4G VAGY B3G : ÚJGENERÁCIÓS

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "4G VAGY B3G : ÚJGENERÁCIÓS"

Róbert Csonka
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 4G VAGY B3G : ÚJGENERÁCIÓS MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ A 3G UTÁN (Simon Vilmos fóliái alapján) Médiakommunikációs hálózatok Média-technológia és kommunikáció szakirány május 17., Budapest Bokor László kutatómérnök BME Híradástechnikai Tanszék bokorl@hit.bme.hu

2 Kivonat Fejlődési irányok a 3G után 3G továbbfejlesztése (3G+) HSDPA HSUPA 4G

3 3G után

4 3GPP szabványcsoportok Release 99: Az W-CDMA rádióhálózat szabványosítása FDD (Frequency Division Duplex) és TDD (Time Division Duplex) mód, AMR (Adaptive Multi-Rate) codec Release 2000 : A gerinchálózat standardizációja Release 4 ( ): GERAN (GSM/Edge Radio Access Network) támogatás Streaming MSC szétválasztása MSC server és Media Gateway elemekre

5 3GPP szabványcsoportok Release 5 HSDPA Az IMS (Internet Multimedia Subsystem) standardizációja IPv6 gerinchálózat SIP (Session Initiation Protocol) alapú multimédia szolgáltatások IP alapú adattovábbítás Release 6 IMS 2. fázisa (ami nem fért bele a Rel 5-be) Elérés független (UTRAN, GERAN, WLAN, xdsl)

6 3GPP szabványcsoportok Rel7 MIMO Rel8 Seamless roaming a mobil és WLAN hálózatok között Long Term Evolution

7 IP előretörése a mobil hálózatokban

8 Mik voltak a célkitűzések a 3G mobil-rendszerekkel szemben? Új multimédiás és valós idejű szolgáltatások bevezetése A mobil Internet-hozzáférés lehetőségeinek kiterjesztése Pl. Internetes vásárlás Lokális információt nyújtó, adatszóró illetve streaming szolgáltatások bevezetése a vezetékes telefonszolgáltatással ekvivalens beszédátviteli minőség nyújtása Vertikális handover váltás különböző rádiós technológiákat használó hálózatok között

9 Mit tudnak a 3G-rendszerek? Szabványosítás: 3GPP (Third-Generation Partnership Project) 3GPP2 WCDMA ill. a 3GPP2-ban a CDMA-2000 UTRAN (UMTS Terrestial Radio Network) WCDM Az elérhető legnagyobb bitsebességek vonalkapcsolt átvitelnél 384 kbit/sec csomagkapcsolt átvitel esetében 2 Mbit/sec Folyamatos fejlődés a már létező 2G hálózati architektúrákból (GSM, GPRS) Európában: a vonalkapcsolt GSM, és az IP alapú csomagkapcsolt GPRS gerinchálózati alapokon

10 Az első 3G szolgáltatás-csomag (Japán, 1999) i-mode FOMA szolgáltatások Nagyméretű (max japán karakter) továbbítása, képekkel és hanggal, i-appli alkalmazások (pl.: JAVA játékok a hálózaton) Videó-telefon Max. 64 kbit/s sebességű, kisfelbontású mozgókép-továbbítással Nagysebességű adathozzáférés Downlink: max. 384 kbit/s, uplink: max. 64 kbit/s Beszédátvitel minősége A vezetékes telefonszolgáltatással ekvivalens

11 A 3G-rendszerek határai Csomagkapcsolt átvitelnél a sebesség 2 Mbit/s-ig, de a valódi idejű szolgáltatások továbbra is csak max. 384 kbit/s sebességgel, mert csak az áramkörkapcsolt üzemmódban van QoS és mobilitás Ezért bár a készülékek már alkalmasak többféle szolgáltatásra, nincs átmenet a vonalkapcsolt UMTS-ből pl. a csomagkapcsolt WLAN-ba A teljes hálózatban IP felett kellene mennie minden forgalomnak A 2 Mbit/s egyébként is kevés lehet a multimédia alkalmazásokhoz

