ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ 2 ης ΓΕΝΙΑΣ IS-95 ΠΤΥΧΙΑΚΉ ΕΡΓΑΣΊΑ Κουτούλα Μαρία (ΑΜ: Τ-2870) Επιβλέπων: <Δρ Χαϊκαλης Κωνσταντίνος> ΛΑΡΙΣΑ

2 «Δηλώνω υπεύθυνα ότι το παρόν κείμενο αποτελεί προϊόν προσωπικής μελέτης και εργασίας και πως όλες οι πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για τη συγγραφή της δηλώνονται σαφώς είτε στις παραπομπές είτε στη βιβλιογραφία. Γνωρίζω πως η λογοκλοπή αποτελεί σοβαρότατο παράπτωμα και είμαι ενήμερος/η για την επέλευση των νομίμων συνεπειών» 2

3 Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή Τόπος: Ημερομηνία: ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η πτυχιακή αυτή εργασία θα ασχοληθεί με τη μελέτη και προσομοίωση των συστημάτων κινητής τηλεφωνίας στις διάφορες γενιές που επακολούθησαν δίνοντας έμφαση κυρίως στη 2 η γενιά και στο σύστημα IS-95. Θα μελετηθούν λεπτομερώς και οι υπόλοιπες γενιές κινητής τηλεφωνίας και η εξέλιξη τους μέσα στα χρόνια, καθώς και οι αλλαγές που έχουν υποστεί. Επίσης, θα παρατηρηθούν λεπτομερώς ο σχεδιασμός του συστήματος IS-95 καθώς και η κωδικοποίηση του συστήματος αυτού. Θα το συγκρίνουμε και με άλλα συστήματα και θα περάσουμε και στη κινητή τηλεφωνία 3 ης γενιάς παρατηρώντας τις αλλαγές. 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΣΤΗ ΧΩΡΑ ΜΑΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΔΙΚΤΥΑ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΚΙΝΗΤΟ ΤΗΛΕΦΩΝΟ ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ Η ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ ΣΤΑΘΜΟΣ ΒΑΣΗΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΣ ΔΟΡΥΦΟΡΟΣ ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΑΛΛΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΑ ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΩΝ ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΦΑΣΜΑΤΟΣ DSSS FHSS..21 5

6 2.8 BLUETOOTH...22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΚΑΝΑΛΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΟΥ ΘΟΡΥΒΟΣ ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΖΩΝΕΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ ΙΣΤΟΡΙΚΟ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΩΝ ΖΩΝΩΝ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΖΩΝΗ S ΖΕΥΞΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΙΠΕΔΟ ΖΕΥΞΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ POLLING ALOHA FDMA TDMA CDMA ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ/ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ 37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΚΥΨΕΛΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΑ ΚΥΨΕΛΩΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ 38 6

7 4.2.2 ΠΡΟΣΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΒΑΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΥΨΕΛΩΝ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΤΥΠΟΙ ΚΥΨΕΛΩΝ..42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΓΕΝΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΦΩΝΩΝ ΠΡΩΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ (1G) ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΜΕ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟ ΣΗΜΑ ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ AMPS ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΦΩΝΩΝ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΓΕΝΙΑΣ (2G) ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΜΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ GSM HANDOVER-ΑΛΛΑΓΗ ΚΥΨΕΛΗΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΚΤΥΩΝ GSM-ERLANG Η ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ GPRS ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΔΙΚΤΥΟΥ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΓΕΝΙΑ 2.5G ΤΡΙΤΗ ΓΕΝΙΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ (3G) 65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ IS ΨΗΦΙΑΚΟ ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΜΕΘΟΔΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΟ IS

8 6.3 ΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ IS ΣΥΣΤΗΜΑ CDMA ΒΑΣΙΣΜΕΝΟ ΣΤΟ IS CDMA ONE SYSTEM PROTOCOL REVISIONS PROTOCOL DETAILS PHYSICAL LAYER CAPACITY ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ GSM ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ GSM ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ IS ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ IS VITERBI ALGORITHM RAKE RECEIVER 77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7:ΠΡΟΣΟΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ 77 ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ 77 ΠΡΩΤΟ ΓΡΑΦΗΜΑ 81 ΔΕΥΤΕΡΟ ΓΡΑΦΗΜΑ 82 ΤΡΙΤΟ ΓΡΑΦΗΜΑ..83 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α 84 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β.89 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.90 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1:Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ 1.1 Ορισμός κινητής τηλεφωνίας Η κινητή τηλεφωνία είναι η δυνατότητα επικοινωνίας (φωνή, κείμενο, δεδομένα) μέσω της ασύρματης μετάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων επιτρέποντας την επικοινωνία εν κινήσει χωρίς περιορισμούς και καλώδια και ανεξάρτητα από τις γεωγραφικές ιδιαιτερότητες μιας περιοχής. Η δυνατότητα αυτή δημιουργείται από την εγκατάσταση ενός ασύρματου δικτύου κινητής τηλεφωνίας, το οποίο αποτελείται από τους σταθμούς βάσης (κεραίες και μικροκυματικά κάτοπτρα), τα κινητά τηλέφωνα και τα ψηφιακά τηλεφωνικά κέντρα. Το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας χρησιμοποιεί τους σταθμούς βάσης για την παροχή τηλεπικοινωνιακής κάλυψης στους χώρους που βρισκόμαστε. Κάθε φορά που κάνουμε μια κλήση από το κινητό μας τηλέφωνο, αυτό στέλνει και λαμβάνει ηλεκτρομαγνητικά σήματα προς και από τον πλησιέστερο σταθμό βάσης. Ο σταθμός βάσης στη συνέχεια μεταβιβάζει την πληροφορία, ενσύρματα ή ασύρματα, στα τηλεφωνικά κέντρα, με αποτέλεσμα να μπορούμε να επικοινωνήσουμε με εκείνον που θέλουμε. [3] 1.2 Ιστορική εξέλιξη Η περιπέτεια της κινητής τηλεφωνίας ξεκίνησε αμέσως μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο, με τις πρώτες προσπάθειες των Σουηδών, Φιλανδών και Αμερικανών. Όμως, ως ληξιαρχική πράξη γέννησής της θεωρείται η 3η Απριλίου

10 Ήταν ένα μουντό ανοιξιάτικο πρωινό στη Νέα Υόρκη. Ο δόκτωρ Μάρτιν Κούπερ της Motorola, περπατώντας σ' ένα δρόμο της αμερικάνικης μεγαλούπολης ήξερε ότι έγραφε ιστορία. Στα δυο του χέρια κρατούσε μια συσκευή που έμοιαζε με φορητό ασύρματο. Είχε ύψος 25 εκατοστά και βάρος 900 γραμμάρια. Ήταν το πρώτο σύγχρονο κινητό τηλέφωνο με τον κωδικό Motorola DynaTAC. Σχημάτισε τον αριθμό του βασικού ανταγωνιστή του, Τζόελ Ενγκελ, που δούλευε για λογαριασμό της Bell labs. «Γεια σου Τζό, σου μιλάω από ένα αληθινό κινητό τηλέφωνο» του είπε. «Παρότι δεν είχαμε τις καλύτερες των σχέσεων, μου συμπεριφέρθηκε πολύ ευγενικά», δήλωσε χρόνια αργότερα ο Κούπερ σε μια συνέντευξή του. Η Bell πήρε τη ρεβάνς το 1978, κατασκευάζοντας το πρώτο δοκιμαστικό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, που ήταν αναγκαίο για την εξέλιξη και την εμπορική εκμετάλλευση του κινητού. Το πρώτο αυτοματοποιημένο δίκτυο κινητής τηλεφωνίας λειτούργησε στις αρχές της δεκαετίας του '80 στη Σκανδιναβία. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του '80 τα κινητά τηλέφωνα ήταν ογκώδη για να μεταφέρονται στην τσέπη κι έτσι ήταν εγκατεστημένα κυρίως σε αυτοκίνητα. Το πρώτο κινητό που έλαβε άδεια έγκρισης ήταν το μοντέλο της Motorola DynaTAC8000X. Υπήρξε η ναυαρχίδα των λεγόμενων κινητών πρώτης γενιάς (1G). Στην αρχή της δεκαετίας του '90 άρχισε η απογείωση των κινητών τηλεφώνων, με την ψηφιοποίηση δικτύων (GSM) και συσκευών. Τα κινητά έγιναν μικρότερα ( γραμμάρια), χωρούσαν στην παλάμη και έμπαιναν έστω και με δυσκολία στην τσέπη του χρήστη τους. Περάσαμε έτσι στα κινητά της δεύτερης γενιάς (2G), που παρείχαν και άλλες ευκολίες, όπως την αποστολή σύντομων γραπτών μηνυμάτων (SMS) και τη λήψη φωτογραφιών. Στις αρχές του 21ου αιώνα ήλθαν τα κινητά τρίτης γενιάς (3G), με τις απεριόριστες δυνατότητες των πολυμέσων. Σήμερα, η διείσδυση του κινητού τηλεφώνου στον πλανήτη ξεπερνά το 30%, με αλματώδη άνοδο στις φτωχές χώρες του πλανήτη και κυρίως στην Αφρική. Η φιλανδική εταιρεία Nokia, με μερίδιο αγοράς 36%, κατέχει την πρώτη θέση στις πωλήσεις κινητών τηλεφώνων παγκοσμίως. 10

11 Στην Ελλάδα η κινητή τηλεφωνία έκανε την εμφάνισή της το 1992, με την προκήρυξη διαγωνισμού από την κυβέρνηση Μητσοτάκη για τη χορήγηση δύο αδειών. Ο αποκλεισμός του ΟΤΕ από τη διαδικασία αδειοδότησης προκάλεσε θύελλα διαμαρτυριών κατά της κυβέρνησης. Η κυβέρνηση αντέτεινε την αφερεγγυότητα του οργανισμού (καθυστερήσεις στις συνδέσεις σταθερών τηλεφώνων που έφθανε και τα 15 χρόνια, Υπόθεση Τόμπρα κ.ά.), αλλά και τα οικονομικά οφέλη, που θα είχε από τη χορήγηση των αδειών σε ιδιωτικές εταιρείες. Τελικά, οι δύο άδειες κατακυρώθηκαν στην Panafon (νυν Vodafone), πολυμετοχική εταιρεία με επικεφαλής την αγγλική Vodafone, και στην ιταλική Telestet (μετέπειτα TIM και νυν WIND). H Telestet ξεκίνησε την εμπορική της εκμετάλλευση στις 29 Ιουνίου 1993 και η Panafon την 1η Ιουλίου του ίδιου χρόνου. Η Cosmote, συμφερόντων ΟΤΕ, ήταν o τρίτος παίκτης της αγοράς (Ιανουάριος 1998) και η Q, εταιρεία του ομίλου Φέσσα, ο τέταρτος (19 Ιουνίου 2002). H Q στη συνέχεια εξαγοράσθηκε από την TIM (Ιανουάριος 2006) κι έτσι σήμερα δραστηριοποιούνται τρεις εταιρείες, WIND, Vodafone και Cosmote, που είναι η ηγέτιδα στο χώρο της κινητής τηλεφωνίας. Τους πρώτους μήνες του 1993 τα κινητά τηλέφωνα λειτουργούσαν μόνο στην Αττική και τα νησιά του Σαρωνικού. Το κόστος ήταν απαγορευτικό για τους πολλούς. Οι συσκευές στοίχιζαν από , το τέλος ενεργοποίησης 85, το μηνιαίο πάγιο 40 και το λεπτό ομιλίας 0,25. Έτσι, μόνο 1000 ήταν οι συνδρομητές τις πρώτες μέρες του Ιουλίου. Οι εκτιμήσεις των «ειδικών» έκαναν λόγο για συνδρομητές μέσα σε μια δεκαετία. Απέτυχαν παταγωδώς στις προβλέψεις τους. 13 χρόνια μετά, λειτουργούσαν στη χώρα μας συσκευές (Δεκέμβριος 2006), που καλύπτουν το 120,5% του ελληνικού πληθυσμού, γεγονός που κατατάσσει την Ελλάδα στις πρώτες θέσεις παγκοσμίως σε αναλογία πληθυσμού και κινητών τηλεφώνων. [3] 11

12 1.3 Εταιρίες κινητής τηλεφωνίας στη χώρα μας Η χώρα μας απαρτίζεται από αρκετά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, όμως εμείς σε αυτή την υπό-ενότητα θα αναφερθούμε περιληπτικά σε δύο από αυτές τις εταιρίες κινητής τηλεφωνίας. Αρχικά, η Cosmote ξεκίνησε την εμπορική της λειτουργία το 1998, πέτυχε σε 3,5 χρόνια να αναδειχθεί στη πρώτη θέση της ελληνικής αγοράς κινητής τηλεφωνίας. Με περισσότερους από 4,5 εκατομμύρια συνδρομητές στης Ελλάδα η εταιρία δραστηριοποιείται και σε άλλες βαλκανικές χώρες: Αλβανία, Βουλγαρία, Σκόπια, Ρουμανία. Το δίκτυο της αναφερόμενης εταιρίας έχει σχεδιαστεί με υψηλά κριτήρια ποιότητας και αποδοτικής κάλυψης αλλά και αξιοπιστίας. Τα βασικά στοιχεία του δικτύου της Cosmote είναι τα εξής: Σταθμοί βάσης BTS που αποτελούν το δίαυλο επικοινωνίας μεταξύ της συσκευής του χρήστη και του δικτύου. Έχει διαθέσει δίκτυα από όλες τις γενιές κινητής τηλεφωνίας. Η εταιρία αξιοποιεί την τεχνολογία GPRS. Αρχίζει να λειτουργεί κέντρο επίβλεψης δικτύων(24χ). Γενικότερα η Cosmote βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου συστήματος βαλκανικών δικτύων. Έπειτα, το δίκτυο της WIND. Αρχικά ονομαζόταν TELESTET, έπειτα TIM και τώρα πια είναι η γνωστή WIND. Το τεχνικό δίκτυο της WIND είναι εγκατεστημένο σε όλη την ελληνική επικράτεια με πληθυσμιακή κάλυψη 99,3%. Κάποια βασικά χαρακτηριστικά της εταιρίας αυτής είναι: Χρησιμοποιεί την τεχνολογία 900 MHz που επιτρέπει την κάλυψη μεγάλων περιοχών με μικρό σχετικά αριθμό από σταθμούς βάσης. Λειτουργεί εκτεταμένο δίκτυο που καλύπτει τις ανάγκες επικοινωνίας του πληθυσμού της χώρας κατά 99%. Έχει εκτεταμένο δίκτυο 2 ης και 3 ης γενιάς και τώρα πλέον και της 4 ης. 12

13 Πέραν των δύο εταιριών που αναφέρθηκαν πιο πάνω υπάρχουν και άλλες επίσης που είναι αρκετά διαδεδομένες και σε προτίμηση από τον κόσμο, οι οποίες είναι εξίσου καλές και αξιόπιστες. [2] 1.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κινητής τηλεφωνίας Στις μέρες μας είναι σχεδόν αδύνατο να φανταστούμε τη ζωή μας χωρίς κινητό τηλέφωνο, αφού όλο και περισσότεροι άνθρωποι το έχουν εντάξει στην καθημερινότητά τους. Ποια είναι, επομένως, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της καθημερινής χρήσης των κινητών τηλεφώνων; Πλεονεκτήματα κινητής τηλεφωνίας Πρώτα από όλα, θα πρέπει να τονίσουμε ότι χάρη στα κινητά τηλέφωνα έχουμε τη δυνατότητα να επικοινωνούμε άμεσα, οπουδήποτε και αν βρισκόμαστε. Ιδιαίτερα σε επείγουσες περιπτώσεις, το κινητό τηλέφωνο είναι πολύ χρήσιμο και διευκολύνει την καθημερινή μας ζωή. Επιπλέον, παρέχει ένα αίσθημα ασφάλειας στους γονείς επιτρέποντάς τους να τηλεφωνούν στα παιδιά τους, όποτε το θεωρούν αναγκαίο. Τέλος, το κινητό τηλέφωνο μπορεί να αντικαταστήσει άλλες συσκευές, όπως φωτογραφικές μηχανές, Μρ3, διότι μας επιτρέπει να ακούμε μουσική, να τραβάμε φωτογραφίες ή βίντεο. Πλέον ένα κινητό τηλέφωνο αποτελεί ένα φορητό υπολογιστή, καθώς με τη νέα τεχνολογία πλέον της 4 ης γενιάς, μπορούμε να κάνουμε όλες τις εργασίες ενός υπολογιστή από όποιο σημείο και αν βρισκόμαστε, πράγμα το οποίο μας εξυπηρετεί πάρα πολύ στη δύσκολη καθημερινότητα την οποία βιώνουμε.[4] Μειονεκτήματα κινητής τηλεφωνίας Αντίθετα, η χρήση κινητού τηλεφώνου κρύβει αρκετούς κινδύνους. Τα παιδιά, για παράδειγμα, βλέπουν το «κινητό» σαν ηλεκτρονικό παιχνίδι, και πολλές φορές καταλήγουν να περνούν ατέλειωτες ώρες παίζοντας, κάτι που είναι ιδιαίτερα βλαβερό 13

14 για την υγεία τους. Συγκεκριμένα, οι ειδικοί υποστηρίζουν ότι η διαρκής πληκτρολόγηση από την παιδική ηλικία μπορεί να προκαλέσει μυϊκές βλάβες στο μέλλον. Επίσης, τα κινητά τηλέφωνα θα μπορούσαν κάλλιστα να χαρακτηριστούν ως «μικροσκοπικοί φούρνοι μικροκυμάτων», γιατί η ακτινοβολία που εκπέμπουν επηρεάζει τον εγκέφαλο. Επιπλέον, πιστεύεται ότι το κινητό τηλέφωνο, καθώς και άλλες συσκευές, έχει αρχίσει να μας αποξενώνει, αφού η άμεση επικοινωνία - πρόσωπο με πρόσωπο - έχει μειωθεί σημαντικά.[4] 1.5 Συμπέρασμα Το τελικό συμπέρασμα είναι πως παρά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που παραθέσαμε το κινητό τηλέφωνο είναι πλέον απαραίτητο στη καθημερινότητα μας και δεν μπορούμε να φανταστούμε τη ζωή μας χωρίς αυτό. Με τις επιπτώσεις του ή μη, δεν μπορούμε να το αποχωριστούμε αφού αποτελεί απαραίτητο εργαλείο. [4] ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2:ΔΙΚΤΥΑ 2.1 ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ Ως ασύρματο δίκτυο χαρακτηρίζεται το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο, συνήθως τηλεφωνικό ή δίκτυο υπολογιστών, το οποίο χρησιμοποιεί, ραδιοκύματα ως φορείς πληροφορίας. Τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, με συχνότητα φέροντος η οποία εξαρτάται κάθε φορά από το ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που απαιτείται να υποστηρίζει το δίκτυο. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου. Σε παλαιότερες εποχές τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά, αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία και, επομένως, είναι ουσιαστικώς δίκτυα υπολογιστών.[2] 14

15 2.2 ΔΙΚΤΥΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ Κινητό τηλέφωνο Κινητό τηλέφωνο ή απλά κινητό, ονομάζεται κατά κύριο λόγο το τηλέφωνο που δεν εξαρτάται από φυσική καλωδιακή σύνδεση με δίκτυο παροχής τηλεφωνίας και δεν εξαρτάται από κάποια τοπική ασύρματη συσκευή εκπομπής ραδιοφωνικού σήματος χαμηλής συχνότητας. Τα κινητά τηλέφωνα χρησιμοποιούν τεχνολογία κυψελών (cells) και εκπέμπουν σε υψηλές συχνότητες. Για την εκπομπή και λήψη των σημάτων χρησιμοποιείται πλέον, αποκλειστικά ψηφιακή τεχνολογία με κωδικοποίηση.[2] Πώς λειτουργεί η κινητή τηλεφωνία Για να έχουμε τη δυνατότητα χρήσης του κινητού τηλεφώνου είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός τουλάχιστον ασύρματου δικτύου κινητής τηλεφωνίας. Τα δίκτυα αυτά χρησιμοποιούν σταθμούς βάσης για να καλύψουν με ηλεκτρομαγνητικό σήμα τους χώρους που βρισκόμαστε. Εικόνα: Σταθμός Κινητής Τηλεφωνίας 15

16 Όταν χρησιμοποιούμε το κινητό μας τηλέφωνο για να επικοινωνήσουμε, τότε αυτό στέλνει και λαμβάνει ηλεκτρομαγνητικά σήματα προς και από έναν σταθμό βάσης, ο οποίος στη συνέχεια επικοινωνεί(ενσύρματα ή ασύρματα) με κάποια κέντρα αναδιανέμοντας τη πληροφορία, ώστε να μπορούμε να επικοινωνούμε με αυτούς που θέλουμε.[4] Σταθμός βάσης κινητής τηλεφωνίας Ο σταθμός βάσης είναι το σύνολο των εγκαταστάσεων μιας εταιρίας κινητής τηλεφωνίας που τοποθετούνται σε μια περιοχή για την υποστήριξη του ασύρματου δικτύου της. Οι σταθμοί βάσης αποτελούνται από κεραιο-συστήματα εκπομπής και λήψης των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων, καθώς και ηλεκτρονικό εξοπλισμό για την επεξεργασία των σημάτων αυτών. Τα κεραιο-συστήματα των σταθμών βάσης βρίσκονται τοποθετημένα πάνω σε μεταλλικούς πυλώνες ή ιστούς(βλ. εικόνα). Πολλοί σταθμοί βάσης κατασκευάζονται των πόλεων και έχουν τα κεραιο-συστήματα τους τοποθετημένα στις οροφές ψηλών κτιρίων. [2] Εικόνα: Κεραία 2.3 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΟΣ ΔΟΡΥΦΟΡΟΣ Τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος ονομάζεται ο μη επανδρωμένος τεχνητός δορυφόρος, μέσω του οποίου παρέχονται υπηρεσίες μεγάλων αποστάσεων, όπως 16

17 τηλεοπτικής και ραδιοφωνικής μετάδοσης, τηλεφωνικών επικοινωνιών και συνδέσεων ηλεκτρονικών υπολογιστών. Οι δορυφόροι έχουν τη μοναδική δυνατότητα να παρέχουν κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών και να διασυνδέουν μακρινούς και δυσπρόσιτους τηλεπικοινωνιακούς κόμβους και γι' αυτό τα δορυφορικά δίκτυα αποτελούν σήμερα αναπόσπαστο τμήμα των περισσότερων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Τις τελευταίες δεκαετίες η τεχνολογία των δορυφορικών συστημάτων συνεχώς προοδεύει και η χρήση γεωσύγχρονων δορυφόρων για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων αναπτύσσεται ταχύτατα. Σήμερα, η εξοικείωση των ηλεκτρονικών μηχανικών με τη δορυφορική τεχνολογία, τις δορυφορικές επικοινωνίες και τις δορυφορικές ζεύξεις καθίσταται αναγκαία, καθώς οι δορυφορικές τηλεπικοινωνίες αναμένεται να παίζουν συνεχώς μεγαλύτερο ρόλο στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Οι δορυφόροι έχουν προωθήσει σημαντικά την επικοινωνία με την δημιουργία παγκόσμιων τηλεφωνικών συνδέσεων, ενώ χάρη σε αυτούς γίνονται εφικτές ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές μεταδόσεις σε πραγματικό χρόνο. Ένας δορυφόρος λαμβάνει σήμα μικροκυμάτων από έναν επίγειο σταθμό (uplink), κατόπιν ενισχύει και αναμεταδίδει το σήμα σε έναν σταθμό λήψης στη γη σε διαφορετική συχνότητα (η κατιούσα σύνδεση). Ένας δορυφόρος επικοινωνίας τοποθετείται σε γεωσύγχρονη τροχιά, πράγμα που σημαίνει σημαίνει ότι τίθεται σε τροχιά με την ίδια ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται η Γη. Ο δορυφόρος μένει στην ίδια θέση σχετικά με την επιφάνεια της Γης, έτσι ώστε ο σταθμός αναμετάδοσης δεν θα χάσει ποτέ την επαφή με τον δέκτη. [6] Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι κάτι που θα αναλύσουμε περαιτέρω στο Κεφάλαιο 3 που ακολουθεί. 2.4 ΑΛΛΑ ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΔΙΚΤΥΑ ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΕΥΡΕΙΑΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ(WWAN) ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΜΗΤΡΟΠΟΛΙΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ (WMAN) ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΤΟΠΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ(WLAN) ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΠΡΟΣΩΠΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ(WPAN) 17

18 2.5 ΑΣΥΡΜΑΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΡΑΔΙΟΚΥΜΑΤΑ Ραδιοκύματα ονομάζονται οι χαμηλές συχνότητες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, που εκτείνονται περίπου από τα 3 KHz ως τα 300 GHz. Οι ασύρματες τηλεπικοινωνίες γίνονται συνήθως με ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής (από τα 30 MHz ως το 1 GHz), ή μικροκύματα (από τα 2 GHz ως τα 40 GHz). Τα ραδιοκύματα χαμηλότερων συχνοτήτων γενικά εξασθενούν σχετικά γρήγορα, αφού συγκριτικά μεταφέρουν λίγη ενέργεια, αλλά έχουν την ικανότητα να διαπερνούν τα φυσικά εμπόδια. Τα κύματα υψηλότερων συχνοτήτων διαδίδονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις, αλλά ανακλώνται ευκολότερα από φυσικά εμπόδια. Επίσης, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ενός κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατευθυντικότητα του (μπορεί δηλαδή να εκπεμφθεί σε μία σχετικά στενή δέσμη αντί προς πάσα κατεύθυνση). Έτσι, μιλώντας γενικά, τα μικροκύματα είναι κατευθυντικά ενώ τα ραδιοκύματα ευρείας εκπομπής όχι. [6] 2.6 ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΚΥΜΑΤΩΝ Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι διάδοσης κυμάτων για τις ασύρματες τηλεπικοινωνίες: Διάδοση εδάφους (Ground-Wave Propagation) Χαμηλές συχνότητες (ως 2 MHz), που όμως ακολουθούν την κυρτή επιφάνεια της Γης λόγω διάθλασης τους από την ατμόσφαιρα, κι έτσι καλύπτουν ικανοποιητικές αποστάσεις. Έχουν το μειονέκτημα της ταχείας εξασθένησης. Ατμοσφαιρική διάδοση (Sky-Wave Propagation) 18

19 Υψηλών συχνοτήτων, δεν εξασθενεί η ισχύς τους εύκολα, μεταδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω διαδοχικών ανακλάσεων τους από την ιονόσφαιρα στο έδαφος και τανάπαλιν - ώσπου να φτάσουν στον παραλήπτη. Διάδοση Γραμμής Όρασης (Line-Of-Sight Propagation) Πολύ μεγάλες συχνότητες, που δεν ανακλώνται από τις επιφάνειες. Οι κεραίες βρίσκονται σε οπτική επαφή και το κύμα εκπέμπεται κατευθυνόμενο από τη μία στην άλλη. Πρέπει να ληφθεί υπ' όψιν η διάθλαση λόγω της ατμόσφαιρας και, έτσι, αυτός ο τρόπος αποδίδει καλύτερα για επικοινωνίες μακριά από την επιφάνεια της γης. Ανάκλαση εδάφους δύο ακτίνων (Two-Ray Ground Reflection) Η διάδοση από τον πομπό στο δέκτη γίνεται με δύο συνιστώσες: Απευθείας μετάδοση μέσω οπτικής επαφής και έμμεση λήψη μετά από ανάκλαση στο έδαφος. Εφαρμόζεται σε περιπτώσεις που η επικοινωνία γίνεται σε μικρή απόσταση και κοντά στην επιφάνεια του εδάφους (π. χ. ασύρματα τοπικά δίκτυα υπολογιστών). Η ασύρματη μετάδοση εμπεριέχει διάφορους παράγοντες, που δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία: η κατάσταση της ατμόσφαιρας και η διάθλαση επηρεάζουν το σήμα, η μεγάλη απόσταση εξασθενεί την ισχύ του σήματος κλπ. Όλοι αυτοί οι παράγοντες (απώλειες ελεύθερου χώρου) επιδρούν διαφορετικά σε σήματα διαφορετικών συχνοτήτων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται στρέβλωση και πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπ' όψιν όταν μεταδίδονται σήματα που εμπεριέχουν διαφορετικές συχνότητες. Ότι δεν ανήκει στην προς μετάδοση πληροφορία ονομάζεται θόρυβος και είναι είτε θερμικός (προκαλείται από τις κεραίες, εξαρτάται από τη θερμοκρασία και δεν μπορεί να εξαλειφθεί), είτε από εξωτερικές πηγές (εκπομπές που προκαλούνται ακούσια από διάφορες ηλεκτρικές συσκευές λόγω κατασκευαστικών ατελειών), είτε από παρεμβολές άλλων εκπομπών σε επικαλυπτόμενες συχνότητες. Ο θόρυβος είναι εξίσου σημαντική επιβάρυνση στην επικοινωνία, με τις απώλειες ελεύθερου χώρου. Ένα άλλο φαινόμενο που ενυπάρχει στην ασύρματη μετάδοση και επιβαρύνει την επικοινωνία είναι οι πολλαπλές οδεύσεις, που οφείλονται στην ανάκλασή, διάθλαση και σκέδαση του σήματος κατά τη διάδοση του και έχουν ως αποτέλεσμα ένα σήμα να φτάνει στον αποδέκτη πολλές φορές, ή σε δόσεις, με χρονική διαφορά 19

20 και διαφορετικά σήματα να φτάνουν την ίδια χρονική στιγμή παρεμβαλλόμενα το ένα στο άλλο. Το φαινόμενο όμως που δημιουργεί τα περισσότερα προβλήματα είναι οι διαλείψεις, η απότομη μεταβολή του πλάτους του σήματος, οι οποίες διαχωρίζονται σε υψίσυχνες και αργές, ενώ αντιμετωπίζονται με κάποιες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις πολλαπλές οδεύσεις. [6] 2.7 ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΔΙΑΣΠΟΡΑ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Οι μέθοδοι διασποράς φάσματος (Spread Spectrum, εναλλακτικά εξάπλωσης ή διεύρυνσης φάσματος) αποτελούν τρόπους με τους οποίους η ενέργεια ενός σήματος που καταλαμβάνει κάποιο σχετικά περιορισμένο φάσμα συχνοτήτων, κατανέμεται εσκεμμένα σε πολύ μεγαλύτερο φασματικό εύρος με σκοπό την αύξηση της ασφάλειας των τηλεπικοινωνιών, την αποφυγή υποκλοπών και τη μεγαλύτερη αντοχή στα παράσιτα και τις παρεμβολές. Οι σπουδαιότερες μέθοδοι διασποράς φάσματος είναι οι ακόλουθες: Direct Sequence: Διασπορά φάσματος με άμεση ακολουθία (DSSS) Frequency Hopping: Διασπορά φάσματος με εναλλαγή συχνοτήτων (FHSS) [2] DSSS Για κάθε bit που πρόκειται να μεταδοθεί εκπέμπεται στην πραγματικότητα μία άλλη ακολουθία πολλών bit (η οποία εξαρτάται από τον κώδικα διασποράς). Ο μόνος τρόπος για να γίνει αυτό διατηρώντας τον ίδιο πραγματικό ρυθμό μετάδοσης είναι η διεύρυνση του χρησιμοποιούμενου φάσματος και η ταυτόχρονη ολική χρήση του. Το πλεονέκτημα είναι και εδώ η αυξημένη ασφάλεια, αφού ο κώδικας διασποράς κρυπτογραφεί κατά κάποιον τρόπο τα εκπεμπόμενα δεδομένα. [2] 20

21 FHSS Το εύρος ζώνης χωρίζεται σε υποζώνες συχνοτήτων, καθεμία από τις οποίες έχει εύρος ανάλογο μίας εκπομπής στενής ζώνης, και ο κώδικας διασποράς ουσιαστικά καθορίζει σε ποια υποζώνη θα μεταπηδά η επικοινωνία σε τακτά χρονικά διαστήματα. Τόσο ο πομπός όσο και ο δέκτης θα πρέπει να συντονίζονται διαρκώς σε διαφορετική φέρουσα συχνότητα με τον ίδιο τρόπο (ο οποίος καθορίζεται από τον κώδικα) και στις ίδιες χρονικές στιγμές. Ως αποτέλεσμα κάποιος τρίτος που δε γνωρίζει τον κώδικα δεν μπορεί να υποκλέψει πληροφορία ή να παρεμβληθεί στη μετάδοση παρά ελάχιστα, αφού δε θα γνωρίζει πότε να συντονιστεί σε άλλη συχνότητα και σε ποια. [2] 2.8 BLUETOOTH Στη μικρότερη τάξη μεγέθους ασύρματων δικτύων συναντώνται τα WPAN, τοπικά δίκτυα πολύ μικρής εμβέλειας με σκοπό την ασύρματη και ad hoc δικτύωση ετερογενών φορητών συσκευών. Το σπουδαιότερο πρότυπο στον χώρο αυτόν είναι η οικογένεια πρωτοκόλλων Bluetooth που σχεδιάστηκε από μία ομάδα εταιρειών και υιοθετήθηκε στη συνέχεια από την IEEE ως το πρότυπο για WPAN. Οι βασικότερες προδιαγραφές αφορούν το φυσικό επίπεδο και το υπό-επίπεδο MAC, όπου έχουν δημιουργηθεί διαφορετικά πρωτόκολλα για διαφορετικές εφαρμογές και τα οποία ονομάζονται προφίλ (π.χ. προφίλ ασύρματου τηλεφώνου, προφίλ πρόσβασης σε LAN κλπ). Κάθε προφίλ περιλαμβάνει πρότυπα για όλα τα επίπεδα και προσφέρει λύσεις για τη διασύνδεση με διαφορετικά δίκτυα μεγαλύτερης κλίμακας. [2] Από φυσική άποψη το Bluetooth λειτουργεί περίπου στα 2,4 GHz, κάνει χρήση της μεθόδου διασποράς φάσματος FHSS με την τακτική εναλλαγή της συχνότητας να καθορίζεται ψευδό-τυχαία από έναν κεντρικό κόμβο, τον κόμβο Master, και προδιαγράφει τρία επίπεδα ισχύος της εκπομπής από τα οποία εξαρτάται και η εμβέλεια επικοινωνίας (πάντα μικρότερη των 10 μέτρων σε PAN). Ένα 21

22 πρόβλημα των προδιαγραφών του Bluetooth είναι ότι, λόγω της μετάδοσης στην ελεύθερη ζώνη συχνοτήτων των 2,4 GHz, οι συσκευές που το υποστηρίζουν αδυνατούν να χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα τα περισσότερα πρωτόκολλα της οικογένειας IEEE , καθώς τότε θα εμφανίζονταν σοβαρά προβλήματα παρεμβολών. [2] ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 3.1 ΚΑΝΑΛΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Το επικοινωνιακό κανάλι ορίζεται το μέσο μετάδοσης που πραγματοποιεί την σύνδεση μεταξύ πηγής και προορισμού. Μπορεί να είναι ένα ζευγάρι μεταλλικά σύρματα, ή τηλεφωνικό καλώδιο, μια οπτική ίνα ή ακόμα και ο ελεύθερος χώρος μέσα στον οποίο διαδίδεται το ακτινοβολούμενο σήμα. Εξαιτίας φυσικών περιορισμών το κανάλι δεν έχει την ίδια συμπεριφορά σε όλες τις συχνότητες και έτσι το σήμα κατά την διέλευση του μέσα από το κανάλι υφίσταται παραμόρφωση. Εκτός από την παραμόρφωση το σήμα υφίσταται και εξασθένιση ή λερώνεται από απρόβλεπτα ηλεκτρικά σήματα που αναφέρονται ως θόρυβος (noise). Οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η μετάδοση της πληροφορίας μέσω ενός καναλιού είναι η χωρητικότητα και το εύρος ζώνης του καναλιού. [2] 3.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΝΑΛΙΟΥ Τα δορυφορικά χαρακτηριστικά καναλιών εισαγωγής μπορούν να έχουν μια επίδραση στα πρωτόκολλα μεταφορών τρόπων, όπως το πρωτόκολλο ελέγχου 22

23 μετάδοσης (TCP) [ Pos81 ]. Όταν τα πρωτόκολλα, όπως το TCP, αποδίδουν κακώς, η διοχέτευση στη χρησιμοποίηση είναι χαμηλή. Ενώ η απόδοση ενός πρωτοκόλλου μεταφορών είναι σημαντική, δεν είναι η μόνη εκτίμηση κατά την κατασκευή ενός δικτύου που περιέχει τις δορυφορικές συνδέσεις. Παραδείγματος χάριν, το πρωτόκολλο συνδέσεων στοιχείων, το πρωτόκολλο εφαρμογής, το μέγεθος απομονωτών δρομολογητών, η πειθαρχία αναμονής και η θέση πληρεξούσιου είναι μερικές από τις εκτιμήσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Εντούτοις, το παρόν άρθρο εστιάζει στη βελτίωση του TCP στο δορυφορικό περιβάλλον και οι εκτιμήσεις μη-tcp αφήνονται για ένα άλλο άρθρο. Τέλος, έχουν υπάρξει πολλοί δορυφορικοί μετριασμοί που προτείνονται και που μελετώνται από την ερευνητική κοινότητα. Ενώ αυτοί οι μετριασμοί μπορούν να αποδειχθούν χρήσιμοι και ασφαλείς για τα κοινά δίκτυα στο μέλλον, το παρόν άρθρο εξετάζει μόνο τους μηχανισμούς TCP που αυτήν την περίοδο καλά γίνονται κατανοητοί και στη διαδρομή προτύπων IETF (ή είναι υποχωρητικός με τα πρότυπα IETF). Ακολουθούν τα εξής μέρη: Η επόμενη παράγραφος (Ανάλυση) παρέχει μια συνοπτική περίληψη των χαρακτηριστικών των δορυφορικών δικτύων. Ακολουθεί η περιγραφή δύο μηχανισμών μη-tcp που επιτρέπουν στο TCP για να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικότερα το διαθέσιμο εύρος ζώνης. Στη συνέχεια περιγράφονται οι μηχανισμοί TCP που καθορίζονται από το IETF που μπορεί να ωφελήσει τα δορυφορικά δίκτυα και τέλος δίνεται μια περίληψη αυτού που οι σύγχρονες εφαρμογές TCP πρέπει να περιλάβουν για να θεωρηθούν "δορυφορικά φιλικές". [6] ΘΟΡΥΒΟΣ Η δύναμη ενός ραδιοσήματος μειώνεται αναλογικά προς το τετράγωνο της απόστασης που διανύεται. Για μια δορυφορική σύνδεση η απόσταση είναι μεγάλη και έτσι το σήμα γίνεται αδύνατο πριν φθάνει στον προορισμό του. Αυτό οδηγεί σε ένα χαμηλό σήμα προς τον θόρυβο σε αναλογία. Μερικές συχνότητες είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στα ατμοσφαιρικά αποτελέσματα όπως η μείωση βροχής. Για τις κινητές εφαρμογές, τα δορυφορικά κανάλια είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην πολλαπλών διαδρομών διαστρέβλωση και να σκιάσουν (π.χ., παρεμπόδιση από τα κτήρια). Τα χαρακτηριστικά ποσοστά λάθους κομματιών για μια δορυφορική σύνδεση είναι 23

24 σήμερα σε παραγγελία 1 λάθους ανά 10 εκατομμύριο μπιτ (1 X 10^-7) ή λιγότερο συχνά. Η προηγμένη κωδικοποίηση ελέγχου λάθους (π.χ. Solomon) μπορεί να προστεθεί στις υπάρχουσες δορυφορικές υπηρεσίες και χρησιμοποιείται αυτήν την περίοδο από πολλές υπηρεσίες. Η δορυφορική ίνα απόδοσης λάθους θα γίνει πιο κοινή όπως η προηγμένη κωδικοποίηση ελέγχου λάθους χρησιμοποιείται στα νέα συστήματα. Εντούτοις, πολλά δορυφορικά συστήματα κληρονομιών θα συνεχίσουν να εκθέτουν τα υψηλότερα ΤΖΙΤΖΙΦΑ από τα νεώτερα δορυφορικά συστήματα και τα επίγεια κανάλια. [6] ΕΥΡΟΣ ΖΩΝΗΣ Το ράδιο φάσμα είναι ένας περιορισμένος φυσικός πόρος, ως εκ τούτου υπάρχει ένα περιορισμένο ποσό εύρους ζώνης, διαθέσιμο στα δορυφορικά συστήματα που ελέγχεται χαρακτηριστικά από τις άδειες. Αυτή η έλλειψη το καθιστά δύσκολο να ανταλλάξει το εύρος ζώνης για να λύσει άλλα προβλήματα σχεδίου. Χαρακτηριστικές συχνότητες μεταφορέων για το ρεύμα, εμπορικές δορυφορικές υπηρεσίες είναι 6 GHz (uplink) και 4 GHZ (κατιούσα σύνδεση), επίσης γνωστή ως ζώνη γ, και 14/12 GHZ (ζώνη Ku). Μια νέα υπηρεσία σε 30/20 GHz (ζώνη Κα) θα προκύπτει κατά τη διάρκεια των επόμενων μερικών ετών. Οι δορυφορικοί ράδιοεπαναλήπτες είναι γνωστοί ως αναμεταδότες. Το παραδοσιακό εύρος ζώνης αναμεταδοτών ζωνών γ είναι χαρακτηριστικά 36 MHz για να προσαρμόσει ένα κανάλι έγχρωμης τηλεόρασης (ή 1200 κανάλια φωνής). Οι αναμεταδότες ζωνών Ku είναι χαρακτηριστικά περίπου 50 MHz. Επιπλέον, ένας δορυφόρος μπορεί να φέρει μερικές δωδεκάδες αναμεταδότες. Όχι μόνο το εύρος ζώνης περιορίζεται από τη φύση, αλλά οι κατανομές για τις εμπορικές επικοινωνίες περιορίζονται με τις διεθνείς συμφωνίες έτσι ώστε αυτός ο λιγοστός πόρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αρκετά από πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Αν και οι δορυφόροι έχουν ορισμένα μειονεκτήματα όταν συγκρίνονται με τα κανάλια ινών (π.χ., δεν μπορεί να επισκευαστεί εύκολα, η βροχή εξασθενίζει, κ.λπ.), έχουν επίσης ορισμένα πλεονεκτήματα πέρα από τις επίγειες συνδέσεις. Κατ' αρχάς, οι δορυφόροι έχουν μια φυσική ικανότητα ραδιοφωνικής μετάδοσης. Αυτό δίνει στους δορυφόρους ένα πλεονέκτημα για τις πολλαπλής διανομής εφαρμογές. Έπειτα, οι δορυφόροι μπορούν να φθάσουν γεωγραφικά στις απομακρυσμένες περιοχές ή τις χώρες που έχουν λίγη επίγεια υποδομή. Ένα σχετικό 24

25 πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα των δορυφορικών συνδέσεων να επιτευχθούν οι κινητοί χρήστες. [6] 3.3 ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΔΙΑΔΟΣΗΣ Στα χαρακτηριστικά των δορυφορικών δικτύων υπάρχει μια έμφυτη καθυστέρηση στην παράδοση ενός μηνύματος πέρα από μια δορυφορική σύνδεση λόγω στην πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός και το ύψος των δορυφόρων επικοινωνιών. Πολλοί δορυφόροι επικοινωνιών βρίσκονται στη γεωστατική τροχιά (GSO) με ένα ύψος περίπου χλμ. [ Sta94 ]. Σε αυτό το ύψος η περίοδος τροχιάς είναι η ίδια με την περίοδο γήινης περιστροφής. Επομένως, κάθε επίγειος σταθμός είναι πάντα ικανός "να δει" βάζοντας σε τροχιά δορυφόρο στην ίδια θέση στον ουρανό. Ο χρόνος διάδοσης για ένα ραδιοσήμα στο ταξίδι είναι δύο φορές ότι η απόσταση (που αντιστοιχεί σε έναν επίγειο σταθμό άμεσα κάτω από το δορυφόρο) είναι 239,6 χιλιοστά του δευτερολέπτου (msec). Για τους επίγειους σταθμούς στην άκρη της περιοχής άποψης του δορυφόρου, η απόσταση που διανύεται είναι 2 X χλμ για μια συνολική καθυστέρηση διάδοσης της είναι 279,0. Αυτές οι καθυστερήσεις είναι για μια κανονική διαδρομή δορυφορικών σταθμών. Επομένως, η καθυστέρηση διάδοσης για ένα μήνυμα και την αντίστοιχη απάντηση (ένα μετ' επιστροφής χρόνος ή RTT) θα μπορούσε να είναι τουλάχιστον 558. Το RTT δεν είναι βασισμένο απλώς στο δορυφορικό χρόνο διάδοσης. Το RTT θα αυξηθεί από άλλους παράγοντες στο δίκτυο, όπως ο χρόνος μετάδοσης και ο χρόνος διάδοσης άλλων συνδέσεων στην πορεία δικτύων και της καθυστέρησης αναμονής στις πύλες. Επιπλέον, η δορυφορική καθυστέρηση διάδοσης θα είναι πιο μακροχρόνια εάν η σύνδεση περιλαμβάνει τους πολλαπλάσιους λυκίσκους ή εάν χρησιμοποιούνται διαδορυφορικές συνδέσεις. Δεδομένου ότι οι δορυφόροι γίνονται πιο σύνθετοι και περιλαμβάνουν την επί του σκάφους επεξεργασία των σημάτων, η πρόσθετη καθυστέρηση μπορεί να προστεθεί. Άλλες τροχιές είναι δυνατές προς χρήση από τους δορυφόρους επικοινωνιών συμπεριλαμβανομένης της χαμηλής γήινης τροχιάς (LEO) και μέση γήινη τροχιά (MEO). Οι χαμηλότερες τροχιές απαιτούν τη χρήση των αστερισμών των δορυφόρων για τη σταθερή κάλυψη. Με άλλα λόγια, δεδομένου ότι 25

26 ένας δορυφόρος αφήνει τη θέα του επίγειου σταθμού, ένας άλλος δορυφόρος εμφανίζεται στον ορίζοντα και το κανάλι αλλάζει. Η καθυστέρηση διάδοσης σε μια τροχιά LEO κυμαίνεται από αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου κατά την επικοινωνία με έναν δορυφόρο άμεσα υπερυψωμένο, σε τουλάχιστον σε 80 όταν είναι ο δορυφόρος στον ορίζοντα. Αυτά τα συστήματα είναι πιθανότερο να χρησιμοποιήσουν διαδορυφορικά τις συνδέσεις και να έχουν τη μεταβλητή καθυστέρηση πορειών ανάλογα με τη δρομολόγηση μέσω του δικτύου.[2] 3.4 ΖΩΝΕΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Οι σημερινοί δορυφόροι επικοινωνιών που καλύπτουν την Ασία, την Αυστραλία και τη Μέση Ανατολή διαβιβάζουν τις εκατοντάδες των δορυφορικών σημάτων TV εντούτοις, όλες αυτές οι δορυφορικές ραδιοφωνικές μεταδόσεις TV δεν είναι δημιουργημένοι ίσοι. Το ακόλουθο υλικό εξηγεί πώς οι δορυφόροι αρμόζουν στο ηλεκτρομαγνητικό σχέδιο των πραγμάτων, γιατί ορισμένοι δορυφορικοί εκφωνητές έχουν μια ανώτερη δυνατότητα να παραδώσουν τα κρυστάλλινα προγράμματα TV με ένα ελάχιστο των muss ή της αναστάτωσης, και πώς να προσαρμόσουν τα μεγάλα δορυφορικά πιάτα ανοιγμάτων για να λάβουν τις πιο πρώην direct-to-home (DTH) δορυφορικές υπηρεσίες TV. Η διεθνής ένωση τηλεπικοινωνιών, μια αντιπροσωπεία των Ηνωμένων Εθνών, έχει θέσει κατά μέρος το διάστημα στις έξοχες ζώνες υψηλής συχνότητας (shf) που βρίσκονται μεταξύ 2,5 και 22 GHz για τις δορυφορικές μεταδόσεις. Σε αυτές τις συχνότητες, το μήκος κυμάτων κάθε κύκλου είναι τόσο σύντομο που τα σήματα καλούνται μικροκύματα. Οι επιστήμονες που ανέπτυξαν τα πρώτα συστήματα ραντάρ μικροκυμάτων κατά τη διάρκεια του παγκόσμιου πολέμου ΙΙ όρισαν έναν προσδιορισμό επιστολών σε κάθε ζώνη συχνότητας μικροκυμάτων. Παραδείγματος χάριν, το 800 MHz στο φάσμα συχνότητας 2 GHz κλήθηκε ζώνη λ, 2 έως 3 GHz: η ζώνη του s 3 έως 6 GHz: η ζώνη γ 7 έως 9 GHz: η ζώνη Χ 10 έως 17 GHz: η ζώνη Ku και 18 έως 22 GHz: η ζώνη Κα. [6] 26

27 3.4.1 Ιστορικό εξέλιξης των ζωνών Στην αυγή της δορυφορικής ηλικίας κατά τη διάρκεια στα μέσα της δεκαετίας του '60, οι μηχανικοί μικροκυμάτων αποφάσισαν να μεταφέρουν την υπάρχουσα ορολογία ραντάρ και να την εφαρμόσουν στις ζώνες δορυφόρων επικοινωνιών επίσης. Τα παγκόσμια πρώτα εμπορικά δορυφορικά συστήματα χρησιμοποίησαν το φάσμα συχνότητας ζωνών γ 3,7 έως 4,2 GHz. Οι πρώτοι εμπορικοί δορυφόροι ζωνών Ku έκαναν την εμφάνισή τους προς το τέλος της δεκαετίας του '70 και της πρόωρης δεκαετίας του '80 Σχετικά λίγα επίγεια δίκτυα επικοινωνιών ορίστηκαν για να χρησιμοποιήσουν αυτήν την ζώνη συχνότητας. Μέσα στα προηγούμενα λίγα έτη, οι δορυφορικοί χειριστές έχουν αρχίσει το γενναίο νέο κόσμο σε 20 GHZ. Μόνο μερικοί δορυφόροι Κα-ταινιών είναι αυτήν την περίοδο στην τροχιά: ACTS (ΗΠΑ) Superbird και N-STAR (Ιαπωνία), DFS Kopernikus (Γερμανία), και Italsat (Ιταλία). Εντούτοις, αναμένεται η χρήση αυτής της ζώνης υψηλότερης συχνότητας για να αυξηθεί εντυπωσιακά κατά τη διάρκεια της πρώτης δεκαετίας του 21ου αιώνα.[2] Μειονεκτήματα Υπάρχει ένα σημαντικό μειονέκτημα στους δορυφόρους που τα σήματα στις συχνότητες είναι μεγαλύτερες από 10 GHz: το μήκος αυτών των μικροκυμάτων είναι τόσο σύντομο που η βροχή, το χιόνι ή ακόμα και τα γεμισμένα σύννεφα που περνούν από πάνω μπορούν να μειώσουν την ένταση των εισερχόμενων σημάτων. Οι σχεδιαστές συστημάτων κu-ταινιών χρησιμοποιούν χαρακτηριστικά μια μεγαλύτερη κεραία. Αυτή η αύξηση στο άνοιγμα κεραιών δίνει στο σύστημα διάφορα db του περιθωρίου έτσι ώστε το λαμβάνον σύστημα που θα συνεχίσει να λειτουργεί στο φως για να συγκρατήσει τις θύελλες της βροχής. [2] 27

28 3.4.3 Ζώνη S Αν και η διεθνής ένωση τηλεπικοινωνιών έχει ορίσει το φάσμα συχνότητας S- band για τις direct-to-home μεταδόσεις TV, λίγες οργανώσεις έχουν εκλέξει μέχρι τώρα να χρησιμοποιήσουν αυτό το φάσμα για τη δορυφορική μετάδοση. Ένας περιοριστικός παράγοντας είναι το εύρος ζώνης διαθέσιμο: ακριβώς 100 MHz του φάσματος από 2,5 έως 2,6 GHz. Η Ινδία και Arabsat έχουν περιλάβει τους αναμεταδότες S-Band στους δορυφόρους γ-ταινιών τους για να το καταστήσουν οικονομικώς αποδοτικό, να προωθήσουν τα ωφέλιμα φορτία S-Band στη γεωστατική τροχιά. Το 1997, η Ινδονησία προώθησε Indostar 1, ο δορυφόρος παγκόσμιων πρώτος αφιερωμένος S-Band (που φέρνει έναν αναμεταδότη που διαβιβάζει 70 Watt της δύναμης) σε μια τροχιακή ανάθεση 107,7 βαθμών ανατολικού γεωγραφικού μήκους. Η ψηφιακή τηλεοπτική συμπίεση θα το καταστήσει τεχνικά και οικονομικά εφικτό για Indostar να μεταδοθεί ραδιοφωνικά μια πολυδιαυλική συσκευασία TV στους συνδρομητές στην Ινδονησία. Η S-Band προσφέρει το πλεονέκτημα της ελάχιστης βροχής και εξασθενίζει τα προβλήματα, μια σημαντική εκτίμηση για τους δορυφορικούς εκφωνητές στην περιοχή ποσοστού παγκόσμιας υψηλότερη βροχής. Αλλά από την άποψη της πραγματοποίησης των σφαιρικών αναγκών δορυφορικών επικοινωνιών στον επόμενο αιώνα, η συμβολή της S-Band θα είναι ελάχιστη. [6] 3.5 ΖΕΥΞΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΙΠΕΔΟ ΖΕΥΞΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων ή επίπεδο σύνδεσης (Data Link Layer), ή συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων, είναι το δεύτερο εκ των επτά επιπέδων του μοντέλου δικτύωσης OSI, ή το πρώτο εκ των τεσσάρων επιπέδων του μοντέλου TCP/IP(από κοινού με το φυσικό επίπεδο του OSI). Μπορεί να αναφέρεται και ως δεύτερο επίπεδο, στο πλαίσιο συζήτησης για δίκτυα υπολογιστών. Στόχος του είναι 28

29 να παρέχει υπηρεσίες στο επίπεδο δικτύου, αξιοποιώντας τις υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου. Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων ενός δικτύου καθορίζεται από πρωτόκολλα τα οποία ρυθμίζουν τη μετάδοση δεδομένων σε ένα τηλεπικοινωνιακό κανάλι αποτελούμενο από ένα μοναδικό φυσικό μέσο (π.χ. σε ενσύρματο τοπικό δίκτυο, όπου το κοινό φυσικό μέσο είναι ένα καλώδιο, σε ασύρματο τοπικό δίκτυο, όπου το κοινό φυσικό μέσο είναι ο ελεύθερος χώρος, ή σε σύνδεση από σημείο-σε-σημείο, όπου το φυσικό μέσο δεν είναι κοινό καθώς μπορεί να προσπελαστεί μόνο από τους κόμβους στα δύο άκρα επικοινωνίας). Το επίπεδο ζεύξης δεδομένων ασχολείται με την τοπική παράδοση πλαισίων μεταξύ συσκευών στο ίδιο τοπικό δίκτυο. Τα πλαίσια του επιπέδου ζεύξης δεδομένων, όπως καλούνται οι μονάδες δεδομένων αυτού του πρωτοκόλλου, δεν διασχίζουν τα σύνορα ενός τοπικού δικτύου. Η δρομολόγηση ανάμεσα σε δίκτυα και σε παγκόσμιο επίπεδο, είναι δουλειά υψηλότερων επιπέδων, επιτρέποντας στα πρωτόκολλα ζεύξης δεδομένων να εστιάσουν στην τοπική παράδοση, διευθυνσιοδότηση και διαχείριση των μέσων. Από αυτήν την άποψη το επίπεδο ζεύξης δεδομένων, είναι ανάλογο με τον τροχονόμο της γειτονιάς. Πασχίζει να διαιτητεύσει ανάμεσα σε μέλη που αντιδικούν για πρόσβαση στο μέσο. Όταν οι συσκευές προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν ταυτόχρονα το μέσο, συμβαίνει σύγκρουση πλαισίων. Τα πρωτόκολλα σύζευξης δεδομένων καθορίζουν πώς οι συσκευές ανιχνεύουν και ανακτούν από τέτοιες συγκρούσεις δεδομένων και μπορεί να προμηθεύουν μηχανισμούς για να τις μειώσουν ή να τις προλάβουν. Η παράδοση πλαισίων από συσκευές του επιπέδου 2, επιτυγχάνεται μέσω της χρήσης διευθύνσεων υλικού. Η επικεφαλίδα ενός πλαισίου περιέχει τις διευθύνσεις πηγής και προορισμού, οι οποίες δείχνουν τη συσκευή προέλευσης και προορισμού αντίστοιχα. Σε αντίθεση με τις ιεραρχικές και τις διευθύνσεις δρομολόγησης του επιπέδου δικτύου, οι διευθύνσεις του επιπέδου 2 είναι επίπεδες, που σημαίνει ότι κανένα μέρος της διεύθυνσης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί η λογική ή φυσική ομάδα στην οποία ανήκει. Έτσι το επίπεδο ζεύξης παρέχει την δυνατότητα μεταφοράς δεδομένων κατά μήκος της φυσικής ζεύξης. Η μεταφορά μπορεί να είναι αξιόπιστη ή αναξιόπιστη. 29

30 Αρκετά πρωτόκολλα ζεύξης δεδομένων δεν έχουν επιβεβαίωση επιτυχούς λήψης των δεδομένων και μερικά πρωτόκολλα ζεύξης μπορεί να μην έχουν καμμία μορφή checksum για τον έλεγχο λαθών μετάδοσης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα πρωτόκολλα υψηλότερων επιπέδων πρέπει να παρέχουν έλεγχο ροής, έλεγχο λαθών, επιβεβαιώσεις λήψης και επανεκπομπή. Στην αρχιτεκτονική δικτύων OSI, το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων ανταποκρίνεται σε αιτήσεις εξυπηρέτησης του επιπέδου δικτύου και επιτελούν την λειτουργία τους κάνοντας αιτήσεις εξυπηρέτησης στο φυσικό επίπεδο. [6] 3.6 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ POLLING O πρώτος παραδοσιακός τρόπος επίτευξης της επικοινωνίας είναι η διερεύνηση με κάποιο τρόπο της ανάγκης για εξυπηρέτηση από το δορυφόρο του κάθε σταθμού. Απευθείας (από το δορυφόρο) αυτό δε γίνεται (αρκετά ακριβό στην υλοποίηση) αν συμπεριλάβουμε και το γεγονός ότι υπάρχει δεδομένη καθυστέρηση στη διάδοση των σημάτων (μέσω του καναλιού επικοινωνίας με το δορυφόρο) αλλά και στην διαδικασία αναγνώρισης της ανάγκης του κάθε επίγειου σταθμού για επικοινωνία από το δορυφόρο. Η λύση είναι η δημιουργία ενός χαμηλού εύρους δικτύου μεταξύ όλων των σταθμών με μορφή λογικού δακτυλίου όπου ένα κουπόνι θα διευθετεί ποιος σταθμός θα μπορεί να μεταδώσει σήμα μέσω της ανερχόμενης ζεύξης στον δορυφόρο. Η παραπάνω υλοποίηση με συγκεκριμένο πρωτόκολλο είναι ικανοποιητική όταν οι σταθμοί που συνδέονται στο δίκτυο είναι τόσοι ώστε ο χρόνος διερεύνησης από το κουπόνι της ζήτησης για επικοινωνία από τον κάθε σταθμό (ένας κύκλος) θα είναι πιο μικρός από το χρόνο μετάδοσης του σήματος από τη γη στο δορυφόρο. [2] 30

31 3.6.2 ALOHA Το απλό ALOHA, όπου κάθε σταθμός στέλνει όποια στιγμή θέλει, είναι εύκολο στην υλοποίηση αλλά η αποδοτικότητα του καναλιού (επίτευξη μετάδοσης των δεδομένων) φτάνει το 18%. Χρησιμοποιώντας το S-ALOHA διπλασιάζεται η αποδοτικότητα αλλά υπάρχει πρόβλημα στο συγχρονισμό των σταθμών για το πότε μπορεί ο καθένας να "μιλήσει". Λύση σε αυτό είναι ο ίδιος ο δορυφόρος ο οποίος όντας μέσο ευρείας μετάδοσης (εκπομπής σε πολλούς σταθμούς) επιτυγχάνει συγχρονισμό αυτών χρησιμοποιώντας τμήματα ισόχρονα για τη λήψη και μετάδοση των σημάτων. Το S-ALOHA αποδοτικό όταν εξυπηρετούνται από ένα δορυφόρο λίγοι και σταθεροί επίγειοι σταθμοί. [2] FDMA Το διαθέσιμο εύρος ζώνης του καναλιού μετάδοσης μοιράζεται σε τμήματα συχνοτήτων για τους διάφορους γήινους σταθμούς (ένας σταθμός εκπέμπει και δέχεται σε ένα τμήμα του εύρους ζώνης των συχνοτήτων). Η δέσμη κάθε transponder η οποία είναι συνήθως 36Mbps μοιράζεται σε 500 PCM κανάλια από 64Kbps το καθένα, το οποίο και εκπέμπει στη δική του συχνότητα. Πρόβλημα σε αυτήν τη διαδικασία μετάδοσης είναι η αναγκαστική ύπαρξη ενδιαμέσων τμημάτων συχνοτήτων τα οποία δε θα χρησιμοποιούνται για την ασφάλεια της μετάδοσης, αλλά και ο έλεγχος των συχνοτήτων που εκπέμπει ο κάθε σταθμός ώστε να εκπέμπει στη δική του συχνότητα. Τέλος επειδή το FDMA είναι μια καθαρά αναλογική τεχνική δεν μπορεί να αντιμετωπισθεί με λογισμικό. Ο διαμοιρασμός των συχνοτήτων στους επίγειους σταθμούς όταν αυτοί είναι λίγοι γίνεται στατικά. αν όμως αυτοί είναι πολλοί τότε χρειάζεται δυναμικός τρόπος όπως ο μηχανισμός Spade που χρησιμοποιείται στους Intelsat. Κάθε transponder με εύρος ζώνης 50 Mbps μοιράζεται σε 794 απλά PCM κανάλια (ανά δύο χρησιμοποιούνται για ταυτόχρονης διπλής κατεύθυνσης επικοινωνία) μαζί με ένα κοινό κανάλι σηματοδότησης 128Κbps (αυτό μοιράζεται σε 31

32 τμήματα από 50 msec όπου το κάθε τμήμα περιέχει διατομές του ενός msec(128 bits), κάθε διατομή (σύνολο 50) την χρησιμοποιεί ένας επίγειος σταθμός). Όταν ένας σταθμός θέλει να επικοινωνήσει επιλέγει ένα διαθέσιμο κανάλι και τον αριθμό του τον γράφει στην επόμενή αυτού διατομή. Όταν το σήμα βρίσκονταν στην κατερχόμενη ζεύξη τότε το κανάλι μπορούσε να το χρησιμοποιήσει άλλος σταθμός. Αν το ίδιο κανάλι το ζητούσαν δύο σταθμοί τότε υπήρχε σύγκρουση και έπρεπε να ζητήσουν άλλο κανάλι αργότερα. Η απελευθέρωση ενός καναλιού μετά από το πέρας της επικοινωνίας την οποία ζήτησε ένας σταθμός γίνεται με σήμα από αυτόν προς του άλλους μέσα από το κοινό κανάλι στη διατομή που αντιστοιχεί σε αυτόν το σταθμό. Το πρωτόκολλο αυτό είναι πεπερασμένο αν και έχει χρησιμοποιηθεί πάρα πολύ. [1] TDMA Σε αυτήν τη μέθοδο η διαχείριση των καναλιών γίνεται με χρονική πολυπλεξία. Κάθε επίγειος σταθμός μεταδίδει σε ένα προκαθορισμένο χρόνο. Περισσότερες της μιας διατομές μπορούν να σχετίζονται με ένα σταθμό σε συγκεκριμένες συχνότητες. Οι υπόλοιποι σταθμοί παρακολουθούν τη διαδικασία αυτή ώστε να βρουν το κατάλληλο κανάλι επικοινωνίας και αναγνωρίζουν ποια σήματα αφορούν αυτούς. Αυτή η μέθοδος απαιτεί συγχρονισμό μεταξύ των επίγειων σταθμών (η οποία επιτυγχάνεται από έναν από αυτούς μέσω του δορυφόρου, Master Control Station). Ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται με τον ίδιο τρόπο όπως στο S- ALOHA. Σ` αυτή τη μέθοδο υπάρχει δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης των συχνοτήτων και των καναλιών από εκείνους τους σταθμούς που ζητούν ακρόαση για επικοινωνία. Όπως στην FDMA, όταν ο δορυφόρος είναι να εξυπηρετήσει λίγους επίγειους σταθμούς, τότε η ρύθμιση των συχνοτήτων και των καναλιών επικοινωνίας μεταξύ σταθμών και δορυφόρου είναι στατική. Όταν όμως οι σταθμοί είναι περισσότεροι τότε χρειάζεται δυναμικός διαμοιρασμός των καναλιών επικοινωνίας στη ζήτηση για αυτές. Υπάρχουν τρία είδη διατάξεων δυναμικού διαμοιρασμού των καναλιών όπου πλαίσια TDM μοιράζονται σε διατομές (η κάθε διατομή μεταφέρει πακέτα δεδομένων συγκεκριμένου χρήστη) κάθε μια των οποίων έχει έναν ιδιοκτήτη. Στην πρώτη διάταξη (Binder) υπάρχουν περισσότερες διατομές από σταθμούς. Κάθε σταθμός κατέχει μια. Αν ο ιδιοκτήτης μιας διατομής κατά ένα πλαίσιο 32

33 μετάδοσης δε θέλει να στείλει σήμα η διατομή του φεύγει κενή και ταυτόχρονα μ` αυτό το γεγονός ενημερώνονται οι υπόλοιποι σταθμοί ότι υπάρχει διαθέσιμη η προηγούμενη διατομή προς χρησιμοποίηση. Οπότε στο επόμενο πλαίσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτή από κάποιον άλλο σταθμό. Όταν ο ιδιοκτήτης θέλει να επικοινωνήσει προκαλεί σύγκρουση οπότε στο επόμενο πλαίσιο μπορεί να χρησιμοποιήσει τη διατομή του για μετάδοση αφού ο σταθμός που χρησιμοποιούσε αυτή περιμένει ένα πλαίσιο μετάδοσης για να δει αν την χρειάζεται ο ιδιοκτήτης. Στη δεύτερη διάταξη (Crowther) οι σταθμοί ανταγωνίζονται τυχαία για τις διατομές αφού δεν υπάρχουν ιδιοκτήτες γι` αυτές. Όταν ένας σταθμός μεταδώσει τότε στο επόμενο πλαίσιο, αφού έχει δεδομένα προς μετάδοση μπορεί να χρησιμοποιήσει τη διατομή που από τον ανταγωνισμό "κέρδισε" και με την οποία άρχισε να υλοποιεί τη μετάδοσή του. Μόλις τελειώσει τη μετάδοση μετά από ένα πλαίσιο μπορεί κάποιος άλλος να χρησιμοποιήσει την ίδια διατομή. Η συγκεκριμένη διάταξη είναι ένας συνδυασμός S-ALOHA και TDMA. Στη τρίτη διάταξη υπάρχει μια διατομή η οποία υποδιαιρείται σε μικρότερες και μέσω αυτών γίνεται από κάθε σταθμό κράτηση για μια διατομή ώστε να εκπέμψει. Στην περίπτωση που πετύχει η κράτηση στο επόμενο πλαίσιο μετάδοσης ο σταθμός μπορεί να εκπέμψει. Ανάλογα με τον αριθμό των υποδιατομών για κράτηση ο κάθε σταθμός γνωρίζει πόσο πρέπει να περιμένει για την εκπομπή του σήματός του. Παράδειγμα με σύστημα ανάθεσης και διανομής των χρονικών διατομών σε κάθε σταθμό για επικοινωνία είναι το ACTS (Advanced Communication Technology Satellite) της NASA, αλλά και το Ιtalsat του Ιταλικού Ερευνητικού Συμβουλίου. Το σημαντικό στοιχείο του ACTS είναι ότι συγκεντρώνοντας την ενέργεια του σήματος δίνει τη δυνατότητα για μετάδοση από πιο ασθενείς (σε ισχύ) γήινους σταθμούς μετάδοσης. Το ACTS τέθηκε σε τροχιά το 1992 και αποτελείται από 4 ανεξάρτητα TDMA κανάλια των 110 Mbps με δύο ανερχόμενες και δύο κατερχόμενες ζεύξεις (είναι οργανωμένο το κάθε κανάλι σε πλαίσια του 1 msec με 1728 διατομές το κάθε πλαίσιο, η κάθε διατομή μπορεί να φέρει 64 bits). Τον συγχρονισμό για την επικοινωνία των σταθμών που βρίσκονται σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές μέσω του δορυφόρου αλλά και την αντιμετώπιση των καθυστερήσεων αλλά και του ορίου που θέτει ο dwell time πετυχαίνει ο MCS. 33

34 Η διαδικασία γίνεται σε τρία στάδια: 1. είσοδος του πλαισίου με τα δεδομένα στο δορυφόρο και αποθήκευσή του σε ενσωματωμένη RAM 2. αντιγραφή των εισόδων σε εξόδους 3. αποστολή των πλαισίων Κάθε σταθμός κατέχει μια διατομή για μετάδοση. Στην περίπτωση που θέλει να στείλει σήμα στον δορυφόρο επικοινωνεί με τον MCS για να πάρει σειρά προτεραιότητας. Λειτουργεί στις ζώνες συχνοτήτων K (20 GHz) και Ka (30 GHz).[1] CDMA Είναι μια διασταύρωση πολυπλεξίας χρόνου/συχνότητας και είναι μια μορφή εκτεταμένου φάσματος επικοινωνίας. Προσφέρει αποκεντρωμένη παροχή καναλιών για επικοινωνία στην υπάρχουσα για αυτή ζήτηση χωρίς χρονικό συγχρονισμό. Είναι μια μέθοδος η οποία τελευταία αρχίζει να χρησιμοποιείται. Κάθε χρήστης έχει μοναδιαίο κωδικό μετάδοσης μηνυμάτων, ο οποίος είναι ορθογώνιος στους κωδικούς των άλλων χρηστών (σταθμοί μετάδοσης/λήψης σημάτων). Το σήμα που τελικά θα σταλεί από τον πομπό είναι αποτέλεσμα του εισερχόμενου σήματος (δεδομένα) και του κωδικού διάδοσης. Στον παραλήπτη το εισερχόμενο σήμα συσχετίζεται με το κωδικό μετάδοσης του δέκτη και αν τα δεδομένα είναι για αυτόν ανακτώνται ειδάλλως μετατρέπονται σε θόρυβο. [1] 34

35 Εικόνα: CDMA ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Τα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης μεθόδου εξυπηρέτησης της ζήτησης για επικοινωνία είναι τα εξής: κάθε χρήστης μεταδίδει δεδομένα οποιαδήποτε στιγμή θέλει χωρίς παρεμβολές από άλλους χρήστες ο κωδικός μετάδοσης ορίζει και πιστοποιεί τον πομπό χωρίς να είναι απαραίτητη περαιτέρω πληροφορία ύπαρξη ασφάλειας στη μετάδοση επαναχρησιμοποίηση των ίδιων συχνοτήτων σε προκαθορισμένες δέσμες από αυτές του δορυφόρου αναθέτοντας διαφορετικούς κωδικούς μετάδοσης στους χρήστες [1] ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Τα μειονεκτήματα της συγκεκριμένης είναι τα εξής: μειωμένη χωρητικότητα μικρότερη από το TDMA λόγω του θορύβου και της έλλειψης του συντονισμού στους σταθμούς μετάδοσης είναι δυσκολονόητη η λειτουργία του γίνεται πιο αποδοτικό όταν ο αριθμός των χρηστών μεγαλώνει αφού ταυτόχρονα το BER μειώνεται. [1] 35

36 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ FDMA TDMA CDMA Τεχνική Πλεονεκτήματα Απλότητα στην υλοποίηση Καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος Βέλτιστη χρήση φάσματος ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ/ΑΠΟΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ [5] ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ CDMA CDMA ευθείας ακολουθίας(direct Sequence CDMA, DS/CDMA) CDMA με μεταπήδηση συχνότητας(frequency Hopping CDMA,FH/CDMA) 36

37 CDMA με μεταπήδηση χρόνου(time Hopping CDMA,TH/CDMA) Υβριδικά συστήματα CDMA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΚΥΨΕΛΕΣ 4.1 ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΚΙΝΗΣΗ ΣΤΑ ΚΥΨΕΛΩΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τηλεπικοινωνιακή κίνηση στα κυψελωτά συστήματα, ορίζεται το σύνολο, όσο αφορά το πλήθος και τη διάρκεια, των κλήσεων από και προς τα κινητά τερματικά, οι οποίες πραγματοποιούνται μέσω ενός αριθμού διαύλων. Η θεωρία της τηλεπικοινωνιακής κίνησης είναι ένα θέμα που έχει μελετηθεί εκτενώς στα τηλεφωνικά συστήματα, όπου χρησιμοποιείται η μεταγωγή κυκλώματος Ονομάζουμε κίνηση το σύνολο των τηλεφωνικών κλήσεων ή κλήσεων μετάδοσης δεδομένων με μεταγωγή κυκλώματος προς και από κάποιον σταθμό βάσης. Θεωρούμε ένα σταθμό βάσης που διαθέτει συγκεκριμένο αριθμό διαύλων για εξυπηρέτηση μεγάλου αριθμού χρηστών. Η φορά της πρόσβασης δεν επηρεάζει την ανάλυση της κίνησης με βάση τη θεωρία αναμονής. Η θεώρηση της κίνησης δεν εξαρτάται από το τύπο της ασύρματης πρόσβασης ή τον τύπο της πολυπλεξίας που χρησιμοποιείται στον δίαυλο. Οι σημαντικότεροι παράγοντες για την εξυπηρέτηση της κίνησης είναι: ο ρυθμός άφιξης κλήσεων οι διάρκειες κατάληψης των διαύλων για τις επιτυχείς κλήσεις ο συνολικός αριθμός των διαθέσιμων διαύλων η πιθανότητα αποκλεισμού ο τρόπος αντιμετώπισης των αποκλειόμενων κλήσεων 37

38 Η θεωρία της τηλεπικοινωνιακής κίνησης ασχολείται με τα προβλήματα αναμονής ή/και απωλειών κλήσεων στα τηλεπικοινωνιακά συστήματα. Η ανάλυση των προβλημάτων αυτών εξαρτάται τόσο από τις διαδικασίες εισόδου και εξόδου, όσο και από τη δομή του συστήματος. Οι απαντήσεις στα προβλήματα δεν μπορεί να είναι ακριβείς. Μπορεί να βρεθούν μόνο πιθανότητες ή μέσες τιμές για τα εξεταζόμενα μεγέθη. [1] 4.2 ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ Υποθέτουμε ότι: Ο αριθμός των χρηστών είναι πολύ μεγάλος και ο ρυθμός κλήσεων από κάθε χρήστη είναι μικρός, οπότε οι αφίξεις κλήσεων μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι τυχαίες και ανεξάρτητες και μπορεί να περιγραφούν ως διαδικασίες Poisson. Οι διάρκειες κατάληψης των διαύλων είναι τυχαίες και ανεξάρτητες. Οι στοχαστικές ανελίξεις της κίνησης είναι στατικές ως προς τον χρόνο και εργοδικές. Στη μεταφερόμενη κίνηση 1 erlang αντιπροσωπεύει την κίνηση που μεταφέρεται από έναν δίαυλο, ο οποίος είναι πλήρως κατειλημμένος ( π.χ. 1 ώρα κατάληψης του διαύλου ανά ώρα ή 1 λεπτό κατάληψης ανά λεπτό ). Το erlang είναι αδιάστατη μονάδα. Ένας ραδιοδίαυλος, ο οποίος π.χ. είναι κατειλημμένος 30 λεπτά κατά τη διάρκεια μιας ώρας, μεταφέρει 0.5 erlang κίνησης. [2] ΠΡΟΣΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ Οι υπολογισμοί που γίνονται στη θεωρία τηλεπικοινωνιακής κίνησης βασίζονται στη γνώση της περιφερόμενης κίνησης. Η προσφερόμενη κίνηση (offered trffic) δημιουργείται από τις κλήσεις που φθάνουν στο σύστημα, άσχετα από τη μετέπειτα τύχη τους. Η προσφερόμενη κίνηση ορίζεται ως ο μέσος αριθμός αφίξεων στο σύστημα κατά τη διάρκεια του μέσου χρόνου κατάληψης. [2] Προσφερόμενη κίνηση Α= λη 38

39 4.2.3 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Τα κυψελωτά συστήματα βασίζονται στη συγκέντρωση ( trunking ) για να είναι δυνατό να εξυπηρετείται μεγάλος αριθμός χρηστών με το περιορισμένο φάσμα ραδιοσυχνοτήτων που διατίθεται σε κάθε σύστημα. Η συγκέντρωση εκμεταλλεύεται τη στατιστική συμπεριφορά των χρηστών, γεγονός που έχει ως συνέπεια ένας σταθερός αριθμός διαύλων ή κυκλωμάτων να μπορεί να εξυπηρετεί έναν μεγάλο αριθμό συνδρομητών με τυχαία συμπεριφορά. [2] 4.3. ΒΑΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗΣ Ο βαθμός εξυπηρέτησης ( Grade of Service, GOS ) είναι ένα μέτρο της δυνατότητας πρόσβασης κάποιου χρήστη σε σύστημα με συγκέντρωση, κατά την ώρα αιχμής, και ορίζεται ως ο λόγος του αριθμού των ανεπιτυχών κλήσεων προς τον συνολικό αριθμό κλήσεων την ώρα αιχμής. Είναι ένας δείκτης επίδοσης ενός συγκεκριμένου συστήματος με συγκέντρωση και καθορίζει την επιθυμητή πιθανότητα να αποκτήσει κάποιος χρήστης δίαυλο πρόσβασης, με δεδομένο τον αριθμό των διαύλων που είναι διαθέσιμοι στο σύστημα. Η μέγιστη μεταφερόμενη κίνηση είναι ίση με τον αριθμό των διαύλων C, σε erlangs. Υπάρχουν δύο κατηγορίες συστημάτων με συγκέντρωση, που χρησιμοποιούνται στην πράξη: Όχι αναμονή στις αιτήσεις κλήσης. o GOS= η πιθανότητα να αποκλειστεί μια κλήση. Ουρά αναμονής για τις κλήσεις που αποκλείονται. o GOS= η πιθανότητα να αποκλειστεί μια κλήση, αφού παραμείνει στην ουρά για ένα προκαθορισμένο διάστημα. [5] 4.4 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΥΨΕΛΩΝ Συστάδα κυψελών(cluster): o o Χωρική μονάδα επαναχρησιμοποίησης του εύρου ζώνης συχνοτήτων Περιοχή στην οποία όλες οι διαθέσιμες συχνότητες του συστήματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν 39

