Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή
2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 5. Το «σήμερα» στις επικοινωνίες κινητών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών
1. Εισαγωγή Κάθε μορφή «οργανωμένης» επικοινωνιακής σύνδεσης ανάμεσα σε μέρη που βρίσκονται είτε σε σχετική κίνηση μεταξύ τους, είτε εμφανίζονται ακίνητα σε μη προκαθορισμένα σημεία και χρονικά διαστήματα Ισχύει για σχήματα της μορφής: Κινητό-κινητό Κινητό-ακίνητο-κινητό Ακίνητο - κινητό downlink Κινητό-ακίνητο uplink Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Μορφές επικοινωνιών κινητών
1. Εισαγωγή Μορφές επικοινωνιών κινητών Συστήματα Ασύρματης Επικοινωνίας (Radiophones,walkie-talkies) Διαθέτουν έναν αριθμό καναλιών που το καθένα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον οποιοδήποτε χρήστη, αρκεί να είναι ελεύθερο Π.χ. CB (citizens band) λειτουργία εκπομπής ή λήψης σε 40 παραχωρημένα κανάλια Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

1. Εισαγωγή Μορφές επικοινωνιών κινητών Συστήματα «Αποστολής» (Dispatching systems) Ένα κανάλι, όπου όλοι ακούν το κέντρο και ανά ένας μιλούν προς αυτό (π.χ. Αστυνομία, ταξί) Ανοικτό κανάλι, που όλοι μιλούν με όλους Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

1. Εισαγωγή Μορφές επικοινωνιών κινητών Συστήματα τηλεειδοποίησης (Radio paging) Απλή εκπομπή σήματος (σηματοδοσία απλού δρόμου) Packet radio Κυψελωτά συστήματα (cellular systems) Κινητή τηλεφωνία Δορυφορικά συστήματα Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών
Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 5. Το «σήμερα» στις επικοινωνίες κινητών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών
Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Α΄ παγκόσμιος πόλεμος Κρατικές υπηρεσίες Β΄ παγκόσμιος πόλεμος Δημόσια χρήση Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.1 Συμβατικά συστήματα 1974 Εισαγωγή της κυψελωτής δομής 1978 Πρώτη εφαρμογή της 2.2 Σύγχρονα συστήματα Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.1 Συμβατικά συστήματα :D.P.L.M.R.S. (Domestic Public Land Mobile Radio Service) 1946 1ο Αστικό σύστημα(St. Liouis) – 150 MHz 1ο Σύστημα αυτοκινητοδρόμου (Ν.Υόρκη-Βοστόνη) – 150 MHz 1947 1978 Πρώτη χρήση των 450 MHz Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.1 Συμβατικά συστήματα :I.T.M.S. (Improved Mobile Telephone Service) 1964 MJ – 150 MHz - (11 κανάλια) 1969 ΜΚ – 450 MHz - (12 κανάλια) Αυτόματη εμβέλεια (~80 Km) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Λειτουργία συμβατικών συστημάτων {F1} Κέντρο εκπομπής/λήψης (σταθμός βάσης) Επανέναρξη συνδιάλεξης {F2} {F1} {F2} Κυψέλη Α Τα αντίστοιχα σύνολα καναλιών Κυψέλη Β Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Βασικά χαρακτηριστικά – Περιορισμοί Μεγάλη ισχύς εκπομπής για μεγάλη εμβέλεια, αλλά: Μη αποδοτική διαχείριση των συχνοτήτων, π.χ. Ένα κανάλι ανά συνδιάλεξη Μικρός αριθμός χρηστών (μικρή χωρητικότητα) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Διαχείριση των συχνοτήτων Μέτρο χρήσης των διαθέσιμων καναλιών αριθμός χρηστών Μο= πλήθος καναλιών (συμβατικά συστήματα) Τί είναι το Μο; Είναι ένα μέτρο της φασματικής απόδοσης (spectral efficiency) ενός συστήματος και σχετίζεται άμεσα με τη χωρητικότητα ή ραδιοχωρητικότητά του (radio-capacity) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Διαχείριση των συχνοτήτων Μέτρο χρήσης των διαθέσιμων καναλιών Παράδειγμα: Μπορεί να υπολογιστεί ότι σε μία μέση διάρκεια συνομιλίας 1.76min, η πιθανότητα «κατειλημμένης γραμμής» (blocking probability) θα είναι: 50% για το σύστημα MJ με 6 κανάλια για 320 χρήστες (Μο=53χρ./καν.) 33% για το σύστημα MΚ με 6 κανάλια για 225 χρήστες (Μο=37χρ./καν.) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Διαχείριση των συχνοτήτων Μέτρο χρήσης των διαθέσιμων καναλιών Άρα: Το ιδανικό σύστημα π.χ.κινητής τηλεφωνίας, θα πρέπει λειτουργώντας σε ένα περιορισμένο φάσμα συχνοτήτων, να εξυπηρετεί απεριόριστο αριθμό χρηστών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Απαιτήσεις των Σύγχρονων Συστημάτων Επικοινωνιών Κινητών (Ε.Κ.) Υψηλή απόδοση διαχείρισης των διαθεσίμων συχνοτήτων Μεγάλος αριθμός χρηστών (μεγάλη χωρητικότητα) Όχι διακοπή και επανέναρξη συνδιαλέξεων Μεταπομπή (hand-over) Δυνατότητα μετακίνησης των χρηστών σε διαφορετικές περιοχές περιαγωγή (roaming) Ποικιλία υπηρεσιών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Δυνατές λύσεις: Ανάπτυξη ζευξιμότητας (trunking) Εφαρμογή κυψελωτής δομής Επαναχρησιμοποίηση καναλιών (frequency re-use) Πώς; μεταπομπή (hand-off ή hand over): Αυτόματη αλλαγή από ένα κανάλι σε ένα άλλο είτε κατά τη διάρκεια μιας συνδιάλεξης είτε όχι μετά από αξιολόγηση της ραδιο-επαφής σε σχέση με τη θέση ή την κίνηση της κινητής μονάδας δυνατότητα εντοπισμού (locating) περιαγωγή (roaming) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Δυνατές λύσεις: Με παράλληλη ανάπτυξη και χρήση τεχνικών πολλαπλής προσπέλασης Πολλοί χρήστες στο ίδιο «κανάλι» (FDMA, TDMA, CDMA) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Απόδοσης ζευξιμότητας (trunking efficiency) κατά την κάλυψη μιας περιοχής από ένα ή δύο συστήματα Ερώτημα: Τί τηλεφωνική κίνηση εξυπηρετείται σε μία περιοχή από ένα ή δύο συστήματα, που διαχειρίζονται δεδομένο αριθμό καναλιών; Έστω η περίπτωση Α1 ενός συστήματος με 666 κανάλια και η περίπτωση Α2 δύο συστημάτων με κανάλια το καθένα. Και στις δύο περιπτώσεις η αρχική περιοχή χωρίζεται σε 7 υποπεριοχές, στις οποίες αντιστοιχούν: Ν1 =666/7=95 κανάλια Ν2 =333/7=47,5 κανάλια Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Απόδοσης ζευξιμότητας (trunking efficiency) κατά την κάλυψη μιας περιοχής από ένα ή δύο συστήματα Αν η πιθανότητα κατειλημμένης γραμμής είναι Β=2% και η μέση διάρκεια συνδιάλεξης 1,76 min, τότε: A (Erlangs)=μέσος χρόνος συνδιάλεξης(Min) x συνολικός αριθμός χρηστών / 60 min Η τηλεφωνική κίνηση θα είναι: Τί παρατηρούμε; Α1 =83.1 Erlangs A2 =38 Erlangs Α1 > 2 Α2 Και ο αριθμός κλήσεων: Q1 > Q2 Q2=2 x 1295,45 calls/h Q1 =2832,95 calls/h Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Απόδοσης ζευξιμότητας (trunking efficiency) κατά την κάλυψη μιας περιοχής από ένα ή δύο συστήματα Συμπέρασμα Η τελική απόφαση εξαρτάται από οικονομικούς λόγους (π.χ. Αποκλεισμός μονοπωλιακών καταστάσεων) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.2 Σύγχρονα συστήματα 1978: Αναλογικά κυψελωτά συστήματα (1η γενιά) AMPS: ΗΠΑ TACS: Αγγλία, Ιρλανδία NMT 400 – 900: Σκανδιναβικές και Κάτω χώρες, Δανία, Αυστρία, Ελβετία, Ισπανία C450: Γερμανία, Πορτογαλία 1990: Ψηφιακά πανευρωπαϊκά συστήματα (2η γενιά) GSM: (κυψελωτή τηλεφωνία) DECT: (ασύρματη τηλεφωνία) ERMES: (τηλεειδοποίηση) 2000: Παγκόσμιο σύστημα επικοινωνιών PCN (3η γενιά) UMTS - UPTS FPLMTS Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Εφαρμογή κυψελωτής δομής