ISO/OSI Referenzmodell Physical Layer Öffentliche Kommunikationsnetze (PSTN - Public Switching Telephone Network

ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer

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

Übertragungsmedien Quelle: Hansen Neumann S. 545

Kabelgebundene Netze (Hansen Neumann 651) Öffentliche Netze Kabelgebundene Netze (Hansen Neumann 651) Terrestrische Funknetze (Hansen Neumann 672) Satellitennetze (Hansen Neumann 696)

Protokolle und Techniken der Datenübertragung Hansen Neum 633 Quelle: Hansen Neumann S. 633

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

xDsl Digital Subscriber Line ADSL Asymmetric DSL 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

xDSL Anbindung von Haushalten (Hansen Neumann 655) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 655

Beispiel für den Einsatz eines xDSL Modems (Hansen Neu 657) DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Quelle: Hansen Neumann S. 657

Typische ADSL Gerätekonfiguration Quelle: Tanenbaum S. 157

DSL Bandbreite im Verhältnis zur Entfernung über Kat 3 UTP Quelle: Tanenbaum S. 154

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line LAN Local Area Network 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)

Frequenzbänder bei ADSL (Hansen Neumann 658) Quelle: Hansen Neumann S. 658

xDSL Techniken (Hansen Neumann 656) Quelle: Hansen Neumann S. 656

Kennzahlen für xDSL - Verfahren (Hansen Neumann 660) Quelle: Hansen Neumann S. 660

Terrestrische Funknetze – Übersicht (Hansen Neumann 673) Quelle: Hansen Neumann S. 673

DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication 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

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

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

GSM Frequenzbereiche und Übertragungskapazitäten Uplink – senden zur Feststation, Basisstation Downlink – senden zum Mobiltelefon Uplink : 890 - 915 MHz Downlink: 935 - 960 Uplink : 1.710-1.785 MHz Downlink: 1.805 – 1.880 MHz USA und Kanada GSM 1.900 oder PCS 1.900 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

Netzbetreiber in Deuschland Telekom (D1, GSM 900, GSM 1800) Vodafone (D2 GSM 900, GSM 1800) E-Plus (E GSM 1.800) O2 (D2 GSM 900, GSM 1800)

GSM Telefon mit PCMCIA Adapter Kommunikation zwischen Telefon und Rechner + PCMCIA Karte + Bluetooth + WLAN Quelle: Hansen Neumann S. 686

Struktur eines GSM Netzes (Hansen Neumann S. 687) Quelle: Hansen Neumann S. 687

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)

Kanäle und Zeitschlitze bei GSM einer Basis Station - Datenübertragung Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3 13,2 kBit/s Steuerinformationen 22,8 kBit/s pro Kanal 9,6 kBit/s Nutzdaten Kanal 4 Kanal 5 Kanal 6 Kanal 7 Kanal 8 Zeitschlitze von jeweils 577 Mikrosekunden

GSM HSCSD Vergleich GSM HSCSD informationen informationen 8,8 kBit/s Steuer- informationen 13,2 kBit/s Steuer- 22,8 kBit/s pro Kanal 14,4 kBit/s Nutz- daten 9,6 kBit/s Nutz- daten GSM HSCSD

Nutzdatenbereiche bei HSCSD (V.90 Modem) Kanal 1 Kanal 2 4 Praxis HSCD: Empfang 57,6 Kanal 3 Kanal 4 8 HSCD: 14,4 kBit/s Nutzdaten / Kanal Theoretisch bei HSCD: 115,2 kBit Kanal 5 2 Kanal 6 Praxis HSCD: Senden 28,8 Kanal 7 Kanal 8

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)

Mögliche Übertragungskapaziäten von GPRS (Hansen Nemann 690) Quelle: Hansen Neumann S. 690

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

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

Entwicklungsgeschichte der Netze Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/UMTS

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

International Telecommunication Union (ITU) [ http://www.itu.int ] Headquarter in Geneva, Switzerland ITU-R (Radiocommunication) [ http://www.itz.int/ITU-R/ ] früher CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) ITU-T (Standardization) [ http://www.itz.int/ITU-T/ ] früher CCIR (Consultative Committee for International Radio) ITU-D (Development) [ http://www.itz.int/ITU-D/ ]

UMTS Teilnehmer Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Wiki_statistik_umts-teilnehmer_dez2005_%28bitkom%29.PNG

3rd Generation Partnership Project Quelle: http://www.3gpp.org/tb/home.htm

3rd Generation Partnership Project (Partners) Quelle: http://www.3gpp.org/Management/OP.htm

ETSI [ http://www.etsi.org ]

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

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: http://de.wikipedia.org/wiki/UMTS

5 MHz breites Frequenzband 3GPP Spezifikation 25.201 Wideband CDMA (WDMA) Spreizung des Signals Größere Bandbreite 5 MHz breites Frequenzband 3GPP Spezifikation 25.201

Frequenzmultiplexing Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Frequenzmultiplex001.jpg

Zeitmultiplexverfahren synchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-synchron_1.jpg

Zeitmultiplexverfahren asynchron Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Zeitmultiplex-asynchron_1.jpg

Es existieren 4 Zellengrößen 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)

UMTS Zellen (Hansen Neumann S. 692 Quelle: Hansen Neumann S. 692

UMTS Übertragungskapazität, Zellengröße (Hansen Neum. S. 692) Quelle: Hansen Neumann S. 692

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

Zellenreichweite und Anzahl Teilnehmer einer Zelle (Hansen, … 695) Quelle: Hansen Neumann S. 695

Satellitennetze (nicht näher behandelt, Hansen Neumann S. 696) Very Small Aperture Terminal (VSAT) Satellitengestützte Mobilkommunikation Navigationssysteme, Global Positioning System (GPS)