Systémy - rozhlas, televize, mobilní komunikace (/2) Ing. Karel Ulovec, Ph.. ČVUT, Fakulta elektrotechnická xulovec@el.cvut.cz Tyto podklady k přednášce slouží jako pomůcka pro studenty předmětu AB37 - Komunikace a elektronika. Žádné jiné využití (zveřejňování, kopírování, apod.) není povoleno bez projednání s autorem! /35 Systémy - rozhlas, televize, mobilní komunikace (/2) Úvod do komunikačních systémů Obecné schéma komunikačních systémů Základní vlastnosti rádiových kanálů, kmitočtová pásma pro rádiovou komunikaci Zdrojové kódování Hovorový, zvukový a obrazový signál Kanálové kódování Protichybové zabezpečení Modulace s jednou nosnou vlnou Ortogonální rekvenčně dělený multiplex OFM Sdílení rádiového kanálu Simplexní / duplexní provoz Metody mnohonásobného přístupu Celulární(buňková) struktura systémů pro mobilní komunikaci Přenosové systémy s více vstupy a výstupy (MIMO, ) Témata k zápočtovému testu 2/35
Úvod do komunikačních systémů 3/35 Obecné schéma komunikačních systémů Obecné schéma komunikačních systémů Model zpracování signálu Přenos inormace od zdroje do místa reprodukce komunikačním kanálem Komunikační kanál Spojitý, analogový => signál je nutné upravit zdrojové a kanálové kódování Zdrojové kódování Získat a upravit signál pro přenos Kanálové kódování Úprava signálu do podoby vhodné pro přenos komunikačním kanálem Modulátor lze chápat jako součást kanálového kódování zdroj inorm. kodér zdroje kodér kanálu modulátor komunikační kanál dekodér kanálu dekodér zdroje demodulátor reprodukce 4/35
Základní vlastnosti rádiových r kanálů Vlastnosti Útlum Šum Vliv šumu (nejjednodušší aditivní bílý gaussovský šum AWGN) vzhledem k systému zpracovávaná šířka pásma kmitočtů B syst Výkon šumu P š = N B syst Poměr výkonůužitečného signálu a šumu SNR = P sig / P š V decibelové míře SNR (db) = log (P sig / P š ) Rušení (atmosérické, způsobené člověkem) Odrazy (od nepohyblivých a pohyblivých objektů) způsobující tzv. únik Pokud zpoždění odraženého signálu (případně délka rozptylu signálu v čase) se blíží či přesahuje dobu trvání symbolu, dochází k překrývání sousedních datových symbolů intersymbolováintererence (ISI) Příspěvek odraženého signálu se rovněž nežádoucím způsobem projeví ve spektru přijímaného signálu Pohyb vysílače/přijímače/zdrojů odrazu ochází k iktivní změně rekvence signálu (opplerův eekt) u systémů s více nosnými vlnami může dojít k vzájemnému rušení mezi nosnými vlnami intererence mezi nosnými (ICI) => Zkreslení signálu, snížení poměru výkonů signálu a šumu, nárůst bitové chybovosti BER při přenosu BER(Bit Error Ratio) = počet chybně přenesených bitů / počet celkově přenesených bitů za jednotku času 5/35 Kmitočtov tová pásma pro rádiovou r komunikaci kmitočtový rozsah rozsah vln 3 khz 3 khz ( km km) 3 khz 3 khz ( km km) 3 khz 3 MHz ( km m) 3 MHz 3 MHz ( m m) 3 MHz 3 MHz ( m m) 3 MHz 3 GHz ( m cm) 3 GHz 3 GHz ( cm cm) 3 GHz 3 GHz ( cm mm) 3 GHz 3 THz ( mm, mm) název (dle vlny), zkratka angl. zkratka (dle kmitočtu) velmi dlouhé, VV VF (Very low requency) dlouhé (kilometrové), V F (ow requency) střední (hektametrové), SV MF (Medium requency) krátké (dekametrové), KV HF (High requency) velmi krátké (metrové), VKV VHF (Very high requency) ultrakrátké (decimetrové), UKV UHF (Ultra high requency) superkrátké (centimetrové), SKV SHF (Super high requency) extrémně krátké (milimetrové), EKV EHF (Extremely high requency) decimilimetrové THF (Tremendously high requency) příklady využití navigace, kmitočtové a časové normály AM rozhlas, námořní komunikace, letecká dálková navigace, komunikace v energetice AM rozhlas, amatérské pásmo AM rozhlas, vojenská komunikace, občanské pásmo (CB) FM rozhlas, TV, letecká, lodní komunikace, amatérské pásmo TV, radar, mobilní kom. (2G, 3G), GPS, vojenská kom., průmyslové aplikace, Bluetooth, Zigbee, WiFi, WiMax pozemské směrové spoje, družicové spoje, radary, UWB, WiFi, WiMax, mobilní kom. (4G) radary, naváděcí systémy, radioastronomie, výzkum, mobilní kom. (5G?) výzkum 6/35
