Draadloze communicatie Doel: inleiding + aanvoelen van problemen 5

Overzicht Deel 1 Deel 2 Basisbegrippen MPT1327/TETRA (trunking) GSM/GPRS UMTS Deel 2 Draadloze LAN’s 802.11 (+Bluetooth; 802.15) HIPERLAN 5

Basisbegrippen Po=(PG)z (1/L) Go Signaal in rechtstreeks zicht conditie hangt af van Zendvermogen (Pz) in Watt Zendantenne (Gz) Ontvangstantenne (Go) Afstand tussen zender en ontvanger (+ atmosfeer) (R) in m Frequentie (f) in Hz Po=(PG)z (1/L) Go Meestal werkt men met logaritmische eenheden EdB=10*log10(E) Voorbeeld: als Pz=2 W is PzdB =3 dBW 5

Basisbegrippen G()= (Df/c)2 10-1.2(/3dB)2 = winst van de (parabool) antenne = rendement (meestal 0,7 of 70%) Om de gedachten te vestigen: oude GSM antenne: 1,7 of 2,1 dBi parabool Lessive: 1000000 of 60 dB (beide cijfers in het maximum (=0°)) c = lichtsnelheid = 299,792,500 m/s L=(4Rf/c)2 LA, de vrije ruimte verliezen (+ de atmosferische; te wijten aan regen bij voorbeeld); werkelijke verliezen zijn groter. Meestal zijn zend- en ontvangstfrequentie verschillend (mobiel  basisstation = uplink; basisstation  mobiel = downlink). PG=E(ffective)I(isotropic)R(adiated)P(ower) (effectief isotroop uitgestraald vermogen = product van zendvermogen x winst) Voor vele toepassingen beperkt door het BIPT (voorbeeld: in ISM band : 2,4-2,4835 GHz; 100 mW; in VS: 1 W) 5

Verzwakking Vergelijking met kabel (ook kost!) 5

Werkelijkheid Fading voor een gang op elektrotechniek bij 2,45 GHz

Basisbegrippen Belangrijke parameters: - Level Crossing rate (aantal onderbrekingen per eenheid van tijd) - Average Fade duration (gemiddelde duur van de onderbreking) - Delay spread (spreading op de vertraging; omgekeerde van bandbreedte voor enkel kanaal) 5

Storingen Mikrogolfovens Andere zenders (Vb. GSM of identieke systemen) Vonken (schakelaars, bromfietsen) Voorbeeld: spectrum van vonk Tegengaan: Zo ver mogelijk verwijderen Afschermen Filteren Kan ook via voeding binnenkomen 5

Trunking systemen Oude systemen: koop een frequentie bij het BIPT (duur: 2000 Euro/jaar en bandbreedteverslindend) Nieuwe systemen maken gebruik van deling van bandbreedte (bündelfunk) en zijn bestemd voor professioneel georiënteerd: P(rivate) M(obile) R(adio) P(ublic) A(ccess) M(obile) R(adio) Laten noodcommunicatie toe (sneller dan GSM; nood- en prioritaire, oproepen mogelijk), groepsgesprekken Datatransmissie mogelijk (1,2 kbit/s voor oudere systemen, 28,8 kbit/s voor TETRA)

Trunking systemen Frequenties in MHz: MPT1327: Ministry of Post & Telecommunications (Engeland) half analoog (spraak is nog analoge fasemodulatie op een 12,5 kHz kanaal) 580 kanalen in verschillende banden Engeland: 200,5-207,4875(DL)/192,5-199,4875(UL) 176,5-183,4875 (DL)/184,5-191,4875(UL) België: 420-430(DL)/410-420(UL) (Entropia, tot april 2002 Dolphin) andere systemen mogelijk (D, luchthaven) TETRA ontstaan : vrijgeven door NATO van 380-400 MHz band 2x5 MHz toegekend in elk NATO land voor noodtoepassingen verder zijn nog mogelijk : 410-430 MHz 450-460/460-470 MHz 870-876/915-921 MHz

MPT1327 & MAP27 Mogelijkheden Centraal geleid systeem met T(runking)S(ystem)C(ontroller) Spraakoproep conversatie aankondiging (alleen oproeper krijgt het kanaal) Dataoproep (normaal, prioritair, groep) Noodoproep (zowel spraak als data) Samenvoegoproep (“include call”) Statusboodschap (32 verschillende, 2 speciale: terugbellen) Korte databoodschap (184 bits) Standard data (niet in 1988! Maximaal 1023 links) via MAP27 interface (ook geldig in TETRA)

MPT1327 & MAP27 Kort databericht F(ast)F(requency)S(hift)K(eying) (0=1800 Hz; 1=1200 Hz; voorbeeld: 01)

Inter System Interface TETRA T(rans) E(uropean) T(runked) R(adio) A(ccess) nu TErrestrial ... http://www.tetramou.com TETRA Standaard Interfaces 1. System air interface (AIR IF) 2. Direct mode air interface (DMO) 3. Man-machine interface (TEI) 4. Radio data peripheral interface 5. Local dispatcher 6. Gateway to external network 7. Remote line connected terminal 8. Inter system interface (ISI) 9. Network management interface 2 4 3 1 Base Station Base Station Base Station Network Manager 5 9 Infrastructure Inf. Gateway Controller Inter System Interface 8 Local Dispatcher System Infrastructure 6 7 Remote Line Dispatcher PSTN/ISDN PABX/PDN ISDN

TETRA Spraak wordt gecomprimeerd Elk kanaal wordt onderverdeeld in de tijd Time Division Multiple Access (TDMA) Freq. TDMA 1 2 3 4 1 2 3 25 kHz Channel Time Elk 25 kHz kanaal wordt onderverdeeld in 4 "Tijdskanalen"

TETRA TDMA Timeslot kanalen: synchronisatie vereist (Timing Advance) "Downlink" Frequentie 1 2 3 4 Tijd "Uplink" Frequentie kanaal = 1 tijdsslot (Frequentie) 4 kanalen per RF carrier in 25 kHz kanalen kunnen gebruikt worden voor kontrole/spraak/dat Base Station Uplink Downlink

TETRA Belangrijkste specificaties Vermogensklassen : 25, 10, 3, 1 Watt (adaptief) vergelijk : GSM : 2 & 8 Watt (adaptief) MPT1327 Trunking : 4 en 15 Watt (vast) Kanaalgrootte: 25 kHz Modulatie: /4 D(ifferential) Q(uadrature)P(hase) S(hift)K(eying) Kanaal datasnelheid: 36 kBits/s Spraakcoderingssnelheid: ong. 4,8 kBits/s Acces Methode: TDMA, 4 Tijdsslots Datasnelheid per gebruiker: 7,2 kBits/s per Tijdsslot Veranderlijke datasnelheid: 2,4 tot 28,8 kBits/s * * * *

TETRA Belangrijkste supplementaire mogelijkheden 1. Oproep enkel toegelaten via dispatcher 2. Selectie van zone (Vb. enkel Leuven) 3. Access prioriteiten 4. Prioritaire Oproepen 5. Laat vervoegen van een groep 6. Pre-emptieve prioritaire oproepen 7. Discreet luisteren 8. Afluisteren van omgeving 9. Dynamische Groepnummer Toekenning 10. Overdracht van “Controle”

TETRA “Single-Site” TETRA Systeem

Circuit Mode Data TETRA Bandbreedte op aanvraag Zet een connectie op Aangeboden transmissiesnelheden (Kbps ) Foutprotectie 1 slot 2 slots 3 slots 4 slots Geen 7,2 14,4 21,6 28,8 Laag 4,8 9,6 14,4 19,2 Hoog 2,4 4,8 7,2 9,6

TETRA Belgische implementatie : A(ll round) S(emi Cellular) T(runking) R(adiocommunication network with) I(ntegrated) D(ispatchings) (ASTRID) Enkel voorzien voor : Rijkswacht, gemeente en gerechtelijke polities, brandweer, civiele bescherming, staatsveiligheid, douane en ambulantiewagens (100 diensten).

GSM; dank aan Prof. Nauwelaers) Vraagt zware infrastructuur, maar kan veel gebruikers verwerken!

GSM in de wereld Is er meer dan één standaard? GSM (1990)= Global System for Mobile communications + DCS1800= GSM bij 1800 MHz I.p.v. 900 MHz … IS-54 (1991)= Interim Standard, bedoeld om in de zelfde frequentieband te werken als het analoge systeem (AMPS) + IS-95 (1993)= Integrated Services in de USA (CDMA-techniek) PDC (1991)= Personal Digital Cellular in Japan gelijkt op IS-54, maar niet compatibel nog geen wereldstandaard

Geschiedenis van GSM overzicht van de systemen in Europa in 1991: land systeem MHz start abonnees [1000] UK TACS 900 1985 1200 Scandinavië NMT 450/900 1981/1986 1300 6% Frankrijk Radiocom2000 450/900 1985 300 0.6% NMT 450 1989 90 Italië RTMS/TACS 450/900 1985/1990 60/560 Duitsland C-450 450 1985 600 Switserland NMT 900 1987 180 Nederland NMT 450/900 1985/1989 130 Spanje NMT/TACS 450/900 1982/1990 60/60 Oosternrijk NMT/TACS 450/900 1984/1990 60/60 België NMT 450 50 0.5%

Kanalen en frequentiebanden uplink (mobiele naar basisstation) 890-915 MHz (124 kanalen, 200 kHz uit elkaar) fu=(890,2+0,2(n-1)) MHz 1710-1785 MHz downlink (basisstation naar mobiele) 935-960 MHz (124 kanalen, 200 kHz uit elkaar) fd=(935,2+0,2(n-1)) MHz= fu+45 MHz 1805-1880 MHz n=ARFCN= absolute radio frequency channel number er is een guardband van 0,1 MHz aan boven en onderzijde van de banden

De radio-interface Vergelijkbaar aan TETRA maar met 8 tijdsslots Framestructuur (herhaalt om de 4,615 ms voor een spraakgebruiker = 216,7 Hz)

Basisdienst data: verbinding met PSPDN verbinding met PSPDN (Packet Switched Public Data Network) toegang tot PSPDN via vaste net typisch door: directe aansluiting met huurlijn (X.25) direct met pakket data mogelijkheden van ISDN via PSTN of ISDN en PAD (Packet Assembler Disassembler) (asynchrone toegang X.28) via PSTN of ISDN (X.32= X.25 met identificatie voor geschakelde toegang) ook voor GSM verschillende mogelijkheden, sommige transparant voor de gebruiker (wel van belang voor de beschikbare data-rate, hoe inbellen, hoe verrekenen)

Basisdienst data: verbinding met PSPDN toegang tot PSPDN via GSM

Basisdienst data: verbinding met PSPDN mogelijkheid a: basic PAD-access zoals een PSTN-gebruiker, inbellen op een PAD, en gebruik makend van de audio-modems van GSM inschrijving op PSPDN nodig alleen vanuit GSM (mobile originating) verrekening: GSM als gewone data, PSPDN apart mogelijkheid b: dedicated PAD-access gebruiker moet inschrijven voor de dienst (geen roaming mogelijk), niet op PSPDN niet inbellen op PAD, gewoon PSPDN-nummer opgeven en aangeven dat dit loopt via PSPDN alleen vanuit GSM verrekening: PSPDN aan GSM, GSM aan klant

Basisdienst data: verbinding met PSPDN mogelijkheid c en d: packet mode aansluiting (X.32) gebruiker is geregistreerd bij PSPDN PSTN, ISDN zijn ruwe data dragers vanaf de specifieke X.32 terminal is er pakket schakeling (X.32 kan later nog ingebouwd worden in mobiele) roaming kan! verrekening: data-verbinding tot aan PSPDN, PSPDN apart mogelijkheid e: directe packet interface GSM netwerk is rechtstreeks verbonden met PSPDN geen registratie bij PSPDN nodig verrekening: PSPDN aan GSM, GSM aan klant

GPRS (General Packet Radio Service) Samenvoegen van 8 kanalen Theoretisch maximale snelheid: 171,2 kb/s (8*10,7(=13*(1-26/144)*2) Tot nu toe CSD (Circuit Switched Data, tot 14,4 kb/s) HSCSD (High Speed Circuit Switched Data, tot 43,2 kb/s; max. 4 kanalen worden samengevoegd) GPRS gebruikt pakket schakeling principe (informatie wordt connectieloos doorgezonden zoals in een IP-gebaseerd netwerk).

GPRS (General Packet Radio Service) verdere GSM 2.5G pakket technologieën: “Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE)”, zou snelheden tot 384 kb/s kunnen toelaten door gebruik te maken van 8 PSK (2 x sneller dan GSM). High Speed Circuit Switched Data (HSCSD), zou kunnen opgedreven worden tot 64 kb/s. Blijft het opzetten van een connectie vereisen (goed voor grote file transferts). Cellular Digital Packet Data (CDPD), zou tot 19,2 kb/s kunnen verhoogd worden. iMode laat slechts 9,6 kp/s toe

UMTS Bron van data: http://www.3gpp.org “3d Generation Partnership Programme” “UMTS: Mobile Communications for the Future” (JW), Flavio Muratore, ISBN 0-471-49829-7 UMTS zal een mobiel communicatiesysteem zijn, dat belangrijke voordelen zal bieden voor de gebruiker, zoals “hoge kwaliteit” draadloze multimedia diensten naar een geconvergeerd netwerk van vaste, cellulaire en satelliet diensten. Het zal informatie rechtstreeks aan de gebruiker afleveren en hem voorzien van een toegang tot nieuwe and innoverende diensten en toepassingen. UMTS zal mobiele gepersonaliseerde communicatie naar de massamarkt brengen onafhankelijk van locatie, netwerk en gebruikte terminal. (UMTS forum 1997)

UMTS UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA) Breedband DS-CDMA () OFDMA () Breedband TDMA () Breedband TD/CDMA () ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) () ETSI SMG2 heeft gekozen voor: BB CDMA voor gepaarde banden (FDD) TD/CDMA voor ongepaarde banden (TDD)

UMTS Spreiding factor: iedereen spreekt tegelijkertijd maar met een verschillende code; niveau belangrijk

UMTS Breedband CDMA specificaties Chipsnelheid 3,84 Mchips/sec. Multiple Access: DS-CDMA Duplex Techniek FDD Chipsnelheid 3,84 Mchips/sec. Draaggolf spreiding 5 MHz (min. 4,4). Framegrootte 10 msec. Spreidingtechniek Variabele spreiding factor & multicode Kanaalkodering 1/2-2/3 convolutioneel + turbo Modulatie QPSK met roll-off =0.22 Up-link: twee code BPSK

UMTS Frame structuur (Tf=10 msec., 15 slots) Tslot=2560 chips, 10*2k bits (k=0-6), SF 4-256 (Uplink) D(edicated)P(hysical)C(ontrol)CH(annel) D (edicated) P (hysical) D(ata)CH (annel) 1 i 14 Piloot; Ndata TFCI; spreiding factor FBI TPC; vermogen controle Data; min 10 bits; max 640 bits

UMTS Frame structuur voor downlink DPCH 10*2k bits (k=0-7), SF 2-256 1 1 i 14 Data1 TPC TFCI Data2 Piloot