LTE kontra CDMA különös tekintettel 450 MHz-es tartományra Dr. Pap László BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék HTE Rádiótávközlési Szakosztály Budapest, 2015. március 11.

TARTALOM Bevezetés A vezeték nélküli rendszerek hozzáférési szintjei A CDMA technológia alapjai A frekvenciatender előtt átgondolt szempontok A frekvenciasáv használatára vonatkozó megkötések, feltételek, technológiai előírások, javaslatok A CDMA működésének alapjai, előzmények A CDMA működésének alapjai, többszörös hozzáférés, A cdma2000 jellemző paraméterei A cdma2000 alkalmazásai 450 MHz-en A CDMA technológia fejlődési irányai A negyedik generáció alapjai Az LTE fő jellemzői Az LTE működése Az LTE 450 MHz-es brazil alkalmazásának tapasztalatai A hálózati architektúrák fejlődése Az LTE technológia előnyei és hátrányai Az LTE technológia továbbfejlesztése Az LTE és a CDMA 450-es alkalmazásainak összehasonlítása

BEVEZETÉS „ Előzmények és helyzetkép” A mobil és vezeték nélküli kommunikáció területén a 90-es és 2000-es évek az igen gyors fejlődés évei voltak. Nemzetközi összefogás, a PCS (Personal Communications Services) frekvenciasávok felszabadítása (450 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2000-2600 MHz, stb.) és értékesítése. 1990-ben 10 millió analóg mobil felhasználó, ma 7 milliárd. Elindultak a második, harmadik generációs digitális mobil szolgáltatások (GSM, IS-95, IS-136, PDC, UMTS), és indult a negyedik generáció (LTE). A GSM sikere, a CDMA technológia térhódítása. Az OFDM rendszerek forradalma (4. generáció, LTE).

BEVEZETÉS „Előzmények és helyzetkép” Az elmúlt fél évtized során a mobil vezeték nélküli szolgáltatások az egyre gyorsabban terjedtek, újabb és újabb frekvenciasávokban. A 450 MHz-es tartományban a hagyományos első generációs rendszerek helyébe beléptek az új technológiák. Először a Qualcomm cég által bevezetett úgynevezett keskenysávú CDMA (IS-95), manapság pedig az LTE. Hazánkban a legutóbbi frekvencia tender eredményeképpen kiadták a 450 MHz-es sávra vonatkozó koncessziót, és a szolgáltató reális dilemmája az, hogy az adott sávban milyen technológiát alkalmazzon. Fontos hangsúlyozni, hogy a technológiákat csak igen komplex szempontrendszer szerint lehet egymással összehasonlítani (műszaki, gazdaságossági, szabványosítási, beszerezhetőségi, elterjedtségi, stb.).

BEVEZETÉS „Előzmények és helyzetkép”

BEVEZETÉS „Előzmények és helyzetkép”

BEVEZETÉS „Előzmények és helyzetkép”

A VEZETÉK NÉLKÜLI RENDSZEREK HOZZÁFÉRÉSI SZINTJEI „Technológiai felosztás” Távolság TETRA GSM UMTS LTE Cellás rendszerek Telefónia IEEE 802.16 AMR WMAN Mérő leolvasás Épület Men. 1km SWAP-CA Bluetooth SWAP-CA IEEE 802.11 DECT ZigBee Home RF-MM BRAN HiperLAN Hálózatok CD audio 100m Fax Nyomtató Modem Audio Hordozható Otthon- automatizálás Biztonság Hálózatok Internet Video elosztás 10m Játékok Perifériák Egészségügy ZigBee Bluetooth WPAN 100k 1M 10M Adatsebesség [bit/s] IEEE 802.15

A FREKVENCIA TENDER ELŐTT ÁTGONDOLT SZEMPONTOK „Dilemmák” A 450 MHZ-es sáv felhasználásának hazai céljai Spektrum biztosítása a rádióalkalmazások számára, A piaci verseny fenntartása, élénkítése, Rugalmas spektrumhasználat lehetővé tétele, Technológia semleges sávhasználat biztosítása, szolgáltatás semleges sávhasználat biztosítása, Hatékonyabb spektrumfelhasználás elérése, A szélessávú vezeték nélküli technológiák (3G, WiMAX, LTE) ösztönzése, A digitális technológiák/alkalmazások bevezetésének ösztönzése, Nemzetközi harmonizáció biztosítása a sávhasználatban, A másodlagos spektrum kereskedelem lehetővé tétele, A teljes (minden települést elérő, országos), korszerű, szélessávú lefedés biztosítása.