Zdrojové kódování Zdrojové kódování Rovněž zahrnuje: získání signálu pro přenos (snímání obrazu, zvuku, řeči) a digitalizaci Omezení opakovaného či zbytečného přenosu inormace (analogový systém omezení kmitočtu, digitální systém komprese datového toku) Signál Hovorový (řečový) 3 Hz až 3 khz Zvukový (rozhlasový) 2 Hz až 2 khz (5 khz) Obrazový (televizní) minimální rekvence odpovídá snímkové obnovovací rekvenci 25 snímků/s; maximální kmitočet souvisí s rozlišením dvojbod S (Standard einnition) rozlišení PA s 625 řádky a poměrem 4:3 4 Počet bodů jednoho obrazového snímku = 625 625 = 52 833 bodů 3 Na šířku pásma je nejnáročnější přenos elementární černobílé šachovnice Černobílých dvojbodů je 52 833 / 2 = 26 47, tj. počet period Což při snímkové rekvenci 25 snímků/sec představuje max. rekvenci: 4 max = 25 625 625 = 25 2647 6, 5 MHz 2 3 Při uvažování H (High einnition) rozlišení 92 bodů, 8 řádků, 25 snímků/sec max = 25 8 92 = 25 368 26 MHz (cca 4x více než S) 2 625 řádků 625. 4/3 sloupců 7/35 Zdrojové kódování igitalizace: Vzorkování (Pulse Amplitude Modulation, PAM) kvantování vyjádření kódovým slovem (Pulse Code Modulation, PCM) Minimální vzorkovací kmitočet = 2 x maximální kmitočet přenášeného signálu Obraz (pouze jas) 2 x 6,5 MHz; zvuk 2 x 2 khz; řeč: 2 x 3 khz Počet kvantizačních hladin = 2 počet bitů slova (např. při 8 bitech je 256 hladin) Bitové rychlosti datového toku Obraz STV 4:2:2 (CCIR 6, ITU 6, SI sériový přenos nekomprimovaného digitalizovaného obrazového signálu) 27 Mb/s; HTV cca Gb/s Zvuk (2 kanály).5 Mb/s Řeč 4 kb/s zvuk P P A A 48 khz 6 b Zdrojové kódování.536 Mb/s řeč P obraz A 8 khz 3 b kamera R G B 4 kb/s matice Y R-Y B-Y P P P 6.75 MHz 8 nebo b 3.5 MHz 8 nebo b A A A 26 nebo 27 Mb/s 8/35
Zdrojové kódování Zdrojové kódování komprese = omezení opakovaného či zbytečného přenosu inormace Omezení opakovaného přenosu (snížení redundance) Např. sousední body v prostoru či sousední snímky v čase TV obrazového signálu jsou podobné (korelované) dierenciální (rozdílové) kódování Vratný proces Omezení zbytečného přenosu (omezení irelevance) Např. zrak má nižší rozlišení barevných složek než jasu nižší vzorkovací kmitočet pro barvonosné složky Např. maskovací jev (silný vjem zastíní slabší) maskované složky se ignorují a nebo se přenáší s hrubším kvantováním Nevratný proces; ale tak, aby nemohl být rušivě vnímán Různé verze MPEG (Moving Pictures Experts Group) Příklady datových toků po kompresi viz obr. (cca 2x snížená rychlost) obraz zvuk 26 nebo 27 Mb/s komprese cca až 5 Mb/s.536 Mb/s komprese cca 2 až 52 kb/s řeč 4 kb/s komprese cca 4 až 2 kb/s 9/35 Kanálov lové kódování Modulace Úprava signálu do podoby vhodné pro přenos komunikačním kanálem VF (vysokorekvenční) signál je možno vyslat / přijmout anténou λ / 2 c λ = 25 Hz až 6.5 MHz 2 km až 46 m MHz λ = 3 m GHz λ =.3 m Ochrana signálu před chybami Snížení bitové chybovosti BER způsobené přenosem (Bit Error Ratio; BER = počet chybně přenesených bitů / počet celkově přenesených bitů za jednotku času) Protichybové zabezpečení Prokládání rozptýlení shluku chyb, rovnoměrné rozprostření inormace do časově-kmitočtového prostoru Protichybové ochranné (korekční) kódování zavedení úmyslné redundance pro možnost opravy (či alespoň detekce) chyb (dopředné ochranné kódování FEC, Forward Error Correction) Základní dělení blokové x průběžné (viz příklady dále) Využívání diverzity (paralelní cesty přenosu) /35
