Széchenyi István Egyetem. Mobil Távközlés. Tegnap, Ma és Holnap. Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe. Távközlési Tanszék

Széchenyi István Egyetem

Mobil Távközlés Tegnap, Ma és Holnap Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe

Készítette:

2016. 11. 14.

Drotár István Széchenyi István Egyetem Távközlési Tanszék

1

Történeti áttekintés, fejlődés történet


Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe  0. Történeti áttekintés  1. Generáció fejlődés  2. Általános szempontok

2016. 11. 14.

2



Miért is beszélünk egyáltalán a történeti áttekintésről? A fejezet célja: áttekintést adni a mobil távközlő hálózatok kialakulásáról, fejlődéséről.

Minden távközlős mérnöknek ismernie kell a technológia fejlődésének mérföldköveit !!! 2016. 11. 14.

3



Vezeték nélküli kommunikáció

It isn’t a joke! 2016. 11. 14.

4



Vezeték nélküli kommunikáció • Wireless: információtovábbítás EM-es hullámok / energia kisugárzásával – Fix (Pont-pont, pont-multipont összeköttetés) – Mobil • Számítógép hálózaton alapuló WLAN (IEEE 802.11… 2.4 GHz???) • Telefon hálózat alapú Mobil telefon rendszerek (GSM, UMTS…..) Nem csak telefon szolgáltatás!!! 2016. 11. 14.

5



Mi a mobil távközlés? Definíció: • Minden vezeték nélküli összeköttetés – melynek legalább egyik végpontja mozog – vagy mozoghat Köznyelvben: • Mobil telefónia (rádiótelefon-technika) • Mobil telefon rendszereken történő adatátvitel A továbbiakban mobil távközlés alatt a mobil telefóniát és adatátvitelt értjük!

2016. 11. 14.

6



WLAN vs. Mobile Phone Mobile = mobile phone (+ adatátvitel)

??? WLAN

Mobile phone

Vajon kompetitív vagy kooperatív rendszerek??? Az okos telefonokban megtalálható mindkét rádiós interfész !!!

2016. 11. 14.

7



Fix-mobil konvergencia (FMC) • Fix távközlési hálózatok – Magas kapacitás (Optikai hálózatok, stb.) – Helyhez kötött, nem mobilis

• Mobil távközlő hálózatok – Alacsony kapacitás (100 kbit/s…20 Mbit/s…increasing!!!) – A mobilitás a legnagyobb előnye!

• FMC removes differences between fixed and mobile networks! 2016. 11. 14.

8



The last step • FMC last step! – – – – –

Last kilometers (Mobile phone systems, GSM) Last hundred meters (DECT) Last ten meters (WLAN) Last meters (Bluetooth) Last centimeters (RFID, NFC)

• Mindegyike sugárzott elektromágneses hullámokat alkalmaz • Azonban a használandó frekvencia sáv limitált!!! 2016. 11. 14.

9



Mobil technológia fejlődése Történeti fejlődés Marconi rádiójától az okostelefonokig

2016. 11. 14.

10



Ipari környezet 19. Század második fele / vége: • • • • •

Gőzgépek Elektromotor Budapesti metro vonal Telegráf és telefon hálózatok Hajózási útvonalak Amerikába …

•

Kapcsolat hiánya a hajókkal!

•

2016. 11. 14.

11



0. lépés a mobil kommunikáció felé • • • • •

…. …. 1865. Maxwell-egyenletek 1880. H. R. Hertz – elektromágneses hullámok generálása / detektálása …

2016. 11. 14.

12



Első lépések a mobil kommunikáció felé

Guglielmo MARCONI 1874 – 1937 1909: Nobel-díj (Fizika)

Elektromágneses hullám előállítása elektromos szikra segítségével ~1897

2016. 11. 14.

13



Első lépések a mobil kommunikáció felé •

1901. Marconi transzatlanti rádió összeköttetés (3000km) • 1900. Reginald Fessenden: első rádiós hangátvitel emberi hang (AM) • 1906. Fessenden – radio broadcasting (Maryland, 15 mérföld) •…

2016. 11. 14.

14




Military telegraph station 1901

Source: Western Electrician, July 27, 1901, page 51:

2016. 11. 14.

15




Radiotelephony for railroads (1914)

Source: Electrical World, May 30, 1914, page 1269:

2016. 11. 14.

16



Első lépések a mobil kommunikáció felé Military radio (WW I.)

Source: Look Ma, no Wires…..

2016. 11. 14.

17



Korai mobil rendszerek •

1921. Detroiti rendőrkapitányság (2MHz, AM, one-way)

•

elektroncsövek megjelenése

•

1932. NY police Dept. (two-way radio)

•

1953. Edwin H. Armostrong – frequency modulation - RF sávszélesség 120 kHz, - beszéd sávszélesség igénye: 3 kHz

2016. 11. 14.

18



II. Világ háború • • • •

Mobil rendszerek katonai alkalmazása A fejlesztés célja: védelem az alábbiakkal szemben - Interferencia - Illetéktelen vétel Moduláció: AM vagy FM? A fejlesztés eredményei: - Kézi FM adó-vevő (walkie-talkie) - első lépés a szórt spektrumú technológia felé (SFH-SS)

2016. 11. 14.

19



II. Világ háború Military radio Walky-talky (handie talkie) (Type SCR 536) 1941-

2016. 11. 14.

20



Kezdeti Kereskedelmi fázis 1946. A második világ háború vége a nagy mobil telefonszolgáltatások bővülését eredményezte: • • •

Növekvő igények a polgári felhasználásra (FM) Frekvencia sáv: 40 MHz és 150 MHz Opertaion mode. Simplex („push-to-talk”)

•

PMR: Private/Professional Mobile Radio (diszpécser szolgálat: taxi, rendőrség, mentők, stb.)

•

PLMR: Public Land Mobile Radio (~100 előfizető / vivő, PSTN)

2016. 11. 14.

21



Kapacitás növelése • •

1950. „Spectrum leakage” (150 MHz sáv) Kapacitás növelése: - Csatornatávolság csökkentése • 120 kHz helyett 60 kHz, (később 30 vagy 25 kHz) - Interferencia védelem csökken, zaj! - frekvenciastabilitás csökken, vevő szelektivitás

• • •

Növekvő igények a polgári felhasználásra (FM) Frekvencia újrafelhasználás ( később cellás rendszer) Trunk rendszer bevezetése (FDMA)

2016. 11. 14.

22



Autós telefon rendszerek • •

1960. duplex mobil rendszerek - MTS, IMTS (Improved Mobile Telephone Service) - nagy lefedett terület – magas adó teljesítmény 1970. növekvő igények az autós telefonok után („0. Generációs” rendszerek) - Adó-vevő autóba épített ( vagy táskába) - Cella méret: 10….15 km - Nincs handover ( nem is volt szükséges…) - Limitált kapacitás

2016. 11. 14.

23


First steps Portable phone (~ 1970)

Transmitter power: 30 W !!!

30/05/2012

HFT-Leipzig

24



Cellás rendszerű rádió telefon (Ericsson) (1990)

2016. 11. 14.

25



Út az okostelefonig

A Cellás rendszerű mobil telefonok evolúciója (2000-2011)

Source: educationstormfront.wordpress.com

2016. 11. 14.

26



Út az okostelefonig

A Cellás rendszerű mobil telefonok evolúciója (2000-2011)

Source: educationstormfront.wordpress.com

2016. 11. 14.

27



Mi van belül?

• Radio for communication

• Computer • For controling radio • For entertainment (MP+, video, camera, audio recording… • In the near future: • More then one radio interface in use • Vertical handoff • Software Defined Radio 2016. 11. 14.

28 Source: educationstormfront.wordpress.com



A mobil távközlés technológiái

2016. 11. 14.

29



Mobil távközlés generációi (adatátviteli képességek alapján)

• 0G csak beszédátvitel (ős- rádiótelefon) • 1G beszédátvitel + adatátvitel üzemfenntartásra • 2G beszéd = adat átvitel (max. 14.4 kbit/s) • 2.5G megnövelt adatátvitel (56…384 kbit/s) • 3G nagy sebességű adatátvitel (2 Mbit/s-ig) • 3.5 G növelt sebességű adatátvitel (>14.4 Mbit/s) • 4G tovább növelt sebesség (>20….. > 100 Mbit/s) (??)

• 5G ……...>1Gbit/s (?????) + magas kapacitás • 6G ???????

2016. 11. 14.

30



Technológiák a generációk mögött: 1G • • • • •

1980’s 1G beszédátvitel + adatátvitel üzemfenntartásra Analóg beszédátvitelre tervezték Analóg frekvenciamoduláció (FM) FDMA csatorna hozzáférés

• • • • •

Alacsony kapacitás, gyenge spektrumhatékonyság Nincs titkosítás Nincs nemzetközi roaming Példa: NMT rendszer (nálunk 06 60……) Európában kikapcsolták!!!! Elfelejthető!!!!

2016. 11. 14.

31



Technológiák a generációk mögött: 2G • • • • • • • • • •

2G beszéd = adat átvitel (max. 14.4 kbit/s) Digitalizált beszéd vagy adat átvitelére készült Digitális moduláció: GMSK (kétállapotú digitális FM) TDMA + FDMA többszörös csatorna hozzáférés Szabványosított specifikáció: GSM Nagy kapacitás (Magyarországon >11 millió előfizető!!!) Hatásos titkosítás Jobb spektrumhatékonyság Nemzetközi roaming (közel az egész világra!) A következő generációk technikai alapja!!!!

2016. 11. 14.

32



Technológiák a generációk mögött: 2.5G • 2.5G megnövelt adatátvitel (56…384 kbit/s) • A 2G (GSM) technológián alapul, továbbfejlesztésekkel • HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) új szoftver alkalmazásával - 2….4 időrést összevon >>nagyobb adatátviteli sebesség • GPRS (General Packet Radio System) új szoftver + hardver - 2….8 időrést összevon • EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) 8PSK moduláció - 1 bit helyett 3 bitet visz át, GPRS-el együtt alkalmazzák • Adatátviteli igényt kelt 2016. 11. 14.

33



Technológiák a generációk mögött: 3G • 3G nagy sebességű adatátvitel (2 Mbit/s-ig) • Specifikáció : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

• • • • • •

CDMA többszörös csatorna hozzáférés Új rádiós interfész (UTRAN) Interferencia védelem: szórt spektrumú technológia DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum Technology) Szélessávú kódosztás: W-CDMA Első lépések a nagysebességű internet elérés felé

2016. 11. 14.

34



Technológiák a generációk mögött: 3.5G • • • • • • • •

3.5 G növelt sebességű adatátvitel (>14.4 Mbit/s) A 3G UMTS technológiára alapozódik Új, nagyobb állapotszámú moduláció: 20 Mbit/s-ig HSPDA, HSDPA+, HSUPA, A nagy állapotszám miatt zavarra érzékenyebb A rendszer kapacitásának növelése: kis cellák Dual carrier: 40Mbit/s kétszeres RF sávszélesség igény! Mobil internet hozzáférés eszköze ma.

2016. 11. 14.

35



Technológiák a generációk mögött: 4G • • • • •

4G tovább növelt sebesség (>20….. > 100 Mbit/s) (??) Új rádiós interfész Specifikáció: LTE (Long Term Evolution) WiMax ??? OFDMA többszörös csatorna hozzáférés MIMO (Multiple Input - Multiple Output) technológia a többutas terjedés hatásainak kivédésére • A rendszer kapacitásának növelése: kis cellák • Mobil internet és más nagysebességű adathozzáférés eszköze holnap

2016. 11. 14.

36



Technológiák a generációk mögött : 5G • 5G nagyon magas bit rate (>1Gbit/s)+ magas kapacitás • IP alapú szolgáltatások – Virtual private network – High speed up/download

• High system capacity – – – –

Cognitive Radio Software Defined Radio Beam Division Multiple Access (Smart antennas) Groupe Cooperative Relay technics

2016. 11. 14.

37


Történeti áttekintés, fejlődés történet • 2G GSM GSM

9,6 kbit/s 14,4 kbit/s

1 timeslot 1 timeslot

28,4…56 kbit/s 100 kbit/s -ig 384 kbit/s -ig

2…4 timeslots 2…4 timeslots új modulációk

2 Mbit/s –ig

szórt spektrum

7,2 (14,4) Mbit/s

adaptív moduláció

LTE / WiMax

>20…>100 Mbit/s

MIMO

?????

>1Gbit/s (?????)

????

• 2.5G HSCSD GPRS EDGE • 3G UMTS • 3.5 G HSDPA/UPA • 4G

• 5G 2016. 11. 14.

38



Rendszer felépítés fejlődése 2G >> 2.5G >> 3G….

2016. 11. 14.

39



Radio interface

Rendszer felépítés… Abi s

A

A mobil távközlő rendszer fix része

MS

BSS

SMSS

Code Division Multiple Access

OMSS

SANMINA Méréstechnikai tréning ESIGELEC_Rouen

40

40



GSM rendszer felépítése Um

MS 2016. 11. 14.

Abis

PSTN ISDN PDN

A

BSS OMSS


SMSS 41

41



PSTN ISDN PDN

GSM rendszer felépítése Abis

Um

A EIR VLR

BSC

MSC

HLR AUC

BSC

GCR

…. BSC

VLR MSC

BTS-s

MS 2016. 11. 14.

BSS OMSS

SMSS 42



GPRS rendszer felépítése Abis

Um

A EIR VLR MSC

BSC

HLR AUC

BSC

GCR

….

VLR

SGSN

BSC

MSC

BTS-s

MS

BSS

Backbone

SMSS IP GGSN

2016. 11. 14.

OMSS


43

43



PSTN ISDN PDN

UMTS rendszer felépítése (1) Abis

Um

A

BSS

EIR VLR MSC

BSC

HLR AUC

BSC

GCR

…. RNC

VLR

SGSN MSC

Node B Backbone

MS

GGSN 2016. 11. 14.

OMSS

SMSS IP 44



PSTN ISDN PDN

UMTS rendszer felépítése (2) Abis

Um

A EIR

BSS

VLR MSC

BSC

HLR AUC

BSC

GCR

…. RNC

MS

Node B UTRAN

VLR SGSN

MSC

Backbone

Iub

GGSN 2016. 11. 14.

OMSS

SANMINA Méréstechnikai tréning

SMSS IP 45

45



Rövidítésjegyzék a rendszerfelépítéshez • • • • • • • • • • • •

BSC BSS EIR GGSN NodeB HLR MSC RNC SGSN UMTS UTRAN VLR

2016. 11. 14.

Base Station Controller Base Station System Equipment Identity Register Gateway GPRS Support Node UTRAN bázisállomás Home Location Register Mobile Services Switching Centre Radio Network Controller Serving GPRS Support Node Universal Mobile Telecommunications System Universal Terrestrial Radio Access Network Visitor Location Register 46


KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

2016. 11. 14.

47

Széchenyi István Egyetem. Mobil Távközlés. Tegnap, Ma és Holnap. Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe. Távközlési Tanszék

Recommend Documents