ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Δρ. ΔΗΜΗΤΡIΟΣ ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ 4 Ιουνίου 2015 ΣΕΡΡΕΣ

 Στη παρούσα πτυχιακή εργασία θα πραγματοποιηθεί μελέτη του LTE TDD Downlink σήματος με τη βοήθεια του αναλυτή σημάτων N9010A ΕΧΑ (Signal Analyzer) της εταιρίας Agilent.  Το θεωρητικό μέρος της πτυχιακής εργασίας περιλαμβάνει μελέτη : 1. Των δικτύων κινητής τηλεφωνίας 1G, 2G, 3G γενιάς. 2. Του LTE και των χαρακτηριστικών του. 3. Του Φυσικού Επιπέδου. 4. Των Τεχνικών του LTE. 5. Του LTE – Advanced.  Tο εργαστηριακό κομμάτι περιλαμβάνει μετρήσεις, για τα Test Model 3.2 και Test Model 3.3 με εύρος ζώνης στα 5MHz και 10MHz. Για τα συγκεκριμένα Test Model θα γίνουν οι εξής μετρήσεις: Διάχυση Ισχύος στα γειτονικά κανάλια. (ACLR). Εύρος Ζώνης του εκπεμπόμενου σήματος. (Occupied Bandwidth). Κατανομή Συμπληρωματικής Αθροιστικής Συνάρτησης. (CCDF). Error Vector Magnitude. (EVM).

Πρώτη Γενιά 1G ( ): 1. Λειτουργούσαν με κυψέλες. 2. Αναλογικά Σήματα. 3. Υποστηρίζουν φωνητική επικοινωνία με περιορισμένη περιαγωγή. 4. Ευάλωτη σε Υποκλοπές, χαμηλή ποιότητα κλήσεων. Δεύτερη Γενιά 2G (1990–2000): 1.Τεχνικές ψηφιακής διαμόρφωσης του σήματος. 2.Υποστηρίζουν υπηρεσίες όπως πλοήγηση στο διαδίκτυο, αποστολή και λήψη Μεγαλύτερη αποδοτικότητα και χωρητικότητα λόγου αύξησης φάσματος. 4.Χρήση Κρυπτογράφισης, (μεγαλύτερη ασφάλεια και χρήση δεδομένων). Τρίτη Γενιά 3G (1991 – 2008): 1.Τεχνολογία μεταγωγής πακέτων. 2.Μεγάλη απόδοση και υψηλές ταχύτητες μετάδοσης (ταχύτητες ως 2 Mbps). 3.Δυνατότητα χρήσης πολλών εφαρμογών. (video-κλήσεις, ανάγνωση ).

Το φυσικό επίπεδο του LTE βασίζεται:  Στο OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) με κυκλικό πρόθεμα όσον αφορά την κατερχόμενη ζεύξη (Downlink).  Και στο SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) επίσης με κυκλικό πρόθεμα όσον αφορά την ανερχόμενη ζεύξη (Uplink). Για να επιτευχθεί αυτή η ζεύξη υποστηρίζονται η Αμφίδρομη διαίρεση συχνότητας (FDD) και η Αμφίδρομη Διαίρεση Χρόνου (TDD).

 Το LTE εγκαταστάθηκε για πρώτη φορά σε δημόσιο δίκτυο στις 14 Δεκεμβρίου 2009 στο Όσλο και τη Στοκχόλμη.ΌσλοΣτοκχόλμη  Αναφέρεται στην τέταρτη γενιά κινητών τηλεπικοινωνιών και χρησιμοποιείται για την ασύρματη επικοινωνία και δικτύωση των κινητών συσκευών, με υψηλές ταχύτητες.  Στηρίζεται στην ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (OFDM) και τα συστήματα πολλαπλής εξόδου εισόδου (ΜΙΜΟ).  Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων στη καθοδική ζεύξη ( (downlink) είναι της τάξης των 300 Mbps και στην ανοδική (uplink) φτάνει μέχρι και 75 Mbps με καθυστέρηση συστήματος (latency) που αγγίζει τα 5ms.

 Ρυθμός μετάδοσης δεδομένων, στην καθοδική ζεύξη έως και 299,6 Mbps και στην ανοδική ζεύξη έως και 75,4 Mbps.  Χαμηλές καθυστερήσεις κατά την μεταφορά δεδομένων.  Διαμόρφωση OFDM για την καθοδική ζεύξη και SC-FDMA για την ανοδική.  Ραδιοεπικοινωνιακό δίκτυο μεταγωγής πακέτων.  Υποστήριξη υπηρεσιών κλήσεις, με καλύτερη ποιότητα, χάρη στην κωδικοποίηση.

Frequency Division Duplexing (FDD): Αμφίδρομη διαίρεση συχνότητας. Ο πομπός και ο δέκτης λειτουργούν Σε διαφορετικές συχνότητες του φέροντος. Ο σταθμός πρέπει να μπορεί να στέλνει και να λαμβάνει μια μετάδοση την ίδια στιγμή Το Time-Division Duplex (TDD): Διαίρεση χρόνου πολυπλεξίας. Ο πομπός και ο δέκτης λειτουργούν στην ίδια συχνότητα συνεπώς μπορεί να αναπτυχθεί ευκολότερα.

