Hálózati architektúrák és rendszerek. Nyilvános kapcsolt mobil hálózatok (celluláris hálózatok)

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

Hálózati architektúrák és rendszerek. Nyilvános kapcsolt mobil hálózatok (celluláris hálózatok) 2. rész

Hálózati architektúrák és rendszerek. Optikai hálózatok Wavelength routed optical networks

Távközlő hálózatok és szolgáltatások

Cellák. A cella nagysága függ a földrajzi elhelyezkedéstől és a felhasználók számától, ill. az általuk használt QoS-től! Korszerű mobil rendszerek

A kommunikáció evolúciója. Korszerű mobil rendszerek

MOBIL HÁLÓZATOK ALAPJAI (Simon Vilmos fóliái alapján)

A kommunikáció evolúciója. Korszerű mobil rendszerek

AGSMHÁLÓZATA TOVÁBBFEJLESZTÉSE A NAGYOBB

Az LTE. és a HSPA lehetőségei. Cser Gábor Magyar Telekom/Rádiós hozzáférés tervezési ágazat

GSM azonosítók, hitelesítés és titkosítás a GSM rendszerben, a kommunikáció rétegei, mobil hálózatok fejlődése

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok

Hírközléstechnika 9.ea

UMTS RENDSZER ÉS INTERFÉSZEK. UMTS KÓDOSZTÁS ALAPJAI. W-H KÓDOK, KÓDFA. KÓDOSZTÁS, SPEKTRUMSZÓRÁS

Távközlő hálózatok és szolgáltatások

10. HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

Kommunikációs rendszerek programozása. Wireless LAN hálózatok (WLAN)

Mobilhálózatok tulajdonságai és felhasználásuk

Kialakulása, jellemzői. Távközlési alapfogalmak I.

Hálózati architektúrák és rendszerek

Távközlő hálózatok és szolgáltatások

Hálózati és szolgáltatási architektúrák. Lovász Ákos február 23.

Mobilitásmenedzsment GSM és UMTS hálózatokban

Mobil távközlő rendszerek alapjai. A GSM rendszer

Frekvencia tartományok. Számítógépes Hálózatok és Internet Eszközök. Frekvencia tartományok rádió kommunikációhoz

Mobil Informatikai Rendszerek

Mobil kommunikáció /A mobil hálózat/ /elektronikus oktatási segédlet/ v3.0

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok

Nagysebességű mobil távközlés VITMM323. Simon Csaba Ziegler Gábor Éltető Tamás*

3G / HSDPA. Tar Péter

Wi-Fi alapok. Speciális hálózati technológiák. Date

IP alapú távközlés Átviteltechnika (vázlat)

HÍRKÖZLÉSTECHNIKA. 2.ea. Dr.Varga Péter János

MOBIL TELEFON HÁLÓZATOK ÉS SZOLGÁLTATÁSOK

Távközlő hálózatok és szolgáltatások

Mozgó információközlő hálózatok

Mobil Távközlés. Tegnap, Ma és Holnap. Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe. Dr. Kolos Tibor, főiskolai docens Drotár István, tanszéki mérnök

GSM hálózatok, rendszerek

Mobil távközl rendszerek (NGB_TA016_1) Házi feladat. A GSM-R rendszer, hazai vonatkozásai és elektromágneses kompatibilitási kérdései

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

1. ÁLTALÁNOS HÁLÓZATI TRENDEK ÉS MOBIL HÁLÓZATI HATÁSAIK

2011. május 19., Budapest GSM HÁLÓZATOK

Cellaazonosító és timing advance

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Mobiltelefon-hálózatok

Optoelektronikai Kommunikáció. Az elektromágneses spektrum

Alapsáv és szélessáv. Számítógépes Hálózatok Amplitúdó-moduláció. Szélessáv

BME Mobil Innovációs Központ

Hálózati architektúrák és rendszerek

ÚTON AZ 5. GENERÁCIÓ FELÉ

Vezeték nélküli helyi hálózatok

DECT rendszer. 1. Szabványok. 2. A DECT rendszer elemei

Szenzorkommunikációs lehetőségek az IoT világában. Dr. Fehér Gábor BME Távközlési és Médiainformatikai Egyetem

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

Mobilinternet-gyorsjelentés június

Mobilinternet-gyorsjelentés december

HÍRADÁSTECHNIKA. Dr.Varga Péter János

INFORMATIKA ÁGAZATI ALKALMAZÁSAI. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

FIZIKAI SZINTŰ KOMMUNIKÁCIÓ

Mobilinternet-gyorsjelentés július

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSOK

Modelldokumentáció az NMHH BU-LRIC modelljéhez

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE

Távközlő hálózatok és szolgáltatások

2018. december 5., Budapest A GSM-TŐL AZ LTE-IG

4G VAGY B3G : ÚJGENERÁCIÓS

300Hz Hz. változik az ellenállása. szuperpozíciójaként. forgógépes felépítésű. PAM. Tm=1/(2*fmax)

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE

AST_v3\

Mobilinternet-gyorsjelentés január

Irányító és kommunikációs rendszerek III. Előadás 12

A konvergencia következményei. IKT trendek. Új generációs hálózatok. Bakonyi Péter c.docens. Konvergencia. Új generációs hálózatok( NGN )

Dr. Wührl Tibor Ph.D. MsC 01 Ea. IP hálózati hozzáférési technikák

MOBIL HÍRKÖZLÉSI RENDSZEREK III. A GSM VÉDELMI RENDSZERÉNEK FELÉPÍTÉSE ÉS MŰKÖDÉSE

A Nemzeti Hírközlési Hatóság Tanácsa DH /2006. számú határozat indokolásának I. számú melléklete

1. MÛSZAKI LEÍRÁS. Jelen fejezet a Westel GSM rendszer mûszaki vonatkozásainak rövid Ieírását tartalmazza.

Digitális továbbfejlesztett vezeték nélküli telefon Digital Enhanced Cordless Telekomminications

Kábel nélküli hálózatok. Agrárinformatikai Nyári Egyetem Gödöllő 2004

MŰSZAKI LEÍRÁS Az I. részhez

Telefonos és elektronikus ügyfélkapcsolati asszisztens

Távközlő hálózatok és szolgáltatások IP hálózatok elérése távközlő és kábel-tv hálózatokon

Híradástechnika I. 7.ea

A Nemzeti Média- és Hírközlési Hatóság elnökének. /2017. (..) NMHH rendelete

OFDM technológia és néhány megvalósítás Alvarion berendezésekben

Új szolgáltatási képességek I.: földrajzi hely alapú szolgáltatások

A vezeték nélküli nagy kiterjedésű hálózatok (WWAN)

TÁVKÖZLŐ HÁLÓZATOK MÉRTÉKADÓ MŰSZAKI KÖVETELMÉNYEI

Adatátviteli rendszerek Mobil távközlő hálózatok hozzáférési szakasza (RAN) Dr. habil Wührl Tibor Óbudai Egyetem, KVK Híradástechnika Intézet

1. ELŐADÁS. Bevezetés, alapok, ismétlés május 19., Budapest

Választható önálló LabView feladatok 2013 A zárójelben szereplő számok azt jelentik, hogy hány főnek lett kiírva a feladat

Heterogeneous Networks

Wireless hálózatépítés alapismeretei

BWA Broadband Wireless Access - szélessávú vezetéknélküli hozzáférés

Mobil-hálózatokban alkalmazott Intelligent Network architektúra

WiFi hálózatok üzemeltetése

Rádióalkalmazási Táblázat

Adatátviteli eszközök

Kommunikáció - Wi-Fi, Mobil internet - Bluetooth - GSM / GPRS és SMS - NFC

Komplex terheléses tesztmegoldások a Mobil PS és CS gerinchálózaton

Átírás:

Hálózati architektúrák és rendszerek Nyilvános kapcsolt mobil hálózatok (celluláris hálózatok) 1

A tárgy felépítése (1) Lokális hálózatok. Az IEEE architektúra. Ethernet Csomagkapcsolt hálózatok IP-komm. Az Internet Végpontok közötti kapcsolat, transzport-prot., TCP, UDP A TCP/IP protokoll-család. Alkalmazási példa: VoIP Áramkörkapcsolt hálózatok PSTN, ISDN, 2. generációs cellás mobil-rendszerek Kapcsolat-orientált hálózatok SDH Synchronous Digital Hierarchy ATM Asynchronous Transfer Mode MPLS Multi-Protocol Label Switching 3. generációs mobil rendszerek Optikai kommunikáció Alapok Wavelength routing és csomagkapcsolás 2

A tárgy felépítése (2) Hozzáférési hálózatok: xdsl FTTx, xpon CATV Szélesávú vezetéknélküli hozzáférés (BWA Broadband Wireless Access) Áttekintés PAN, Bluetooth WiFi WiMAX Újgenerációs hálózatok (NGN Next Generation Networks) A távközlési megközelítés NGN a mobil világban: 4G vagy B3G (Beyond-3G) Tervezési kérdések Összefoglalás, tartalék 3

Celluláris hálózatok Rádiókommunikáció: Csaknem egyidős a vezetékes távközléssel Az elektromágneses hullámok szabadtéri terjedésén alapul Különböző frekvenciasávok szolgálnak rádiótávközlésre Mobil kommunikáció: kb. ötven éves A celluláris elv megjelenéséig igen korlátozott alkalmazhatóság Mobil kommunikáció a celluláris (cellás) elv alkalmazásával kb. 25 éve jelent meg az első generációjuk Ma a harmadiknál tartunk A mobil rendszerek generációi: 1G: az első analóg rendszerek (nálunk: NMT450) 2G: GSM, itt tartunk ma 2.5G: feljavított 2G 3G: bevezetés alatt 4

A mobil rendszerek generációi 2G Digitális beszédtovábbítás Jó minőség Új szolgáltatások és alkalmazások, amelyek nem voltak elérhetők az analóg rendszerekben: SMS, fax, adatátvitel Roaming 2.5G Intelligens hálózati szolgáltatások Nagysebességű (a 2G-hez képest) adatátvitel 3G Egységes architektúra Adatátvitel-orientáltság Csomagkapcsolt, IP-alapú kommunikáció támogatása 5

A cellás hálózatok elvi felépítése Alapelemek Mobil terminál Bázisállomás (BS): a mobil terminálok ezzel kommunikálnak közvetlenül Cella: a BS egy adó-vevője által lefedett terület Kapcsolóközpont, vagy csomagtovábbító központ, Átjárók: a mobil hálózat kapcsolódási pontja külső hálózatok felé BS átjáró PSTN cellák kapcsolóközpontok Internet 6

Cella-típusok (1) Makrocella Nagy terület lefedésére (1-35 km) Ritkán lakott területek, gyorsan mozgó felhasználók Külvárosok, kisvárosok, falvak és nem lakott területek lefedése Kétszintű hálózatok esetén a felső szint biztosítása Nagy adóteljesítmények (1-20 W), nagy G 7

Cella-típusok (2) Mikrocella Kis terület lefedése (0.2-1 km) Sok felhasználó, lassabb mobilok (városok, külvárosok városközpontja) A bázisállomás antennája épületek tetőszintje alatt Kis teljesítmény (0.01-5 W), nagy kapacitás Pikocella Főként beltéri lefedésre, ill nagyon nagy forgalmú területek lefedésére (nagy kapacitás) Kis teljesítmény (<100 mw), antennák beltérben 8

Cella-topológia (1) Omni cella Körsugárzó antenna Elvileg kör alakú (a valóságban sík, lakatlan vidéken jó közelítéssel ilyen a cella) Gyakorlatban a terep miatt szabálytalan alakú 9

Cella-topológia (2) Szektorantennák Egy bázisállomással több cella kialakítására Létező cellák feldarabolására 60, 90, 120 fok Antennánként külön-külön kezelve Különböző méretű szektorok 10

Cella-topológia (3) Hierarchikus cellák Nagy forgalmú területek lefedése több cellával A cellák természetesen más frekvenciákat használnak Egy bázisállomás több cellát is kiszolgál 11

Cella-topológia (4) Hierarchikus cellák, esernyő-cella Egy nagy cella több kisebbet is lefed Különösen mikro-, pikocellás környezetben A gyorsan mozgó felhasználók kiszolgálására A gyakori handoverből eredő problémák kiküszöbölésére 12

Cella-modellek Hatszögletű cella Modell, a gyakorlatban nincs ilyen Hatszögekkel lefedhető a sík Jól közelíti az omni cellákat Közelítő számításokhoz Elméleti modellekhez Jól szektorizálható, három szektor K faktor meghatározásához (frekvenciaújrafelhasználás) 13

Frekvencia-újrafelhasználás Frekvencia újrafelhasználás: a teljes rendelkezésre álló frekvenciasávokból csak néhányat használnak egy cellában Ugyanazokat a frekvenciákat ismét használják egy lehető legtávolabbi cellában Sokkal több felhasználó szolgálható ki rendelkezésre álló frekvenciák f1 f2 f3 f3 f1 f2 f3 f1 f1, f2, f3 max. n felhasználó kb. ugyanakkora terület f2 f1 f2 f3 f1 f2 14

A rádiófrekvenciás hullámtartomány, frekvenciasávok Elektromágneses hullámok: közel 0 Hz-től 10 23 Hz-ig Itt: hanghullámok, rádióhullámok és fény Rádióhullámok: kb. 10 khz...300 GHz Itt vezetett hullámok is Rádióhullámok: vezetés nélküli terjedés A rádiófrekvenciás hullámtartomány felhasználása: ITU-R a Nemzetközi Rádiószabályzat-ban (IRR) rögzítette 15

A rádiófrekvenciás hullámtartomány felosztása az IRR szerint Műsorszórás Állandóhelyű szolgálatok Mozgó szolgálatok Műholdas szolgálatok Frekvencia és órajel Rádió-navigáció Rádiólokáció Rádiócsillagászat Amatőr sávok Ipari, tudományos és orvosi szolgáltatok (ISM-sáv: Industrial, Scientific and Medical Services 16

Frekvenciasávok VLF very low frequency 3...30 khz LF low frequency 30 300 khz MF medium frequency 0,3 3 MHz (100 m 1 km) HF high frequency 3 30 MHz (10 100 m) VHF - very high frequency 30 300 MHz (1 10 m) UHF - ultra high frequency 300 MHz 3 GHz (10 cm 1 m) SHF super high frequency 3 30 GHz (cm-hull.) EHF extra high frequency 30..300 GHz (mmhull.), eddig terjed az IRR-szabályozás ma, 300 3000 GHz (sub-mm. hull.) 17

Jellegzetes terjedési módok Közvetlen hullám Földről reflektált hullám Felületi hullám Diffrakciós terjedés Troposzférikus szóródás Ionoszférikus visszaverődés 18

A rádiócsatorna tulajdonságai Csillapítás: tereptől, időjárástól, távolságtól, frekvenciától, antenna magasságoktól, stb. függ Fading: véletlen ingadozás a vett jel teljesítményében (amplitúdójában). Sztochaszikus modellek Zaj: termikus zaj, környezetből származó zaj. Sztochasztikus modellek, a termikus zajra a fehér- (Gauss-i) zaj-modell Interferencia: azonos csatornás, szomszédos csatornás, rendszerek közötti 19

Terjedési modellek (1) Empirikus modellek: nagy számú mérés alapján vázolt egyenletek, görbék alapján; gyors, könnyen számolható, nem túl pontos Determinisztikus modellek: az EM hullámok terjedését, diffrakcióját, stb. számoló modellek; szükség van a környezet pontos ismeretére; nagyon nagy számítási kapacitást igényelnek Szemi-determinisztikus modellek: determinisztikus modellek módosításával, egyszerűsítésével, mérésekhez hangolásával készülnek 20

Terjedési modellek (2) Makrocella Kétutas terjedési modell (determinisztikus) Kettős meredekségű modell Mikrocella Kettős meredekségű modell (empirikus) Walfish-Ikegami modell (empirikus): városi területeken használt (utcák lefedettségére) házak magassága, utca szélessége tetők feletti terjedés és diffrakció Beltéri modellek 21

Terjedési modellek (3) Kétutas terjedési modell h 1 Reflektált hullám Direkt hullám d 1 d 0 ϕ d d d d = + - 1 2 0 d 2 ϕ h 2 l 1 Alapvető eredmény (elméleti): hh PV PA 1 2 2 d l 2 2 22

Az európai 2G-rendszer GSM GroupeSpécialeMobile Pán-európai nyilvános cellás mobil rendszer tervezésére hozták létre Kifejlesztése a 80-as években, szabvány az ETSI-ben 1990-ben A 900 MHz-es sávban UK: DCS1800 GSM-alapú, de 1.8 GHz-es sáv a nagyobb felhasználó-sűrűség miatt 23

A GSM rendszer struktúrája 24

Mobil állomás Fizikai elemek Rádió adó-vevő, vezérlő, kijelző stb. Rádiós interfész ( air interface ) és felhasználói interfész SIM-kártya Subscriber Identity Module Mobilitás, függetlenül a végberendezés típusától és helyétől Tartalmazza az IMEI-t (International Mobile Equipment Identity) és az IMSI-t (International Mobile Subscriber Identity) 25

BSS bázisállomás-alrendszer Bázisállomási adó-vevő (BTS) és Bázisállomás-vezérlő (BSC) Specifikált interfészen kommunikálnak BTS: a cellán belüli rádiókommunikáció biztosítása BSC: Egy v. több BTS-t vezérel Rádiócsatornák felépítése, frekvenciaugrások kezelése Kapcsolat a Mobil Kapcsolóközpont (MSC) felé 26

Hálózati alrendszer (Network Subsystem) MSC hasonló a PSTN v. ISDN központokhoz, plusz minden, ami a mobil előfizetők kezeléséhez kell: Regisztráció, authentikáció, helyzet-meghatározás, handover, roaming stb. Kapcsolat a közcélú földi távközlési hálózatokkal (PSTN, ISDN) Home Location Register (HLR) Összes admin info az előfizetőkről, a pillanatnyi helyük is Tipikusan 1 HLR hálózatonként, de elosztott is lehet Visitor location register (VLR) Válogatott információ a HLR-ből, ami a hívásvezérléshez és előf. szolg.-hoz szükséges A mobilt az aktuális területhez tartozó VLR vezérli Általában kombinálva van az MSC-vel, az MSC ebből dolgozik AUC authentikáció, a SIM-kártyák titkos kulcsait tart. EIR a hál.-ban jogosan használt készülékek listája 27

Rádiókommunikáció ITU: 890-915 MHz (uplink, mobil bázisállomás) és 935-960 MHz (downlink) => 2*25 MHz Megosztás: TMDA/FDMA kombinációjával FDMA: 124 db 200 khz-es hordozó frekvenciasáv Minden hordozó frekvenciasáv 8 időrésre van osztva, TDMA keretekben (1 keret: 4,615 ms) A TDMA keretek multikeretekbe vannak csoportosítva, 26 ill. 51-es multikeretek vannak 28

Kommunikáció a GSM rendszerben Forgalmi csatornák és vezérlő csatornák A forgalmi csatornák képességét az egy felhasználóra jutó sávszélesség (hordozó fr. sáv és időrés) határozza meg Kis sebességű adatátvitel (kb. 13 kbit/s), fax átvitel. Modem szükséges, kapcsolatfelépítési idő hosszú. A csatorna nincs jól kihasználva (áramkörkapcsolt), nem gazdaságos Vezérlő csatornákon: SMS. Szerény mennyiségű adat, de gazdaságosan 29

A cellás mobil rendszerek fejlődése: a 2.5G-rendszerek 2G 2.5G 3G CdmaOne 14.4kbit/s TDMA GSM 14.4kbit/s GPRS 115kbit/s EDGE 384kbit/s PDC 9.6kbit/s UMTS 384-2000kbit/s 2.5G : a 2G-hálózatokon történt fejlesztésekkel létrejött új megoldások összefoglaló neve 30

2.5G-rendszerek: HSCSD, GPRS, EDGE HSCSD HighSpeedCircuitSwitchedData 4 db 14,4 kbit/s-os időrés összekapcsolásával 57,6 kbit/s-os sávszélesség biztosítása Előny: kevés változtatás a GSM-rendszerben (csak sw) Hátrány: megmaradt az áramkörkapcsolt elv HSCSD hívások: 1..4 csatornán Beszédhívások esetén redukálható kevesebb csatornára Jó megoldás induló szolgáltatóknak, ahol még sok a szabad kapacitás Könnyű kapcsolódás a PSTN/ISDN-hez 31

2.5G-rendszerek: HSCSD, GPRS, EDGE GPRS General Packet Radio Service Csomagkapcsolt Dinamikus rádiócsatorna-foglalás (1...8 TDMA időrés, többszörös hozzáférés) Többféle kódolási módszer a rádiócsatornán, többféle sebesség 9 kbit/stól akár 384 kbit/s-ig Leggyakrabban max. 115 kbit/s, átlagosan 40 kbit/s Új hálózati elemek beintegrálását igényli 32

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution Ericcson fejlesztés, eredetileg olyan szolgáltatók számára, amelyek nem nyertek frekvenciákat a 3G (UMTS) számára UMTS-közeli sebességek a meglevő GSM/GPRS hálózat és frekvenciasávok alkalmazásával Új modulációs módszer a rádiócsatornán (QAM, szemben a GPRS-ben és HSCSD-ben alkalmazott GMSK modulációval), ezzel 48 kbit/s sebesség minden GSM időrésben Modulációváltás: hatékonyabb módszer a BS környezetében, kevésbé hatékony, de zavarvédettebb attól távolabb Megvalósítás: meglevő rendszereken és fr. sávokkal, de komoly hw-sw fejlesztésekkel 33