A FREKVENCIASÁV HASZNÁLATÁRA VONATKOZÓ MEGKÖTÉSEK „Feltételek” A 450 MHZ-es sáv felhasználásának előfeltételei A sáv teljes mértékben polgári felhasználási körbe esik. A 450,00–457,38/460,00–467,38 MHz sávban az állandóhelyű és a földi mozgószolgálat keretében országos, szélesebb sávú digitális cellás rádiórendszer részére jelölhető ki frekvencia. A 450 MHz sávban jelenleg üzemeltetett szolgáltatás célú rádiórendszerek vonatkozásában Európa-szerte szinte kizárólagosan az 1,25 MHz csatornaosztású szélesebb sávú CDMA technológia használata terjedt el. Tehát az európai szabályozási gyakorlat szerint a 450 MHz sávban a PAMR technológiával közcélú szolgáltatást is nyújtanak. A szolgáltatók tipikusan legalább két 1,25 MHz-es CDMA csatornával rendelkeznek, egyiken beszéd- a másikon pedig nagysebességű adatszolgáltatást nyújtva. A hatályos szabályozás szerint nemcsak állandóhelyű szolgálat keretében megvalósuló hálózat kialakítására is van lehetőség (mozgó előfizetők és helyhez kötött előfizetők kiszolgálása).

A 450 MHZ-es sáv felhasználásának technikai előírásai A FREKVENCIASÁV HASZNÁLATÁRA VONATKOZÓ MEGKÖTÉSEK „Technikai előírások” A 450 MHZ-es sáv felhasználásának technikai előírásai A hálózatok felépítését tekintve a forgalom az átjátszó- illetve a központi állomáson keresztül történik. A felső 460,00–467,38 MHz sávban adnak az átjátszó- vagy központi állomások, míg az alsó 450,00–457,38/ MHz sávban adnak a mobil állomások illetve az állandóhelyű állomások. Az alkalmazandó technológiát illetően szélesebb sávú ( > 25 kHz) rendszerek telepítésére van lehetőség. A néhány éve érvényes szabályozás úgy rendelkezik, hogy a csatornaosztásnak nagyobbnak kell lennie, mint 200 kHz, így a lehetséges technológiák például 1,25 MHz CDMA, az 5 MHz-es WCDMA vagy az 5 MHz-es LTE rendszer jöhet szóba. Lehetőség van többvivős rendszerek alkalmazására is. Új technológiák esetén a CEPT kompatibilitás-vizsgálatokat rendel el, és majd csak azok eredményének birtokában kerülhet sor.

A FREKVENCIASÁV HASZNÁLATÁRA VONATKOZÓ JAVASLATOK „Javaslatok” A 450 MHZ-es sáv felhasználására vonatkozó javaslatok (NHIT, 2012) A 450,00-457,38/460,00-467,38 MHz frekvenciasáv a NMT 450 kivezetésével szabadult fel, és 2013 januárja után a teljes sáv egységesen lesz kezelhető. Az NHIT azt javasolja, hogy az összesen 7,38 MHz-es sávot az MNHH alapvetően az úgynevezett digitális szakadék áthidalására használja fel a szélessávú vezeték nélküli adatátviteli szolgáltatások széleskörű elterjesztésére. Az NMHH mérlegelje az alábbi alternatívákat: A sáv értékesítése egy, kettő vagy három 1,25 MHz sávszélességű többvivős, regionális lefedettséggel működő nagysebességű adathálózatok kialakítására, A teljes 7,38 MHz sávszélességű sáv értékesítése nagysebességű vezeték nélküli adathálózatok kiépítésére. A 2012-es NHIT javaslat megszületése óta reálisan felvetődik az 5 MHz-es például LTE technológia alkalmazása is.