Αύξηση ραδιοχωρητικότητας Επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων Πώς επιτυγχάνεται αυτό; Διαίρεση κυψελών μακροκυψέλες μικροκυψέλες πικοκυψέλες Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Εφαρμογή κυψελωτής δομής Αν Μ είναι ο συνολικός αριθμός των διαθέσιμων καναλιών σε μια ευρύτερη περιοχή και Ν ο αριθμός κυψελών στην περιοχή αυτή, τότε: M Σε κάθε κυψέλη αντιστοιχούν m= κανάλια N Ο αριθμός αυτός μεταβάλλεται ουσιαστικά, αν μέρος των καναλιών αυτών χρησιμοποιούνται σε περισσότερες από μία κυψέλες, που βρίσκονται σε επαρκή απόσταση μεταξύ τους Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Εφαρμογή κυψελωτής δομής Άμεσες συνέπειες: Αυξάνεται σημαντικά η χωρητικότητα του συστήματος, καθώς μπορεί να ικανοποιηθεί πολύ περισσότερος αριθμός χρηστών Με τη διαίρεση των κυψελών επιτυγχάνεται αντιστοίχηση του διαθέσιμου αριθμού καναλιών με την κατά τόπους αναμενόμενη κίνηση: μικρή κίνηση Μεγάλες κυψέλες μεγάλη κίνηση Μικρές κυψέλες Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.3 Κριτήρια αξιολόγησης σύγχρονων συστημάτων Ε.Κ. Ποιότητα συνδιαλέξεων 5 : άριστη, 0 : μη χρησιμοποιήσιμη Ποιότητα παρεχομένων υπηρεσιών ραδιοκάλυψη Μικρός αριθμός διακοπτόμενων συνδιαλέξεων δηλ., μικρός αριθμός διακοπής συνδιαλέξεων Μικρή πιθανότητα κατειλημμένης γραμμής σε ώρα αιχμής Υψηλή απόδοση ζευξιμότητας (trunking efficiency) Παροχή πρόσθετων υπηρεσιών Αναμονή κλήσης, καταγραφή μηνυμάτων Fax, μετάδοση δεδομένων Πληροφορίες διαδρομών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 5. Το «σήμερα» στις επικοινωνίες κινητών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 3.2 Κανάλι επικοινωνίας
3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.1 Υπόδειγμα συστήματος επικοινωνίας 3.2 Κανάλι επικοινωνίας 3.3 Τύποι παραμόρφωσης στα επικοινωνιακά κανάλια 3.4 Μειώσεις ισχύος ή απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) των σημάτων σε περιβάλλον Ε.Κ. 3.5 Πολυδιόδευση στις Ε.Κ. 3.6 Η αρχή της Αντιστρεψιμότητας στις Ε.Κ. (reciprocity principle) 3.7 Περιγραφή του σήματος στο χρόνο και στο χώρο Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.1 Υπόδειγμα συστήματος επικοινωνίας πομπός Κανάλι επικοινωνίας δέκτης Είσοδος x(t) Συνάρτηση μεταφοράς Hc(f) Έξοδος y(t) θόρυβος Έστω ότι έχουμε μετάδοση χωρίς παραμόρφωση: y(t) = k x(t-td) Όπου: td είναι η χρονική καθυστέρηση (συνάρτηση της f) k είναι ο συντελεστής εξασθένισης, δηλ. το μέτρο της Hc(f) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.2 Κανάλι επικοινωνίας Κανάλι επικοινωνίας είναι το φυσικό μέσο σύζευξης πομπού-δέκτη Κανάλι επικοινωνίας είναι εκείνο το τμήμα του επικοινωνιακού συστήματος, που δεν μπορούμε ή δε θέλουμε να μεταβάλουμε (Prof. Fano) Τί αποκαλούμε «Κανάλι επικοινωνίας» ; Κανάλι επικοινωνίας είναι εκείνο το τμήμα του επικοινωνιακού συστήματος, που βρίσκεται μεταξύ της εισόδου της κεραίας εκπομπής και της εξόδου της κεραίας λήψης Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.2 Κανάλι επικοινωνίας Με ισοστάθμιση των χαρακτηριστικών καναλιών Πώς μπορούμε να βελτιώσουμε το «Κανάλι επικοινωνίας» ; Με τεχνικές διαφοροποιημένης εκπομπής – λήψης (diversity techniques) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.3 Τύποι παραμόρφωσης στα επικοινωνιακά κανάλια Γραμμική Παραμόρφωση πλάτους Απώλειες ισχύος του λαμβανόμενου σήματος στο δέκτη Παραμόρφωση φάσης Από μόνες τους είναι μικρής σημασίας Μη Γραμμική Αρμονική παραμόρφωση Παραμόρφωση από ενδοδιαμόρφωση (cross-talk) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.4 Μειώσεις ισχύος ή απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) των σημάτων σε περιβάλλον Ε.