1 mobilne radiokomunikacije - ivan drakic · svojstva modernih mobilnih sustava: + digitalni...

11 Mobilne radiokomunikacije

Mobilne radiokomunikacije

Nastavnik: Sonja Zentner Pilinsky

22 Mobilne radiokomunikacije

Mobilne radiokomunikacije

33 Mobilne radiokomunikacije

Sadržaj predmeta:

• GSM sustav – uvod i sastavni elementi• Parametri antena i rasprostiranje u slobodnom prostoru• Planiranje kanala u mobilnim sustavima• Načini rada i višestruki pristup• Uključivanje korisnika u sustav• Hijerarhija okvira, fizički i logički kanali GSM sustava • Proračun prometa, prostorni, vrem. i spektralni koef.djelot.• GPRS, EDGE, UMTS, sustavi viših generacija• TETRA sustav

44 Mobilne radiokomunikacije

Svojstva modernih mobilnih sustava:

+ Digitalni sustavi, A/D konverzija u OD, korištenje DSP+ Ćelijski sustav, mogućnost prelaska iz ćelije u ćeliju+ Omogućuje prelaz iz mreže u mrežu (roaming)+ Komunikacija korisnika iz mobilne u fiksnu mrežu i obratno+ Mobilne stanice male, lagane, baterija dugo traje+ Mogućnost komunikacije bilo gdje u prostoru pokrivanja+ Proširenje kapaciteta jednostavnije nego kod fiksne mreže

55 Mobilne radiokomunikacije

66 Mobilne radiokomunikacije

Razvoj modernih mobilnih sustava:

77 Mobilne radiokomunikacije

• Konzultacije premarasporedu na www.tvz.hr/elo

• sonja.zentner@tvz.hr• + 385 1 36 88 151

• Dvije kontrolne zadaće• 5 računskih zadataka (maks. 50 bodova)• 7 pitanja (maks. 50 bodova)

Ispit – pismeni + usmeni• Pismeni – 5 zad. (50 bod.) za 90 min.• Usmeni – 3 pitanja sa popisa

227-32333-38439-44545-50

ocjenabodovi

250-62363-74475-87588-100

ocjenabodovi

88 Mobilne radiokomunikacije

Kratki povijesni pregled:Postavljene teorijske osnove i eksperimentalni dokazi postojenja elektromagnetskog vala:1678.g. Huygens – pokusi refleksije i refrakcije (ogiba) svjetlosti 1819.g. Fresnel dokazuje valnu prirodu svjetla1865.g. Maxwell objedinjuje elktromagnetske i svjetlosne fenomene

1887.g. Hertz demonstrira mogućnost generiranja i detektiranja elektromagnetskog valaIstraživanje i razvoj uređaja za komunikacije, ali za ograničen krug korisnika1896.g. Marconi komunicira do 3 km1898.g. Marconi – prva veza Europa-Amerika (3000 km, f < 1 MHz)1902.g. vojna stanica za telegrafiju ima generator od 1 kW 1920.g.prva odašiljanja radija u Europi i Americi1929.g. E.H.Armstrong – prvi FM, do danas analog.kom. na tom principu do 1930.g. mobilni su samo PR - samo jednostrane komunikacije npr. policija i vatrogasciiza II svjetskog rata pojavljuju se stanice u VHF području u vozilima . Potrebni dosta izdržljiiv izvori energije (5 – 10 A za odašiljanje). AM → FMod 1960.g. prve nošene stanice na leđima ili u ruci za potrebe elektroenergetskih postrojenja, naftne industrije i transporta1970-tih godina postoje prave ručne stanice, smanjuje se veličina i težina

1980-tih ostvaruju se javne mobilne mreže za široku upotrebu, osnova im je ćelijska struktura mreže. U početku analogni sustavi s FM, a 1990-tih i digitalni sustavi. Analogni sutavi prenose podatke govornim kanalom. Digitalni sustavi prenose izravno podatke, a govor se digitalizira.

99 Mobilne radiokomunikacije

Prve javne mobilne mreže:

1010 Mobilne radiokomunikacije

Razvoj GSM sustava:

1111 Mobilne radiokomunikacije

Slojevi GSM mreže:

Mrežni sloj

Podatkovni sloj

Fizički sloj

1212 Mobilne radiokomunikacije

prema internacionalnom nivou

Regionalni transporti nivo

Lokalni transportni nivo

Pristupni transportni nivoj

Lokalne razmjene prometa

Tranzitne razmjene prometa

Moderna hijerarhija PSTN mreže

1313 Mobilne radiokomunikacije

Elementi GSM mreže:

1414 Mobilne radiokomunikacije

Elementi GSM mreže:• GSM izlazi na PTSN (Public Switched Telephon Network)• MS (Mobil Station) s SIM-om (Subscriber Identity Module)• BTS (Base Transceiver Station) • BSC (Base Station Contoler)• GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center)• HLR (Home Location Register) • VLR (Visitor Location Register)• AC (Authentication Center)• EIR (Equipment Identity Register)• OMC (Operation and Maintaining Center)• Zračno sučelje (Air Interface)

1515 Mobilne radiokomunikacije

CDMAdo 2 Mb/s statično

5 MHzcca. 2 GHzUMTS

4 ili 8 faznado 384 kb/s200 kHz900/1800EDGE

GMSK8 govornihkanaka

200 kHz900/1800GSM

FM1 govornikanal

25 kHz450/150NMT

modulacijakorisnika pokanalu

širina frek.pojasa ∆f

frek.nosiocafc

Sustav

Usporedba različitih mobilni sustava:

1616 Mobilne radiokomunikacije

Antene za mobilne sustave:

Parametriantena:• Polarizacija• Diagram zračenja• Impedancija• Usmjerenost• Dobitak• Efektivna površina• Temperatura šuma• Ostale električne i

mehaničke karakter.