A CDMA MŰKÖDÉSÉNEK ALAPJAI “Előzmények” A CDMA technológia előzménye, a szórt spektrumú modulációs rendszerek Anti-fading, anti-jamming, anti-interception tulajdonság, A kódosztás lehetősége, Processing gain (PG) DS, FH, TH és chirp típusok. Szinkronizálás Álvéletlen zaj vagy álvéletlen kód Szűrő Dekóder Kóder

A CDMA MŰKÖDÉSÉNEK ALAPJAI “Többszörös hozzáférés” A DS CDMA technológia többszörös hozzáférésének elméleti háttere (bináris, szinkron rendszer, n-dik időrés) Az i-dik felhasználó elemi jele, ami a szimbólum átvitelét végzi és a modulált jel A j-dik vevő bemenetére jutó jel az összes, M számú adó jelének összege és az additív Gauss-zaj (interferencia) amiből jól látszik, hogy az eredő jel három jel összegéből kapható meg A hasznos jel, Az úgynevezett rendszerzaj, Az additív Gauss-zaj (manapság gyakran jelentős szerepe van az interferenciának is).

A CDMA MŰKÖDÉSÉNEK ALAPJAI “Többszörös hozzáférés” A DS CDMA technológia többszörös hozzáférésének elméleti háttere (bináris, szinkron rendszer, n-dik időrés) A j-dik vevőben elvégzett optimális szűrés vagy korrelációs detektálás után a döntés előtt az alábbi három jel összege kerül a döntőkészülék bemenetére: A hasznos jel: Teljesítménye: A rendszerzaj: A termikus zaj: Teljesítménye: A rendszerzaj teljesítmény függ a kódsorozatok korrelációjától, de valódi véletlen kódok esetében a teljesítmény:

A CDMA MŰKÖDÉSÉNEK ALAPJAI “Többszörös hozzáférés” A DS CDMA technológia többszörös hozzáférésének elméleti háttere (bináris, szinkron rendszer, n-dik időrés) A j-dik vevőben a döntőkészülék előtti jel-interferencia-zaj viszonyt a hasznos jel teljesítményének és az összes zavaró jel teljesítményének a hányadosa határozza meg: amiből eredő Gauss-zaj+interferencia eloszlás esetén a koherens vevő bithiba aránya az alábbi kifejezéssel határozható meg:

A CDMA MŰKÖDÉSÉNEK ALAPJAI “Többszörös hozzáférés” A DS CDMA technológia többszörös hozzáférésének elméleti háttere (bináris, szinkron rendszer, n-dik időrés) A hibaarány függését a eredeti (többszörös hozzáférés nélküli rendszerbeli) jel-zaj viszonytól és a interferencia-jel viszonytól az alábbi ábrával illusztráljuk: 10 –5 –4 –3 –2 –1 20 18 16 14 12 8 6 4 2 20 dB 15 dB 10 dB - ¥ dB

A CDMA2000 JELLEMZŐ PARAMÉTEREI “Paraméterek” A cdma2000 specifikációját a Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) keretében fejlesztették ki öt szervezet közreműködésével. A cdma2000 már igen sok hálózatban használják. A cdma2000 továbbfejlesztett változatai a cdma2000 1xEV-DO és a1xEV-DV. Mindkét rendszer a szokásos 1,25 MHz sávszélességet használja. A cdma2000 technikai adatai Frekvenciasáv: bármelyik rendelkezésre álló sáv, Minimálisan igényelt sávszélesség: 1x: 2x1.25MHz, 3x: 2x3.75, Chip rate: 1x: 1.2288, 3x: 3.6864 Mcps, Maximális felhasználói adatsebesség: 1x: 144 kbps, 307 kbps, 1xEV-DO: max 384 kbps - 2.4 Mbps, 1xEV-DV: 4.8 Mbps, A keret hossza: 5ms, 10ms vagy 20ms, A teljesítményszabályozás gyakorisága: 800 Hz, A spreading faktor: 4 ... 256 UL.

A CDMA2000 ALKALMAZÁSA 450 MHZ-EN “Országok” Cdma2000 alkalmazásai az alábbi európai országokban találhatók O2, U:fon, Csehország, Net 1, Dánia, Eesti Energia, Észtország, Ukko Mobile, Finnország, NetCologne, Németország, Triatel, Lettország, Interdnestrcom, Unité, Moldávia, Ice.net, Norvégia, Orangem, Plus, Lengyelország, Romtelecom, Románia, BaikalWestCom, Sky Link, Skynet, Volga Telecom,Oroszország, Orion Telekom, Szerbia, Net 1, Svédország, MTS, Ukrajna. A migráció megindult a CDMA-tól az LTE felé

A CDMA TECHNOLÓGIA ELŐNYEI „Előnyök és hátrányok” A CDMA előnyös tulajdonságai A lefedett frekvencia tartomány hatásos kitöltése, Az ISI hatásának kiküszöbölése, A többutas terjedés által okozott idővariáns fading-gel szembeni természetes védettség („beépített” diverziti), A multiplexálás kódosztásos támogatottsága, A kódolási nyereség változtatásával (változó sebességű csatornák kialakítása), Rugalmas hardver architektúra, A cellák közötti interferencia inherens kezelése, Kis igény a nagyobb hatásfokú lineáris teljesítményfokozatokra, Az unicast és broadcast megoldások rugalmas támogatása. A CDMA hátrányos tulajdonságai Egységes és összefüggő frekvenciasávok szükségessége, Nagy linearitású vevőkészülékek iránti igény.

A NEGYEDIK GENERÁCIÓ ALAPJAI „Új revolúció” OFDM, ortogonális frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés (multiplexálás) A negyedik generációs rendszerek alapvető technológiája, a felhasználók elválasztása frekvenciával. LTE (Long Term Evolution) Európai negyedik generációs rendszer Üzemmódok: OFDM FDD (10 MHz sávszélesség, maximálisan 15,12 Mbit/sec, 20 MHz sávszélesség, maximálisan 100,8 Mbit/sec), OFDM TDD (5 MHz sávszélesség, maximálisan 25,2 Mbit/sec). A továbbfejlesztés lehetőségei Az LTE továbbfejlesztését az LTE Advanced változat jelenti (40-100 MHz-es sávszélességgel).

AZ LTE FŐ JELLEMZŐI „Új revolúció” Az LTE jellemzése A felhasználás fő területei (otthon, munkahely, gépkocsi, vasút, repülő, hajó, mozgó járókelő). Fő paraméterek: A maximális átviteli sebesség 0 és 15 km/ó között tartható fenn, 120 km/ó-ig nagy felhasználói adatsebességet kell biztosítani, A legmagasabb támogatandó sebesség 350-500 km/ó, A kapcsolat felépítés 100 ms alatt megtörténik, A rádiós csomagok termináltól a bázisállomásig 5 ms késleltetést szenvedhetnek, Legalább 200 terminált ki kell szolgálni 5 MHz-es csatornán egy cellában. Kiinduló frekvenciasávok: 2500–2570 MHz FDD uplink, 2570–2620 MHz TDD, 2620–2690 MHz FDD downlink, de 450 MHz is.

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM alapú rádiós hozzáférés alapjai Az OFDM moduláció struktúrája Sok kis modulációs sebességű ortogonális segédvivő (akár több száz). Egyszerű négyszögpulzus alakú elemi jel. A vivők távolsága , ahol TU a segédvivők modulációjának szimbólumideje. Az eredő jel teljesítménysűrűsége az alábbi ábrán látható S(f)  f TU -75 -50 -25 25 50 75 0.2 0.4 0.6 0.8 1

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM alapú rádiós hozzáférés alapjai Az OFDM moduláció elve Az OFDM jel alapsávi komplex ekvivalense az alábbi összefüggéssel adható meg ( a k-dik alvivő m-dik szimbóluma): Ennek alapján az OFDM modulátor felépítése a következő (mTU ≤ t < (m+1)TU):

