Korszerű mobil rendszerek

Korszerű mobil rendszerek

Dr. Maros Dóra


A kommunikáció evolúciója


…..a mobilok….is fejlődtek


…ahhoz képest, amivel kezdődött…..


Comité Européen de Normalisation Électrotechnique;

Világszervezetek:

Európai szervezetek:

European Telecommunications Standards Institute

International Telecommunication Union

International Electrotechnical

CommissionInternational Organization

for Standardization

Szabályozási szervezetek


Institute of Electrical and Electronics

Engineers Internet Engineering

Task Force

Nemzetközi:

International Federation for Information Processing

Magyar:

Független szakmai szervezetek


Mobil rendszerek generációi (2G - 3G+)


Mobil hálózatok fejlődése a 3G után


900 MHz-2,6 GHz

Elektromágneses hullámok spektruma


FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Frekvencia

Idő

TDMA (Time Division Multiple Access)

1 csatorna = 1 időrés

CDMA (Code Division Multiple Access)

1 csatorna = 1 kód

Frekvencia

Idő

Frekvencia

Idő

Több felhasználó megosztva használja a rendelkezésre álló frekvenciasávot

NMT 450 GSM UMTS

Többszörös hozzáférési technikák

1 csatorna = 1 frekvencia


TDMA:más

időkben vagy

CDMA: egy

időben, más

kódolással

FDMA: egy időben más

frekvenciasávok

OFDMA: egy időben több

frekvenciasáv

Egyvivős (Single Carrier) és többvivős (Multi Carrier) rendszerek


FDD (Frequency Division Multipex) Különböző frekvenciasávok downlink és uplink átvitelre Jelenleg preferált megoldás Előnye: pl. beszélgetés, videotelefon Hátránya: aszimmetrikus terhelés esetén a sávszélesség

nincs kihasználva

TDD (Time Division Multipex) Ugyanaz a frekvenciasáv downlink és uplink átvitelre Jövőbeli megoldás (ma is van néhány pl. China Telecom) Előnye: sávszélesség hatékony kihasználása Hátránya: nagyon pontos időzítés kell

Duplexelés típusai


Downlink

Uplink

FDD: Két különböző frekvenciasáv a két

iránybanGSM :200 KHz UMTS: 5 MHzLTE: 20 MHz

TDD: Egy frekvenciasáv a két irányra, UL és DL időben változik (UMTS és LTE)

B(dl):sávszélesség

B(ul)

B(dl)=B(ul)

fk(dl)

fk(ul): középfrekvencia

fk(dl)-fk(ul)= duplex távolság

Downlink

Uplink

idő

Duplexelés a rádiós hozzáférésen


GSM 900, 1800, 1900 sávok (2G)


Duplexelés Uplink Downlink Sáv

UMTS-FDD 1920 - 1980 MHz 2110 - 2170 MHz 60 + 60 MHz

UMTS-TDD 1900 - 1920 MHz UL/DL 2010 - 2025 MHz UL/DL 20 + 15 MHz

Műhold 1980 - 2010 MHz 2170 - 2200 MHz 30 + 30 MHz

2000-ben, új frekvenciasávok 806 - 960 MHz, 1710 - 1885 MHz (GSM

sáv!) 2500 - 2690 MHz

DECT

GSM1800

1800 1900 2000 2100 2200 2500 2600 2700

UMTSFDD

Műhold

UM

TS TDD

UM

TS TDD

UMTSFDD

Műhold

UMTS

[MHz]

Páros sávokPáratlan sávok

Csatorna távolság: 5,10, vagy 20 MHz

UMTS frekvenciasávok


40 sáv:24 FDD16 TDD

LTE frekvenciasávok


TDD spektrum allokációk


Forgalom osztály

Conversational Streaming Interactive Background

Késleltetés

Válaszidő információ adás/vétel

között

Válaszidő informáci

ó adás/vétel között

Válaszidő lekérdezés

re

A fogadóolda

l egy bizonyos időn belül nem fogad

újabb adatot

<< 1 s ~ 1s < 10 s > 10 s

Hibatolerancia Igen Igen Nem Nem

Mód (tipikus) Áramkör-kapcsolt

Csomag-kapcsolt

Csomag-kapcsolt

Csomag-kapcsolt

SzolgáltatásBeszéd,

Videotelefon

Streaming

multimedia

Web böngészésAdatbázis kezelés….

Email, SMS,

MMS…

QoS osztályok


Conversational Beszéd

▪ Szimmetrikus forgalom▪ Round Trip Time < 400 ms ▪ AMR (Adaptive Multi-rate) codec▪ AMR-WB (AMR Wideband) codec (Release 5)

▪ Mintavétel: 16 kHz (8 kHz helyett)▪ Hang és audio jelek minőségi kódolása▪ Sebesség: 24 ÷ 6,6 kbps

Video telefon▪ Áramkörkapcsolt: H. 324▪ Csomagkapcsolt: SIP (Session Initiation Protocol)

Párbeszéd (conversational) osztály jellemzői


Streaming osztály Kevésbé szigorú késleltetési előírások Asszimetrikus Szolgáltatások

▪ Web broadcast (nagyszámú „hallgatóság” kapcsolódik egy médiaszerverhez)

▪ Videoanyag kívánságra (pl. nagy cégek saját oktatóanyagokat tárolnak szerverükön, és azt a mobilon meg lehet nézni)

Interactive osztály Tranzakció-orientált szolgáltatás

▪ Alkalmazás: nagy adatbázisok kezelése, web böngészés▪ Alkalmazott protokollok: HTTP, DNS stb▪ Jellemzők: asszimetrikus, kis kapcsolási idő, nagy mennyiségű

adatletöltésBackground osztály Alkalmankénti egyirányú kapcsolat• MMS, SMS, E-mail

Egyéb QoS osztályok jellemzői


Minden 3G (UMTS) szolgáltatásra külön kell specifikálni: Késleltetés Bithiba arány Adatsebesség Tendencia: Szolgáltatások csomagkapcsolt hordozón történő megvalósítása az áramkörkapcsolt megoldás helyett 4 QoS (Quality of Service) osztály Legfőbb faktor: mennyire érzékeny a szolgáltatás a

késleltetésekre

3G szolgáltatások jellemzői


Mobil készülék (ME:Mobile Equipment) rádió terminál, amely többfajta információ (beszéd, audio,

video, internet, stb.) kezelésére alkalmas

USIM (UMTS SIM) GSM SIM kártyával hasonló funkciók, új jellemzőkkel

kiegészítve

USIM

ME

UEMobil készülék

UMTS Előfizetői Azonosító Modul

Felhasználói készülék (User Equipment)


Cellák és adatsebesség

HSDPA (Release 5-től) High Speed Downlink Packet Access: >10Mbit/s


MS BTS

BSCMSC/VLR

SGSN

BTS

HLR

GMSC

Internet

PLMN, ISDN

GERAN Maghálózat (CN:Core Network)

Külső hálózatok

GGSN

MS= ME+SIM

Áramkörkapcsolt (CS) összekötetéshez

Csomagkapcsolt (PS) összeköttetéshez

MS: Mobile Station BTS: Base Transceiver Station BSC: Base Station Controller PCU: Packet Contol Unit MSC: Mobile Switching (Serving) Center GMSC: Gateway MSC VLR: Visitor Location Register HLR: Home Location Register AUC: Authentication Center SGSN: Serving GPRS Support Node GGSN: Serving GPRS Support Node EIR: Equipment Identiy Register

AUC

PCU

PCU

EIR

GSM hálózat (2.5 generáció)


UE Node B

RNCMSC/VLR

SGSN

Node B

HLR

GMSC

Internet

PLMN, ISDN

UTRAN Maghálózat (CN:Core Network)

Külső hálózatok

GGSN

UE

Áramkörkapcsolt (CS) összekötetéshez

Csomagkapcsolt (PS) összeköttetéshez

UE: User Equipment UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access NetworkNode B: B(ázis) csomópont, bázisállomás RNC: Radio Network Controller

AUCEIR

UMTS hálózat (Release 99-kezdeti állapot)


MGW: Media Gateway (Média átjáró)HSS: Home Subscriber Server (Honos előfizetői szerver) MRF: Media Resource Function (Média erőforrás funkció)CSCF: Call Session Control Function (Hívás felépítés vezérlés funkció)MGCF: Media Gateway Control Function (Média átjáró vezérlés funkció)IMS: IP Multimedia Subsystem (IP multimédia alrendszer)

MGW

SGSN

MGW

GGSN

UTRAN

MSCserver

GMSCserver

PSHSS

PSTN

IP hálózat

MRF

CSCF

MGCF

IMS

Adat & vezérlés

Vezérlés

MSC helyett

GMSC helyett

HLR helyett

AUC

GERANEIR

IMSMGW

CS

UMTS maghálózat fejlődése (Release 4-)


Node B Bázisállomás, amely megvalósítja a rádiós

interfész fizikai rétegét: csatornakódolás és interleaving, spektrum kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading) moduláció/demoduláció, sebességillesztés, mérések, stb.)

Megvalósít néhány rádió erőforrás menedzsment funkciót is: pl. finomabb (softer) handover vagy zárthurkú (close loop) teljesítményszabályozás

RNC (Radio Network Controller) Rádiós-hálózat vezérlő, amely az UMTS rádiós

interfész és a maghálózat közötti kapcsolatot biztosítja

Vezérli a rádiós erőforrások felhasználását (RRM-Radio Resource Management), a teljesítményszabályozást

Kezeli a protokoll illesztéseket a következő interfészeken: UE-RNC, RNC-RNC or RNC-MSC/SGSN

Load Management, Admission Control

Az UTRAN elemei


CBC: információ küldés a cellában tartózkodó minden UE felé (például városnév küldése a készülékre)SMLC : aktuális tartózkodási helytől függő szolgáltatások (Location Base Services) vezérléséhez

RNC Cell Broadcast Centre (CBC)

Iu-BC

Serving Mobile Location

Centre(SMLC)

Iu-PC

Új hálózati elemek az UMTS-ben


MSC, GMSC szerverek Jelzésfunkciók vezérlése Az előfizetői adat az MGW-n megy keresztül Egy MSC, GMCS szerver számos MGW-t vezérel

▪ Amikor növekszik az adatforgalom, csak egyel növelni kell az MGW-k számát

MGW (Media Gateway)Multimédiás áramkörkapcsolt megoldások átjárója

HSS (Home Subsciber Server) HLR helyett lesz (mobilitás kezelés, felhasználói biztonsági

funkciók, elérés hitelesítés, stb.)MRF (Media Resource Function) Multimediás erőforrások vezérléseCSCF (Call Session Control Function) Multimédiás kapcsolatok felépítése és kezeléseMGCF Az ISUP és IM alrendszerek hívásjelzés protokollok illesztését

kezeli IP szolgáltatások és UMTS áramkörtkapcsolt hálózati rész

jelzésszintű összekapcsolása

Új hálózati elemek a maghálózatban


RRM feladatok Rádiós erőforrások hatékony kezelése Garantált QoS értékek a felhasználók

számára Előre tervezett lefedettség biztosítása Kapacitás optimalizálásRRM vezérlési folyamatok Teljesítmény szabályozás (Power control) Handover Beléptetés vezérlés (Admission control) Terhelés vezérlés (Load control)

Radiós erőforrás kezelés (Radio Recource Management)


GSM szektorsugárzók

Dönthető antennák

Szektor antennák


Toronyra szerelt omni antenna

„Kézi” omni antenna

Omni antennák


Mikrohullámú antennák: kapcsolat a hálózat felé (pár tíz GHz, Mo-on 40 GHz-ig)

Mikrohullámú antennák


MIMO antennák (LTE)

Több szektoranten

na egy irányban

3G/4G antennák


Beltéri antennák


Csatornakapacitás

C - csatorna átviteli kapacitás [bit/s]B - csatorna sávszélesség [Hz]S - jelteljesítmény [W]N - zajteljesítmény [W] (Interferencia jelek okozzák)

1. Ha azonos jel/zaj viszony fenntartásával növelni akarjuk a csatorna átviteli kapacitását (sebességét) meg kell növelni a csatorna sávszélességét.

2. Ha a csatornát zavaró interferencia túl nagy (csökken S/N értéke), változatlan sávszélesség mellett csökken a csatorna kapacitása.

BC

NS

NSBC

NSBC

2ln2ln

1log2

Hartlay-Shannon törvény:


A CDMA-t alkalmazó rendszereknél:Ha az aktív UE-k száma az

interferencia szintje a rendszerben ▪ Minden UE interferenciát okoz:

▪ Minden másik UE-nek a cellában ▪ Minden másik UE-nek a környező cellákban

Ha UE kimeneti teljesítménye a sávban az interferencia (= a rendszer kapacitása)

Teljesítmény szabályozás szükségessége


Teljesítmény szabályozás minimalizálni kell az interferenciát hogy a kapacitást növelni lehessen

UE2UE1

Node B• A pontos és gyors

teljesítményszabályozás a CDMA rendszerek használhatóságának legfontosabb tényezője

• A túl nagy teljesítménnyel adó UE blokkolhatja a cella forgalmának nagy részét.

Közel-távol (near-far) probléma

Teljesítmény szabályozás (közel-távol probléma)


UMTS-ben alkalmazott háromféle teljesítmény-szabályozás megoldás:

Nyílthurkú (open-loop) Gyors, zárthurkú (fast closed-loop) Külsőhurkú zárt (outer loop)

Teljesítmény szabályozás típusai


UE „durva” kezdeti teljesítmény beállítása a cellában (uplink)A beállítás „pontatlan”: tolerancia ± 9-12 dB (path loss, lassú fading)

Nagy az FDD frekvenciák különbsége, nincs kolleráció a gyors fadingek esetén. Nem használható.

Node BUE

Downlink vételi teljesítmény mérés (BCH)

Tx teljesítmény

Nyílthurkú teljesítmény szabályozás (open-loop)


Uplink irányban Node B méri a vett SIR értéket (Signal to Interference Ratio) Ha SIRmért > SIRcél akkor a Node B utasítja UE-t

teljesítménytHa SIRmért < SIRcél akkor a Node B utasítja UE-t teljesítményt

Szabályozás sebessége = 1500/s minden UE esetében (1dB)▪ A GSM-ben lassú szabályozás van (2 Hz)▪ A mechanizmus gyorsabban működik minthogy lényeges path

loss következne be Ha egy UE túl nagy teljesítménnyel ad, túl nagy

interferenciát okoz a többi UE számára

Downlink irányban Nincs közel-távol probléma (Node B több UE felé) A Node B a cella határán lévő UE-khez igazítja a

teljesítményt

UE2

UE1Node B

Tx telj. Tx telj.

Gyors, zárthurkú teljesítmény szabályozás (closed-loop)


SIRcél (SIRtarget ) a szükséges BER szerint van meghatározvaSIRcél .~ UE sebessége, mert változik a BER.

SIRcél értékét az UE sebességétől függően kell változtatni

Külsőhurkú szabályozás SIRcél értéke változik a Node B-ben, hogy a BER-t konstans

szinten lehessen tartani

RNC(Külsőhurkú szabályozás)

Node B(Zárthurkú szabályozás)

UE

FER

SIRcél

SIRcél

Idő

Külsőhurkú teljesítmény szabályozás (outer loop)


Csatornaváltás vagy cellaváltás kapcsolat közbenTípusok Durva (hard) handover

Frekvenciák közötti: a WCDMA vivőfrekvenciák közötti handover (egy cellában több vivő is van) Rendszerek közötti: UMTS frekvenciasávok között, vagy UMTS és más rendszer között (pl. UMTS-GSM között)

Finom (soft) handover: Két Node B szektor között

Finomabb (softer) handover: Egy Node B két szektora között

Handover


MS csak egy BTS-el van kapcsolatban egyidőben MS hirtelen vált át az egyik csatornáról a másikra,

átváltás közben rövid időre nincs kapcsolat BTS 1

(f1,TS5)

BTS 2 BTS 1

(f2,TS3)

BTS 2

MSa

MSa

GSM

UMTS

f2f1 f1

f2

UMTS

GSM

Durva (hard) handover


CDMA rendszerekben alkalmazzák Finom handover Egy UE kettő, vagy annál több Node B-vel kommunikál

parallel UE már a Node B2-vel kommunikál, miközben a Node B1-el is

kapcsolatban marad „Láthatatlan” (seamless) átmenet a cellák között

Több szimultán kapcsolat a bázisállomásokkal → Makro-diverzitás

Finom (soft) handover elve

Node B1Node B2

1

UEa Node B1Node B2

2

UEa

Node B1Node B2

UEa

Node B3


UE két Node B-hez tartozó szektor határán tartózkodik

UE-Node B kommunikáció két rádiócsatornán zajlik A jelek kombinációját (uplink irányban) az RNC végzi Többutas vétel problémája – Rake feldolgozás

Két teljesítmény szabályozási hurok aktív

Szektor 1

Szektor 2

RNCNode B1

UEa

Node B2

Finom handover jellemzői


UE egy Node B két szektorának határán tartózkodik

UE-Node B két rádiócsatornán kommunikál A jelek kombinációját (uplink) a Node B végzi Többutas vétel– Rake feldolgozás

Egy teljesítményszabályozás hurok aktív

Sector 1

Sector 2

RNCNode B

UEa

Finomabb (softer) handover


(Hard) Handover BTS1 – BTS1 BTS1 - BTS2

- GSM/GPRS- megszakítás van az átvitelben

Soft handover Node B1 - Node B2 - cdma2000, UMTS- nincs megszakítás az átvitelben

Softer handover Node B1 - Node B1 - UMTS

Frekvencia hard handover Carrier f1 - Carrier f2 - UMTS

Rendszer hard handover Rendszer1 –Rendszer2 - WCDMA FDD / GSM

Handover áttekintés


Frekvencia ugrálás (Frequency Hopping) GSM (lassú), Bluetooth (gyors) Direkt szekvenciás kiterjesztés (Direct

Sequence) - Egyszerű implementáció → elterjedt használat (nem szükséges

nagysebességű frekvencia szintézer) - A rendelkezésre álló frekvenciasávot folyamatosan kihasználja - cdma2000, WCDMA

Időugrálás (Time Hopping) Katonai alkalmazások Többvivős CDMA (Multi Carrier CDMA)

Kiterjesztett spektrumú technikák


A B AB

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Kiterjesztés (spreading) – egy információs bitet a kiterjesztő sorozat n bitjének feleltetünk meg Kiterjesztő sorozat bitjei = chip-ek Chipek száma/információs bit = Kiterjesztési

Factor/Spreading Factor (pl. SF= 4, 8, 16, …512)

A B AB

+1 +1 +1

+1 -1 -1

-1 +1 -1

-1 -1 +1

XOR

100 kb/s (or kchip)

10 kb/s 100 kbpsInformációs bitek

Kiterjesztő sorozat

Kiterjesztett

információ

XOR logikai funkció és and analóg megfelelője

A jel kiterjesztésének elve


RSp, Sp-hez hasonlóan álvéletlen (pszeudo-random) zajként jelenik meg

R * Sp a kiterjesztett jel megnöveli a spektrumot

Információs bitek (R)

Kiterjesztő sorozat (Sp)(SF = 8)

Kiterjesztett információ (RSp)(= R * Sp)

Kiterjesztés

Kiterjesztő sorozat (Sp)Szűkítés

Adat (R)

Információs bit

Chip

1-1

1-1

1-1

1-1

1-1

Kód adás-vételt szinkronizálni kell

Kiterjesztés/szűkítés (spreading/despreading)


Szűkítés (despreading) – felerősíti a kívánt jelet a többi jelhez képest.

Feldolgozási nyereség (Processing gain): PG

PGSNRin SNRout(dB) = SNRin(dB) + PG(dB)

SNR - Signal to Noise Ratio: Jel/zaj viszony

Szűkítés

Vevő bemenetére jutó jel/zaj viszony

Szűkítés utáni jel/zaj viszony

Feldolgozási nyereség


][log10 10 dBRRP

RRP

Info

PNG

Info

PNG

RPN – chip sebesség (PN sorozat sebesség)RInfo – információ bitsebesség

PéldaRPN = 3,84 McpsRInfo = 12,2 kbps

PG = 10*log10(3,84*106/12,2*103) = 25 dBA szűkítés után, a jel teljesítményének néhány dB-vel a zajteljesítmény felett kell lennie, különben a jelet nem lehet kinyerni a csatornából.

Feldolgozási nyereség direkt szekvenciás kiterjesztésnél


Más kiterjesztett csatornák, interferenciaként jelentkeznek a felhasználó csatornáján és meghatározzák SNR értékét a szűkítés után Példa1.) RPN = 3,84 Mcps 2.) RPN = 3,84 Mcps RInfo = 12,2 kbps RInfo = 2 Mbps PG = 25 dB PG = 2,8 dB Tegyük fel, hogy a jó ávitelhez SNRout = 7 dB szükséges SNRout = SNRin + PG 1.) SNRIN = SNROUT - PG = -18 dB 2.) SNRIN = SNROUT - PG = 4,2 dB

A kívánt jelszintnek az 1.) esetben18 dB-vel kevesebbnek, a 2.) esetben 4,2 dB –el többnek kell lennie, mint a többi csatorna által okozott interferencia és zaj.

Példa a DS-CDMA jel teljesítmények meghatározására


twAtctstctstctsS cnnTx cos)]()(...)()()()([ 2211

A felhasználók ugyanazt a frekvenciasávot használják egyidőben

Kódjaik alapján vannak megkülönböztetve

c1(t)s1(t)

c2(t)s2(t)

cn(t)sn(t)

∑

Acos(ωct)

f(Hz)

Teljesítmény

f(Hz)

f(Hz)

f(Hz)

f(Hz)

f(Hz)

f(Hz)

Power

STXPseudo-zaj 1

Pseudo-zaj 2

Pseudo-zaj 3

Háttérzaj

Teljesítmény

Teljesítmény

Teljesítmény

Teljesítmény

Teljesítmény

Modulátor

Kiterjesztés

DS-CDMA jelek kiterjesztése (spreading)


1)()(,1)()(cos)()()(cos])()()([)()(

)(cos)]()(...)()()()([)()(

111'

111'

211

1'

22111

tctctctctwAtctctstwAtctctstctS

tctwAtctstctstctstctS

icc

n

iiiRx

cnnRx

f(Hz)

Kívánt jel

fc = c/2

c1(t)

fc = c/2

Sáváteresztő szűrő

A vett jel az összes vivőre ültetett kommunikációs

csatorna jelét tartalmazza

A jel szűkítése (despreading) az átviteli csatornán vett jel és a csatorna kódjának XOR logikai leképezésével történik.

SRX

nemkívánt jelek (interferenciák) kívánt jel

Átviteli csatornán vett jel

Demodulátor

DS-CDMA jelek szűkítése (despreading)


Természetes akadályok miatt (épületek, dombok, stb.), terjedésekor a jel visszaverődik, szóródik és csillapul többutas terjedés

A jel a vevőre időben jól elkülöníthető pillanatokban érkezik A beérkező energia változása (eloszlása) adja meg a

többutas késleltetés profilt A késleltetés értéke:

1 to 2 µs városi, vidéki környezetben 20 µs vagy több dombos területeken

Többutas komponensek

Többutas terjedés


Tchip = 0,26 µs (WCDMA, 3,84 Mc/s)Két eset Ha TMultiCom 0,26 µs, a vevő szét tudja választani és

kombinálni a többutas komponenseket hogy meghatározza a jel diverzitását ▪ TMultiCom ≥ 0,26 µs …ha az átviteli út ≥ 78 m

(kis mozgási/chip sebesség)▪ 1Mc/s esetén, 300 m

▪

Általában több egyforma hosszúságú terjedési út van adott idő alatt

Például a /2 (2GHz, =15 cm), késleltetéssel érkező jelek egy chipidő késleltetéssel érkeznek a vevőre

Ha az adó mozog jelvesztés vagy gyors fading jelentkezhet a kioltások miatt.

TMultiCom

Többutas terjedés problémája


A vett jel teljesítménye hirtelen 20-30 dB-el csökken

Rayleigh eloszlású fading Ellelépések a WCDMA-ban

Rake vevő Gyors teljesítmény szabályozás Hatékony kódolás, interleaving, újraküldési protokollok

Gyors fading


Csúcsértékek meghatározása Azon időbeli helyek meghatározása, ahol jelentősen megnő

a vett jel (szimbólum) energiája (teljesítmény sűrűsége), és ezen helyek megjelölése mutatókkal (fingers).

A mérés eredményei adják a többutas terjedés profilját.

Változások követése A mutatók vektor jellegűek, amelyek követik a gyors

fadingből eredő és gyorsan változó fázis- és amplitúdó jellemzőket

A változások észlelése ≤ 1 ms Jelfeldolgozás Minden egyes mutatót feldolgoznak, hogy meghatározzák a

demodulált jelet és fáziskésését, majd az összegzett eredményeket a dekóderbe küldik.

CDMA vevő


Maximális Rádió Keverés (Maximal Rádio Ősszegzés: MRC)

WCDMA pilot jeleket (szimbólumokat) használ, hogy a csatornára megbecsülje a súlyozott fázorok aktuális értékét

A csatorna által okozott fáziseltérést kompenzálják (visszaforgatják) az eredeti értékre

A kompenzált jeleket összeadják, hogy visszakapják a kívánt jelenergiát

Mutató 1

Mutató 2

Mutató 3

Adó jele Vett jel különböző

késleltetéssel

Csatornára becsült változás alapján

végrehajtott korrekció

Összegzett szimbólum

Σ

Fáziskompenzáció

Mutatók (fingers) elemzése


Finger 3

Korrelátor és kódgen. : szűkíti és integrálja az adat szimbólumotCsatorna becslő: megbecsüli a csatorna állapotát (a pilot jelekből) Fázisforgató: a vett jel fázisát kompenzálja (visszaforgatja) Késleltetés kiegyenlítő: kompenzálja a mutatók közötti időt Összeadó: összeadja a kompenzált jeleketIllesztett szűrő: frissíti a csatorna többutas fading profilját

Bejövő jel Összeadó

Finger 2 Finger 1

Korrelátor

Kód generátor

Csatornabecslő

Fázis forgató

Késleltetéskiegyenlítő

Illesztettszűrő

Dekóder

Időzítés

CDMA Rake vevő 3 mutatóval (finger)


Jellemzők Interferencia a csatornák között Véletlenszerű terhelés

Választás Auto-korrelációs jellemzők szerint Kereszt-korrelációs jellemzők szerint

Kódok típusai PN sorozat (Pseudo random Noise sequence)

▪ MLS (Maximal Length Sequence) Gold kód Walsh kód

Kiterjesztő kódok (spreading codes)


dttFtFACF

)()( Időben változó folytonos jel autokorrelációs függvénye:

NCCCCACF ACF értelmezése bitsorozatra: → L hosszúságú bitsorozat bitjeit összehasonlítjuk ugyanazon bitsorozat eltolt változatának bitjeivel (az eltolás mértéke: 1-L)

# Egybevágó bitek a két bitsorozatban# Nem egybevágó bitek a két bitsorozatban

ACF: Auto-Correlation Function

Auto-korreláció definiciója


-2

0

2

4

6

8

Eltolás (bits) Bitsotozat CC NCC ACF0 1011100 7 0 71 0111001 3 4 -12 1110010 3 4 -13 1100101 3 4 -14 1001011 3 4 -15 0010111 3 4 -16 0101110 3 4 -17 1011100 7 0 7

Kor

relá

ció

PN eltolás04 05 06 00 01 02 03 04 05 06 00 01 02 03

Auto-korreláció értelmezése bitsorozatra (példa)


dttGtFCCF

)()(

Időben változó folytonos jelek F(t) és G(t) keresztkorrelációs függvénye:

NCCCCCCF CCF értelmezése két bitsorozatra → két különböző bitsorozat bitenként összehasonlítása

# Egybevágó bitek száma# Nem egybevágó bitek száma

Ortogonális kódok: CCF = 0

CCF: Cross-Correlation Function

Kereszt-korreláció értelmezése


1... 1111 xaxaxaxP nnnn

123 xxxP

12 NL

7123 L

PN sorozat – bináris bitsorozat zajjellegű tulajdonságokkal (pszeudorandom) … PN sorozat nem teljesen determinisztikus, és nem teljesen

véletlen PN generator Lineáris visszacsatolt shift regiszter

Minden shift regiszter más polinomot állít elő

A PN sorozat hossza:

x0 x1 x2 x3

órajelPN sorozat

[chipek] … N – tárolók száma

Példa: 3-as shift regiszter

PN sorozat


Gold kód: két preferált PN sorozat bitenkénti modulo 2 összeadása (XOR) (primitív kifejezés) Az egyik PN sorozat eltolásával más GOLD kódot Csak három keresztkorrelációs csúcsértéke van,

amely a kódsorozat hosszának növekedesével egyre kevésbé lényeges

Egyszerű auto-korreláció nulla értékű (mint a PN sorozatoknál)

Elősegíti az aszinkron átvitelt▪ a vételi oldalon a Gold kód auto-korrelációs jellemzői

segítségével állítható vissza a jel Nagy mennyiségű kód generálható jó korrelációs

jellemzőkkel

Gold kód


NN

NNN MM

MMM 2

Walsh, vagy Walsh-Hadamard kódokA kódok ortogonálisak egymással ugyanabban a mátrixban (CCF = 0)Rossz auto-korrelációs jellemzők▪ Egy kód és eltolt változata közti auto-korreláció nem nulla

Walsh mátrix:▪ Négyzetes matrix▪ Mátrix leírható: (m = matrix mérete, i = sor száma)

1001001101011111

0110110010100000

0110110010100000

0110110010100000

0110110010100000

1000

0 8421 MMMM

miW

81W

10101010

Walsh kódok


01 W

0020 W

001142 W

0121 W

010141 W 01104

3 W

0000000080 W 000011118

4 W 0011001182 W 010101018

1 W 0011110086 W 010110108

5 W 0110011083 W 011010018

7 W

ismétlés& invertálás

ismétlés

000040 W

Walsh kód fastruktúrája


Kód Chip-ek Analóg megjelenés

Walsh 0 0000

Walsh 1 0101

Walsh 2 0011

Walsh 3 0110

bit 0 ≈ +1bit 1 ≈ -1

Walsh kód 3

bit 0 bit 1

adatbitek

Walsh 3

Kiterjesztés után

A user (Walsh 0)

B user (Walsh 2)

C user (Walsh 3)

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

+3,+1,-1,+1

Walsh kódok a kiterjesztésben (példa)


144

144

144

A user (Walsh 0) 0 0 0 0 1

B user (Walsh 2) 0 0 1 1 1

C user (Walsh 3) 0 1 0 1 1

A (Walsh 0)

Walsh kód * kiterjesztett adatChip-ek száma a Walsh kódban 1

44

Információs bitek (A user) 0 0 0 0 1

CCF=1*3+1*1+1*(-1)+1*1

144

Walsh kódok a szűkítésben


Kód alkalmazás Előnyök Hátrányok

Walsh UMTS, cdmaOne • A kódok ortogonálisak • rossz auto- és keresztkorreláció

PN sorozat cdmaOne• Jó autokorreláció

• Nem ortogonális kódok• Rossz keresztkorreláció • Kis számú kód

Gold UMTS • Jó kerasztkorreláció• Nagyszámú kód •Autokorreláció Walsh < Gold < PN sorozat

• nem ortogonális kódok

A kódok korrelációs jellemzői nagyban meghatározzák a cellában az interferenciát

CDMA kapacitás az interferenciától függ

Kódok - áttekintés


Előfizetői adat

Si

Csatorna kód(Walsh)

Jelsebesség (változik)

Chip sebesség

(fix)

Kiterjesztő kódok = Walsh kódok Minden kód egy csatornát reprezentál csatorna kódok Azonosítja az előfizetőket a cellában A kódhossz válozik és az alkalmazástól függ

Ci

Ci+1

Si+1

Ck

Sk

UMTS-ben használt kódok downlink irányban (I.)


Keverés (scrambling): a kiterjeszett jelet egy második kóddal szorozzuk meg A kiterjesztés után használjuk Nem változik a jel sávszélessége (…sebessége)

Keverő kódok = Gold kódok javítja a csatornakód autokorrelációs jellemzőjét Azonosítja a Node B-ket (… minden Node B-nek más kódja van)

Keverő kód (Gold)

Chip sebesség

Előfizetői adat

Si

Csatorna kód(Walsh)

Jelsebesség

(változik)

Chip rate (fix)

Ci

Ci+1

Si+1

Ck

Sk

UMTS-ben használt kódok downlink irányban (II.)


Node B (adás) a Node B-k által küldött jelek időben szinkronozva

vannak

UE (vétel) A többutas terjedés miatt, a küldött jelek

ortogonális jellemzői megszűnnek (Rake vevő)

UMTS-ben használt kódok downlink irányban (III.)


Csatornakód Walsh Szétválasztja az adat és kontroll fizikai csatornákat

Keverő kód Rövid (Gold kód) vagy hosszú (PN sorozat) Elkülöníti a felhasználókat of users

A felhasználó jelei nem ortogonálisak UE-k felől érkező jelek aszinkronok

UMTS-ben használt kódok uplink irányban (IV.)


Csatorna kód Keverő kód

HasználatDownlink: UE-k elválasztása a cellábanUplink: kontroll és adat fizikai csatornák szétválasztása egy UE felöl

Downlink: cellák megkülönböztetéseUplink: UE-k megkülönböztetése

Chip- hosszúság

Downlink: 4-512 chip

Uplink: 4-256 chip

Downlink: 10 ms = 38400 chips Uplink: 10 ms = 38400 chips or 66,7 µs = 256 chips

Kódok száma Shift regiszter hosszától függDownlink: 512Uplink: sok millió

Sáv-szélesség Megnöveli az átviteli sávszélességet Nincs hatása a sávszélességre

UMTS-ben használt kódok (V.)

Documents

Korszerű mobil rendszerek