Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Dr. Maros Dóra. Korszerű mobil rendszerek A kommunikáció evolúciója.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Dr. Maros Dóra. Korszerű mobil rendszerek A kommunikáció evolúciója."— Előadás másolata:

1 Dr. Maros Dóra

2 Korszerű mobil rendszerek A kommunikáció evolúciója

3 Korszerű mobil rendszerek …..a mobilok….is fejlődtek

4 Korszerű mobil rendszerek …ahhoz képest, amivel kezdődött…..

5 Korszerű mobil rendszerek Comité Européen de Normalisation Électrotechnique; Világszervezetek: Európai szervezetek: European Telecommunications Standards Institute International Telecommunication Union International Electrotechnical Commission International Organization for Standardization Szabályozási szervezetek

6 Korszerű mobil rendszerek Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Engineering Task Force Nemzetközi: International Federation for Information Processing Magyar: Független szakmai szervezetek

7 Korszerű mobil rendszerek Mobil rendszerek generációi (2G - 3G+)

8 Korszerű mobil rendszerek Mobil hálózatok fejlődése a 3G után

9 Korszerű mobil rendszerek 900 MHz-2,6 GHz Elektromágneses hullámok spektruma

10 Korszerű mobil rendszerek FDMA (Frequency Division Multiple Access) Frekvencia Idő TDMA (Time Division Multiple Access) 1 csatorna = 1 időrés CDMA (Code Division Multiple Access) 1 csatorna = 1 kód Frekvencia Idő Frekvencia Idő Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre álló frekvenciasávot NMT 450 GSM UMTS Többszörös hozzáférési technikák 1 csatorna = 1 frekvencia

11 Korszerű mobil rendszerek TDMA: más időkben vagy CDMA: egy időben, más kódolással FDMA: egy időben más frekvenciasávok OFDMA: egy időben több frekvenciasáv Egyvivős (Single Carrier) és többvivős (Multi Carrier) rendszerek

12 Korszerű mobil rendszerek FDD (Frequency Division Multipex)  Különböző frekvenciasávok downlink és uplink átvitelre  Jelenleg preferált megoldás  Előnye: pl. beszélgetés, videotelefon  Hátránya: aszimmetrikus terhelés esetén a sávszélesség nincs kihasználva TDD (Time Division Multipex)  Ugyanaz a frekvenciasáv downlink és uplink átvitelre  Jövőbeli megoldás (ma is van néhány pl. China Telecom)  Előnye: sávszélesség hatékony kihasználása  Hátránya: nagyon pontos időzítés kell Duplexelés típusai

13 Korszerű mobil rendszerek Downlink Uplink FDD: Két különböző frekvenciasáv a két irányban GSM :200 KHz UMTS: 5 MHz LTE: 20 MHz TDD: Egy frekvenciasáv a két irányra, UL és DL időben változik (UMTS és LTE) B(dl):sávszélesség B(ul) B(dl)=B(ul) fk(dl) fk(ul): középfrekvencia fk(dl)-fk(ul)= duplex távolság Downlink Uplink idő Duplexelés a rádiós hozzáférésen

14 Korszerű mobil rendszerek GSM 900, 1800, 1900 sávok (2G)

15 Korszerű mobil rendszerek DuplexelésUplinkDownlinkSáv UMTS-FDD MHz MHz MHz UMTS-TDD MHz UL/DL MHz UL/DL MHz Műhold MHz MHz MHz 2000-ben, új frekvenciasávok  MHz, MHz (GSM sáv!)  MHz DECT GSM UMTS FDD Műhold UMTS TDD UMTS FDD Műhold UMTS [MHz] Páros sávok Páratlan sávok Csatorna távolság: 5,10, vagy 20 MHz UMTS frekvenciasávok

16 Korszerű mobil rendszerek 40 sáv: 24 FDD 16 TDD LTE frekvenciasávok

17 Korszerű mobil rendszerek TDD spektrum allokációk

18 Korszerű mobil rendszerek Forgalom osztályConversationalStreamingInteractiveBackground Késleltetés Válaszidő információ adás/vétel között Válaszidő lekérdezésre A fogadóoldal egy bizonyos időn belül nem fogad újabb adatot << 1 s~ 1s< 10 s> 10 s Hibatolerancia Igen Nem Mód (tipikus) Áramkör- kapcsolt Csomag- kapcsolt Szolgáltatás Beszéd, Videotelefon Streaming multimedia Web böngészés Adatbázis kezelés…. , SMS, MMS… QoS osztályok

