Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1 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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

2 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 2 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  Ακίνητο - κινητό  Κινητό-ακίνητο-κινητό  Κινητό-ακίνητο downlink uplink Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

3 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 3 Μορφές επικοινωνιών κινητών (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 Συστήματα Ασύρματης Επικοινωνίας 1. Εισαγωγή Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

4 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 4 1. Εισαγωγή Μορφές επικοινωνιών κινητών  Ένα κανάλι, όπου όλοι ακούν το κέντρο και ανά ένας μιλούν προς αυτό (π.χ. Αστυνομία, ταξί) Συστήματα «Αποστολής» (Dispatching systems)  Ανοικτό κανάλι, που όλοι μιλούν με όλους Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

5 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 5 1. Εισαγωγή Μορφές επικοινωνιών κινητών  Απλή εκπομπή σήματος (σηματοδοσία απλού δρόμου) Συστήματα τηλεειδοποίησης (Radio paging)  Κινητή τηλεφωνία Packet radio Κυψελωτά συστήματα (cellular systems) Δορυφορικά συστήματα Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

6 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 6 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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

7 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 7 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Α΄ παγκόσμιος πόλεμος Κρατικές υπηρεσίες Δημόσια χρήση Β΄ παγκόσμιος πόλεμος Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

8 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 8 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.1 Συμβατικά συστήματα Εισαγωγή της κυψελωτής δομής Πρώτη εφαρμογή της Σύγχρονα συστήματα Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

9 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 9 2. Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.1 Συμβατικά συστήματα 1 ο Αστικό σύστημα(St. Liouis) – 150 MHz Πρώτη χρήση των 450 MHz :D.P.L.M.R.S. (Domestic Public Land Mobile Radio Service) 1 ο Σύστημα αυτοκινητοδρόμου (Ν.Υόρκη- Βοστόνη) – 150 MHz 1947 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

12 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

13 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Διαχείριση των συχνοτήτων Μέτρο χρήσης των διαθέσιμων καναλιών (συμβατικά συστήματα) (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) αριθμός χρηστών αριθμός χρηστών Μο=Μο=Μο=Μο= πλήθος καναλιών πλήθος καναλιών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

14 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Διαχείριση των συχνοτήτων Μέτρο χρήσης των διαθέσιμων καναλιών Παράδειγμα: 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.) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

16 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

17 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών Δυνατές λύσεις:  Ανάπτυξη ζευξιμότητας (trunking)  Εφαρμογή κυψελωτής δομής  μεταπομπή (hand-off ή hand over): Επαναχρησιμοποίηση καναλιών (frequency re-use) Πώς; 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) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

19 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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 333 κανάλια το καθένα. Και στις δύο περιπτώσεις η αρχική περιοχή χωρίζεται σε 7 υποπεριοχές, στις οποίες αντιστοιχούν: Ν 1 =666/7=95 κανάλια Ν 2 =333/7=47,5 κανάλια Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

20 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 20 A (Erlangs)=μέσος χρόνος συνδιάλεξης(Min) x συνολικός αριθμός χρηστών / 60 min 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: Α 1 =83.1 Erlangs A 2 =38 Erlangs Η τηλεφωνική κίνηση θα είναι: Και ο αριθμός κλήσεων: Q 1 =2832,95 calls/h Q 2 =2 x 1295,45 calls/h Τί π ππ παρατηρούμε; Α 1 > 2 Α 2 Q1 > Q2Q1 > Q2Q1 > Q2Q1 > Q2 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

21 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

24 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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: Σε κάθε κυψέλη αντιστοιχούν m= M N κανάλια Ο αριθμός αυτός μεταβάλλεται ουσιαστικά, αν μέρος των καναλιών αυτών χρησιμοποιούνται σε περισσότερες από μία κυψέλες, που βρίσκονται σε επαρκή απόσταση μεταξύ τους Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

26 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Εξέλιξη των συστημάτων επικοινωνιών κινητών 2.3 Κριτήρια αξιολόγησης σύγχρονων συστημάτων Ε.Κ. 5 : άριστη, 0 : μη χρησιμοποιήσιμη  Ποιότητα συνδιαλέξεων  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  Πληροφορίες διαδρομών  Fax, μετάδοση δεδομένων Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

27 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

28 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Κανάλι επικοινωνίας 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 3.1 Υπόδειγμα συστήματος 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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

30 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Κανάλι επικοινωνίας 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών Τί αποκαλούμε «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) Κανάλι επικοινωνίας είναι εκείνο το τμήμα του επικοινωνιακού συστήματος, που βρίσκεται μεταξύ της εισόδου της κεραίας εκπομπής και της εξόδου της κεραίας λήψης Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

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

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

35 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Μειώσεις ισχύος ή απώλειες δρόμου διάδοσης (propagation path loss) των σημάτων σε περιβάλλον Ε.Κ. 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών 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) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

36 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 36 medium 3.5 Πολυδιόδευση στις Ε.Κ. 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών Radio path Propagation loss Απώλειες ισχύος σημάτων στις επικοινωνίες κινητών 100 λ Σταθμός βάσης Antenna Έως 24 Km Multipath fading region 100 wavelengths Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

37 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Συνέπειες της πολυδιόδευσης 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών  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 αστική3  Διασπορά καθυστέρησης Δ (delay spread) Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

38 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Συνέπειες της πολυδιόδευσης 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών  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 c  Σύμφωνο εύρος ζώνης B c (coherence bandwidth) 1  Τυπικός μαθηματικός προσδιορισμός:Bc=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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

40 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Διάδοση σήματος σε περιβάλλον Ε.Κ. 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών  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) Σε εμπόδια με διαστάσεις πολύ μαγαλύτερες από το μήκος κύματος Κατοπτρική ανάκλαση από λείες επιφάνειες 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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

43 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Η αρχή της αντιστρεψιμότητας στις Επικοινωνίες Κινητών (reciprocity principle) 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών  Ισχύει υπό προϋποθέσεις:  Δεν ισχύει για τους αντίστοιχους λόγους σήματος-προς-θόρυβο (S/N)  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  Χαμηλότερη κεραία της κινητής μονάδας  Ποικίλες μορφές θορύβου κοντά στην κινητή μονάδα Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

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

47 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Διαλείψεις μικρής κλίμακας ή γρήγορες μεταβολές 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών  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 r ο (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 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

49 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 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 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

50 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Χωρισμός μιας περιοχής σε «κυψέλες» (cells) 4.2 Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 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 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 4.3 Βασικά μέρη κυψελωτού συστήματος τηλεφωνίας Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

51 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Χωρισμός μιας περιοχής σε «κυψέλες» (cells) 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής Α1Α1 Β1Β1 C1C1 D1D1 E1E1 F2F2 A2A2 G1G1 H1H1 I1I1 D2D2 QiQi i-th cell using channel set Q Transmitter colation Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

53 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής F G B A E D C A C D E F G B Οι κυψέλες που παριστάνονται με το ίδιο γράμμα χρησιμοποιούν το ίδιο σύνολο συχνοτήτων Ομάδα 7 κυψελών 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. G G G B B A C F B Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

54 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής A Πώς θα σχεδιάσουμε σύστημα με Κ=19 κυψέλες/ομάδα κυψελών και παραμέτρους μετατόπισης i=3, j=2 ; Εντοπίζουμε την κεντρική κυψέλη και ορίζουμε την ομάδα για Κ=19 Βρίσκουμε τις γειτονικές κυψέλες Α Μετακινούμαστε κατά i=3 βήματα προς μία κατεύθυνση, κάνουμε στροφή 60 0 και άλλα j=2 βήματα. Στροφή 60 0 A A A A A A Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

56 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 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=i 2 +i*j+j 2 Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

57 Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών Επαναχρησιμοποίηση των διατιθέμενων καναλιών (frequency re-use) μετά από ομαδοποίηση των κυψελών 4. Βασικά χαρακτηριστικά της κυψελωτής δομής 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 R q=q= D =3 K  Το q λέγεται και λόγος μείωσης των παρεμβολών επαναχρησιμοποίησης  Αύξηση του Κ Μείωση του D Μείωση των παρεμβολών Καθ. κ.Τόμπρας Επιμέλεια Μανδράκης Χ. ΡΗ-2010

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

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

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


Κατέβασμα ppt "Εθνικό και Καποδιστριακό Παν/μιο Αθηνών 1 1. Εισαγωγή 2. Εξέλιξη των συστημάτων των επικοινωνιών κινητών 3. Χαρακτηριστικά περιβάλλοντος επικοινωνιών κινητών."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google