Upload
dinesh
View
24
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Viacnásobný prístup Joe Montana IT 488 - Jeseň 2003. preklad: D. Kraus, apr.2010. Program. Koncept viacnásobného prístupu FDMA TDMA CDMA On Board spracovanie. Koncept viacnásobného prístupu. Viacnásobný prístup - 1. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Viacnásobný prístup
Joe MontanaIT 488 - Jeseň 2003
preklad: D. Kraus, apr.2010
2
Program
• Koncept viacnásobného prístupu
• FDMA
• TDMA
• CDMA
• On Board spracovanie
3
Koncept viacnásobného prístupu
4
Viacnásobný prístup - 1
Problém:Ako rozdelíme jeden transpondér medzi viacero pozemných staníc?
Satelitný transpondér
f1 f2
Je to problém optimalizácie
5
Viacnásobný prístup - 2Čo všetko treba optimalizovať:
Satelitná kapacita (príjmová položka)Využitie spektra (problém koordinácie)Prepojenosť (problém pokrytia viacerých uzemí)Flexibilita (problém kolísania odberu)Adaptabilita (problém zmiešanej prevádzky)Úspech u užívateľov (problém podielu na trhu)Výkon satelituNáklady
Veľmi, veľmi, ojedinele jednoduché optimum; skoro vždy kompromisné riešenie
6
Ako oddelíte jednotlivých užívateľov?
Označenie signálu jedinečným spôsobom na vysielači
Jedinečný frekvenčný slot FDMAJedinečný časový slot
TDMAJedinečný kód CDMA
Rozpoznanie jedinečnú črtu každého signálu na prijímači
7
Rozpoznávanie kanálov?FDMA
Pásmový filter vyberá signál v správnom frekvenčnom slote
TDMADe-multiplexer “zachytáva” signál v správnom časovom slote
CDMADe-rozširovač a de-hopper vyberá signál so správnym kódom
Pri kódovní priamym násobením rozprestierajúcou sekvenciou
S preskakovaním frekvencie (freq.hopping)
8
Viacnásobný prístup - 3A
Fig. 6.1 (vrchná časť) v texte
9
MULTIPLE ACCESS - 3B
Fig. 6.1 (spodná časť) v texte
10
Viacnásobný prístup - 4Ak je časť zdroja (frekvencia, čas, kód) pridelená vopred, volá sa to pred-pridelený (?) viacnásobný prístup alebo fixný viacnásobný prístupAk je rozsah zdroja pridelený podľa podmienok prevádzky - dynamickým spôsobom – ide o viacnásobný prístup na základe požiadavky - DAMA (DEMAND ASSIGNED MULTIPLE ACCESS)
11
FDMA
12
FDMAZdieľanie frekvencie
Čas je spoločný pre všetky signály
Vytvorenie frekvenčného plánu podľa kapacitných požiadaviek užívateľaNahrávací plán transpondéra pre minimalizáciu IM produktov
Nahrávací plán transpondéra
13
FDMA TRANSPONDER LOADING PLAN
Poskytnutá šírka pásma transpondéra zvyčajne od 27 do 72 MHz
Štyri stredne veľké FM signály
Jeden veľký a štyri malé digitálne signály
Dôležité na vypočítanie intermodulačných produktov
14
INTERMODULATION
IntermoduláciaKeď je dva alebo viac signálov prítomných v kanáli, tieto signály sa môžu spolu zmiešať a vytvoriť určité nechcené produkty S tromi signálmi, 1, 2 a 3, prítomnými v kanáli, IM produkty môžu byť druhého, tretieho,štvrtého stupňa (rádu), atď. stupeň IM
produktov
15
Rád IM produktovProdukty 2.rádu: 1 + 2, 2 + 3, 1 + 3
3.rád: 1 + 2 + 3o, 21 - 2, 22 - 1..
Zvyčajne iba IM produkty nepárnych rádov sa nachádzajú v priepustnom pásme kanála.Amplitúda IM produktov klesá so stúpajúcim rádomIba IM produkty 3.rádu sú väčšinou dôležité 3-IM produkty sú veľmi citlivé na malé
signálové zmeny. Preto IM šum sa môže zmeniť prudko s parametrom „výstupný odstup“
zosilňovača
výstupný odstup – „output back-off“(OBO): pomer medzi výstupným saturačným výkonom zosilňovača a priemerným výkonom výstupného signálu
16
Príklad na IM Máme dva 10 MHz signály na frekv. 6,01 GHz a 6,02 GHz v strede 72 MHz transpondéra2-IM produkt je na frekvencii 12.03 GHz3-IM produkty sú na frekvenciách [2(6.01) - 6.02] = 6.00 and [2(6.02) - 6.01] = 6.03 GHz
3-IM produkty
17
Obmedzenia prístupu FDMAIntermódy spôsobujú zlyhanie C/NSpätná väzba je potrebná na redukciu IMČasti pásma nemôžu byť použité kvôli IMVýkon transpondéra sa rozdelí medzi viaceré nosnéVýkonové vyrovnávanie musí byť spravené opatrneFrekvencie sa naviažu na cesty
Podľa vzory podľa zemských analógových telekomov, a tak nie celkom použiteľné pre satelitné “prenosové”
kapacity
18
TDMA
19
TDMA
Zdieľanie časuFrekvencia je spoločná pre všetky signály
Vytvorenie časového plánu podľa kapacitných požiadaviek užívateľaVeľké systémové časové plány môžu byť zložité a náročné na zmenu
Impulzový časový plán (jedná sa o rádioimpulzy – bursty) (Burst time plane)
20
Impulzový časový plán
časČasový rámec pre impulzový
časový plán
#1 #2 #3 #N
Užívatelia vlastnia učitý podiel podľa impulzívneho časového plánu
poznámka: (1) ochranné časy medzi impulzmi
(2) Dĺžka impulzu šírka prideleného pásma
21
TDMA - 1Koncept:
Každá pozemná stanica prenáša IN sekvenciuPrenos burstov prichádza do satelitu z mnohých pozemných staníc správnym sôsobom a v správnom poradí
22
TDMA - 2
Pozn.: realizácia správneho načasovania použitím Referenčného prenosu
bursty
23
TDMA - 3 Rámec
“Pre-amble”
„ Pred začatím“
“Trafikový výbuch”
Pre-amble poskytuje synchronizáciu v každom trafikovom výbuchu
signalizujúc informácie (e/s tx, e/s rx, atď.), a dáta
slovo burst sa nepreklada (znamena skupinu impulzov)traffic = prevádzka
24
TDMA - 4
Načasovanie je dosiahnutéorganizovaním TDMA prenosov do rámcovkaždá e/s vysiela raz za rámec tak, že jej výbuch začína opúšťať satelit v špecifickom časovom intervale pred (alebo po) začatí referenčného výbuchu
Minimálna dĺžka rámca je 125 s125 s 1 hlasový kanál na 8 kHz
25
TDMA - 5Referenčné výbuchy a pre-amble sú systémom pridané a neprinášajú žiadny ziskTrafikové bity prinášajú ziskPotreba minimalizácie systémovej réžie nákladov ?Komplikovaný kompromis medzi s počtom hlasov (alebo dát), bitovou rýchlosťou, počtom burstov, atď
26
TDMA - 6
V
T
NPR
n F
Počet hlasových
kanálov
Rýchlosť bitového prenosu
Rýchlosť bitového prenosu pre jeden hlasový kanál
Počet výbuchov v jednom rámci
Počet bitov v každom „pre-amle“
Rámcová perióda
Pre INTELSATR = 120 Mbit/s a
TF = 2 ms Žiadny prídavok na ochranný čas
27
TDMA - 7
PROBLÉMDoba oneskorenia ku GEO satelitom je 120 msTDMA Rámcová dĺžka je 125 s až 2 msNa ceste k satelitu môže v každom okamihu existovať až 1000 rámcov
V systéme TDMA je teda rozhodujúce (na)časovanie
28
DLHÉ TDMA RÁMCENa zredukovanie hlavičiek použite dlhšie rámce
125 s rámec: 1 slovo/rámec500 s rámec: 4 slová/rámec2000 s rámec: 16 slov/rámec
2000 s = 2 ms = INTELSAT TDMA štandard
POZNÁMKA: 1 slovo je 8-bitová vzorka digitalizovanej reči, a “terestriálny kanál” so 64 kbit/s
8 kHz × 8 bitov = 64 kbit/s
29
TDMA PRÍKLAD - 1Šírka pásma transpondéra =36 MHzBitová rýchlosť (QPSK) 60 Mbit/s = 60 bitov/s4 stanice zdieľajú transpondér pri používaní TDMA; 125 s rámce„Predpona“ = 240 bitov„Ochranný interval“ = 1.6 s
Za predpokladu že sme nepomiešali symboliku
30
TDMA PRÍKLAD - 2
#1 #2 #3 #4
RÁMEC= 125 s
predpona 240 bitov= 4 s @ 60 bitov/ s
Prevádzka: N bitovpovedzme = T s
Ochranný interv. 96 bitov = 1.6 s Najprv: nakreslite
Časovo obnovovací diagram
aby ste získali predstavu o spôsobe, akým je rámec
zostavený
31
TDMA PRÍKLAD - 3S TDMA PRÍKLADOM
(a) Aká je kapacita transpondéra pokiaľ ide o 64 kbit/s rečové kanály?(b) Koľko kanálov dokáže vysielať každá pozemská stanica?