Kanálov lové kódování Průběžné protichybové konvoluční kódování a i z - z - z - z - z - z - příklad zúžení CR = 4/7: i = 2 3 b,i matice zúžení => bit odebereme => bit neodebereme b,i i = 2 3 a a a 2 a 3 b 2,i b 3,i b, b, b, b 2, b,2 b,2 b,3 Zpracování bit po bitu v několika větvích Hloubka kódu souvisí s počtem zpožďovacích členů Více členů větší hloubka vyšší robustnost Kódový poměr (Code Rate, CR) (někdy též kódová rychlost) = počet vstupních bitů do kodéru / počet odebraných bitů z kodéru při protichybovém kódování Nižší CR větší robustnost Užitečná přenosová bitová rychlost odpovídá poměru CR Zúžení (punkturování) výstupních datových toků z více větví konvolučního kodéru Příklad viz obr.: před zúžením CR = /4 (všechny bity vysílány), po zúžení CR = 4/7 (vysílány jen některé bity) Za účelem zvýšení užitečné přenosové bitové rychlosti /35 Kanálov lové kódování Blokové protichybové cyklické kódování CRC (Cyclic Redundancy Check) o kodéru vstupuje blok dat o velikosti k bajtů, k nim přidáno m kontrolních bajtů, celkem na výstupu n = k m g x x x g 2 g m- kontrolní bajty: z - r m- z - z - z - r m-2 r r vstupní bajty: z, z,..., z k- výstupní bajty: z, z,..., z k-, r, r,..., r m- Užitečná přenosová bitová rychlost se sníží v poměru k/n RS kódování (Reed Solomonovo), opravit lze až m/2 bajtů např. RS (255, 239, 6) k = 239 bajtů, n = 255 bajtů a opravit lze 8 bajtů BCH kódování (Bose, Chaudhurih, Hocquenghem) např. BCH (32 4, 32 28, 92) k = 32 4, n = 32 28 a opravit lze 2 bitů 2/35
Blokové protichybové kódování PC (ow ensity Parity Check) Způsob výpočtů kontrolních součtů lze vyjádřit maticově výstupní kódové slovo (vektor) c délky N PC = K PC M PC, vznikne maticovým násobením inormačních bitůu(vektor) délky K PC a generující matice G velikosti K PC,N PC c =u xg Na výstupu kodéru kódové slovo délky N PC = K PC M PC, kódový poměr CR = K PC / N PC Existuje kontrolní maticeh, pro kontrolu paritních součtu (parity check) přijatého kódového slova, platíg xh T = Kontrolní (paritní) matice obsahuje malý počet bitů rovných > ow ensity, zbylé bity nulové Počet řádků = K PC a počet sloupců = N PC Kanálov lové kódování např. v obr.: řádků K PC = 2, sloupců N PC = 6, CR = K PC / N PC = 3 / 4 Relativně náročné dekódování dekódování se provádí v několika iteracích => při stejných podmínkách lze opravit více chyb než pro konvoluční kódování Např. K PC = 486 bitů (=675 B) a N PC = 648 bitů (=8 B), CR = 3 / 4 louhé kódové slovo, velká hloubka kódu 3/35 Kanálov lové kódování Modulace digitální modulace s jedinou nosnou vlnou Signál nabývá stavů z konečné množiny (stavy modulace, počet stavů M = 2 b ) Měnit lze kmitočet (FSK Frequency Shit Keying), amplitudu (ASK Amplitude Shit Keying), ázi (PSK Phase Shit Keying), či kombinace předchozího s ( t) = n A ( t) e n [ ω t Φ ( t )] j n n QPSK (M = 4, b = 2) 6QAM (M = 6, b = 4) ASK FSK PSK Stav je platný po určitou dobu doba symbolu T s Symbolová rychlost R s = / T s Jeden symbol je dán jedním či více vstupními bity (v obr. b bitů a M stavů) Bitová rychlost R b = b R s b = log 2 M 64QAM (M = 64, b = 6) 4/35
