Mobil Távközlés Tegnap, Ma és Holnap Bevezetés a Mobil Távközlő Rendszerekbe Készítette: Dr. Kolos Tibor, főiskolai docens Drotár, tanszéki mérnök Távközlési Tanszék 2013.12.09. 1
A fejezet célja: áttekintést adni a mobil távközlő hálózatok kialakulásáról, fejlődéséről. 2013.12.09. 2
Miért is beszélünk egyáltalán a történeti áttekintésről? Minden távközlős mérnöknek ismernie kell a technológia fejlődésének mérföldköveit!!! 2013.12.09. 3
Vezeték nélküli kommunikáció It isn t a joke! 2013.12.09. 4
Vezeték nélküli kommunikáció Wireless: információtovábbítás EM-es hullámok / energia kisugárzásával Fix (Pont-pont, pont-multipont összeköttetés) Mobil 2013.12.09. Számítógép hálózaton alapuló WLAN (IEEE 802.11 2.4 GHz???) Telefon hálózat alapú Mobil telefon rendszerek (GSM, UMTS..) Nem csak telefon szolgáltatás!!! 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! 2013.12.09. 6
WLAN vs. Mobile Phone Mobile = mobile phone (+ adatátvitel) WLAN??? Mobile phone Vajon kompetitív vagy kooperatív rendszerek??? Az okos telefonokban megtalálható mindkét rádiós interfész!!! 2013.12.09. 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! 2013.12.09. 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!!! 2013.12.09. 9
Mobil technológia fejlődése Történeti fejlődés Marconi rádiójától az okostelefonokig 2013.12.09. 10
Ipari környezet 19. Század második fele / vége: Gőzgépek Elektromotor Budapesti metro vonal Telegráf és telefon hálózatok Hajózási útvonalak Amerikába Kapcsolat hiánya a hajókkal! 2013.12.09. 11
0. lépés a mobil kommunikáció felé.. 1865. Maxwell-egyenletek 1880. H. R. Hertz elektromágneses hullámok generálása / detektálása 2013.12.09. 12
Első lépések a mobil kommunikáció felé Guglielmo MARCONI 1874 1937 1909: Nobel-díj (Fizika) Elektromágneses hullám előállítása elektromos szikra segítségével ~1897 2013.12.09. 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) 2013.12.09. 14
Első lépések a mobil kommunikáció felé Military telegraph station 1901 2013.12.09. Source: Western Electrician, July 27, 1901, page 51: 15
Első lépések a mobil kommunikáció felé Radiotelephony for railroads (1914) Source: Electrical World, May 30, 1914, page 1269: 2013.12.09. 16
Első lépések a mobil kommunikáció felé Military radio (WW I.) 2013.12.09. Source: Look Ma, no Wires.. 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 2013.12.09. 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) 2013.12.09. 19
II. Világ háború Military radio Walky-talky (handie talkie) (Type SCR 536) 1941-2013.12.09. 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) 2013.12.09. 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) 2013.12.09. 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 2013.12.09. 23
First steps Portable phone (~ 1970) Transmitter power: 30 W!!! 30/05/2012 HFT-Leipzig 24
Cellás rendszerű rádió telefon (Ericsson) (1990) 2013.12.09. 25
Út az okostelefonig A Cellás rendszerű mobil telefonok evolúciója (2000-2011) Source: educationstormfront.wordpress.com 2013.12.09. 26
Út az okostelefonig A Cellás rendszerű mobil telefonok evolúciója (2000-2011) Source: educationstormfront.wordpress.com 2013.12.09. 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 2013.12.09. 28 Source: educationstormfront.wordpress.com
