Wykład 5: Systemy komórkowe
-
Upload
lesley-church -
Category
Documents
-
view
54 -
download
6
description
Transcript of Wykład 5: Systemy komórkowe
![Page 1: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/1.jpg)
Systemy mobilneSystemy mobilne
dr inż. Marek MikaPaństwowa Wyższa Szkoła Zawodowaim. Jana Amosa Komeńskiego w Lesznie
Wykład 5: Systemy komórkowe
![Page 2: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/2.jpg)
Plan
© 2014 2dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie
![Page 3: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/3.jpg)
Rozwiązania klasyczne
• Nadajnik o dużej mocy o zasięgu do kilkudziesięciu kilometrów• Wady:
– duża emitowana moc wymagająca odpowiedniej infrastruktury
– duże rozmiary terminali wynikające z zapotrzebowania na moc potrzebną do połączeń z dużej odległości
– szybsze zużywanie źródeł zasilania terminali
– wpływ na zdrowie użytkowników
– istotne skutki awarii – brak redundantności – całkowity przestój pracy systemu
– ograniczone pasmo częstotliwości nieduża liczba kanałów mała pojemność systemu
• Zapotrzebowanie dużo większe niż kilku użytkowników na terenie miasta korzystających jednocześnie z systemu wymusiło prace nad nowymi rozwiązaniami
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 3
![Page 4: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/4.jpg)
Mechanizm „frequency re-use”
• Nie można wykorzystać tych samych częstotliwości w dwóch nadajnikach o (częściowo) nakładającym się zasięgu:
– zjawisko interferencji współkanałowych– w efekcie gorsza jakość lub niedostępność usługi
• Te same częstotliwości można wykorzystać w nadajnikach o niepokrywającym się zasięgu
– nadajniki małej mocy– mniejszy zasięg– większa liczba nadajników– większa liczba obsługiwanych użytkowników
• Podział obszaru na mniejsze części zwane komórkami
• Problem doboru częstotliwości podobny do problemu kolorowania grafu
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 4
![Page 5: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/5.jpg)
Wady architektury komórkowej
• Infrastruktura:– bardzo złożona– kosztowna budowa– kosztowne utrzymanie
• Problem z przemieszczającymi się użytkownikami• Skomplikowana aktualizacja położenia użytkowników• Szybko przemieszczający się użytkownicy szczególnie w
komórkach o małych rozmiarach (centra dużych miast) – duża liczba przełączeń
• Konieczność zapewnienia mechanizmów gwarantujących ciągłość połączenia przy zmianie komórek
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 5
![Page 6: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/6.jpg)
Strefy pokrycia radiowego• Obszar wokół nadajnika radiowego można podzielić na trzy strefy:
– dobrej słyszalności– zakłóceń dla innych systemów pracujących na tych samych częstotliwościach– pomijalnego sygnału
• Rozmiar i granice poszczególnych stref nie są ściśle zorganizowane i są raczej kwestią umowną
– granicą strefy dobrej słyszalności jest graniczna wartość sygnału przy odpowiedniej jakości transmisji
– granicę strefy zakłóceń wyznacza się eksperymentalnie badając wpływ zakłóceń na transmisję w sąsiednich komórkach (interferencje współkanałowe)
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 6
strefa dobrej słyszalności
strefa zakłóceń
strefa pomijalnego sygnału
![Page 7: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/7.jpg)
Rozmieszczenie stacji bazowych
Nieprawidłowe Prawidłowe
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 7
f1 f1 f1 f1
BTS1 BTS1BTS2 BTS2
![Page 8: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/8.jpg)
Rozmieszczenie stacji
• Konieczność zachowania ciągłości obszaru komórkowego pomiędzy stacjami pracującymi na tej samej częstotliwości
• Należy umieścić pomiędzy nimi co najmniej jeden nadajnik pracujący na innych częstotliwościach
• Efekt – uniknięcie interferencji współkanałowych i zapewnienie oczekiwanej jakości transmisji
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 8
f1 f1
f2
f3
![Page 9: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/9.jpg)
Wiązki kanałów częstotliwościowych• Pasmo komórkowe – podzielone na kanały częstotliwościowe (FDMA)
• Kanały częstotliwościowe – często dzielone na szczeliny czasowe (TDMA)
• Kanały częstotliwościowe łączy się w wiązki:– jedna stacja bazowa może pracować na kilku częstotliwościach– wiązka składa się z częstotliwości położonych odpowiednio daleko od siebie –