Kanálov lové kódování Modulace kvadraturní modulace QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Signál tvořen dvěma kvadraturními složkami Souázová složka I (Inphase), reálná část signálu komplexní obálky (cosinus) Kvadraturní složka Q (Quadrature), imaginární část signálu komplexní obálky (sinus) Konstelační diagram koncové body vektorů (komplexní obálka v IQ rovině) IQ modulátor vstupní bitový tok sério-paralelní převod I Q mapovací obvod h M [ ] x h M [ ] x Σ s(t) sin( ω ct) cos( ω c t) QPSK (Quadri Phase Shit Keying) {-,} 6-QAM (a = ) {-3,-,,3} Neuniormní 6-QAM (a = 2) {-4,-2,2,4} Neuniormní 6-QAM (a = 4) {-6,-4,4,6} 64-QAM (a = ) {-7,-5,-3,-,,3,5,7} Neuniormní 64-QAM (a = 2) {-8,-6,-4,-2,2,4,6,8} 5/35 Kanálov lové kódování igitální modulace s jedinou nosnou vlnou spektrum modulovaného signálu Modulační signál po dobu trvání symbolu tvarován tzv. modulačním impulsem Obdélníkový modulační impuls (signál není tvarován, ale nenulový v délce symbolu) h(t).5 T S Η().5-2 - 2 T S t 2 3 4 /T S Modulační impuls se spektrem SqRRC Šířka pásma modulovaného (VF.) signálu B VF je určená symbolovou rychlostí R Tvar spektra a B VF ovlivňuje volba koeicientu α.5 h(t).5 Η() α =. T S α =.9.5 T S α =.9 α =. -.5-4 -2 2 4 TS.5.5 2 /T S t BVF = ( α) R 6/35
OFM Ortogonální rekvenčně dělený multiplex OFM (Orthogonal Frequency ivision Multiplexing) Nnosných vln Rozdělení dat do jednotlivých nosných vln louhétrvánísymbolovédoby T s (N-krát oproti modulaci s jedinou nosnou vlnou) Zvýšení odolnosti vůči přeslechům mezi vysílanými symboly (ISI, Inter-Symbol Intererence) Nosné vlny modulovány digitální modulací QAM Princip sada paralelních modulátorů Signál získán zpětnou Fourierovou transormací sériový tok paralelní tok N ( ) = s k N n= x e n j2πkn / N k N N- modulátor modulátor modulátor N- modulovaný signál 7/35 OFM Spektrum OFM signálu Signál a tedy i jeho spektrum je dán/dáno stavem všech nosných vln OFM symbol (délka T s ) Časový průběh podobný šumu pro velká N (centrální limitní věta) Nosné vlny jsou ortogonální (maximum každé se překrývá s minimy všech ostatních) = / T s a v případě ochranného intervalu (viz. dále) = / T u, kde T u odpovídá užitečné části symbolu normovaný relativní výkon B s = (N-) 2 4 6 8 3 5 7 9 (N - ),8,6,4,2 B s = (N) = 2 B s 8/35
OFM s(k) Ochranný interval (Guard Interval) alší snížení vlivu odrazů (signál má čas doznít ) Vložení nulových vzorků nebo Zopakování části symbolu tzv. cyklické prodloužení (využívá se při hrubé synchronizaci).4 2 3 4 5 6 s(k).4 2 3 4 5 6.2.2 s(k).4 s(k).4.2 nulových vzorků 2 3 4 5 6 ochranný interval k.2 2 3 4 5 6 ochranný interval (cyklické prodloužení) k g vzorků T je délka ochr. intervalu o g vzorcích; T u je délka užitečné části symbolu o u vzorcích Snižuje spektrální účinnost a užitečnou přenosovou bitovou rychlost v poměru u Tu Tu = = T T T T s = T u T, T / T u např. /4, /8, /6, /32 u g s u 9/35 OFM Pilotní buňky Buňka (OFM cell) dána polohou v čase (vysílaný OFM symbol) a rekvenci (konkrétní nosná vlna) Nejsou modulovány, obvykle vysílány s vyšším výkonem než datové buňky Různé možnosti rozložení v čase a rekvenci Viz obr. kontinuální (a, b) vs. rozprostřené (c) nebo kombinace (d) Synchronizace, odhad stavu kanálu (a následná ekvalizace) ůležité pro odstranění vlivu odražených signálů celkové užité rekvenční pásmo amplituda jednotlivá podpásma rekvence 2/35
OFM COFM (Coded OFM) Snížení chybovosti přenosu opředné ochranné kódování (Forward Error Correction) a prokládání Obvykle více úrovní (řetězový kód) Vysílací strana Vnější (např. Reed-Solomonův) kodér Vnější prokládání Vnitřní (např. konvoluční) kodér Vnitřní prokládání Přijímací strana Vnitřní zpětné poskládání Vnitřní dekodér (např. Viterbiho dekódování) Vnější zpětné poskládání Vnější dekodér (např. Reed-Solomonův) 2/35 OFM COFM (Coded OFM) příklady chybovostí BER Za vnitřním dekodérem = BEFORE RS, za vnějším dekodérem = AFTER RS QEF (quasi error ree) BER = - 22/35
