20151209_6693_mobile_evolution

7/26/2019 20151209_6693_Mobile_Evolution

http://slidepdf.com/reader/full/201512096693mobileevolution 1/111

Evolucija mobilnih

telekomunikacionih sistema

mr Dejan Nemec

[email protected]

mailto:[email protected]





• Dvodnevni kursevi iz oblasti telekomunikacija

• 17 godina

• 300 kurseva

•

oko 4000 polaznika• 12 naslova-udžbenika (još neki u pripremi)

• Specijalističke strukovne studije „Komunikacione tehnologije“ • akreditovane studije II stepena (u rangu sa master)

• pravo na upis – 180 ESPB

• nastava u vidu NKT kurseva

• u najavi Master strukovne studije

nkt.uns.ac.rs



nkt.uns.ac.rs



Evolucija mobilnihtelekomunikacionih sistema

Uvod



Evolucija mobilnih telekomunikacionih sistema 6/108

nkt.uns.ac.rs

Uvod

•

Komunikacija (lat. comunicacio) prema definiciji predstavljačin prenošenja razumljive informacije

• sposobnost komuniciranja, kako u realnom vremenu tako i u posrednomkomuniciranju kroz vremensku distancu, u direktnoj je vezi sa razvojem

čoveka i njegove civilizacijske tekovine• potreba za komuniciranjem bila je

i na početku ljudskog evolucijskog razvoja

• ta potreba je prisutna i danas

• potreba za komuniciranjem čakse i povećava sa tehnološkim razvojem

• čovek današnjice ima izraženu potrebu za brzom, sveobuhvatnom ineometanom komunikacijom koju prati pristup informacijama

• tu potrebu može da zadovolji kroz sistem mobilnih komunikacijakoji je prisutan u skoro svakoj tački na Zemlji


http://slidepdf.com/reader/full/201512096693mobileevolution 7/111Evolucija mobilnih telekomunikacionih sistema 7/108

nkt.uns.ac.rs

Uvod

•Mobilnost, komunikacija i brzi pristup informacijama danas suvećini žitelja razvijenih i zemalja u razvoju u vrhu liste prioriteta

• zbog toga razvoj tehnologije za prenos podataka doživljava neverovatan

napredak u relativno kratkom periodu

• Mobilna telefonija je danas jedan od najpopularnijih vidova

komuniciranja u savremenom svetu

• omogućava telefonski servis, prenos podataka i druge napredne servise



nkt.uns.ac.rs

Uvod

•Mobilna radio-komunikacija podrazumeva komunikaciju u kojoj jebar jedan učesnik u vezi mobilan

• veza se ostvaruje pomoću mobilnog terminala

• Sistemi (mreže) mobilnih komunikacija određuju

• način prenosa informacija

• obradu poziva

• pružanje servisa

• Servisi opisuju posebne i dodatne mogućnosti komuniciranja

• govor, podaci, tekst, video

• SMS (Short Message Service)

• EMS (Enhanced Messaging Service)

• MMS (Multimedia Messaging Service)



nkt.uns.ac.rs

Istorijat

• 1844. (24. maj) – Samuel Morse, prvi žični telegrafski sistemna relaciji Baltimore-Washington (SAD)• ovo je datum nastanka električnih telekomunikacija

• 1855. (27. mart), Srbija – telegrafska linija Beograd-Kragujevac-Aleksinac i spajanjepreko Save sa carsko-kraljevskim telegrafom Austrougarske monarhije

•1851. (septembar) – položen prvi kabl preko Lamanša • 1851. (decembar) – prva internacionalna telegrafska linija Pariz-London

• 1858. – položen kabl preko Atlanskog okeana (SAD-Engleska, 5000 km)

• 1865. (17. maj) – u Parizu stvorena UIT (Union Internationale Telegrafique)• 20 država učesnica, prvi telegrafski pravilnik

• 1863-1865. – Secesionistički rat u SAD, prva primena telegrafa u vojne svrhe

• 1876. – Alexander Graham Bell, prvi telefon

• 1892. – postavljena prva telefonska centrala u SAD



nkt.uns.ac.rs

Istorijat

•

Kraj XIX veka – genijalna otkrića u oblasti fizike elektromagnetskih oscilacija,koja predstavljaju naučnu osnovu na kojoj su izgrađene radio-komunikacije• Joseph Henry – utvrdio oscilatornu prirodu električnih opterećenja

• J. C. Maxwell – dao matematičku interpretaciju elektromagnetskih pojava

• Heinrich Hertz – prvi proizveo, detektovao i merio elektromagnetske talase

• 1897. – Guglielmo Marconi, prvi patent za bežičnu telegrafiju• N. Tesla je u to doba eksperimentisao sa radio talasima, ali je prvi patent prijavio 1898.

• 1927. – prva radio-komunikacija u javnom saobraćaju

• 1934. – javna demonstracija televizije u Londonu

• 1960. – lansiran prvi telekomunikacioni satelit



nkt.uns.ac.rs

Istorijat

•

Britanski inženjeri proučavaju Markonijev bežični telegraf



nkt.uns.ac.rs

Istorijat

• Tri homogena razdoblja u razvoju telekomunikacija

• Sredina XIX veka – kraj II Svetskog rata• razvijeno je tržište telekomunikacionih usluga

• konkurencija između zapadnih sila za dobijanje licenci za polaganje i eksploatacijupodmorskih kablova i kopnenih puteva

• stvorene su globalne telekomunikacione mreže

• Posle II Svetskog rata – 1980-te• stvaranje niza međunarodnih institucija

• među kojima je i ITU (International Telecommunication Union, 1947. god.)