19 Korszerű mobil rendszerek Conversational  Beszéd ▪ Szimmetrikus forgalom ▪ Round Trip Time < 400 ms ▪ AMR (Adaptive Multi-rate) codec ▪ AMR-WB (AMR Wideband) codec (Release 5) ▪ Mintavétel: 16 kHz (8 kHz helyett) ▪ Hang és audio jelek minőségi kódolása ▪ Sebesség: 24 ÷ 6,6 kbps  Video telefon ▪ Áramkörkapcsolt: H. 324 ▪ Csomagkapcsolt: SIP (Session Initiation Protocol) Párbeszéd (conversational) osztály jellemzői

20 Korszerű mobil rendszerek Streaming osztály  Kevésbé szigorú késleltetési előírások  Asszimetrikus  Szolgáltatások ▪ Web broadcast (nagyszámú „hallgatóság” kapcsolódik egy médiaszerverhez) ▪ Videoanyag kívánságra (pl. nagy cégek saját oktatóanyagokat tárolnak szerverükön, és azt a mobilon meg lehet nézni) Interactive osztály  Tranzakció-orientált szolgáltatás ▪ Alkalmazás: nagy adatbázisok kezelése, web böngészés ▪ Alkalmazott protokollok: HTTP, DNS stb ▪ Jellemzők: asszimetrikus, kis kapcsolási idő, nagy mennyiségű adatletöltés Background osztály  Alkalmankénti egyirányú kapcsolat MMS, SMS, Egyéb QoS osztályok jellemzői

21 Korszerű mobil rendszerek Minden 3G (UMTS) szolgáltatásra külön kell specifikálni:  Késleltetés  Bithiba arány  Adatsebesség Tendencia: Szolgáltatások csomagkapcsolt hordozón történő megvalósítása az áramkörkapcsolt megoldás helyett 4 QoS (Quality of Service) osztály  Legfőbb faktor: mennyire érzékeny a szolgáltatás a késleltetésekre 3G szolgáltatások jellemzői

22 Korszerű mobil rendszerek Mobil készülék (ME:Mobile Equipment)  rádió terminál, amely többfajta információ (beszéd, audio, video, internet, stb.) kezelésére alkalmas USIM (UMTS SIM)  GSM SIM kártyával hasonló funkciók, új jellemzőkkel kiegészítve USIM ME UE Mobil készülék UMTS Előfizetői Azonosító Modul Felhasználói készülék (User Equipment)

23 Korszerű mobil rendszerek Cellák és adatsebesség HSDPA (Release 5-től) High Speed Downlink Packet Access: >10Mbit/s

24 Korszerű mobil rendszerek MS BTS BSC MSC/ VLR SGSN BTS HLR GMSC Internet PLMN, ISDN GERAN Maghálózat (CN:Core Network) Külső hálózatok GGSN MS= ME+SIM Áramkörkapcsolt (CS) összekötetéshez Csomagkapcsolt (PS) összeköttetéshez MS: Mobile Station BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller PCU: Packet Contol Unit MSC: Mobile Switching (Serving) Center GMSC: Gateway MSC VLR: Visitor Location Register HLR: Home Location Register AUC: Authentication Center SGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Serving GPRS Support Node EIR: Equipment Identiy Register AUC PCU EIR GSM hálózat (2.5 generáció)

25 Korszerű mobil rendszerek UE Node B RNC MSC/ VLR SGSN Node B HLR GMSC Internet PLMN, ISDN UTRAN Maghálózat (CN:Core Network) Külső hálózatok GGSN UE Áramkörkapcsolt (CS) összekötetéshez Csomagkapcsolt (PS) összeköttetéshez UE: User Equipment UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network Node B: B(ázis) csomópont, bázisállomás RNC: Radio Network Controller AUC EIR UMTS hálózat (Release 99-kezdeti állapot)

26 Korszerű mobil rendszerek MGW: Media Gateway (Média átjáró) HSS: Home Subscriber Server (Honos előfizetői szerver) MRF: Media Resource Function (Média erőforrás funkció) CSCF: Call Session Control Function (Hívás felépítés vezérlés funkció) MGCF: Media Gateway Control Function (Média átjáró vezérlés funkció) IMS: IP Multimedia Subsystem (IP multimédia alrendszer) MGW SGSN MGW GGSN UTRAN MSC server GMSC server PS HSS PSTN IP hálózat MRF CSCF MGCF IMS Adat & vezérlés Vezérlés MSC helyett GMSC helyett HLR helyett AUC GERAN EIR IMS MGW CSCS UMTS maghálózat fejlődése (Release 4-)

