http://micro3.mht.bme.hu/Mumo/

1

• http//micro3.mht.bme.hu/Mumo/

2
A mobil rendszerek áttekintése

• A mobil rendszerek fejlodése
• Adatsebességek

3
(No Transcript)
4
A mobil rádiórendszerek felosztása adatsebesség
és területi lefedettség szerint
5
(No Transcript)
6
(No Transcript)
7
Hullámterjedési alapok, Terjedési modellek

• Rádiószakasz, szakaszcsillapítás
• Fizikai modellek
• Szabadtéri terjedés
• Sík földfelszíni terjedés
• Diffrakciós modellek
• Késél diffrakció
• Többszörös diffrakciós modellek
• Bullington, Epstein-Peterson, Deygout, JRC

8
Terjedési modellek

• Makrocellás terjedési modellek
• Hata, COST231
• Mikrocellás terjedési modellek
• Walfish-Ikegami modell, COST 231
• Beltéri terjedési modellek
• Mootley-Keenan (félempirikus)
• Ray-tracing
• UMTS modellek
• Beltéri
• Kültérbol beltérbe ill. gyalogos környezet
• Kültéri - jármuvekre

9
Terjedési modellek

• Rádiószakasz-szakaszcsillapítás

10
Terjedési modellek

• Termikus zaj

11
Terjedési modellek
Szabadtéri csillapítás
12
(No Transcript)
13

• FONTOSABB ANTENNAJELLEMZoK
• Az antennák feladata a rádiórendszerekben
• Az antenna iránykarakterisztikája
• Nevezetes iránykarakterisztikák
• izotróp, nyereséges körsugárzó,
• szektoriális sugárzó,
• mikrohullámú antennák
• Az antenna megdöntése ( tilt )
• Nyereség, irányhatás, hatásos felület

14

• Az antenna iránykarakterisztikája
• F normalizált fesz. iránykarakterisztika
• Nevezetes iránykarakterisztikák
• Izotróp antenna
• Nyereséges körsugárzó

15
Szektoriális sugárzó
Nyereséges körsugárzó
16
(No Transcript)
17

• Az antennák irányhatása, nyeresége és hatásos
  felülete
• Irányhatás Nyereség
• Hatásos felület (vevoant. konverziós jell.)

18
Egyszeru link budget példa

• Adatok
• d2km
• f900MHz
• Gt17dBi (65o)
• Gr0dBi
• Fb Fsb 5 dB
• Fm Fsm 7 dB Ptb20W (43 dBm)
• Ptm300 mW (25 dBm)
• Sn-174dBm/Hz

19
Egyszeru link budget példa

• Adatok
• d2km
• f900MHz
• Gt17dBi (65o)
• Gr0dBi
• Fb Fsb 5 dB
• Fm Fsm 7 dB
• Ptb20W (43 dBm)
• Ptm300 mW (25 dBm)
• Sn-174dBm/Hz

20
Egyszeru link budget példa

• Adatok
• d2km
• f2000MHz
• Gt17dBi (65o)
• Gr0dBi
• Fb Fsb 5 dB
• Fm Fsm 7 dB Ptb20W (43 dBm)
• Ptm300 mW (25 dBm)
• Sn-174dBm/Hz

21
Egyszeru link budget példa

• Adatok
• d2km
• f2000MHz
• Gt17dBi (65o)
• Gr0dBi
• Fb Fsb 5 dB
• Fm Fsm 7 dB
• Ptb20W (43 dBm)
• Ptm300 mW (25 dBm)
• Sn-174dBm/Hz

22
Fizikai modellek - sík földfelszín (kétutas
terjedés)

• Modell

23
Terjedés beépített területen
Többutas terjedési modellek
24
Teljesítmény mérleg számítás

• rádiótechnikai tervezésnél
• - zajjal határolt ellátottság
• (termikus zaj, emelett az interferencia
  elhanyagolható)
• - interferenciával határolt ellátottság.
• (zavaró jel, emelett a zaj elhanyagolható)

25
Teljesítmény mérleg számítás

• A vevo érzékenysége
• Digitális vevokészüléknél az eloírt BER-hez
  tartozó jelteljesítmény
• A GSM rendszerben használt vevokészülék
  érzékenysége az a bemeno RF teljesítmény, mely a
  teljes sebességu beszédcsatorna 1b osztályú
  bitjeit tartalmazó keretekben legfeljebb 0,4
  maradék hibaarányt (RBER Residual Bit Error
  Rate) hoz létre.

