Základy mobilních systémů a GSM

Mobilní systémy, PF, JČU

Systémy pozemní pohyblivé služby

umožňují komunikaci pohyblivých objektů během pohybu nebo při zastávkách

● veřejné– veřejné radiotelefonní sítě (GSM)– hromadné radiotelefonní sítě (TETRA)– bezšňůrové telefony (DECT)– veřejný paging (ERMES)– veřejné rádiové datové sítě (WiFi)– speciální sítě (TFTS)– zvláštní prostředky● neveřejné– dispečerské sítě– neveřejný paging– neveřejné rádiové datové sítě (WLAN)

Historie mobilních systémů

1921 policie v Detroitu (AM, simplex 2 MHz)● 0. generace - před rokem 1980● 1. generace (NMT) – začátek 80. let– buňková struktura– analogové systémy– zaměřeny na přenos hlasu (data v omezené míře)● 2. generace (GSM) – začátek 90. let– digitální systémy– přenos dat malou rychlostí (9,6 kbit/s)● 2,5. generace (GPRS) – konec 90. let– vylepšení a urychlení datových přenosů● 3. generace (UMTS) – začátek 21. století– vysokorychlostní datové přenosy (2 Mbit/s)– měl to být jednotný celosvětový systém

Buňková struktura

je rozdělení území pokrytého operátorem na tzv. buňky (cell)● buňka (cell) je území pokryté jedním anténním systémem

BTS● podmínky úspěšného fungování buňkových systémů– co nejmenší výkon vysílačů a dobrá citlivost a selektivitapřijímačů, aby bylo možné opakované využití frekvencí– mezi buňkami využívajícími stejné kanály musí býtvzdálenost cca 3x větší, než je jejich poloměr => sdružování

kanálů dopravidelně se opakujících vzorů tzv. svazků (clusterů)● velikost buňky (kapacita sítě):– vysílaný výkon– výška antény (nad terénem)– členitost terénu– kmitočtové pásmo

Typy buněk

● typy používaných buněk závisí na hustotě provoz v daném území

– makrobuňky - velká území s malým provozem (poloměr do 32 km)– mikrobuňky - území s velkým provozem - typicky města (poloměr stovky

m)– pikobuňky – uvnitř budov (poloměr desítky m)– selektivní buňky - vysílají jen do určitého směru (obvykle 120°), např. propokrytí tunelů, stanic metra atd.– deštníkové (překrývající) buňky - při rychlém pohybu v mikrobuňkovéstruktuře dochází často handoverům => proto jsou rychle pohybující seúčastníci předáváni větším tzv. deštníkovým (umbrella) buňkám

● z hlediska budování sítě existují dva typy buněk– všesměrové buňky – BTS má všesměrový anténní systém– sektorové buňky – jeden anténní systém je obsluhován několika (typicky 3)BTS v nezávislých sektorech

Trunkové rádio● sdílení kanálů řízením provozu

Handover (HO)● způsob řízení– NCHO - network controlled (řízený sítí): jednoduchý;NMT– MCHO - mobile controlled (řízený mobilem) velmi náročný jak na

mobil tak na přenos signalizace v síti; DECT– MAHO - mobile assisted (řízený sítí s asistencí mobilu) kompromis;

GSM● způsob přepnutí– tvrdý - odpojení a připojení nového kanálu; GSM– bezešvý - po krátký okamžik současně oba kanály; DECT– měkký - neustále připojeno na všechny kanály; CDMA

Sdílení rádiového média

● FDMA – Frequency Devision Multiple Access- každá komunikace má přidělenu část kmitočtového spektra -

rádiový kanál, kmitočet – C– analogové systémy 1. generace● TDMA – Time Devision Multiple Access - každá komunikace má přidělen časový úsek – (time) slot – TN– digitální systémy 2. generace● CDMA – Code Devision Multiple Access- každá komunikace má přidělen svůj kód – vysokorychlostní

systémy 3. generace

FDMA / TDMA (GSM)

Jevy degradující signál I.

● útlum způsobený vzdáleností od vysílače – má logaritmickýprůběh (v ideálním prostoru bez překážek)● stíny za překážkami – pro signál se objekt stává překážkou vechvíli, kdy jeho rozměry odpovídají (nebo jsou větší) vlnovédélce signálu● Rayleighovy úniky (viz výše) – jsou způsobené odrazem odpřekážek v malé vzdálenosti (okolní budovy) od přijímacíantény (fázový posun)● disperze signálu (viz výše) – je způsobená odrazem odvelkých překážek ve velké vzdálenosti (hory) od přijímacíantény (zpoždění o délku bitu); zpožděná příchozí kopie bitůzpůsobuje komplikace při příjmu● Dopplerův jev – zvyšování / snižování kmitočtu vzájemnýmpohybem vysílače a přijímače (vysokorychlostní vlaky 300km/hod)

Jevy degradující signál II.

Obrana proti degradaci signálu

● kanálové kódování (samoopravné kódy) – stíny za překážkami– přidává k užitečnému signálu redundantní informace, které umožňujídetekovat a případně i opravovat vzniklé chyby● prokládání – krátkodobý únik– rozbíjí shluky chyb na jednotlivé bity, které se pak opravují předchozímzpůsobem● adaptivní ekvalizace – disperze signálu– na základě známé sekvence bitů (tzv. tréningová sekvence) se v přijímačiprůběžně dolaďuje adaptivní ekvalizér, který působí proti zkreslení kanálu● diverzifikace antén - únik– velká hloubka Rayleighových úniků se dá o cca 3dB zmenšit vysíláním zedvojice antén v určité vzdálenosti – tzv. prostorová diverzifikace– podobný účinek má dvojitá anténa vysílající s oběma polarizacemi – tzv.polarizační diverzifikace – použití zejména ve městech● frekvenční skákání (výměna kmitočtů) - únik– Rayleighovy úniky se nacházejí v místech vzdálených o l/2, a tedy místa súniky jsou pro různé kmitočty různé