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM alapú rádiós hozzáférés alapjai Az OFDM moduláció elve Az egyes segédvivők ortogonálisak egymásra, nincsen köztük korrelációs kapcsolat, ezt az alábbi összefüggéssel és ábrával illusztráljuk: Frekvencia Idő (a szimbólumok sorszáma)

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE LTE alapú rádiós hozzáférés alapjai Az OFDM demoduláció elve Kihasználjuk, hogy az egyes segédvivők ortogonálisak egymásra, így ezek szétválaszthatók egymástól. A demodulátor felépítését az alábbi ábrán adjuk meg:

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM értelmezése gyors FFT-vel A gyors Fourier–transzformáció (FFT) alkalmazása A modulátor és demodulátor hatékony megvalósítására az IFFT/FFT tűnik a legalkalmasabbnak. Mit is jelent ez? Ahol a mintavételi frekvencia, és N > NC az FFT rendszer fokszáma. Ez azt jelenti, hogy a moduláció és a demoduláció egyaránt megoldható egy kis komplexitású, jól ismert felépítésű eszköz segítségével, a megoldás a következő két ábrán látható.

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM megvalósítása gyors FFT-vel A gyors Fourier–transzformáció (FFT) alkalmazása A modulátor és demodulátor felépítése FFT-vel Modulátor Demodulátor Nem használt

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM egy speciális eleme A ciklikus prefix alkalmazása A többutas terjedés hatása a jelre, az ISI létrejötte A megoldás a ciklikus prefix alkalmazása, ami megoldja azt, hogy a segédvivők között fennmarad az ortogonalitás, és a csatornán (segédvivőn belüli ISI is elkerülhető Integrálási intervallum a direkt jelúton érkező jelhez Direkt jelút Reflektált jelút

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM egy speciális sajátossága A ciklikus prefix beillesztése Másolás és beillesztés Direkt jelút Reflektált jelút Integrálási intervallum a direkt jelúton érkező jelhez N minta N + NCP minta

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM frekvenciatartománybeli modellje A modellt az alábbi ábrán adjuk meg Vevő Válasz az ai szimbólumra Adó Zaj Az ai szimbólumhoz adódó zaj

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna kiegyenlítése A modellt az alábbi ábrán adjuk meg Frekvencia tartomány Vevő Idő Referencia szimbólum

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna frekvencia diverziti képessége, a csatornakódolás jelentősége A modellt az alábbi ábrákon adjuk meg Egyetlen szélessávú vivő Alvivők igen rossz minőségű csatornában OFDM jel Csatorna kódolás Információs bit Kódolt bit Frekvencia interleaving (leképzés az alvivőkre)

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna tipikus paraméterei Az alvivők távolsága (LTE esetén kHz) a Doppler szórástól való függést alapvetően meghatározza, mivel az alvivők távolságának változása az alvivők közötti áthallást megnöveli. Ezt a hatást az alábbi ábrán lehet illusztrálni Normalizált Doppler-szórás Jel-interferencia viszony

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna tipikus paraméterei Az alvivők távolsága (LTE esetén kHz) a jel teljesítménysűrűségét (spektrumát) alapvetően befolyásolja. Ezt az alábbi ábrán lehet illusztrálni (300 vivő, 5 MHz teljes sávszélesség) Frekvencia (MHz) Teljesítmény sűrűség (dBm/30 kHz)

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna tipikus paraméterei A ciklikus prefix (TCP) hosszúságának megválasztása az alábbi szempontok szerint történik: Az érték a cella méretétől függ, kis cellában kisebb, nagy cellában nagyobb A TCP megválasztása nem változtatja meg a értékét, de csökkenti a hasznos teljesítményt Az OFDM rendszerek egyik igen komoly problémája a pillanatnyi teljesítmény jelentős ingadozása. Ez azt eredményezi, hogy a rádiós teljesítményfokozatok hatásfoka csökken a hagyományos modulációs rendszerekkel szemben. A jó hatásfokú lineáris erősítők fejlesztése a mai kutatás-fejlesztés forró témája. A szakma ennek megoldására több sikeres módszert ismer és alkalmaz: Tone reservation Pre-filtering, Pre-coding Selective scrambling

