit dem er seine Signale wieder „rausfiltern“ kann. (über Matrizenmultiplikation) Modulationsverfahren: 4-PSK 18.09.2018 (c) Christian Theiß

UMTS - Vorteile Größere Netzkapazität (4-5mal besser als bei GSM) Längere Akkulaufzeiten für Handys Größere Reichweiten Schnellerer und sicherer Rufaufbau Dynamische Datenraten 18.09.2018 (c) Christian Theiß

4G Mobilfuknetze Wird 2006 in Japan eingeführt (4 Jahre früher als zuerst erwartet) Fortschritte: Höhere Datenrate (20-100 Mbps) Komplett paketvermittelt Weltweite Roaming-Fähigkeit „Man soll mit seinem 4G Handy weltweit von jedem Platz auf und über der Erde Online sein können.“ 18.09.2018 (c) Christian Theiß

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