Upload
filia
View
36
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 7. Kap 7 och 11: Telesystem. Tidsmultiplex. Växlar. Trådlösa system. Vågutbredning. Digital-TV. COFDM. Mobilsystem. Trådlös transmission. Nästa generations mobilsystem? Samverkan mellan olika system. Spektrum. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 7
Kap 7 och 11: Telesystem. Tidsmultiplex. Växlar. Trådlösa system. Vågutbredning. Digital-TV. COFDM.
Mobilsystem.
Trådlös transmission
Nästa generations mobilsystem? Samverkan mellan olika system
Spektrum
Radiovågor Mikrovågor IR UV Röntgen
kHz MHz GHz THz PHz EHz ZHz
Mobiltelefoni Synligt ljus
Gråmarkerade frekvenser är i huvudsak upptagna Högre frekvenser ger dyr utrustning/kort räckvidd
Våglängd och frekvens
8
300[ ]
Antal MHz
där ljusets hastighet 3 10 / ,
är våglängden i meter, och
är radiovågornas frekvens i Hz.
c cf m
f
c m s
f
Ju högre frekvens desto kortare våglängd.
Vågutbredning av radio- och mikrovågor
Exempel: Radio-LAN använder ofta frekvensen 2.4GHz,dvs våglängden 300/2400 =0.125m.
Radioskugga kan uppstå bakom föremål med storlek några våglängder (några dm i vårt exempel).
Radiovågor dämpas kraftigt av metallnät, t.ex. armeringsjärn, med mindre hål än en halv våglängd (ca 6 cm i vårt fall). Metallnätet utgör då Faradays bur.
Avståndsberoende dämpning. I vakuum avtar signalen kvadratiskt med avståndet, dvs 6 dB dämpning per dubblering av avståndet. I stadsbebyggelse är dämpningen ca 9 – 12 dB per dubblering av avståndet.
Förenklad modell av dämpningen
där är sändareffekt;
är avstånd mellan sändare och mottagare;
exponenten är 2 i vakuum och ca 3-4 i stadsbebyggelse;
samt (gain) är en koefficient som bl.a. beror av
kanalfrekvens, a
TxRx
Tx
GPP
DP
D
G
ntenntyp, antennhöjd och fädning.
Mobiltelefoni
Cell = täckningsområde för en basstationsantenn. En basstationssite har ofta tre antennriktningar, dvs tre
celler. Handover = byte av cell eller kanal under samtalet Roaming = byte av trafikområde i väntan på samtal. Paging = sökning av mobil över hela trafikområdet vid
inkommande samtal.
Radio resource management
Traditional static handoverExample: Channel reuse factor 4
Channel 1
Channel 2
Channel 3
Channel 4
Dynamic resource management with channel reuse factor 1
Channel 1
Channel 2
Channel 3
Channel 4
2 2
3 3
1
Återanvändningav kanaler
Dämpningen möjliggör återanvändning av kanaler Fler celler som täcker samma yta ger högre ytkapacitet [Mobiler / km2]
Celler med samma siffra använder samma kanaler.
I figuren är antalet kanalgrupper tre.
1
2
2 2
3 3 3
11
1
Fixed Channel Allocation with static handover
Channel 1 Channel 2
Channel 3 Handover map
Cellerna definieras av handovergränserna, och är (i teorin) hexagonala.
Mobiltelesystemens generationer
1G: Analog modulation – FDMA. T.ex. NMT. 80-talet. 2G: Digital modulation, TDMA + FDMA. T.ex. GSM. 90-
talet. 2.5G: GPRS, dvs paketförmedling. 3G: Edge (8PSK) eller WCDMA (spread spectrum). 2000-
talet. 3.5G: All-IP-infrastructure, inkl IP-telefoni istället för
kretskopplad telefoni? Asymmetrisk. HSDPA. 4G: Hybrid av många system? Heterogen täckning?
COFDM-modulation? Dynamisk kanalallokering? 2010-talet?
Störningar vid trådlös kommunikation
Brus och elektriska störningar: ”Gaussiskt vitt brus”, innebär att en gaussiskt fördelad (dvs normalfördelad)
slumpmässig spänning som innehåller läggs till signalen. Dess spektrum har lika stark energi vid alla frekvenser.