27 Korszerű mobil rendszerek Node B  Bázisállomás, amely megvalósítja a rádiós interfész fizikai rétegét: csatornakódolás és interleaving, spektrum kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading) moduláció/demoduláció, sebességillesztés, mérések, stb.)  Megvalósít néhány rádió erőforrás menedzsment funkciót is: pl. finomabb (softer) handover vagy zárthurkú (close loop) teljesítményszabályozás RNC (Radio Network Controller)  Rádiós-hálózat vezérlő, amely az UMTS rádiós interfész és a maghálózat közötti kapcsolatot biztosítja  Vezérli a rádiós erőforrások felhasználását (RRM-Radio Resource Management), a teljesítményszabályozást  Kezeli a protokoll illesztéseket a következő interfészeken: UE- RNC, RNC-RNC or RNC-MSC/SGSN  Load Management, Admission Control Az UTRAN elemei

28 Korszerű mobil rendszerek CBC: információ küldés a cellában tartózkodó minden UE felé (például városnév küldése a készülékre) SMLC : aktuális tartózkodási helytől függő szolgáltatások (Location Base Services) vezérléséhez RNC Cell Broadcast Centre (CBC) Iu-BC Serving Mobile Location Centre(SMLC) Iu-PC Új hálózati elemek az UMTS-ben

29 Korszerű mobil rendszerek MSC, GMSC szerverek  Jelzésfunkciók vezérlése  Az előfizetői adat az MGW-n megy keresztül  Egy MSC, GMCS szerver számos MGW-t vezérel ▪ Amikor növekszik az adatforgalom, csak egyel növelni kell az MGW-k számát MGW (Media Gateway) Multimédiás áramkörkapcsolt megoldások átjárója HSS (Home Subsciber Server)  HLR helyett lesz (mobilitás kezelés, felhasználói biztonsági funkciók, elérés hitelesítés, stb.) MRF (Media Resource Function)  Multimediás erőforrások vezérlése CSCF (Call Session Control Function)  Multimédiás kapcsolatok felépítése és kezelése MGCF  Az ISUP és IM alrendszerek hívásjelzés protokollok illesztését kezeli  IP szolgáltatások és UMTS áramkörtkapcsolt hálózati rész jelzésszintű összekapcsolása Új hálózati elemek a maghálózatban

30 Korszerű mobil rendszerek RRM feladatok  Rádiós erőforrások hatékony kezelése  Garantált QoS értékek a felhasználók számára  Előre tervezett lefedettség biztosítása  Kapacitás optimalizálás RRM vezérlési folyamatok  Teljesítmény szabályozás (Power control)  Handover  Beléptetés vezérlés (Admission control)  Terhelés vezérlés (Load control) Radiós erőforrás kezelés (Radio Recource Management)

31 Korszerű mobil rendszerek GSM szektorsugárzók Dönthető antennák Szektor antennák

32 Korszerű mobil rendszerek Toronyra szerelt omni antenna „Kézi” omni antenna Omni antennák

33 Korszerű mobil rendszerek Mikrohullámú antennák: kapcsolat a hálózat felé (pár tíz GHz, Mo-on 40 GHz-ig) Mikrohullámú antennák

34 Korszerű mobil rendszerek MIMO antennák (LTE) Több szektorantenna egy irányban 3G/4G antennák

35 Korszerű mobil rendszerek Beltéri antennák

36 Korszerű mobil rendszerek Csatornakapacitás C -csatorna átviteli kapacitás [bit/s] B -csatorna sávszélesség [Hz] S - jelteljesítmény [W] N - zajteljesítmény [W] (Interferencia jelek okozzák) 1. Ha azonos jel/zaj viszony fenntartásával növelni akarjuk a csatorna átviteli kapacitását (sebességét) meg kell növelni a csatorna sávszélességét. 2. Ha a csatornát zavaró interferencia túl nagy (csökken S/N értéke), változatlan sávszélesség mellett csökken a csatorna kapacitása. Hartlay-Shannon törvény:

37 Korszerű mobil rendszerek A CDMA-t alkalmazó rendszereknél: Ha  az aktív UE-k száma  az interferencia szintje a rendszerben ▪ Minden UE interferenciát okoz: ▪ Minden másik UE-nek a cellában ▪ Minden másik UE-nek a környező cellákban Ha  UE kimeneti teljesítménye  a sávban az interferencia (=  a rendszer kapacitása) Teljesítmény szabályozás szükségessége

38 Korszerű mobil rendszerek Teljesítmény szabályozás minimalizálni kell az interferenciát hogy a kapacitást növelni lehessen UE 2 UE 1 Node B A pontos és gyors teljesítményszabályozás a CDMA rendszerek használhatóságának legfontosabb tényezője A túl nagy teljesítménnyel adó UE blokkolhatja a cella forgalmának nagy részét. Közel-távol (near-far) probléma Teljesítmény szabályozás (közel-távol probléma)

39 Korszerű mobil rendszerek UMTS-ben alkalmazott háromféle teljesítmény-szabályozás megoldás:  Nyílthurkú (open-loop)  Gyors, zárthurkú (fast closed-loop)  Külsőhurkú zárt (outer loop) Teljesítmény szabályozás típusai

40 Korszerű mobil rendszerek UE „durva” kezdeti teljesítmény beállítása a cellában (uplink) A beállítás „pontatlan”: tolerancia ± 9-12 dB (path loss, lassú fading)  Nagy az FDD frekvenciák különbsége, nincs kolleráció a gyors fadingek esetén. Nem használható. Node B UE Downlink vételi teljesítmény mérés (BCH) Tx teljesítmény Nyílthurkú teljesítmény szabályozás (open-loop)

41 Korszerű mobil rendszerek Uplink irányban  Node B méri a vett SIR értéket (Signal to Interference Ratio)  Ha SIR mért > SIR cél akkor a Node B utasítja UE-t  teljesítményt Ha SIR mért < SIR cél akkor a Node B utasítja UE-t  teljesítményt  Szabályozás sebessége = 1500/s minden UE esetében (1dB) ▪ A GSM-ben lassú szabályozás van (2 Hz) ▪ A mechanizmus gyorsabban működik minthogy lényeges path loss következne be  Ha egy UE túl nagy teljesítménnyel ad, túl nagy interferenciát okoz a többi UE számára Downlink irányban  Nincs közel-távol probléma (Node B több UE felé)  A Node B a cella határán lévő UE-khez igazítja a teljesítményt UE 2 UE 1 Node B  Tx telj.  Tx telj. Gyors, zárthurkú teljesítmény szabályozás (closed- loop)

42 Korszerű mobil rendszerek SIR cél (SIR target ) a szükséges BER szerint van meghatározva SIR cél.~ UE sebessége, mert változik a BER.  SIR cél értékét az UE sebességétől függően kell változtatni Külsőhurkú szabályozás  SIR cél értéke változik a Node B-ben, hogy a BER-t konstans szinten lehessen tartani RNC ( Külsőhurkú szabályozás) Node B (Zárthurkú szabályozás) UE FER SIR cél Idő Külsőhurkú teljesítmény szabályozás (outer loop)

43 Korszerű mobil rendszerek Csatornaváltás vagy cellaváltás kapcsolat közben Típusok  Durva (hard) handover Frekvenciák közötti: a WCDMA vivőfrekvenciák közötti handover (egy cellában több vivő is van) Rendszerek közötti: UMTS frekvenciasávok között, vagy UMTS és más rendszer között (pl. UMTS-GSM között)  Finom (soft) handover: Két Node B szektor között  Finomabb (softer) handover: Egy Node B két szektora között Handover

44 Korszerű mobil rendszerek  MS csak egy BTS-el van kapcsolatban egyidőben  MS hirtelen vált át az egyik csatornáról a másikra, átváltás közben rövid időre nincs kapcsolat BTS 1 (f 1,TS 5 ) BTS 2 BTS 1 (f 2,TS 3 ) BTS 2 MS a GSM UMTS f2 f1 f2 UMTS GSM Durva (hard) handover

45 Korszerű mobil rendszerek  CDMA rendszerekben alkalmazzák  Finom handover  Egy UE kettő, vagy annál több Node B-vel kommunikál parallel  UE már a Node B2-vel kommunikál, miközben a Node B1-el is kapcsolatban marad  „Láthatatlan” (seamless) átmenet a cellák között  Több szimultán kapcsolat a bázisállomásokkal → Makro- diverzitás Finom (soft) handover elve Node B 1 Node B 2 1 UE a Node B 1 Node B 2 2 UE a Node B 1 Node B 2 UE a Node B 3