 Ο κύριος λόγος για τον οποίο το LTE χρησιμοποιεί την διαμόρφωση OFDM είναι η μεγάλη αντοχή που έχει σε περιβάλλον όπου το σήμα εξασθενεί.  Η ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεσης συχνότητας (OFDM) είναι μια μορφή διαμόρφωσης σε πολλές διαδρομές η οποία χωρίζει το προς μετάδοση μήνυμα σε τμήματα.  Τα κανάλια της OFDM είναι ορθογώνια μεταξύ τους, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται ότι δεν θα παρεμβάλλονται το ένα στο άλλο.  Τα δεδομένα μεταφέρονται παράλληλα αντί να εκπέμπονται σειριακά, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι τρόποι διαμόρφωσης.

Αναφέρεται στην τεχνολογία όπου τόσο στον σταθμό βάσης όσο και στο τερματικό υπάρχουν περισσότερες από μία κεραίες. Παίζουν σημαντικό ρόλο στο LTE καθώς χρησιμοποιούνται για την αύξηση της εμβέλειας και της χωρητικότητας του φυσικού επιπέδου. Βελτιώνοντας έτσι τις επιδόσεις. Υπάρχουν τέσσερις τρόποι ραδιομετάδοσης, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Μια είσοδος μια έξοδος. Μια είσοδος πολλές εξόδους Πολλές εισόδους μια έξοδος. Πολλές εισόδους πολλές εξόδους.

Κάποιες από τις συμφωνημένες προδιαγραφές του LTE – Advanced είναι:  Μέγιστη ταχύτητα δεδομένων 1 Gbps (downlink) και 500 Mbps (uplink ).  Μεγαλύτερο εύρος ζώνης κατά 70 MHz (downlink) και 40 MHz (uplink).  Τρεις φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα από το LTE.  Εφαρμογές, υπηρεσίες και εξοπλισμός, φιλικά προς το χρήστη.  Συμβατότητα με το LTE.

1.Αφού κάνουμε τις απαραίτητες ρυθμίσεις στο πρόγραμμα LTE – LTE Advanced. 2. Στέλνουμε το σήμα μας στην γεννήτρια N5182A MXG Vector Signal Generator. 3.Και στην συνέχεια η γεννήτρια στέλνει το σήμα στον αναλυτή EXA X-Series Signal Analyzer N9010A και από τον αναλυτή πηγαίνει στο πρόγραμμα VSA για να πάρουμε τις μετρήσεις του σήματος μας. ΓΕΝΗΤΡΙΑ N5182A MXG Vector Signal Generator ΑΝΑΛΥΤΗΣ EXA X-Series Signal Analyzer N9010A

Στο εργαστηριακό κομμάτι τα Test Model που έχουμε να μελετήσουμε είναι το 3.2 και 3.3. Αρχικά θα πρέπει να ρυθμίσω την συχνότητα μας στα 2GHz και το πλάτος στα -10dBm σύμφωνα με τις προδιαγραφές που μας έχουν δωθεί.

Μπορούμε να επιλέξουμε να χρησιμοποιήσουμε μια έτοιμη διαμόρφωση ανάλογα με το Test Model που χρησιμοποιούμε, καθώς επίσης να επιλέξουμε και το Test Model που θα χρησιμοποιήσουμε. Για το Test Model 3.3 με εύρος ζώνης 10MHz η διαμόρφωση είναι η QPSK.

Εφόσον έχουμε ανοίξει το πρόγραμμα Agilent VSA 15.0 θα πρέπει να κάνουμε και τις κατάλληλες ρυθμίσεις. Δηλαδή την συχνότητα στα 2GHz το πλάτος στα -10dBm και το εύρος στα 10MHz 10

ACLR: Είναι η διάχυση της κεντρικής συχνότητας στα γειτονικά κανάλια.

Occupied Bandwidth: υποδηλώνει το ωφέλιμο ή “πραγματικό” εύρος ζώνης που καταλαμβάνει το σήμα μας.

Μέτρηση που δείχνει την διαφορά μεταξύ ιδανικών τιμών των συμβόλων και των πραγματικών τιμών που παίρνουμε στην έξοδο του πομπού. Δηλαδή είναι ο θόρυβος και η παραμόρφωση που παραμένουν αν τα διαχωρίσουμε από την ιδανική μορφή του σήματος.

Εκφράζεται ως ο λόγος της μέγιστης ισχύος του σήματος προς τη μέση ισχύ του σήματος. Όσο μεγαλύτερο το PAPR τόσο αυξάνεται το κόστος του τερματικού και εξαντλείται η μπαταρία.

Είναι ο λόγος των δειγμάτων, που η ισχύς είναι μεγαλύτερη από το κατώφλι προς το σύνολο των δειγμάτων. Παρατηρούμε λοιπόν, ότι όσο αυξάνουμε το κατώφλι, τόσο μειώνεται ο αριθμός των κορυφών που βρίσκεται πάνω από αυτό.

Μπορούμε να επιλέξουμε να χρησιμοποιήσουμε μια έτοιμη διαμόρφωση ανάλογα με το Test Model που χρησιμοποιούμε, καθώς επίσης να επιλέξουμε και το Test Model που θα χρησιμοποιήσουμε. Για το Test Model 3.2 με εύρος ζώνης 10MHz η διαμόρφωση είναι η 16QAM.