Samkanalsstörningar (co-channel interference) Långsam skuggfädning:
Log-normal fördelning av dämpningen. Flervägsutbredning ger upphov till:
Ekon och tidsspridning av signalen, vilket ger inter-symbol-interferens (ISI) Snabb fädning. Denna kan vara flat eller frekvensselektiv dämpning. Vid
frekvensselektiv dämpning blir symbolen distorderad. • Rayleigh-fördelad om direktvåg saknas• Rician-fördelad dämpning vid line-of-sight.
Fasvridning. Skurfel
Dopplerskift M.m
Diversitet
Tidsdiversitet genom bit-interleaving (omkastning av bitarna i tid, så att inte skurfel drabbar samma paket)
Rumsdiversitet (flera antenner)
Frekvensdiversitet (frekvenshopp, spread spectrum eller COFDM dvs många smalbandiga bärvågor)
TV-distribution
Analoga TV-system
Europa: 25 bilder per sekund (50 halvbilder), 625 linjer. Färginformation enligt PAL-systemet (de flesta europeiska länder).
USA: 30 bilder per sekund (60 halvbilder), 625 linjer. Färginformation entligt NTSC-systemet.
Figure 11:2: Analog TV-signal
Luminance = svartvit information och synksignaler.Chrominance = färginformation.Audio = ljudsignal.
TV band frequency division multiplex
Figure 11.20: The terestrial digital video broadcasting system (DVB-T)
Example 11.1: FEC in the digital TV system
COFDM modulation (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)
Flera tusenlångsamma modulatorerpå var sinunderbärvågistället för ensnabb.
COFDM spectrum
Ortogonal modulation innebär oberoende bärvågor. Spektrumav en bärvåg påverkar inte mottagnning av en annan bärvåg omfrekvensavståndet är 1 didividerat med symboltiden.Därmed behövs inte filter.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1
0
1
Sub
carr
ier
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1
0
1
Sub
carr
ier
20 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-1
0
1
Sub
carr
ier
3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1
0
1
Sub
carr
ier
4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-5
0
5
Sum
sig
nal
Time [ms]
The OFDM modulation scheme
Example:4 sub-carriers
8 PSK
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
000
001
010
011
100
101
110
111
The 8PSK constellation
cos
-sin
{ { { { { {30 k=1 k=31 k=4 k=2k=0
OFDM symbol 1 OFDM symbol 2
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0kk k == =
< >E5F1442443144444444444444424444444444444443 14444444444444244444444444443
Syfte med COFDM
Långa symboler gör att vi har råd med ”guard-interval” emellan så att ISI (Inter-symbol interference) kan undvikas.
Den frekvensselektiva fädningen blir flat inom varje underbärvåg, och kan därmed motverkas genom felrättande kod, utan avancerad equalizer.
COFDM är viktig inom ett stort antal trådlösa system, och förväntas användas inom 4G.
Example 11.2: Number of COFDM subcarriers in the DVB-T system
Technical data for DAB and DVB-T DAB DVB-T
Adopted 1995 1997
Coverage in parts of: Canada, Europe, Australia Europe and Australia
Net bit rate R per frequency channel:
576 - 1152 kbit/s 4.98 - 31.67 Mbit/s
Channel separation B: 1.712 MHz 8 MHz
Link level spectrum efficiency R/B:
0.34 - 0.67 bit/s/Hz 0.62 - 4.0 bit/s/Hz
Freq. range of today’s receivers:
174 – 240 MHz , 1452 – 1492 MHz.
470 - 862 MHz
Maximum speed: About 200 - 600 km/h 36 - 163 km/h
Number of OFDM sub-carriers:
1536, 384, 192 or 768. The 2K mode: 1705 The 8K mode: 6817
Sub-carrier modulation: DQPSK QAM, 16QAM or 64QAM
Inner Forward Error Correction Coding (FEC):
Convolutional coding with code rates 1/4, 3/8 or 1/2.
Convolutional coding with code rates 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 or 7/8.
Outer FEC: None RS(204,188,t=8)
Time (outer) interleaving: Convolutional interleaving of depth 384 ms.
Convolutional interleaving of depth 0.6 - 3.5 ms.