Semestrální práce-mobilní komunikace 2004/2005

Transkript

1 Václav Pecháček Semestrální práce-mobilní komunikace 2004/2005 Provozní parametry celulárních sítí Celulární systém -struktura založená na určitém obrazci, ve kterém je definované rozložení dostupného kmitočtového přídělu. Tento obrazec je pak možné zapojit tak, že jeho opakováním lze teoreticky pokrýt nekončící území, neboť obrazce do sebe zapadají a vzájemně na sebe navazují. BTS Na jedné základnové stanici (BTS-Base Transciever Station) je od jednoho operátora 1 až 4 sektory. Buňka představuje sadu transceiverů zapojených do antén pro jeden směr. 1.Frekvence S frekvencemi je nutné velmi pečlivě hospodařit tak, aby každý přenos měl k dispozici takovou šířku pásma (rozsah frekvencí) jakou potřebuje, ale nedocházelo k nežádoucímu ovlivňování jednoho přenosu jinými přenosy, které by mohly používat stejná nebo blízká frekvenční pásma. Použití některých frekvenčních pásem přitom podléhá vlastnictví licence. GSM 900 Mhz větší poloměr buněk (asi 35 km) oproti GSM 1800 Mhz (2 km)-důvodem je větší útlum signálu na 1800MHz oproti 900MHz -dělení sestupného a vzestupného směru Downlink u GSM Pásmo 900 MHz: MHz po 200 khz do MHz (kanály 1 až 124) Pásmo 1800 MHz: MHz po 200 khz do MHz (k ) Uplink u GSM Pásmo 900 MHz: MHz po 200 khz až MHz (kanály 1 až 124) Pásmo 1800 MHz: MHz po 200 khz až MHz (k ) -Šířka kanálu-dělení pásma do kanálů-frekvenční dělění,gsm 200 khz,umts 1,25 MHz 2. Přenosova rychlost -množství informace za jednotku času)

2 -dost ošidný parametr.je nutné vždy zmínit k jakému místu přenosového řetězce je měřena,zda jde o uživatelskou čí přenosovou rychlost(ta je vyšší než uživatelská z důvodu přenosu služebních informací spojení). 3 okruhy vs. Pakety - případě okruhů neefektivní využití přenosových kapacit,přenosové prostředky jsou využívány i v době kdy se nepřenáší žádná data (zástupci okruhového spojení :HSCSD-High Speed Circuit Switched Data,ECSD- Enhanced Circuit Switched Data) - v případě paketového spojení využíváme efektivněji kapacitu sítě,nevýhodou je ztrátovost paketů,zpoždění doručení paketu a kolísání zpoždění.(zástupci paketového spojení :GPRS-Global Packet Radio Service,EGPRS-Enhanced Global Packet Radio Service) 4.síla signálu -absolutní úroveň výkonu v místě x : Lx = 10*log(Px/Po) P 0 =1mW P x.zdánlivý výkon v místě x (poloha Mobilní stanice) minimální úroveň u GSM cca -114 dbm.při nižší úrovni přijímaného signálu nedojde k přihlášení do sítě -v blízkosti BTS je cca -30 dbm -T-Mobile má nastavenou úroveň pro GSM 900 MHz 105 dbm (krajina) a 102 dbm (město),pro 1800 MHz různá úroveň od 105 dbm do 80 dbm. C/I ratio (Carrier/Interference Ratio)podobná vypovídací hodnota jako SNR (Signal/Noise Ratio),logaritmická veličina 5.antény u celulárního systému všesměrové antény(omni)-speciální případ jednobuněčné BTS,použití v lokalitách s malým provozem směrové antény-používají panelové antény, které pod svým laminátovým krytem ukrývají buď: 1)sady vertikálních dipólků umístěných před odraznou stěnou a napájených tak, aby bylo docíleno požadovaného vyzařovacího diagramu antény jako celku 2) tzv. patchové anténky plošky mikropáskového vedení spočítané, nasimulované a doladěné tak, aby při správném buzení a propojení opět splnily požadavky kladené na vlastnosti celé antény. 6.Typy buněk(platí pro GSM900) -požadavky na dostupnou kapacitu se místo od místa liší, vyvstává v některých místech nutnost mít síť hustší než jinde.

