Ç A L I Ş M A N O T L A R I

Transkript

1

2 Hücresel Ağın Temelleri Birçok hücresel servis tipi mevcuttur; bu yüzden detaylardan önce temeller ele alınmalıdır. Hücresel ağlar radyo tabanlı teknolojilerdir. Radyo dalgaları antenler aracılığı ile yayılan elektromanyetik dalgalardır Sinyallerin büyük bir kısmı 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, ve 1900 MHz frekans bandındadır. Cep telefonları bu aralıkta çalışırlar (not: logaritmik ölçek)

3 Hücresel Ağ Baz istasyonları tahsis edilen spektrumda alım ve gönderim işlerini gerçekleştirir Çoklu baz istasyonları aynı spektrumu kullanır Her bir baz istasyonunun servis alanına hücre denir. Her bir mobil terminal en yakın baz istasyonundan servis alır Handoff: terminal hareket halinde ise geçişi sağlar

4 Hücresel Ağ Nesilleri Hücresel ağları nesiller bakımından incelemek elverişlidir: 0G: Çanta boyutlarında radyo ve telefonlar 1G: Analog hücresel 2G: Dijital hücresel 3G: Yüksek hızlı dijital hücresel ağ (video iletimini de içerir) 4G: IP-tabanlı anytime, anywhere ses, data, and multimedia iletimi 3G den daha yüksek veri hızı

5 Hücresel Ağların Evrimi 1G 2G 2.5G 3G 4G

6 Çoklu Erişim Problemi Baz istasyonları aynı anda birçok terminale hizmet etmek zorundadır (downlink ve uplink) Hücre içindeki tüm veriler baz istasyonuna iletilmek zorundadır Değişik alıcı ve göndericiler arasındaki girişim problemi Bu yüzden çoklu erişim şemasına ihtiyaç duyulmaktadır

7 Çoklu Erişim Şeması 3 lü ortogonal şema: Frequency Division Multiple Access (FDMA) Time Division Multiple Access (TDMA) Code Division Multiple Access (CDMA)

8 Frekans Bölmeli Çoklu Erişim(FDMA) frekans Her bir terminal, işlem süresince tahsis edilmiş bir frekans kanalına aktarılmıştır Komşu kanal girişimini engellemek için güvenlik bandı gerektirir Genelde mobil terminaller bir downlink ve bir uplink frekansına sahiptir Farklı hücresel ağ protokolleri, farklı frekanslar kullanır Frekans maliyeti yüksektir. Hemen tükenir. Cognitive radio ( Kavramsal radyo (?) )

9 Zaman Bölmeli Çoklu Erişim(TDMA) Guard time Farklı konumlardaki terminallerden iletilen sinyaller baz istasyonuna aynı anda ulaşmaz Zaman slotlara bölünmüştür ve her bir zaman slotunda sadece bir terminal iletim yapar Herbir kullanıcının spesifik slotu vardır, hücresel ağda rekabet yoktur Carrier Sensing Multiple Access (CSMA) WiFi için.

10 Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) Farklı iletimler için ortogonal kodların kullanımı Kullanıcıya özgü kodlar kullanılarak her bir bit sembolü daha geniş bit numaraları ile iletilir Spreading Sinyal tarafından işgal edilen bant genişliği bilgi iletim hızından daha geniştir Fakat tüm kullanıcılar frekans bandını ortak kullanır Orthogonal among users

11 2G(GSM)

12 GSM Kısaltma: Global System for Mobile Communications Eş zamanlı geliştirme ABD and Avrupa ler

13 GSM Servisleri Ses, 3.1 khz Kısa Mesaj Servisi(SMS) 1985 GSM standartları boşluklar dahil 160 karakterlik mesajların, handset ve diğer istasyonlar arasında iletimine izin verdi. 2.4 milyardan fazla insan bunu kullandı; (multi-milyar $ endustri) Genel Paket Radyo Servisi (GPRS) GSM yükseltmesi 114 kbps ye kadar IP-tabanlı paket data iletimi sağladı kullanıcılar simultane arama ve data iletimine başladı GPRS, «sürekli açık internet erişimi» ve zengin metin audio ve video içerikli MMS (Multimedia messaging service) desteğini sağladı Kullanıcı sayısı arttıkça performans azaldı GPRS, bir 2.5G ağı örneğidir 2G servisi, 3Gye benzer.