A mobil távközlés technológiái 2013.12.09. 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??????? 2013.12.09. 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!!!! 2013.12.09. 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!!!! 2013.12.09. 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 2013.12.09. 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 2013.12.09. 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. 2013.12.09. 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 2013.12.09. 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 2013.12.09. 37
2G GSM 9,6 kbit/s 1 timeslot GSM 14,4 kbit/s 1 timeslot 2.5G HSCSD 28,4 56 kbit/s 2 4 timeslots GPRS 100 kbit/s -ig 2 4 timeslots EDGE 384 kbit/s -ig új modulációk 3G UMTS 2 Mbit/s ig szórt spektrum 3.5 G HSDPA/UPA 7,2 (14,4) Mbit/s adaptív moduláció 4G LTE / WiMax >20 >100 Mbit/s MIMO 5G????? >1Gbit/s (?????)???? 2013.12.09. 38
Rendszer felépítés fejlődése 2G >> 2.5G >> 3G. 2013.12.09. 39
Radio interface Rendszer felépítés Abi s A A mobil távközlő rendszer fix része MS BSS SMSS Code Division Multiple Access OMSS SANMINA ESIGELEC_Rouen Méréstechnikai tréning 40 40
Um GSM rendszer felépítése Abis A PSTN ISDN PDN MS BSS SMSS 2013.12.09. OMSS SANMINA ESIGELEC_Rouen Méréstechnikai tréning 41 41
Um GSM rendszer felépítése Abis A EIR BSC MSC VLR HLR PSTN ISDN PDN BSC BSC. MSC GCR AUC VLR MS BTS-s BSS SMSS OMSS 2013.12.09. 42
GPRS rendszer felépítése Um Abis A EIR VLR BSC MSC HLR BSC GCR AUC BSC. SGSN MSC VLR BTS-s MS 2013.12.09. BSS OMSS Backbone GGSN SMSS SANMINA ESIGELEC_Rouen Méréstechnikai tréning 43 IP 43
Um UMTS rendszer felépítése (1) BSS Abis A EIR BSC MSC VLR HLR PSTN ISDN PDN BSC GCR AUC. RNC SGSN MSC VLR MS Node B OMSS Backbone GGSN SMSS 2013.12.09. 44 IP
Um UMTS rendszer felépítése (2) BSS Abis A EIR BSC MSC VLR HLR PSTN ISDN PDN BSC GCR AUC. RNC SGSN MSC VLR MS Node B UTRAN Iub OMSS Backbone GGSN SMSS SANMINA Méréstechnikai tréning 45 2013.12.09. 45 IP
Rövidítésjegyzék a rendszerfelépítéshez BSC Base Station Controller BSS Base Station System EIR Equipment Identity Register GGSN Gateway GPRS Support Node NodeB UTRAN bázisállomás HLR Home Location Register MSC Mobile Services Switching Centre RNC Radio Network Controller SGSN Serving GPRS Support Node UMTS Universal Mobile Telecommunications System UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network VLR Visitor Location Register 2013.12.09. 46
2G Mobil generációk alkalmazása Beszédhívás, SMS, lassú adat letöltés (logo) 2.5G Áramkör- és csomagkapcsolt adat (MMS), - EDGE: internetezés (?) (lassú!!!) 3G Beszédhívás, adatátvitel ( 2Mbit/s-ig) 3.5G Adatátvitel (HSDPA :20Mbit/s), Internet, VoIP 4G 5G Adatátvitel (> 100Mbit/s (??)), Internet, VoIP Internet based services Intersystem roaming! Mobile Internet előfizetés 2013.12.09. 47
Ügyfél elvárásai: Fejlődés beszéd, SMS, bárhol-bármikor, segélyhívás magas up/download bitrate ( szélessávú hozzáférés ) IP alapú szolgáltatások Szolgáltató igényei: Magas kapacitás Ügyfél számának növelése -> jövedelem növekedés Szolgálatások széles skálája (hang+adat+ip) Fejlesztők: Új technológiák--- új generációk 2013.12.09. 48
Statisztikai adatok 2013 2013.12.09. 49
Magyar szolgáltatók lefedettségi térképei http://nmhh.hu/dokumentum/152351/ Mobilinterneteslefedettsegiterkepek_ 2012junius.pdf 2013.12.09. 50
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! 2013.12.09. 51