46 Korszerű mobil rendszerek  UE két Node B-hez tartozó szektor határán tartózkodik  UE-Node B kommunikáció két rádiócsatornán zajlik  A jelek kombinációját (uplink irányban) az RNC végzi  Többutas vétel problémája – Rake feldolgozás  Két teljesítmény szabályozási hurok aktív Szektor 1 Szektor 2 RNC Node B 1 UE a Node B 2 Finom handover jellemzői

47 Korszerű mobil rendszerek  UE egy Node B két szektorának határán tartózkodik  UE-Node B két rádiócsatornán kommunikál  A jelek kombinációját (uplink) a Node B végzi  Többutas vétel– Rake feldolgozás  Egy teljesítményszabályozás hurok aktív Sector 1 Sector 2 RNC Node B UE a Finomabb (softer) handover

48 Korszerű mobil rendszerek (Hard) Handover BTS 1 – BTS 1 BTS 1 - BTS 2 - GSM/GPRS - megszakítás van az átvitelben Soft handover Node B 1 - Node B 2 - cdma2000, UMTS - nincs megszakítás az átvitelben Softer handover Node B 1 - Node B 1 - UMTS Frekvencia hard handover Carrier f 1 - Carrier f 2 - UMTS Rendszer hard handover Rendszer1 –Rendszer2- WCDMA FDD / GSM Handover áttekintés

49 Korszerű mobil rendszerek  Frekvencia ugrálás (Frequency Hopping)  GSM (lassú), Bluetooth (gyors)  Direkt szekvenciás kiterjesztés (Direct Sequence)  - Egyszerű implementáció → elterjedt használat (nem szükséges nagysebességű frekvencia szintézer)  - A rendelkezésre álló frekvenciasávot folyamatosan kihasználja  - cdma2000, WCDMA  Időugrálás (Time Hopping)  Katonai alkalmazások  Többvivős CDMA (Multi Carrier CDMA) Kiterjesztett spektrumú technikák

50 Korszerű mobil rendszerek AB ABAB  Kiterjesztés (spreading) – egy információs bitet a kiterjesztő sorozat n bitjének feleltetünk meg  Kiterjesztő sorozat bitjei = chip-ek  Chipek száma/információs bit = Kiterjesztési Factor/Spreading Factor (pl. SF= 4, 8, 16, …512) AB ABAB XOR 100 kb/s (or kchip) 10 kb/s 100 kbps Információs bitek Kiterjesztő sorozat Kiterjesztett információ XOR logikai funkció és and analóg megfelelője A jel kiterjesztésének elve

51 Korszerű mobil rendszerek  RSp, Sp-hez hasonlóan álvéletlen (pszeudo-random) zajként jelenik meg  R * Sp  a kiterjesztett jel megnöveli a spektrumot Információs bitek (R) Kiterjesztő sorozat (Sp) (SF = 8) Kiterjesztett információ (RSp) (= R * Sp) Kiterjesztés Kiterjesztő sorozat (Sp) Szűkítés Adat (R) Információs bit Chip Kód adás-vételt szinkronizálni kell Kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading)

52 Korszerű mobil rendszerek  Szűkítés (despreading) – felerősíti a kívánt jelet a többi jelhez képest.  Feldolgozási nyereség (Processing gain): P G PGPG SNR in SNR out (dB) = SNR in (dB) + P G (dB) SNR - Signal to Noise Ratio: Jel/zaj viszony Szűkítés Vevő bemenetére jutó jel/zaj viszony Szűkítés utáni jel/zaj viszony Feldolgozási nyereség

53 Korszerű mobil rendszerek R PN – chip sebesség (PN sorozat sebesség) R Info – információ bitsebesség Példa R PN = 3,84 Mcps R Info = 12,2 kbps P G = 10*log 10 (3,84*10 6 /12,2*10 3 ) = 25 dB A szűkítés után, a jel teljesítményének néhány dB-vel a zajteljesítmény felett kell lennie, különben a jelet nem lehet kinyerni a csatornából. Feldolgozási nyereség direkt szekvenciás kiterjesztésnél