14 Kanallar GSM Kanalları Fiziksel Kanal: Taşıyıcı üzerindeki her bir zaman slotu fiziksel kanal olarak adlandırılabilir MS ve BTS arasında iletilen datanın çeşitliliğidir, Değişik lojik kanallara örnek olarak Trafik kanalı Kontrol kanalı Downlink Uplink

15 GSM Frekansları Başlangıçta 900MHz tasarlanmıştır, şu anda 800MHz, 1800MHz ve 1900 MHz. Ayrık Uplink and Downlink frekansları Örnekte 1800 MHz frekans bandı, RF taşıyıcıları her 200 MHz de bir. UPLINK FREQUENCIES DOWNLINK FREQUENCIES 1710 MHz 1785 MHz 1805 MHz 1880 MHz UPLINK AND DOWNLINK FREQUENCY SEPARATED BY 95MHZ

16 GSM Mimarisi

17 Mobil İstasyonlar (MS) MS iki bölümden oluşur; Mobil Ekipman Radyo ekipmanı Kullanıcı arayüzü İşleme kapasitesi ve farklı görevler için hafıza ihtiyacı Çağrı sinyali Kriptolama SMS Ekipman IMEI numarası Abone ID modülü

18 Küçük bir akıllı kart (SIM) Abone ID modülü Aboneyi ayırt eden kriptolama kodları Abone IMSI numarası Abonenin kişisel verileri (telefon rehberi) Üçüncü parti uygulamalar (bankacılık vb.) Diğer sistemlerle birlikte kullanılabilme (SIM i tanıyan WLAN uyg. gibi)

19 Baz İstasyon Altsistemleri Ara kodlama Oranı ve Adaptasyon Ünitesi (TRAU) Omurga ağdaki 64 Kbps PCM kodu ve Mobil istasyondaki (MS) 13 Kbps kod arasındaki, ara kodlamayı yapar Base Station Controller (BSC) BTS ler tarafından yerleştirilen kanal bölüştürmelerini kontrol eder BSS alanındaki geçişi kontrol eder (handover) Hangi mobil istasyonun hücre içinde olup olmadığını belirler ve MSC/VLR yi bunun hakkında haberdar eder Baz Alıcı-Verici Sistemi (BTS) Birkaç vericiyi kontrol eder Her bir verici belli frekanslarda çalışan 8 adet zaman slotuna sahiptir

20 Ağ ve Anahtarlama alt sistemleri GSM in omurgası, telefon ağına eklenmiş hücresel ağ yetenekleridir Mobil Anahtarlama Merkezi (MSC) Mobil ağları destekleyen tipik bir santral dönüşümüdür (ISDN exchange). Konuk Konum Kaydı (VLR - Visitor Location Register) MSC nin parçası olan bir veri tabanı Gateway Mobile Switching Center (GMSC) Sistemler diğer operatör ve PSTN e bağlar Home Location Register (HLR) Kayıt bilgileri depolanır, doğrulama bilgilerinin kaydı, Authentication Center (AuC) Ekipman ID Kayıt - Equipment Identity Register (EIR) International Mobile Station Equipment Identity (IMEI) kodu, çalınan cihazların tespiti.