• važi princip jednakosti među državama i stabilna kooperacija između državnih monopola

• 1980-te – danas• reforma telekomunikacija, dva ključna principa: slobodna konkurencija i privatizacija

• demonopolizacija državnih operatora• razdvajaju se telekomunikacije i pošta i stvaraju se novi privatni operatori

• grade se nove mreže, uvode se novi servisi, a konkurencija dovodi do snižavanja cena



nkt.uns.ac.rs

Istorijat mobilne telefonije

•

Ideja mobilne telefonije se pojavila početkom XX veka

• 1908. – profesor Albert Jahnke i „Oakland Transcontinental Aerial

Telephone and Power Company“ su tvrdili da su razvili bežični telefon

•

optuženi su za prevaru, bez dokaza, ali proizvodnja nije nastavljena

• 1918. – nemačka železnica testira bežični telefon u vojnim vozovima(Berlin-Zossen)

• 1924-1926. – prvi javni mobilni telefoni u vozovima za putnike I klase




nkt.uns.ac.rs


•

1940. – prvi „ručni“ uređaji (Walkie-Talkie)

• II Svetski rat – koriste se telefonski

radio-linkovi u vojne svrhe




nkt.uns.ac.rs


•

1940-te – mobilni telefoni u automobilima• 1947. (9. oktobar) – prvi telefonski poziv između automobila i aviona

• 1947. – SAD, inženjeri kompanije „Bell“ (D.H.Ring i V.R.Jang) predložiliupotrebu heksogonalne ćelije i usmerenih antena koje bi odašljale signale u tri različitasmera za potrebe mobilne telefonije instalirane u vozila

•tehnologija za masovnu upotrebu tih uređaja nije postojala niti su bile odobrene frekvencije

• tako će ostati sve do 1960-tih godina

• 1958. – SSSR, prvi mobilni telefon za automobile




nkt.uns.ac.rs


•

SSSR, Леонид Куприянович• 1955. – voki-toki, 1,2 kg, domet 1,5 km

• 1957. – voki-toki, 50 g, domet 2 km

• 1957. – mobilni telefon LK-1, 3 kg, ~ 30 km, ~ 30 h

•1958. – mobilni telefon, 500 g

• 1961. – džepni telefon, 70 g, 80 km domet

• 1965. – Bugarska „Radiotehnika“prezentovala baznu stanicu koja sepovezuje na jednu telefonsku liniju

i mogla je da opsluži 15 korisnika




0GMobilna telefonija

„nulte“ generacije




nkt.uns.ac.rs

0G – Istorijat mobilne telefonije

•

„0G“ • 1946. – SAD, St. Louis, AT&T, MTS (Mobile Telephone Service)

• 1949. usledila komercijalizacija (100 gradova, autoput)

• omogućena veza sa PSTN

• pozivi uspostavljani manuelno pomoću operatera

• dugme za „pričanje/slušanje“

• korisnička oprema teška 36 kg

• frekvencijski opseg 150 MHz

• do 2012. se koristila u ruralnim područjima




nkt.uns.ac.rs


•

„0G“ • 1964. – SAD i Kanada, IMTS (Improved Mobile Telephone Service)

• automatsko uspostavljanje dupleks veze

• tri opsega – 40 MHz, 150 MHz i 450 MHz

• bazna stanica pokrivala prečnik oko 80 km

• terminal iz dva dela: transiver (i antena) i handset

• postojale kompanije koje su i 2008. nudile servis

k




nkt.uns.ac.rs


•

„0G“ • 1952. – Nemačka, A-Netz

• analogna mreža, manuelna komutacija

• radila između 156 MHz i 174 MHz

• 1968. pokrivala 80% Nemačke

• 1971. imala maksimum od 11.000 korisnika

• 1972. – B-Netz

• 1986. imala 158 baznih stanica i 27.000 korisnika

• radila na 150 MHz

kt




nkt.uns.ac.rs


•

„0G“ • 1956. – Švedska, MTA (Mobile Telephony system version A)

• prva automatizovana mreža mobilne telefonije koja ima osnovne odlike današnjih• korisnici iz automobila komuniciraju

sa korisnicima javne telefonske mreže• radila na 160 MHz

• pulsno biranje putem brojčanika

• 1962. – MTB

• tonsko biranje (1965)


• maksimum 600 pretplatnika

• 1971. – MTD, manuelni mobilni sistem (zamenjena 1987. sa NMT)• radila na 450 MHz

• 20.000 korisnika

• 700 operatera

• 1976. implementiran u Danskoj i Norveškoj – bio moguć roming

kt




nkt.uns.ac.rs


• „0G“ • 1966. – Norveška, OLT

(Offentlig Landmobil Telefoni (Public Land Mobile Telephony ))• 1981. bilo 30.000 pretplatnika


• proširena na 450 MHz zbog kompatibilnosti sa MTD

•zamenjena 1990. sa NMT

• 1971. – Finska, ARP mreža ( AutoRadioPuhelin (Car Radio Phone))• jedna od prvih uspešnih javnih komercijalnih mobilnih mreža• 1978. pokrivala 100% države sa 140 baznih stanica

• ćelijski sistem, ali handover nije bio „neprekidan“• radila na 150 MHz, 80 kanala

• prvo half-dulpex , kasnije full-duplex

• 1977. imala 10.800, a 1986. god. 35.560 korisnika

• analogni signal bez kriptovanja – moguće prisluškivanje

• ugašena 2000. god. zajedno sa NMT-900





prve generacije

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

„1G“ • 1973. – Martin Cooper, Motorola – prvi „ručni“ mobilni telefon

• 1,1 kg, dimenzije 23 x 13 x 4,5 cm

• 30 minuta razgovora, 10 sati punjenja

• 1971. – AT&T podnela zahtev za stvaranjem ćelija (baznih stanica) za mobilnetelefone FCC komisiji

• zahtev je odobren 1982. godine

• tada je stvoren AMPS ( Advanced Mobile Phone System)

• prvi širokokorišćen analogni ćelijski sistem u SAD

• frekvencijski opseg 824 do 894 MHz

•

korišćen u Izraelu i Australiji • analogni AMPS je zamenjen digitalnim 1990. god.