unikanie interferencji w ramach jednej stacji bazowej– tej samej wiązki można używać w różnych komórkach odpowiednio od siebie
oddalonych
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 9
f3f1 f2 f4 f5 f6 f7 f10f8 f9 f11f12 f13f14 f17f15f16 f18f19 f20f21 f24f22f23 f25f26 f28f28
pasmo komórkowe
wiązka 1 wiązka 2 wiązka 3 wiązka 4
wiązka 1
wiązka 3
częstotliwość
![Page 10: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/10.jpg)
Grupy komórek• Obszar działania systemu podzielony na
sześciokątne obszary odpowiadające komórkom• Komórki wykorzystujące te same wiązki kanałów
oznaczono tym samym numerem a grupy komórek tym samym kolorem
• Parametr N oznaczający liczność grupy komórek– determinuje odległość pomiędzy komórkami
korzystającymi z tej samej wiązki kanałów– dla dużej wartości N:
• wzrasta odległość między stacjami bazowymi stosującymi tę samą wiązkę przez co maleje prawdopodobieństwo wystąpienia interferencji
• maleje liczba kanałów częstotliwościowych przypadających ba jedną komórkę (stały iloczyn N
i liczby kanałów)
– prawidłowy dobór N jest wynikiem kompromisu
i jedną z ważniejszych decyzji na etapie projektowania systemu
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 10
1
32
1
32
1
32
1
32
1
32
1
32
1
32
53
1
64
9
102
7
8
53
1
64
9
102
7
8
53
1
64
9
102
7
8
53
1
64
9
102
7
8
53
1
64
9
102
7
8
![Page 11: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/11.jpg)
Pojemność systemu
• Definicja – sumaryczna liczba kanałów rozmownych przypadających na jednostkę powierzchni
• Rosnąca liczba abonentów wymusza ciągłe zwiększanie pojemności systemu
• Różne sposoby zwiększania pojemności systemu:– pożyczanie kanałów z sąsiednich komórek– przydział nowych częstotliwości– podział komórek na sektory– inne metody dostępu do medium– zmniejszanie wielkości komórek
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 11
![Page 12: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/12.jpg)
Pożyczanie kanałów
• Statyczne – na etapie planowania• Dynamiczne – zmiany następują w zależności od
obciążenia poszczególnych elementów systemu
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 12
- pożyczam - - oddaję -
![Page 13: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/13.jpg)
Zmniejszanie rozmiaru komórek
• Najczęściej stosowany sposób• Możliwość wykorzystania tych samych częstotliwości na
mniejszym obszarze
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 13
41
12
34
34
1
12
34
34
1
12
34
3
12
23
41
44
2
13
21
4
![Page 14: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/14.jpg)
Pozostałe sposoby
• Przydział nowego pasma częstotliwości– bardzo rzadko– kosztowne– czasami niemożliwe
• Podział komórek na sektory– zamiast anten dookólnych stosuje się podział na sektory– w danym sektorze można wykorzystać wiązkę kanałów
stosowaną w innym sektorze tej komórki
• Inne metody dostępu do medium– TDMA– CDMA
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 14
![Page 15: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/15.jpg)
Wielkość komórki• Parametr o elastycznym charakterze• Według normy w systemie GSM zasięg komórki może sięgać 36 km• W zależności od potrzeb stosuje się komórki o różnych rozmiarach:
– kilometry – na słabo zaludnionych terenach wiejskich
– setki metrów – na terenach podmiejskich
– dziesiątki metrów – na gęsto zaludnionych terenach aglomeracji miejskich
• Podczas projektowania sieci istotne znaczenia mają pomiary bieżącego ruchu, czy też obserwacje kierunków rozbudowy terenów miejskich
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 15
![Page 16: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/16.jpg)
Zmniejszanie komórek
• Zalety– większa pojemność systemu
• mniejsza zajętość systemu pewniejszy dostęp• większa liczba abonentów teoretycznie możliwe
obniżenie kosztów usługi
– nadajniki o mniejszej mocy• mniej pojemne źródła zasilania w urządzeniach
mobilnych• mniejsze rozmiary urządzeń mobilnych• mniejsza moc fal mniejszy wpływ na zdrowie
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 16
![Page 17: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/17.jpg)
Zmniejszanie komórek
• Wady– większa liczba komórek
• potrzeba instalacji nowych BTS-ów• wzrost nakładów na infrastrukturę• wzrost kosztów użytkowania