21 Home Location Register (Sabit Abone Kütüğü) Her operatörün bir veri tabanı bulunur Tüm kalıcı abonelerin bilgilerini içerir

22 Diğer sistemler Operasyon Destek Sistemi Tüm GSM ağı için ağ yönetimi Genelde sağlayıcıya-satıcıya bağlı GSM standartlarına bağlılığı düşüktür Zenginleştirilmiş servisler Sesli ileti Çağrı yönlendirme Grup çağrıları SMS Merkezi - Short Message Service Center SMS mesajlarını kaydeder ve iletir E posta serverlarına benzer SMS servisinin işletilmesine ihtiyaç duyar

23 Konum Güncelleme Hücreler genelde örtüşür, ve genelde bir mobil istasyon(telefon olabilir) birden çok vericiyi görür(btses) Mobil istasyonlar, Baz istasyon kontrollerini sağlamak için belirleyicileri görüntüler. Mobil istasyon yeni bir baz istasyonuna yaklaştığında konum güncellemesi talep eder. Önceki konum silinir yeni konumla operasyon yapılır

24 Hücre yapısı Aralık 1947 de Bell Labs mühendisleri D. H. Ring ve W. Rae Young gezgin telefonlar için altıgen hücreleri önerdiler. Böylece belirli bir alanda kapsamayı artırmak ve frekansları tekrar kullanmak mümkün hale gelmiştir

25 Hücre yapısı

26 Hücre yapısı Görüldüğü gibi farklı hücreler aynı renkte olabilmektedir. Yani aynı frekansı kullanan hücreler şebekede mevcuttur. Bu özellik sayesinde frekans tekrar kullanılabilmektedir. Hücrelerin altıgen olması sayesinde ise tekrar kullanılan bu frekansları kullanan kullanıcıların iletişimlerinin karışması önlenmektedir.

27 Hücre yapısı Şekilde görüldüğü gibi şebeke hücrelere bölünmüştür ve her bir hücre altıgen şeklindedir. (Aslında yer yüzü şekilleri bu hücrelerin mükemmel bir altıgen olmalarını önler) Farklı renklerdeki hücreler farklı frekansları göstermektedir.

28 Handoff (Handover) Bir arama aktif ise konum değişiklikleri özel bir süreç gerektirir Hücre değişikliği sırasında yeni bir baz istasyonuna bağlanmak gerekebilir Buna «hard handoff» denir Soft handoff, Mobil istasyon simültane şekilde iki baz istasyonuna bağlanır

29 Roaming - Dolaşım Bir mobil istasyon başka bir operatör ağının kapsamına girdiğinde bu ağın hizmetlerinden faydalanbilir Operator den operatore anlaşma ve kontrat gerektirir Yüksek ücret Uluslararası geçerlilik Sim Kartın yetkilendirilmesi ile yapılır

30 3G, 3.5G and 4G (LTE)

31 3G Genel Bakış 3G, ITU-T tarafından yapılmıştır IMT-2000 oalrak adlandırılır

32 Tipik bit oranları Servis Yol Haritası Artırılmış performans, azaltılmış maliyet Voice & SMS GSM 9.6 kbps MMS resim video xhtml tarama Uygulama indirme Konumlama Push-to-talk GPRS 171 kbps CDMA x Çoklu görevleme WEB tarama Tüzel data erişimi audio/video yayını EGPRS 473 kbps Geniş alanda Genişbant Video paylaşım Video arama Real-time IP multimedia ve oyun Çoklu yayın WCDMA 2 Mbps CDMA EVDO CDMA EVDV HSDPA 1-10 Mbps

33 UMTS Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) UMTS, GSM in GPRS or EDGE ile geliştirilmişidir UMTS nin standartlaştırılması 3G projesinin hayata geçirilmesi ile gerçekleştirildi UMTS için Data hızları: 144 kbps - kırsal 384 kbps - şehir dış 2048 kbps - şehir iç ortam Virtual Home Environment (VHE)

34 UMTS Bandı UMTS Frekans Spektrumu MHz and MHz, 3G iletimi için ABD de, şu anda kullanılan 1900 MHz yerine MHz ve MHz

35 UTRAN Genişbant CDMA teknolojisi UTRAN hava arayüzü için seçilmiştir WCDMA TD-SCDMA Baz istasyonları Node-B olarak adlandırılır. Ve Node-B kontrol ekipmanları, Radio Network Controller (RNC) olarak adlandırılır. Node-B fonksiyonları Hava Arayüzü Tx/Rx Modulasyon/Demodulasyon RNC Fonksiyonları Radyo kaynak kontrolü Kanal girişimi Güç kontrol ayarları Handover kontrol Kriptolama Segmentasyon, yeniden birleştirme

36 3.5G (HSPA) High Speed Packet Access (HSPA) WCDMA protokollerinden evrilen şu iki protokolün alaşımıdır: High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) ve High Speed Uplink Packet Access (HSUPA). 3.5G, gelecekte, UMTS yi iyileştiren birçok yeniliğe sahip olacaktır. 1xEV-DV, 3.5G nin sahip olduğu birçok yeniliği barındırmaktadır: - Adaptif Modülasyon ve Kodlama - Hızlı zamanlama - 3G ile geriye uyumlama - İyileştirilmiş hava arayüzü

37 4G (LTE) LTE : Long Term Evolution Yeni nesil Mobil Genişbant teknolojisi Öngörülen data oranı: 100 Mbps UMTS 3G teknolojisi temelli Tüm IP trafikleri için optimize edilmiş

38 LTE Hızının Karşılaştırılması

39 LTE Radyo Teknolojisi Downlink için «Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)» kullanımı Uplink için «Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA)» kullanımı İyileştirilmiş çıkış için «Multi-input Multioutput(MIMO)» kullanımı Düşük güç tüketimi Yüksek RF güç etkisi (mobil terminallerde daha az güç tüketimi ile daha iyi sonuçlar)

40

41 Giriş introduction 5G tüm dünyayı limitler olmadan bağlayacak bir teknolojidir 5G gerçek bir kablosuz dünya (wwww=wireless World Wide Web) için çok-yollu bir konsepttir

42 KARŞILAŞTIRMA

43 1G den 5G ye mobil teknolojiler Technology 1G 2G/2.5G 3G 4G 5G Deployment 1970/ / / / /2015 Bandwidth 2kbps 14-64kbps 2mbps 200mbps >1gbps Technology Service Analog cellular Mobile telephony Digital cellular Digital voice,short messaging Broadbandwidt h/cdma/ip technology Integrated high quality audio, video & data Unified ip &seamless combo of LAN/WAN/WLAN/PA N Dynamic information access, variable devices 4G+WWWW Dynamic information access, variable devices with AI capabilities Multiplexing FDMA TDMA/CDMA CDMA CDMA CDMA Switching Circuit Circuit/circuit for access network&air interface Packet except for air interface Core network PSTN PSTN Packet network All packet Internet Handoff Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal& Vertical All packet Internet Horizontal& Vertical

44 5G NİN VİZYONU

45 5G kablosuz teknolojisinin vizyonu 5G tüm kablosuz sistemlerin birbirine bağlanmasını öngörmektedir 5G ile bu sayede çoklu-bant genişliğine sahip bir yapının oluşturulması hedeflenir

46 Çoklu bant genişliği elde etmek için farklı data yollarının entegre edilmesi.

47 5G, CDMA, OFDM, MCCDMA, UWB ve IPv6 tarafından desteklenen kablosuz ağ tasarımı halini alacaktır. Bu sayede sıra dışı data kapasitesi ve son nesillere göre çok daha yüksek iletim hacmine sahip bir ağ ortaya çıkması hedeflenir Vision of 5G

48 5G de kullanılan router ve switch teknolojileri kablosuz terminaller için yüksek bağlantı kapasitesi sağlamaktadır 5G Terminal 5G Router 5G Terminal Vision of 5G

49 ANAHTAR TASARIM

50 Anahtar Tasarım Internet protokol versiyon 6 (IPv6), bağlanılan ağ ve konuma bağlı mobil IP Tek ve global bir standart

51 Yerleşik ağlar, fiziksele erişimi kolay işlem gücü sunar Kavramsal radyo (Cognitive radio) teknolojisi, smart-radio Yüksek rakımlı stratosferik istasyon platformu (HAPS) sistemi

52 Temel Sıkıntılar