26
Teljesítmény mérleg számítás

• Ehhez a vevore vonatkozó eloírás szerint a vevo
  bementén legalább 10lg Ec/No 8dB jel-zaj arány
  szükséges.
• A vevo bemenetén megjeleno teljes (külso és belso
  eredetu) zajteljesítmény
• Pn kTsB watt
• k 1,3810-23 wattsec/K, Boltzmann állandó
• Ts a vevo rendszer zajhomérséklete
• B a vevo RF sávszélessége

27
Teljesítmény mérleg számítás

• A GSM rendszerben
• 10lg ( Ts/To ) Fs 10dB (mobil)
• 10lg ( Ts/To) Fs 8 dB (bázis)
• B 250kHz

28
Teljesítmény mérleg számítás

• Ezzel a vevo bemenetére számított zajteljesítmény
• 10lgPn 10lg(kT0 Ts/To B)
• 10lgPn -174 10lg (Ts/To) 10lgB dBm ahol
• 10lg kTo -174dBm
• az 1Hz sávszélességre jutó termikus zaj
  teljesítménye.
• A vevo érzékenysége
• 10lgPvmin 10lgPn 10lg (Ec/No)

29
Teljesítmény mérleg számítás

• GSM vevok érzékenysége
• - a bázisállomás vevojére -104dBm
• - a mobil állomás vevojére -102dBm

30
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• Gyors fading, vagy Rayleigh fading
• a jel átlagosan félhullámhosszonként (ez a GSM
  rendszerben mintegy 16cm) 30-40dB-lel változik
• oka a mobil közelében lévo tárgyakról szóródó
  beeso hullámok interferenciája
• Lassú fading, vagy log-normál fading
• oka a mobil antennát körülvevo tereptárgyak
  (épületek, növényzet, stb.) árnyékoló hatása
• A GSM sávban a dB-ben normális (log-normál)
  eloszlás szórása városban mintegy ? 7dB,
  beépítetlen (vidéki) területen mintegy ? 10-12
  dB

31
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A Rayleigh fading olyan gyors, és olyan nagy
  jelszint változást okoz, hogy ez ellen
  teljesítmény tartalékkal nem lehet védekezni.
  Erre szolgál gyorsan mozgó mobil esetén a jel
  keretek átvitel elotti szétosztása (interleaving)
  majd újra összerakása (deinterleaving) és a
  meghibásodott bitek kijavítása. Vagyis a
  csatornakódolás. Lassan mozgó, vagy álló mobil
  esetén elofordulhat, hogy az antenna hosszasan
  egy jel minimum körül tartózkodik. Ilyenkor a
  csatornakódolás nem segít, és az átvitel hibás
  lesz. Ezt akadályozza meg a frekvencia ugratás,
  mely a minimumok helyét másodpercenként 217-szer
  változtatja, és ezáltal olyan hatást idéz elo,
  mintha az antenna gyorsan mozogna.

32
Interleaving
33
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A gyorsan mozgó mobil, illetve a
  frekvenciaugratás ellenére mégis bekövetkezo
  valamelyes minoségromlást úgy ellensúlyozzuk,
  hogy a szükséges hasznos jelszintet a vevo
  érzékenységhez képest M1 3dB-lel megnöveljük.
  Ez a Rayleigh fading tartalék.
• A lassú fading tartalék, mely a GSM rendszernél
  városban M2 5dB.