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM csatorna multiplexáló képessége A multiplexálást az alábbi két ábrán illusztráljuk, a MÁ-BÁ (uplink) átvitelnél célszerű időzítés szabályozást alkalmazni

AZ LTE MŰKÖDÉSE „Alapfogalmak” Az LTE OFDM rendszer broadcast és unicast képessége A broadcast és unicast üzemmódokat az alábbi ábrákon illusztráljuk: Broadcast terület

A HÁLÓZATI ARCHITEKTÚRÁK FEJLŐDÉSE „Struktúrák”

AZ LTE 450 MHZ-ES BRAZIL ALKALMATZÁSÁNAK TAPASZTALATAI “Tapasztalatok” Az LTE 450 brazil szélessávú alkalmazásának specialitásai rurális körzetekben ANATEL a szolgáltató, A frekvenciatartomány 451–458 MHz és 461–468 MHz FDD, szolgáltatás négy földrajzi körzetben, Tervek: 2017-re 100%-os lefedés, 1024 kbit/s letöltés, 256 kbit/s feltöltés, 30 km-es cellák, ritkán lakott területek lefedése, A 3GPP a 450 MHz-es alkalmazás szabványosítását 2013 szeptemberében zárta le (LTE Release 12 specifications), Az LTE 450 MHz-es technológia egy sor speciális kihívást jelentett elsősorban az interferencia menedzsment és a területi lefedettség biztosítása területén, Ezek e kihívások akkor váltak nyilvánvalóvá, amikor a brazil Telecommunications Research and Development Centre (CPqD) aktívan részt vett a 3GPP szabványosítási projektjében és a 450-es LTE rendszer fejlesztésében.

AZ LTE 450 MHZ-ES BRAZIL ALKALMATZÁSÁNAK TAPASZTALATAI “Tapasztalatok” Az LTE 450 brazil szélessávú alkalmazásának specialitásai, tecnikai kihívások Duplex távolság: A 31-es sávban célszerű az 5 MHz-es sávszélességet választani a kisebb (1.4 vagy 3 MHz-es) sávok helyett. Az ANATEL a 452–457 MHz-es uplink és a 462–467 MHz-es downlink sávokat választotta. A nagyon szűk duplex távolság miatt az adó jele bejuthat a saját vevőjébe és ronthatja a vevő teljesítőképességét. A probléma miatt a mobil terminálok ára nőhet. Interferencia menedzsment: Az egyetlen 5 MHz-es sáv miatt minden cellában és annak minden szektorában ugyanazt sávot használjuk. Ezért szofisztikált megoldásokat kell alkalmazni az azonos sávú interferencia kezelésére. Hasonló problémák léphetnek fel a keskenysávú, nagy teljesítményű rádiófrekvenciás jelek és az emberi tevékenységgel keltett impulzus zajok hatására. Megnövelt cella méretek: A cellák sugarának növelése nagyobb adóteljesítményt igényel, ez érinti a végfokozatok és az antennák paramétereit.

AZ LTE 450 MHZ-ES ELTERJEDSÉGE A VILÁGON “Tapasztalatok”

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, frekvencia” Miért is van szükség az információ átviteléhez frekvenciasávra? Egy periodikus jel önmagában nem hordoz információt. Ahhoz, hogy információt vigyünk át, a jelet modulálni kell. A moduláció a periodikus jel valamilyen paraméterének (amplitúdójának, frekvenciájának (fázisának)) a megváltoztatását jelenti. A modulált jel már nem egyetlen szinuszos jellel írható le, hanem azzal, hogy a frekvenciatartományban milyen módon oszlik meg az általa szállított teljesítmény, azaz milyen a jel teljesítménysűrűség függvénye.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, frekvencia” Mitől függ a szükséges frekvenciasáv nagysága? Az ábra arra utal, hogy példánkban a frekvenciasáv szélessége közel 1/T, ahol T a digitális moduláló jel alap-periódusideje. Ebből arra következtethetünk, hogy a szükséges frekvenciasáv lényegében arányos a digitális moduláló jel sebességével. Ez igaz is, meg nem is, mivel az adatátviteli sebességet bit/s-ban mérjük, tehát a szükséges sávszélesség és az adatátviteli sebesség közötti kapcsolat attól is függ, hogy a T alap- periódusidő alatt hány bit átvitelére vagyunk képesek hibátlanul. Erre ad elméleti választ Shannon tétele, miszerint az adatátviteli sebesség felső határát a csatorna kapacitása adja meg, ami a kifejezés szerint a W sávszélesség és az SNR jel-zaj viszony függvénye.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, frekvencia” A szükséges jel-zaj viszony és a spektrális hatékonyság kapcsolata Az LTE rendszerben elérhető az 5 bps/Hz, ill. 2,5 bps/Hz 4 3 2 1 3.5 2.5 1.5