Κ. Απώλειες ατμοσφαιρικής διάδοσης Ισχύει για όλες τις μορφές ασύρματης επικοινωνίας Απώλειες επίγειας διάδοσης Ανάγλυφο της περιοχής διάδοσης Χαμηλό ύψος κεραίας κινητού Μικρό μήκος κύματος σε σχέση με τις διαστάσεις του περίγυρου (διαφορετική ταχύτητα προς διάφορες κατευθύνσεις) Απώλειες λόγω κίνησης Απώλειες λόγω περίγυρου (κίνηση ή στάση σε περιοχές με διάφορους τύπους σκεδαστών, άλλα κινητά, κλπ.) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.4 Μειώσεις ισχύος ή απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) των σημάτων σε περιβάλλον Ε.Κ. Ποιό είναι το αποτέλεσμα των απωλειών επίγειας διάδοσης; Η εμφάνιση διαλείψεων ή έντονων αποσβέσεων (fading) στο λαμβανόμενο σήμα Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.4 Μειώσεις ισχύος ή απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) των σημάτων σε περιβάλλον Ε.Κ. Συμπεράσματα: Η μορφολογία του εδάφους σε συνδυασμό με τις ανθρώπινες κατασκευές καθορίζουν τις συνολικές απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) Το λαμβανόμενο σήμα είναι αποτέλεσμα υπέρθεσης πολλών κυμάτων, τα οποία ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές μέχρι το δέκτη, φαινόμενο που είναι γνωστό ως πολυδιόδευση σήματος (multipath propagation) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 3.5 Πολυδιόδευση στις Ε.Κ.
3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5 Πολυδιόδευση στις Ε.Κ. medium Σταθμός βάσης Antenna Έως 24 Km Multipath fading region 100 wavelengths Radio path Propagation loss 100 λ Απώλειες ισχύος σημάτων στις επικοινωνίες κινητών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.1 Συνέπειες της πολυδιόδευσης Διασπορά καθυστέρησης Δ (delay spread) Οφείλεται στο διαφορετικό χρονικό διάστημα που απαιτείται για την άφιξη στο δέκτη κάθε μιας από τις πολλές συνιστώσες του σήματος Η διαφορά μεταξύ των ακραίων τιμών του χρόνου άφιξης αυτών των συνιστωσών ορίζουν τη διασπορά χρονικής καθυστέρησης Δ Είναι ένα μέγεθος με το οποίο χαρακτηρίζεται η περιοχή διάδοσης των σημάτων Είδος περιοχής Μέση τιμή Δ (μsec) Ανοικτή (μη αστική) < 0.2 Ημιαστική ή περιαστική 0.5 αστική 3 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.1 Συνέπειες της πολυδιόδευσης Σύμφωνο εύρος ζώνης Bc (coherence bandwidth) Η ύπαρξη του Δ κάνει δύο σήματα κοντινής συχνότητας να συσχετίζονται Ορίζεται ως το εύρος ζώνης συχνοτήτων, εντός του οποίου τα πλάτη ή οι φάσεις των διαδιδόμενων σημάτων παρουσιάζουν υψηλό βαθμό συσχέτισης Το είδος αυτής της συχέτισης προσδιορίζεται υποκειμενικά 1 Τυπικός μαθηματικός προσδιορισμός: Bc= 8Δ Το σύμφωνο εύρος ζώνης για μήκη διαδρομής από 2 έως 4 Km κυμαίνεται μεταξύ 100 KHz – 1 MHz και μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα προς τον αριθμό των διαφορετικών διαδρομών διάδοσης σήματος που εμφανίζονται σε μια περιοχή Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.1 Συνέπειες της πολυδιόδευσης Σύμφωνο εύρος ζώνης Bc (coherence bandwidth) Γενικά Για τα πλάτη δύο σημάτων (με διαλείψεις) ισχύει: Bca= 2 π Δ 1 Ενώ για τις τυχαίες φάσεις τους: Bcp= 4 π Δ 1 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.2 Διάδοση σήματος σε περιβάλλον Ε.Κ. Πολλαπλές μορφές σκέδασης (scattering) Σε φυσικά ή τεχνητά εμπόδια με διαστάσεις της ίδιας τάξης μεγέθους με το μήκος κύματος με αποτέλεσμα τη διάχυση της ενέργειας του σήματος προς διάφορες κατευθύνσεις ανάκλαση (reflection) Κατοπτρική ανάκλαση από λείες επιφάνειες Σε εμπόδια με διαστάσεις πολύ μαγαλύτερες από το μήκος κύματος διάχυτη ανάκλαση από επιφάνειες ανώμαλης υφής, η τραχύτητα της οποίας είναι συγκρίσιμη με το μήκος κύματος περίθλαση (diffraction) Δημιουργία δευτερογενών «πηγών εκπομπής» πίσω από αλλιώς αδιαπέραστα εμπόδια Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.3 Μεταβολή της ισχύος σήματος στην είσοδο απομακρυνόμενου δέκτη Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.5.4 Πρόσθετες μορφές θορύβου και εξασθένισης στις Ε.Κ. Εκτός από τις γνωστές μορφές θορύβου (θερμικός, ατμοσφαιρικός, κοσμικός και ηλεκτρονικός), υπάρχει και ο θόρυβος λόγω ανθρώπινης δραστηριότητας (man-made noise), π.χ.: Ανάφλεξη αυτοκινήτων (ignition noise) Κυκλοφορία αυτοκινήτων (automotive traffic noise) Γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Υπάρχουν επίσης πρόσθετοι παράγοντες εξασθένισης που σχετίζονται με: Τον προσανατολισμό των δρόμων Τα φυλλώματα των δέντρων Τις σήραγγες Τα υλικά κατασκευής και τις διαστάσεις των κτιρίων Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.6 Η αρχή της αντιστρεψιμότητας στις Επικοινωνίες Κινητών (reciprocity principle) Ισχύει υπό προϋποθέσεις: Η ισχύς του σήματος είναι ίδια είτε αυτό λαμβάνεται στον κινητό δέκτη, όταν εκπέμπεται από το σταθμό βάσης, είτε λαμβάνεται στο σταθμό βάσης εκπεμπόμενο από την κινητή μονάδα Δεν ισχύει για τους αντίστοιχους λόγους σήματος-προς-θόρυβο (S/N) Χαμηλότερη κεραία της κινητής μονάδας Ποικίλες μορφές θορύβου κοντά στην κινητή μονάδα Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.7 Περιγραφή του σήματος στο χρόνο και στο χώρο Στο χρόνο r(t) = m(t) r0(t) Στο χώρο r(x) = m(x) r0(x) m(x) : Διαλείψεις μακράς κλίμακας (Long-Term Fading). Οφείλονται στη μορφολογία του εδάφους και το δομημένο περιβάλλον ανάμεσα στο σταθμό βάσης και τον κινητό δέκτη r 0(x) : Διαλείψεις μικρής κλίμακας (Short-Term Fading). Οφείλονται στο άμεσο (γειτονικό) περιβάλλον του κινητού δέκτη Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.7.1 Τυπική μορφή σήματος σε περιβάλλον Ε.Κ. Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.7.2 Διαλείψεις μακράς κλίμακας ή αργές μεταβολές Στο χρόνο: Ο χρόνος Τ καθορίζεται από το ρυθμό εμφάνισης διαλείψεων στο r(t) (συνήθως 20 έως 40) r(t) dt m(t1) = 1 2T t 1 +T t 1 -T Στο χώρο: 2L είναι η απόσταση μετακίνησης ίση προς 20 έως 40 μήκη κύματος r(x) dx m(x1) = 1 2L x 1 +L x 1 -L Ακολουθεί log-normal κατανομή Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.7.3 Διαλείψεις μικρής κλίμακας ή γρήγορες μεταβολές Εφόσον δεν είναι εύκολο να απομονωθεί και να μελετηθεί ξεχωριστά κάθε μία από τις διαδρομές (paths) του σήματος μέχρι το δέκτη, η μελέτη των διαλείψεων μικρής κλίμακας γίνεται στατικώς Η περιβάλλουσα του rο(t) θα ακολουθεί: Κατανομή Rayleigh όταν όλες οι συνιστώσες θεωρούνται ότι προέρχονται από ανακλάσεις κ.λ.π. Κατανομή Rice όταν υπάρχει μία ισχυρή συνιστώσα (είτε απ’ ευθείας, είτε από ανάκλαση) και οι υπόλοιπες θεωρούνται ότι προέρχονται από ανακλάσεις κ.λ.