Κινητές Επικοινωνίες Ενότητα #6: Μελέτη παρεμβολών Γεώργιος Καρέτσος Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλίας Κινητές Επικοινωνίες Ενότητα #6: Μελέτη παρεμβολών Γεώργιος Καρέτσος Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στο πλαίσιο του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σκοποί ενότητας Ο αναγνώστης να μπορεί να: κατανέμει κανάλια σε κυψέλες, υπολογίζει τον συντελεστή μείωσης της ομοδιαυλικής παρεμβολής, υπολογίζει την ομοδιαυλική παρεμβολή σε μονοδιάστατα και δισδιάστατα συστήματα, περιορίζει την ομοδιαυλική παρεμβολή στα κυψελωτά συστήματα κινητών επικοινωνιών, διαστασιολογεί την παρεμβολή γειτονικών διαύλων, προσδιορίζει και αντιμετωπίζει το πρόβλημα της ενδοδιαμόρφωσης, αντιμετωπίζει την παρεμβολή λόγου κοντινού προς μακρινό άκρο, βελτιώνει την χωρητικότητα των κυψελωτών συστημάτων κινητών επικοινωνιών, βελτιώνει την επίδοση των κυψελωτών συστημάτων κινητών επικοινωνιών με χρήση μικροκυψελών. Μελέτη παρεμβολών

Περιεχόμενα ενότητας (1/2) Κατανομή καναλιών σε κυψέλες Συντελεστής μείωσης της ομοδιαυλικής παρεμβολής Ομοδιαυλική παρεμβολή σε μονοδιάστατα συστήματα Ομοδιαυλική παρεμβολή σε συστήματα δύο διαστάσεων Μέθοδοι περιορισμού της ομοδιαυλικής παρεμβολής Μελέτη παρεμβολών

Περιεχόμενα ενότητας (2/2) Παρεμβολή γειτονικών διαύλων Ενδοδιαμόρφωση Παρεμβολή λόγου κοντινού προς μακρινό άκρο Βελτίωση της χωρητικότητας και της επίδοσης των κυψελωτών συστημάτων κινητών επικοινωνιών Μελέτη παρεμβολών

Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (1 από 4) Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (1 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (2 από 4) Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (2 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (3 από 4) Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (3 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (4 από 4) Κατανομή καναλιών σε κυψέλες (4 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Α (1 από 4) Εύρος ζώνης 33MHz διατίθεται σε κυψελωτό σύστημα. Κάθε δίαυλος έχει W = 25kHz ανά κατεύθυνση, και χρησιμοποιείται για τηλεφωνία και έλεγχο. Να υπολογιστεί ο αριθμός των διαύλων που θα κατανεμηθούν ανά κυψέλη, αν το σύστημα χρησιμοποιεί Κ = 4,7,12. Αν διατίθεται 1MHz από το φάσμα για διαύλους ελέγχου, καθορίστε μία ομοιόμορφη κατανομή των διαύλων ελέγχου και φωνής. Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Α (2 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Α (3 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Α (4 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Ομοδιαυλική παρεμβολή (1 από 5) 𝑆 𝑇 = 𝑃 𝑆 𝑃 𝐼 10 log 𝑃 𝑆 𝑃 𝐼 >𝑇 𝑑𝐵 Μελέτη παρεμβολών

Ομοδιαυλική παρεμβολή (2 από 5) Θεωρούμε ότι: Οι κυψέλες είναι ίσες, ακτίνας R. Οι σταθμοί βάσης εκπέμπουν την ίδια ισχύ. Η ομοδιαυλική παρεμβολή είναι ανεξάρτητη από τη εκπεμπόμενη ισχύ. 𝑆 𝑇 =𝑔(𝑎,𝑛) Μελέτη παρεμβολών

Ομοδιαυλική παρεμβολή (3 από 5) Μελέτη παρεμβολών

Ομοδιαυλική παρεμβολή (4 από 5) Μελέτη παρεμβολών

Ομοδιαυλική παρεμβολή (5 από 5) Αν n είναι ο εκθέτης απωλειών διαδρομής και η στάθμη του τοπικού θορύβου είναι πολύ μικρότερη της στάθμης παρεμβολής: Μελέτη παρεμβολών

Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη καθόδου Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη καθόδου Μελέτη παρεμβολών

Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη ανόδου (1/2) Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη ανόδου (1/2) Μελέτη παρεμβολών

Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη ανόδου (2/2) Μονοδιάστατα συστήματα: ζεύξη ανόδου (2/2) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Β (1 από 3) Κυψελωτό σύστημα για αυτοκινητόδρομο μεγάλης ταχύτητας, n = 3.5 και S/I = 100 (20dB). Αν d είναι η απόσταση των BTS, ποιος είναι ο ελάχιστος λόγος D/d που θα εξασφαλίζει τον απαιτούμενο λόγο S/I; Αν d = 1600m, ποια είναι η D; Αν C = 400 δίαυλοι, πόσα κινητά τηλέφωνα μπορεί να τους χρησιμοποιούν ταυτόχρονα σε κάθε κυψέλη; Νομίζετε ότι η χωρητικότητα είναι επαρκής; Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Β (2 από 3) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Β (3 από 3) Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων Μελέτη παρεμβολών

Συμμετρικά συστήματα δύο διαστάσεων (1/2) Συμμετρικά συστήματα δύο διαστάσεων (1/2) Μελέτη παρεμβολών

Συμμετρικά συστήματα δύο διαστάσεων (2/2) Συμμετρικά συστήματα δύο διαστάσεων (2/2) Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων (1/5) 𝐾=𝑓( 𝑆 𝐼 , 𝑛) Για σταθερό S/I: Μικρό n  μεγάλο Κ. Μεγάλο n  μικρό Κ, αλλά αυξημένη ισχύς εκπομπής. Μεγάλο n σε αστικές περιοχές. Μικρό n σε ημιαστικές και αγροτικές περιοχές. Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων (2/5) Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων (3/5) Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων (4/5) Μελέτη παρεμβολών

Συστήματα δύο διαστάσεων (5/5) Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Γ Κυψελωτό σύστημα χρησιμοποιεί 10 MHz ανά κατεύθυνση μετάδοσης. Οι σταθμοί βάσης χρησιμοποιούν ισοτροπικές κεραίες και n=4. Θεωρήστε τη χειρότερη περίπτωση παρεμβολής στη ζεύξη καθόδου και υπολογίστε τον αριθμό των διαύλων ανά κυψέλη, όταν S/I = 13 dB και W=50 kHz. Μελέτη παρεμβολών

Περιορισμός της ομοδιαυλικής παρεμβολής Περιορισμός της ομοδιαυλικής παρεμβολής Αύξηση του Κ. Συνετή επιλογή στην κατανομή διαύλων. Χρησιμοποίηση κατευθυντικών κεραιών. Χρησιμοποίηση κατευθυντικών κεραιών σε συνδυασμό με την κατανομή διαύλων. Χρησιμοποίηση διαφορικής λήψης. Μελέτη παρεμβολών

Χρήση κατευθυντικών κεραιών (1 από 4) Χρήση κατευθυντικών κεραιών (1 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Χρήση κατευθυντικών κεραιών (2 από 4) Χρήση κατευθυντικών κεραιών (2 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Χρήση κατευθυντικών κεραιών (3 από 4) Χρήση κατευθυντικών κεραιών (3 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Χρήση κατευθυντικών κεραιών (4 από 4) Χρήση κατευθυντικών κεραιών (4 από 4) Μελέτη παρεμβολών