ODPOVEĎ(a) V rámci 125 s sú štyri vysielajúce pozemné stanice, takže máme
32
TDMA PRÍKLAD - 4
125 s rámec znamená125 = (44 s) + (41.6 s) + (4T s)
4 pozemné stanice, 4 s predpona; 1,6 s ochr.interval, T s prevádzkové bity
Teda T = (125 - 16 - 6.4)/4 = 25.65 s60 Mbit/s 60 bits/s, teda 25.65 s = 1539 bitovpreto kanály/pozemná stanica= 1539/8 = 192(.375)
8 bitov/slovo pre hlasový kanál
33
TDMA PRÍKLAD - 5(a) Aká je kapacita transpondéra, pokiaľ ide o 64 kbit/s rečové kanály?
Odpoveď: 768 (64 kbit/s) hlasových kanálov
(b) Koľko kanálov dokáže vysielať každá pozemná stanica?
Odpoveď: 192 (64 kbit/s) hlasových kanálov
34
TDMA PRÍKLAD - 6
Čo by sa stalo v predošlom príklade ak použijeme 2 ms dĺžku rámca systému INTELSAT?2 ms = 2 000 s = 44 + 41.6 + 4T
Preto T = 494,4 sa pretože je 60 bitov/s (60 Mbit/s), vyšlo nám T 29 664 bitov
Nezabúdajme, máme 128 bitov pre satelitný kanál
35
TDMA PRÍKLAD - 7So 128 bitmi pre satelitný kanál mámepočet kanálov/prístup = 29 664/128
= 231(.75)Kapacita sa zvýšila v dôsledku menšej hlavičky
125 s rámec 192 kanálov/prístup2 ms rámec 231 kanálov/prístup
36
TDMA SYNCHRONIZÁCIAOdštartovanie vyžaduje starostlivosť!!Potreba nájsť správny rozsah pre satelit
Slučka (pošle PN sekvenciu)Použitie načasovania informácie z riadiacej pozemnej stanice
Vzdialenosť satelitu sa nepretržite meníPozemná stanica musí monitorovať pozíciu burstu vo vnútri rámca PO CELÚ DOBU
37
TDMA ZHRNUTIE - 1VÝHODY
Žiadne intermodulačné produkty (keď je plne obsadený transpondér)Prevádzka možná aj pri nasýtenom transpondériDobrý pre dátaS flexibilným synchronizačným termínovým plánom sa kapacita pripojenia bude optimalizovať
38
TDMA ZHRNUTIE - 2
NEVÝHODYZložitosťVysoká nárazová (maximálna možná) rýchlosť – burst rateMusí sa udržiavať synchronizácia
39
CDMA
40
CDMA - 1ZDIEĽANÝ ČAS AJ FREKVENCIE
ODDELENIE SIGNÁLOV JE POMOCOU JEDINEČNÝCH KÓDOV
KAŽDÉMU POUŽÍVAŤEĽOVI JE PRIDELENÝ KÓD
STANICA 1 KÓD 1STANICA 2 KÓD 2
PRÍJMAČ VYHĽADÁVA KÓDYKÓDOVACIA RÝCHLOSŤ>> DÁTOVÁ RÝCHLOSŤ
41
CDMA - 2SYSTÉMOVÝ OPERÁTOR - ALEBO JEDNOTLIVÉ PÁRY POUŽÍVATEĽOV - PRIDELIA UNIKÁTNE ROZPRESTIERAJÚCE ALEBO PRESKOKOVÉ KÓDY KAŽDEJ DUPLEXNEJ LINKECDMA JE RIEŠENÍM PRE VÁŽNE RUŠENÉ PROSTREDIE, ZVYČAJNE SO STRATAMI KAPACITY POROVNATEĽNÝMI S TDMA A FDMA
42
CDMA - 3
TRANSPONDÉROVÉ PÁSMO
Výkon
Používatelia#1, #2, #3 a #4
Používateľ #N
43
KÓDOVO DELENÝ VIACNÁSOBNÝ PRÍSTUP - CDMA
VŠETCI POUŽÍVATELIA ZDIEĽAJÚ ROVNAKÝ ČAS A FREKVENCIUSIGNÁLY SÚ ODDELENÉ POMOCOU JEDINEČNÉHO KÓDU
Kódy musia byť "ortogonálne" tak, aby používateľ A nereagoval na kód určený pre používateľa BKódy sú zvyčajne veľmi dlhé: PN- sekvencia, Gold- alebo Kasami kódy
44
CDMA - 1CDMA MÔŽE BYŤ JEDEN Z TROCH TYPOV
Priama sekvencia (rozprestreté spektrum)• Zaberá celú šírku pásma po celú dobu
Frekvenčné „skákanie“ (prepínanie) -hopping• Pár frekvencií (jedna pre "1" a jedna pre "0")
skočí cez plnú šírku pásma náhodne
Hybrid tvorený priamo rozprestierajúcou pseudonáhodnou sekvenciou a frekvenčným skákaním
Sústredíme sa na „Priamu sekvenciu“
45
DIRECT SEQUENCE CDMA - 1
Násobenie informačného toku (dát) PN kódom s vysokou rýchlosťou Používa dva kódy: jeden pre "1" a jeden pre "0"1 dátový bit veľa “Čipov” napr. 2.4 kbit/s 1 Mbit/s
„Rozprestierajúci faktor" je 400, môžeme ho uvažovať ako
kódovací zisk
Čipová rýchlosť je v podstate kódová
rýchlosť od sekvencie PN
generátora
46
DIRECT SEKVENCE CDMA - 2
Úzkopásmové dátaÚzkopásmové dáta “rozprestreté”
po celej šírke pásma
Pridané ďalšie rozprestreté signály; kanál je zaplnený
mnohým signálmi podobnými šumu
Inverzný proces (opačný k rozprestieraniu spektra) vyberie
požadovaný kanál zo šumu.
47
DIRECT SEQUENCE CDMA - 2
Obrázok 6.16 v texte
Každý prichádzajúci bit sa vynásobí PN
sekvenciou
Rozširovaciasekvencia
Prichádzajúci tok bitov
Modulátor
Odchádzajúci rozširujúci tok bitov
Rozširovacia PN sekvencia
48
DIRECT SEQUENCE CDMA - 3
Rozdeľovacia sekvencia
Obrázok 6.18 v texte
Prichádzajúci tok bitov násobený
synchronizovanou kópiou PN sekvencie
Prichádzajúci rozprestreý tok bitov
Modulátor
Obnovený tok bitov
‘despreading’ PN sekvencia
49
CDMA SPEKTRUM
PLOCHÉ – zvyčajne nižšie ako šumKód musí byť komprimovaný (rozdeľujúci), aby zdvihol signál nad šumPrijímač sa musí synchronizovať s kódom sekvencie, ktorý je nižší ako šumVyžaduje použitie korelátora, generátora a ..... trpezlivosť
Ostatní používatelia v kanáli vyzerajú rovnako ako šum
Zaberie to chvíľu “ale dostaví sa to”
50
CDMA APLIKÁCIE
VOJSKOAnti-rušivé (Anti-Jam... AJ)Nízka pravdepodobnosť odpočúvania (Low Probability of Intercept - LPI)
KOMERČNÉVSATs (vďaka širokému pokrytiu – široký zväzok)GPSMikrovlnné celulárne systémy
51
On Board Processing - Spracovanie na satelite
52
POŽIADAVKY na satelit - 1
LEO SYSTÉMPrispôsobiť sa rýchlemu pohybu satelitu, ktorý spôsobuje• rýchle zmeny v dĺžke trasy (čas príchodu
a problémy s vyrovnávaním výkonu)• rýchle zmeny v uhle viditeľnosti
(problémy s prostredím s viaccestným šírením a blokovaním signálu)
• rýchle zmeny v Dopplerovom rozšírení (rozšírené spektrum)
53
POŽIADAVKY na satelit - 2GEO SYSTÉM
Prispôsobiť sa dlhšej trase k satelitu, ktorá spôsobuje• vysoké strat prenosom (nízke EIRP a/alebo
kapacitný problém)• Dlhé oneskorenie (protokolový problém
vyžadujúci emuláciu, alebo “spoofing ” procedúra)
• Veľká stopa satelitnej antény (problém pri frekvenčnom opakovaní)Oba systémy GEO a LEO teraz využívajú
rozsiahle OBB technologické prístupy
54
OBP (OnBoard Processing) PRÍSTUPYPrijímanie agregovaného vzostupného kanála (-ov)Rozpoznanie každého (úzkopásmového) vzostupného signáluSpracovanie každého vzostupného signálu tak, že
odstraňuje chybyčíta adresy
Prebaľovanie signálov do veľkého TDM tokuVysielanie TDM toku
MF-TDMA prístup sa javí ako “schodná cesta“
55
MF-TDMA INTERNET S/C
A B C D E
In-bound, downlink TDM stream to the hub
Hub
In-bound, uplink MF-TDMA VSAT bursts
Zostupný TDM tok na hub
Prichádzajúce vzostupné TDM VSAT zhluky
56
MF-TDMA VÝHODY
Relatívne úzkopásmová vzostupná linkaDetekcia signálu na satelite umožňuje
Vykonať kontrolu U/L výkonuPalubné smerovanie prevádzkyDetekciu a opravu chýb v u/l signáloch
TDM downlink umožňuje pomerne jednoduché zachytenie požadovaných signálov vracajúcich sa na terminál