ZESTAW 12

1. Parametry propagacyjne.

2. Procedury połączeniowe z siecią zewnętrzną.

3. Planowanie UMTS.

4. Przeplot.

5. Rozproszenie widma.

1. Parametry propagacyjne ośrodka

ε - przenikalność elektryczna ośrodka - wielkość charakteryzująca właściwości elektryczne środowiska. jest to wielkość skalarna, równa stosunkowi indukcji pola elektrycznego do natężenia tego pola:

Spośród wszystkich ośrodków, najmniejszą przenikalność elektryczną wykazuje próżnia. Wartość ta, oznaczana ε₀, jest stałą fizyczną.

Przenikalność poszczególnych ośrodków często określa się poprzez bezwymiarową wartość przenikalności względnej, oznaczanej ε_r. Wielkość ta wskazuje, ile razy przenikalność (bezwzględna) ośrodka jest większa od przenikalności próżni:

Im większa jest przenikalność elektryczna ośrodka, tym mniejsze natężenie pola (E) wywołanego w tym ośrodku przez tę samą indukcję (D).

μ - przenikalność magnetyczna ośrodka - wielkość określającą zdolność danego materiału (ośrodka) do zmiany wektora indukcji magnetycznej pod wpływem wektora natężenia pola magnetycznego.

W próżni doskonałej brak jest jakichkolwiek atomów lub cząsteczek, które mogłyby wpłynąć na zależność B(H). Wobec tego w każdym ośrodku, który nie jest próżnią doskonałą powyższe równanie zostanie zakłócone pojawieniem się przenikalności magnetycznej tegoż ośrodka.

σ - Konduktywność (przewodność elektryczna właściwa) to miara podatności materiału na przepływ prądu elektrycznego

Zo - impedancja falowa ośrodka - wielkość opisująca własności ośrodka/urządzenia przenoszącego falę biegnącą, opisujący jak ośrodek/urządzenie przeciwstawia się sile wymuszającej drgania fali. Jest to stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola magnetycznego.

2. Procedury połączeniowe z siecią zewnętrzną

Połączenie przychodzące z sieci zewnętrznej jest kierowane do centrali dostępowej GMSC, następnie centrala zapytuje rejestr stacji własnych HLR o aktualne położenie stacji i kieruje połączenie do odpowiedniej centrali MSC, dalej sygnał jest skierowany do sterownika lub sterowników, ponieważ dany obszar przywołań, może obsługiwać więcej niż jeden BSC stacji bazowych BSC, ten zleca wykonanie przywołania i telefon zgłasza się do jednej ze stacji bazowych, wtedy następuje zestawienie połączenia.

Podczas połączenia wewnątrzsieciowego, cały proces przebiega analogicznie, ponieważ połączenia również muszą być kierowane do centrali GMSC, gdyż tylko ten węzeł sieci posiada możliwość wysyłania zapytań do bazy HLR o aktualne położenie abonenta.

3. Planowanie UMTS

Projektowanie sieci komórkowej to złożony proces badawczy i decyzyjny, którego celem jest utworzenie w danym obszarze sieci komórkowej potrzeb transmisyjnych.

W etapie projektowania sieci wyróżnia się na ogół trzy zasadnicze etapy:

• Wymiarowanie sieci

• Projektowanie szczegółowe

• Wdrażanie, monitorowanie i optymalizację sieci

Odmienne podejście do projektowania sieci UMTS wynika m.in. z konsekwencji zastosowania w łączu radiowym dostępu CDMA, w tym:

• Możliwości wykorzystania tych samych kanałów radiowych w sąsiednich komórkach (sektorach)

• Możliwości miękkiego przenoszenia połączeń

• Silnych powiązań pomiędzy pojemnością komórki, jakością transmisji i zasięgiem łączności (w CDMA tak jak TDMA/FDMA nie można oddzielić projektowania pokrycia radiowego od projektowania pojemności)

