Istorijski pregled bežičnih komunikacija

1. Aplikacije i zahtevi bežičnih servisa

Na polju elektronike, bežične komunikacije su, bez sumnje, jedan od većih ostvarenih inženjerskih uspeha tokom zadnjih 25 godina. Postignuti rezultati na polju bežičnih komunikacija nisu samo važni sa naučne tačke gledišta, gde je stvarno učinjen fenomenalan progres, nego i sa aspekta obima tržišta kao i uticaja bežičnih komunikacija na celokupno naše društvo. Kompanije koje su takoreći bile nepoznate pre dvadesetak godina, kakva je recimo Nokia, postale su poznate širom svete, prvenstveno zbog svojih bežičnih proizvoda, a u nekoliko zemalja, kakva je recimo Finska, bežična industrija je danas dominantna po profitu koji ostvaruje u celoj ekonomiji. Radne navike, su izmenili mogućnosti da se sa nekom udaljenom osobom (čovekom) komunicira (razgovara) ’’bilo gde da se ona (on) trenutno nalazi, a takodje ta komunikacija može da se ostvari i u bilo koje vreme ’’.

U ovoj sekciji daćemo jedan kratak pregled bežičnih sistema koji su danas tekuće operativni. Dizajn detalji kod bežičnih sistema konstantno evoluiraju, na taj način što noviji sistemi, takoreči preko noći, zamenjuju stare. Imajući, pre svega, u vidu veoma brzi napredak koji se čini na polju bežičnih komunikacija, mi ćemo se uglavnom fokusirati samo na najpoznatije sisteme, tj. samo na sagledavanju bazičnih principa rada, ali isključivo sa jednog visokog-nivoa koji se odnosi na osnovne koncepte rada ovih sistema.

1.1 Istorija- kako je sve to počelo

Kada se sagledava istorija komunikacija, možemo slobodno reči da su ljudi od davnina bežično komunicirali – zvučnim signalima putem udaranja u bubnjeve (u džunglama) ili optičkim putem formiranjem dimnih zavesa (indijanci u Severnoj Americi). U pravom smislu, pravi početak bežičnih komunikacija je usko vezan sa radovima koji su objavili Maxwell i Herz, naučnici koji su postavili osnove prostiranja elektromagnetnih talasa. Tesla je bio prvi koji je demonstrirao prenos informacije pomoću elektromagnetnih talasa, tj. konstruisao je prvi bežični komunikacioni sistem. Marconi, nešto kasnije, je produžio intenzivno da radi na polju bežičnog prenosa i citiran je u svetu kao glavni inovator na polju bežičnih komunikacija, za šta je 1909. godine dobio Nobelovu nagradu.

Narednih godina, period izmedju dva svetska rata, poznat je po uvodjenju radio, a kasnije i TV bežičnog prenosa signala, ali je taj prenos karakterističan po tome što se prenos informacije realizuje samo u jednom smeru (unidirekcioni prenos).

1.2 Prvi sistemi

Vrlo brzo nakon uvodjenja radio i TV prenosa potrebe za bidirekcionim mobilnim komunikacijama postale su neminovnost. Policija i vojska kao vladinih organizacija su prve počele da primenjuju bežične sisteme. Vojne aplikacije su tokom drugog svetskog rata, i nakon tog perioda, sve više uzimale maha. Claude Shannon je 1948. godine u svom

radu ‘A mathematical theory of communications‘ ukazao na mogućnosti prenosa informacije bez-grešaka pod ograničenjima koja se odnose na brzinu-prenosa podataka i odnosa signal-šum.

Mobilni telefonski sistem prvi put je bio instaliran u USA ( u gradu St. Louis). Ovaj sistem je imao odgovarajući interfejs prema javnoj telefonskoj mreži (PSTN) ali se komutacija veza sa drugim korisnicima ostvarivala ručno od strane operatora koji se nalazio u telefonskoj centrali. Sa svega ukupno 6 govornih kanala za ceo grad, saobraćaj kod ovakvog sistema je postao vrlo brzo zagušen. Uočavajući ovaj nedostatak istraživači sa AT&T Bell Laboratorija su našli rešenje koje se sastoji u korišćenju celularnog pristupa. Princip rada je bio sledeći: Jednu geografsku oblast treba podeliti na veći broj ćelija, pri čemu različite ćelije mogu da koriste istu frekvenciju rada. I dan danas ovaj princip predstavlja osnova kod bežičnih komunikacija.

Godine 1957. SSSR je lansirao prvi satelit, Sputnik, a nešto kasnije su to uradile i USA. Intenzivan razvoj na ovom polju izrodio je satelitske komunikacije, koje predstavljaju značajnu oblast u bežičnim komunikacijama posebno na polju prenosa TV signala preko satelita.

1.2 Analogni celularni sistemi

70-tih godina prošlog veka postoji sve naglešeniji interes za korišćenjem celularnih komunikacija. Sa praktične strane, napredak koji je učinjen na polju minijaturizacije prenosivih uredjaja učinio je da njihovo korišćenje postane realnost. U tom periodu, u toj oblasti, kompanije AT&T, Motorola, i NTT (Nippon Telephone and Telegraph) su bile lideri u bežičnim komunikacijama. No ipak, švedska kompanija Ericsson AB je bila prva koja je napravila značajan pomak u primeni tehnologije koja se zasniva na digitalnoj komutaciji. Naime, umesto manuelne komutacije, prvi bežični celularni sistemi su koristili digitalnu komutacionu tehnologiju, ali je radio-prenosna tehnologija (prenos govornog signala) još uvek bila analogna, pa zbog toga ove sisteme nazivamo analogne. Tipičan primer je AMPS (Advenced Mobile Phone System) koji je bio u eksploataciji u USA. Ubrzo nakon uvodjenja AMPS-a, interes za korišćenjem mobilnih telefona postao je izuzetno veliki, broj korisnika je postao ogroman pa shodno tome i zagušenost u saobraćaju velika, tako da se kao neminovnost nametnula potreba za nalaženjem nekog boljeg rešenja. Za AMPS kažemo da pripada prvoj generaciji (1G) celularnih sistema.

1.4. GSM kao rešenje

Prosečan korisnik obično ne vidi promenu sa analognog na digitalni prenos, ali su te promene za mrežnog operatora velike. Analogne telefone karakteriše loša spektralna efikasnost, pa zbog povećenog interesa za korišćenjem celularnog pristupa, operatori su videli ogroman interes za priključivanje što većeg broja pretplatnika na njihov sistem. Naravno, prvenstveno zbog ograničenog spektra, analogni sistemi nisu bili u stanju da ispune te zahteve pa se javila potreba za sprovodjenje daljih istraživanja.

ETSI (European Telecommunications Standars Institute) grupa je radila na razvoju digitalnog celularnog standarda koji je postao obavezan za celu Evropu, a kasnije

prihvačen i od strane celog sveta- ovaj standard je nazvan GSM (Global System for Mobile communications).

GSM sistem je razvijen tokom 80-tih godina prošlog veka, a njegova primena je počela nakon 1990-te godine. U USA sa primenom ovog sistema se nešto kasnilo, ali je i tamo krajem 90-tih godina skoro cela zemlja bila digitalizovana. Negde krajem 2004. godine pokrivenost evropskog tržišta je bila 80%, američkog 50%, japanskog 70%, a na kineskom, koje će uskoro postati najveće tržište, bilo je 300 miliona pretplatnika.

Za GSM kažemo da pripada drugoj generaciji (2G) digitalnih sistema. Razvoj bežičnih sistema nametnuo je kao neophodnost poštivanja standarda. Uredjaji mogu medjusobno komunicirati samo ako su kompatibilni. To znači da prijemnik može rezumeti neki drugi predajnik ako oba uredjaja poštuju isti standard. Zbog čega su standardi važni? Zbog roaming-a i handoff-a što je ključno za rad celularnih sistema.

1.5 Novi bežični sistemi

Krajem 70-tih godina pojavljuju se prvi bežični (cordless) telefoni, prvenstveno namenjeni da zamene ‘normalne‘ telefone u kućama. Prve verzije ovih telefona su koristile analognu tehnologiju. Bazna jedinica bežičnog telefona povezuje se na PSTN na isti način kao i standardni telefon, pa je zbog toga kretanje bežičnog telefona (misli se na korisnik koji drži u ruci telefon) – cordless handset- ograničeno sa aspekta opsega (oblasti) koju pokriva bazna jedinica. Sredinom 80-tih godina razvijena je i druga generacija bežičnih telefona koja se bazira na digitalnom prenosu. Ova tehnologija pruža znatno veći broj usluga u odnosu na analognu.

Tržište koje je, negde 90-tih godina prošlog veka, bilo jako atraktivno je bilo ono koje bi se zasnovalo na ostvarivanju fiksnog bežičnog pristupa i bežičnoj lokalnoj petlji (Wireless Local Loop- WLL). Osnovna ideja se bazirala na sledećem: Da se bakarne žice od centrale do kućnog telefonskog priključka zamene bežičnim vezama. Predložen je veći broj rešenja, ali nijedno od tih rešenja nije videlo svetlo dana.

Početkom 90-tih godina 2G celularni sistemi su poboljšani sa ciljem da podrže prenos digitalnih podataka. Tipičan takav primer je GPRS (General Packet Radio Service), često nazvan sistem 2.5G.

Celularni sistemi treće generacije (3G) zasnovani su na široko-pojasnom CDMA (Code Division Multiple Access) standardu razvijen od strane ITU-a. Predvidjen za različite bitske brzine prenosa u opsegu od 144 kbps do 2 Mbps (brzina prenosa je zavisna od mobilnosti i lokalnosti) rad sistema koji rade po 3G standardu nije kompatibilan sa 2G sistemima, tako da pružaoci usluga (service providers) moraju sada investirati u novu infrastrukturu pre nego što obezbede nove servise.

1.6 Bežične računarske mreže

Od početka 90-tih godina značajno veliki napredak je učinjen na polju razvoja bežičnih lokalnih računarskih mreža (Wireless LANs- WLANs). Uredjaji koji rade shodno standardu IEEE 802.11 obezbedile su da se računari povezuju na mreži na sličan način kao i mobilni ćelijski telefoni. Skoro svi WLAN-ovi rade u nelicenciranim frekventnim opsezima od 900 MHz, 2.4 GHz, i 5.8 GHz.

Široko-pristupne bežične tehnologije obezbedjuju veliku brzinu u prenosu podataka izmedju tačaka sa fiksnim pristupom i većeg broja terminala. WiMAX je jedna od tih tehnologija koja pripada 4G-ji, a zasniva se na standardu IEEE 802.16. WiMAX koristi radio frekvencije izmedju 10 GHz i 66 GHz, a brzina prenosa podataka je 40 Mbps za fiksne korisnike, a 15 Mbps za mobilne, za opseg pokrivanja od nekoliko kilometara.

Zadnje decenije napori istraživača su usmereni ka razvoju bežičnih senzorskih mreža koje nude brojne mogućnosti kakve su monitorisanje i kontrolisanje fabrika, šuma, poljoprivrednih dobara, autoputeva, strateških tačaka u gradu (saobraćajne raskrsnice, mostovi, i dr.), a šta više i kuća ili stanova sa udaljenih mesta.

2. Tipovi servisa

Ukazaćemo sada, u kratkim crtama, na osnovne tipove servisa koje se nude kod bežičnih komunikacija.

2.1 Emisija svima

Prvi poznati bežični servis je radio-emisija (broadcast radio). Kod ove aplikacije, informacija se predaje različitim, po mogućnošću fiksnim i mobilnim korisnicima.

Sledeće četiri osobine čine radio-emisiju različitu u odnosu na celularnu telefoniju:

1. 1.Prenos informacije je u jednomsmeru. Predajna stanica (broadcast station) šalje informaciju radio i TV prijemnicima. Slušaoci (gledaoci) povratno ne šalju bilo kakvu informaciju predajnoj stanici.

2. Informacija koja se predaje je ista za sve korisnike.3. Informacija se predaje kontinualno.4. U mnogim slučajevima, veći broj predajnika šalje istu informaciju. Ovo je

posebno važno u Evropi, gde svaka nacionalna emisiona-mreža pokriva celu zemlju.

Prenos informacije kod radio-mreža je pojednostavljen po tome što:

a) Predajnik ne prima nikakvu informaciju koja se odnosi na stanje prijemnika.b) Ne postoje zahtevi za dupleks-kanalima.c) Broj mogućih korisnika ovog servisa nema uticaj na strukturu predajnika, tj.

nezavisno od toga da li neku emisiju sluša (gleda) jedan ili milion korisnika predajnik uvek šalje istu informaciju.

Slika 1. Princip prenosa emisija-svimaOvakav princip rada je tipičan za tradicionalnu analognu TV i radio emisiju.

Satelitska TV i radio emisija se razlikuje po tome što je njihova emisija namenjena podskupu mogućih kosisnika. Naime, vrši se šifrovanje sadržaja prenete informacije sa ciljem da se obavi zaštita od ne-autorizovanog pristupa, tj. informacija je dostupna samo onim korisnicima koji su platili za korišćenje tog servisa.

2.2 Pejdžing

Slično kao i emisija-svima i pejdžing (paging) sistemi su unidirekcioni bežični komunikacioni sistemi, koji se karakterišu sledećim osobinama (vidi sliku 2):

Slika 2 Principi pejdžera1. Korisnik može samo da primi, ali ne i da preda informaciju. To znači da se poziv

(poruka) može inicirati samo od strane pozivnog centra, ali ne i od strane korisnika.

2. Informacija je namenjena, i primljena, samo jednom korisniku.3. Iznos prenete informacije je mali. Današnji pejdžing sistemi omogućavaju

korisniku prenos kratkih poruka (kao što je broj telefona na kome treba da se korisnik javi, ili da ukažu na prirodu hitnosti poruke).

Zbog ograničene prirode komuniciranja, i malog iznosa prenete informacije, zahtevani propusni frekventni opseg za ovaj servis je mali. Prenos pejdžing poruka se obavlja na frekvenciji od 150 MHz. Imajući u vidu relativno nisku noseću frekvenciju kojom se prenosi informacija, moguće je uz relativno mali broj predajnika ostvariti dobru pokrivenost neke teritorije.

Pejdžeri su bili veoma popularni tokom 80-tih i 90-tih godina prošlog veka. Posebno su se koristili po velikim gradilištima i bolnicama radi hitnog poziva medicinskog osoblja ili radnika na gradilištu. Zadnje decenije uspeh ostvaren na polju celularne telefonije u značajnoj meri je smanjio upotrebu pejdžing sistema.

2.3 Celularna telefonija

Sa ekonomskog aspekta celularna telefonija predstavlja najvažniji oblik bežičnih komunikacija, a karakterišu je sledeće osobine:

1. Tok informacije je bidirekcioni, Istovremeno korisnik može da predaje i prima informaciju.

2. Korisnik može da se nalazi bilo gde u okviru (nacionalne ili internacionalne) mreže. Onaj koji poziva ne zna tačnu lokaciju korisnika, nego mreža je ta koja vodi računa o mobilnosti korisnika.

3. Korisnik može biti pozvan, ili da inicira poziv.4. Poziv je namenjen jedinstvenom (single) korisniku, dok ostali korisnici mreže

nisu u stanju da prisluškuju taj razgovor. 5. Mobilnost korisnika je velika. U toku poziva korisnik može da menja lokaciju.

Na slici 3 prikazan je blok dijagram celularnog sistema. Mobilni korisnik bežičnim putem komunicira sa baznom stanicom (base station-BS). Bazna stanica je povezana sa mobilnim komutacionim centrom koji je dalje povezan na javnu telefonsku mrežu (PSTN).

Slika 3. Princip celularnog sistema

S obzirom da svaki korisnik želi da preda ili primi različitu informaciju, broj aktivnih korisnika u mreži je ograničen. Dostupni frekventni opseg mora biti deljiv izmedju različitih korisnika, a to se ostvaruje različitim šemama za višestruki-pristup (multiple access). Ovaj detalj predstavlja važnu karakteristiku u odnosu na broadcast sisteme, kod kojih je broj korisnika (prijemnika) ograničen, jer oni svi primaju istu informaciju.

Sa ciljem da se poveća broj mogućih korisnika koristi se celularni princip. Naime, oblast koja se opslužuje od strane mrežnog pružaoca-usluga (network provider) se deli na veći broj pod-oblasti koje se nazivaju ćelije (cells). U okviru svake ćelije, različiti korisnici dele dostupni propusni opseg, tj. različite kanale za prenos. Šta više, korisnici u susednim ćelijama, sa ciljem da ko-konalsku interferenciju održe na nizak nivo, rade na različitim frekvencijama. No ćelije koje su medjusobno dovoljno udaljene, mogu da koriste iste frekvencije, iz razloga što nivo signala na prijemu opada sa rastojanjem. Na ovaj način u okviru jedne zemlje, može da postoji na stotinu ili hiljadu ćelija koje koriste iste frekvencije.

Drugi važan aspekt celularne telefonije se odnosi na neograničenu mobilnost. Korisnik može da se nalazi bilo gde u okviru oblasti koju pokriva mreža (njegova pozicija nije ograničena na specifičnu ćeliju) a da pri tome bude u stanju da komunicira. Takodje, u toku razgovora korisnik može prelaziti sa teritorije jedne ćelije na drugu, a da se pri tome razgovor ne prekine. Celularna mreža se može spregnuti sa javnom telefonskom mrežom kao i sa drugim bežičnim sistemima.

2.4 Trunking-radio

Trunking-radio sistemi predstavljaju važnu varijantu celularnih telefona, na onim mestima gde ne postoji veza izmedju bežičnog sistema i PSTN. To znači da trunking radio obezbedjuje komunikaciju za zatvorene (ograničene) grupe korisnika. Tipične ovakve aplikacije srećemo kod policije, kod protiv-požarnih službi, kod taksi službi, i u drugim službama. Ograničena grupa korisnika omogućava uvodjenje nekoliko tehničkih inovacija, koje nisu moguće (ili se teško mogu realizovati) kod normalnih celeularnih sistema, a to su:

1. 1 Grupni pozivi (group calls): komunikacija se može istovremeno ostvariti sa nekoliko korisnika, ili nekoliko korisnika može uspostaviti vezu tipa konferencijski poziv izmedju većeg broja korisnika sistema.

2. Prioritetni pozivi (call priorities)- standarni celularni sistem radi na principu FIFO. Nakon što se poziv uspostavi on se ne može prekinuti. Ovakav način rada ima logike jer operator nije u stanju da proceni važnost i urgentnost poziva. Ali kod trunk-radio sistema, poziv upućen protiv-požarnoj službi ima visok nivo prioriteta opsluživanja. To znači da kod trunk-radio sistema poziv višeg prioriteta može da prekine uspostavljenu vezu poziva nižeg prioriteta.

3. 3 Relejne mreže (relay networks): oblast pokrivanja mreže se može proširiti ako se svaka mobilna stanica (MS) koristi kao relejna stanica za druge MS-e. Na ovaj način MS koja je van oblasti pokrivanja regiona BS-e može slati informaciju drugoj MS koja se nalazi u okviru regiona pokrivenosti, pa se tako poruka prosledjuje BS-i. U principu može da postoji veći broj relejnih stanica dok

konačno informacija ne pristigne do BS-e. Ovakav princip rada (prosledjivanje informacije od jedne MS do druge MS) nije moguć kod celularnih sistema.

2.5 Bežična telefonija

Kod bežične telefonije (cordless telephony) bežična (wireless) veza se ostvaruje izmedju mobilnog telefona (handset) i bazne stanice (BS). BS je direktno povezana na PSTN. Ključna razlika u odnosu na ćelijski-telefon je ta što je bežični-telefon pridružen, i komunicira samo sa jednom BS-om (vidi sliku 4).

Slika 4. Princip bežičnog-telefona

To znači da kod ove tehnologije prenosa informacije ne postoji mobilni komutatorski centar, nego je samo BS-a ta koja je direktno povezana na PSTN.

Ovaj tip ostvarivanja komunikacija se karakteriše sledećim osobinama:

1. BS ne poseduje funkcionalne osobine karakteristične za rad mreže. Kada poziv dolazi od PSTN nema potreba da se pretražuje lokacija MS-a. Na sličan način nema potreba za handover-om izmedju različitih BS-ova.

2. Ne postoji centralni sistem. Korisnik raspolaže sa jednom BS-om u okviru stana ili poslovnice. Iz ovog razloga ne postoji potreba za frekvetnim planiranjem.

3. Činjenica da bežičnim telefonom upravlja korisnik ukazuje na to da ne postoji mrežni operator. Korišćenje veze se plaća samo od BS-a do PSTN-a.

Postoje i aspekti rada koji su slični kako za celularni tako za i bežični telefon, a to su:

a) Ostvarena je mobilnost u okviru oblasti koju pokriva ćelija.b) Protok informacije je bidirekcioni.c) Pozivi se mogu inicirati od strane PSTN-a, ili od strane mobilnog korisnika.d) Pozivi se ne mogu prekidati ili prisluškivati od strane ne-autorizovanih korisnika,

a takodje i ne-autorizovani pozivi se ne mogu ostvariti.

Bežični (cordless) sistemi su evoluirali u bežične PABX (wireless Private Automatic Branch eXchanges) – vidi sliku 5.

Slika 5. Princip bežičnog PABX-a

U svojoj najprostijoj formi PABX ima samo jednu BS-u koja simultano opslužuje po nekoliko mobilnih telefona (handset). Nešto složeniji PABX-ovi imaju ugradjeno i po nekiliko BS-ova formirajući na taj način celularnu mrežu.

Prvi bežični-telefonski sistemi su bili analogni, a koristili su se za postizanje jednostavne veze izmedju BS-ce i mobilnog bežičnog (cordless) telefona. Tekući sistemi su digitalni i obezbedjuju veliki broj funkcionalnosti. U Evropi dominantni sistem je DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), a radi u opsegu od 1800 MHz koji je specijalno namenjen za bežične aplikacije u telefoniji.

2.6 Bežične lokalne računarske mreže i personalne mreže

Funkcionalnost WLAN-ova je veoma slična bežičnim telefonima- ove mreže povezuju jedan mobilni korisnički uredjaj na javni sistem za prenos podataka.‘Mobilni korisnički uredjaj‘u ovom slučaju je laptop računar, dok ‘javni sistem za prenos podataka‘ predstavlja Internet. Kao i kod bežičnog telefona (cordless phone) glavna prednost sa aspekta korisnika predstavlja njegova mobilnost. Bežični LAN-ovi su korisni jer mogu da povežu desktop-ove (računari koji imaju fiksne lokacije) na Internet po veoma niskoj ceni bez instaliranja kablova do željenih lokacija računara.

Glavna razlika izmedju WLAN-ova i bežičnih telefona ogleda se u zahtevanoj brzini prenosa podataka. Dok se od bežičnih telefona zahteva da prenose (digitalizirani) govor, za šta je potreban opseg od 64 kbps-a, bežični LAN-ovi treba da su isto tako brzi kao i Internet na kome se povezuju. Sa druge strane, za kućne potrebe brzina prenosa podataka je reda od 700 kbps (brzina DSL-a u USA) do 3-5 Mbps (brzina koju

obezbedjuju kablovski provajderi u USA i Evropi), do ≥ 20 Mbps (brzina DSL-a u Japanu). Kod zemalja koje imaju brži Internet zahtevi su proporcionalni veći.

Da bi se ispunili ovi zahtevi razvijen je veći broj standarda, pri čemu svaki od njih sadrži u svom naslovu oznaku IEEE 802.11. Prvobitni IEEE 802.11 standard je bio namenjen za bitsku brzinu prenosa od 1 Mbps. Danas je veoma popularan standard 802.11b, često nazvan WiFi, koji omogućava prenos do 11 Mbps. Kod standarda 802.11a brzina prenosa se kreće do 54 Mbps. Za znatno veće brzine prenosa predvidjen je standard 802.11n.

WLAN uredjaji, u principu, mogu se povezati na bilo koju BS (access point) koja koristi isti standard.

Alternativa WLAN-ovima su ad-hoc mreže (vidi sliku 6). Kod ovih mreža nekoliko računara mogu da čine mrežu pri čemu svi uredjaji imaju istu funkcionalnost, tj., sposobnost da medjusobno komuniciraju. Ove mreže zbog toga funkcionišu bez BS-ce i bez bilo kakve Internet konekcije. I dok je aktuelni prenos podataka (tj. fizički komunikacioni nivo) skoro identičan kao i kod WLAN-ova, medijumi za pristup i funkcionalnosti koje se odnose na umrežavanje kod ad-hoc mreža mogu biti veoma različiti. Ad-hoc mreže su obično ograničene na nekoliko uredjaja i na oblast pokrivanja reda 10 m ili manje.

Slika 6. Princip ad-hoc mreže

2. 7 Personalne mreže

Kada oblast pokrivanja nekog regiona postaje manja od one koja je tipična za WLAN tada govorimo o personalnoj mreži (Personal Area Network- PAN). Ove mreže su uglavnom namenjene da zamene ’razvodjenje kablova po kući’. Tako na primer, uredjaji koji su izradjeni po standardu Bluetooth omogućavaju povezivanje ručnih uredjaja (hands-free headset) na celularni telefon bez kabliranja, ali je u ovom slučaju rastojanje izmedju dva uredjaja kraće od dva-tri metra. Na sličan način, bežične veze izmedju komponenata tipa kućni aparati (povezivanje DVD plejera sa TV aparatom bežičnim putem), veza izmedju računara i perifernih uredjaja (štampač ili miš sa računarom), i slične aplikacije mogu se pokriti pomoću PAN-ova. Veći broj standarda za PAN-ove rezvijen je od strane grupe IEEE 802.15.

2.8 Fiksni bežični prenos

Sistemi koji koriste fiksni bežični pristup se mogu posmatrati kao derivati bežičnih telefona ili WLAN-ova, jer zamenjuju kablovske konekcije izmedju korisnika i sistema za prenos podataka (PSTN ili Internet). Glavna razlika izmedju bežičnog (cordless) sistema i sistema koji koriste fiksni bežični pristup se sastoji u sledećem:

1. Ne postoji mobilnost korisničkih uredjaja.2. Bazna stanica (BS) skoro uvek opslužuje veći broj korisnika.3. Rastojanja koja se premošćavaju uredjajima za fiksni bežični pristup su veća

(nalaze se u opsegu od 100 m do nekiloko desetina kilometara) u odnosu na ona koja se premošćavaju bežičnim telefonima.

Svrha fiksnog bežičnog pristupa je da obezbedi korisnicima telefonske veze ili korisnicima veze za prenos podataka da obave prenos podataka a da se pri tome ne vrši instaliranje kablova od centralnog komutatorskog mesta do mesta gde su locirani korisnici. Imajući u vidu visoku cenu koja se plaća zbog razvodjenja kablova ovakvo rešebje je najčešće ekonomski opravdano. Glavno tržište fiksnih bežičnih mreža se odnosi na pokrivanje ruralnih oblasti, kao i uspostavljanja veza u zemljama u razvoju koje nemaju instalirano žičanu infrastrukturu. Čini se ipak da ovaj tip mreža nije još uvek masovno upotrebljavan, kako se to očekivalo da bude. WiMax standard (IEEE 802.16) pokušava da ublaži ovaj problem na taj način što dozvoljava ograničenu mobilnost uredjaja u sistemu, tj. da učini ovaj sistem sličan celularnom telefonskom sistemu.

2.9 Satelitske celularne komunikacije

Pored prenosa TV signala, od čega se ostvaruje glavni prihod kod satelitskog tržišta, celularne komunikacije su druge po redu važne aplikacije kod satelita. Satelitske celularne komunikacije koriste iste principe rada kao i one koje važe za zemaljske celularne komunikacije. Ipak, treba istaći da postoje sledeće ključne razlike:

Kao prvo, rastojanje izmedju BS-e (tj satelita) i MS-a je mnogo veće: za GEO satelite rastojanje je 36 000 km, a za LEO nekoliko stotina kilometara. Saglasno tome, predajne snage satelita i MS-ce treba da su veće u odnosu na one koje se odnose na zemaljske celularne sisteme (kao na primer GSM). Na satelitu i na MS-ci treba ugraditi antenu čiji je gain-faktor veliki (jako usmerene antene).

Druga važna razlika u odnosu na celularne zemaljske sisteme ogleda se u obimu ćelije. Zbog velikog rastojanja izmedju satelita i zemlje, nemoguće je da, šta više i za LEO satelite, da dijametar oblasti ćelije bude manji od 100 km. Kod GEO satelita oblast pokrivanja je znatno veća. Veća oblast pokrivanja, kod satelitskih sistema, u nekim situacijama predstavlja veliku prednost, ali u drugim je to ozbiljan nedostatak. Recimo kod retko naseljenih oblasti kakvi su regioni Sahare, središnji deo Australije, severni deo Kanade, Grenland, i dr., jednom ćelijom je moguće pokriti celu oblast. Treba pri ovome naglasiti da je iskorišćenje raspoloživog spektra jako loše, tj samo nekoliko ljudi može istovremeno da komunicira.

Cena lansiranja i održavanja BS-ce, tj satelita, je mnogo veča u odnosu na zemaljske stanice. Naime, nije visoka samo cena satelita nego i cena odgovarajuće infrastrukture na strani zemaljske stanice kojom se vrši povezivanje satelita sa PSTN-om.

Korisnici satelitskih komunikacionih sistema, prvenstveno zbog cene usluga koju moraju platiti, su nešto drugačiji u odnosu na standardne pretplatnike kod celularne telefonije. Korisnici su obično lica koja rade u hitnim službama, novinari i posmatrači koji izveštavaju o nekim nesrećama, izveštači sa ratnih bojišta, izveštači sa raznih manifestacija, radnici na naftnim platformama, mornari sa brodova, i td.

INMARSAT sistem je vodeći provajder (pružaoc usluga) kod satelitskih komunikacija. Kasnih 90-tih godina prošlog veka IRIDIUM projekat je imao za cilj da obezbedi satelitske komunikacione servise po niskoj ceni, koristeći usluge koje pružaju LEO sateliti, ali je ovaj projekat, na žalost, doživeo bankrotstvo.

3. Zahtevi koji se odnose na servise

Ključ u razumevanju bežičnog prenosa se satoji u tome što je za realizaciju različitih aplikacija potrebno ispuniti različite zahteve koji se odnose: a) na brzinu prenosa podataka; b) rastojanje; c) mobilnost; d) potrošnja energije, i td. U tekstu koji sledi ukazaćemo koji od zahteva je važan za datu aplikaciju.

3.1 Brzina prenosa podataka

U zavisnosti od aplikacije, brzina prenosa podataka (data rate) kod bežičnih servisa nalazi se u opsegu od nekoliko bita u sekundi do nekoliko gigabita u sekundi. U Tabeli I, za tipične bežične aplikacije, prikazane su realne brzine prenosa podataka koje se koriste.

Tabela I Tipične brzine prenosa podataka kod različitih aplikacijatipovi aplikacija brzina prenosa podatakabežične senzorske mreže

-- senzorski čvor: od nekoliko bps-a do 1 kbps.; čvorovi senzuju sporo-promenljive ulazne veličine (temperaturu, vlažnost, pritisak, ...)-- centralni čvor senzorske mreže: akumulira podatke od svih čvorova u mreži i povezuje se na Internet; brzina prenosa varira od nekoliko kbps-a do 10 Mbps

govorne komunikacije

-- od 10-100 kbps – tipični primeri ovog tipa su Internet aplikacije na displeju mobilnog telefona-- kod mobilnih bežičnih konekcija kave su one zasnovane na laptop mašinama, a veza se ostvaruje telefonskim biranjem, brzina prenosa se kreće od 10 – 50 kbps.

komunikacione veze izmedju računara i periferija

-- brzina prenosa je reda 1 Mbps – bežično se povezuju miševi, tastature, i dr. Funkcionalnost ovih veza je slična infracrvenim vezama, ali je bežični prenos pouzdaniji.

servisi za brzi prenos podataka

-- WLAN kod 3G celularnih sistema obezbedjuje brzi Internet pristup u opsegu od 0.5 Mbps do 100 Mbps.

personalne lokalne mreže

-- kod bežičnih PAN-ova rastojanje predajnik-prijemnik nije veće od 10 m, ali je brzina prenosa reda 100 Mbps. Najveći broj veza je tipa računar ili DVD plejer sa TV prijemnikom, ili

brze rečunarske konekcije preko bežičnog USB interfejsa.

3.2 Rastojanje i broj korisnika

Druga važna razlika izmedju različitih mreža ogleda se u rastojanju izmedju predajnika-i-prijemnika, kao i u broju korisnika koji se mogu opslužiti. Oblast pokrivanja se može učiniti da bude veća i nezavisna od rastojanja, kada se veći broj BS-ova kombinuje u jednu veću mrežu. U Tabeli II, za različite tipove bežičnih mreža dati su tipični opsezi pokrivanja.

Tabela II Tipovi bežičnih mreža i oblast pokrivanjatipovi mreža primene i oblast pokrivanjamreže na nivou tela -BAN-

Body Area Networks (BANs) ostvaruju bežičnu komunikaciju izmedju različitih uredjaja prikačenih na jedno (ljudsko) telo. Obično je to mobilni telefon prikačen na kuku i slušalice ubačene ne ušima. Rastojanje izmedju ovih uredjaja je reda 1 m. BAN-ove često svrstavamo u PAN-ove.

bežične personalne mreže-PAN-

Personal Networks (PANs) pokrivaju bežični prenos podataka u okviru personalne oblasti (kuće ili stana) jednog korisnika. Rastojanja nisu veća od 10 m. Zbog male oblasti pokrivanja broj korisnika nije veliki. Takodje broj nepreklapajućih PAN-ova u okviru ograničenog prostora nije veći od 5.

bežični LAN-ovi-WLAN-

Kao i bežični telefoni WLAN-ovi pokrivaju oblast do 100 m, a broj korisnika u proseku je oko 10. Kada se broj korisnika poveča (na naučnim konferencijama ili sastancima) brzina prenosa podataka opada.Kod bežičnih telefona (cordless phones) oblast pokrivanja je do 300 m, a broj korisnika koji se povezuje na jednu BS-u je isti kao i kod LAN-ova. Na bežičmni PABX se može povezati veći broj korisnika, tako da oni mogu formirati privatni celularni sistem.

celularni sistemi Imajući u vidu oblast pokrivanja kod WLAN-ova, kod mikroćelije radijus je 500 m, dok je kod makroćelijsa od 10 do 30 km. U zavisnosti od dostupnog propusnog opsega broj korisnika može biti od 5 do 50.

fiksni bežični pristupni servisi

Pokrivaju oblast sličnu kao i kod celularnih telefona,tj od 100 m do nekoliko desetina kilometara. Broj korisnika je sličan kao i kod celularnih sistema.

satelitski sistemi Oblast pokrivanja je jako velika, i kreće se od nivoa zemlje do nivoa kontinenta. Kod GEO satelita radijus ćelije je reda 1000 km, a kod LEO može biti od 50- 300 km.

Na slici 7 data je grafička prezentacija brzine prenosa podataka u odnosu na rastojanje za različite tipove bežičnih mreža.

Slika 7. Brzina prenosa podataka u funkciji rastojanja za različite aplikacije

3.3 Mobilnost

Bežični sistemi se takodje razlukuju u odnosu na iznos mobilnosti koga oni obezbedjuju korisnicima. Kada se govori o mobilnosti, treba razlikovati sledeće dve varijante izvodjenja bežičnih uredjaja – vidi Tabelu III.

Tabela III Mobilnost kod bežičnih uredjajatipovi uredjaja mogućnostifiksni uredjaji pozicioniraju se jedanput, komuniciraju sa BS-om, ili medjusobno,

uvek sa iste lokacije. Glavna motivacija za korišćenje bežičnog prenosa je izbegavanje kabliranja.

nomadijski uredjaji

instaliraju se na odredjenu lokaciju u toku ograničenog vremena (sati, dani, nedelje) a zatim se prebacuju na drga mesta. Kada se nalazi na odredjenu lokaciju radi kao uredjaj. Korišćenje laptop-ova je tipično za ovakve uredjaje.

slabo izražena mobilnost

veliki broj bežičnih uredjaja radi kada se oni pomeraju malom brzinom. Tipično je to za mobilni telefon, korisnik može da se kreće (hoda) i razgovara telefonom, pri čemu je handover veome retki.

jako izražena mobilnost

tipično za slučajeve kada se bežični mobilni uredjaj kreće brzinom od 30- 150 km/h

ekstremno visoka mobilnost

ovakvi slučajevi se javljaju kada se mobilni uredjaj nalazi u vozu ili avionu koji se kreće brzinom od 300- 1000 km/h. U ovim slučajevima javlja se Doppler-ov efekat i brže dolazi do handover-a.

Na slici 8 prikazan je odnos izmedju mobilnosti i brzine prenosa podataka.

Slika 8. Brzina prenosa podataka u odnosu na mobilnost kod različitih aplikacija

3.4 Potrošnja energije

Potrošnja energije je veoma važan i kritičan aspekt koji se odnosi na korišćenje bežičnih uredjaja. Izvori energije koji se koriste za napajanje bežičnih uredjaja mogu biti:

1. Baterije koje se mogu ponovo puniti (rechargeable batteries), alternativno nazvane sekundarne baterije. Nomadski i mobilni uredjaji, kakve su laptop mašine, mobilni celularni telefoni i bežični telefoni koriste baterije koje se mogu ponovo napuniti. Neaktivno (standby), kao i aktivno vreme-rada mobilnog bežičnog telefona u značajnoj meri odredjuju vremenski period koji se odnosi na ponovno punjenje baterije. Potrošnja energije je odredjena: a) rastojanjem na koje podatke treba preneti (pouzdan prenos karakteriše odredjeni odnos signal-šum, SNR)- zračena snaga direktno zavisi od rastojanja na kome treba poslati podatke; b) iznosom podataka kojih treba preneti (SNR je proporcionalan energiji po bitu). Kod celularnih telefona zahtev koji se odnosi na kapacitet baterije odredjuje se tako da aktivno vtreme rada u toku 24 časa bude reda 1 čas. Kod laptop mašina potrošnja energije nije dominantno odredjena od strane predajnika, nego od strane faktora kakvi su korišćenje diska i od brzine rada (taktne frekvencije) procesora.

2. Baterije koje se pune jedanput (one-way batteries), standardno se nazivaju i kao primarne baterije. Senzorski čvorovi kod bežičnih mreža koriste baterije koje su fabrički napunjene. Primarne baterije u principu imaju veći energetski kapacitet, i

niže su cene u poredjenju sa sekundarnim baterijama. Šta više promena baterije kod senzorskih čvorova nije opcija, iz razloga što se ceo senzorski čvor baca, kao neupotrebljiv, kada se baterija isprazni. U principu energetski efikasan rad je od izuzetne važnosti kod svih mobilnih bežičnih uredjaja.

3. Mrežno napajanje- bazne stanice i drugi bežični uredjaji se mogu povezati na mrežno napajanje. Kod ovakvog izvodjenja energetska efikasnost obično nije jedan od ključnih projektanskih zahteva za duži aktivni režim rada mobilnog uredjaja.

Zahtevi korisnika koji se odnose na druge mehaničke i električne karakteristike baterije su takodje važne stavke, posebno na ono tržište koje pokriva mobilne celularne telefone iz razloga što:

a) Težina mobilne jedinice (MS- mobile station) je uglavnom odredjena (70-80 %) od strane baterije. Danas, period nakon 2000-te godine, težina baterije je oko 200 g.

b) Cena mobilnog telefona u značajnoj meri je odredjena od strane baterijec) Korisnici obično zahtevaju da baterija bez punjenja traje nekoliko dana, a da u

proseku za taj period aktivno-vreme rada bude reda 2 časa.

3.5 Korišćenje spektra

Dodela korišćenja spektra može biti izvedena na:

a) isključivoj osnovi, ili na b) zajedničkoj osnovi. c)

Princip dodele odredjen je od strane stepena koga diktira šema višestrukog pristupa i otpornost na interferenciju koju sistem treba da obezbedi. Saglasno ovome razlikujemo sledeće dodele spektra:

1. Spektar dodeljen servisu i operateru: u ovom slučaju odredjeni deo elektromegnetnog spektra se dodeljuje, na isključivoj osnovi, pružaocu usluga (service provider). Tipičan primer je celularna telefonija, gde mrežni operator kupuje ili pozajmljuje spektar na isključivoj osnovi. Zbog ovakvog načina uredjenja dodele spektra, operator ima pravo upravljanja (kontrolisanja) nad tim spektrom i može da planira korišćenje različitih delova ovog spektra u različite geografske regione, sve sa ciljem da minimizira interferenciju.2. Spektar koji omogućava rad većem broju operatora- u ovom slučaju razlikujemo sledeće dve varijante:

2.1 Spektar dodeljen servisu- spektar se može koristiti samo za odredjene servise (bežični telefoni u Evropi i Japanu) ali treba pri ovome naglasiti da taj spektar nije dodeljen specifičnom operatoru. U ovom slučaju korisnici mogu da instaliraju odgovarajuću opremu bez da traže licencu za to. Oprema mora biti tako projektovana da se izbegnu interferencije sa drugim korisnicima koji su aktivni u istom tom regionu. S obzirom da interferencija može da se pojavi samo usled

istovremenog rada istog tipa uredjaja, koordinacija rada izmedju različitih uredjaja relativno se lako rešava. Naime, ograničenje predajne snage (identična za sve korisnike) je ključna komponenta kojom se obezbedjuje smanjenje interferencije.

2.2 Slobodan spektar- dodeljuje se različitim servisima kao i različitim operatorima. ISM opseg na 2.4 GHz je najpoznatiji primer. Ovaj deo spektra koriste mikrotalasne peči, WiFi LAN-ovi, Bluetooth bežične veze, i drugi. U ovom slučaju, u cilju smanjenja uticaja interferencije, snage predajnika su limitirane.

Nakon 2000-te godine uvedena su dva nova pristupa koja još nisu u eksploataciji, a to su:

2.3 UWB ( ultrawideband ) sistemi- prenose informaciju u veoma širokom spektru, ali zadržavajući pri tome na veoma nizak nivo spektralnu gustinu (very low power spectral density). Zbog ovoga, opseg u kome se vrši predaja sadrži frekventne opsege koji su već dodeljeni drugim servisima, a da pri tome ne postoji značajan nivo interferentnih smetnji.

2.4 Adaptivno korišćenje spektra- drugi pristup se odnosi prvo na odredjivanje tekućeg iskorišćenja spektra na odredjenoj lokaciji, a zatim na korišćenje delova tog spektra.

3.6 Smer predaje

Kod svih bežičnih servisa nema potreba da se vrši prenos informacije u oba smera:

Simpleks sistemi - šalju informaciju samo u jednom smeru. Svi sistemi tipa emisija-svima (broadcast radio and TV), kao i pejdžing sistemi su sistemi ovakvog tipa.

Polu-dipleks sistemi -mogu predavati informaciju u oba smera. Ipak, u jednom trenutku, prenos se vrši samo u jednom smeru. Toki-voki sistemi su tipični predstavnici koji koriste ovakav način prenosa.

Potpuni-dupleks - obezbedjuju simultani prenos u oba smera.Tipična rešenja su mobilni celularni telefoni i bežični (cordless) telefoni.

Asimetrični dupleks prenos - često u toku prenosa u punom-dupleksu nailazi se na primene kada zahtevi za brzinu prenosa podataka u jednom smeru (downlink) budu veći u odnosu na one u suprotnom smeru (uplink). Tipični primeri ovakvog načina prenosa srećemo kod Internet bežične veze preko satelita.

3.7 Kvalitet servisa

Zahtevi koji se odnose na kvalitet servisa (quality of service- QoS) u značajnoj meri zavise od tipa bežičnog servisa.

Prvi glavni indikator za QoS je kvalitet-govora (speach quality). Kvalitet-govora se meri pomoću MOS (Mean Opinion Score)-ova mera kvaliteta ukazuje na prosečan broj (subjektivnih) čovekovih procena (sudova), a kao mera prima vrednosti u rasponu od 1 do 5.

Drugi indikator, koga najčešće koriste servisi za prenos podataka, je brzina prenosa fajlova (file transfer speed). Ova mera se izražava u bita/sekundi (bps).

Takodje važan faktor je dostupnost servisa (availability of service). Kod celularne telefonije i drugih servisa koji obezbedjuju prenos-govora, ovaj kvalitet servisa izračunava se kao komplement dela blokiranih poziva plus deset-puta dela prekinutih (propalih) poziva. Formula na osnovu koje se odredjuje ovaj tip QoS-a više uzima u obzir da je prekid aktivnog poziva daleko neprijatniji za korisnika nego nemogućnost da se uspostavi veza. Kod celularnih sistema u Evropi mera QoS-a za ovaj servis je reda 95 %.

Kod aplikacija gde se zahteva neka hitnost opsluživanja (hitna pomoć, vojne aplikacije) QoS se meri kao komplement dela blokiranih poziva plus dela prekinutih poziva. Sistemi koji obezbedjuju hitnost opsluživanja planiraju se kao veoma robustni, a karakteriše ih QoS reda 99%.

Važan aspekt je dozvoljeno-kašnjenje (admissible delay- ili latency). Kod govornih komunikacija, kašnjenje izmedju trenutka kada jedna osoba govori, a drugi slušaju poruku ne sme biti veća od 100 ms. Kod streming video i muzike, kašnjenja mogu biti veća ( i do nekoliko sekundi), s obzirom da se vrši baferovanje podataka. Kod govornih i streaming video komuniciranja, važno je da podaci koji se kao prvi predaju budu i prvi prihvaćeni na prijemnoj strani. Kod prenosa fajlova podataka, kašnjenja mogu biti znatno veća, a takodje i redosled prijema poruka nije tako važan. Postoje aplikacije kod kojih je mala latencija od vitalne važnosti, a takve aplikacije obično su vezane za upravljanje, a takodje siguran i bezbedan monitoring.

3.8 Ograničenja u pogledu spektra

Dostupan frekventni spektar kod bežičnih komunicanionih servisa je ograničen, a njegovo lorišćenje regulisano od strane medjunarodnih organizacija. Zbog ovoga spektar se mora koristiti na jedan veoma efikasan način, U principu se koriste sledeća dva pristupa:a) regulisano korišćenje sprektra: jedinstveni mrežni operator ima kontrolu (pravo upravljanja) nad korišćenjem spektra; ib) neregulisano korišćenje spektra: svaki korisnik može da predaje bez dodatne kontrole (provere njegovog rada), sve dok se poštuju odredjena ograničenja koja se odnose na emisionu snagu i propusni opseg.

U tekstu koji sledi ukazaćemo prvo na frekventnim opsezima koji se dodeljuju različitim komunikacionim servisima, a nakon toga, za regulisani i neregulisani pristup sagledaćemo osnovni princip ponovnog-korišćenja frekvencija (frequency reuse).

3.8.1 Dodeljivanje frekvencija

Dodela frekvencija različitim bežičnim servisima regulisana je od strane ITU (International Telecommunications Union), koja je pod-organizacija (telo) Ujedinjenih Nacija. Na svojim tro-godišnjim konferencijama (World Radio Conferences) ovo telo izdaje preporuke koje se koriste od strane regulatora (vladinih organizacija) zaduženih za korišćenje frekvencija u različitim zemljama, recimo RRA (Republička Radiodifuzna Agencija u Srbiji). I pored toga što se egzaktne frekventne dodele u različitim zemljama medjusobno razlikuju, težnja je da se za slične servise, u celom svetu, koriste iste frekvencije.

Globalno posmatrano postoji sledeći način korišćenja frekventnih opsega:

a) Ispod 100 MHz: na ovim frekvencijama su tekuće operativni CB (Citizens’ Band), i analogni bežični (cordless) telefoni, pejdžeri, i dr.

b) 100 – 800 MHz: ove frekvencije se uglavnon koriste za prenos tipa emisija-svima (broadcast), tipične za radio i TV aplikacije.

c) 400 – 500 MHz: veliki broj celularnih i trunking radio sistemi koriste ovaj opseg. To su obično sistemi kojima je potrebno dobro pokrivanje, ali se karakterišu relativno malim brojem korisnika.

d) 800 – 1000 MHz: nekoliko celularnih sistema koristi ovaj opseg (analogni- celularni kao i 2G celularni). Takodje, komunikacioni sistemi namenjeni za potrebe korišćenja hitnih službi (trunking radio) koristi ovaj band (frekventni opseg).

e) 1.8 – 2.0 GHz: glavni frekventni opseg za celularne komunikacije. Tekuće celularni sistemi rade u ovom opsegu, a takodje i najveći broj sitema iz 3G. Veći broj bežičnih (cordless) takodje koristi ovaj opseg.

f) 2.4 – 2.5 GHz: ISM (Industrial, Scientific, and Medical) opseg. Bežični telefoni, WLAN-ovi i bežični PAN-ovi, rade u ovom opsegu. Postoje i drugi uredjaji kakvi su mikrotalasne peći koje koriste ovaj opseg.

g) 3.3 – 3.8 GHz: predvidjen je za sisteme koji imaju fiksni bežični pristup.h) 4.8 – 5.8 GHz: u ovom opsegu radi najveći broj WLAN-ova. Opseg od 5.7

do 5.8 GHz je namenjen za sisteme koji koriste fiksni bežični pristup.i) 11 – 15 GHz: u ovom opsegu radi najveći broj popularnih satelitskih

servisa, koji koriste opseg od 14.0 – 14.5 GHz za uplink prenos, i 11.7 – 12.2 GHz za downlink.

3.8.2 Ponovna-upotreba frekvencija kada je korišćenje spektra regulisano

Imajući u vidu da je spektar ograničen, delovi istog spektra se mogu koristiti za realizaciju različitih bežičnih konekcija na različitim lokacijama. Tako na primer, kod celularnih sistema postoji situacija da različiti korisnici, koji se fizički nalaze na različitim likacijama, istovremeno mogu da koriste iste kanale za prenos. Za slučaj da se cela oblast opslužuje od strane jedne BS-ce, tada se ukupni spektar može podeliti na N

frekventnih kanala koji se ostovremeno koriste od strane N korisnika. Ako se opslužuje beći broj od N korisnika tada je potrebno da postoji veći broj BS-ca, a da se frekventni kanali na različitim lokacijama ponovo koriste.

U suštini, odredjena oblast (region, zemlja, ili kontinent) se deli na veći broj ćelija (cells), a takodje dostupni frekventni kanali se dele na veći broj grupa. Grupe kanala se nakon toga distribuiraju po ćelijama. Važna stvar sada je ta što se grupe-kanala mogu koristiti veći broj puta. Jedini zahtev je taj da ćelije koje koriste istu grupu frekvencija, medjusobno ne interferiraju u značajnoj meri. Pri ovome je jasno da se isti frekventni nosioc može koristiti za realizaciju različitih konekcija, tj. u Nišu i u Kragujevu korisnici mogu nesmetano da razgovaraju, a da medjusobno ne postoji opasnost od interferencije.

Često da bi se postigla veća efikasnost, frekvencije se koriste više puta, šta više i u okviru jednog većeg grada (kakv je recimo Rim, Pariz, London). Saglasno prethodnom interćelijska-interferencija (često nazvana ko-kanalska interferencija) postaje dominantni faktor koji ograničava kvalitet predaje.

Spektralna efikasnost opisuje efikasnost ponovnog-korišćenja, tj gustina saobraćaja koja se može postići po jedinici propusnog opsega na jediničnoj površini, a izražava se u Erlang / (Hz m2) za govorni signal, ili u bit / (s Hz m2) za podatke.

S obzirom da mrežni provajderi kupuju licencu za korišćenje spektra, provajder (pružaoc usluga) može da koristi spektar u saglasnosti sa njegovim planom, tj. mrežnim planom kojim se obezbedjuje da izmedju korisnika u različitim ćelijama ne postoji značajna interferencija.

3.8.3 Ponovno dodeljivanje frekvencija kada korišćenje spektra nije regulisano

Nasuprot regulisanom korišćenju spektra, nekoliko servisa koristi frekventne opsege koji su dostupni za javno korišćenje. Na primer, neki WLAN-ovi rade u opsegu od 2.45 GHz koji je u suštini dodeljen ISM servisima.

U principu, svakom je dozvoljeno da emituje u ove opsege sve dok se:

a) ne premaši dozvoljena snaga zračenja, tj ne premaši snaga zračenja koja je unapred specificirana.

b) poštuju odredjena pravila za oblik signala i poštuje dozvoljena širina propusnog opsega kanala po kome se emituje signal.

c) koristi opseg u saglasnosti sa namenama koje su definisane od strane organizacije zadužene za ragulisano korišćenje frekvencija.

Kao posledica nepoštovanja preporuka WLAN-ovi se suočavaju sa velikim iznosom interferencije. Do interfrencije dolazi zbog uticaja od drugih WLAN-ova, mikrotalsnih peći, bežičnih telefona, i brojnih uredjaja koji rade u ISM opsegu.

3.8.5 Ograničenja u pogledu zračene snage

MS-ce kod bežičnih komunikacija obično se napajaju baterijski, a imperativ je pri tome da životni vek tih baterija bude što duži. Ovakav režim rada nameće nekoliko zahteva:

1. Pojačavač snage u predajniku MS-ce mora da je jako efikasan. S obzirom da su ovi pojačavači veliki potrošači energije njihova efikasnost mora da je veća od 50 %. U principu, veća efikasnost se postiže kada pojačavači rade u klasi C ili klasi F, što znači da su oni jako nelinearni stepeni. Kao posledica (postizanje visoke efikasnosti u radu), bežične komunikacije teže da koriste modulacione formate koji su neosetljivi na nelinearne distorzije. Tako na primer, preferira se korišćenje signala sa konstantnom anvelopom.2. Procesiranje signala se mora sprovesti tako da se značajno štedi energija. To znači da se digitalna logika, radi potreba da se ostvari mikro-potrošnja, implementira u CMOS tehnologiji, a samo super-brza u ECL logici. Ova ograničenja imaju značajan uticaj na tipove algoritama koji se mogu koristiti sve sa ciljem da se redukuje interferencija, kao i da se uspešno izadje na kraj sa problemom intersimbolne interferencije.3. Prijemnik, Rx, bazne stanice, BS, treba da ima visoku ostljivost. Tako na primer, kod GSM-a prijemna snaga od -100dBm se smatra kao ona kojom se može garantovati dobar kvalitet. Ovakvi prijemnici su nekoliko reda veličine osetljiviji u odnosu na standardne TV prijemnike. Za slučaj da se kod GSM standarda definiše nivo prijemne snage od -80 dBm tada snaga predajnika treba da je 100 puta veća u slučaju da se želi pokriti ista oblast. Zbog ovog zahteva posebna pažnja kod realizacije RF dela prijemnika (kod mobilnog bežičnog telefona) se posvećuje projektovanju LNA (Low Noise Amplifier) gradivnom bloku, kao i delu za signal procesiranje.4. Kod celularnih telefona, a takodje i kod senzorskih mreža, sa ciljem da se štedi na energiji baterije, koriste se posebni režimi rada nazvani idle mode i sleep mode.