40 Κυψέλη(cell): o o Δομικό στοιχείο μιας συστάδας Περιοχή όπου είναι διαθέσιμο ένα υποσύνολο του εύρους ζώνης(ομάδα συχνοτήτων) Ένα κυψελοειδές σύστημα αποτελείται από πολλές συστάδες, πράγμα το οποίο επιτρέπει την εξυπηρέτηση περισσότερων χρηστών (βλ. εικόνα). Κάθε συστάδα αποτελείται από ένα πλήθος κυψελών: Ίδιο πλήθος κυψελών σε κάθε συστάδα Οι χρήστες σε μια κυψέλη χρησιμοποιούν διαφορετικές συχνότητες από την ίδια ομάδα συχνοτήτων Εικόνα 1:Σύστημα Κυψελών Κάθε κυψέλη εξυπηρετείται από ένα σταθμό βάσης(base station) και η επικοινωνία των κινητών σταθμών γίνεται μέσω του σταθμού βάσης. Ένας σταθμός βάσης λειτουργεί στις συχνότητες της κυψέλης και περιέχει: Ένα πομπό και ένα δέκτη Μια μονάδα ελέγχου Η μονάδα ελέγχου είναι επιφορτισμένη με: τις λειτουργίες δικτύου, π.χ. δρομολόγηση 40

41 τη διαχείριση των κινητών χρηστών που μπορεί να εισέρχονται ή να εξέρχονται από την κυψέλη Το κέντρο μεταγωγής κινητών επικοινωνιών(mobile Telecommunications Switching Office-MTSO) είναι υπεύθυνο για το συντονισμό των σταθμών βάσεων. Είδη καναλιών επικοινωνίας: κανάλια τηλεπικοινωνιακής κίνησης(traffic channels), τα οποία μεταφέρουν τα δεδομένα των χρηστών κανάλια ελέγχου(control channels) [7] 4.5 ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Η επαναχρησιμοποίηση συχνότητας είναι η κύρια τεχνική για τα κινητά επικοινωνιακά συστήματα. Ενδοκαναλικές παρεμβολές (co-channel interference) προκαλούνται από γειτονικές περιοχές που χρησιμοποιούν το ίδιο κανάλι μετάδοσης, όπως και την ίδια συχνότητα. Άρα πρέπει να υπάρχει απόσταση μεταξύ δύο περιοχών(κυψελών) που χρησιμοποιούν ίδιες συχνότητες. Οι παρεμβολές δεν είναι ανάλογες μόνο με την απόσταση μεταξύ περιοχών, αλλά και με την ισχύ των πομπών των περιοχών αυτών. Απόσταση επαναχρησιμοποίησης είναι η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο κυψελών για να μπορούν αυτές να χρησιμοποιούν την ίδια συχνότητα με αποδεκτά επίπεδα παρεμβολής. 41

42 Εικόνα 2:Επαναχρησιμοποίηση κυψέλης 4.6 ΤΥΠΟΙ ΚΥΨΕΛΩΝ Στα πρώτα κυψελωτά συστήματα η ακτίνα των κυψελών εκτείνονταν σε αρκετά χιλιόμετρα και εξυπηρετούσαν χρήστες που βρίσκονταν σε οχήματα. Κυψέλες με αρκετά μεγάλη ακτίνα της τάξης μερικών δεκάδων χιλιομέτρων, καλούνται μακροκυψέλες (macrocells). Με την αύξηση του ποσοστού διείσδυσης των κυψελωτών συστημάτων στην αγορά των επικοινωνιών, ο αριθμός των συνδρομητών που θα έπρεπε να εξυπηρετηθεί σε μια συγκεκριμένη περιοχή αυξήθηκε. Με τις προηγούμενες τεχνολογίες ραδιοεπαφών και με δεδομένο τον περιορισμένο αριθμό των ραδιοδιαύλων, ο αριθμός των συνδρομητών που μπορεί να εξυπηρετηθεί ήταν περιορισμένος. Για την υποστήριξη μεγαλύτερης χωρητικότητας, επαναχρησιμοποιούνται οι ραδιοδίαυλοι, μειώνοντας ταυτόχρονα την ισχύ εκπομπής από τους σταθμούς βάσης. Προκύπτουν, λοιπόν, μικρότερες σε έκταση κυψέλες που καλούνται μικροκυψέλες (microcells) και έχουν ακτίνα μέχρι 1 Km. Τα συστήματα 2 ης γενιάς χρησιμοποιούν ακόμα μικρότερες κυψέλες με ακτίνα περίπου 100 μέτρων, που ονομάζονται πικοκυψέλες (picocells) και χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα σε εσωτερικούς χώρους αλλά και σε περιοχές υψηλής πυκνότητας τηλεπικοινωνιακής κίνησης. Με τη μείωση της ακτίνας των κυψελών επιτυγχάνεται εξυπηρέτηση υψηλής τηλεπικοινωνιακής κίνησης, αλλά απαιτείται μεγαλύτερος αριθμός BTS για την 42

43 κάλυψη μιας γεωγραφικής περιοχής, αυξάνοντας έτσι το κόστος ανάπτυξης του δικτύου. Επιπλέον, μικρές σε ακτίνα κυψέλες έχουν σαν αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού των απαιτούμενων μεταπομπών για χρήστες που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα. Λόγω της έκτασης της κάλυψης και των φαινομένων διάδοσης, οι μικροκυψέλες προορίζονται, κυρίως, για παροχή υπηρεσιών στενής ζώνης σε αγροτικές ή ημιαστικές περιοχές με μικρή παρεμπόδιση της διάδοσης, λόγω κτιρίων και σημαντική παρεμπόδιση λόγω, λόγω βλάστησης. Οι BTS των μικροκυψελών τοποθετούνται συνήθως πάνω από τις στέγες των κτιρίων και προορίζονται για παροχή υπηρεσιών στενής ζώνης. Οι BTS των πικοκυψελών τοποθετούνται συνήθως στο επίπεδο των δρόμων προς κάλυψη, σε ύψη μέχρι 4 Km και αν πρόκειται για εσωτερικούς χώρους, σε διαδρόμους ή σε ανελκυστήρες. [7] Εικόνα 3:Τα είδη των κυψελών Για να εκμεταλλευτούμε τα πλεονεκτήματα όλων των τύπων των κυψελών, συνήθως σχεδιάζουμε τα δίκτυα με ιεραρχική δομή κυψελών. Προκύπτουν έτσι δύο τύποι συστημάτων ιεραρχημένων κυψελών, τα συστήματα χαμηλής βαθμίδας ιεράρχησης (Low Tier Systems), στα οποία συνδυάζονται πικοκυψέλες και μικροκυψέλες (π.χ. στο DECT) και τα συστήματα υψηλής βαθμίδας ιεράρχησης (High Tier Systems), στα οποία συνδυάζονται μικροκυψέλες και μακροκυψέλες (π.χ. στο GSM). Τα χαμηλής βαθμίδας συστήματα χρησιμοποιούνται για την κάλυψη μικρών περιοχών με πεζούς χρήστες, ενώ τα υψηλής βαθμίδας υποστηρίζουν και χρήστες κινούμενους με υψηλές ταχύτητες. Γενικά, τα χαμηλής βαθμίδας συστήματα παρέχουν καλύτερη ποιότητα φωνής με μικρότερο κόστος, λόγω της απουσίας τεχνικών αντιμετώπισης της χρονικής διασποράς. Μια τελευταία κατηγορία κυψελών είναι αυτή των δορυφορικών συστημάτων που καλούνται μεγακυψέλες (megacells) και καλύπτουν μεγάλες γεωγραφικές περιοχές. [7] 43

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Γενιές κινητής τηλεφωνίας 5.1 Τεχνολογίες κινητών τηλεφώνων πρώτης γενιάς (1G) Επικοινωνία με αναλογικά σήματα Το πρώτο σύστημα κινητής τηλεφωνίας εγκαταστάθηκε το 1946 στο Saint Louis. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιούσε ένα μόνο μεγάλο πομπό στην κορυφή ενός ψηλού κτιρίου και είχε ένα μόνο κανάλι, το οποίο χρησιμοποιείτο τόσο για αποστολή όσο και για λήψη. Για να μιλήσει ο χρήστης, έπρεπε να πατήσει ένα πλήκτρο το οποίο ενεργοποιούσε τον πομπό και απενεργοποιούσε το δέκτη. Τέτοια συστήματα, που είναι γνωστά ως συστήματα πίεσε για να μιλήσεις (push-to-talk systems), εγκαταστάθηκαν σε πολλές πόλεις από τα τέλη της δεκαετίας του Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται συχνά στους ασυρμάτους CΒ, στα ραδιοταξί, καθώς και στα περιπολικά της αστυνομίας στις τηλεοπτικές σειρές. Την δεκαετία του 1960 ακολούθησε η εγκατάσταση του Βελτιωμένου Συστήματος Κινητής Τηλεφωνίας γνωστού ως ΙΜΤS(Improved Mobile Telephone System) το οποίο επίσης χρησιμοποιούσε έναν πομπό υψηλής ισχύος (200 Watt) στην κορυφή ενός λόφου. Σε αντίθεση με το προηγούμενο σύστημα είχε δύο συχνότητες μία για αποστολή και μία για λήψη έτσι δε χρειαζόταν πια το πλήκτρο push to talk Επειδή όλες οι εισερχόμενες επικοινωνίες από τα κινητά χρησιμοποιούσαν διαφορετικό κανάλι από τα εξερχόμενα σήματα, οι κινητοί χρήστες δεν μπορούσαν να ακούν ο ένας τον άλλον. Το ΙΜΤS υποστήριζε 23 κανάλια, τα οποία εκτείνονταν από τα 150 MHz έως τα 450 ΜΗz. Λόγω του μικρού πλήθους καναλιών, οι χρήστες έπρεπε συχνά να περιμένουν πολλή ώρα πριν ακούσουν τον τόνο επιλογής. Επιπλέον, λόγω της υψηλής ισχύος του πομπού στην κορυφή του λόφου, τυχόν γειτονικά συστήματα θα έπρεπε να βρίσκονται αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά το ένα από το άλλο, ώστε να αποφεύγονται οι παρεμβολές. Γενικά, η περιορισμένη χωρητικότητα έκανε το σύστημα μη πρακτικό. [2] 44

45 5.1.2 Το πρότυπο AMPS Το προηγμένο σύστημα κινητής τηλεφωνίας (AMPS) είναι το πρότυπο αναλογικό σύστημα κινητής τηλεφωνίας που αναπτύχθηκε από τα εργαστήρια Bell, και που εισήχθη επίσημα στην Αμερική το Ήταν το αρχικό αναλογικό σύστημα κινητής τηλεφωνίας στη Βόρεια Αμερική από τη δεκαετία του '80 μέχρι και το 2000, και είναι ακόμα ευρέως διαθέσιμο σήμερα, αν και η χρήση έχει μειωθεί αρκετά με την εισαγωγή των διάφορων ψηφιακών προτύπων. Το AMPS είναι μια πρώτης γενιάς κυψελοειδής τεχνολογία που χρησιμοποιεί ξεχωριστές συχνότητες, ή "κανάλια", για κάθε συνομιλία. Επομένως απαιτεί ιδιαίτερο εύρος ζώνης για έναν μεγάλο αριθμό χρηστών. Γενικά, το AMPS είναι πολύ παρόμοιο με την παλαιότερη Βελτιωμένη Υπηρεσία Κινητής τηλεφωνίας "0G", αλλά χρησιμοποιεί περισσότερη υπολογιστική ισχύ προκειμένου να επιλεχθούν οι συχνότητες, να περάσει τις συνομιλίες στις γραμμές του PSTN, και να χειρίστει την οργάνωση τιμολόγησης και κλήσης. Αυτό που χωρίζει πραγματικά το AMPS από τα παλαιότερα συστήματα είναι η λειτουργία οργάνωσης κλήσης "πίσω τελών". Στο AMPS, τα κέντρα κυψελών μπορούν με άνεση να ορίσουν τα κανάλια στα τηλέφωνα βασισμένα στη δύναμη σήματος, που επιτρέπει στην ίδια συχνότητα να επαναχρησιμοποιηθεί στις διάφορες θέσεις χωρίς παρέμβαση. Αυτό επέτρεψε σε έναν μεγαλύτερο αριθμό τηλεφώνων να υποστηριχθεί σε μια γεωγραφική περιοχή. Οι πρωτοπόροι του AMPS υιοθέτησαν τον όρο "κυψελοειδής" λόγω της χρήσης μικρών εξαγωνικών "κυψελών" μέσα σε ένα σύστημα. Εμφάνιζε αδυναμίες όταν συγκρινόταν με τις σημερινές ψηφιακές τεχνολογίες. Δεδομένου ότι είναι αναλογικό πρότυπο, είναι πολύ ευαίσθητο στο θόρυβο και δεν έχει καμία προστασία από το να υποκλέψει κάποιος χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή. Στη δεκαετία του '90, η "αντιγραφή" ήταν μια επιδημία που κόστισε εκατομμύρια δολάρια στις βιομηχανίες. Ένας αδίστακτος "πειρατής" με εξειδικευμένο εξοπλισμό μπορεί να υποκλέψει τον Ηλεκτρονικό Σειριακό Αριθμό (ESN) ενός τηλεφώνου. Το ESN είναι ένα πακέτο στοιχείων που στέλνεται από το μικροτηλέφωνο στο κυψελοειδές σύστημα για λόγους τιμολόγησης. Το σύστημα 45

46 επιτρέπει έπειτα ή απαγορεύει τις κλήσεις και/ ή τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα βασισμένο στο αρχείο του πελάτη του. Εάν ένα ESN υποκλέπτεται, θα μπορούσε έπειτα να αντιγραφεί σε ένα διαφορετικό τηλέφωνο και να χρησιμοποιηθεί σε άλλες περιοχές για την πραγματοποίηση κλήσεων χωρίς πληρωμή. Το πρόβλημα έγινε τόσο μεγάλο που μερικοί μεταφορείς απαίτησαν τη χρήση ενός PIN πριν κάνουν τις κλήσεις. Αν και η αντιγραφή είναι ακόμα δυνατή,ακόμη και με τις ψηφιακές τεχνολογίες, το κόστος της ασύρματης υπηρεσίας είναι τόσο χαμηλό που το πρόβλημα έχει εξαφανιστεί ουσιαστικά. Το AMPS έχει αντικατασταθεί από τα νεώτερα ψηφιακά πρότυπα, όπως ψηφιακά AMPS, το GSM, και CDMA2000 που προσφέρουν μεγαλύτερη ασφάλεια και αυξημένες δυνατότητες. Η κυψελοειδής υπηρεσία AMPS λειτουργεί στην κυψελοειδή ζώνη FM των 800 MHz.Το σύστημα AMPS χρησιμοποιεί 832 πλήρως αμφίδρομα κανάλια, με κάθε κανάλι να αποτελείται από ένα ζεύγος μονόδρομων καναλιών. Τα 416 κανάλια βρίσκονται στο εύρος από τα 824 έως τα 849 ΜΗz για μετάδοση από τους φορητούς σταθμούς στις βάσεις και 416 κανάλια στο εύρος από τα 869 έως τα 894 ΜΗz για μεταδόσεις από τις βάσεις στους κινητούς σταθμούς. Το καθένα από αυτά τα μονόδρομα κανάλια έχει εύρος 30 KHz. Έτσι, το AMPS χρησιμοποιεί Frequency Division Multiplex για το διαχωρισμό των καναλιών Κάθε περιοχή κυψελών θα χρησιμοποιήσει ένα υποσύνολο αυτών των καναλιών, και πρέπει να χρησιμοποιήσει ένα διαφορετικό σύνολο από τις γειτονικές κυψέλες για να αποφύγει την παρεμβολή. Αυτό μειώνει σημαντικά τον αριθμό καναλιών που είναι διαθέσιμα σε κάθε περιοχή στα πραγματικά συστήματα. Κάθε κανάλι AMPS έχει εύρος 30 KHz. Κάθε κινητό τηλέφωνο στο AMPS έχει έναν 32μπιτο αριθμό σειράς και ένα 10ψήφιο αριθμό τηλεφώνου στη μνήμη PROM του. Ο αριθμός τηλεφώνου αναπαριστάνεται ως ένας τριψήφιος υπεραστικός κωδικός με 10 bit και ένας επταψήφιος αριθμός συνδρομητή με 24 bit. Όταν ενεργοποιείται το τηλέφωνο, αυτό ερευνά μια εκ των προτέρων προγραμματισμένη λίστα 21 καναλιών ελέγχου (control channels) για να βρει το πιο ισχυρό σήμα. Στη συνέχεια το τηλέφωνο εκπέμπει τον 32μπιτο αριθμό σειράς του και τον 34μπιτο αριθμό τηλεφώνου του. Όπως συμβαίνει σε όλες τις πληροφορίες ελέγχου στο AMPS, αυτό το πακέτο στέλνεται πολλαπλές φορές σε ψηφιακή μορφή, μαζί με 46

47 έναν κωδικό διόρθωσης σφαλμάτων, παρά το ότι τα ίδια τα κανάλια φωνής είναι αναλογικά. Όταν ο σταθμός βάσης ακούσει αυτή την ανακοίνωση, ενημερώνει το MTSO, το οποίο καταγράφει την ύπαρξη του νέου του πελάτη και ενημερώνει επίσης τον οικείο MTSO του πελάτη για την τρέχουσα θέση του. Κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του, το κινητό τηλέφωνο επαναγγράφεται στην κυψέλη κάθε 15 λεπτά περίπου. Για να κάνει μια κλήση, ο κινητός χρήστης ανοίγει το τηλέφωνο του, γράφει με το πληκτρολόγιο του τηλεφώνου τον αριθμό που θα κληθεί, και πατά το πλήκτρο ΑΠΟΣΤΟΛΗ (Send). Το τηλέφωνο μεταδίδει τότε στο κανάλι πρόσβασης (Access Channel) τον καλούμενο αριθμό μαζί με την ταυτότητα του. Αν συμβεί εκεί μια διένεξη, το τηλέφωνο προσπαθεί ξανά αργότερα. Όταν ο σταθμός βάσης λάβει την αίτηση, ενημερώνει το MTSO. Αν ο καλών είναι πελάτης της εταιρείας του MTSO (ή μιας συνεργαζόμενης εταιρείας), το MTSO αναζητεί ένα αδρανές κανάλι για την κλήση. Αν βρεθεί κανάλι, ο αριθμός του καναλιού επιστρέφεται στο τηλέφωνο μέσω του καναλιού ελέγχου. Το κινητό τηλέφωνο περνά στη συνέχεια στο επιλεγμένο κανάλι φωνής και περιμένει μέχρι ο καλούμενος συνδρομητής να σηκώσει το τηλέφωνο. Οι εισερχόμενες κλήσεις λειτουργούν διαφορετικά. Αρχικά όλα τα αδρανή τηλέφωνα παρακολουθούν συνεχώς το κανάλι ειδοποίησης (paging channel) για να εντοπίσουν τυχόν μηνύματα που απευθύνονται σε αυτά. Όταν γίνεται μια κλήση προς ένα κινητό τηλέφωνο (είτε από ένα σταθερό τηλέφωνο, είτε από ένα άλλο κινητό τηλέφωνο), στέλνεται ένα πακέτο στον οικείο MTSO του καλούμενου για να βρεθεί η θέση του. Στη συνέχεια στέλνεται ένα πακέτο στο σταθμό βάσης της τρέχουσας κυψέλης του κινητού, ο οποίος εκπέμπει στο κανάλι ειδοποίησης ένα μήνυμα της μορφής "Μονάδα 14, είσαι εκεί;" Το καλούμενο τηλέφωνο απαντά "Ναι" στο κανάλι πρόσβασης. Η βάση λέει κάτι της μορφής "Μονάδα 14, κλήση για σένα στο κανάλι 3". Στο σημείο αυτό, το καλούμενο τηλέφωνο περνά στο κανάλι 3 και αρχίζει να παράγει ήχους κλήσης. [7] 47

48 5.2 Τεχνολογίες κινητών τηλεφώνων δεύτερης γενιάς (2G) Επικοινωνία με ψηφιακά σήματα Η κύρια διαφοροποίηση από τα προηγούμενα συστήματα κινητών τηλεφώνων, γνωστά ως πρώτης γενιάς 1G, είναι ότι τα ραδιοσήματα που χρησιμοποιούν τα δίκτυα πρώτης γενιάς είναι αναλογικά, ενώ τα δεύτερης γενιάς δίκτυα χρησιμοποιούν ψηφιακά. Και τα δύο συστήματα χρησιμοποιούν την ψηφιακή σηματοδότηση για να συνδέσουν τους ραδιοπύργους (που επικοινωνούν με τα microphones) με το υπόλοιπο τηλεφωνικό σύστημα. Η χρησιμοποίηση των ψηφιακών σημάτων μεταξύ των τηλεφώνων και των πύργων αυξάνει την ικανότητα των συστημάτων με δύο βασικούς τρόπους: Τα ψηφιακά δεδομένα φωνής μπορούν να συμπιεστούν και πολυπλεχθούν αποτελεσματικότερα από τις αναλογικές κωδικοποιήσεις φωνής μέσω της χρήσης διάφορων κωδικοποιητών και έτσι επιτρέπεται σε περισσότερες κλήσεις να συγκεντρώνονται στο ίδιο ποσό εύρους ζώνης. Τα ψηφιακά συστήματα σχεδιάστηκαν για να εκπέμπουν τα τηλέφωνα λιγότερη ραδιοδύναμη Αυτό σήμαινε ότι οι κυψέλες θα μπορούσαν να είναι μικρότερες, έτσι περισσότερες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν στο ίδιο διάστημα. Αυτό επιτεύχθηκε επίσης επειδή οι πύργοι κυψελών και ο σχετικός εξοπλισμός έγιναν φθηνότερα. Πλεονεκτήματα Τα ψηφιακά συστήματα έγιναν κοινώς αποδεκτά από τους καταναλωτές για αρκετούς λόγους. Τα ραδιοσήματα χαμηλότερης δύναμης απαιτούν λιγότερη δύναμη μπαταριών, έτσι τα τηλέφωνα διαρκούν πολύ περισσότερο μεταξύ των φορτίσεων, και οι μπαταρίες μπορούν να είναι μικρότερες. 48

49 Η ψηφιακή κωδικοποίηση φωνής επέτρεψε τον ψηφιακό έλεγχο λάθους όποιος μπόρεσε να αυξήσει την ποιότητα ήχου το χαμηλώνοντας το κατώτερο στρώμα θορύβου. Οι χαμηλότερες εκπομπές ισχύος βοήθησαν να μειωθούν οι επιπτώσεις στην υγεία. Η ολοκληρωτικά ψηφιακή μετάβαση επέτρεψε την εισαγωγή των ψηφιακών υπηρεσιών, όπως SMS και το ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Ένα βασικό ψηφιακό πλεονέκτημα που δεν αναφέρεται συχνά είναι ότι οι ψηφιακές κυψελοειδείς κλήσεις είναι πολύ πιο δύσκολες να υποκλαπούν με χρήση ραδιοανιχνευτών. Ενώ οι αλγόριθμοι ασφάλειας αποδείχθηκαν λιγότερο ασφαλείς με τη χρήση τους στο πέρασμα του χρόνου από ότι αρχικά διαφημίζονταν, εντούτοις τα 2G τηλέφωνα προσφέρουν περισσότερη προστασία συγκρινόμενα με τα τηλέφωνα 1G τα οποία δεν έχουν καμία προστασία ενάντια στην υποκλοπή. Μειονεκτήματα Τα μειονεκτήματα των συστημάτων δεύτερης γενιάς, που δεν κοινοποιούνται συχνά και επαρκώς είναι: Στις λιγότερο πυκνοκατοικημένες περιοχές, το πιό αδύνατο ψηφιακό σήμα δεν θα είναι επαρκώς ισχυρό για να φθάσει σε μια κεραία κυψελών. Το αναλογικό σήμα έχει μια ομαλή καμπύλη αποσύνθεσης, ενώ το ψηφιακό έχει μια οδοντωτή καμπύλη οδοντωτή steppy. Αυτό μπορεί να είναι και ένα πλεονέκτημα και ένα μειονέκτημα. Υπό καλές προϋποθέσεις, το ψηφιακό θα προσφέρει καλύτερη ποιότητα ήχου. Όσο οι προϋποθέσεις χειροτερεύουν, το ψηφιακό θα αρχίσουν να αποτυγχάνει εντελώς, ματαιώνοντας κλήσεις ή αδυνατώντας να αποκαταστήσει σωστή επικοινωνία, ενώ το αναλογικό εξασθενεί πιο αργά, κρατώντας γενικά μια κλήση πιο μακροχρόνια και επιτρέποντας τουλάχιστον σε μερικές λέξεις να μεταδοθούν σωστά. 49

50 Με τα αναλογικά συστήματα ήταν δυνατό να υπάρξουν δύο ή περισσότερα "κλωνοποιημένα" microphones που είχαν τον ίδιο τηλεφωνικό αριθμό. Αυτό δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως για ευνόητους λόγους παρανομίας. Ήταν, εντούτοις, μεγάλο πλεονέκτημα σε πολλές νόμιμες καταστάσεις. Κάποιος θα μπορούσε να έχει ένα εφεδρικό microphone σε περίπτωση ζημίας ή απώλειας, ένα μόνιμα εγκατεστημένο microphone σε ένα αυτοκίνητο ή το μακρινό εργαστήριο, και τα λοιπά. Με τα ψηφιακά συστήματα, αυτό δεν είναι πλέον δυνατό. Ενώ οι ψηφιακές κλήσεις τείνουν να είναι χωρίς παρασιτικό θόρυβο, η συμπίεση με απώλειες που χρησιμοποιείται από τους κωδικοποιητές παρουσιάζει το εξής πρόβλημα: το εύρος του ήχου που μεταβιβάζουν μειώνεται. Θα ακούγεται λιγότερο η τονικότητας της φωνής κάποιου που μιλά σε ένα ψηφιακό τηλέφωνο, αλλά θα ακούγεται πιο καθαρά. [2] Το πρότυπο GSM (Global System for Mobile communications) Το Ευρωπαϊκό Τηλεπικοινωνιακό Συμβούλιο το 1982, άρχισε την μελέτη για την δημιουργία ενός κοινού Ευρωπαϊκού ψηφιακού συστήματος κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G) και τότε αυτό το σύστημα ονομάστηκε αρχικά Group Special Mobile (GSM). Το GSM είναι ένα κυψελοειδές ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G) κάνοντας χρήση ηλεκτρομαγνητικών σημάτων χρησιμοποιώντας την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαχωρισμό του διαθέσιμου φάσματος συχνοτήτων σε ένα αριθμό καναλιών και την διαίρεση αυτών σε χρόνοθυρίδες για την μετάδοση σημάτων. Το 1989 η ευθύνη του GSM ανατέθηκε στο Ευρωπαϊκό Τηλεπικοινωνιακό Ινστιτούτο Προτύπων (ETSI) και το 1990 ανακοινώθηκε επίσημα για πρώτη φόρα το πρότυπο και τα χαρακτηριστικά του GSM. Το 1991 λοιπόν άρχισε η εμπορική του διάθεση στην Ευρώπη, ενώ στην Ελλάδα το 1993 από την WIND (πρώην TIM η πρώην TELESTET). 50

51 Εικόνα: GSM Network Το πρότυπο GSM δεν ήταν μόνο ένα Ευρωπαϊκό πρότυπο μόνο, αφού υιοθετήθηκε από πολλές άλλες χώρες των άλλων Ηπείρων, εκμεταλεύοντας διάφορες ζώνες συχνοτήτων. [7] Ζώνες Συχνοτήτων GSM 900 Τα πρώτα δίκτυα GSM το 1990 άρχισαν να λειτουργούν στη ζώνη συχνοτήτων των 900MHz. Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) παραχώρησε ένα ζεύγος συχνοτήτων, από τα 890 έως τα 915 MHz και από τα 935 έως τα 960 MHz. Η πρώτη περιοχή χρησιμοποιείται για την επικοινωνία του κινητού με τον 51

52 σταθμό βάσης (uplink), ενώ η δεύτερη για την επικοινωνία του σταθμού βάσης με το κινητό (downlink). Οι περιοχές(ζώνες) των 25ΜΗz υποδιαιρούνται η καθεμία σε (1 ελεύθερο) κανάλια συχνότητας και κάθε κανάλι έχει εύρος ζώνης 200 KHz. Όλο αυτό το σύστημα ονομάστηκε GSM 900 ή Standard GSM. GSM 1800 Στη συνέχεια, το 1991, αναπτύχθηκε το DCS 1800 σύστημα, όπου διατηρείται η δομή ενός GSM 900 δικτύου αλλά χρησιμοποιούνται διαφορετικά ζεύγη συχνοτήτων, από τα 1710 έως τα 1785 MHz Uplink και από τα 1805 έως τα 1880 MHz Downlink. Οι περιοχές των 75MHz υποδιαιρούνται η καθεμία σε 374+ (1 ελεύθερο) κανάλια και κάθε κανάλι έχει εύρος ζώνης 200KHz. Αυτή η αλλαγή στην ζώνη συχνοτήτων έγινε διότι οι ζώνες του GSM 900 στην Ευρώπη ήταν πιασμένες από άλλους παροχής κινητής τηλεφωνίας. 'Όπως και στην χώρα μας σήμερα όλες οι εταιρίες κινητής τηλεφωνίας χρησιμοποιούν και τα δύο συστήματα(gsm 900/GSM 1800) στα δίκτυα τους αυξάνοντας αισθητά τη χωρητικότητά στα δίκτυα τους. Στα τέλη δεκαετίας του 1990 το GSM World Association αποφάσισε να μετονομάσει το DCS 1800 σε GSM 1800 για να φανεί η δυναμικότητα και η παγκοσμιότητα του GSM. GSM 1900 Στο GSM 1900 χρησιμοποιείται σε αρκετές χώρες της Αμερικής, διατηρείται και πάλι η δομή ενός GSM 900 δικτύου, αλλά χρησιμοποιούνται και εδώ διαφορετικά ζεύγη συχνοτήτων: Από τα 1850 έως τα 1910 MHz για uplink και από τα 1930 έως τα 1990 MHz για downlink. Οι περιοχές των 60MHz υποδιαιρούνται η καθεμία σε 299+ (1 ελεύθερο) κανάλια συχνότητας και κάθε κανάλι έχει εύρος ζώνης 200KHz. Στα τέλη δεκαετίας του 1990 το GSM World Association απεφάσισε να μετονομάσει το PCS 1900 που λεγότανε παλιότερα σε GSM 1900 για να φανεί η δυναμικότητα και η παγκοσμιότητα του GSM. E-GSM Extended-GSM Εκτεταμένη ζώνη GSM 52

53 Το E-GSM καθορίστηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ράδιο Επικοινωνιών στα τέλη της δεκαετίας του 1990 για να «αντικαταστήσει» το κλασικό GSM 900 διατηρώντας βέβαια την δομή του αυξάνοντας όμως τις περιοχές συχνοτήτων από 880 έως 915 MHz για uplink και 925 έως 960 MHz downlink. Έτσι επέτρεψε στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας να αυξήσουν τη χωρητικότητά τους και να καλύψουν τις ανάγκες από την αυξημένη κίνηση των πελατών τους. Κυψελοειδής Δομή Δικτύου Η εμβέλεια ενός δικτύου GSM σε μία γεωγραφική περιοχή για να γίνει, η περιοχή αυτή διαμελίζεται σε μικρότερες περιοχές που λέγονται κυψέλες, οι οποίες εφάπτονται μεταξύ τους με κάθε κυψέλη να έχει και ένα σταθμό βάσης(base station), συνθέτοντας έτσι μια δομή κυψελών. Η δομή αυτή επαναλαμβάνεται όσες φορές χρειάζεται για την απαιτούμενη κάλυψη της μιας περιοχής κάνοντας επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων. Με την μέθοδο αυτή αυξάνεται η χωρητικότητα του δικτύου αλλά πρέπει η ισχύς κάθε κυψέλης να είναι όση χρειάζεται ώστε να μην ξεπερνάει τα όρια της και να υπερχειλίζει άλλες κυψέλες της ίδιας δομής ενώ για να μην δημιουργείται ενδοκαναλική παρεμβολή σε γειτονικές κυψέλες η επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων πρέπει να σχεδιάζεται έτσι ώστε να απέχουν επαρκή απόσταση οι κυψέλες μιας δομής που έχουν την ίδια συχνότητα με τις κυψέλες μιας άλλης δομής.η ενδοκαναλική παρεμβολή μειώνεται όσο αυξάνει ο αριθμός των κυψελών της δομής. Η ακτίνα κάθε κυψέλης σε αραιοκατοικημένες περιοχές είναι έως και 35Km ενώ σε πυκνοκατοικημένες περιοχές δεν ξεπερνά τα 300 μέτρα Σε περιοχές με πολύ μεγάλη ζήτηση χωρητικότητας δικτύου όπως σε αστικά κέντρα, οι σταθμοί βάσης υπερφορτώνονται και έτσι υπάρχει ανάγκη για μεγαλύτερη χωρητικότητα του δικτύου. Έτσι για να επιτευχθεί αυτός ο σκοπός γίνεται διάσπαση των υπαρχόντων κυψελών σε μικρότερες, ενώ γι αυτές χρησιμοποιούνται κεραίες μικρότερης ισχύος (macro bs - micro- bs - pico bs) όπως σε κτίρια, στο μετρό, Δημόσιους Οργανισμούς, οδικές αρτηρίες κτλ.. Αρχιτεκτονική Ένα GSM δίκτυο χωρίζεται σε 3 βασικά μέρη: 1. Τον Κινητό Σταθμό (mobile station): Έχει οπωσδήποτε πομπό-δέκτη, κεραία, οθόνη και την κάρτα SIM. Η μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς εκπομπής στην Ευρώπη 53

54 μιας κινητής μονάδας είναι στα 2 WATT ενώ σε Αυστραλία και Αμερική είναι 1,6W, οι τιμές αυτές καθορίστηκαν απo την Διεθνή Επιτροπή για την προστασία από τη μη ιονίζουσα ακτινοβολία. 2. Το Βασικό Υποσύστημα Σταθμού (Base Station Subsystem): Το BSS διαχειρίζεται τις κλήσεις σε μια γεωγραφική περιοχή όπου καλύπτεται από ένα σύνολο κεραιών διαφόρων μεγεθών σε σειρά σαν αυτούς που βλέπουμε σε λόφους, ταράτσες πολυκατοικιών-εταιριών-σχολείων-οργανισμών κτλ. και κάθε τέτοια κεραία εξυπηρετεί και από μια κυψέλη. Το BSS χωρίζεται στο βασικό σταθμό πομπό-δέκτη Base Transceiver Station (BTS) και στο βασικό σταθμό ελέγχου Base Station Controller (ΒSC). Το Βασικό Υποσύστημα Σταθμού (BTS) φροντίζει την επικοινωνία μεταξύ του δικτύου GSM και του κινητού σταθμού. Ένα BTS μπορεί να ελέγχει μια ή περισσότερες κεραίες. Η ισχύς των κεραιών σε ένα BTS μπορεί είναι 40W εως 500W. Όταν ένας χρήστης Α θέλει να πραγματοποιήσει μια κλήση σε έναν άλλο συνδρομητή Β, ο σταθμός βάσης μεταβιβάζει το σήμα με το αίτημά του Α για αναζήτηση και εντοπισμό του άλλου συνδρομητή Β στο τηλεπικοινωνιακό κέντρο της εταιρείας του Α. Το κέντρο της εταιρείας εντοπίζει την κυψέλη στην οποία βρίσκεται ο Β και στέλνει το σήμα στον πλησιέστερο σταθμό βάσης. Από εκεί, πάλι με τη χρήση των διαθέσιμων συχνοτήτων, στέλνεται το σήμα στο κινητό του Β κι έτσι μπορεί να επικοινωνήσει μαζί του ο Α. Το πεδίο μιας GSM κεραίας ενός σταθμού βάσης ή κινητής μονάδας, είναι παλμικό με κανάλια διάρκειας 4,616 ή 9,232 msec το καθένα, που είναι χωρισμένα σε 8 ή 16 διαστήματα-χρονοθυρίδες, διάρκειας msec η καθεμία (8Χ0,577 ή 16Χ0,577 ). Κάθε χρήστης χρησιμοποιεί για μια τηλεφωνική κλήση από μια χρονοθυρίδα άρα ένα κανάλι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέχρι και απo 8 ή 16 συνδρομητές.οι 8 ή 16 χρονοθυρίδες που χωρίζονται σε ένα κανάλι αποκαλούνται πλαίσιο TDMA ενώ κάθε χρονοθυρίδα αντιστοιχεί σε 156 bits. Το ΒSC (βασικός σταθμός ελέγχου) ελέγχει τα σήματα παίρνοντας τα από ένα ή περισσότερα BTS ενώ εκχωρεί και απελευθερώνει κανάλια. Τα σήματα που λαμβάνει τα κατευθύνει στο MSC- Mobile Switching Center και όταν χρειάζεται μετατρέπει τα 16kbps φωνής που είναι στην κινητή τηλεφωνία σε 64kbps που χρησιμοποιείται στην σταθερή τηλεφωνία.(σχήμα) 54

55 3. Το Υποσύστημα Δικτύου μεταγωγής (NNS- Network Switching Subsystem) που αποτελείται από: Το Κέντρο Διαμονής (Mobile Switching Center), είναι υπεύθυνο για την διασύνδεση, τον έλεγχο και την δρομολόγηση εισερχόμενων/εξερχόμενων κλήσεων μεταξύ του δικτύου κινητής τηλεφωνίας και ενός άλλου δικτύου ή άλλων. Όταν ένα MSC συνδέεται με ένα δίκτυο σταθερής τηλεφωνίας θα πρέπει να δέχεται 64kbps φωνής. Όταν όμως ο MSC συνδέεται με ένα δίκτυο κινητής τηλεφωνίας τότε θα πρέπει να γνωρίζει που βρίσκεται εκείνη τη δεδομένη χρονική στιγμή ο χρήστης, αυτό επιτυγχάνεται με την βοήθεια καταχωρητών VLR (Visitor Locator Register), Home Locator Register (HLR). Ο πάτριος καταχωρητής θέσης αναζήτησης ή τοπικά κέντρα εγγραφής-hlr έχει μια Βάση Δεδομένων που κρατά στοιχεία προφίλ ενός συνδρομητή και πληροφορίες για την τρέχουσα θέση του, κάθε τέτοιο κέντρο η εμβέλεια του είναι σε τοπικό επίπεδο. Έτσι π.χ. όταν ένας συνδρομητής από το Πέραμα το HLR του χρήστη είναι το "HLR Πέραμα", επίσης σε μια πιο πυκνοκατοικημένη περιοχή μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα τοπικά κέντρα εγγραφής πχ. το Περιστέρι. Ο καταχωρητής θέσης αναζήτησης επισκεπτών ή εικονικό κέντρο εγγραφής χρήστη (VLR): Όταν ο συνδρομητής βγει από τα όρια της τοπικής περιοχής που καλύπτει το HLR δηλαδή είναι πολύ μακριά από το σπίτι του τότε αναλαμβάνει τον χρήστη ο καταχωρητής θέσης αναζήτησης ή εικονικό κέντρο εγγραφής - VLR ο οποίος έχει μια βάση δεδομένων, ο οποίος συγκρατεί προσωρινά δεδομένα καθώς και την τρέχουσα θέση του, αναλαμβάνοντας τις κλήσεις του καλύτερα κατά τις ώρες αιχμής στο κέντρο της πόλης. Το κέντρο πιστοποίησης (Authantication Center AuC) ο ρόλος του οποίου έγκειται στη διαχείριση δεδομένων για την πιστοποίηση της ταυτότητας του χρήστη. [2] Handover - Αλλαγή κυψέλης Το handover, είναι η εναλλαγή μιας κλήσης που βρίσκεται σε εξέλιξη, σε διαφορετική κυψέλη επειδή η κινητή μονάδα βρίσκεται εν κινήσει. Έχει υπολογιστεί ότι ο μέσος χρόνος παραμονής σε μία κυψέλη μιας κινούμενης μονάδας είναι 4,5 λεπτά. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικοί τύποι handover που μπορούν να γίνουν στο GSM οι οποίοι αφορούν σε κανάλια που είναι στην ίδια κυψέλη, σε κυψέλες που βρίσκονται υπό τον έλεγχο του ίδιου Βασικού σταθμού ελέγχου (BSC), κυψέλες που 55

56 βρίσκονται στον έλεγχο διαφορετικών σταθμών ελέγχου αλλά στο ίδιο MSC και κυψέλες σε διαφορετικά MSC. Οι δύο πρώτοι τύποι λέγονται εσωτερικά handovers και χρησιμοποιούν τον ίδιο Βασικό σταθμό ελέγχου (BSC), το MSC ενημερώνεται μόνο όταν ολοκληρωθεί το handover. Οι άλλοι δύο τύποι handover καλούνται εξωτερικά handovers και τα χειρίζονται τα MSCs. Επίσης τα handovers, μπορούν να ενεργοποιηθούν από το ίδιο το κινητό ή το MSC σαν λύση για την καταπολέμηση της αυξημένης κίνησης σε μια κυψέλη, την ώρα που δεν απασχολείται, το κινητό ελέγχει τα κανάλια επικοινωνίας με 16 γειτονικές κυψέλες και δημιουργεί μια λίστα με τις 6 πιο πιθανές κυψέλες για handover που έχουν το δυνατότερο σήμα. Οι πληροφορίες περνάνε στο BSC και στο MSC και χρησιμοποιούνται για τον αλγόριθμο του handover. Ο αλγόριθμος «μικρότερης επιτρεπτής απόδοσης» δίνει το δικαίωμα αλλαγής της ισχύς στο handover, έτσι ώστε όταν το σήμα φθίνει πιο κάτω από ένα συγκεκριμένο σημείο, η ισχύς του κινητού να αυξάνεται ενώ αν αυξήσει στην ισχύ δεν βελτιώσουν τελικά το σήμα δημιουργείται νέο handover. Στα διπλής ζώνης (Dual Band) δίκτυα GSM (900GSM-1800GSM) μπορεί να γίνει ταυτόχρονη χρήση των δύο αυτών συστημάτων με handovers, χωρίς να γίνεται αντιληπτό από τη κινητή μονάδα. Ο συνδρομητής θα πρέπει, όμως, να διαθέτει κινητή μονάδα που να υποστηρίζει τα δύο συστήματα ταυτόχρονα. [2] Χωρητικότητα Δικτύων GSM - Erlang Σε ένα δίκτυο κινητής τηλεφωνίας είναι απαραίτητο να υπάρχει κάποιο μοντέλο τηλεφωνικής «κίνησης» με σκοπό την υψηλή ποιότητα παροχής υπηρεσιών. Το μοντέλο αυτό σχεδιάζεται βάσει κάποιων πραγματικών παρατηρήσεων με βάση την τηλεφωνική συμπεριφορά των συνδρομητών της εταιρίας. Για την κατασκευή του μοντέλου αυτού παίρνονται υπόψη διάφοροι παράγοντες, όπως ο αριθμός των συνδρομητών, το πόσο συχνά και σε ποιες περιοχές κάνουν χρήση του κινητού τους(τις ώρες αιχμής-γιορτές), τη μέση διάρκεια μιας τηλεφωνικής συνδιάλεξης κ.α. παράγοντες έτσι ώστε να εξασφαλισθεί εκ των προτέρων η ικανοποίηση των χρηστών. Για να υπολογιστεί η τηλεφωνική "κίνηση" χρησιμοποιείται μια μονάδα μέτρησης, το Erlang. Ένα Erlang δείχνει το φορτίο κίνησης που μεταφέρεται από ένα κανάλι που είναι δεσμευμένο. Αν, δηλαδή, ένα κανάλι χρησιμοποιείται για μία ώρα και 30 λεπτά, κατά την διάρκεια μιας ώρας μεταφέρει 5,0 Erlangs. Εάν Q κλήσεις, 56

57 μέσης διάρκειας Τ, πραγματοποιούνται κατά το χρονικό διάστημα t, τότε η τηλεφωνική κίνηση Α δίνεται από τη σχέση: Αν έχουμε 100 χρήστες από τους οποίους οι 30 κάνουν 2 κλήσεις την ώρα διάρκειας 3 λεπτών 15 να κάνουν 4 κλήσεις την ώρα διάρκειας 8 λεπτών και 55 να κάνουν 30 κλήσεις την ώρα διάρκειας ενός λεπτού τότε ο συνολικός φόρτος κίνησης είναι 38,5 Erlangs με μέση κίνηση/χρήστη να είναι 38,5 merlangs. (30Χ2Χ3=180, 180/60min=3 Εrlangs) (15Χ4Χ8=480, 480/60min=8 Erlangs) (55Χ30Χ1=1650, 1650/60min=27,5 Erlangs) (0,1 Erlangs=6min, 1 Erlangs=60min) «Η τηλεφωνική κίνηση/συνδρομητή ορίζεται ως η μέση πιθανότητα για ένα συγκεκριμένο συνδρομητή να κάνει χρήση του τηλεφώνου του κάποια συγκεκριμένη χρονική στιγμή, σε ώρες αιχμής.» Μετρήσεις που έχουν γίνει σε δίκτυα GSM έχουν δείξει ότι 0,025 Erlang/συνδρομητή είναι υπεραρκετά για να καλύψουν τις ανάγκες της συνδρομητικής βάσης. Αυτό σημαίνει ότι κάθε συνδρομητής μπορεί να κάνει μία κλήση διάρκειας 90 δευτερολέπτων/ώρα. Στην πράξη κανένα, τηλεπικοινωνιακό δίκτυο στον κόσμο δεν μπορεί να εξυπηρετήσει ταυτόχρονα όλους τους συνδρομητές του, σε συνθήκες καταιγιστικής ζήτησης π.χ. σε περίπτωση σεισμού. Με βάση τα παραπάνω τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας έχουν σχεδιάσει τα δίκτυα τους να έχουν Gos { (Grade of Service) - η πιθανότητα να μπλοκαριστεί μια κλήση)} λιγότερο από 2%. Έτσι αν είχαμε 100 συνδρομητές με Gos 2% με μέση κίνηση/χρήστη να είναι 38.5 merlangs τότε έχουμε 100Χ0,0385.5E=3,85 Erlangs με Gos 2% χρειάζονται 9 κανάλια σύμφωνα με έναν ειδικό πίνακα Erlang blocking propability. Το Erlang πήρε το όνομά του από τον Δανό μηχανικό τηλεπικοινωνιών Α.Κ.Erlang. [7] 5.3 Η υπηρεσία δεδομένων GPRS Το General Packet Radio Service (GPRS) είναι μια κινητή υπηρεσία δεδομένων διαθέσιμη στους χρήστες των κινητών τηλεφώνων GSM και IS-136. Παρέχει ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων από 56 μέχρι 114 Kbps. 57

58 Η μεταφορά δεδομένων GPRS χρεώνεται τυπικά ανά kilobyte των μεταφερόμενων δεδομένων, ενώ η μετάδοση δεδομένων μέσω του παραδοσιακού circuit switching τιμολογείται ανά λεπτό του χρόνου σύνδεσης, ανεξάρτητα από το εάν ο χρήστης έχει μεταφέρει πραγματικά τα δεδομένα ή αν βρισκόταν σε κατάσταση αναμονής. Το GPRS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις υπηρεσίες όπως το Wireless Application Protocol (WAP), το Short Message Service (SMS), το Multimedia Message Service (MMS), και για τις υπηρεσίες επικοινωνίας Διαδικτύου όπως η πρόσβαση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και World Wide Web. Τα κυψελοειδή συστήματα δεύτερης γενιάς που συνδυάζονται με GPRS περιγράφονται συχνά ως "2.5G", δηλαδή μια τεχνολογία μεταξύ της δεύτερης και τρίτης γενιάς της κινητής τηλεφωνίας. Παρέχει μέτρια ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων, με τη χρησιμοποίηση Time Division Multiple Access (TDMA)καναλιών, παραδείγματος χάριν το σύστημα GSM. Αρχικά υπήρξε κάποια σκέψη επέκτασης του GPRS για να καλύψει άλλα πρότυπα, αλλά αντ' αυτού εκείνα τα δίκτυα μετατρέπονται για να χρησιμοποιήσουν το πρότυπα GSM, έτσι ώστε το GSM να είναι το μόνο είδος δικτύου όπου χρησιμοποιείται το GPRS. Το GPRS είναι ενσωματωμένο στο GSM Release 97 και τις νεώτερες εκδόσεις. Τυποποιήθηκε αρχικά από το European Telecommunications Standards Institute (ETSI), αλλά τώρα είναι τυποποιημένο από το 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Το WAP είναι μόνο μια πύλη που χρησιμοποιείται για να επιτυγχάνεται πρόσβαση στο Διαδίκτυο μέσω του κινητού τηλεφώνου και αντίστροφα. Συνήθως, τα δεδομένα GPRS τιμολογούνται ανά kilobyte των πληροφοριών, ενώ οι circuitswitched συνδέσεις στοιχείων τιμολογούνται ανά δευτερόλεπτο. Το τελευταίο είναι μη αποδοτικό επειδή ακόμα και όταν δεν μεταφέρεται κανένα δεδομένο, το εύρος ζώνης είναι μη διαθέσιμο σε άλλους δυνητικούς χρήστες. Το GPRS υποστήριξε αρχικά (θεωρητικά) το πρωτόκολλο Διαδικτύου (IP), το Point-to-point Protocol (PPP) και τις συνδέσεις του X.25. Το τελευταίο έχει χρησιμοποιηθεί χαρακτηριστικά για τις εφαρμογές όπως τα ασύρματα τερματικά πληρωμής, αν και έχει αφαιρεθεί από τα πρότυπα. Το X.25 μπορεί ακόμα να βασιστεί στο PPP, ή ακόμα και IP, αλλά για να γίνει αυτό απαιτεί είτε έναν δρομολογητή για να εκτελέσει την ενθυλάκωση είτε εξοπλισμό κάποιας νοημοσύνης. Στην πράξη, όταν 58

59 χρησιμοποιείται ο ενσωματωμένος mobile browser, χρησιμοποιείται το IPv4. Σε αυτόν τον τρόπο το PPP συχνά δεν υποστηρίζεται από τον mobile operator, ενώ το IPv6 δεν είναι ακόμα δημοφιλές. Αλλά εάν το κινητό χρησιμοποιείται ως modem στο συνδεδεμένο υπολογιστή, το PPP χρησιμοποιείται στη γραμμή IP στο τηλέφωνο. Αυτό επιτρέπει στο DHCP να ορίσει μια διεύθυνση IP και έπειτα τη χρήση του IPv4 δεδομένου ότι οι διευθύνσεις IP που χρησιμοποιούνται από τον κινητό εξοπλισμό τείνουν να είναι δυναμικές. [7] Κατηγορίες ικανότητας Class Α Μπορεί να συνδεθεί με την υπηρεσία GPRS και την υπηρεσία GSM (φωνή, SMS), χρησιμοποιώντας και τα δύο συγχρόνως. Τέτοιες συσκευές είναι διαθέσιμες σήμερα. Class Β Μπορεί να συνδεθεί με την υπηρεσία GPRS και την υπηρεσία GSM (φωνή, SMS), αλλά,με χρήση μόνο του ενός ή άλλου κάθε φορά. Κατά τη διάρκεια της υπηρεσίας GSM (κλήση φωνής ή SMS), η υπηρεσία GPRS αναστέλλεται, και επαναλαμβάνεται έπειτα αυτόματα αφότου έχει ολοκληρώσει η υπηρεσία GSM (κλήση φωνής ή SMS). Οι περισσότερες κινητές συσκευές GPRS είναι Class Β. Class C Συνδέεται είτε με την υπηρεσία GPRS είτε με την υπηρεσία GSM (φωνή, SMS). Πρέπει να επιλέγεται χειροκίνητα μεταξύ της μιας ή άλλης υπηρεσίας. [7] 5.4 Υπηρεσίες Δικτύου Η βασικότερη υπηρεσία του GSM είναι η δυνατότητα πραγματοποίησης και λήψη τηλεφωνικών κλήσεων. Σε κάθε κανάλι υπάρχουν 8 έως 16 χρονοθυρίδες και μπορούν να το μοιραστούν περισσότεροι του ενός χρήστες, έτσι για την πραγματοποίηση μιας κλήσης δεσμεύεται μια χρονοθυρίδα κάθε φορά. 59

60 Called ID Εκτροπή κλήσεων Η υπηρεσία αυτή επιτρέπει στο χρήστη την δυνατότητα προώθησης αναπάντητων ή μη εφικτών ή κατειλημμένων ή άμεσων εισερχόμενων κλήσεων προς έναν άλλο προορισμό. Απόκρυψη κλήσεων Φραγή κλήσεων Η υπηρεσία αυτή δίνει την δυνατότητα στο χρήστη να ενεργοποιήσει φραγή εισερχόμενων ή εξερχόμενων ή εισερχόμενων διεθνών ή εξερχόμενων διεθνών ή σε περιαγωγή ή και όλων κλήσεων για όσο διάστημα θέλει. Cell Broadcast Η υπηρεσία αυτή δίνει την δυνατότητα στο χρήστη στην οθόνη του κινητού την εμφάνιση σύντομων τοπικών πληροφοριών. Ειδοποίηση κλήσεων Είναι μια υπηρεσία δικτύου δίνοντας την δυνατότητα στον χρήστη να ενημερώνεται με γραπτό μήνυμα για τον ποιος και πότε επιχείρησε να επικοινωνήσει μαζί του και δεν καταστεί δυνατό λόγω μη εφικτής σύνδεσης μαζί του ή ήταν απενεργοποιημένη η μονάδα του. SMS-Short Messaging Service Η υπηρεσία αυτή προσφέρει την αποστολή και την λήψη κειμένου μέχρι και 160 αλφαριθμητικών χαρακτήρων από ένα κινητό προς ένα οποιοδήποτε άλλο κινητό με την προϋπόθεση βέβαια ότι υπάρχει κάποιο κέντρο υπηρεσίας SMS για την διαχείριση τους. Έτσι η υπηρεσία SMS έχει 2 επιμέρους υπηρεσίες, τις SMS-MO και SMS-MT. 60

61 - SMS-MO SMS-Mobile Originated Γίνεται η αποστολή ενός γραπτού μηνύματος, από το κινητό προς το Κέντρο Υπηρεσίας SMS. - SMS-MT SMS-Mobile Terminated Γίνεται η παράδοση του γραπτού μηνύματος στον παραλήπτη, από το Κέντρο Υπηρεσίας SMS. MMS-Multimedia Messaging Service Είναι μια υπηρεσία 2.5G και προσφέρει την αποστολή και την λήψη μηνυμάτων εμπλουτισμένων με περιεχόμενο multimedia. Advice of change Η υπηρεσία αυτή δίνει την δυνατότητα στο χρήστη να ενημερώνεται μετά από κάθε εξερχόμενη κλήση στην οθόνη του κινητού του, την διάρκεια και την χρέωση της κλήσης του. Αναμονής και κράτησης κλήσεων-συνδιάσκεψη Είναι μια υπηρεσία προστιθέμενης αξίας και δίνει την δυνατότητα σε έναν χρήστη να πραγματοποιεί ή να δέχεται μια κλήση ενώ έχει ήδη μια κλήση σε εξέλιξη. Στην πρώτη περίπτωση όταν επιχειρείται μια νέα κλήση προς αυτόν ακούει ένα χαρακτηριστικό ήχο που τον προειδοποιεί, τότε ο χρήστης τότε μπορεί να απορρίψει αυτή την νέα κλήση ή να βάλει σε κράτηση την αρχική του κλήση για να επικοινωνήσει με την αναμένουσα, αυτή την εναλλαγή μπορεί να την κάνει όσες φορές θέλει. Επίσης αν ο χρήστης διαθέτει την υπηρεσία αναγνώρισης κλήσεων μπορεί να γίνει συνδυασμός των δύο αυτών υπηρεσιών και να τον ενημερώνει στην οθόνη του κινητού του για τον τηλεφωνικό αριθμό που επιχειρεί την κλήση προς αυτόν. Στην δεύτερη περίπτωση όταν πραγματοποιεί μια κλήση ο συνδρομητής βάζει σε κράτηση την αρχική του συνομιλία ενώ μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ των 2 κλήσεων. Και στις δύο περιπτώσεις μπορεί να γίνει εφόσον επιτρέπεται από τον 61

62 παροχέα, χρήση της υπηρεσίας τηλεσυνδιάσκεψης που επιτρέπει την ταυτόχρονη συνομιλία μέχρι και ατόμων. Roaming Στην υπηρεσία αυτή επιτρέπετε σε συνδρομητές που βρίσκονται βρίσκονται εκτός της περιοχής κάλυψης του δικτύου τους, να δέχονται και να πραγματοποιούν τηλεφωνικές κλήσεις και να έχουν πρόσβαση σε διάφορες υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας, εφόσον βέβαια επιτρέπεται από τον παροχέα τους και τον παροχέα του <<ξένου>> δικτύου. Τεχνολογία CSD (Circuit Switched Data) To CSD μια τεχνολογία όπου βασίζεται μια από τις πιο βασικές υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας των δικτύων GSM, η οποία επιτρέπει μέσω σύνδεσης μεταγωγής κυκλώματος τη μεταφορά δεδομένων στη ταχύτητα των 9,6 ή 14,4kbps(συμμετρική σύνδεση) για upload-download ή kbps για download (ασύμμετρη σύνδεση) και στο HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) τα 57,6 kbps για download και 14,4kbps για upload (ασύμμετρη σύνδεση). Η ταχύτητα μίας χρονοθυρίδας μπορεί να είναι 9.600kbps ή kbps αλλά μπορεί να φτάνει και ως τα 48kbps σε δίκτυα 2.5G Κατηγορίες Multislot Η ταχύτητα GPRS είναι μια άμεση λειτουργία του αριθμού των TDMA time slots που ορίζονται, ο οποίος είναι μικρότερος από (α) το πόσο υποστηρίζει η κυψέλη και (β) τη μέγιστη ικανότητα της κινητής συσκευής που εκφράζεται ως GPRS Multislot Class. Το GPRS βασίζεται σε πακέτα. Όταν το TCP/IP χρησιμοποιείται, κάθε τηλέφωνο μπορεί να έχει μια ή περισσότερες διευθύνσεις IP διαθέσιμες. Το GPRS θα αποθηκεύσει και θα διαβιβάσει τα πακέτα IP στο τηλέφωνο κατά τη διάρκεια της μετακίνησης από την μια κυψέλη στην άλλη. Μια μικρή διακοπή λόγω θορύβου 62