π. Διευκρίνιση: ως συνιστώσα θεωρείται μία εκδοχή του σήματος, που ακολουθεί μία από τις πολλές διαδρομές Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.7.3 Τυπική μορφή fading σήματος σε κινούμενη μονάδα Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 5. Το «σήμερα» στις επικοινωνίες κινητών Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.1 Χωρισμός μιας περιοχής σε «κυψέλες» (cells) 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 4.3 Βασικά μέρη κυψελωτού συστήματος τηλεφωνίας 4.4 Συνεχής ανάπτυξη με διαίρεση των κυψελών (cell splitting) π.χ. Για μικρή κίνηση αρκούν μεγάλες κυψέλες 4.5 Συνεχής αύξηση της χωρητικότητας του συστήματος Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.1 Χωρισμός μιας περιοχής σε «κυψέλες» (cells) Α1 Β1 C1 D1 E1 F2 A2 G1 H1 I1 D2 Qi i-th cell using channel set Q Transmitter colation Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.1 Χωρισμός μιας περιοχής σε «κυψέλες» (cells) Η βέλτιστη διαίρεση μιας επιφάνειας, που συναντάμε και στη φύση είναι το κανονικό εξάγωνο. Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών Ομάδα 7 κυψελών F G B A E D C G B A C F G B F A E C D Οι κυψέλες που παριστάνονται με το ίδιο γράμμα χρησιμοποιούν το ίδιο σύνολο συχνοτήτων Π.χ. : Η κυψέλη Α ξαναχρησιμοποιεί το ίδιο σύνολο συχνοτήτων σε κάθε ομάδα κυψελών, όπου ανήκει. Το ίδιο συμβαίνει και με τις κυψέλες Β,C, κ.ο.κ. Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών A Πώς θα σχεδιάσουμε σύστημα με Κ=19 κυψέλες/ομάδα κυψελών και παραμέτρους μετατόπισης i=3, j=2 ; A Στροφή 600 Στροφή 600 Εντοπίζουμε την κεντρική κυψέλη και ορίζουμε την ομάδα για Κ=19 A Βρίσκουμε τις γειτονικές κυψέλες Α Μετακινούμαστε κατά i=3 βήματα προς μία κατεύθυνση, κάνουμε στροφή 600 και άλλα j=2 βήματα. Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών Προσδιορισμός των co-channel κυψελών Επιλογή των παραμέτρων μετατόκίνησης i, j (ακέραιοι αριθμοί) Μετακίνηση κατά i ή j κυψέλες Στροφή δεξιά ή αριστερά κατά 60 μοίρες Μετακίνηση κατά j ή i κυψέλες Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών Ομάδα (cluster) κυψελών Οι κυψέλες με διαφορετικό υποσύνολο καναλιών Ο αριθμός Κ των κυψελών μιας ομάδας είναι ο αριθμός των διαφορετικών υποσυνόλων καναλιών και λέγεται «αριθμός ομαδοποίησης» Ισχύει ότι: K=i2+i*j+j2 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών R q= D = 3 K Λόγος επαναχρησιμοποίησης καναλιών: D : η απόσταση των κέντρων των κοντινών co-channel κυψελών R : η ακτίνα των κυψελών K : ο αριθμός ομαδοποίησης Παρατηρήσεις για τις παρεμβολές Στην πράξη το Κ καθορίζεται από την ισχύ των παρεμβολών λόγω επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων Αύξηση του Κ Μείωση του D Μείωση των παρεμβολών Το q λέγεται και λόγος μείωσης των παρεμβολών επαναχρησιμοποίησης Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.3 Βασικά μέρη κυψελωτού συστήματος τηλεφωνίας Κινητή μονάδα (Mobile unit) Σταθμός βάσης (Base station or Cell site) Γραφείο μεταγωγης-οργάνωσης και συντονισμού (MTSO) Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.3 Βασικά μέρη κυψελωτού συστήματος τηλεφωνίας MTSO Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.3 Βασικά μέρη κυψελωτού συστήματος τηλεφωνίας Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια

Είσοδος

Σύνδεση μέσω των κοινωνικών δικτύων:

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Παρουσίαση με θέμα: "Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1. Εισαγωγή"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

Παρόμοιες παρουσιάσεις

Σχετικά με το έργο

Σχόλια