Upload
mirtastefanac
View
91
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Audiotorne vježbe, kolegij Mobilne komunikacije, Tehničko Veleučilište u Zagrebu, TVZ
Citation preview
Mobilne komunikacije 04. studeni 2012. 1
MOBILNE KOMUNIKACIJE
auditorne vjebe
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 2
Pravila logaritmiranja
> Pravila logaritmiranja:
b
bb
b
aab
ab
aa
aba
bab
a
baba
10)(loglog
log1
loglog
loglog
loglog)log(
loglog)log(
1
1
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 3
to je to dB, dBm?
> Decibel (dB) je logaritamska mjerna jedinica koja izraava relativan odnos neke mjerene (X) fizikalne veliine u usporedbi sa specificiranom ili pretpostavljenom vrijednou (Xo). Decibel ima iroku primjenu u akustici, fizici, elektronici i nekim drugim znanstvenim disciplinama
> Logaritamska priroda omjera omoguava prikladan prikaz jako velikih, ali i jako malih omjera. Tako npr. poveanje od 3 dB odgovara udvostruenju snage, poveanje od 6 dB odgovara etverostrukom poveanju snage itd.
> Obzirom da se radi o omjeru, decibel je bezdimenzionalna veliina.
> dBm je stoga izmjerena razina snage u odnosu na 1mW:
> Primjeri:
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 4
to je to dB, dBm? Odnos dB - W
> Odnos dB -W
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 5
Frekvencijski pojas rezerviran za GSM (P-GSM, E-GSM i DCS-1800)
> GSM 900 2x 25 MHz, dupleksni razmak 45 MHz , irina kanala 200 KHz, 125 kanala
> E-GSM dodatno 10 MHz na donjem dijelu pojasa, novih 50 kanala
> DCS-1800 2x75 MHz, dupleksni razmak 95 MHz , irina kanala 200 KHz, 374 kanala
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Pregled frekvencijskih pojasa
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 6
Frekvencijski pojas rezerviran za GSM (P-GSM, E-GSM i DCS-1800)
Jednadbe koje opisuju vezu izmeu broja kanala (n, ARFCN) i frekvencije kanala:
n - Absolute Radio Frequency Channel Number, ARFCN Napomena: n= ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number), pa se moe pisati i n i ARFCN
1241),2.0(0.890)( nnnFul
1241,45)()( nnFnF uldl
GSM 900, dva pojasa irine 25 MHz, dupleksni razmak 45 MHz , separacija 200 KHz, 125 kanala
Extended GSM (E-GSM) dodano 10 MHz na donjem dijelu pojasa, novih 50 kanala
1241),2.0(0.890)( nnnFul
1023975),1024(2.00.890)( nnnFul
45)()( nFnF uldl
DCS-1800, dva pojasa irine 75 MHz, dupleksni razmak 95 MHz , separacija 200 KHz, 374 kanala
885512),511()2.0(710,1)( nnnFul
885512,95)()( nnFnF uldl
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Pregled frekvencijskih pojasa
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 7
Dobitak antene (g) je broj koji kazuje koliko puta vea treba biti ukupna zraena snaga izotropnog radijatora od ukupne privedene snage razmatrane antene, da bi se izotropnim
radijatorom na odreenoj udaljenosti postigla jednaka gustoa to je ima razmatrana antena u smjeru maksimalnog zraenja.
Jakost elektrinog polja (Emax) na mjestu prijema, u smjeru maksimalnog zraenja
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Jakost elektrinog polja (Emax) na mjestu prijema, u smjeru maksimalnog zraenja
d
gPE ODOD
30max
d
POD
gOD
Emax
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 8
Izraunavanje izlaznog napona (UPR) na mjestu prijema
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izlazni napon (UPR) na mjestu prijema
UPR
gPR
m
VEdBgMHzfVdBU
m
VE
MHzf
gRVU
PRcPR
c
PRPR
max
max
log20log208.29)(
19
R Za R=50 vrijedi jednadba:
Emax
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 9
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Osnovni parametri antena
Usmjerenost i dobitak antene > Kut usmjerenosti (D i D) je kut oko glavnog smjera zraenja unutar kojeg gustoa zraene snaga ne pada ispod polovice one snage koja se zrai
u smjeru maksimalnog zraenja. U literaturi se te karakteristine toke esto nazivaju i 3dB toke jer predstavljaju toke u dijagramu zraenja u kojima snaga padne za 3 dB (za pola), a jaina polja padne za 2.
> Usmjerenost antene moe se shvatiti kao broj koji kazuje koliko puta ukupna zraena snaga izotropnog radijatora mora biti vea od ukupne zraene snage razmatrana antene da bi se s izotropnim radijatorom na odreenoj udaljenosti postigla jednaka gustoa snage, to je ima razmatrana antena u smjeru maksimalnog zraenja.