– wzrost częstości aktualizacji położenia• szybkie przemieszczanie pomiędzy komórkami (są
małe) większa liczba komunikatów sygnalizacyjnych w strategii Inform
• niezbędna inwestychja w bardziej pojemne łącza
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 17
![Page 18: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/18.jpg)
Systemy o architekturze komórkowej
• Najbardziej popularne GSM/UMTS/LTE– setki stacji bazowych– zjawiska roamingu i handoveru– złożone mechanizmy utrzymania i aktualizowania
informacji pozycyjnej
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 18
![Page 19: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/19.jpg)
Systemy o architekturze komórkowej - Mobitex
• wolna transmisja na odległość do kilkudziesięciu kilometrów
• stacje bazowe połączone z centralą
• sieć pakietowa (przed wysłaniem informacji do stacji bazowej następuje podział na pakiety)
• przesyłanie pomiędzy stacjami bazowymi odbywa się po stałym łączu
• algorytm ALOHA
• roaming
• usługi:– transmisja danych
– możliwość tworzenia grup użytkowników
– transmisja sygnału alarmowego
– usługa „skrzynka pocztowa”
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 19
![Page 20: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/20.jpg)
Systemy o architekturze komórkowej – Wi-Fi
• Punkty dostępowe Wi-Fi tworzą komórki• Komórki mogą mieć rozmiar od kilku metrów do
kilkunastu kilometrów• Klient ma możliwość migracji• Roaming
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 20
![Page 21: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/21.jpg)
Systemy o architekturze komórkowej – Bluetooth
• Punkty dostępowe BT tworzą komórki• Komórki mogą mieć rozmiar od 10 (pikokomórki
obsługujące do 8 urządzeń) do 100 metrów• Klient ma możliwość migracji• Roaming
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 21
![Page 22: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/22.jpg)
Systemy o architekturze komórkowej – Iridium
• 66 satelitów na niskich orbitach• Satelity wyposażone w anteny wielowiązkowe (48 wiązek) –
stanowią stacje bazowe komórek• Pełne pokrycie na całej Ziemi do wysokości 160 km (możliwa
łączność z samolotami)• Problemy takie jak w innych systemach komórkowych• Rozwój GSM zahamował rozwój systemu Iridium
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 22
![Page 23: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/23.jpg)
Roaming
• Roaming polega na przechodzeniu terminala pomiędzy punktami dostępowymi lub stacjami bazowymi znajdującymi się na jego trasie ruchu
• W skrócie można powiedzieć, że terminal przerywa współpracę ze stacja, której sygnał słabnie i nawiązuje ze stacją o silniejszym sygnale
• Roaming krajowy polega na płynnej zmianie sieci operatora w tym samym kraju, pozwalający abonentom sieci A na używanie infrastruktury sieci B, tam gdzie jego operator nie może mu zapewnić dostępu do usług
• Roaming międzynarodowy polega na korzystaniu z infrastruktury operatora w innym kraju, z którym nasz macierzysty operator ma podpisaną umowę roamingowa.
•
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 23
![Page 24: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/24.jpg)
Handover
• Przełączenie terminala użytkownika z jednej stacji bazowej do innej w czasie trwania polaczenia
• Wyróżnia się kilka rodzajów takiego przełączenia:– pomiędzy stacjami bazowymi – przy zmianie komórki
(nawiązanie współpracy z nowa stacja bazowa)– pomiędzy sektorami w ramach jednej stacji bazowej – jest to
związane ze zmiana kanału częstotliwościowego przy zmianie sektora
– w ramach jednej stacji bazowej – przełączenie na inny kanał rozmówny, w celu polepszenia warunków transmisji. Warunki propagacji na różnych kanałach mogą się na tyle różnić, że następuje próba przełączenia
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 24
![Page 25: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/25.jpg)
Mapa BTS-ów w okolicy Leszna
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 25
![Page 26: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/26.jpg)
Mapa BTS-ów LTE w okolicy Leszna
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 26
![Page 27: Wykład 5: Systemy komórkowe](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062217/5681362f550346895d9daa75/html5/thumbnails/27.jpg)
Dziękuję za uwagę
© 2014dr inż. Marek Mika, PWSZ im. J.A. Komeńskiego w Lesznie 27