Transcript mks-le7

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
kHz
MHz
GHz
Radiovågor
THz
Mikrovågor
Mobiltelefoni
PHz
IR
EHz
UV
Synligt ljus
 Gråmarkerade frekvenser är i huvudsak upptagna
 Högre frekvenser ger dyr utrustning/kort räckvidd
Röntgen
ZHz
Våglängd och frekvens
c
c
300
f   
[ m]

f Antal MHz
där ljusets hastighet c  3 10 m / s,
8
 är våglängden i meter, och
f är radiovågornas frekvens i Hz.
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
GPTx
PRx  
D
där PTx är sändareffekt;
D är avstånd mellan sändare och mottagare;
exponenten  är 2 i vakuum och ca 3-4 i stadsbebyggelse;
samt G (gain) är en koefficient som bl.a. beror av
kanalfrekvens, antenntyp, 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 handover
Example: 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
Återanvändning
av kanaler
 Dämpningen möjliggör återanvändning av kanaler
 Fler celler som täcker samma yta ger högre ytkapacitet [Mobiler / km2]
3
2
3
2
1
3
3
3
3
1
2
1
3
3
1
3
2
2
1
3
2
1
1
2
2
1
Celler med samma siffra
använder samma kanaler.
1
2
3
1
3
2
3
2
3
1
1
1
3
2
3
2
3
1
2
3
2
3
1
2
1
2
1
2
1
2
1
3
2
1
I figuren är antalet
kanalgrupper tre.
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. 90talet.
 2.5G: GPRS, dvs paketförmedling.
 3G: Edge (8PSK) eller WCDMA (spread spectrum). 2000talet.
 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? 2010talet?
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 tusen
långsamma
modulatorer
på var sin
underbärvåg
istället för en
snabb.
COFDM spectrum
Ortogonal modulation innebär oberoende bärvågor. Spektrum
av en bärvåg påverkar inte mottagnning av en annan bärvåg om
frekvensavståndet är 1 didividerat med symboltiden.
Därmed behövs inte filter.
Subcarrier 2
Subcarrier 1
The OFDM
modulation
scheme
The 8PSK constellation
1.5
010
001
Subcarrier 3
011
0
100
000
-0.5
101
-1
-1.5
-1.5
111
110
-1
-0.5
0
cos
0.5
Example:
4 sub-carriers
8 PSK
1
1.5
Subcarrier 4
-sin
0.5
Sum signal
1
1
0
-1
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Time [ms]
1.4
1.6
1.8
2
0
-1
1
0
-1
1
0
-1
5
0
-5
< 0{
0 0 114420 4403 0E 51 F0 0{
1 0 1{
1 1 0{
0 0 0{
1 0 0{
0 0>
k= 3
k
=
0
k=
1
k=
34
k
=
1
k=
4
k=
2
k=
0
14444444444444442 4444444444444443 144444444444442 444444444444
3
OFDM symbol 1
OFDM symbol 2
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 DAB
for DAB and DVB-T
DVB-T
Adopted
Coverage in parts of:
Net bit rate R per
frequency channel:
Channel separation B:
Link level spectrum
efficiency R/B:
Freq. range of today’s
receivers:
Maximum speed:
Number of OFDM
sub-carriers:
Sub-carrier modulation:
Inner Forward Error
Correction Coding (FEC):
Outer FEC:
Time (outer) interleaving:
1995
Canada, Europe, Australia
576 - 1152 kbit/s
1997
Europe and Australia
4.98 - 31.67 Mbit/s
1.712 MHz
0.34 - 0.67 bit/s/Hz
8 MHz
0.62 - 4.0 bit/s/Hz
174 – 240 MHz ,
1452 – 1492 MHz.
About 200 - 600 km/h
1536, 384, 192 or 768.
470 - 862 MHz
DQPSK
Convolutional coding with
code rates 1/4, 3/8 or 1/2.
None
Convolutional interleaving
of depth 384 ms.
36 - 163 km/h
The 2K mode: 1705 The 8K
mode: 6817
QAM, 16QAM or 64QAM
Convolutional coding with code
rates 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 or 7/8.
RS(204,188,t=8)
Convolutional interleaving of
depth 0.6 - 3.5 ms.