Telefonia mobilna (komórkowa)

1. TiTD Telefonia mobilna (komórkowa) Wykład 10

2. Telefonia komórkowa Idea globalnego zasięgu Od zawsze człowiek próbował się komunikować. Tysiące lat temu były to tradycyjne środki: • głos, • znaki dymne (tam - tamy), • posłańcy. Z biegiem czasu informacja przekazywana coraz szybciej Obecnie media korzystają z wielu nośników informacji.

3. Jak to wszystko się zaczęło ... Historia telefonii komórkowej: ·1956 - wprowadzenie przez szwedzką firmę Ericsson telefonu komórkowego wielkości walizki i ważącego niespełna 40 kg – koszt – tyle ile samochód ·Pierwsza sieć telefonii komórkowej - Sztokholm, miała zasięg działania 30 km i 100 abonentów. W miarę postępu technologicznego: • wymiary malały • ceny telefonów komórkowychmalały • zwiększała swój zasięg. Połowa i koniec lat 90-tych - telefonia komórkowa zyskała na ogromnej popularności

4. W Polsce Pierwszym operatorem - Centertel. CENTERTEL - od roku 1991r – spółka: • Telekomunikacji Polskiej S.A. (66%) • francuskiego France Telekom Mobiles International (34%). System telefonii analogowej NMT - przejęty z krajów skandynawskich. Dynamiczny rozwój - liczba abonentów około 250 tys. Po wprowadzeniu systemów cyfrowych część abonentów zrezygnowała z usług CENTERTELA Główną zaletą sieci NMT był jej zasięg (obecnie sieć pokrywa 95% terytorium kraju). Polska Telefonia Komórkowa Centertel Sp. z o.o. jest operatorem dwóch sieci telefonii komórkowej:  • cyfrowej IDEA-ORANGE (GSM 900/1800) z ponad 10 milionami użytkowników • analogowej NMT (Centertel), z której korzysta kilkanaście tysięcy abonentów- wymiera

5. Dwie następne sieci - Plus GSM i Era GSM. PlusGSM (a właściwie Polkomtel – Vodafone, Orlen, TDC po 19,61%) jako pierwszy otrzymał koncesję na świadczenie usług telekomunikacyjnych i zezwolenie na budowę sieci GSM w paśmie 900MHz. W roku 1996 miał 50 tys. abonentów. 98% powierzchni kraju W 1999 r sieć Plus GSM otrzymała koncesję na budowę sieci GSM 1800 (DCS) 4 firmy polskie (mające 61% akcji) 2 firmy zagraniczne (39% akcji). W skład spółki wchodzi: Era GSM Koncesja nr 2 przypadła dla spółki Polska Telefonia Cyfrowa. Jest ona operatorem sieci. Obecnie T-Mobile Deutschland 70% udziałów Wartość firmy to ponad 1 mld USD. Sieć Era GSM także otrzymała koncesję na DCS 1800 sieć ERA i Heyah PLAY – od marca 2007 Novator 49,7%Tollerton 50,2% Play Fresh na kartę Obecnie sumarycznie ok. 43 mln abonentów – czyli więcej niż 1/osobę – firmy, abonenci nieaktywni Wszyscy trzej operatorzy w 2000 roku otrzymali koncesję na UMTS

6. Działanie telefonu komórkowego • Podstawowy stan telefonu- stan czuwania. • Telefon stale monitoruje sieć wybierając kanały radiowe o najwyższej mocy. • W stanie czuwania telefon cyklicznie informuje sieć o swoim położeniu. Proces taki to tzw. PLU (Periodical Location Update). • W Polskich sieciach GSM ten okres wynosi: • 180 minut w Plusie oraz w Erze • 120 minut w Orange

7. Jeśli przez 3 godziny abonent nie odebrałżadnego SMS lub rozmowy, to w tym czasie doszło do nadawania tylko raz. • PLU trwa około 2 sekund. • Słowa zamieniane są na cyfrowe fale radiowe, które są wysyłane z telefonu przydzielonym wcześniej kanałem radiowym. • W czasie rozmowy przebiega: • obróbka sygnału mowy • ciągłe monitorowanie sieci i wymiana informacji ze stacją bazową na temat jakości sygnału wysyłanego i odbieranego (moc nadawania może ulegać zmianom).