• Konieczności oddzielnego bilansowania łączy w górę i w dół

• Silnego uzależnienia działania sieci radiowej od nieidealności realizacji

• Różnorodność oferowanych usług (uwzględnianie różnych przepływności)

4. Przeplot

Kodowanie kanałowe umożliwiające korekcję błędów jest najbardziej efektywne w przypadku gdy błędy mają charakter losowy. Okazuje się, że błędy w systemach cyfrowych występują pakietowo. Dlatego też wprowadzono przeplot polegający na systematycznej zmianie kolejności bitów w ciągach kodowych (generowanych przez koder kanałowy) po stronie nadawczej i operacji odwrotnej po stronie odbiorczej. Inaczej mówiąc mamy do czynienia z rozpraszaniem błędów w określonym przedziale czasowym. Można wyróżnić dodatkowo przeplot bitowy oraz blokowy.

Dane zapisywane są w buforze i następnie odczytywane w zmienionym porządku jak na rysunku. Po stronie odbiorczej ma miejsce operacja odwrotna,

Niestety wadą tej operacji są duże i stałe opóźnienia transmisji po stronie nadawczej jak i odbiorczej związane z wypełnianiem bufora (w GSM wynosi 33ms). Niewątpliwą zaletą jest efektywna korekcja błędów występujących paczkowo.

Gdzie umieścić przeplot w standardowym schemacie blokowym systemu bezprzewodowego? Operacja ta jest dokonywana zaraz po kodowaniu mowy i kodowaniu kanałowym. Po niej następuje formowanie pakietów, szyfrowanie oraz modulacja sygnału. W odbiorniku cała procedura ma oczywiście odwrócony porządek.

5. Rozpraszanie widma

Metoda rozpraszania widma sygnału, jak już sama nazwa wskazuje, polega na tym, że z sygnału informacyjnego, który pierwotnie zajmuje wąskie pasmo widma (jest sygnałem wąskopasmowym), w wyniku procesu rozpraszania otrzymuje się sygnał, którego widmo jest wielokrotnie szersze (staje się sygnałem szerokopasmowym).

Pozornie metoda rozpraszania widma sygnału wydaje się być działaniem pozbawionym sensu, ponieważ zwykle dąży się do ograniczenia szerokości widma sygnału, aby było ono jak najwęższe. Działanie takie jest jednak uzasadnione, ponieważ operacji rozpraszania dokonuje się w ten sposób, że w tym samym paśmie może pracować wielu użytkowników.

Jest to możliwe dzięki zastosowaniu pseudolosowych sekwencji służących do rozpraszania sygnału informacyjnego, przy czym każdy z użytkowników musi mieć inną sekwencję rozpraszającą.

Teoretycznie systemy modulacji z rozpraszaniem widma zapewniają większą efektywność wykorzystania pasma. Efektywność ta może być nawet o rząd wielkości większa w porównaniu z systemami wąskopasmowymi. Transmisja radiowa z modulacją z rozpraszaniem widma charakteryzuje się wysoką odpornością na zakłócenia, w porównaniu z transmisją wąskopasmową. Dodatkowo rozpraszanie widma sygnału daje także możliwość zabezpieczenia danych przed niepożądanym odbiorem, podsłuchem przez postronne osoby czy nawet wykryciem sygnału w otaczającym go szumie.

Wyróżnia się cztery podstawowe metody rozpraszania widma:

• DS (Direct Sequence) - rozpraszanie widma przez kluczowanie bezpośrednie fazy fali

nośnej;

• FH (Frequency Hopping) - rozpraszanie widma przez skakanie po częstotliwościach;

• TH (Time Hopping) - rozpraszanie widma przez skakanie w czasie;

• CM (Chirp Modulation) - rozpraszanie widma przez liniową modulację częstotliwości.

Poza tym często stosuje się metody mieszane, łączące wyżej wymienione sposoby

rozpraszania widma.

Frequency Hopping Spread Spectrum

Rozpraszanie widma przez skakanie po częstotliwościach polega na zmienianiu częstotliwości nośnej w trakcie transmisji sygnału danych. Zbiór częstotliwości nośnych może zawierać się w przedziale 100 - 10⁵. Częstotliwość wybierana w danym momencie na nośną jest ustalana pseudolosowo. Wyróżnić można dwie metody rozpraszania widma przez skakanie po częstotliwościach:

- szybkie skakanie po częstotliwościach - zmiany częstotliwości nośnej f(t) występują wielokrotnie w ciągu trwania bitu danych,

- wolne skakanie po częstotliwościach - zmiany częstotliwości nośnej występują co kilka bitów danych ciągu danych.

W dziedzinie czasu i częstotliwości można przedstawić to tak jak na rys.1.

Direct Sequence Spread Spectrum

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum a dokładniej directly carrier-modulated, code sequence modulation) czyli bezpośrednie modulowanie nośnej sekwencją kodową. Jest to jedna z technik rozpraszania widma w systemach szerokopasmowych przy pomocy ciągów kodowych. Jeden ze sposobów działania tej techniki polega na tym, że przy wysyłaniu, strumień danych jest mnożony przez odpowiedni ciąg kodowy o większej szybkości bitowej. W ten sposób wyjściowy strumień informacji zajmuje znacznie szersze pasmo. Fizyczna transmisja może odbywać się teoretycznie z użyciem dowolnej modulacji cyfrowej jednak najczęściej stosowana jest BPSK. Dobór ciągu kodowego musi spełniać szereg wymagań. Właściwy jego dobór pozwala na zaszyfrowanie informacji oraz możliwość wykorzystania danego pasma radiowego przez wielu nadawców i odbiorców jednocześnie. Odbiornik, aby rozkodować i spośród wielu innych wybrać przeznaczone dla niego informacje musi dysponować układem deszyfrującym z tym samym i jednocześnie zsynchronizowanym ciągiem kodowym co nadawca. Aby umożliwić jednoczesne przesyłanie sygnałów na tej samej częstotliwości ciągi pseudolosowe muszą być ortogonalne względem siebie.

Widmo sygnału oryginalnego i rozproszonego widać poniżej.

Time Hopping

Przy metodzie rozpraszania widma sygnału przez skakanie w czasie transmisja sygnału odbywa się tylko w pewnych odcinkach czasowych (nie jest ciągła), o wyborze których decyduje sekwencja pseudolosowa. Dokładniej mówiąc czas, w trakcie którego może odbywać się transmisja jest dzielony na odcinki nazywane ramkami o długości T_f, a każda ramka dzielona jest na szczeliny czasowe T_h. W trakcie trwania T_f jednej ramki przesyłany jest ciąg bitów d(t) o długości n*T_b=T_f. Nie jest on jednak przesyłany w trakcie całego czasu trwania ramki T_f. Sekwencje bitów poddaje się kompresji i przesyła w czasie trwania jednej ze szczelin czasowych T_h wchodzących w skład ramki. Przesyłane bity nie wypełniają całej ramki czasowej ale tylko jedną szczelinę wybieraną losowo (sekwencją pseudolosową), reszta szczelin ramki pozostaje wolna. Otrzymany w ten sposób sygnał s_TH(t) przedstawiony jest na rysunku.

Chirp modulation

Modulacja z rozpraszaniem widma przez liniową zmianę częstotliwości - CM (chip modulation) zwana jest także impulsową modulacją częstotliwości. Chirp w tłumaczeniu na język polski oznacza „świergot”. Sygnał świergotowy jest to sygnał okresowy, w czasie trwania jednego okresu jego częstotliwość zmienia się liniowo w pewnym przedziale f_min - f_max. W systemach transmisji wykorzystujących modulację chirp wykorzystuje się więc sygnały w ten sposób, że bitowi „1” o czasie trwania T przypisuje się sygnał sinusoidalny o czasie trwania T i zmieniającej się w tym czasie liniowo częstotliwości f(t). Bitowi „0” sygnału danych d(t) przypisuje się sygnał sinusoidalny o niezmiennej częstotliwości f₀.

---