34
(No Transcript)
35
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A GSM vevok zajjal határolt érzékenysége tehát
  fadinges jelre, városban
• - 102 3 5 -94dBm (mobil)
• - 104 3 5 -96dBm (bázis)
• Ha a mobil készüléket épületben is használni
  akarjuk, akkor a fenti -94dBm jelszintnek az
  épületben kell meglennie. Az épületcsillapítás a
  földszinten 12-15dB. Tehát belsotéri lefedésre az
  épületen kívül -79dBm és -82dBm közötti
  jelszintet kell biztosítani.

36
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• Interferenciával határolt esetben a fadinges
  hasznos jel és az ugyanolyan statisztikájú zavaró
  jel figyelembe vétele
• C/Ic 16.5 .. 19dB

37
A cellás elv
A besugárzás cellás elve A frekvencia
újrafelhasználása Lehetséges cluster
méretek Szektorizálás
38

• A besugárzás cellás elve

39
A frekvencia újrafelhasználása
40
Lehetséges cluster méretek
Cluster (fürt) méret N
41

• Lehetséges cluster méretek
• C/I viszony

n a szakaszcsillapítás távolságfüggését leíró
hatványkitevo
42
Szektorizálás

• Elve

43
Szektorizálás

• Hatása
• C/I viszonyra
• Kapacitásra

(C/Ic) 19dB eloírásnál és az n 3,5 értéknél
44
Az elérheto azonos csatorna zavar arány dB
45
3/9 cella ismétlodés
46
4/12 cella ismétlodés 120 fokos szektoriális
sugárzókkal
47
(No Transcript)
48
(No Transcript)
49
A GSM rendszer jellemzése, a rendszer
szolgáltatásai

• A rendszer fo elemei
• mobil állomás (MS-Mobile Station)
• GSM hálózat.
• MS
• a föld felszínén (légijármu kizárva) mozog, vagy
  elore meg nem határozható helyen áll,
• a mobil berendezésbol (ME) és az elofizetoi
  azonosító modulból (SIM-Subscriber Identity
  Module) áll.
• A mobil állomásnak háromféle használati módja
  definiált, ezek gépjármube szerelt,
• hordozható,
• kézi mobil állomás.
• A GSM rendszer története
• 1984-ben a CEPT keretein belül az ajánlás
  kidolgozását végzo munkacsoport felállítása,
• 1985-ben a munkacsoport részletes ajánlást
  készített a megvalósítandó hálózatról.
• 1988-ban létrehozták az ETSI-t (European
  Telecommunication Standard Institute), mely
  többek között átvette a GSM szabvány
  kialakításának feladatát is a CEPT-tol.
• Az ETSI által elkészített muszaki specifikációt
  1990-1991-ben publikálták.

50
A GSM rendszer jellemzése

• Szolgáltatások
• - Az MS bolyongásának biztosítása
• - A távbeszélo szolgáltatás mellett a rendszer
  kapcsolódhasson más szolgáltatásokhoz, pl. ISDN
  hálózathoz
• - A rendszernek biztosítania kell a már meglévo
  PSTN/ISDN rendszerek által biztosított
  szolgáltatásokat, és a mobil rendszer
  tulajdonságai által lehetové tett egyéb
  szolgáltatásokat
• - Az MS-ek muködhessenek hajók fedélzetén
• - A rendszerhez különbözo MS-ek
  kapcsolódhassanak, kézi, gépkocsiba épített

51
A GSM rendszer jellemzése

• A szolgáltatások minosége és titkossága
• - A távbeszélo szolgáltatás minosége legalább az
  analóg 900 MHz-es rendszerek minoségét el kell
  érni
• - A rendszernek képesnek kell lennie az
  elofizetoi információk titkosítására
• Rádiófrekvenciás sáv
• - A rendszer legyen képes a jó rádiófrekvenciás
  spektrum kihasználására
• - A rendszer legyen muködoképes a teljes
  890- 915MHz és 935-960 MHz-es sávban
• - A rendszer legyen képes az egymás mellett
  muködésre a már meglévo 900 MHz-es rendszerekkel

