Mobilní sítě Petrásek Jan Petrásek Jan A1

Historie mobilních sítí Sítě první generace 1G – NMT – provoz od roku 1981 Sítě druhé generace 2G – GSM – provoz od roku 1991 Sítě třetí generace 3G – UMTS – provoz sítě odzkoušen v Japonsku, menší UMTS sítě ve velkých městech. Další rozdělení: 2.5 G - GPRS 2.75 G - EDGE, EGPRS 3.5 G - HSDPA 3.75 G - HSUPA

Analogová mobilní síť NMT Systém NMT (Nordic Mobile Telephone) patří do skupiny systémů pro mobilní komunikaci první generace a je tedy jedním z mnoha analogových systémů, používaných po celém světě. Jedná se o mobilní telefonní síť, vyvinutou telekomunikačními správami Finska, Dánska, Norska a Švédska pro zajištění kompatibilního radiotelefonního systému ve všech těchto státech. Po roce 1981 byly sítě NMT vybudovány právě v těchto zemích, ale brzy se seznam rozšířil o mnoho dalších evropských a asijských zemí.

NMT u nás V roce 1991 byl systém NMT 450 zaveden také v tehdejší ČSFR společností Eurotel. Na následujících grafech je zobrazen vývoj počtu základnových stanic a zákazníků systému NMT provozovaného společností Eurotel. V nynější době je síť NMT vytlačována GSM, postupně mizí.

Technické parametry NMT Systém využívá frekvenční modulaci FM a metodu mnohonásobného přístupu FDMA (Frequency Divission Multiple Access). Základní parametry systému NMT 450 (existuje i varianta NMT 900) jsou následující: Vysílací pásmo základnové stanice : 463-467,5 MHz Vysílací pásmo mobilní stanice : 453-457,5 MHz Šířka kanálu : 25 kHz Počet kanálů : 180 Oproti GSM má NMT velmi dobré šíření rádiových vln v rozlehlých a horských oblastech z důvodu lepšího ohybu rádiových vln, ale menší kapacitu sítě.

Digitální mobilní síť GSM V roce 1982 byla Sdružením pošt a telegrafů (CEPT) sestavená skupina nazývaná “Groupe Spécial Mobile” (GSM) určená pro studium a vytvoření celoevropského celulárního systému. První etapa specifikace GSM byla publikována v roce 1990. Na začátku roku 1994 už celosvětově používalo služby GSM více než 1,3 miliónů lidí. Zkratka GSM se později významově změnila na „Global System for Mobile communications“. GSM je digitální buňková radiotelefonní síť operující v 110 zemích s více než 200 GSM sítěmi. Systém sítě GSM je tvořen buňkami o velikosti typicky 1-3 kilometry v průměru, avšak je možné používat buňky o velikosti 35 kilometrů V centrech velkých měst je tato vzdálenost značně menší, a to cca 500 metrů.

Technické parametry GSM Kmitočtová pásma GSM GSM – GSM900 PCN (Personal Communication Network) – GSM1800 PCS (Personal Communication Services ) Mobile Tx – pásmo pro příjem, Mobile Rx – pásmo pro vysílání

BUŇKOVÝ SYSTÉM GSM Mylně by se dále mohlo zdát, že každá stanice BTS dokáže zpracovat 992 hovorů (124 FDMA * 8 TDMA). Toto však prakticky není možné. Kdyby totiž sousední stanice BTS používaly všechny frekvence, navzájem by se rušily. Komunikace by tak nebyla možná. Každá BTS proto všeobecně zpracovává maximálně 12 hovorů. Rozdělení buněk zjednodušeně ukazuje následujicí obrázek: FDMA = ( Frequency Division Multiple Access ) – frekvenční dělení kanálů TDMA = ( Time Division Multiple Access ) – časové dělení kanálů

FDMA a TDMA u GSM FDMA (Frequency Division Multiple Access – vícenásobný přístup frekvenčním dělením Frekvenční pásmo vysílače mobilní stanice (mob. telefon) je 890-915 MHz a a frekvenční pásmo přijímače je 935-960 MHz ( vysílá BTS ). Tato pásma jsou dále rozděleny na tzv. kanály, přičemž šířka jednoho kanálu je 200 kHz, to znamená, že systém má 124 frekvenčních kanálů jedním směrem – uplink a 124 frekvenčních kanálů opačným směrem – downlink. TDMA (Time Division Multiple Access – vícenásobný přístup časovým dělením) V každém frekvenčním kanálu se přenáší 8 nezávislých modulačních signálů, tj. každý frekvenční kanál je rozdělen na 8 časových kanálů (tzv. time slot). Využívá se tady tzv. kombinovaný multiplex TDMA/FDMA (124 duplexních frekvenčních kanálů * 8 intervalů=992 kanálů jedním směrem)

Schéma toku dat v síti GSM OSS - (Operation and Support Subsystem) – dohled nad provozem sítě Systém BSS (systém základnových stanic) se skládá z určitého počtu základnových stanic BTS (12-30) a řídící jednotky BSC (Base Station Controller). Systém NSS (síťový a spínací systém) je ve své podstatě pro GSM to, čím je pro pevnou telefonní síť ústředna. NSS řídí komunikaci mezi mobilními účastníky sítě GSM a komunikaci s dalšími externími sítěmi.

Bezpečnost GSM Síť GSM byla navržena s průměrnou úrovní zabezpečení. Systém byl navržen tak, aby ověřoval uživatele použitím sdíleným-tajným šifrováním. GSM pro zabezpečení používá některé šifrovací algoritmy. Šifry A5/1 a A5/2 se používají pro zajištění bezpečnosti hovoru ve vzduchu. A5/1 je silnější algoritmus používaný v Evropě; A5/2 je slabší a používá se v ostatních zemích. Systém podporuje více algoritmů, takže operátoři mohou nahradit tuto šifru silnější. Autentizační prvky SIM, Autentizace mobilním operátorem. Kuriozita: Známí technologičtí maniaci z sdružení CCC (Computer Chaos Club), kteří jsou v Evropě považovaní za nejlepší hackery a odborníky na ilegální hardware. Právě těmto lidem se podařilo vyrobit softwarový emulátor SIM karty německého operátora, včetně všech autentizačních a kódovacích algoritmů. Jedná se o docela krátký soubor šířený včetně zdrojových souborů a běžící pod MS DOS-em na každém PC. Přes komunikační port počítače se jednoduše připojí mobilní telefon bez SIM karty, spustíte emulátor, zadáte několik vstupních údajů a klidně telefonujete.

Sítě 3. Generace - UMTS Universal Mobile Telecommunication Systém UMTS používá pro přístup W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) a je standardizován organizací 3GPP a je evropským standardem, který splňuje požadavky ITU IMT-2000 pro mobilní buňkové sítě třetí generace. Standard W-CDMA se také často označuje jako UMTS - zatímco W-CDMA je technický název naznačující, že jde o širokopásmové CDMA, tedy WideBand CDMA. Označení UMTS je název ekonomicko-politický.

Technické parametry UMTS UMTS je rozděleno na pozemní část a družicovou část: S-UMTS (Satellite UMTS) - Družicová pohyblivá služba T-UMTS (Terrestrial UMTS) - Pohyblivá služba tedy běžné UMTS UMTS dále umožňuje režim ve dvou základních režimech odělení uplinku a dovnlinku TDD a FDD: FDD (Frequency Division Duplex) – spojení mezi základnovou stanicí a telefonem v uplink a downlink na oddělených frekvencích TDD (Time Division Duplex) – uplink i downlink na stejné frekvenci, střídání na základě různých time slotů tzv. "Ping-Pong"

Frekvenční rozdělení UMTS

VÝHODY UMTS CDMA (Code Division Multiple Access), což je přístupová metoda kódového dělení. Pro UMTS je použita její varianta WB-CDMA, širokopásmová přístupová metoda. V CDMA neexistuje žádné časové dělení a všichni uživatelé používají přidělené frekvenční pásmo po celou dobu. Lepší využití rádiových frekvencí (vyšší spektrální účinnost modulací, účinnější zdrojové a kanálové kódování) Zvýšení přenosových rychlostí současných systémů 2. generace na hodnoty až 2 Mbit/s Široké spektrum služeb s různým stupněm kvality Identifikace účastníka nezávisle na mobilním terminálu pomocí UIM (User Identification Module - Uživatelský identifikační modul), což je obdoba SIM karty u systému GSM

Literatura a zdroje informací Seminární práce - Marek Machalík – Sítě GSM Diplomová práce – Tomáš Velický –Datové přenosy po GSM sítích, technologie HSCSD, GPRS a UMTS Internet: http://cs.wikipedia.org http://tomas.richtr.cz/mobil/index.htm