8. Telefony komórkowe umożliwiająporuszanie się w trakcie transmisji, mierząc cały czas moc dostępnych kanałów. Wyniki tych obliczeń przekazywane są do sieci za pośrednictwemBTS'a - stacji bazowych (GSM) lub Node-B (UMTS). O przekazaniu rozmowy do innego BTS'a decyduje kontroler stacji bazowych BSC - steruje i sprawuje nadzór nad BTS'ami. Kilka BSC jest podłączonych do jednego MSC (Mobile Switching Centre) cyfrowa centrala telefoniczną przystosowaną do pracy w sieci GSM. Głównym zadaniem MSC jest zestawianie rozmów i komutacja łączy na czas transmisji Przekazywanie rozmów ze stacji bazowej do innego BTS`a zwane jest handoverem.

9. GSM - struktura sieci NadajnikiBTS – stacje bazowe – łącznik pomiędzy użytkownikiem, a resztą sieci - zespół anten nadawczych i odbiorczych, działających w dwóch pasmach (900 i 1800 MHz). Każde z nich udostępnia ściśle określone częstotliwości (tzw. kanały radiowe) ZASIĘG SYGNAŁU BTS stanowi jedną komórkę sieci W każdym kanale przesyłanych może byćjednocześnie 8 rozmów. Prędkość odbiorcy - gdy przekroczy ona 250 km/h telefon nie będzie potrafił ustalić odpowiednich parametrów niezbędnych do nawiązania połączenia.

10. Centrale regionalne MSC - nadzorują pracę sieci w regionie oraz spełniają funkcję pomostu pomiędzy całą siecią i wszystkimi abonentami - powinny one być połączone każda z każdą Centrum zarządzania siecią Centrum identyfikacji - informacje o kodach dostępu każdego z abonentów - silnie strzeżone centrum komputerowe System bilingowy - rachunki z opłatami dla abonentów. Poza tym sieć GSM składa się z wielu podsystemów,

11. Anteny – firmy Kathrein i inne BTS NODE –B (Orange UMTS)

12. Nadajniki spełniają role: • ustalenie optymalnych parametrów transmisji • dobranie odpowiedniej mocy nadawczej, gdy sygnał jest przerywany • przełączanie się pomiędzy nadajnikami Pomieszczenia - najczęściej klimatyzowane - moduły odpowiedzialne za swoje zadania, także bateria akumulatorów, Nadajniki nie komunikują się bezpośrednio z centralą

13. BTS najczęściej posiadają 3 anteny (każda zabezpiecza kąt 1200) dla przekazu do terminali (telefonów) W obszarach gęstozaludnionych – anteny dwusystemowe 900 i 1800 MHz

14. BSC, czyli kontroler stacji bazowych - ogniwo pośrednie pomiędzy centralami a stacjami przekaźnikowymi. Jego rola: • łączenie rozmów w sieci komórkowej • kontrolowanie ruchu w obszarze działania stacji bazowych • pomost łączący sieci komutowane z sieciami opartymi o protokół IP, umożliwiając korzystanie z pakietowej transmisji danych (GPRS) • kontroluje proces przełączania abonenta z jednej stacji bazowej do drugiej

15. Porównanie podstawowych cech generacji komórkowych: GENERACJA I (1G): - analogowe (AMPS,NMT,TACS) –zakłócenia, podsłuch GENERACJA II (2G): • cyfrowe GSM900,DCS1800 • usługi wąskopasmowe: głos,dane,SMS,VMS,faks • transmisja danych 9,6 kb/s • SMS , połączenia alarmowe GENERACJA (2,5 G): • HSCSD (Hight Speed Circuit Swiched Data) do 115 kb/s • GPRS (General Packed Radio Service) do 170 kb/s. • EDGE- 473,6 kb/s GENERACJA III (3G) UMTS • WCDMA, nakładanie się usług wąsko- i szerokopasmowych, transmisja danych 384kb/s i 2Mb/s, usługi internetowe i multimedialne • HSDPA – 10 Mb/s i więcej

16. Ewolucja systemów komórkowych 1G W latach osiemdziesiątych powstały pierwsze systemy telefonii komórkowej pierwszej generacji (1G) oparte na technice analogowej. W Polsce był to system NMT 450 (Centertel), system pracującyw częstotliwości 450 MHz z liczbą kanałów 200 pokrywający 95% powierzchni kraju. Systemy analogowe - wady: • mała odporność na zakłócenia, • łatwośćpodsłuchu rozmów, • brakroamingu międzynarodowego • niedostateczna transmisja danych.