54 Korszerű mobil rendszerek Más kiterjesztett csatornák, interferenciaként jelentkeznek a felhasználó csatornáján és meghatározzák SNR értékét a szűkítés után Példa 1.) R PN = 3,84 Mcps 2.) R PN = 3,84 Mcps R Info = 12,2 kbps R Info = 2 Mbps P G = 25 dB P G = 2,8 dB Tegyük fel, hogy a jó ávitelhez SNR out = 7 dB szükséges SNR out = SNR in + P G  1.) SNR IN = SNR OUT - P G = -18 dB 2.) SNR IN = SNR OUT - P G = 4,2 dB A kívánt jelszintnek az 1.) esetben18 dB-vel kevesebbnek, a 2.) esetben 4,2 dB –el többnek kell lennie, mint a többi csatorna által okozott interferencia és zaj. Példa a DS-CDMA jel teljesítmények meghatározására

55 Korszerű mobil rendszerek  A felhasználók ugyanazt a frekvenciasávot használják egyidőben  Kódjaik alapján vannak megkülönböztetve c 1 (t) s 1 (t) c 2 (t) s 2 (t) c n (t) s n (t) ∑ Acos(ω c t) f(Hz) Teljesítmény f(Hz) Power S TX Pseudo-zaj 1 Pseudo-zaj 2 Pseudo-zaj 3 Háttérzaj Teljesítmény Modulátor Kiterjesztés DS-CDMA jelek kiterjesztése (spreading)

56 Korszerű mobil rendszerek f(Hz) Kívánt jel f c =  c /2  c 1 (t) f c =  c /2  Sáváteresztő szűrő A vett jel az összes vivőre ültetett kommunikációs csatorna jelét tartalmazza  A jel szűkítése (despreading) az átviteli csatornán vett jel és a csatorna kódjának XOR logikai leképezésével történik. S RX nemkívánt jelek (interferenciák)kívánt jel Átviteli csatornán vett jel Demodulátor DS-CDMA jelek szűkítése (despreading)

57 Korszerű mobil rendszerek  Természetes akadályok miatt (épületek, dombok, stb.), terjedésekor a jel visszaverődik, szóródik és csillapul  többutas terjedés  A jel a vevőre időben jól elkülöníthető pillanatokban érkezik  A beérkező energia változása (eloszlása) adja meg a többutas késleltetés profilt  A késleltetés értéke:  1 to 2 µs városi, vidéki környezetben  20 µs vagy több dombos területeken Többutas komponensek Többutas terjedés

58 Korszerű mobil rendszerek T chip = 0,26 µs (WCDMA, 3,84 Mc/s) Két eset  Ha T MultiCom  0,26 µs, a vevő szét tudja választani és kombinálni a többutas komponenseket hogy meghatározza a jel diverzitását ▪ T MultiCom ≥ 0,26 µs …ha az átviteli út ≥ 78 m (kis mozgási/chip sebesség) ▪ 1Mc/s esetén, 300 m ▪  Általában több egyforma hosszúságú terjedési út van adott idő alatt  Például a /2 (2GHz, =15 cm), késleltetéssel érkező jelek egy chipidő késleltetéssel érkeznek a vevőre  Ha az adó mozog jelvesztés vagy gyors fading jelentkezhet a kioltások miatt. T MultiCom Többutas terjedés problémája

59 Korszerű mobil rendszerek  A vett jel teljesítménye hirtelen dB-el csökken  Rayleigh eloszlású fading  Ellelépések a WCDMA-ban  Rake vevő  Gyors teljesítmény szabályozás  Hatékony kódolás, interleaving, újraküldési protokollok Gyors fading

60 Korszerű mobil rendszerek Csúcsértékek meghatározása  Azon időbeli helyek meghatározása, ahol jelentősen megnő a vett jel (szimbólum) energiája (teljesítmény sűrűsége), és ezen helyek megjelölése mutatókkal (fingers).  A mérés eredményei adják a többutas terjedés profilját. Változások követése  A mutatók vektor jellegűek, amelyek követik a gyors fadingből eredő és gyorsan változó fázis- és amplitúdó jellemzőket  A változások észlelése ≤ 1 ms Jelfeldolgozás  Minden egyes mutatót feldolgoznak, hogy meghatározzák a demodulált jelet és fáziskésését, majd az összegzett eredményeket a dekóderbe küldik. CDMA vevő