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (1 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (1 από 6) Οι παρεμβολές από γειτονικούς διαύλους, προέρχονται από τη μερική επικάλυψη της φασματικής πυκνότητας ισχύος, του επιθυμητού από ανεπιθύμητα σήματα. Η επικάλυψη οφείλεται στην ατελή υλοποίηση των φίλτρων του δέκτη, που επιτρέπουν τη διαρροή φασματικής πυκνότητας ισχύος στο εύρος συχνοτήτων του διαύλου, από άλλους διαύλους της ίδιας κυψέλης. Το πρόβλημα γίνεται εντονότερο, όταν ο χρήστης που χρησιμοποιεί γειτονικό δίαυλο βρίσκεται σε μικρή απόσταση από το δέκτη του χρήστη με τον επιθυμητό δίαυλο, και η ισχύς της παρεμβολής είναι αυξημένη. Μελέτη παρεμβολών 39

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (2 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (2 από 6) Μελέτη παρεμβολών

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (3 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (3 από 6) Μελέτη παρεμβολών

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (4 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (4 από 6) Επιθυμούμε να μην παρεμβάλλει το σήμα του πλησιέστερα προς το σταθμό βάσης κινητού (ισχυρότερο στον ΣΒ), σε εκείνο του απομακρυσμένου. Θα πρέπει η εξασθένηση του πλησιέστερου κινητού, λόγω απόστασης συχνότητας, να είναι τουλάχιστον ίση με την επιπρόσθετη εξασθένηση του απομακρυσμένου κινητού, λόγω της απόστασής του από τον σταθμό βάσης. Αν As = Ad, 𝑑 1 𝑑 2 𝑛 = 𝑓 2 𝑓 1 𝑀 3 Μελέτη παρεμβολών

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (5 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (5 από 6) 𝑓 2 = 𝑓 1 𝑑 1 𝑑 2 3𝑛 𝑀 Απόσταση διαύλων = 𝑓 2 − 𝑓 1 𝑊 Η παρεμβολή λόγω γεωγραφικής θέσης μπορεί να περιοριστεί, αν απομακρύνουμε τους διαύλους στην περιοχή των συχνοτήτων. Μελέτη παρεμβολών

Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (6 από 6) Παρεμβολές γειτονικών διαύλων (6 από 6) Μελέτη παρεμβολών

Ενδοδιαμόρφωση (1 από 2) Είναι αποτέλεσμα μη γραμμικών διαδικασιών στον πομποδέκτη. Διέλευση από μη-γραμμικό ενισχυτή. Σε συστήματα στενής ζώνης, τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης περιττής τάξης βρίσκονται κοντά ή μέσα στην αρχική ζώνη. 2f1-f2, 2f2-f1, 3f1-2f2, κλπ. Κατάλληλη κατανομή συχνοτήτων, ώστε τα προϊόντα της ενδοδιαμόρφωσης (Intermodulation, ΙΜ) να μην πέφτουν μέσα στη ζώνη λήψης. Μελέτη παρεμβολών

Ενδοδιαμόρφωση (2 από 2) Μελέτη παρεμβολών

Προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3ης και 5ης τάξης Προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3ης και 5ης τάξης Μελέτη παρεμβολών

Προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 7ης τάξης Προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 7ης τάξης Μελέτη παρεμβολών

Διέλευση από περιοριστή Μελέτη παρεμβολών

Προϊόντα ΙΜ διαφόρων τάξεων για Ν ημιτονικές εισόδους Προϊόντα ΙΜ διαφόρων τάξεων για Ν ημιτονικές εισόδους Τύπος ΙΜ Τάξη m Αριθμός συχνοτήτων L στην ΙΜ Ολικός αριθμός των προϊόντων ΙΜ 2 𝑓 1 − 𝑓 2 3 2 N(N-1) 𝑓 1 + 𝑓 2 + 𝑓 3 T3 = N(N-1)(N-2)/2 3 𝑓 1 − 𝑓 2 − 𝑓 3 5 N(N-1)(N-2)/2 𝑓 1 +2 𝑓 2 −2 𝑓 3 N(N-1)(N-2) 𝑓 1 + 𝑓 2 + 𝑓 2 − 𝑓 4 − 𝑓 5 T5 = N(N-1)(N-2)/2 (N-3)(N-4)/12 𝑃 𝑚 = 𝑃 𝑚 2 𝛾𝜄𝛼 𝑚≥3 Μελέτη παρεμβολών

Ν σήματα σε εύρος ζώνης MW Μελέτη παρεμβολών

Λόγος κοντινού προς μακρινό άκρο (1 από 2) Λόγος κοντινού προς μακρινό άκρο (1 από 2) Η ασύρματη επικοινωνία μπορεί να επιδεινωθεί από τον γεωγραφικό διαχωρισμό, παρόλο που βοηθάει στον περιορισμό των παρεμβολών. Αν δύο χρήστες χρησιμοποιούν γειτονικούς διαύλους, αυτός που βρίσκεται εγγύτερα στον σταθμό βάσης, θα καλύπτει το σήμα του απομακρυσμένου σταθμού. Ο βαθμός κάλυψης εξαρτάται από την διαφορά της απόστασης των 2 τερματικών από τον σταθμό βάσης. Μελέτη παρεμβολών

Λόγος κοντινού προς μακρινό άκρο (2 από 2) Λόγος κοντινού προς μακρινό άκρο (2 από 2) Μελέτη παρεμβολών

Διασυμβολική παρεμβολή Η διασυμβολική παρεμβολή οφείλεται είτε σε σχετικά μεγάλη εξάπλωση της χρονοκαθυστέρησης, είτε σε σχετικά υψηλό ρυθμό μετάδοσης. 𝑅 𝑏 < 1 2 𝜏 𝑑 Η κατώτερη τιμή του Rb περιορίζεται από την ολίσθηση Doppler. 𝑇 𝑏 < 𝐶 𝑇 → 𝑅 𝑏 > 𝑓 𝑚 Μελέτη παρεμβολών

Βελτίωση της χωρητικότητας Διάσπαση των κυψελών (cell splitting). Χωρισμός των κυψελών σε τομείς (cell sectoring). Χρησιμοποίηση περιοχών κάλυψης (coverage zones) - Μικροκυψέλες. Μελέτη παρεμβολών

Διάσπαση κυψελών Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Δ Μελέτη παρεμβολών

Χωρισμός των κυψελών σε τομείς Μελέτη παρεμβολών

Παράδειγμα Ε Κυψελωτό σύστημα διαθέτει 336 διαύλους φωνής, και μπορεί να αναπτυχθεί ως ακολούθως: Κ=12 με ισοτροπικές κεραίες. Κ=7 και κυψέλες με τομείς 120ο. Κ=4 και κυψέλες με τομείς 60ο. Αν το σύστημα είναι Erlang B, να καθορισθεί η μέγιστη προσφερόμενη κίνηση σε Erlang/κυψέλη που μπορεί να εξυπηρετήσει, με βαθμό εξυπηρέτησης GOS = 0.02. Μελέτη παρεμβολών

Μικροκυψέλες (1 από 3) Μελέτη παρεμβολών

Μικροκυψέλες (2 από 3) Μελέτη παρεμβολών

Μικροκυψέλες (3 από 3) Μελέτη παρεμβολών

Επεξεργασία: Σοφιανίδου Γεωργία Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Σοφιανίδου Γεωργία

Σημειώματα

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.01.

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλίας, Γεώργιος Καρέτσος 2015. Γεώργιος Καρέτσος. «Κινητές Επικοινωνίες». Έκδοση: 1.0. Λάρισα 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://cdev.teilar.gr/courses/TMA113/, 20/11/2015.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons: Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή, 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λπ., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο, που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο, που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς, το Σημείωμα Αδειοδότησης, τη Δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων, το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχουν). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Τα κείμενα και οι εικόνες που έχουν χρησιμοποιηθεί σε αυτό το έργο, στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα, προέρχονται από: Δίκτυα Κινητών και Προσωπικών Επικοινωνιών, 2η έκδοση, Μ.Ε. Θεολόγου, ISBN: 978-960-418-278-7, Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί Ο.Ε., 2010, Θεσ/νίκη.