17. 2G Powstanie systemów komórkowych drugiej generacji (2G) popularnie zwanych GSM pracujących w technice cyfrowej. Dla telefonii 2G zostały określone podstawowe cechy komunikacji: • transmisja danych - 9,6 kb/s, • transmisja mowy - kodowanie z przepływnością13 kb/s, • dostęp do kanału radiowego • przesyłanie SMS-ów • realizacja połączeń alarmowych. Pierwszy system GSM na świecie - w 1991 r.

18. W Polsce system GSM 900 został wprowadzony w 1996 r przez firmy PTC (Polska Telefonia Cyfrowa) w sieci Era GSM oraz Polkomtel S.A. w sieci GSM Plus. W 1998 r koncesję na GSM 1800 dostał trzeci polski operator Centertel - siećIdea przekształcona w ORANGE. Telefonia 2G w 1995r. otrzymała usprawnienia: • transmisja telefaksowa, • interfejs komputerowy, • usługi telekonferencyjne, • identyfikacja abonenta za pomocą karty SIM.

19. Zasada GSM W systemie radiowym potrzebne jest pasmo częstotliwości (tzw. pasmo przenoszenia) o szerokości tym większej im większa jest przepływność danych z nią związana. Sposób - przypisywanie dla poszczególnych transmisji odrębnych pasm częstotliwości. Stacja bazowaBTS oddziela poszczególne pasma przenoszenia (rozdziela częstotliwości) ze względu na interferencje. Nawet w sąsiadujących komórkach (ang. cells) muszą być używane różne częstotliwości aby bliskie stacje bazowe nie zakłócały nawzajem swoich transmisji.

20. W systemie GSM - definiuje się pasma przenoszenia (200 kHz), większe niż jest to niezbędne dla transmisji związanej z jedną rozmową - dzieli się je na szczeliny czasowe (TDM), w których nadawane są ramki danych związane z poszczególnymi transmisjami. 8 szczelin najpierw nadawana jest ramka danych z pierwszą rozmową (lub transmisją danych), potem z drugą, ..., siódmą, ósmą, potem znowu pierwszą itd. W razie potrzeby dla jednej transmisji można przypisać kilka szczelin i w ten sposób zwiększyć przepływność.

21. Technika cyfrowa zrewolucjonizowała telefonięstacjonarną, że możliwe stało się przesyłanie jakichkolwiek danych, nie tylko rozmów głosowych, ale też obrazu i danych. Pojemności światłowodów - niemal nieograniczone - co jakiś czas pasmo przesyłania danych zostaje zwiększone dwukrotnie Telefonia komórkowa od początku istnienia nie miała dużych możliwości przesyłania danych. Standardowa prędkość danych przez sieć GSM - 9,6 kbit/s zwiększona do 14,4 kbit/s. Przełom - równolegle różne częstotliwości nośne - więcej rozmów w tym samym czasie. WadaGSM- za połączenie płacimy w zależności od czasu połączenia, niezależnie od tego czy w tym czasie są przesyłane dane, czy też nie - gdy potrzebne jest przesłanie dużego pliku.

22. 2,5G Następna faza ewolucji systemów komórkowych - 2,5G faza przejściowa pomiędzy 2G a 3G Telefonia 2,5G powstała w 1997r - opiera się na dwóch szybszych technologiach transmisji: HSCSD (Hight Speed Circuit Swiched Data) do 115 kb/s GPRS (General Packed Radio Service) do 170 kb/s.(telefon – laptop – PCIMCIA z kartą SIM) EDGE – ulepszona wersja GPRS Transmisja danych HSCSD umożliwia zwiększenie szybkości przekazu poprzez przydział kilku tzw. „szczelin czasowych” Transmisja pakietowa GPRS - 8 szczelin czasowych w jednym kanale radiowym

23. Rewolucjęprzyniosły dwa nowe standardy – HSCSD i GPRS HSCSD (ang. High Speed Circuit Switched Data), pakietowa transmisja danych GPRS - jest w Polsce oferowany przez operatora sieci Plus GSM. W sieci Plus GSM możliwe jest uzyskanie największej prędkości 43,2 kbit/s (3 x 14400 = 43200 bits/s).

24. GPRS(ang. Global Packet Radio Service) Zasada działania GPRS - użytkownik nie musi za każdym razem wybierać numeru, by przesłać dane. Po uruchomieniu i zalogowaniu się do sieci terminal zawsze pozostaje uruchomiony w tzw. sesji GPRS. Telefon podłączony do komputera - co jakiś czas sprawdzanie np. poczty elektroniczną bez potrzeby łączenia się z numerem bramki. Po zalogowaniu terminal nie zajmuje dostępnych kanałów logicznych. Podtrzymanie sesji GPRS-owej abonenta. Dopiero podczas przesyłania danych, udostępniane jest dynamicznie więcej kanałów logicznych, o ile zajętość kanału radiowego na to pozwala. Przydzielanie kanałów w zależności od liczby danych

25. Możliwość uzyskania maksymalnej prędkości 171,2 kbit/s na jednym kanale radiowym. Roaming GPRS Tworzy się obecnie sieć GRX, zadaniem której będzie zapewnienie łączności pomiędzy sieciami GPRS różnych operatorów. Naliczanieopłat Ideą naliczania opłat w standardzie GPRS jest opłata za pakiet informacji, a nie za czas połączenia. Płacimy tylko w momencie przesyłania danych. Najprostsze telefony klasy C - jako telefony lub jako terminale GPRS. Zaawansowane klasy B, mogą być jednocześnie uruchomione w trybie głosowym i GPRS – automatyczne przełączanie.

26. EDGE (E-GPRS) (ang. Enhanced Data Rates for Global Evolution) Usługa transmisji pakietowej - ulepszona wersja GPRS (2,5G). Teoretyczna maksymalna szybkość połączenia EDGE wynosi 473,6 kbit/s, faktycznie uzyskiwane prędkości są rzędu 100- 200 kbit/s Wydajniejsza technika modulacji (8PSK) na wybranych szczelinach czasowych. Rywal dla rozwoju 3G - pozwala na korzystanie z większości mobilnych usług multimedialnych (np. video-streaming), lecz nie wymaga, tak jak w przypadku UMTS, całkowitej przebudowy infrastruktury operatora jak i zupełnie nowych terminali (telefonów), a jedynie stosunkowo niewielkich modyfikacji istniejącej infrastruktury. Wada - wysokie opóźnienie przesyłanych danych, sięgające nawet 1000 ms, w porownaniu do ok. 200 ms przy zastosowaniu technologii UMTS - mniejszy komfort pracy użytkownika takiej sieci, może także uniemożliwiać korzystanie z VoIP, czy wideokonferencje.

27. EDGE w Polsce Polska Telefonia Cyfrowa Era Blueconnect Polkomtel Plus iPlus PTK Centertel Orange OrangeFree P4 Play PlayOnline

28. Ostatni krok ku telefonii 3G (UMTS) po wprowadzeniu transmisji GPRS jest to etap transmisji EDGE (Enhanced Data GSM Evolution) –Plus w Polsce- umożliwiającą transmisję z przepływnością384 kb/s 3G – UMTS

29. Przyszłość - sieci 3G - UMTS System UMTS - hierarchiczna architektura: • na obszarach o dużym ruchu, w budynkach - komórki wielkość kilkudziesięciu metrów (tzw. pikokomórki), • w centrach miast komórki kilkusetmetrowe - podobnie jak GSM 1800 (tzw. mikrokomórki), • na pozostałych obszarach komórki o średnicy 30-40 km, czyli porównywalne z GSM 900 (tzw. makrokomórki). W rejonach świata o małym zaludnieniu połączenia będą zapewniać systemy satelitarne.

30. 3G – UMTS Universal Mobile Telecommunications System Znaczne poszerzenie możliwości w zakresie transferu danych Nowe usługi, takie jak np. wideorozmowa. W systemach UMTS, sieć radiowa bazuje przeważnie technologii WCDMA, rozszerzenie HSDPA osobno sieć szkieletowa – osobno radiowa

31. Koncepcja nakładających się komórek:

32. Cecha: kompatybilność sprzętowa i protokolarna wszystkich sieci naziemnych i satelitarnych. Z architektury komórkowej wynikajązalety: • stacje ruchome (mobilne) mogą być obsługiwane w makrokomórkach, • makrokomórki pokrywają miejsca trudne do pokrycia komórkami niższego rzędu, • makrokomórki dodają pewną nadmiarowość do systemu powodując wzrost jego niezawodności.

33. Stacja bazowa PBS obsługuje obszar kilku komórek systemu. Sygnał wywoławczy dochodzi do stacji ruchomej z dedykowanej stacji bazowej BS, ale stacja ruchoma odpowiada systemowi za pośrednictwem najbliższej standardowej stacji. Koncepcja dedykowanej stacji bazowej do realizacji usług przywoławczych • BS - stacja bazowa • PBS - stacja bazowa dla usług przywoławczych • LE - centrala lokalna • MCN – węzeł sterowania systemem radiokomunikacyjnym

34. UMTS - dostęp radiowy do globalnej infrastruktury telekomunikacyjnej za pośrednictwem segmentu: • naziemnego • satelitarnego dla użytkowników stacjonarnych jak i ruchomych, operujących w różnych sieciach (publicznych, korporacyjnych lub prywatnych). System UMTS integruje wszystkie systemy telekomunikacyjne. Zapewnia globalne pokrycie zasięgiem Umożliwia dostęp do wszystkich sieci telekomunikacyjnych, czyli: • telefonicznych • teleinformatycznych, • radiowych • telewizyjnych.

36. WCDMAUMTSWideband Code Division Multiple Access Transfer danych odbywa się we wspólnym kanale transmisyjnym o szerokości 5 MHz. Transmisja do poszczególnych terminali rozpraszana jest na całe spektrum (5MHz) dzięki specjalnym kodom pseudolosowym. Komutacja pakietów Aby lepiej wykorzystać zasoby, stosuje się kontrolę mocy. Terminale 1500 razy na sekundę przesyłają do sieci radiowej informacje o sile i jakości sygnału odbieranego ze stacji bazowej. Na tej podstawie dobierana jest moc transmisji - proporcjonalnie zostanie przyznana dla konkretnej transmisji.

37. HSDPA – UMTS (High-Speed Downlink Packet Access) najnowsza technologia UMTS - termin „3.5G” (lub "3½G"). W stosunku do WCDMA tylko upgrade software'u w stacjach bazowych i ich kontrolerach Umożliwia przesyłanie danych do 8-10 Mb/s, a w późniejszym okresie nawet do 14.4 Mb/s. Wysyłanie (UPLOAD) danych odbywa się z prędkością do 384 kb/s. Użytkownik będący w zasięgu tej technologii automatycznie uzyskuje większą szybkość połączenia bez potrzeby wprowadzania jakichkolwiek zmian w istniejących ustawieniach. 8-10 Mbit/s w paśmie o szerokości 5 MHz. ERA – BlueConnect - teraz HSDPA 1,8 Mbit/s

38. UMTS- HSDPA • szybka transmisja danych, • słuchanie muzyki z sieci Internet, • możliwośćwideopołączenia • oglądanie telewizji,

39. Telefonia satelitarna W latach 50-tych XX w. - pierwszy satelita telekomunikacyjny Idea globalnego komunikowania się - udostępnienie satelitów do dyspozycji ogółu. W początkach lat 90-tych zostały zawiązane dwa konsorcja, których zadaniem było opracowanie, wdrożenie i eksploatacja systemów łączności satelitarnejmobilnej Pierwsze z nich Iridium(sieć 66 satelitów umieszczonych na orbicie okołoziemskiej) – niewypał z powodów: • konkurencja dla systemów naziemnych telefonii komórkowej • wysokie ceny usług, • wysokie ceny samych telefonów Drugi system Globalstar

40. Systemy satelitarne • Intersputnik (rosyjski od 1971 r. ale skomercjalizowany, apolityczny o międzynarodowym zasięgu) • Eutelsat • Intelsat • Inmarsat ( w Psarach k/Kielc stacja) • VSAT • Solaris transmisja głosu, danych, TV, Radio rozpoczęło się od statków na morzu – teraz też ląd

41. Świadczone usługi m.in. • usługiwideo • bezpośrednie przekazywanie sygnałów TV i radiowych, • telewizja interaktywna, • satelitarny przekaz wozów transmisyjnych "na życzenie", • usługiszerokopasmowe • dwukierunkowe usługi dostępu do Internetu, • satelitarne łączenia sieci lokalnych, • sieci prywatne, • transmisje strumieniowe, • tworzenie sieci szkieletowych, • usługi telekomunikacyjne • terminale łączności dalekosiężnej dla firm, • prywatne, zamknięte kanały telewizyjne i radiowe, • usługi łącznościowe dla instytucji rządowych, • łączność ruchoma • usługi nawigacyjne, alarmowe, zarządzania flotami pojazdów, • głosowa i faksowa łączność dla statków i służb pomocy drogowej, • szerokopasmowa łączność morska.

42. Transponder - podstawowy element satelity telekomunikacyjnego – urządzenie cyfrowe (pasywne lub aktywne) • Na jednym satelicie montuje się od 20 do 100 transponderów • Jeden transponder to: • kilka kanałów telewizyjnych • wiele programów radiowych – dodatkowe usługi Pierwotnie transpondery analogowe umożliwiały transmisję tylko jednej stacji telewizyjnej i kilku programów radiowych. Typowe pasma: 27, 33, 36, 54 i 72 MHz.

46. W ciągu 3 ostatnich lat 52 satelity, z których 4 są traktowane jako rezerwowe. • Każdy satelita jest przewidziany do eksploatacji na okres 7,5 roku • Koszt budowy jednego satelity w granicach 15 mln dolarów – całość ok. 2 mld $ • Satelity umieszczone są na wysokości 1414 km nad powierzchnią ziemi - geostacjonarne W telekomunikacji tradycyjnej satelity mają orbity eliptyczne lub kołowe – 3 poziomy wysokości, częstotliwość –od 2 do 30 GHz w zależności od kanału sat-ziemia, ziemia - satelita Do przekazywania sygnałów wykorzystywane sąbramki, których to uruchomiono do tej pory 24 z zakładanych 42. Polska obsługiwana jest przy pomocy bramki, która mieści się na terytorium Francji.

48. Typowe telefony komórkowe działające w systemie Globalstar, • Telefony stacjonarne, do których podłączana jest antena satelitarna • Telefony satelitarne w kształcie budek telefonicznych, przeznaczone do postawienia w odludnych miejscach Usługi dostępne w sieci Globalstar • połączeń głosowych, • obsługa połączeń przychodzących i oczekujących, • obsługa poczty głosowej, • identyfikacja rozmówcy, • obsługa nr alarmowego 112, • odbiór i wysyłanie wiadomości SMS. • przesyłanie danych oraz faksów, • Oferta ORANGE • Trzeba aktywować kartę SIM w sieci ORANGE oraz uruchomić na niej roaming satelitarny (miesięczny abonament 100 zł netto). Trzeba nabyć jeden z dwóch telefonów satelitarnych • dawniej Ericsson 6800 zł netto • Telit 3999 zł netto

49. Obsługa Wybieramy tryb satelitarny i wychodzimy na zewnątrz budynku, żeby telefon mógł zalogować się do systemu satelitów Globalstar. Jeżeli nad głową mamy bezchmurne niebo po kilkunastu sekundach na wyświetlaczu telefonu pojawia się napis "GSTAR EU1" świadczący o tym, że znalazł sieć i się do niej zalogował. Numer osoby, do której dzwonimy wybieramy w standardzie międzynarodowym, czyli np. +48611001000. Opłaty za minutę połączenia ok. 12 zł Taryfikacja - jedna minuta, a dalej co sekundę.

50. Miesięczny wynajem telefonu satelitarnego to 500 PLN plus koszt połączeń telefonicznych wykonanych w sieci satelitarnej. • Telefony: • Hughes 7101 od 750 USD • Thuraya – ok. 800$ • Motorola Iridium • Telit Rozwój? Niejasny. Wydawałoby się duża przyszłość a wiele projektów upada.