Geschichte der drahtlosen Kommunikation I

Geschichte der drahtlosen Kommunikation I
1896
Guglielmo Marconi

erste Demonstration der drahtlosen
Telegraphie (digital!)
 Langwellenübertragung, hohe
Sendeleistungen benötigt (> 200kW)
1907

1915
1920

1926

WS 12/13
Kommerzielle Transatlantik-Verbindungen
sehr große Basisstationen
(30 100m hohe Antennenmasten)
Drahtlose Sprachübertragung New York - San Francisco
Entdeckung der Kurzwellenübertagung durch Marconi
kleinere Sender und Empfänger, ermöglicht durch die Erfindung der
Vakuumröhre (1906, Lee DeForest und Robert von Lieben)
Zugtelefon auf der Strecke Hamburg - Berlin
Drähte parallel zur Bahntrasse
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
30
Geschichte der drahtlosen Kommunikation II
1928
1933
1958

1972
viele Feldversuche mit TV (Farb TV, Nachrichten, Atlantik)
Frequenzmodulation (E. H. Armstrong)
A-Netz in Deutschland
analog, 160MHz, Verbindungsaufbau nur von der Mobilstation, kein
Handover, 80% Flächendeckung, 1971 11000 Teilnehmer
B-Netz in Deutschland

analog, 160MHz, Verbindungsaufbau auch aus dem Festnetz heraus (aber
Aufenthaltsort der Mobilstation muss bekannt sein)
 ebenso in A, NL und LUX, 1979 13000 Teilnehmer in D
1979
1982

1983
1984
WS 12/13
NMT, 450 MHz (Skandinavien)
Start der GSM-Spezifikation
Ziel: paneuropäisches digitales Mobilfunknetz mit Roaming
Start des amerikanischen AMPS (Advanced Mobile Phone
System, analog)
CT-1 Standard (Europa) für schnurlose Telefone
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
31
Geschichte der drahtlosen Kommunikation III
1986
C-Netz in Deutschland

analoge Sprachübertragung, 450MHz, Handover möglich, digitale
Signalisierung, automatische Lokalisierung der Mobilstation
 bis 2000 im Einsatz, Dienste: FAX, Modem, Datex-P, e-mail, 98%
Flächendeckung
1991
Spezifikation des DECT-Standards

Digital European Cordless Telephone (heute: Digital Enhanced
Cordless Telecommunications)
 1880-1900MHz, ~100-500m Reichweite, 120 Duplexkanäle, 1,2Mbit/s
Datenübertragung, Sprachverschlüsselung, Authentifizierung, mehrere
10000 Nutzer/km2, Nutzung in 50 Ländern
1992
Start von GSM

in D als D1 und D2, voll digital, 900MHz, 124 Trägerfrequenzen
 automatische Lokalisierung, Handover, zellular,
 Roaming in Europa - nun auch weltweit in weit über 200 Ländern
 Dienste: Daten mit 9,6 kbit/s, FAX, Sprache, ...
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
32
Geschichte der drahtlosen Kommunikation IV
1994
E-Netz in Deutschland

GSM mit 1800MHz, kleinere Zellen
 als Eplus in D (Ende 1997 98% der Bevölkerung erreichbar)
1996
HiperLAN (High Performance Radio Local Area Network)

ETSI, Standardisierung von Typ 1: 5,15 - 5,30GHz, 23,5Mbit/s
 Vorschläge für Typen 2 und 3 (beide 5GHz) und 4 (17GHz) als drahtlose
ATM-Erweiterungen (bis 155Mbit/s)
1997
Wireless LAN - IEEE802.11

IEEE-Standard, 2,4 - 2,5GHz und Infrarot, 2Mbit/s
 viele proprietäre Produkte schon früher
1998

Spezifikation von GSM-Nachfolgern
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) als europäischer
Vorschlag für IMT-2000 (IMT-2000: einheitliches Rahmenwerk der ITU für
zukünftige Kommunikationssysteme)
Iridium

WS 12/13
66 Satelliten (+6 Reserve), 1,6GHz zum Mobiltelefon
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
33
Geschichte der drahtlosen Kommunikation V
1999
Weitere drahtlose LANs

IEEE-Standard 802.11b, 2,4 - 2,5GHz, 11Mbit/s
 Bluetooth für Pikonetze, 2,4GHz, < 1Mbit/s
Entscheidung über IMT-2000

Mehrere „Familienmitglieder“: UMTS, cdma2000, DECT, ...
Start von WAP (Wireless Application Protocol)

Erster Anfang der Verschmelzung Internet/Mobilkommunikation
 Zugang zu vielfältigen Informationsdiensten über ein Handy
2000
GSM mit höheren Übertragungsraten

HSCSD bietet bis zu 57,6kbit/s
 Erste GPRS-Installationen mit bis zu 50kbit/s (paketorientiert)
UMTS-Versteigerungen/-Schönheitswettbewerbe

2001

WS 12/13
Höhenflug und erste Ernüchterung (über 50 Mrd. € für 6 Lizenzen bezahlt)
Start von 3G-Systemen
cdma2000 in Korea, UMTS-Tests in Europa, Foma (beinahe UMTS) in
Japan
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
34
History of wireless communication VI
2002

WLAN hot-spots start to spread
2003


UMTS starts in Germany
Start of DVB-T in Germany replacing analog TV
2005


WiMax starts as DSL alternative (not mobile)
first ZigBee products
2006



HSDPA starts in Germany as fast UMTS download version offering > 3 Mbit/s
WLAN draft for 250 Mbit/s (802.11n) using MIMO
WPA2 mandatory for Wi-Fi WLAN devices
2007

over 3.3 billion subscribers for mobile phones (NOT 3 bn people!)
2008


“real” Internet widely available on mobile phones (standard browsers, decent data
rates)
7.2 Mbit/s HSDPA, 1.4 Mbit/s HSUPA available in Germany, more than 100
operators support HSPA worldwide, first LTE tests (>100 Mbit/s)
2009 – the story continues with netbooks, iphones, VoIPoWLAN…
2010 – LTE available in some cities, new frequencies allocated

WS 12/13
Reuse of old analog TV bands, LTE as DSL replacement for rural areas
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
35
Mobilfunksysteme: Entwicklung im Überblick
Mobiltelefone
Satelliten
1983:
AMPS
1982:
Inmarsat-A
1984:
CT1
1986:
NMT 900
1987:
CT1+
1988:
Inmarsat-C
1991:
CDMA
1991:
D-AMPS
1989:
CT 2
1992:
Inmarsat-B
Inmarsat-M
1993:
PDC
1994:
DCS 1800
analog
drahtlose
LAN
1980:
CT0
1981:
NMT 450
1992:
GSM
schnurlose
Telefone
1991:
DECT
1998:
Iridium
2000:
GPRS
199x:
proprietary
1997:
IEEE 802.11
1999:
802.11b, Bluetooth
2000:
IEEE 802.11a
2001:
IMT-2000
digital
Vierte Generation
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
36
Übersicht
Motivation und Begriffsbildung
Geschichte der drahtlosen Kommunikation
Vereinfachtes Referenzmodell
Vorlesungsübersicht
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
37
Vereinfachtes Referenzmodell
Anwendung
Anwendung
Transport
Transport
Netzwerk
Netzwerk
Sicherung
Sicherung
Bitübertragung
Sicherung
WS 12/13
Netzwerk
Sicherung
Bitübertragung Bitübertragung
Funk
WS 12/13
Netzwerk
Bitübertragung
Medium
Drahtlose Kommunikation - Einführung
38
Einfluss der Mobilkommunikation auf das Referenzmodell

Anwendungsschicht



Transportschicht


Netzwerkschicht


Sicherungsschicht



Bitübertragungsschicht





WS 12/13
WS 12/13
Dienstelokation
neue Anwendungen, Multimedia
adaptive Anwendungen
Staukontrolle, Flusskontrolle
Dienstqualität
Adressierung, Wegewahl,
Endgerätelokalisierung
Handover
Authentifizierung
Medienzugriff
Multiplexing
Medienzugangskontrolle
Verschlüsselung
Modulation
Interferenzen
Dämpfung
Frequenzen
Drahtlose Kommunikation - Einführung
39
Übersicht
Motivation und Begriffsbildung
Geschichte der drahtlosen Kommunikation
Vereinfachtes Referenzmodell
Vorlesungsübersicht
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
40
Kapitelübersicht
Transportprotokolle
Netzwerkprotokolle
Telekommunikationssysteme
Ad-hoc und
Sensornetze
Drahtlose
LANs
Medienzugriffskontrolle
Technische Grundlagen
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
41
Übersicht über die Vorlesung

Einführung












WS 12/13
Wellenausbreitung,
Frequenzen
Signale, Dämpfung, Antennen
Modulation
SDMA, TDMA, CDMA, FDMA
CSMA/CA, Aloha mit Varianten
Kollisionsvermeidung, Polling

Einsatzgebiete
Herausforderungen
Programmierung
Energieeffiziente MAC-Layer
Bestimmung von Ort und Zeit
WS 12/13
GSM, HSCSD, GPRS, DECT,
TETRA, UMTS, IMT-2000
Drahtlose LANs

Techniken, Einsatzgebiete
 IEEE 802.11a/b/g, .15,
Bluetooth

Netzwerkprotokolle

Mobile IP
 Ad-hoc Netze
 Wegewahl
Sensornetze

Drahtlose
Telekommunikationssysteme

Medienzugriff


Einsatzszenarien
Begriffsdefinitionen
Herausforderungen
Technische Grundlagen




Transportprotokolle/Mobile
TCP

zuverlässiger Datentransport
 Flusssteuerung
 Dienstqualität
Drahtlose Kommunikation - Einführung
42
Zusammenfassung und Literatur
Motivation und Begriffsbildung
Geschichte der drahtlosen Kommunikation
Vereinfachtes Referenzmodell
Vorlesungsübersicht
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
43
Zusammenfassung
Drahtlose Kommunikation ist ein äußerst wichtiger Baustein
in der modernen IT

Hardwaretrends
 Nutzererwartungen
Drahtlose Kommunikation wird nicht durch kleine Anpassungen von
drahtgebundener Kommunikation gelöst
Es gibt nicht das eine Szenario für drahtlose Kommunikation

Eingesetzte Gerätetypen
 Anwendungsfälle
 Netzformen
Zwei wesentliche Herausforderungen aus technischer Sicht

Integration in bestehende Netze
 Entwicklung neuer Netzorganisationsformen
Wesentliche Herausforderungen aus Anwendungssicht: nahtlose Integration
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
44
Literatur
[Schiller2003] Jochen Schiller, „Mobilkommunikation“, 2te überarbeitete
Auflage, 2003
1. Einführung
WS 12/13
WS 12/13
Drahtlose Kommunikation - Einführung
45