• 1979. – Japan, NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation)

• sistem sličan AMPS-u

• 1988. – NTT Hicap – veći kapacitet

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


• „1G“ • 1981. – Nordijske zemlje, NMT (Nordisk MobilTelefoni )

• 1981. i Saudijska Arabija uvodi ovaj sistem

• kasnije korišćen u mnogim evropskim (i u Srbiji) i azijskim zemljama

• radi na 450 MHz i 900 MHz

• 1983. – UK, TACS (Total Access Communication System)• sistem sličan AMPS-u

• koristi se u Velikoj Britaniji, Italiji i Irskoj

• radi na 900 MHz

• ETACS je naprednija verzija sa više kanala

• 1985. – Nemačka, C-Netz (C-450)• radi na 450 MHz

• kanal širine 20 kHz

• ćelije 15-20 km i mikroćelije 2-3 km

• 1986. – Švedska, Mobitex (OSI standard) – paketski prenos

• 1983. – Motorola i IBM, DataTex, prenos podataka• 800 MHz

• brzina 19,2 kbit/s

• koristi se za paging sisteme

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

„1G“

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs

Mobilni radio sistemi

•

Mobilni sistemi se mogu podeliti na• Klasični sistem mobilnih radio-veza (LMR – Land Mobile Radio)

• funkcionalni, odnosno privatni (PMR – Private Mobile Radio)

• konvencionalni – zasnovan na klasičnoj, jednostavnoj arhitekturi • tranking sistem – naprednije tehnologije, veće mogućnosti

•

TETRA• javni sistem mobilnih radio-veza (PAMR – Public Access Mobile Radio)

• Pejdžing sistem (Paging )

• POCSAG – analogni sistem (kraj 1970-tih, početak 1980-tih)

• ERMES – digitalni dvosmerni sistem

• Mobilna telefonija (Mobile Telephony )• „bežična telefonija“ za kućnu upotrebu

• ćelijski sistemi (1-5...G)

• satelitski sistemi

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

Funkcionalni privatni sistemi• 68-87,5 MHz, 146-174 MHz, 440-470 MHz

• uređaji rade na malom broju kanala

• ručno biranje kanala

• jednofrekvencijska simpleks mreža

• samo jedna stanica može biti aktivna, ostali slušaju

• dvofrekvencijska simpleks i semidupleks

• bazna stanica šalje na f 1, a ručne stanice na f 2• kod semidupleks BS može da prosledi signal

sa ručne stanice

• dupleks mreže

• zahtevaju dva dupleksna kanala

• jedan dupleks za jednu stanicu,a drugi za drugu stanicu

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

Trunking sistemi• postoji zajednički skup radio-kanala

• jedan ili podskup radio-kanala se dodeljuje jednoj zoni pokrivanja

• veći broj korisnika može da koristi sistem

•

uvodi se MSC (Master System Controller )• dele sa na

• MPT1327 analogne sisteme

• TETRA digitalne sisteme

• ETSI definisao frekvencijske opsege

• sistemi javne bezbednosti, 380-400 MHz

• civilni korisnici, 410-430 MHz, 450-470 MHz, 870-876 (uplink ) i 915-921 (downli .) MHz

• koristi se TDMA princip

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

TETRA

nkt uns ac rs




nkt.uns.ac.rs


•

Bežična telefonija • CT1 (Cordless Telephony )

• 1980-te

• analogni signal na 900 MHz

•

CT2• 864-868 MHz

• mogu da se povežu i na ćelijski javni sistem

• DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications)

• digitalan sistem na 1,9 GHz

• povoljan za PBX

• bazne stanice

u „privatnom“ ćelijskom sistemu

• mnogo funkcija




2GMobilna telefonijadruge generacije

nkt.uns.ac.rs




nkt.uns.ac.rs

2G

•

Drugu generaciju predstavljaju digitalni ćelijski sistemi • Pan-evropski sistem GSM

• Američki sistemi

•

DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone System 800 i 1900 )• prva mreža 1993. • objedinjuje IS-54 i IS-136 (dodate nove funkcije)

• TDMA pristup

• ugašena 2007-2008 i data prednost GSM-u i 3G-u

• IS-95 (Interim Standard 95)

• 1995, CDMA pristup, digitalna ćelijska tehnologija

• zamenjen sa IS-2000 (CDMA2000)

• Japanski sistem JDC ili PDC (Personal Digital Cellular )

nkt.uns.ac.rs




nkt.uns.ac.rs

GSM

•

1991. – Finska, komercijalni start 2G• standard GSM

• Global System for Mobile Communications

• originalno Groupe Spécial Mobile

• razvoj počeo 1982. u Evropi

• digitalna ćelijska mreža

• komutacija kola

• full-duplex prenos govora

• 1992. poslata prva SMS (Short Message Service)

• GSM-900 – uplink 890-915 MHz, downlink 935-960 MHz

• GSM-1800 – uplink 1710-1785 MHz, downlink 1805-1880 MHz

nkt.uns.ac.rs




GSM

•

Definisano je 14 frekvencijskih opsegaSystem Band Uplink - Mobile To Base (MHz) Downlink - Base To Mobile (MHz)

T-GSM-380 380 380.2 – 389.8 390.2 – 399.8 Trunking GSM


GSM-450 450 450.6 – 457.6 460.6 – 467.6 kompatibilan sa NMT, retko se koristi

GSM-480 480 479.0 – 486.0 489.0 – 496.0

GSM-710 710 698.2 – 716.2 728.2 – 746.2

GSM-750 750 777.2 – 792.2 747.2 – 762.2


GSM-850 850 824.2 – 849.2 869.2 – 893.8 SAD, Kanada, Latinska Amerika

P-GSM-900 900 890.0 – 915.0 935.0 – 960.0 Primary GSM

E-GSM-900 900 880.0 – 915.0 925.0 – 960.0 Evropa, Srednji istok, Afrika, Azija-Pacifik

