Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
1
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Mobilkommunikationsnetze
- LTE & weiter? -
Vorlesung
Markus Brückner
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
2
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE
• Long-Term Evolution
• Entwicklungspfad für Mobilfunknetze nach UMTS
– Fokus auf Datenübertragung
nur Paketvermittlung, gesamtes Netz IP-basiert
– Hohe Übertragungsraten (300 MBit/s Down-, 75 MBit/s
Uplink)
– Geringe Latenz (< 5 ms im Funknetz)
– flexible Skalierung der Bandbreite (1,4 – 20 MHz pro
Kanal)
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
3
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Funkschnittstelle
• Downlink: OFDM
– robust gegenüber frequenzabhängigem Fading & Inter-
Symbol-Interferenz
– einfache Skalierung der Kanalbandbreite
• Uplink: SC-FDMA
– weniger leistungsfähig, als OFDM
– energieeffizient wichtig für Endgeräte mit begrenztem
Energievorrat
• Modulation bis 64-QAM
• bis 4x4 MIMO zur Kapazitätssteigerung
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
4
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Netzwerkstruktur
• 2 Teile:
– eNodeB: evolved Node B Basisstation
– EPC: Evolved Packet Core Kernnetz
X2
X2
X2
EPC
eNodeB
eNodeB
eNodeB
S1 S1
Nach: http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
5
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Netzwerkinfrastruktur
• Entwicklung der Netzkomponenten UMTS LTE
GGSN
Node B
SGSN
RNC
SGW
MME
ENodeB Control Plane
User Plane
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
6
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Handover
• netzgetriebener Handover
– Endgerät misst Signalstärken & meldet benachbarte Zellen
an eNodeB
keine vordefinierte Nachbarschaftsliste notwendig
– eNodeB trifft Handoverentscheidung
• HO ohne Beteiligung des Kernnetzes (wenn möglich)
– Abstimmung beteiligter eNodeB via X2-Schnittstelle
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
7
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Handover
• Handover ohne Wechsel des MME (vereinfacht)
UE Source
eNodeB MME SGW
Target eNodeB
HO Entscheidung
Admission Control
Measurement Report
HO Request
HO Request ACK Informationen d. Target eNodeB
Abmelden Source eNodeB,
Synchronisation mit Target eNodeB
Weiterleitung von Paketen für
UE via X2
Datenverbindung
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
8
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE – Handover
• Ziel: Seamless Mobility
– Vorbereitung Wechsel durch alten eNodeB
• Anforderung von Ressourcen am neuen eNodeB
• Weiterleitung von Konfigurationsdaten an UE
vermeidet Zugriff auf Ressourcen des neuen eNodeB
– Pufferung & Weiterleitung von Paketen in altem & neuem
eNodeB während Wechsel
Unterbrechung nur etwa 35 ms
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
9
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE-Advanced
• Weiterentwicklung von LTE in Richtung 4G
• Nutzdatenraten bis 1 GBit/s symmetrisch
(100 MBit/s bei schneller Bewegung)
• Kanalbandbreiten bis 100 MHz
• 8x8 MIMO im Downlink
• Update für bestehende LTE-Zellen in Software
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
10
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Zukunft?
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
11
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
5G
• Bisher: hauptsächlich Ideen/Visionen
• Zeitrahmen: ab 2020
• Beispiel: Next Generation Mobile Networks Alliance*
– Hohe Datenraten
• 1 GBit/s pro Nutzer für dutzende Nutzer (Beispiel: Büro-
Umgebung)
• min. 50 MBit/s „überall“
– Hohe Nutzerzahlen
• >10 MBit/s pro Nutzer für >10.000 Nutzer (Beispiel: Stadion)
• >> 100.000 Endgeräte/km² (Beispiel: Sensornetze)
– Latenz ~1 ms für spezielle Anwendungsfälle
*nach: 5G White Paper – Executive Version, http://www.ngmn.org/uploads/media/141222_NGMN-Executive_Version_of_the_5G_White_Paper_v1_0.pdf
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
12
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
5G
• Erste Technologiedemonstrationen
• Beispiel: Huawei-“Mobiltelefon“ Anfang 2015
Quelle: http://www.golem.de/news/lte-nachfolger-huawei-zeigt-sein-erstes-5g-handy-1501-111819.html
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
13
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
802.11ad – WiGig
• WLAN bis 7 GBit/s
• Kanalbandbreite > 2 GHz
• 60 GHz ISM-Band
– Kurzstreckenübertragung (keine Durchdringung von
Wänden)
– Zielgruppe eher Geräteverbindungen (bspw. drahtlose
Bildschirmanbindung)
• Beam Forming zur gerichteten Übertragung
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
14
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
LTE in unlicensed spectrum
• Nutzung von ISM-Bändern durch LTE
zusätzliche Bandbreite bspw. für Femtozellen
– Grundlegende Abdeckung im lizenzierten Band, ISM-Kanal
nur als zusätzliche Ressource
• Problem: Koexistenz mit bestehenden Technologien
notwendig
– Implementierung von Carrier Sensing
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
15
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Selbstorganisation
• selbstorganisierte Steuerung von Mobilfunknetzen
– Optimierung von Betriebsparametern
• Antennenneigung
• Handover Margin
• Sendeleistung
– Ziele
• Lastverteilung
• automatische Reaktion auf geänderte Anforderungen/Lasten
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
16
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Und hier?
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
17
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Cognitive Radio Networking
• Motivation: – Ineffiziente Nutzung des
Spektrums
– Überlastetes ISM-Band (Wifi) sowie zelluläre Netze (GSM, UMTS, ..)
– Statische Zuweisung bzw. Technikverhindert Nutzung von verfügbaren Ressourcen
• Idee: – Nutze „besten“ verfügbaren
Kanal
– Automatische Anpassung des Netze sbzw. der Parameter an akt. Situation
– Intelligentes, flexibles und rekonfigurierbares Radio(Software Defined Radio)
Zeit
Leistung Ressourcen
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
18
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Cognitive Radio Networking
• Aktuelles IKS-Forschungsprojekt:
– Entwicklung bzw. Bewertung neuer Algorithmen im Bereich:
• Kanalzugriff (MAC) und Link-Anpassung
• Spectrum Abstraction/Allocation/Sharing, Routing
– Experimentelle Evaluierung und prototypische Implementierung
mittels Software Defined Radio(USRP bzw. GNU Radio/Iris)
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
19
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Satellitenkommunikation
• alle üblichen Probleme mit Funk plus:
– große Entfernung
• Signalqualität
• Übertragungszeiten (geostationär: 250 ms Erde-Sat-Erde)
– wenige sinnvolle Orbits
• genaue Ausrichtung der Antennen
– Mobilität
• Antennennachführung notwendig
• ständig veränderliche Kapazität
• KASYMOSA
– QoS über veränderliche Links
mit hohem Delay
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
20
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Selbstorganisation
• Selbstorganisation:
– Realisierung gewünschten Verhaltens als Resultat der
Interaktion beteiligter Systeme
– keine zentrale Kontrolle
– typisch: einfache Regeln für das Einzelsystem, komplexes
Verhalten aus Kombination vieler Teilnehmer
• Beispiele:
– Optimierung von Funkparametern bei LTE
– Energieeinsparungen durch Ab-/Anschalten von Zellen
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
21
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Controlled Mobility
• Mobilität zur Erstellung von:
– Multi-Hop Netzen in Katastrophenfällen
– Delay Tolerant Networks ( „Elektronische Brieftaube“)
• Werkzeug:
– UAVs (Unmanned Aerial Vehicles)
– Copter-Lab im Zuse-Bau, Raum 1075
Mobilkommunikationsnetze
Vorlesung
22
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme
www.tu-ilmenau.de/iks
Kontakt
Besucheradresse:
Technische Universität Ilmenau Helmholtzplatz 5 Zusebau, Raum 1034 D-98693 Ilmenau
fon: +49 (0)3677 69 4125 fax: +49 (0)3677 69 1226 e-mail: [email protected]
www.tu-ilmenau.de/iks
Fachgebiet Integrierte Kommunikationssysteme Technische Universität Ilmenau
Dipl.-Inf. Markus Brückner
Top Related