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, hullámterjedés” A hullámterjedés alapjai, a területi ellátottság A mobil és vezetéknélküli rendszerekben rádiós technológiákat használunk. Ahhoz, hogy a spektrális hatékonyság megfelelő szintű legyen, elegendő jelteljesítményre van szükség. Ha egy antenna a tér minden irányába egyenletesen sugározza a jelet, akkor tőle R távolságra a teljesítménysűrűség ahol az adó teljesítménye. A vevő antennája ezt e teljesítménysűrűséget érzékeli, és összegyűjti egy úgynevezett hatásos felületen, ami minden irányból egyenletesen vevő antenna esetében ahol a jel hullámhossza.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, hullámterjedés” A hullámterjedés bonyolultabb körülmények között A mobil és vezetéknélküli rendszerek általában bonyolult környezetben működnek, ezért a hullámterjedés pontos leírása tudományosan is nehéz feladat. Néhány jellegzetességet azonban leszögezhetünk: A vett teljesítmény általában az R távolság valamilyen hatványfüggvényével fordítottan arányos (tipikus hatványkitevő 2-4,3), Függ az antennák irányítottságától és magasságától, Függ a környezet típusától (szabad tér, sík terület, előváros, külváros, város, nagyváros), Függ a működési frekvenciától, Függ sok egyéb tényezőtől (beltér-kültér, takarás, domborzat, növényzet, időjárás, alagutak-aluljárók, stb.). A területi ellátottság azt írja le, hogy az adó környezetében a teljesítménysűrűség hogyan oszlik meg, amiből az is következik, hogy milyen az elérhető átviteli sebesség maximuma.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, hullámterjedés” Példa a területi ellátottságra Az ellátottsági térkép általában igen összetett, de megállapítható, hogy egy adott távolság felett a rádiós jel teljesítménye elenyésző.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, tömegkiszolgálás” Hogyan lehet korlátozott frekvenciasávban igen nagy tömegek mobil kommunikációs igényeit kielégíteni? A frekvenciasávok korlátozottsága és a nagy felhasználói tömegek igényeinek kiszolgálása között érezhetően feszül az alábbi ellentmondás: Ha sokan akarnak egyidejűleg kommunikálni egymással, akkor ehhez igen nagy eredő adatátviteli sebességre, azaz igen nagy eredő sávszélességre volna szükség. Egy-egy szolgáltató csak korlátozott sávszélességet kaphat, ezért valamilyen eljárással meg kell oldani a nagy felhasználói populáció kiszolgálásának a feladatát. Lehet sávtakarékos eljárásokat alkalmazni (sávtakarékos moduláció, hatékony adattömörítés, a csatorna időbeli megosztása, stb.). A tömegigények valódi kiszolgálásának kulcstechnológiája a cellás elv alkalmazása, ahol a frekvenciasávokat adott távolság felett újra fel lehet használni, így eltérő földrajzi helyen egy időben többen tudnak kommunikálni.