12 Elvárások az újabb generációval szemben (4G vagy B3G) Interaktív multimédia szolgáltatások támogatása (telekonferencia, wireless Internet, etc.) Nagyobb adatsebességek Globális mobilitás Globális szolgáltatás-hordozhatóság always best connected Bővíthetőség (Scalability) nagyságrenddel nagyobb hálózatméretek a mindenütt jelenlevőség (ubiquity) érdekében az egy mobil egy felhasználó elv helyett egy mobil egy végpont, nagyszámú nem-humán végpont Alacsony költségek

13 Milyen új technikák teszik lehetővé az elvárások teljesítését? A 4G nem egy egységes technológia/rendszertechnika, mint a 2G v. a 3G, hanem több különböző technika bevezetése Tisztán csomagkapcsolás All-IP, IPv6, QoS, mobil IPv6 Nagy átviteli képesség mobilitás mellett is (100 Mbit/sig): OFDM alkalmazása Szigorú hálózati biztonság Szoftver-rádió

14 Szoftver-rádió Software-defined radio (SDR) Jelenleg: minden egyes kommunikációs technológiához külön-külön specifikus hardver, pl. Bluetooth PAN-ok közötti és PAN-okon belüli kommunikációra WLAN irodai és otthoni használatra GSM, 3G (WCDMA) mobil távközlési hálózatokban Szoftver-rádió: egyetlen hardver, a működés szoftverrel újradefiniálható Jelentősége: a 4G-ben sincs esély globálisan egységes rendszerre, ezen belül egységes rádiós interfészre vertikális handover igénye a WPAN-WLAN-WMANtechnikákkal

15 UMTS továbbfejlesztése (3G+) High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) Adaptív moduláció és kódolás (AMC), Multiple-Input Multiple-Output (MIMO), Gyors ütemezés (RNC helyett BTS) Gyors ARQ (RNC helyett BTS)

16 HSDPA: Adaptív moduláció és kódolás (AMC) A moduláció és kódolás a rádiós csatorna pillanatnyi állapota alapján kerül megválasztásra pl. csillapítás, interferencia, a vevő érzékenysége alapján Már EDGE-ben is volt ilyen Dinamikus adaptáció: HSDPA-ban minden 2ms-ban (CQI:Channel Quality Indication) Pl. zajos csatornánál QPSK (1,6Mb/s), kevésvé zajosnál 16QAM (3,2Mb/s) FEC (Forward error correction) kódolási ráta : zajosnál 1/3, nem zajosnál majdnem 1/1

17 MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) Több antenna van az adó és vevőoldalon is Nagyobb adatátvitelt és hatótávolságot nyújt az adóteljesítmény vagy sávszélesség növelése nélkül Mikrocelláknál akár 30-50%-os növekedés adatá.-ben Magas sprektrális hatékonysággal éri ezt el (bit/s/hz)

18 Gyors ütemezés Az ütemezés is rádiós csatorna függő Minden felhasználó periodikusan küldi a downlink jelminőséget (2ms-ként) a bázisállomásnak Ez alapján a bázisállomás eldönti melyik felhasználó és mennyit fog adni a következő 2ms-os keretben Azok a felhasználók akik jobb downlink jel minőséget jelentenek, több adatot tudnak küldeni

19 Gyors ütemezés

20 HARQ (Hybrid automatic repeat request) Sima ARQ: Hibajelző bitek az adathoz: vevő újrakéri ha hibát észlel Nyugtázza a vevő a hibamentesen megérkezett adatokat az adónak Időzítő: lejárta után az adó újraküldi az adatot ha addig nem jött meg a nyugta Hibrid ARQ A hibajelző bitek mellett hibajavító bitek is (Turbo kódok) Első alkalommal csak a hibjavító bitek egy része, ha helyesen átmegy akkor ok Ha nem, újraküldi a hibajavító bitek másik részét, a kettőből már lehet rekonstruálni Vezetéknélküli környezetre, komplexebb implementálni, de feljavítja a rossz rádiós csatornát