1717 Mobilne radiokomunikacije

• … krivulja koju opisuje vrh vektora E u ravnini (xy) okomitoj na smjer širenja vala tj. na Poyningov vektor P (z smjer)

• ... može biti linearna, kružna i eliptička• ... opisana je s 3 parametra : aksijalni odnos AO, smjer

rotacije i kut velike osi i referentnog koord.sustava• ... ima uvijek ortogonalnu polarizaciju

Polarizacija EM valova …

x

yx

y

x

yy

x

linearna eliptička

DKP

LKP

1818 Mobilne radiokomunikacije

y

x

z

Linear horizontalpolarization

Linear verticalpolarization

Dvije ortogonalne polarizacije:

1919 Mobilne radiokomunikacije

• … ne interferiraju međusobno

• … imaju isti aksijalni odnos AO

• … velike osi su im međusobno okomite

• … imaju suprotne smjerove rotacije

Dvije ortogonalne polarizacije:

2020 Mobilne radiokomunikacije

Diagram zračenja:

Prikaz Poyntingovog vektora u polarnom koord.sustavu

Izzračena snaga antene:

Izzračena snaga izotropnog radijatora:

2121 Mobilne radiokomunikacije

Vertikalni dia.zračenja s karakterističnim veličinama:

• smjer maks.zračenja Θ0 i Φ0

• kut usmjerenosti ΘD i ΦD

• širina snopa Θn i Φn

• faktor potiskivanja sekundarnih latica s

2222 Mobilne radiokomunikacije

Usmjerenost D i dobitak g:

DPP

P 4rW

rmax

rsred

rmax2

= =⋅ π g k D= ⋅

DP r

WP r

P r rr r

r D D D D=

⋅=

⋅⋅ ⋅

=⋅

max max

max

4 4 42 2π πθ φ

πθ φ i0 0

D D

41235D =θ φ

Oblik aproksimiranog (a) horizontalnog i (b) vertikalnog dijagrama

zračenja za antenu s uskom glavnom laticom

2323 Mobilne radiokomunikacije

Impedancija antene:

Z R jXA A A= +

R R RA Z d= +

kI R

I R I RR

R RZ

Z d

Z

Z d=

+=

+

2

2 2

Rz – otpor zračenjaRd – otpor gubitaka

. zračena snaga .ukupna privedena snaga

2424 Mobilne radiokomunikacije

2525 Mobilne radiokomunikacije

Faktor refleksije u funkciji kuta upada (ψ) zahorizontalnu (H.P) i vertikalnu (V.P.) polatizaciju:

Apsolutna vrijednost Fazni kut

2626 Mobilne radiokomunikacije

2 sin8

H λψ ≤ 1074 [m]

[MHz]H

f≤Ψ

Refleksija od neravne površine Zemlje:

Rayleigh-ev kriterij hrapavosti:

2727 Mobilne radiokomunikacije

Prikaz putanja zraka kod refleksije od ravne površine tla (direktna i jedna reflekrirana zraka):

2828 Mobilne radiokomunikacije

Fazorski prikaz direktne i reflektirane zrake:

4 OD PRh hd

πδ =

λ

02 sin2

E E δ= 0E E= δ

2

2OD PR

PR OD OD PRh hW W g g

d⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

Fazna razlika između direktne i reflektirane zrake:

Raspoloživa snaga na stezaljkama prijamne antene:

Ukupno električno polje: uz mali δ:

2929 Mobilne radiokomunikacije

Višestruki pristup:

• FDMA – Frequency Division Multiple Access (višestruki pristup po frekvencijama)

• TDMA – Time Division Multiple Access (višestruki pristup po vremenu)

• CDMA – Code Division Multiple Access (višestruki pristup po kodu)

• SDMA – Space Division Multiple Access (višestruki pristup po prostoru)

• PDMA – Polarization Division Multiple Access (višestruki pristup po polarizaciji)

3030 Mobilne radiokomunikacije

Usporedba trajanja zauzeća kanala i širine kanala za istu duljinu razgovora, prikazana za jediničnu grupu od 8 istovremenih razgovora:

3131 Mobilne radiokomunikacije

Prenos više frekvencija zračnim

sučeljem

Prenos više frekvencija zračnim

sučeljem

Ulazni kanaliUlazni kanaliIzlazni kanaliIzlazni kanali

Ch#1

Ch#n

f1 - fnM U X

Ch#1

Ch#n

D EM U X

FDMA:

Zračno sučelje

multiplekser

f1f2f3

3232 Mobilne radiokomunikacije

TDMA:

3333 Mobilne radiokomunikacije

4x40Gb/s s

kašnjenjem

Σ1x 160Gb/s

TDMA preko FDMA:

Kod GSM – TDMA od 8 korisnika po radio kanalu– FDMA od n kanala tj. n frekv. istodobno

3434 Mobilne radiokomunikacije

SDMA:

3535 Mobilne radiokomunikacije

SDMA: