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Tuesday, April 11, 2023
Der DECT-StandardSatelliten & Mobilfunk SS01Alexander Brickwedde
Der DECT-Standard
Vortrag zur Vorlesung Satelliten und Mobilfunk SS2001
Alexander Brickwedde
Tuesday, April 11, 2023
Der DECT-StandardSatelliten & Mobilfunk SS01Alexander Brickwedde
Was ist DECT?
• Digitales System für Schnurlose Telefone:Digital European Cordless Telephony
globalisierte Bezeichnung: Digital Enhanced Cordless Telecommunicationoder in USA: Personal Wireless Telecommunication (andere Modulation)
• Veröffentlicht 1992 von der ETSI(European Telecommunications Standards Institute http://www.etsi.fr)
• Nachfolger analoger Techniken, wie CT0, CT1,bzw. des Mischsystems CT2
• Diverse Vorteile gegenüber analogen Systemen
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Was ist DECT?
DECT eignet sich für
- Schnurlose Telefone
- Datenübertragung
- Wireless Local Loop
- Direktverbindung zw. Mobilteilen
- Mobilfunknetze (Für UMTS ist u.a. DECT als Luftschnittstelle definiert)
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Der DECT-StandardSatelliten & Mobilfunk SS01Alexander Brickwedde
Produkte
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Vorteile von DECT
Der DECT Standard hat folgende Leistungsmerkmale: • Geringe Kosten der Netzinfrastruktur und der Endgeräte• Erstklassige Sprachqualität / Hohe Abhörsicherheit • Identifikation/Authentication der Teilnehmer sowie der Fest- und
Mobilstationen• Dynamische Kanalauswahl (10 Freq./24 Zeitschlitze)• Aufbau zellularer Netze / Unterbrechungsfreier Kanalwechsel • Sehr hohe Verkehrsdichte (10.000 Erlang/km²)• Datenübertragung / Flexible Datenratenzuteilung • Interworking mit PSTN, ISDN, GSM, X.25-Netzen • Europaweiter Standard mit einheitlichen Frequenzen
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Technische Daten
Kanalzugriff: FDMA und TDMA/TDD (Time Division Duplex)
Frequenzen:DECT : 1880MHz – 1900 MHz
10 Frequenzkanäle, je 1152 kbit/s24 Timeslots, je 48 kbit/s
[email protected] : 2,4 GHz ISM45 Frequenzkanäle24 Timeslots
USA: 1910-1920 MHz unlizenzierter Betrieb1850-1910 MHz und 1930-1990 MHz lizenzierter Betrieb
andere Länder: 1900-1920 MHz und 1910-1930 MHz
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Technische Daten
Modulation: GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)
Verkehrsleistung: 10.000 Erlang/km²Geschw. der PP: max. 20 km/hMittl. Leistung PP: 10mWNominale Leistung FP: 250mW
PP: Portable Part, Mobile StationFP: Fixed Part, Base Station
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DECT-Referenzmodell
Angelehnt auf das ISO/OSI-ReferenzmodellLayer 1:
Physikalische SchichtLayer 2:
Medium Access ControlData Link Control
Layer 3:C-Plan: Network
(Signalling, Interworking)U-Plan: Transparent
(Application)
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Layer 1
Bereitstellung der FunkkanäleGeforderte BER (Bit Error Ratio): 0,001FDMA:
10 Trägerfrequenzen zwischen 1880 und 1900 MHzGFSK: 1: Erhöhung der Frequenz um 288kHz
0: Senkung der Frequenz um 288kHzTDMA:
1 Frame = 24 Timeslots10ms = 11520bit = 1152 kbit/s
TDD:Slot 1-12 Downlink (FP->PP), Slot 13-24 UplinkAdvanced Connection bietet freie Einteilung
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FDMA/TDMA, Kanalauswahl
dynamisches Kanahlwahlverfahren:
Belastungsspitzen werden zeitlich und räumlich unterscheidbar
Keine Frequenzplanung notwendig
Statt dessen Standortplanung
Blind-Slot:Wenn nur ein Transceiver in der BS vorhanden, kann nur eine der 10 Frequenzen genutzt werden.Alle anderen Frequenzen werden als „Blind-Slot“ markiert.
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FDMA/TDMA, Kanalauswahl
Basis- und Mobilstation müssen einen physikalischenKanal auswählen:
- MS misst Signalpegel der BS
- Fixed Part mit stärksten Pegel wird verwendet
- scheitern drei Verbindungsversuche wird zum nächst schwächeren Fixed Part gewechselt
- der RSSI-Pegel (Radio Signal Strength Indicator) bestimmt welcher Kanal benutzt wird.
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TDMA/TDD
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S SynchronisationA TA: Art der Taildaten
Q1/2:Qualität der empf. DatenBA: Art der Nutzdaten (B)Tail: MAC-ControlR-CRC: CRC des A-Feldes
B Nutzdatenungeschützt 32kbit/s oder geschützt 25,6 kbit/s X: CRC des B-Feldes
Z Kopie des X-Feldes
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Layer 2, MAC
Zustände des PP:• Idle Unlocked:
PP ist mit keiner Basisstation synchronisiertPP hat keine Basisstation detektiert
• Active Unlocked:PP ist mit keiner Basisstation synchronisiertPP sucht permanent nach BS
• Idle Locked:PP und mindestens ein FP sind synchronisiert
• Active Locked:mindestens eine Verkehrskanal aktiv
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Layer 2, MAC
Zustände des FP:• Active Idle:
FP strahlt einen Dummy Bearer ausKein Verkehrskanal realisiert
• Active Traffic:mindestens ein Verkehrskanal aktivDummy Bearer wird nicht ausgesendet.
• Active Traffic and Idle:sowohl ein Verkehrskanal (Traffic Bearer)als auch ein Dummy Bearer betrieben.
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Dummy Bearer
• Identität der Basisstation • Synchronisationsinformation • System-Fähigkeiten • Derzeitige Kanalnutzung • Paging (Aufforderung zum Rufaufbau)
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Layer 2, Bearertypen
• Simplex Bearerbeinhaltet ein A-Feld, bzw. ein A- und ein B- Feld. Sie dienen zur Erzeugung eines physikalischen Kanals.
• Duplex BearerEin Paar Simplex Bearer wird als Duplex Bearer bezeichnet.
• Double Simplex BearerEin Paar Simplex Bearer, die gemeinsam in einem Downlink- oder einem Uplink-Frame liegen.Dient der asymmetrischen Übertragung.
• Double Duplex BearerEquivalent dem Double Simplex Bearer sind in diesem Fall zwei Duplex Bearer
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Layer 2, Data Link Control Layer
• LU1 Transparent Unprotected Service (Sprachübertr.)• LU2 Frame Relay Service• LU3 Frame Switching Service
LU4 Forward Error Correction Service(noch nicht Standardisiert)
• LU5 Basic Rate Adaption Service (8-64kbit/s)• LU6 Secondary Rate Adaption Service (V.110)• LU7 64 kbit/s Data Bearer Service (ISDN 64kbit/s)• LU8-15 Reserviert für zukünftige Dienste • LU16 Escape (ESC), Dienste außerhalb des Standards
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Layer 2, Verbindungsarten
Der Versuch eines Verbindungsaufbaus gilt als fehlgeschlagen, wenn die von der DLC-Schicht geforderten Bearer nicht nach spätestens drei Sekunden realisiert sind.
• Basic Connection- Es kann immer nur eine Basic Connection bestehen- besteht aus einem Duplex-Bearer.
• Advanced Connection- mehrere Verbindungen zwischen der Basis- und der Mobilstation können unterschieden werden.- symmetrisch oder asymmetrisch
• Physical Connection- nicht durch MAC-Dienste unterstützt- nicht standardisierte Datenübertragung.
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Verbindungsaufbau
• Verbindungsaufbau vom FP über Pagingruf an das Mobilteil, dann folgt die Prozedur wie beim Rufaufbau vom PP aus
• PP stellt fest, welcher Kanal am wenigsten gestört istund sendet eine Rufanfrage
• FP wartet auf Rufanfragen der PPs.maximale Verzögerung beträgt 160 ms(Dauer eines Multiframes, innerhalb dessen sich die Signalisierung wiederholt).
• Nach einem halben Rahmen (5 ms) sendet FP eine Bestätigung. Diese enthält Liste der von FP aus gesehen besten Kanäle.Pilotverbindung ist hergestellt
• PP sendet evtl. die Anforderung von weiteren Kanälen
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VerbindungsaufbauBerechtigungs-Prüfung (Authentication):
- Das FP sendet eine zufällige Bitfolge an das PP
- FP und PP verrechnen diese gemäß einem bestimmten Algorithmus mit einem bestimmten Schlüssel, der nur für ein berechtigtes PP paßt.
- Das PP sendet Ergebnis zurück an das FP, das diese Antwort mit dem selbst errechneten Ergebnis vergleicht.