21 HSDPA adatsebesség Jellemzően 3.6, 7.2, 14.4 Mb/s maximális letöltési sebesség Európa után Japánban, USA-ban is kezd elterjedni

22 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access ) Release 6 Nincs adaptív moduláció Ütemezés Létezik ütemezés mentes mód: pl. VoIP esetén amikor kis késleltetés és konstans adatátviteli sebesség kell HARQ (NodeB vezérli)

23 Evolved HSPA Akár 42Mb/s downlink és 22Mb/s uplink MIMO technológiának és magasabb szintű modulációknak köszönhetően HSDPA: 16 QAM => 64 QAM HSUPA: QPSK => 16 QAM All IP elv érvényesül: bázisállomások IP gerinchez csatlakoznak Bázisállomás kezd IP router-á válni 2008 december: első 21 Mbit/s (downlink), 5.8 Mbit/s (uplink) link kereskedelmi hálózatban (Telstra-Ausztrália)

24 4G Gyűjtőnév a 3G után következő hálózatokra, közös jellemzőik: Nagy sebességeknél 100 Mbit/s, alacsony mobilitás esetén 1Gbit/s 100Mbit/s bármelyik két pont között a világon Handover heterogén hálózatok között Magas szintű QoS multimédia szolgáltatások esetén Valós idejű audio, HDTV, mobile TV All IP, csak csomagkapcsolás!

25 4G technológiák OFDM: a frekvencia szelektív csatorna miatt MIMO: a magas spektrális hatékonysághoz Turbo kódok: a vevőoldali előírt jel-zaj viszony minimalizálásához Adaptív rádiós interfész Modulációk: PSK-k helyett pl. 64QAM IPv6 Hamarosan kimerül az IPv4 címtér Új szolgáltatások jobb multicast, biztonság és route optimalizálási képességekkel Szoftver rádió

26 Első 4G hálózatok e mobil WiMAX 3GPP Long Term Evolution (USA-ban idén indul) Release 8 downlink: 100 Mbit/s, uplink: 50 Mbit/s vivő sávszélesség: 1,5Mhz-20Mhz Adaptív moduláció: QPSK, 16-QAM, 64-QAM OFDM, MIMO (4 antenna/állomás) Multimedia Broadcast Multicast Service (Mobile TV)

27 Jövőbeli trendek Egyes elvárások szerint 2015-re akár 20x lehet a mobil forgalom Első LTE hálózatok 2010-re, elterjedésük 2014-ben várható LTE még csak pre-4g, Release 9 fogja tartalmazi a 4G-t

28 WiMAX-LTE verseny Az UMTS elterjedtsége miatt nyerésben áll a mobil WiMAXal szemben mobil felhasználok 80%-a már UMTS infrastruktúrát használ Nincs megfelelő frekvenciatartomány WiMAX-ra Valószínűleg kiegészítik egymást: LTE: mobil forgalom WiMAX: fix és alacsonyabb fokú mobilitás

29 Kérdések? KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Bokor László kutatómérnök BME Híradástechnikai Tanszék bokorl@hit.bme.hu 4G vagy B3G : újgenerációs mobil Bokor László, Simon Vilmos, Híradástechnikai Tanszék kommunikáció a 3G után 29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Hasonló dokumentumok

Hálózati architektúrák és rendszerek. 4G vagy B3G : újgenerációs mobil kommunikáció a 3G után

Hálózati architektúrák és rendszerek 4G vagy B3G : újgenerációs mobil kommunikáció a 3G után A tárgy felépítése (1) Lokális hálózatok. Az IEEE architektúra. Ethernet Csomagkapcsolt hálózatok IP-komm. Az