OFM Vlastnosti OFM signálu Výhodný tvar spektra s ohledem na využití kmitočtového pásma Odolnost proti úzkopásmovému rušení Při užití COFM lze určitý počet chyb opravit Odolnost proti vícecestnému šíření (dlouhý symbolový interval, ochranný interval, odhad stavu kanálu) Odolnost se zvyšuje s rostoucí délkou trvání ochranného intervalu Jednorekvenční sítě SFN (Single Frequency Network) - synchronizace z GPS, maximální vzdálenost vysílačů přímo určena délkou trvání ochranného intervalu, pro rozlehlé sítě nutno volit velký počet nosných vln Spektrum signálu získané spektrálním analyzátorem: PK* VIEW Re-5dBm -2-3 -4-5 -6 SWP 5 o 5-7 -8-9 Center 8 MHz *Att 2dB * RBW 3kHz VBW khz SWT 2.7s 2.4 MHz/ Marker [T] -25. dbm 8. MHz Span 24 MHz B Úzkopásmové rušení: amplituda celkové užité rekvenční pásmo jednotlivá podpásma rekvence 23/35 OFM Vlastnosti OFM signálu Při ztrátě ortogonality nosných vln dochází k přeslechům mezi nosnými vlnami ICI (Inter- Carrier Intererence) nároky na přesné časování (synchronizace) symbolů Např. vlivem nepřesného vzorkování pak rozestup nosných vln v přijímači nedopovídá stavu na vysílači Ale také vlivem vzájemného pohybu vysílače a přijímače (opplerův eekt) v prostředí s odraženými signály při mobilním příjmu je lepší volit větší rozestupy nosných vln Šumový charakter časového průběhu signálu Vysoký poměr špičkové hodnoty výkonu oproti střední hodnotě nutno uvážit při návrhu koncových stupňů vysílačů Časový průběh signálu OFM (nahoře) a okamžitá hodnota výkonu signálu OFM (dole): 24/35
OFM, SC-FMA SC-FMA (Single-Carrier Frequency ivision Multiple Access) Omezuje nevýhodu OFM modulace vysoký poměr špičkové hodnoty výkonu oproti střední hodnotě FFT transormace pro předzpracování modulačních symbolů (v obr. blok šedivě, po vynechání systém odpovídá zcela OFM) výstižnější název FT-SOFM (FT Spread OFM) vstup dat Mapování konstelace Sériověparalelní převod N u FFT N u N u Mapování N v IFFT symbolů na dílčí nosné N v N v Přidávání CP N v N CP Paralelněsériový převod AC RF SC-FMA signál N u < N v (mapováním N u symbolů do N v dílčích nosných vln se provede FMA) Snížení poměru PAPR je výhodné pro mobilní stanice, možno užívat účinnějších koncových zesilovačů 25/35 Sdílen lení rádiového kanálu V daném místě, v jistém čase, v omezeném kmitočtovém rozsahu omezené přenosové možnosti (maximální přenášený kmitočet v případě analogových systémů, maximální užitečná přenosová rychlost při dané chybovosti v případě digitálních systémů, maximální počet jednotlivých kmitočtových přídělů) Omezené prostorové-časové-kmitočtové prostředky je třeba sdílet pro obousměrné spojení Metody duplexního provozu Omezené prostorové-časové-kmitočtové prostředky je třeba sdílet pro více uživatelů Metody mnohonásobného přístupu k přenosovému médiu Poznámka: Multiplex vs. metoda mnohonásobného přístupu k přenosovému médiu Multiplexování sdružování signálů v základním pásmu, před modulací Příklady Analogová TV rekvenční multiplex (obsahuje signály jasu, barvy a zvuku) a zároveň časový multiplex (2 µs signálu TV řádku pro synchronizaci, 52 µs pro jas) igitální TV programový mutliplex obrazových, zvukových dat a nebo transportní multiplex více programů 26/35