- Bei Übereinstimmung der Antwort mit dem erwarteten Ergebnis erhält dieses PP die Erlaubnis zum Rufaufbau.
Durch diese Methode (Challenge/Response) wird erreicht, daß der Schlüssel nicht über Funk übertragen werden muß
Diese Codierung wird auch zur Verschlüsselung beim Sprach- und Datenverkehr verwendet.
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Layer 3, Network
• Mobility Management (MM)- Mobilität der Mobilteile z.B. Teilnehmeridentität
• Call Control (CC)- abgewicklung von Anrufen (Aufbau, Erhaltung und Abbau).
• Call Independent Supplementary Service (CISS)- optionaler Dienst, der unabhängig vom Anruf eine eigene Verbindung auf- und abbaut.
• Connection Oriented Message Service (COMS)- bietet eine P2P-Verbindung, zum verschicken von Paketen
• Connectionless Message Service (CLMS)- übertragen von Daten ohne eine End-zu-End-Verbindung
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Handover
Wechsel eines Kanals oder einer Basisstation während einer bestehenden Verbindung:
- Qualität der Übertragung schlecht
- bestimmt durch Radio Ressource Management der MS
- Intra-Cell: Innerhalb einer Zelle wird der Zeitschlitz oder die Frequenz gewechselt
- Inter-Cell: Wechsel zu einer neuen BS (auch Freq. und Zeitschl.)
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Sprachcodierung, ADPCM
ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation)
Wechselbeziehung aufeinanderfolgender AbtastwerteSignaldifferenz von Abtastwert zu Abtastwert nur geringfügig. Die aufeinander folgenden Werte werden genutzt, um aus den zurückliegenden Werten das Signal vorherzusagen.
Abtastrate: 8 kHzQuantisierung: 4 BitDatenrate: 32 kbit/s
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DECT Packet Radio Service
Ergänzung zum Standard (DPRS - ETS 301 649) - Bündelung von mehreren Kanälen
- pro Trägerfrequenz Bandbreiten bis zu 1 MBit/s
- theoretisch 120 Übertragungskanäle parallel
- Bandbreite innerhalb einer Zelle bis zu 20 MBit/s
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Der DECT-StandardSatelliten & Mobilfunk SS01Alexander Brickwedde
VergleicheIm Vergleich zu Bluetooth:
- Bluetooth: spontane eigenaktive Erkennung von„Gesprächspartnern“
- DECT: Feste Zuordnung von Geräten bei hoherÜbertragungsqualität/Zuverlässigkeit
Im WLAN-Bereich:
- IEEE802.11: Höhere Datenraten
- HomeRF, HiperLAN: Hohe Datenraten,wenig Techniklastig
- DECT: niedrigere Datenraten,Viel Technik
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Der DECT-StandardSatelliten & Mobilfunk SS01Alexander Brickwedde
VergleicheIm Vergleich zu GSM:
Beide sind europäischer Standard zur mobilenKommunikation mit Roaming, Authentisierung undOOB-Signalling.
DECT: - fehlt die Netzwerkinfrastruktur - hat keine zentrale Steuerung - verwendet kein Einloggen beim Einschalten - benötigt keine Frequenzplanung - nutzt TDD, GSM nutzt FDD (Frequency Division Duplex) - Kanalaufbau immer vom PP aus - Datenrate ist 32 kbit/s, GSM-CSD 14,4 kbit/s - hat keine Anpassung an Signallaufzeiten (Timing Advance) - die PP darf sich mit max. 20 km/h bewegen - Hohe Verkehrsleistung
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EMV, Elektromagnetische Verträglichkeit
26. Bundes-Immissionsschutzgesetz,Verordnung über elektromagnetische Felderregelt nur Sendeanlagen über 10 Watt Leistung
DECT unterliegt keiner behördlichen Genehmigung, noch sind Mindestabstände gefordert
Bei einer Frequenz von 1900 MHz soll die maximale Feldstärke 59,9 V/m betragen, bei DECT liegt in 1m Entfernung die Spitzenfeldstärke bei 7,5 V/m
Das PP sendet nur während einer Verbindung, der FP sendet permanent seinen „Dummy Bearer“
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Quellenangabe
Ente‘s Homepagehttp://www.muenster.de/~ente/technik
GSMBoxhttp://de.gsmbox.com
TecChannelhttp://tecchannel.de
W.Schultehttp://www.ba-stuttgart.de/~schulte/digimobi.htm
Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen
Download unter http://www.brickwedde.de/fh