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, tömegkiszolgálás” A cellás elv illusztrálása Rendszer Cella Klaszter

A MOBIL KOMMUNIKÁCIÓ KULCSFOGALMAI „Alapfogalmak, tömegkiszolgálás” Egy kis számolás Legyen az ellátandó terület nagysága T, Legyen egy cella területe , ahol R a cella sugara, Legyen a frekvenciasáv szélessége W, Legyen a cellák száma a klaszterben K, Legyen az egy cellában ellátható felhasználók száma N, Akkor az egy cellára jutó sávszélesség W/K, és az összesen ellátható felhasználók száma: Megjegyzendő, hogy az N függ a rendszer típusától és a K értékétől is. Ebből jól látszik, hogy a cellák átmérőjének és az adóteljesítményeknek a csökkentésével (makro-, mikro-, piko-, nano-, femtocella) a kiszolgálható felhasználók száma szinte tetszőlegesen növelhető W állandó értéke mellett.

AZ LTE TECHNOLÓGIA ELŐNYEI „Előnyök és hátrányok” Az LTE előnyös tulajdonságai A lefedett frekvencia tartomány hatásos kitöltése, Az alvivőkön belüli ISI hatásának kiküszöbölése, A többutas terjedés által okozott időinvariáns fading-gel szembeni természetes védettség („beépített” diverziti), A multiplexálás „belső” támogatottsága, Az alvivők tetszőleges összevonása (változó sebességű csatornák kialakítása), Rugalmas hardver architektúra, A piko- és femtocellás alkalmazások támogatása, Az unicast és broadcast megoldások rugalmas támogatása. Az LTE hátrányos tulajdonságai Érzékenység a Doppler szórásra, Nagy igény a nagyobb hatásfokú lineáris teljesítményfokozatokra.

AZ LTE TECHNOLÓGIA TOVÁBBFEJLESZTÉSE „A legújabb revolúció” Az LTE-Advanced megoldásai Új frekvenciasávok bevonása (450–470 MHz, 790–862 MHz, 2,3–2,4 GHz, 3,4–3,6 GHz, 4,4–4,9 GHz), Az adatátviteli sebesség növelése (rugalmas vivő aggregáció, a rádiós hozzáférés megosztása több technológia között), Új vevő struktúrák fejlesztése (a szélessávú átvitel kiszolgálására), A MIMO megoldások széleskörű alkalmazása, Átjátszó állomások alkalmazása, Az úgynevezett kooperatív többpontos adás és vétel alkalmazása. Az LTE-Advanced helyzete LTE-Advanced fejlesztése folyamatosan tart, és a szabványok újabb és újabb elemekkel bővülnek: femtocellák alkalmazása, önszerveződő hálózati megoldások, energia menedzsment technológiák.

AZ LTE TECHNOLÓGIA TOVÁBBFEJLESZTÉSE „Tervek”

Technológiai összevetés AZ LTE ÉS A CDMA TECHNOLÓGIÁK ÖSSZEHASONLÍTÁSA 450 MHZ-EN „Összehasonlítás” Technológiai összevetés Elmondható, hogy tisztán műszaki paraméterek alapján nehéz megállapítani, hogy melyik technológia előnyösebb. A rendelkezésre álló frekvenciasávokban lényegében azonos mennyiségű adatforgalom bonyolítható le. A 450 MHz-es tartományban a terjedési viszonyok, a cellák mérete, az antennák felépítése közel azonos. Egyéb szempontok A szabványosítás az LTE esetében további fejlesztéseket ösztönöz. A berendezések elérhetősége a CDMA esetében ma még jobb. Az LTE esetében a jövőben nagyobb intenzitású eszközfejlesztés várható, ezért megindult a migráció a meglévő CDMA rendszerektől az LTE felé.

ÖSSZEFOGLALÁS A 450-es sáv lehetőséget ad a rurális területen élők szélessávú szolgáltatásainak biztosítására gazdaságosabban, mint más sávokban. Az LTE előnyöket biztosít a CDMA450-es szolgáltatók számára a hálózati kapacitás és a hosszú távú eszközutánpótlás szempontjából. A jelenlegi LTE 450 rendszerek még az indulás állapotában vannak, de a korai tapasztalatok azt mutatják, hogy a berendezés szállítók érdekeltek a technológia és az eszközök fejlesztésében. Technikailag az LTE450 jól illeszkedik az M2M kommunikáció előre jelzett igénynövekedéséhez. Várható, hogy az LTE450 már 2015 elejétől kezdve követi az LTE többi sávban érzékelhető növekedési trendjeit

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET