Universitatea Politehnic Bucureti Facultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiei

Sistemul de telefonie mobila 4G

STOICESCU Adrian STOICESCU MateiGrupa 443ACuprins

Partea A: Short info - Stoicescu MateiPartea B: Istoria retelelor 4G si a celor premergatoare acestora - Stoicescu Matei

Partea C: Standarde ale retelei (detaliere tehnologie, specificatii) - Stoicescu Matei

Partea D: Planul global de implementare a retelelor 4G - Stoicescu Adrian

Partea E: Data rate comparison - Stoicescu Adrian

Partea F: Comparatie: sistem de telefonie mobila 3G vs. sistem de telefonie mobila 4G - Stoicescu Adrian

A. Short info4G reprezinta un termen de marketing folosit de furnizorii de servicii pentru a descrie a patra generatie de servicii wireless. Concret, tehnologia ofera viteze de patru pana la zece ori mai mari decat cele oferite de retelele 3G.Exista doua tehnologii principale care stau la baza 4G:WiMax si Long Term Evolution (LTE). WiMax este un standard dezvoltat de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Dezvoltarea standardului LTE sta in sarcina 3GPP, industrie ce sprijina furnizorii care folosesc GSM, tehnologia curenta pentru comunicarea celulara. Atat WiMax, cat si LTE se bazeaza pe tehnologii avansate de antena, pentru inbunatatirea receptiei semnalului si a performantei, sprijinindu-se pe diferite tipuri de wireless spectrum.B. Istoria retelelor 4G si a celor premergatoare acesteiaLegaturile de comunicatii mobile terestre apar intre cele doua Razboaie Mondiale ca - de exemplu comunicatiile mobile ale politiei din SUA (1921) in banda de 2 MHz sau sistemul de comunicatie mobil din New York (1932). Dupa cel de al doilea Razboi Mondial si pana la aparitia sistemelor mobile celulare, se pot cita cateva realizari importante ca sistemul B (Germania 1971), sistemul Loran (destinat navigatiei maritime, 1958), sistemul Shinkansen (Japonia 1964, pentru trenul de mare viteza), sistemul IMTS (SUA, 1969).

Comunicatiile mobile s-au dezvoltat brusc dupa aparitia circuitelor integrate si miniaturizarea componentelor electronice. Pentru realizarea unor retele de dimensiuni mari, cu multi utilizatori, avand la dispozitie o banda de frecvente limitata, s-a trecut la folosirea acoperirii celulare.

Sistemele celulare de comunicatii mobile GSM au fost dezvoltate, pana in prezent, in 4 generatii distincte:

Prima Generatie (1G): era destinata sa ofere un singur serviciu vocal. Acesta cuprinde sisteme ca NMT, AMPS, TACS etc. si a aparut in 1980. Erau sisteme cu prelucrarea analogica a semnalului, functionand in benzile de 450 MHz sau de 800-900 MHz. In prezent sistemele de generatia 1 sunt la finalul carierei, fiind scoase din exploatare in multe dintre tarile in care au functionat. A Doua Generatie (2G): initial destinata sa ofere servicii vocale, avand in acelasi timp si o capacitate limitata pentru serviciile de transmisii de date, cu viteza relativ redusa. Sunt sisteme cu prelucrare digitala a semnalului, cu functionare in benzile de 900 MHz si 1800 MHz. Ca exemple de astfel de sisteme sunt GSM, D-AMPS etc. Primele sisteme GSM au fost introduse in exploatare in 1991. Sistemele 2G sunt in prezent la apogeul dezvoltarii lor. In evolutia 2G se pot pune in evidenta trei faze de dezvoltare: 1, 2 si 2+. In faza 2+, GSM ofera posibilitatea sporirii vitezei de transmisie a datelor prin introducerea unor procedee speciale ca HSCSD si GPRS. Astfel, prin folosirea transmisiei cu pachete de date, prin procedeul GPRS, viteza de transmisie a datelor poate fi de pana la 172 kbit/s (prin comparatie cu viteza de 14,4 kbit/s oferita in faza 1 de dezvoltare). Devine astfel posibila realizarea unor transmisii de tip multimedia. A Treia Generatie (3G): ofera viteze de transmisie sporita, de pana la 2 Mbit/s (in unele variante pana la 8 Mbit/s) si prezinta posibilitati multiple pentru servicii multimedia de calitate si pentru operare in medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digitala a semnalului, ce functioneaza in banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA si TD/CDMA, ambele in varianta europeana pentru interfata UTRA, WCDMA in varianta japoneza, CDMA2000 (S.U.A) etc. La nivel mondial, 3G este desemnat si ca IMT-2000. iar varianta dezvoltata in Europa este denumita UMTS. Introducerea in exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata in 2001-2002, fiind deci la inceputul evolutiei. La baza dezvoltarii 3G se afla sistemele 2G. Astfel, GSM in variantele 2 si 2+ vor fi treptat integrate in 3G, dezvoltarea UTRA fiind realizata tocmai pornind de la interfat a GSM. Intre diferitele sisteme 3G se incearca, in prezent, realizarea unei compatibilitati cat mai bune.A Patra Generatie (4G) reprezinta o diferenta uriasa fata de 3G.Viteza creste de la 7,2 Mbps sau, in orasele mari, 21,3 Mbps la 100 si chiar 300 Mbps. Latenta scade semnificativ, adica legaturile se fac mai rapid si serverele vor raspunde imediat la solicitari. Paginile se vor incarca mai rapid, indiferent daca transferi 2 kB sau 2 MB.Benzile de 800, 900, 1800, 2100 si 2600 MHz sunt denumiri generice. Sunt ca un brand. Nu emite nimeni cu exactitate pe 2600 MHz si atat, ci fiecare operator are niste canale care pot avea intre 10 si 30 MHz undeva in jurul valorii de 2600 MHz. De exemplu, in Germania prin banda 2600 MHz se intelege de fapt banda 2500 2690 MHz, in care functioneaza retelele a patru operatori diferiti.In Romania s-au cumparat canale in aceste benzi generice. Blocurile cumparate de operatorii de telefonie din Romania aveau latimea de 10 Mhz in banda de 800, 12,5 MHz in cea de 900, cate doua de 10, 15 si 30 Mhz in cea de 1800 si tot asa. Neimportant pentru utilizatori, ci conteaza doar pentru operatori, deoarece au ceva impact la cat de aglomerata poate fi reteaua intr-un anume punct.

Operatori romani & benzi utilizate

3G vs 4G

C. Particularitati ale retelei 4GCaracteristica principal a 4G este reprezentat de controlul utilizatorului in ceea ce priveste serviciile pe care le poate gestiona n funcie de pachetul de servicii la care s-a abonat. Utilizatorul va avea libertatea de a selecta serviciul dorit, cu un indice de calitate dorit, la un pre acceptabil, oriunde i oricnd.

Caracteristici:

Tehnicile de transmise pe stratul fizic sunt urmatoarele:

MIMO: Pentru a atinge eficienta spectrala ultra ridicata prin intermediul procesarii spatiale, incusiv multi-antene si multi-user MIMO; Frequency-domain-equalization pentru modularea multi-carrier (OFDM) in downlink sau un singur operator de transport single-carrier frequency (SC-FDE) in uplink: pentru a exploata frecventa canalului selectat fara o egalizare complexa; Domeniu de frecventa de multiplexare static, de exemplu OFDMA sau single-carrier FDMA in uplink: rata bitilor variabila prin atribuirea de diferite sub-canale pentru utilizatori diferiti in functii de conditiile existene in canalul respective Principiul Turbo al codurilor corectoare de erori: pentru minimizarea SNR-ul necesar in partea de receptie.

Channel-dependent scheduling: pentru a permite utilizarea canalelor variante in timp; Adaptarea retelei: modulatie adaptive si noduri de corectare a erorilor; Mobile-IP utilizat pentru mobilitate; Femtocells bazare pe IP (noduri home conectate la infrastructura de banda larga a Internetului).

Reglementari IMT-Advanced

Retelele 4G trebuie sa respecte reglementarile IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications Advanced):

Trebuie sa aiba peak data rate de aproximativ 100 Mbit/s pentru mobilitate; Trebuie sa utilizeze si share-uiasca dynamic resursele retelei pentru a suporta mai multe utilizatori simultan pe o celula; Benzi de frecventa de 5-20 MHz (optional si 40 MHz); Eficienta spectrala varf de 15 bit/s/Hz in downlink, 6.75 bit/s/Hz in uplink (1 Gbit/s in downlink ar trebui sa poata opera pe o latime de banda de