3 makrobuňky-charakterizovány umístěním vysílacích antén nad úrovní střech. Velký vliv na šíření má ohyb a rozptyl na vrcholcích budov. Podle velikosti a významu se dají ještě dělit na buňky typu: -umbrella- Nejvyšší vrstva GSM sítě tzv. deštníkové buňky. Jedná se o buňky pokrývající velká území (až do cca 30 km), umístěné na vyšších kótách, rozmístění je podobné jako u systému NMT 450 MHz. Takovéto základnové stanice pokrývají dvěma až třemi sektory klidně celý okres, mají-li přiděleny vhodné frekvence, zprostředkovávají provoz v místech, kde je signál BTS nižších vrstev slabý nebo nedostupný typicky vesnické a horské oblasti, kde není ekonomicky i technicky obhájitelné postavení dalších vysílačů -velké: Typicky městské makrobuňky (až cca 5 km) zastřešující provoz nad větší částí města, menším venkovským prostorem (několik vesnic). -malé: Městské makrobuňky (do cca 1 km), které řeší kapacitní potřeby jádra města, průmyslové, zábavní zóny. Bývají na nižších objektech a vyladěné tak, aby vyčerpávali kmitočtové spektrum opravdu jen v blízkém okolí. Mikrobuňky - Na rozdíl od makrobuněk se jejich antény situují pod úroveň střech, nejčastěji do roviny prvního nebo druhého patra. Pokrývají pouze své blízké okolí, kaňony ulic, křižovatky. Způsoby šíření elektromagnetických vln jsou pro tyto instalace částečně odlišné, převažuje odraz nad ohybem a rozptylem. Výhody mikrobuněk tkví především v možnosti snazší instalace a méně problémového výběru vhodných kmitočtů, neboť přezařování do vzdálenějších lokalit je z povahy umístění mikrobuněk velmi nepravděpodobné. Mezi jejich nevýhody především patří složitější definování handoverů a riziko, že se za hovoru z rychle jedoucího automobilu handover nestihne provést a hovor spadne. Pikobuňky -Tento typ buněk se instaluje přímo do budov, ve kterých je velký mobilně telefonní provoz a průnik signálu z venkovních základnových stanic je silně zatlumen zdmi nebo členitostí budovy, případně je-li provoz tak vysoký, že by venku způsoboval kapacitní problémy. Opakovače -Jsou to jednoduchá a relativně levná zařízení umožňující pokrýt před dostatečným signálem GSM schovaná údolí bez nutnosti stavět plnohodnotnou BTSku. Opakovač (repeater) přijímá, zesiluje a posílá do údolí signál od vhodné základnové stanice, to samé samozřejmě provádí i v opačném směru. Do obou zesilovaných cest se samozřejmě zařadí kanálový filtr, aby opakovač sloužil pouze operátorovi, kterému instalovaný opakovač patří. Signál z vybrané základnové stanice musí být v údolí obsluhovaném opakovačem tak slabý, aby nedocházelo k souběžnému přenosu jak přímou cestou z mobilního telefonu na BTS a zároveň trasou přes repeater, v nastalém posunu fází signálu na mezi oběma trasami by spojení nebylo optimální. Mezi další podmínky patří

4 korektní nastavení zesílení v obou směrech a podmínka, aby použítý vysílač nepoužíval při hovoru hoppingové sekvence. DCS 1800 MHz (kapacitní dokrytí míst)-velké a malé makrobuňky,zřídka i mikrobuňky 7.Mnohonásobný přístup FDMA(Frequency Division Multiple Access)-mnohonásobný přístup frekvenčním dělením,dané frekvenční pásmo rozdělíme do subpásem,kterým jsou přiřazeny jednotlivé kanály,analogové systémy-nmt TDMA(Time Division Multiplex Access) mnohonásobný přístup časovým dělením.každý účastník má přidělen časový úsek(time Slot),který se periodicky opakuje.během tohoto časového úseku je odbavován hovor účastníka (data). CDMA (Code Division Multiplex Access)-mnohonásobný přístup s kódovým dělením,využívají techniku rozprostřeného spektra modulačního signálu,prováděného pomocí rychlé pseudonáhodné posloupnosti.dvě varianty:ds-cdma (Direct Sequence-CDMA) systém s přímou modulací kódovací posloupnosti a systém s kmitočtovým skákáním nosné vlny FH- CDMA (Frequency Hopping CDMA).Využití u UMTS. GSM-kombinace TDMA a FDMA 8.Quality of services(qos) zpoždění (delay) při přenosu způsobené šířením signálu na určitou vzdálenost kolísání zpoždění (delay variation) při přenosu ztrátovost informace (information loss) způsobeno nedokonalostí přenosové cesty 9.Použitá modulace MSK (Minimum Shift Keying) frekvenční klíčování s minimálním zdvihem,při které dochází ke spojitému přechodu fázi GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)-před MSK se předřadí dolní propust gaussovského typu (přemění pravoúhlý signál na křivku gaussovského tvaru).použití u GPRS a EDGE (datové paketové přenosy v systémech 2G a 2,5 G). GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

5 8-PSK (8-Phase Shift Keying)-8 stavová fázová modulace,3 po sobě jdoucí bity odpovídají jednomu symbolu.použitím této modulace (nejenom) došlo ke zvýšení přenosové rychlosti u paketového přenosu v sítích 2 G. 10.Duplexní přenos obr.1 GMSK a 8PSK modulace FDD (Frequency Division Duplex)-různopásmový duplexní přenos,pro každý směr přenosu se používá odlišné frekvenční pásmo. TDD (Time Division Duplex)-stejnopásmový duplexní přenos s časovým dělením. 11.Kapacita sítě Kapacita uvažovaná na cestě mezi mobilním telefonem a základnovou stanicí znamená počet uskutečnitelných hovorů, přenesených dat a SMS zpráv pro daný okamžik z určité lokality.kapacitu dané lze zvýšit (případně dočasně posílit v případě konání specifické akce,kde se dá předpokládat dočasné zvýšení zatížení dané lokality) 12. charakter mobilního spoje - Umístění antény mobilní stanice je s mobilitou proměnlivé, proto v mobilních telefonech uvažujeme s trochou tolerance všesměrové antény. - Přímá viditelnost mezi mobilním telefonem a BTS (Base Transceiver Station) nastává pouze pro minimální procento času. - Vždy nastává vícecestné šíření pokaždé musíme brát v úvahu ještě navíc minimálně odraz od země, ale obvykle bude dominantní větší množství paprsků z mnoha směrů, s velkými časovými zpožděními mezi jednotlivými cestami až v desítkách mikrosekund. - Vlivem těchto odrazů útlum na trase velmi kolísá a to jak bereme-li v úvahu pohyb v prostoru, tak i kolísání signálu v čase je-li mobilní telefon v klidu na místě

6 Použité zdroje [1] internet mobil.idnes.cz [2] Svoboda J. a kolektiv: Telekomunikační technika 3.díl [3] Doc.Ing.Žalud V.CSc.:Přednášky Mobilní komunikace