R-GSM-900 900 876.0 – 915.0 921.0 – 960.0 Railway GSM


DCS-1800 1800 1710.2 – 1784.8 1805.2 – 1879.8 Evropa, Srednji istok, Afrika, Azija-Pacifik

PCS-1900 1900 1850.2 – 1909.8 1930.2 – 1989.8 SAD, Kanada, Latinska Amerika

nkt.uns.ac.rs




GSM

nkt.uns.ac.rs




GSM

•

Dual-band telefoni• rade npr. u GSM-900 i GSM-1800 (Evropa)

ili GSM-850 i GSM-1900 (SAD)

•Tri-band telefoni• rade u tri opsega

• Quad-band telefoni

• rade u sva 4 bitna opsega – skuplji su,

ali danas su sve češći• često podržavaju frekvencije

UMTS, LTE, GPS, Wi-Fi...

nkt.uns.ac.rs




GSM

•

iPhone 6 – nije samo 2G

Network

Technology GSM / CDMA / HSPA / EVDO / LTE

2G bands GSM 850 / 900 / 1800 / 1900 - A1549 (GSM), A1549 (CDMA), A1586

CDMA 800 / 1700 / 1900 / 2100 - A1549 (CDMA), A1586

3G bandsHSDPA 850 / 900 / 1700 / 1900 / 2100 - A1549 (GSM), A1549 (CDMA),

A1586

CDMA2000 1xEV-DO - A1549 (CDMA), A1586

TD-SCDMA 1900 / 2000 - A1586

4G bands

LTE band 1(2100), 2(1900), 3(1800), 4(1700/2100), 5(850), 7(2600), 8(900),

13(700), 17(700), 18(800), 19(800), 20(800), 25(1900), 26(850), 28(700),

29(700) - A1549 GSM, A1549 CDMA

LTE band 1(2100), 2(1900), 3(1800), 4(1700/2100), 5(850), 7(2600), 8(900),

13(700), 17(700), 18(800), 19(800), 20(800), 25(1900), 26(850), 28(700),

29(700), 38(2600), 39(1900), 40(2300), 41(2500) - A1586

Speed HSPA 42.2/5.76 Mbps, LTE Cat4 150/50 Mbps, EV-DO Rev.A 3.1 Mbps

GPRS Yes

EDGE Yes

nkt.uns.ac.rs




GSM

•

FDMA+TDMA tehnika pristupa kanalu• uplink i dowlink opsezi se dele na 125 „parova“ podkanala (nosioca)

• razmak između nosilaca je 200 kHz, a parovi su „udaljeni“ 45 MHz

• svakoj ćeliji se dodeljuje određeni broj nosilaca, zavisi od saobraćaja

nkt.uns.ac.rs




•

FDMA+TDMA tehnika pristupa kanalu• svaki nosilac se vremenski deli na GSM ramove brzine 271 kbit/s

• GSM ram se deli vremenski na 8 time-slot -ova

• saobraćaj pojedinih korisnika se prenosi u pojedinim time-slot -ovima

• uz korisničke podatke prenose se

i kontrolni biti i zaštitni razmak

GSM

nkt.uns.ac.rs




GSM

•

Logički kanali su mapirani u fizičkim kanalima brzineod 100 bit/s do 22,8 kbit/s

• saobraćajni kanali, TCH (Traffic CHannels)

• nose kodovani govor ili podatke

•

kontrolni kanali, CCH (Control CHannels)• nose podatke za signalizaciju i sinhronizaciju

• Samo određene kombinacije između logičkih kanala su dozvoljene

u istom fizičkom kanalu

nkt.uns.ac.rs




GSM

• Kontrolni kanali CCH (Control CHannels)

• Broadcast , difuzni downlink kanali BCH (Broadcast CHannels)• šalju se svim mobilnim terminalima u ćeliji • nose informacije o sinhronizaciji i sistemu, kao što su npr. kodovi identiteta bazne stanice koje

zahtevaju terminali• SCH (Synhronization CHannel )

• FCCH (Frequency Correction CHannel )

• BCCH (Broadcast Control CHannel )

• Zajednički kontrolni kanali CCCH (Common Control CHannels)• nisu dodeljeni samo jednom mobilnom terminalu, a služe u svrhu pejdžinga i pristupa terminala

• PCH (Paging CHannel)

• AGCH (Access Grant CHannel) ili RACH (RACH - Random Access CHannel)

• Dodeljeni kontrolni kanali DCCH (Dedicated Control CHannel )• dodeljeni jednom mobilnom terminalu, a potrebni su za vreme uspostavljanja poziva prenoseći

informaciju dobijenu merenjem raznih parametara terminala, prvenstveno potrebnu za handover• SDCCH (Stand-alone Dedicated Control CHannel)

• SACCH (Slow Associated Control CHannel)

• FACCH (Fast Associated Control CHannel)

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

MS (Mobile Station)

•

SIM kartica (Subscriber Identity Module) – zaštićena PIN kodom (Personal Identification Number ),identifikuje korisnika sistemu koristeći IMSI broj (International Mobile Subscriber Identity )

• IMEI (International Mobile Equipment Identity ) – jedinstveni broj mobilne stanice

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitekturaBSS (Base Station Subsystem)

• povezuje MS sa mrežom i kontroliše radio link•

BTS (Base Transceiver Station) – „bazna stanica“ poseduje transivere i antene, upravljaprotokolima na radio linku koji komuniciraju sa MS;

najčešće se nalazi u centru ćelije i emituje signale čija snaga je definisana veličinom ćelije

• BSC (Base Station Controller ) – kontroliše grupu baznih stanica i upravlja radio resursima;zadužen za uspostavljanje kanala, handover , kontrolu snage BTS...