61 Korszerű mobil rendszerek  Maximális Rádió Keverés (Maximal Rádio Ősszegzés: MRC)  WCDMA pilot jeleket (szimbólumokat) használ, hogy a csatornára megbecsülje a súlyozott fázorok aktuális értékét  A csatorna által okozott fáziseltérést kompenzálják (visszaforgatják) az eredeti értékre  A kompenzált jeleket összeadják, hogy visszakapják a kívánt jelenergiát Mutató 1 Mutató 2 Mutató 3 Adó jele Vett jel különböző késleltetéssel Csatornára becsült változás alapján végrehajtott korrekció Összegzett szimbólum Σ Fáziskompenzáció Mutatók (fingers) elemzése

62 Korszerű mobil rendszerek Finger 3 Korrelátor és kódgen. : szűkíti és integrálja az adat szimbólumot Csatorna becslő: megbecsüli a csatorna állapotát (a pilot jelekből) Fázisforgató: a vett jel fázisát kompenzálja (visszaforgatja) Késleltetés kiegyenlítő: kompenzálja a mutatók közötti időt Összeadó: összeadja a kompenzált jeleket Illesztett szűrő: frissíti a csatorna többutas fading profilját Bejövő jel Összeadó Finger 2 Finger 1 Korrelátor Kód generátor Csatorna becslő Fázis forgató Késleltetés kiegyenlítő Illesztett szűrő De kó der Időzítés CDMA Rake vevő 3 mutatóval (finger)

63 Korszerű mobil rendszerek Jellemzők  Interferencia a csatornák között  Véletlenszerű terhelés Választás  Auto-korrelációs jellemzők szerint  Kereszt-korrelációs jellemzők szerint Kódok típusai  PN sorozat (Pseudo random Noise sequence) ▪ MLS (Maximal Length Sequence)  Gold kód  Walsh kód Kiterjesztő kódok (spreading codes)

64 Korszerű mobil rendszerek  Időben változó folytonos jel autokorrelációs függvénye:  ACF értelmezése bitsorozatra: → L hosszúságú bitsorozat bitjeit összehasonlítjuk ugyanazon bitsorozat eltolt változatának bitjeivel (az eltolás mértéke: 1-L) # Egybevágó bitek a két bitsorozatban # Nem egybevágó bitek a két bitsorozatban ACF: Auto-Correlation Function Auto-korreláció definiciója

65 Korszerű mobil rendszerek Eltolás (bits)BitsotozatCCNCCACF Korreláció PN eltolás Auto-korreláció értelmezése bitsorozatra (példa)

66 Korszerű mobil rendszerek  Időben változó folytonos jelek F(t) és G(t) keresztkorrelációs függvénye:  CCF értelmezése két bitsorozatra → két különböző bitsorozat bitenként összehasonlítása # Egybevágó bitek száma # Nem egybevágó bitek száma  Ortogonális kódok: CCF = 0 CCF: Cross-Correlation Function Kereszt-korreláció értelmezése

67 Korszerű mobil rendszerek  PN sorozat – bináris bitsorozat zajjellegű tulajdonságokkal (pszeudorandom)  … PN sorozat nem teljesen determinisztikus, és nem teljesen véletlen  PN generator  Lineáris visszacsatolt shift regiszter  Minden shift regiszter más polinomot állít elő A PN sorozat hossza: x0x0 x1x1 x2x2 x3x3 órajel PN sorozat [chipek] … N – tárolók száma Példa: 3-as shift regiszter PN sorozat

68 Korszerű mobil rendszerek Gold kód: két preferált PN sorozat bitenkénti modulo 2 összeadása (XOR) (primitív kifejezés)  Az egyik PN sorozat eltolásával más GOLD kódot  Csak három keresztkorrelációs csúcsértéke van, amely a kódsorozat hosszának növekedesével egyre kevésbé lényeges  Egyszerű auto-korreláció nulla értékű (mint a PN sorozatoknál)  Elősegíti az aszinkron átvitelt ▪ a vételi oldalon a Gold kód auto-korrelációs jellemzői segítségével állítható vissza a jel  Nagy mennyiségű kód generálható jó korrelációs jellemzőkkel Gold kód

69 Korszerű mobil rendszerek  Walsh, vagy Walsh-Hadamard kódok  A kódok ortogonálisak egymással ugyanabban a mátrixban (CCF = 0)  Rossz auto-korrelációs jellemzők ▪ Egy kód és eltolt változata közti auto-korreláció nem nulla  Walsh mátrix: ▪ Négyzetes matrix ▪ Mátrix leírható: (m = matrix mérete, i = sor száma) Walsh kódok

70 Korszerű mobil rendszerek ismétlés& invertálás ismétlés Walsh kód fastruktúrája

71 Korszerű mobil rendszerek KódChip-ek Analóg megjelenés Walsh Walsh Walsh Walsh bit 0 ≈ +1 bit 1 ≈ -1 Walsh kód 3 bit 0 bit 1 adatbitek Walsh 3 Kiterjesztés után A user (Walsh 0) B user (Walsh 2) C user (Walsh 3) ,+1,-1,+1 Walsh kódok a kiterjesztésben (példa)

72 Korszerű mobil rendszerek A user (Walsh 0) B user (Walsh 2) C user (Walsh 3) A (Walsh 0) Walsh kód * kiterjesztett adat Chip-ek száma a Walsh kódban Információs bitek (A user)00001 CCF=1*3+1*1+1*(-1)+1*1 Walsh kódok a szűkítésben

73 Korszerű mobil rendszerek Kód alkalmazás ElőnyökHátrányok Walsh UMTS, cdmaOne A kódok ortogonálisak rossz auto- és keresztkorreláció PN sorozat cdmaOne Jó autokorreláció Nem ortogonális kódok Rossz keresztkorreláció Kis számú kód Gold UMTS Jó kerasztkorreláció Nagyszámú kód Autokorreláció Walsh < Gold < PN sorozat nem ortogonális kódok  A kódok korrelációs jellemzői nagyban meghatározzák a cellában az interferenciát  CDMA kapacitás az interferenciától függ Kódok - áttekintés

74 Korszerű mobil rendszerek Előfizetői adat S i Csatorna kód (Walsh) Jelsebesség (változik) Chip sebesség (fix)  Kiterjesztő kódok = Walsh kódok  Minden kód egy csatornát reprezentál  csatorna kódok  Azonosítja az előfizetőket a cellában  A kódhossz válozik és az alkalmazástól függ CiCi  C i+1 S i+1 CkCk SkSk UMTS-ben használt kódok downlink irányban (I.)

75 Korszerű mobil rendszerek  Keverés (scrambling): a kiterjeszett jelet egy második kóddal szorozzuk meg  A kiterjesztés után használjuk  Nem változik a jel sávszélessége (…sebessége)  Keverő kódok = Gold kódok  javítja a csatornakód autokorrelációs jellemzőjét  Azonosítja a Node B-ket (… minden Node B-nek más kódja van) Keverő kód (Gold) Chip sebesség Előfizetői adat S i Csatorna kód (Walsh) Jelsebesség (változik) Chip rate (fix) CiCi  C i+1 S i+1 CkCk SkSk UMTS-ben használt kódok downlink irányban (II.)

76 Korszerű mobil rendszerek Node B (adás)  a Node B-k által küldött jelek időben szinkronozva vannak UE (vétel)  A többutas terjedés miatt, a küldött jelek ortogonális jellemzői megszűnnek (Rake vevő) UMTS-ben használt kódok downlink irányban (III.)

77 Korszerű mobil rendszerek Csatornakód  Walsh  Szétválasztja az adat és kontroll fizikai csatornákat Keverő kód  Rövid (Gold kód) vagy hosszú (PN sorozat)  Elkülöníti a felhasználókat of users A felhasználó jelei nem ortogonálisak  UE-k felől érkező jelek aszinkronok UMTS-ben használt kódok uplink irányban (IV.)

78 Korszerű mobil rendszerek Csatorna kódKeverő kód Használat Downlink: UE-k elválasztása a cellában Uplink: kontroll és adat fizikai csatornák szétválasztása egy UE felöl Downlink: cellák megkülönböztetése Uplink: UE-k megkülönböztetése Chip- hosszúság Downlink: chip Uplink: chip Downlink: 10 ms = chips Uplink: 10 ms = chips or 66,7 µs = 256 chips Kódok száma Shift regiszter hosszától függ Downlink: 512 Uplink: sok millió Sáv- szélesség Megnöveli az átviteli sávszélességetNincs hatása a sávszélességre UMTS-ben használt kódok (V.)


Letölteni ppt "Dr. Maros Dóra. Korszerű mobil rendszerek A kommunikáció evolúciója."

Hasonló előadás


Google Hirdetések