Sdílen lení rádiového kanálu Simplexní / duplexní režim Simplexní jeden směr spojení (např. systémy pro přenos TV) uplexní oba směry spojení (např. mobilní komunikační systémy) Přímý nebo k účastníkovi (orward, downlink, ) a zpětný nebo od účastníka (return, uplink, U) Metody duplexního provozu (ivision uplex) T (Time ivision uplex) přístup na jedné rekvenci (v jediném společném kanálu) pro uplink a downlink v různých časových intervalech, v tzv. časových štěrbinách (timeslot), střídají se timesloty pro uplink a downlink ve zvoleném poměru U U U F (Frequency ivision uplex) současný přístup pomocí odlišných rekvenčních kanálů pro uplink a downlink uplexní odstup kmitočtový odstup mezi rekvencemi pro U a (obvykle konstantní pro určitý systém) duplexní odstup U... t U U...... 27/35 Sdílen lení rádiového kanálu Metody mnohonásobného přístupu (ivision Multiple Access, MA) ělení pomocí kmitočtu (Frequency MA, FMA) K oddělení uživatelů slouží dělení určitého dostupného kmitočtového prostoru na jednotlivé dílčí kanály Kanál je blokován, i když není právě využíván Mezi kanály jsou (ochranné) mezery Malá spektrální účinnost ělení pomocí času (Time MA, TMA) K oddělení jednotlivých uživatelů dochází v časové doméně (časové intervaly, timesloty), celá (dostupná) šířka pásma kanálu využívána všemi uživateli Původně kontinuální inormaci je pro tento přístup nutno na vysílací straně v čase komprimovat a na přijímací straně expandovat (resp. v rámci přiděleného intervalu přenést dostatečné množství dat pokrývající rovněž intervaly, které využívají jiní účastníci) Nutná synchronizace sítě Vysílač pracuje v impulsním režimu Vyšší spektrální účinnost než FMA FMA TMA t t kanál n- kanál n kanál n interval 3 interval 2 interval 28/35
Sdílen lení rádiového kanálu Metody mnohonásobného přístupu ělení kódem (Code MA, CMA) Signál je rozprostřen pomocí kódu (chipová doba < symbolová doba) do celé (dostupné) rekvenční šířky, více uživatelů využívá společný rádiový kanál v čase současně v celé dostupné rekvenční šířce současně K rozlišení slouží různé vzájemně ortogonální rozprostírací kódy (pseudonáhodné posloupnosti) přidělené uživatelům V přijímači se provádí opětovné násobení přijímaného signálu s daným rozprostíracím kódem vzhledem k vzájemné ortogonalitě pouze násobek s kódem daného uživatele představuje energeticky významný výsledek a vysílání ostatních uživatelů nepůsobí rušivě (ruší zanedbatelně) Vysoká spektrální účinnost, robustnost k rušení CMA vstupní data rozprostřený signál t symbolová doba - spektrum po modulaci vst. daty rozprostírací kód - spektrum po modulaci rozpr. signálem chipová doba 29/35 Sdílen lení rádiového kanálu Metody mnohonásobného přístupu Pomocí OFM (OFM MA, OFMA) dílčí nosná vlna x symbol = zdrojový element Blok dílčích nosných vln po dobu několika symbolů přidělen konkrétnímu uživateli = yzický zdrojový blok Různí uživatelé mohou užívat jiné modulace dílčích nosných vln a zabezpečení proti chybám Vysoká spektrální účinnost, robustnost k rušení a únikům dílčí nosné vlny OFM symboly 3/35
Sdílen lení rádiového kanálu Celulární (buňková) struktura Struktura radiokomunikačních systémů pro mobilní komunikace další rozšíření sdílení Aby nedocházelo k nežádoucímu ovlivňování jednoho přenosu jinými přenosy, které by mohly používat stejná nebo blízká rekvenční pásma, je pro rádiové pokrytí velkého území používán celulární (buňkový) systém kanálu Uvnitř každé buňky je jedna základnová stanice (BTS, Base Transciever Station) s určitou přidělenou skupinou kanálů a komunikující s mobilními stanicemi (MS) uživatelů, kteří se nacházejí v této buňce Okolní buňky používají odlišná r. pásma Použité r. pásmo se opakovaněvyužije v buňce s dostatečnou vzdáleností d, tak aby nemohlo docházet k rušení (rušení je zanedbatelné) zdroj: Turletti, T.: A brie Overview o the GSM Radio Interace, Massachussets Institute o Technology, 996. 