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

• BSS topologije

• Lanac

• jeftin

• lak za implementaciju

• Prsten

• omogućena redundansa

• prsten se teško širi

• Zvezda

• česta konfiguracijau prvim GSM sistemima

• skupa



•

BTS

GSM arhitektura

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

NSS (Network & Switching Subsystem)

• upravlja komunikacijama između mobilnih korisnika

• održava informacionu bazu korisnika

• upravlja mobilnošću korisnika

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

MSC (Mobile Switching Centre)

•

centralna komponenta NSS• obavlja komutacione funkcije

• obezbeđuje vezu sa drugim mrežama

• poseduje GMSC (Gateway Mobile Switching Centre) – veza sa PSTN

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

HLR (Home Location Register )

• baza podataka sa informacijama o matičnim korisnicima

AuC ( Authentication Centre)

• sadrži kopije ključeva svih SIM kartica, koji se koriste za autentifikaciju

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

VLR (Visitor Location Register )

• baza podataka sa informacijama o gostujućim korisnicima • podatke dobija od HLR-a gde su korisnici registrovani

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

ELR (Equipment Location Register )

• baza podataka o validnim mobilnim stanicama (IMEI)• pomaže pri pronalaženju ukradenih MS-ima i drugim zloupotrebama

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

GIWU (GSM InterWorking Unit )

• obezbeđuje interfejs ka mrežama za prenos podataka

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

OMC (Operational & Maintence Centre)

OSS (Operation & Support Subsystem)

• povezuje sve elemente i obezbeđuje funkcionisanje sistema

• kontroliše saobraćajno opterećenje BSS

• neke funkcije se prebačene na BTS (jer ih ima puno)

nkt.uns.ac.rs




GSM arhitektura

•

NSS – obično na jednom mestu

nkt.uns.ac.rs




2G prenos podataka

•

CSD (Circuit Switched Data)• prenos podataka komutacijom kola u GSM-u

• jedan vremenski slot (govorni kanal) se alocira za prenos podataka

• 9,6 kbit/s

•

prevaziđeno • HSCSD (High-Speed CSD)

• koristi efikasnije metode ispravljanja grešaka – 14,4 kbit/s

• može da zauzme 4 vremenska slota – 57,6 kbit/s

•

dodatno se naplaćuje

nkt.uns.ac.rs




2G evolucija

•

2,5G – GPRS (General Packet Radio Service) • best effort paketski prenos podataka

• više korisnika deli resurse pa nema QoS-a

• brzine 50-114 kbit/s

• koristi više vremenskih slotova

• npr. 4 (downlink ) + 1 (uplink ), brzine 80/20 kbit/s

• integrisan u GSM Release 97

• u praksi se pojavio 2000. god.

nkt.uns.ac.rs




2G evolucija

•

2,75G – EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)• naziva se i EGPRS (Enhanced GPRS)

• standardizovan u GSM Release 98

• implementira se u praksi od 2003.

• standardizovan kasnije i u 3G

• koristi naprednije tehnike modulacije signala (8-PSK)

• teoretski dostiže brzinu od 473 kbit/s korišćenjem 8 time-slot -ova

• obično se limitira na 135 kbit/s zbog štednje resursa





treće generacije

nkt.uns.ac.rs




3G

• 3G je bazirana na skupu standarda IMT-2000 (International MobileTelecommunication-2000 ) koje je usvojila ITU

• 3G podražava • telefoniju

• pristup Internetu• mobilni

• fiksni

• video pozive

• mobilnu TV

• 3G podržava servise brzine najmanje 200 kbit/s (IMT-2000)• 3,5G i 3,75G podržavaju broadband brzine (npr. 1-2 Mbit/s)

• brzine prenosa zavise od brzine kretanja korisnika

nkt.uns.ac.rs




3G

• Sredinom 1980-tih osmišljen koncept za budući IMT-2000• 2000. doneta istorijska odluka o usvajanju specifikacija

• predviđene frekvencije od 400 MHz do 3 GHz

• IMT-2000 je rezultat kolaboracije

• grupa unutar ITU – ITU-R, ITU-T• grupa van ITU – 3GPP, 3GPP2, UWCC

• IMT-2000 karakteristike•

podržava širok opseg servisa i aplikacija • TDMA, FDMA i CDMA pristupi

• dostupna tehnologija krajnjim korisnicima

• ostvarena kompatibilnost sa prethodnim sistemima

• obezbeđena modularnost, laka proširivost

nkt.uns.ac.rs




3GPP, 3GPP2

• U cilju nadogradnje različitih postojećih sistema 1998. formiraju se dve grupe

• 3GPP (3rd Generation Partnership Project ) – razvija sisteme bazirane na GSM-u

• GPRS

• EDGE

• W-CDMA (UMTS)

• HSDPA• kasnije i 4G (E-UTRA – LTE Evolved UMTS Terrestrial Radio Access)

• 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2 ) – formira se da pomogne razvoj sistemakoji koriste CDMA tehniku

• 1xRTT (One Times Radio Transmission Technology ) – brzine do 144 kbit/s• EV-DO (Evolution Data Optimized ) – downlink brzine do 2,4 Mbit/s

• EV-DO Rev. A – downlink brzine do 3,1 Mbit/s

• EV-DO Rev. B – downlink brzine do 4,9 Mbit/s

• 4G – UMB (Ultra Mobile Broadband ) – downlink brzine do 288 Mbit/s

nkt.uns.ac.rs




3G standardi

• Postoje mnogi standardi koji se „reklamiraju“ kao 3G

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)• početak 2001. • koristi se u Evropi, Japanu, Kini (ali različiti interfejsi) i drugim zemaljama gde se koristi GSM

• uplink 1885-2025 MHz, downlink 2110-2200 MHz

• postoji više vrsta interfejsa • W-CDMA (najčešće) • TD-SCDMA – komercijalizovan 2009. u Kini

• HSPA, HSPA+ (Evolved High-Speed Packet Access)

• CDMA2000 – početak 2002. • EV-DO, Rev A, Rev B

• Postoje i standardi koji formalno zadovoljavaju IMT-2000 specifikacije iodobreni od ITU kao 3G standardi, ali se obično ne deklarišu kao 3G, već kaoposebne tehnologije• DECT

• Mobile WiMAX

nkt.uns.ac.rs




W-CDMA

• W-CDMA (Wideband – Code Division Mulitple Access)

• spada (naziva se i) u UMTS tehniku UTRA-FDD (UMTS Terrestrial Radio Access – Frequency-Division Duplexing )

• uplink 1920-1980 MHz, downlink 2110-2170 MHz• brzine – 384 kbit/s (wide area access), do 2 Mbit/s (local area access)

• koristi DS-CDMA (Direct Sequence CDMA)• u svakom smeru se koristi kanal širine 5 MHz

• zbog ovoga W-CDMA je bio kritikovan da troši mnogo spektra

nkt.uns.ac.rs




HSPA

• HSPA (High Speed Packet Access

)

• poboljšava W-CDMA sisteme

• predstavlja softversku nadogradnju na W-CDMA

(2008. – 90% se upgrade-ovalo)

• sastoji se od

• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)

• do 14 Mbit/s

• bazira se na prenosu korišćenjem deljenog kanala i modulaciji višeg reda

• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access)

• do 5,76 Mbit/s

• dodaje novi transportni kanal

nkt.uns.ac.rs




HSPA+

• HSPA+ (Evolved High Speed Packet Access)

• 2009, poboljšava HSPA

• koristi DC (Dual-Carrier ) tehniku, 2x2 MIMO i 64-QAM

• korisnik se povezuje sa dve ćelije (antene) istovremeno

• može da koristi više kanala od 5 MHz (1-4)

• po jednom nosiocu od 5 MHz – downlink 42 Mbit/s, uplink 10,8 Mbit/s

• npr. sa 4 nosioca (20 MHz) – downlink 168 Mbit/s, uplink 22 Mbit/s

• u praksi brzine po korisniku su manje

• 2013. – MC-HSPA (Multi-Carrier HSPA), 4x4 MIMO

•brzine do 672 Mbit/s

nkt.uns.ac.rs




HSPA+

• 3C-HSDPA

• korisnici često žele bursty saobraćaj • u jednom trenutku jedan korisnik koristi svih 15 MHz

nkt.uns.ac.rs




CDMA2000

• CDMA2000 se naziva i C2K i IMT-MC (IMT Multi-Carrier )

• CDMA2000 je familija 3G standarda razvijena od 3GPP2

• govor• 1xRTT

• 1X Advanced

•

podaci• 1xEV-DO (Evolution-Data Optimized ): Release 0, Revision A, Revision B,

• UMB (Ultra Mobile Broadband )

nkt.uns.ac.rs




1xRTT i 1X Advanced

• 1xRTT (1 times Radio Transmission Technology )

• naziva se i „1X“

• koristi isti dupleksni kanal širine 1,25 MHz kao IS-95

• naprednim tehnikama postiže veći kapacitet

• podržava paketski prenos do 153 kbit/s (realno 80-100 kbit/s)

• 1X Advanced

• brojnim pobošanjima

omogućava i do 4 putaviše korisnika

nkt.uns.ac.rs




EV-DO

• EV-DO (Evolution-Data Optimized ) je standard za bežični prenos

podataka, tipično za broadband pristup Internetu• prve specifikacije su nastale 1999; danas se neke sve manje koriste

• koristio se i naziv 1xEV-DO

• postoji nekoliko revizija standarda (Release 0, A, B, C )•

Release 0• downlink 2,4 Mbit/s, uplink 153 kbit/s

• Release A• downlink 3,1 Mbit/s, uplink 1,8 Mbit/s

• funkcioniše na „all-IP “ principu

• Release B•

uvodi multi-carrier mogućnost (obično se 2-3 nosioca grupišu, mada standarddozvoljava do 15)• po nosiocu: downlink 4,9 Mbit/s, uplink 1,8 Mbit/s

• sa 3 nosioca (kanala): 14,7/5,4 Mbit/s

• Release C , naziva se UMB (Ultra Mobile Broadband )• MIMO tehnika, brzine do 280 Mbit/s




Satelitska

mobilna

telefonija

nkt.uns.ac.rs




Satelitska mobilna telefonija

• LEO (Low Earth Orbit )• ispod 2500 km

• Iridium (780 km)

• Globalstar (1400 km)

• MEO (Medium Earth Orbit )•

10.000 km

• HEO (High Earth Orbit )• 20.000 km

• GPS

• GEO (Geostationary Earth Orbit )• 36.000 km

• TV difuzija

• Thuraya – satelitska telefonija

nkt.uns.ac.rs





• Pokrivanje zemljine povr šine

nkt.uns.ac.rs





• Sateliti

oko nas

nkt.uns.ac.rs





• Pokrivanje

satelita

niskih

orbita

nkt.uns.ac.rs





• Globalstar

nkt.uns.ac.rs





• Iridium

nkt.uns.ac.rs

li k bil l f ij





• Iridium

nkt.uns.ac.rs

S li k bil l f ij





• Telefoni

• Thuraya (GEO)

•

„satelitska maska“ za iPhone5




4GMobilna telefonijačetvrte generacije

nkt.uns.ac.rs

4G




4G

• 4G treba da omogući karakteristike koje je 2008. definisala ITU-R

• IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced )

• sveobuhvatna „all-IP “ mobilna širokopojasna rešenja

• ne podržava komutaciju kola

• podrška raznih uređaja (laptop, smart telefoni...)

• ultra-broadband brzine pristupa Internetu

• IP telefonija

• mrežne igre

• real-time multimedija

•

QoS• HDTV

• interoperabilnost sa prethodnim sistemima

nkt.uns.ac.rs

4G




4G

• IMT-Advanced karakteristike• brzine

• 100 Mbit/s kada se korisnik kreće velikim brzinama

• 1 Gbit/s kada je korisnik relativno stacionaran u odnosu na baznu stanicu

• dinamička raspodela resursa u cilju podrške velikog broja korisnika

• skalabilna širina kanala 5-20 MHz, opciono 40 MHz• besprekidno povezivanje – handover i roming

• mogućnost ponude multimedijalnog servisa visokog kvaliteta

nkt.uns.ac.rs

4G




4G

• Dva „4G“ sistema je razvijeno krajem 2010-tih:

• WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)IEEE 802.16 serija standarda

• IEEE 802.16e-2005 – osnova Mobile WiMAX -a

• prvi put implementiran u Južnoj Koreji 2007. • 2008. – SAD

• LTE (Long Term Evolution)

• 3GPP razvio standarde na bazi GSM/EDGE/UMTS/HSPA

• prva implementacija 2009. u Norveškoj i Švedskoj • E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access) – naziv za radio interfejs u LTE

• 3,9G – prve generacije Mobile WiMAX -a i LTE-a nisu bile prave 4G, jer supodržavale brzine znatno manje od 1 Gbit/s

• međutim, ipak ih smatraju 4G tehnologijama

nkt.uns.ac.rs

4G




4G

• Kasnije razvijeni IMT-Advanced kompatiblni standardi

• Mobile WiMAX Release 2

• IEEE 802.16m-2011, a menja ga 802.16.1-2012

• radi na 2,3 GHz, 2,5 GHz, 3,5 GHz

• širine kanala: 5 MHz, 8,75 MHz i 10 MHz

• LTE-Advanced

• predložen od strane NTT DoCoMo (Japan)

• stadardizovan 2011. od strane 3GPP

• radi na 800, 900, 1800, 2100 i 2600 MHz

• negde definisano i 450 i 3600 MHz

• širina kanala 5-20 MHz

nkt.uns.ac.rs

4G




4G

• 4G

• ne podržava komutaciju kola

• paketska „all-IP “ mreža

• ne koristi tehniku proširenog spektra DSSS, odnosno CDMA

• menja je tehnika OFDMA – omogućava velike brzine i pored multipath fedinga

• podržava MIMO tehniku i smart antene

nkt.uns.ac.rs

4G ključne tehnologije





• Performanse radio sistema se u najvećoj meri utvrđuju na osnovunajbitnijeg faktora – odnos signal-šum, SNR (Signal-to-Noise Ratio)

• Bilo bi dobro da je signal koji se prenosi što jači •

u mrežama koje koriste nelicencirani opseg jačina signala se mora limitiratikako bi se izbegla interferencija

• mora se uložiti dosta truda kako bi se signal na prijemu što više izolovao odšuma koji postoji u sredini

Snaga

Frekvencija

Šum

SNR1

SNR2

Signal 1

Signal 2

nkt.uns.ac.rs






• Šenonova teorema – ne postoji teoretski maksimum brzine

prenosa podataka

• C – kapacitet u bit/s

• B – propusni opseg u Hz

• Modulacija koja može da obezbedi veći odnos signal-šum, možeda postigne i veće brzine prenosa

• npr, jednim nivoom signala se predstavlja više bita

•

može se beskonačno povećavati broj nivoa, ali u nekom trenutku će šumpočeti da utiče na odluku na prijemu

= log2 1 +

nkt.uns.ac.rs






• Brzina prenosa zavisi od dometa

• na putu kroz prostor dolazi do degradacije signala

• sa povećanjem rastojanja stanice od AP tačke nivo signala će opadati, a time

će se smanjivati SNR

• kada SNR postane toliko mali da ne može da podrži veliku brzinu, stanica će se

prebaciti u drugi režim sa manjom brzinom prenosa koja podržava manji SNR

Primljeni

signal

APStanica 1

Rastojanje

Stanica 2

Šum

nkt.uns.ac.rs






• SNR (Signal-to-Noise Ratio)

• veći SNR – više informacija se može prenositi

• analogija sa okom čoveka i detektovanjem upaljene lampe

• tokom noći lakše detektovati upaljenu lampu nego danju

• šum je ambijentalno osvetljenje koje je manje noću (veći SNR)

• ako smo bliže kući lakše je detektovati upaljenu lampu • SNR se povećava sa smanjenjem rastojanja

• ako je sijalica jača (40 W vs. 150 W) lakša je detekcija

• SNR se povećava sa povećanjem snage emitovanja

• cilj – povećati SNR koji se može „utrošiti“ na

• povećanje brzine prenosa

• povećanje rastojanja

• ili pomalo na oba aspekta

nkt.uns.ac.rs






• QAM

• 16-QAM

• 1 simbol – 4 bita

• 64-QAM


• predloženo da se koristi u LTE

nkt.uns.ac.rs






• QAM

• 256-QAM


• 802.11ac

nkt.uns.ac.rs






• QAM

• 512-QAM – 9 bita

• 1024-QAM – 10 bita

• 2048-QAM – 11 bita

• 4096-QAM – 12 bita

• powerline Ethernet

• u žičnim sistemima se postiže veći nivo jer je šum manji • npr. neki ADSL sistemi postižu 32768-QAM (1 simbol – 15 bita)

nkt.uns.ac.rs






• Multipath – višestruka propagacija signala

• signal se prostire različitim putanjama od izvora do odredišta

• primljeni signal će biti zbir svih signala koji stižu do prijemnika

•

u zavisnosti od faze signala postoje dve ekstremne situacije

1

Stanica 1

Stanica 2

3

2

a)

Signal 1

Signal 2

Signal 1

Signal 2

b)

nkt.uns.ac.rs






• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) modulacija

• široki frekvencijski kanal se deli na više podkanala (podnosioci)

• svakim podkanalom se prenosi deo podataka

• OFDM je povezana sa FDM tehnikom

• svakom korisniku se dodeljuje jedan kanal, a zaštitni opseg se koristi zaizbegavanje interferencije

• zaštitni opsezi su zauzimali deo ukupnog opsega koji se mogao koristiti zaprenos podataka

Band

1

Frekvencija

Guard

band

Band

2

Guard

band

Band

3

nkt.uns.ac.rs






• OFDM bira kanale koji se preklapaju, ali ne interferiraju

• koristi Furijeovu transformaciju

• kanali se lako mogu razdvojiti jedan od drugog

• kanali su „ortogonalni“ (nezavisni)

• na svakoj frekvenciji podnosioca svi ostali podnosioci ne utiču na konačnuformu signala

• u tačkama gde se nalaze maksimumi pojedinih podnosilaca, ostali nosiociimaju nultu amplitudu

• podaci se prenose

frekvencijama koje

odgovaraju

maksimumu

podnosilaca

nkt.uns.ac.rs






• OFDM

• ukupan opseg se deli na veći broj ortogonalnih podnosilaca

• između njih se bira odgovarajući frekvencijski razmak

• svaki podnosilac se posebno moduliše i nosi deo podataka

• tok podataka se deli na N paralelnih tokova

• npr. 802.11a tok podataka deli na 52 niza bita (4 pilota + 48 podaci)

• max brzina 54 Mbit/s

5180

52 podkanala, svaki širine312,5 kHz

5200 5220 5240 5260 5280 5300 5320

MHz

. . .

20 MHz

8 kanala udonjem delu opsega od 5 GHz

nkt.uns.ac.rs






• OFDMA (OFDM Access)

• različiti korisnici koriste različite podkanale u različito vreme

nkt.uns.ac.rs






• MIMO (Multiple-Input Multiple-Output ) tehnika

• koristi više antena koje šalju i primaju podatke u isto vreme

• koristi različite tehnike kako bi povećao SNR

• usmeravanje predajnog snopa

• prostorni diversiti

• MRC (Maximal-Ratio Combining )

nkt.uns.ac.rs






• Usmeravanje predajnog snopa, TxBF (Transmit Beamforming )• više predajnih antena poboljšava signal na prijemu

• signali prelaze različite putanje i na prijemu se sabiraju • razlika u fazi utiče na snagu primljenog signala – dva ekstrema

• faze na predaji se pažljivo podešavaju kako bi se povećao SNR

• predajnik mora dobiti povratnu informaciju od prijemnika

• povratne informacije validne kratko vreme (npr. prijemnik se pomera)

• ne mogu se koristiti u slučaju brodkasta i multikasta

Predajnik

sa više

predajnih

antena

Prijemik

sa jednom

prijemnom

antenom

(2x1)

Signal 1

Signal 2

Signal 1

Signal 2

nkt.uns.ac.rs






• Prostorni diversiti – koristi multipath fenomen• prepreke mogu da umanje snagu signala, ali signal može i da se odbije od njih

(npr. metalna površina je kao „ogledalo“) • moguće „videti“ jednu AP više puta

• MIMO sa više antena šalje radio signal u isto vreme

• svaki signal se naziva prostorni tok (spatial stream)

• fizički razmak između antena utiče da signal prelazi različitu putanju, a ta pojava se

naziva prostorni diversiti (spatial diversity )

• Predajnik na istoj frekvenciji može da šalje i različiti tok podataka• to je prostorni multipleksing, SDM (Space Division Multiplexing )

Predajnik Prijemnik

nkt.uns.ac.rs






• Prostorni diversiti

• prijemni uređaj poseduje više antena/prijemnika

• prijemnik nezavisno dekodira signale koji stižu na njegovu antenu

• radio signali sa svih prijemnika se kombinuju

• korišćenjem složenog matematičkog proračuna dobija se mnogo bolji prijemni

signal nego kada se koristi samo jedna prijemna antena ili kada se koristi TxBFtehnika

Podaci

podeljeni u

dva niza

Predajnik

Tx1

Prijemnik

Tx2

Txn

Rx1

Rx2

Rxn

Reflektujućiobjekat

Podaci

.

.

.

.

.

.

Multipath

nkt.uns.ac.rs






• Višestruka refleksija signala može da utiče na feding signala na nekimfrekvencijama (frequency selective fading )

• neki podnosioci u kanalima širine 20 MHz ili 40 MHz su jači od drugih

• MRC (Maximal-Ratio Combining ) tehnika omogućava prijemniku dakoreliše signale koje prima od različitih antena

• ukupan signal je jači od bilokog pojedinačnog signala

• MRC može da poveća

osetljivost prijemnika• MRC zahteva procesiranje

digitalnog signala

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Frekvencija (MHz)

10

5

-35

-30

-25

-20

-15

0

-5

-10

K v a l i t e t k a

n a l a

( d B )

MRC

Antena 1

Antena 2

Antena 3

nkt.uns.ac.rs






• Pokrivanje područja

nkt.uns.ac.rs






• MU-MIMO (Multi User MIMO)

• povećava kapacitet (broj korisnika)

nkt.uns.ac.rs

4G primena




4G primena

• Srbija (MTS, Telenor, VIP) – proleće 2015.

• Nemačka – 2010.

• Skandinavija – 2010.

• Hrvatska – 2012.

• Slovenija – 2014.• Italija – 2014.

• UK – 2012.

•

SAD – većina nudi LTE, a neki WiMAX

• WiMAX je bio popularan 2005-2010.





pete generacije

nkt.uns.ac.rs

5G




5G

• Bežična industrija se već priprema za 5G

• mnoga toga je još uvek u fazi razvoja

• standardi još nisu definisani • predviđanja se da će se to desiti negde 2019.

nkt.uns.ac.rs

5G




• Neka viđenja

• 40 puta brža od 4G

• omogućiće „8K“ video stream u 3D

• Nokia – 100 Mbit/s po korisniku

kada je najveće opterećenje

• veoma malo kašnjenje

• koristiće opseg 60 GHz, 73 GHz

• velike brzine, ali mali domet i

ne prolazi lako kroz zidove

•

„ćelije“ će biti manje, biće više antena • makroćelije – 35 km

• mikroćelije – 2 km

• pikoćelije – 200 m

• femtoćelije – 10 m



Evolucija mobilnih

telekomunikacionih sistema

20151209_6693_mobile_evolution

Documents