> Usmjerenost (D) se rauna prema jednadbi:
Gdje je:
D- horizontalni kut usmjerenosti
D- vertikalni kut usmjerenosti
> Veza izmeu usmjerenosti (D) i dobitka antene (g)
Gdje je:
k- koeficijent djelotvornosti
DD
D
41235
DD
kDkg
41235
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 10
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Elektromagnetsko zraenje
Ortogonalne polarizacije
Za ortogonalne polarizacije vrijedi da:
> Ne interferiraju meusobno
> Imaju isti aksijalni odnos AO
> Velike osi su im meusobno okomite
> Imaju suprotne smjerove rotacije
Linearna vertikalna Linearna horizontalna +45
Linearna horizontalna Linearna horizontalna -45
Kruna desni
Kruna lijevi
Eliptika desni
Eliptika lijevi
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 11
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Elektromagnetsko zraenje
Jakost polja i gustoa snage elektromagnetskog vala
> Jakost polja elektromagnetskog vala (E) mjeri se kao napon izmeu dviju toaka koje lee na jednoj elektrinoj silnici polja u ravnini valne fronte. Usporedbeni napon je induciran u ici duljine jednog metra, izraeno u voltima po metru (V/m). Kako je napon u nekom valu obino vrlo malen, jakost polja se izraava u milivoltima po metru (mV/m) ili mikrovoltima po metru (v/m).
> Gustoa snage elektromagnetskog vala (P) je omjer kvadrata jakosti polja (E) i impedancija (Z), to moemo zapisati jednadbom (Obzirom da impedancija slobodnog prostora iznosi 377 oma, jakosti od 1 V/m odgovara gustoi snage od 2.65 mW/m2.)
> Polarizator- je sastavljenom od niza gusto postavljenih tankih paralelnih vodia (razmak manji od /10)? Elektrino polje paralelno icama potjerat e struju du ice, to e dovesti do razdvajanja pozitivnih i negativnih naboja i stvaranja protupolja suprotnog smjera i tono jednakog iznosa kao i upadno polje. Takvo protupolje zrai val u suprotnom smjeru od dolaznoga, dakle dolazi do refleksije upadnog vala. U obrnutom sluaju, kada je polje koje dolazi na polarizator okomito na ice, nema refleksije zbog toga to smo pretpostavili da su vodii tanki, tj. u tom smjeru ne moe potei struja koja bi uzrokovala stvaranje protupolja. Stoga takvo polje, okomito na ice polarizatora, prolazi dalje kao da polarizatora uope nema. Kaemo da ta komponenta polja "ne vidi" polarizator.
Z
EP
2
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 12
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Propagacijski modeli
PODJELA PROPAGACIJSKIH MODELA:
> Empirijski
> Fizikalni
> Hibridni
EMPRIJSKI MODELI
> Ne postoji nikakva povezanost sa fizikalnim mehanizmima propagacije prema kojima se irenje radiovala dogaa, a zasnivaju se na mnogobrojnim terenskim mjerenjima jaine signala
> Nedostatak: Teren na kojem elimo izvesti predikciju potrebno je klasificirati sukladno odreenim kategorijama kao npr. urbana sredina, to za razliite zemlje ima razliito znaenje
> Okomura- Hata model, Cost 231 model, Lee model
FIZIKALNI MODELI
> Zasnivaju se na ranije objanjenim fizikalnim principima propagacije signala: refleksija, refrakcija, difrakcija
> Zahtijevaju detaljne 3D karte podruja na koja e se primjeniti model
> Guenje u otvorenom prostoru, model guenja povrine zemlje, Allsebrukov i Parsonov model, Ikegami model, Walfisch - Bertoni model
HIBRIDNI MODELI
> Kombinacija fizikalnih i empirijskih modela
> Egli model
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 13
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Propagacijski modeli
Guenje u otvorenom prostoru
> Fizikalni model
> guenje otvorenog prostora (engl. Path Loss) izmeu dviju antena u otvorenom prostoru opisano je Friisovom jednadbom:
> ukupno guenja (path loss) definirano je omjerom izmeu odaslane i primljene snage:
> ukupno guenje puta u dB:
2
4
rGG
P
Pba
t
r
2244
c
rfr
P
GGPL
r
batF
kmMHzdBF dfL log20log204.32)(
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 14
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Propagacijski modeli
Guenje u otvorenom prostoru
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 15
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Propagacijski modeli
Guenje u otvorenom prostoru
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 16
> Interferencija
> istokanalna
> Smetnja unutar elije uzrokovana prisustvom nosioca neke druge elije, ali na jednakoj frekvenciji
> Odnos izmeu korisnog (C-carrier) i smetajueg (I- interference) signala oznaava se C/I
> U GSM sustavu za ostvarivanje kvalitetne veze mora biti ispunjen uvjet: C/I > 9dB
> Odnos C/I definira se jednadbom:
Gdje je:
PPRk- primljena snaga korisnog signala
PPRs- primljena snaga smetajueg signala
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Efekti koji naruavaju kvalitetu prijenosa signala na zranom suelju
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 17
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Prikaz putanja zraka kod refleksije od ravne povrine tla
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 18
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Fazorski prikaz direktne i reflektirane zrake
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 19
Agner Krarup Erlang
> Stvorio podruje analize telefonskih mrea:
> Prometni inenjering
> Teorija ekanja (queueing theory )
Doprinos:
> 1909 - "The Theory of Probabilities and Telephone Conversations dokazuje da je Poisson-ova razdioba primjenjiva u analizi sluajnih (random) telefonskih poziva
> 1917 - "Solution of some Problems in the Theory of Probabilities of Significance in Automatic Telephone Exchanges definira formule za izraun gubitka prometa i ekanja
> Rad na analizi efikasnog dimenzioniranja broja komutacijski kanala u maloj lokalnoj telekomuniakcijsoj mrei doveli su do definicije Erlang formule
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
http://en.wikipedia.org/wiki/Agner_Krarup_Erlang
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 20
Erlang B
> Erlang- jedinica za mjerenje prometa u telekomunikacijskim mreama
> Erlang B formulu koristimo za izraunavanje prometa u sustavima bez ekanja
M broj mobilnih stanica koje moemo usluiti
Ap ponueni promet (Erlanga)
A stvarni promet 8Erlanga)
VP vjerojatnost pozivanja (%)
tm vrijeme trajanja poziva (sekundi)
B gubitak prometa (%)
n broj Komunikacijskih Kanala
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
mp tVPMA
)1( BAA p
!.......
!3!21
!32
n
AAAA
n
A
Bnppp
p
np
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 21
Djelotvornost sustava
> Ukupni koeficijent djelotvornosti:
> Spektralni koeficijent djelotvornosti:
> Prostorni koeficijent djelotvornosti
> Vremenski koeficijent djelotvornosti
f zauzee spektra Do razmak istokanalnih baznih postoja
A promet
n broj kanala po eliji uz promet A i gubitak B i referentni sustav
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
TPS
f
fiS
2
o
oi
PD
D
2
),(
),(
iii
iT
BAn
A
BAn
A
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 22
Djelotvornost sustava (drugaiji oblik)
> Ag promet u grozdu
> Sg povrina grozda
> a povrinska gustoa prometa
> W ukupan zauzeti spektar
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
MHzWkm
Era
MHzWkmS
ErA
g
g
2
2
lglg
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 23
Povrina elije
> 6 jednakostraninih trokuta
> Broj elija u grozdu k:
Do razmak istokanalnih odailjaa
Ro polumjer elije
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
2
3
1
o
o
r
Dk
2
33
4
36
22
oorr
S
3oo rD
or
or
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 24
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
Obiljeja grozda (clutera): > Grozd je podruje na kojem se sve grupe frekvencija ponavljaju samo jedanput.
> U pojedinom je grozdu mogue koristiti sve raspoloive frekvencije.
> Veliina grozda ovisi o broju elija k u grozdu. to je grozd vei, vea je ponovljena udaljenost D, i vei je omjer C/I. Meutim, vei k znai manji broj kanala i manji broj aktivnih pretplatnika u eliji.
SINR Signal-to-Noise Ratio
umelijasusjednihsasmetnja
signalkorisni
signalsmetajuci
signalkorisniSINR
___
_
_
_
NDP
RP
NDP
RP
NP
RPW
ii
i
0
0
6
1
0
0
6
1
0
6
D
R
I
CW
6
2)3(6
1
)3(66
kkR
R
D
RW
kRD 3
C/I=18 k=7
C/I=12 k=4
C/I=9 k=3
Istokanalna interferencija
1 2
3 4
5
6 7
1 2
3
k=3
1 2
3 4
1
2
3
D
2R
1
1
1
1
1
Korisni signal
k=4
k=7
Mobilne komunikacije subota, 15. listopad 2011. 25
MOBILNE KOMUNIKACIJE
Izraun kapaciteta elije u GSM sustavu
Model 7/21 > C/I=18 k=7 > Velika ponovljena udaljenost > Malen kapacitet
Model 4/12 > C/I=12 k=4 > Manja ponovljena udaljenost > Vei kapacitet
Model 3/9 > C/I=9 k=3 > Najmanja ponovljena udaljenost > Najvei kapacitet