3/35 Sdílen lení rádiového kanálu Celulární (buňková) struktura systémů pro mobilní komunikaci Handover Změna BTS při přechodu mezi buňkami Řízený z BTS za spoluúčasti MS MS neustále měří kvalitu spojení (chybovost BER nebo poměr signál/šum) k okolním BTS a výsledky předává na svou používanou BTS; všechny základnové stanice v dosahu mobilní stanice také sledují kvalitu spojení, výsledky se vyhodnocují v systému GSM (řídící prvek BSC, Base Station Controler) a je-li třeba provést handover, zašle BSC přes příslušnou základnovou stanici příkaz k přeladění Netrvá déle než několik desetin sekundy a v hovoru je nepostřehnutelný Řízení výkonu (power control) Výkon při vysílání se nastavuje podle potřeby; při dobrém stavu kanálu (menší vzdálenosti od BTS, malé rušení) postačuje menší výkon než při špatném stavu kanálu (delší vzdálenosti, více rušení) Intenzity přijímaných signálů se vyhodnocují na MS i na BTS, MS zasílá výsledky do BTS; o řízení výkonu rozhoduje BTS, která předá příkaz ke změně vysílaného výkonu MS Zmenšení intererencí a šetření baterie MS Časová synchronizace při T či TMA Je-li mobilní stanice daleko od základnové stanice, nelze již zanedbat dobu šíření elmag. vln; MS vysílá s předstihem o dobu kompenzující šíření vln; synchronizaci kontroluje a řídí BTS 32/35
Přenosové systémy s více v vstupy a výstupy Systémy s více anténami SIMO, MISO, MIMO, SISO Podle počtu vstupů a výstupů z hlediska přenosového kanálu Jen na přijímací straně Single-Input Multiple-Output (SIMO) Jen na vysílací straně Multiple-Input Single-Output (MISO) Na vysílací i přijímací straně Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Jediná vysílací a přijímací anténa Single-Input Single-Output (SISO) MIMO, MISO, SIMO Vzniká více nezávislých přenosových cest (nekorelované úniky) Teoreticky až násobný nárůst přenosové kapacity (MIMO) iverzitní příjem Vysílají / přijímají se kopie signálu (při přijímací diverzitě výběr nejkvalitnějšího nebo kombinace signálů) Snižuje se tím BER Vhodné pro malé odstupy SNR Použití vícestavových modulací a méně robustního kódování Prostorový mnohonásobný přístup Analogie se soustavami antén kombinace ázově posunutých replik signálu ovlivní vyzařovací charakteristiku antény (řízení anténních svazků) při vysílání či příjmu schopnost vybrat signály ve stejném čase a ve stejném kmitočtovém pásmu na základě směru, ze kterého signál přichází a obdobně je možno při vysílání zvolit směr, kam se signál vysílá SIMO MISO MIMO SISO 33/35 Témata k zápočtovému testu Hovorový, zvukový a obrazový signál Maximální kmitočet hovorového, zvukového a obrazového signálu; příklady vzorkovacích kmitočtů pro hovorový, zvukový a obrazový signál; příklady datových toků nekomprimovaného a komprimovaného digitalizovaného hovorového, zvukového a obrazového signálu. Protichybové zabezpečení Bitová chybovost BER; rozdíl mezi blokovým a průběžným kódováním; kódový poměr (vliv na robustnost zabezpečení a na užitečnou rychlost datového toku). OFM Princip modulačního ormátu OFM; spektrum OFM signálu; vlastnosti OFM signálu; ochranný interval. Sdílení rádiového kanálu Metody mnohanásobného sdílení rádiového kanálu (MA); celulární struktura systémů pro mobilní komunikaci (stručný popis, také vysvětlit: handover a řízení výkonu). 34/35
ěkuji za pozornost, prosím vaše dotazy 35/35