52
Sektrális hatékonyság növelésére alkalmazott
eljárások

• Adóteljesítmény szabályozás (interf. Csökk.)
• A küszöb minoség eléréséig visszaszabályozza az
  adóteljesítményt mind BS, mind MS oldalon
• Frekvencia ugratás
• Alacsony MS sebesség mellett a minoséget növeli a
  frekvencia diversity révén
• Nem folytonos adás (interf. Csökk.)
• Beszéd VAD (Voice activity Detection)
• Mobil közremuködésével megvalósított handover
• Mérés szomszédos cellákból származó vételi
  teljesítmény

53
A GSM rendszer jellemzése

• Hálózati szempontok
• - Az azonosítási és számozási rendszernek meg
  kell felelnie a jelenlegi CCITT ajánlásnak
• - A rendszernek lehetové kell tennie a
  különbözo számlázást, a különbözo hálózatok
  használata esetén
• - A mobil kapcsoló központok és helyzet
  regiszterek között a nemzetközi szabványos
  jelzésrendszert kell használni

54
A GSM rendszer jellemzése

• A GSM a felhasználó számára a hagyományos
  beszédátvitel és adatátviteli szolgáltatások
  mellett új szolgáltatásokat kínál, ezek pl. a
  rövid üzenet (short message, SMS) szolgáltatások,
  melyek a személyhívó szolgáltatáshoz hasonlóak,
  MMS Mobile Multimedia Service.

55
A GSM rendszer szolgáltatásai

• Beszéd szolgáltatások
• A GSM rendszer által kínált legfontosabb
  szolgáltatás a telefon szolgáltatás, mely
  kétirányú beszédátvitelt jelent a GSM rendszer
  elofizetoi ill. bármely, a nyilvános vezetékes
  telefonhálózat (PSTN- Public Switched Telephon
  Network) elofizetoi között. Bármely nyilvános
  vezetékes telefonhálózat elofizeto vagy a
  nyilvános telefon hálózathoz kapcsolt hálózat
  elérheto.
• A GSM rendszer speciális beszéd szolgáltatása a
  vészhívás lehetosége, mely elofizetoi azonosító
  modul nélkül, tehát ingyenesen igénybe veheto a
  készülékkel egy egységesített hívószámmal, a 112
  hívásával.
• A szöveges üzenet rögzítés lehetové teszi az
  üzenet tárolását és késobbi meghallgatását, mely
  a GSM rendszer specifikációja szerint nem önálló
  szolgáltatás, és az üzemelteto alapszolgáltatáskén
  t kínálhatja. A szöveges üzenetet a rendszer
  akkor tárolja, ha az elofizeto nem elérheto a
  hívás idején, vagy ha a hívó fél azt közvetlenül
  a hívott GSM elofizeto hang postafiókjára küldi.

56
A GSM rendszer szolgáltatásai

• Adat szolgáltatások
• A GSM rendszert már a tervezés szakaszában
  többféle adat szolgáltatásra tervezték.
  Lényegében minden olyan szolgáltatást lehetové
  tesz, amit a nyilvános vezetékes telefonhálózat
  és az ISDN természetesen a rádiós átvitel
  korlátait figyelembe véve.

57
Felhasználók közti kapcsolódások

• PSTN felhasználók elérése
• A nyilvános kapcsolt telefonhálózatot
  szélesköruen alkalmazzák már jelenleg is
  adatátvitelre modemek felhasználásával. A GSM
  szabvány kidolgozásakor ezen szolgáltatás
  elérhetosége alapveto szempont volt, tehát a
  vezetékes telefonhálózaton elérheto
  szolgáltatások a GSM hálózaton is igénybe veheto
  legyen. A legnépszerubb ilyen szolgáltatások a
  fax és videotex szolgáltatás. A GSM
  rádióáltviteli csatorna korlátozó hatása miatt
  ezen szolgáltatások biztosításához a vezetékes
  hálózattal szemben jóval bonyolultabb eljárások
  szükségesek.
• A GSM rendszerben a beszédátvitel a beszédre
  optimalizált beszédkódoló alkalmazásával
  történik.
• A fax és videotex szolgáltatás igénybe vételéhez
  a GSM rendszernél nem szükséges modemek
  alkalmazása. A mobil készülék és hálózat közötti
  átvitel digitális, ezért a nyilvános kapcsolt
  hálózattal való együttmuködéshez a PSTN és GSM
  hálózat között kell audio modemet beiktatni. A
  GSM szolgálat 9600bit/sec maximális adatátviteli
  sebességet tesz lehetové teljes duplex módon a
  V.21, V.22, V.22bis és V.32 szabványoknak
  megfeleloen és group 3 -nak megfelelo fax és
  videotex modemekkel való együttmuködést.

58
Felhasználók közti kapcsolódások

• ISDN felhasználók elérése
• A GSM rendszer maximálisan 9600 bit/sec-os
  adatátviteli sebessége komoly korlátokat jelent
  az ISDN-nel való együttmuködésnél, mely
  alapvetoen 64 kbit/sec adatsebességet nyújt. Az
  ISDN-nel való együttmuködés ezek után korlátozott
  adatsebesség mellett, de a standard ISDN
  adatformátumokkal valósul meg. (14.4 kbps, HSCSD,
  GPRS, EDGE)
• GSM felhasználók közötti kapcsolat
• A GSM hálózat a GSM felhasználói kapcsolatként
  mindazon szolgáltatásokat nyújtja, melyeket a
  különféle vezetékes hálózatok felé.

59
Felhasználók közti kapcsolódások

• Rövid üzenet szolgáltatás (SMS)
• Az elozoekben ismertetett adatátviteli
  szolgáltatások a gyakorlatban sokszor nehézkesen
  megvalósíthatóak mobil környezetben a nagyméretu
  - mobil készüléknél nagyobb - terminál
  berendezések miatt. Ezért a gyakorlatban inkább a
  fél-mobil használat (idoleges installáció) vagy a
  gépkocsiba telepített terminál (pl. fax) terjedt
  el.
• Ennek ellenére a személyhívó szolgáltatás GSM
  hálózaton belüli megfelelojére igény van, rövid
  karakteres üzenetek küldésére és vételére
  nagyméretu terminál alkalmazása nélkül. A GSM
  hálózatban ezért megvalósítható a rövid üzenetek
  fogadása (SMS-MT/PP - Mobile Terminating Short
  Message Service, Point to Point) és küldése
  (SMS-MO/PP - Mobile Originating Short Message
  Service, Point to Point) a GSM elofizetok között.
  A rövid üzenet küldésének másik típusával adott
  földrajzi területen tartózkodó összes GSM
  felhasználóhoz küldheto rövid üzenet (SMS-CB -
  Cell Broadcast Short Message Service).

60
A szolgáltatások összefoglalása

• Hordozó szolgáltatás Kapcsolódó hálózat
  Adatátviteli sebesség
• Duplex aszinkron PSTN, ISDN
  300, 1200 1200/75,
• áramkör kapcsolt
  2400, 4800, 9600
  kbit/sec
• PAD hozzáférésu aszinkron PSPDN 300, 1200
  1200/75,
• 
  2400, 4800,
  9600 kbit/sec
• Duplex szinkron PSTN, ISDN, CSPDN 1200,
  2400, 4800, 9600
• adatkapcsolt
  kbit/sec
• Beszéd/digitális PSTN, ISDN 1200, 2400, 4800,
• 
  
  9600 kbit/sec
• Duplex szinkron adat csomag cspdn 2400, 4800,
  9600 kbit/sec
• 12 kbit/sec digitális - 12 kbit/sec