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Entwicklungstrends im Mobilfunk - von 3G-Technologien zu EASY-C

Ersteller: Dr.-Ing. Axel SchulzDatum: 09. Mai 2008

ITG-Fachgruppe 5.2.1

Vortrag im Rahmen des FG521 Workshop

FH Jena, 09.05.08

09. Mai 2008Seite 2Axel Schulz, Vodafone D2 GmbH

Agenda

1. Kurzvorstellung

2. historische Entwicklung im Mobilfunk

3. aktuelle Entwicklungen im Mobilfunk

4. Vergleich LTE vs. mobile WiMAX

5. Datenrate vs. spektrale Effizienz

6. EASY-C als Projekt "Beyond LTE"

7. Zusammenfassung


RadebeulDüsseldorf

Niederlassungsstruktur der VF D2 GmbH


Regionalstruktur der Niederlassung Ost

Niederlassung Radebeul

Regionalteam Leipzig

Regionalteam Erfurt

Netzbetrieb Dresden

CallcenterBautzen


Teilnehmer A

Einführung der kommerziellen Telefonie seit 1877

Teilnehmer B

- Verbindung wird permanent durchgeschaltet- Teilnehmer zahlt für Dauer der Verbindung


Erhöhung der Kapazität durch Raum-Diversity

SDM: Space Divison Multiplex

Raum

SDM

„Fräulein vom Amt“


mehrere Kanäle je Leitung durch Trägerfrequenzen

Frequenz

f1f2 f3

fn

fn-1

Erhöhung der Kapazität durch das Trägerfrequenzverfahren


Kombination von Zugriffsverfahren


FDM: Frequency Division Multiplex

Raum

SDM

Frequenz

FDM

Mobilfunk 1. Generation


Mobilfunknetze der1. Generation, z.B.A-, B- oder C-Netz:

Nutzung einer Träger-frequenz je Gesprächs-kanal

Frequenz

f1f2 f3 fn

fn-1

Mobilfunknetze der2. Generation, z.B.D- oder E-Netze:

„Unterteilung“ jederTrägerfrequenz inZeitschlitze

Erhöhung der Kapazität durch dasZeitmultiplexverfahren


F/TDMA

FDMA

CDMA

Leistungsdichte

Kanalzugriffsverfahren (schematisch)


Raum

SDM

Frequenz

FDM

Zeit

TDM


FDM: Frequency Division Multiplex Mobilfunk 1. Generation

TDM: Time Division Multiplex Mobilfunk 2. Generation

CDM: Code Division Multiplex Mobilfunk 3. Generation

WDM: Wavelength Division Multiplex

(„optical“ FDM)

„Fräulein vom Amt“Mobilfunk 2. Generation

Mobilfunk 1. Generation

Kombination von Zugriffsverfahren


Luftschnittstelle

Infrarot

Bluetooth

Kabel

CSD 9,6...14,4 kBit/s

HSCSD 28,8…57,6 kBit/s

GPRS 25 ... 56 kBit/s

EDGE 100...200 kBit/s

UMTS 144...384 kBit/s

HSDPA 1,8…28,8 MBit/s

LTE / mobile WiMAX ???

Schnittstelle zum Nutzer

Stand der Entwicklung im kommerziellen Mobilfunk

2G3G

4G


Entwicklung des Bedarfs an Bandbreite

Zusatzdienste/Applikationen

Basisdienste

Technologien

Standard

Beispiel 1:

Fax

Daten (cs)14,4 kBit/s

GSM

2 G

Beispiel 2:

MMS

Daten (po)50 kbit/s

GPRS

2,5 G

Beispiel 3:

Video download

UMTS

3 G

Daten (po)384 kbit/s


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Western Europe

Exponentielles Datenwachstum

Network traffic(Exabyte-overall network)

YouTube umfasst heute 10% des gesamten Internet-Datenverkehrsentspricht Gesamt-Internet-Datenvolumen des Jahres 2000

1) Source: readwriteweb.com

ADSL ADSL2+ VDSL


Ausblick 2020

?

Festnetz- und Mobilfunk-Verkehr in Summeumfasst ein ca. 200-fach höheresGesamtvolumen gegenüber heute

Eine nur geringe Verschiebung der Anteile zugunsten des Mobilfunkverkehrs bedeutet eine erhebliche Zunahme derVerkehrslast …

• Datenverkehr und Nutzerzahl wächst jährlich um ca. 11%

• selbst die Halbierung dieser Wachstumsprognosebedeutet eine Verdopplung des Datenverkehrs und der Nutzerzahl bis 2020

• Die DSL-Penetration liegt bei ca. 100% Verdopplung gegenüber heutigem Niveau


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Western Europe

Optionen zur Erhöhung der Netzkapazität

6 statt 3 Sektoren pro Standort

Aufrüstung auf dritten3G-Träger zusätzlicherSpektrumsbedarf

Anspruch an Standort-AkquisitionAnspruch an baulicheUmsetzung

31 2

Dritter 5 MHz-Träger (3G)Higher Order Sectorisation Verdichtung durch Neubau


Vergleich LTE vs. mobile WiMAX 1(3)

LTE ist FDD-basiert, d.h. Nutzung von gepaartem Spektrum für UL bzw. DLmobile WiMAX ist TDD-basiert

ca. 1/3 höhere DL-Datenrate für LTE beiNutzung vergleichbarer Resourcen

Continuous transmissionat separate DL/UL frequency

Partial transmissionat DL/UL shared frequency

Uplink / Downlink Nutzersicht

LTE

mobileWiMAX

LTE

mobileWiMAX

User dataSignaling data

Signaling dataUser data

Quelle: R. Klüber, Vodafone D2 GmbH


Computers (with Communication)

Sell goods, subsidise services

Broadband bit pipes

Best effort

Internet architecture

TDD radio technologies

LTE

• (Smart) Phones

• Sell services, subsidise goods

• Value added services

• Reliable and secure

• Telecoms architecture / interworking

• FDD radio technologies

IEEE 802.16

IT Community Telecom Community

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Quelle: Prof. Mike Walker, Vodafone Group R&D


Long TermEvolution

maßgeblicher Einfluß durch China’s Technologie-Entscheidung



Evolution:Optimierung, Spezialisierung, Selektion


Ausblick: „Beyond LTE“ 1(2)

???EDGE HSPAHSCSD

LTEGPRS UMTSCSD

4G3G2G

„EASY-C“


0,1 0,3 0,51,2

3

12

0

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GSM EDGE HSPA LTE EASY-C Theory

bit/s/Hz/cell

Performance Gap

Bps/Hz/Cell

Ausblick: Beyond LTE“ 2(2)

Quelle: Prof. Gerhard Fettweis, Vodafone Chair


Backhaul-Infrastrukturzwischen den Standorten

gleichzeitige Terminal-Detektiondurch mehrere Basisstationen

Kooperationsverfahren zur Kapazitätserhöhung

• “Distributed MIMO” –einvielversprechenderWeg zur Erhöhungder Uplink-Kapazität(und Coverage)

ABER

• erkauft um den Preiseiner wesentlichhöherenFestnetzkapazität


Easy–C-Projekt: Testbed für neue Technologien 1(2)

• finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung

• gemeinsame Projekt-Leitung durch Vodafone D2 GmbH und Deutsche Telekom

• gemeinsame Koordination durch Vodafone Stiftungslehrstuhl, Prof.Fettweis und Heinrich-Hertz-Institut Berlin, Prof. Boche

• Testbed in Dresden and Berlin• basierend auf heutigen LTE- und WiMAX-Technologien

• spezielle Tests für “Distributed MIMO” und andere Verbesserungen

• Projekt-Teilnehmer:

http://www.easy-c.de/


Rosenheim

Dresden

Nürnberg

UlmStuttgart

Darmstadt

Paderborn

Bonn

Berlin

München

Aachen

Mainz

Easy–C-Projekt: Testbed für neue Technologien 2(2)


Testbed Dresden 1(3)

• Lieferant für die Testbed-Basisstationen und Endgeräte: Signalion

• Verbindungslinks der Standorte untereinanderüber Motorola Canopy Richtfunk mit 300MBit/spro Link

• Phase 1: ein Standort, 3 Zellen

• Phase 2: Sternstruktur mit 5 weiteren Standorten (18 Zellen)

• Phase 3: Installation zusätzlicher Standorte zurInterferenz-Simulation

Vodafone-Standorte

T-Mobile-Standorte

Phase 1 Phase 2 Phase 3

© Google Earth



Nutzen:

• Erwerb von Schlüsselkenntnissen in dermobilen Telekommunikation für den Forschungsstandort Deutschland

• zeitlicher Entwicklungsvorsprung fürIndustriestandort Deutschland

• zukünftige Standardisierung beruht auf evaluierter Technologie

• Investitionsschub durch beteiligteProjektpartner

Vodafone-Standorte

T-Mobile-Standorte


© Google Earth



Vodafone-Standorte

T-Mobile-Standorte


© Google Earth

Schlussfolgerungen:

• EASY-C verfügt über eine weltweit einzigartigeTest-Plattform

• Deutschland hat die Chance auf eineFührungsposition in der Entwicklung mobilerKommunikationstechnologien

• perspektivisch Wachstumschancen fürdeutsche Industrie


Zusammenfassung

• Weiterentwicklung von HSPA Wettbewerbsfähigkeit bis zurwahrscheinlichen Einführung von LTE und/oder WiMAX

• erste Ansätze und Ideen im Bereich der Grundlagenforschung( EASY-C) zur Verbesserung der z.Z. in Standardisierungbefindlichen 4G-Technologien LTE und WiMAX auf Basis “Distributed MIMI”, Modulations- und Kodierverfahren

LTEIEEE

802.16 ?

Erhöhung der Uplink-Kapazität durch Kooperationsverfahren

Höhere Datenraten erfordern Verdichtung und zus. Spektrum

zus. Netzkapazität und Netzabdeckung erfordern weitereNetzverdichtung auf Basis kleinzellularer Strukturen

entwicklungstrends im mobilfunk - von 3g-technologien … sdm: space divison multiplex ... wdm:...

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