63 μπορεί να ερμηνευθεί από το TCP ως απώλεια πακέτων, και να προκαλέσει προσωρινό throtlling στην ταχύτητα μετάδοσης. [6] 5.5 Πιστοποίηση και Ασφάλεια Ένας χρήστης για να μπορέσει να χρησιμοποιήσει το δίκτυο τότε το δίκτυο θα πρέπει πρώτα να τον πιστοποιήσει. Καταρχήν για να γίνει αυτό κάθε κινητό θα πρέπει να διαθέτει ένα κρυμμένο κλειδί το οποίο βρίσκεται συγκεκριμένα στην κάρτα SIM του και στο Κέντρο Πιστοποίησης (AC). Όταν ενεργοποιείται το κινητό, το Κέντρο Πιστοποίησης στέλνει ένα τυχαίο αριθμό στο κινητό και αυτόν τον αριθμό τον χρησιμοποιούν μαζί με το κρυμμένο κλειδί και με έναν κρυπτογραφημένο αλγόριθμο για την δημιουργία ενός νέου αριθμού. Το κινητό στέλνει πίσω στον κέντρο πιστοποίησης τον αριθμό αυτό και το κέντρο πιστοποίησης με την σειρά του ελέγχει αν είναι ίδιος με αυτόν που έφτιαξε. Αν ο αριθμός είναι ίδιος τότε ο χρήστης πιστοποιήθηκε ειδάλλως τον ειδοποιεί ότι διαδικασία εγγραφής στο δίκτυο ήταν ανεπιτυχής. Κάθε κινητό τηλέφωνο έχει την δικιά του ταυτότητα IMEI (ταυτότητα τηλεφώνου).η ταυτότητα αυτή είναι ένας μοναδικός 16ψήφιος για κάθε συσκευή που αντιστοιχεί στην μάρκα του κινητού, αριθμός σειράς, στοιχεία κατόχου, ημερομηνία αγοράς συσκευής κ.α. Ένα δίκτυο τηλεφωνίας GSM αποθηκεύει σε 3 διαφορετικές λίστες τα ΙΜΕΙ των συνδρομητών της. 1η λίστα είναι η λευκή λίστα που υπάρχουν όλα τα ΙΜΕΙ το κινητών που λειτουργούν φυσιολογικά και μπορούν να συνδεθούν δίκτυο με ασφάλεια. 2η λίστα είναι η γκρι λίστα που υπάρχουν τα ΙΜΕΙ των κινητών που είναι υπό-παρακολούθηση λόγω πιθανόν προβλημάτων που δημιουργούν. 3η λίστα είναι η μαύρη λίστα που υπάρχουν τα ΙΜΕΙ των κινητών που έχουν δηλωθεί από τους κατόχους τους σαν κλεμμένους ή απολεσθέν τους και ανάλογα την περίπτωση διενεργείται παρακολούθηση των κινητών αυτών αν χρησιμοποιούνται ή την άρνηση εγγραφής τους με το δίκτυο, λειτουργίες αυτές ανήκουν στο MSC. [7] 5.6 ΓΕΝΙΑ 2.5G Από εδώ και στο εξής τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας γίνονται όλο και πιο ελκυστικά για τους χρήστες που επιθυμούν να περιηγούνται στο διαδίκτυο από το 63

64 κινητό τους. Με το κατάλληλο υλικό υπόβαθρο σε συσκευές (πολύχρωμες μεγάλες οθόνες με υποστήριξη πολυμέσων) ακολουθεί η γενιά 2.5G. Τα τεχνολογικά πρότυπα της 2.5G είναι τα εξής: GPRS (General Packet Radio Service ) το οποίο είναι πιο διαδεδομένο και χρησιμοποιείται και στην Ελλάδα. EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution ) Η γενιά 2.5G εκτός από άριστη ποιότητα φωνής προσφέρει και πολύ υψηλή ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων και μπορεί να φτάσει τα 115kbps για την GPRS και τα 384kbps για το EDGE. Το GPRS (General Packet Radio Service) γενικά είναι το τεχνολογικό πρότυπο που επιτρέπει την ταχύτατη αποστολή και λήψη δεδομένων μέσω των δικτύων κινητής τηλεφωνίας GSM μέσω της τεχνολογίας μεταγωγής πακέτων. Το GPRS επιτρέπεται η ταυτόχρονη χρήση περισσοτέρων του ενός χρονοθυρίδων έτσι η μεταφορά δεδομένων μπορεί να φτάσει θεωρητικά ως και τα 153,6 = 16 x 9.6 kbps για 16 χρονοθυρίδες ή 21,4 x 8 = 171,2 kbps για 8 χρονοθυρίδες. Οι πόροι του δικτύου χρησιμοποιούνται πιο αποδοτικά γιατί οι χρονοθύριδες δεσμεύονται μόνο κατά την ώρα μετάδοσης και αποδεσμεύονται όταν τελειώνει η μετάδοση σε αντίθεση με την τεχνολογία CSD. Στην πράξη όμως το GPRS χρησιμοποιεί 3 με 4 χρονοθυρίδες για κατέβασμα και μια χρονοθυρίδα για ανέβασμα(μη συμμετρική σύνδεση). [2] Τεχνολογία EDGE (2.7G) - (Enhanced Data rates for GSM Evolution) Το EDGE είναι μια ενδιάμεση μεταβατική τεχνολογία πριν το 3G και αυτό είναι τεχνολογικό πρότυπο που επιτρέπει στα δίκτυα 2G να έχουν τριπλάσια χωρητικότητα δικτύου με πολύ υψηλές ταχύτητες μετάδοσης για την παροχή υπηρεσιών 3G, όπως video streaming, πραγματικό Internet browsing κτλ.. Το EDGE είναι μια αναβάθμιση του GPRS αλλά δεν μπορεί να λειτουργήσει αυτόνομα ενώ η αναβάθμιση και η εγκατάσταση του EDGE δεν απαιτεί την χρήση νέου εξοπλισμού από τις εταιρίες κινητής τηλεφωνίας αλλά την βελτίωση του ήδη υπάρχοντος. Βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας EDGE σε σχέση με το ήδη υπάρχον GSM δίκτυο, είναι η χρήση μίας διαφορετικής μεθόδου διαμόρφωσης των δεδομένων. Η μέθοδος αυτή ονομάζεται 8PSK (8 Phase Shift Keying modulation) επιτρέποντας τη μεταφορά 3 bit δεδομένων σε κάθε μοναδικό παλμό του δικτύου. Η τεχνολογία που παρέχουν τα 64

65 απλά δίκτυα GSM με υποστήριξη υπηρεσιών GPRS, χρησιμοποιεί τη μέθοδο GMSK (Gaussian pre-filtered Minimum Shift Keying) η οποία βασίζεται στη μέθοδο Gauss για την εκθετική μείωση των πιθανοτήτων λάθους κατά τη μεταφορά των δεδομένων, αλλά επιτρέπει τη μεταφορά μόνο ενός bit δεδομένων σε κάθε μοναδικό παλμό του δικτύου. Οι ταχύτητες που επιτυγχάνονται είναι 384Kbps ή και 768kbps με στόχο όμως να φτάσει τα 2Mbps. Επίσης το EDGE έχει την ικανότητα αναμετάδοσης ενός πακέτου πληροφοριών, που δεν κωδικοποιήθηκε σωστά, με ένα περισσότερο ισχυρό σχήμα κωδικοποίησης, ενώ στο GPRS τα πακέτα θα έπρεπε να αποστέλλονται με το ίδιο σχήμα κωδικοποίησης ακόμη και αν το περιβάλλον μεταβάλλεται με αποτέλεσμα τις αποσυνδέσεις και τα προβλήματα, ιδιαίτερα σε περιοχές με αυξημένη ζήτηση. [2] η γενιά κινητής τηλεφωνίας(3g) Στις αρχές του 21ου αιώνα ήλθαν τα κινητά τρίτης γενιάς (3G), με τις απεριόριστες δυνατότητες όσον αφορά τα πολυμέσα. Έχει τεχνολογία που προσφέρει πολύ υψηλές ταχύτητες πρόσβασης στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα, μέσω της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται στο Internet. Τα καινούργια κινητά τηλέφωνα ενσωματώνουν έγχρωμες οθόνες, ψηφιακές κάμερες, μεγάλη μνήμη και δυνατότητες αναπαραγωγής multimedia αρχείων, αποστολής και λήψης μηνυμάτων MMS που αποτελεί στην ουσία την εξέλιξη των SMS, καθώς και πολλά παιχνίδια.[2] Mobile Internet Ίσως η πιο πολυσυζητημένη εφαρμογή των δικτύων τρίτης γενιάς είναι αυτό που πολλοί αποκαλούν Mobile Internet και στην ουσία είναι το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα σύγκλισης υπολογιστών και τηλεπικοινωνιών. Με απλά λόγια είναι σαν να έχουμε οπουδήποτε το γραφείο μας και να μπορούμε να δουλέψουμε παντού. Μέσω δικτύου 3G μπορούμε να συνδεόμαστε στο Internet από οπουδήποτε και να βλέπουμε οποίο αρχείο χρειαζόμαστε ανά πάσα στιγμή. Οι ταχύτητες είναι εώς και 200 φορές μεγαλύτερες από αυτές του κινητού τηλεφώνου.[2] 65

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: IS-95 Στο κεφάλαιο αυτό θα συζητήσουμε για την τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα IS-95. Ένα σύστημα IS-95 περιλαμβάνει αρκετές τεχνικές οι οποίες σχετίζονται μεταξύ τους. Ένα επικοινωνιακό σύστημα βασίζεται στο πώς να μεταφέρουμε πληροφορίες ενός χρήστη από το ένα μέρος σε ένα άλλο. Γενικά, το σύστημα περιλαμβάνει: Κωδικοποίηση, Κρυπτογράφησης, Πολυπλεξία και Διαμόρφωση. Θα τα συζητήσουμε αργότερα σε αυτό το κεφάλαιο. Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει τα θέματα που αφορούν γενικά σε Celluar περιβάλλον. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, ορισμένα πρακτικά προβλήματα, όπως η απώλεια διάδοσης, το ξεθώριασμα, πολλαπλές διαδρομές, Συχνότητα επαναχρησιμοποίησης, έλεγχος ισχύος, Hando στρατηγικές. [8] 6.1 Ψηφιακό ασύρματο σύστημα επικοινωνιών Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη εφαρμογή, όλα τα συστήματα μετάδοσης πληροφοριών περιλαμβάνουν πάντοτε τρία μεγάλα υποσυστήματα-έναν πομπό, το κανάλι, και ένα δέκτη. Για τη μετάδοση ψηφιακών πληροφοριών από έναν πομπό προς ένα δέκτη, τέσσερα βήματα είναι συνήθως που ασχολούνται σε ένα τέτοιο σύστημα: Κωδικοποίηση, Κρυπτογράφηση, πολυπλεξία και διαφοροποίηση. Κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται για δύο σκοπούς: που αντιπροσωπεύουν τα δεδομένα πιο επαρκώς και τη δημιουργία από κωδικούς που είναι πιο ανθεκτικά στο θόρυβο. Κρυπτογράφηση που χρησιμοποιείται για την αναβολή μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης στην μεταδιδόμενη πληροφορία. Πολυπλεξία είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει σε ένα σύστημα επικοινωνίας να εξυπηρετεί πολλούς χρήστες ταυτόχρονα. Η τελική φάση, η διαμόρφωση, είναι η μέθοδος της αλλαγής ζωνών συχνοτήτων για μετάδοση σημάτων μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. 66

67 Σε ένα κινητό ραδιοσύστημα, υπάρχει ένας σταθμός βάσης που βρίσκεται στο κέντρο ή στην άκρη μιας περιοχής κάλυψης και αποτελούνται από ραδιοφωνικούς σταθμούς. Υπάρχουν πομποί και δέκτες κεραιών τοποθετημένα σε έναν πύργο. [8] 6.2 Μέθοδος Πολλαπλής πρόσβασης στο IS- 95 CDMA Σε ένα σύστημα επικοινωνίας, το έργο της τεχνολογίας πολλαπλής πρόσβασης είναι να μεταδώσει μηνύματα από πολλούς χρήστες ταυτόχρονα χωρίς παρεμβολές. Παραδοσιακά, τα σήματα θεωρούνται από δύο προσεγγίσεις : η ώρα και η συχνότητα. Ως εκ τούτου, είναι η φύση ότι υπάρχουν δύο βασικές στρατηγικές σύμφωνα με τις οποίες οι πόροι είναι χωρισμένοι για να εξυπηρετούν πολλαπλούς χρήστες : Συχνότητα Division Multiple Access ( FDMA ), όπου κάθε χρήστης έχει εκχωρηθεί σε μια διαφορετική συχνότητα, και Time Division Multiple Access ( TDMA ), όπου κάθε χρήστης ανήκει σε μια διαφορετική χρονοθυρίδα. Μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση, προτείνει, τουλάχιστον εν μέρει, από τις αρχές της θεωρίας της πληροφορίας του Shannon, δεν αποπειράται να διαθέσει ασυνεχές συχνότητα ή το χρόνο πόρους για κάθε χρήστη. Αν τ αυτού η προσέγγιση αυτή μεταδίδει το μήνυμα από κάθε χρήστη να είναι πλέον κωδικούς. Οι κώδικες από διαφορετικούς χρήστες αμοιβαία στατιστικά ασυσχέτιστες, δηλαδή, ορθογώνια. Ως εκ τούτου, ένα συσχέτισης με την ιδιότητα των κωδικών του χρήστη συγγραφή c μπορεί να εξαγάγει τις πληροφορίες από αυτόν / αυτήν, ακόμη και αν αναμειγνύονται κωδικοί όλων των χρηστών. Αυτή η μέθοδος καλείται ως Code Division Multiple Access ( CDMA ). Η CDMA διαθέτει όλους τους πόρους σε όλους τους χρήστες ταυτόχρονα. Η απαιτούμενη ισχύς που μεταδίδεται από καθένα, ως εκ τούτου, ελέγχεται στο ελάχιστο για να διατηρηθεί ένα δεδομένο σήμα -προς- θόρυβο για το απαιτούμενο επίπεδο επιδόσεων.η CDMA εκμεταλλεύεται πολλαπλό ξεθώριασμα για την ενίσχυση των επικοινωνιών και την ποιότητα φωνής, διότι το ξεθώριασμα προκαλεί σημαντική υποβάθμιση της ποιότητας του σήματος σε στενά συστήματα όπως FDMA και TDMA. Με άλλα λόγια, ένα σύστημα CDMA αποδίδει κυρίως στην ικανότητα του συστήματος, Οικονομικών και Quality of Service. Στο πρότυπο IS-95, οι εργασίες CDMA είναι ελαφρώς διαφορετικό στο uplink και 67

68 downlink. Στο downlink, ο σταθμός βάσης χρησιμοποιεί κώδικες Walsh για να δημιουργήσει ορθογώνιους κώδικες. Υπάρχουν 64 Walsh κωδικών που χρησιμοποιούνται σε έναν σταθμό βάσης, και είναι ντετερμινιστικά. Η γεννήτρια ακολουθίας σπέρνεται με δεδομένα που λαμβάνονται σε μηνύματα που αποστέλλονται από το σταθμό βάσης.το ίδιο σπόροι χρησιμοποιούνται και στις δύο κατευθύνσεις.[2] 6.3 Το πρότυπο IS-95 Interim Standard 95(IS-95) είναι το πρώτο κυψελοειδές πρότυπο βασισμένο σε CDMA. Το brand name για το IS-95 είναι το CDMAOne. Το IS-95 είναι επίσης γνωστό ως TIA-EIA-95. Είναι ένα 2G πρότυπο κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιεί CDMA, ένα σύστημα πολλαπλής πρόσβασης, όπως εξηγήσαμε και σε προηγούμενο κεφάλαιο. Είναι ένα 2G πρότυπο τηλεπικοινωνιών κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιεί CDMA, ένα σχήμα πολλαπλής πρόσβασης για την ψηφιακή ραδιοφωνία, την αποστολή φωνής, δεδομένων και δεδομένα σηματοδότησης (όπως καλέσατε τον αριθμό τηλεφώνου) μεταξύ κινητών τηλεφώνων και cell sites. To CDMAone ή CDMA IS-95, είναι το πρώτο εμπορικό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας που εκμεταλλεύθηκε την τεχνολογία CDMA. Χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα σε διάφορες περιοχές της Βόρειας Αμερικής, ενώ παλαιότερα και στην Κορέα. Τα IS-95 πρότυπα περιγράφουν μια διεπαφή αέρα, ένα σύνολο πρωτοκόλλων που χρησιμοποιούνται μεταξύ κινητών μονάδων και δικτύου. Το IS-95 ευρέως περιγράφεται ως μια στοίβα τριών επιπέδων, όπου L1 αντιστοιχεί στο φυσικό (PHY) στρώμα, L2 αναφέρεται στην διεύθυνση Media Access Control (MAC) και Link- Access Control (LAC) υποστρώματα, και L3 με την πρόσκληση-επεξεργασία κρατική μηχανή. Το IS-95 ορίζει την μετάδοση των σημάτων τόσο προς τα εμπρός (δίκτυο προς κινητό) και το αντίστροφο (mobile-to-δίκτυο) κατευθύνσεις. Στην κατεύθυνση προς τα εμπρός, τα ραδιοσήματα μεταδίδονται από τους σταθμούς βάσης (του BTS). Κάθε BTS είναι συγχρονισμένο με ένα δέκτη GPS, ώστε οι να 68

69 μεταδόσεις ελέγχονται αυστηρά στο χρόνο. Όλες οι εμπρός μεταδόσεις είναι QPSK με ρυθμό τσιπ των ανά δευτερόλεπτο. Κάθε σήμα μεταδίδεται με έναν κώδικα Walsh μήκους 64 και ψευδο-τυχαίος κωδικός θορύβου (PN κωδικός) του μήκους {2} ^ {15}, δίνοντας ένα PN roll-over περίοδο \ frac {80} {3} ms. Το IS-95 και η χρήση της CDMA τεχνικές, όπως και κάθε άλλο σύστημα επικοινωνιών, έχουν τη διακίνησή τους που περιορίζεται σύμφωνα με το θεώρημα του Shannon. Κατά συνέπεια, η ικανότητα βελτιώνεται με SNR και το εύρος ζώνης. IS-95 έχει ένα σταθερό εύρος ζώνης, αλλά και τους ναύλους και στον ψηφιακό κόσμο, διότι λαμβάνει ενεργά μέτρα για τη βελτίωση SNR. Με CDMA, σήματα που δεν σχετίζονται με το κανάλι του ενδιαφέροντος (όπως άλλα αντισταθμιστικά οφέλη PN από γειτονικούς σταθμούς βάσης κινητής) εμφανίζονται ως θόρυβος και τα σήματα μεταφέρονται σε άλλους κώδικες Walsh απομακρύνεται ουσιαστικά στην de-διαδικασία διασποράς. Το κυμαινόμενο επιτόκιο φύση των καναλιών κυκλοφορίας παρέχουν χαμηλότοκα πλαίσια που πρέπει να διαβιβάζονται σε χαμηλότερη ισχύ που προκαλούν λιγότερο θόρυβο για άλλα σήματα εξακολουθούν να ληφθεί σωστά. Οι παράγοντες αυτοί παρέχουν εγγενώς χαμηλότερα επίπεδα θορύβου από ό, τι άλλες κυτταρικές τεχνολογίες που επιτρέπουν το IS-95 δικτύου να αποσπάσουν περισσότερους χρήστες στο ίδιο ραδιοφάσμα. Ενεργά (αργή) ελέγχου ισχύος χρησιμοποιείται επίσης για τις προς τα εμπρός διαύλους κυκλοφορίας, όπου κατά τη διάρκεια μιας κλήσης, το κινητό στέλνει μηνύματα σηματοδοσίας στο δίκτυο που δείχνει την ποιότητα του σήματος. Το δίκτυο θα ελέγχει της μεταδιδόμενης ισχύος του καναλιού κυκλοφορίας για να κρατήσει την ποιότητα του σήματος μόνο αρκετά καλή, διατηρώντας έτσι το επίπεδο θορύβου θεωρείται από όλους τους άλλους χρήστες σε ένα ελάχιστο.[2] Η τεχνική ιστορία cdmaone είναι αντανακλαστική τόσο στη γέννησή του ως έργο Qualcomm εσωτερικό, και τον κόσμο του τότε αποδειχθεί ψηφιακή 69

70 ανταγωνιστικών κυψελοειδή πρότυπα βάσει των οποίων αναπτύχθηκε.ο όρος IS- 95 σωστά αναφέρεται σε P_REV = 1, που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της βιομηχανίας τηλεπικοινωνιών Association ( TIA ) κανόνες διαδικασίας, για τη βορειοαμερικανική ζώνη κυτταρική (Band κατηγορία 0, 800 MHz ) με περίπου το ίδιο χρονικό διάστημα. IS- 95 προσφέρει δια λειτουργικότητα ( συμπεριλαμβανομένης της μεταβίβασης ) με το αναλογικό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας. Για την ψηφιακή λειτουργία, IS- 95 και J - STD έχουν πιο τεχνικές λεπτομέρειες. Το ανώριμο ύφος και η δομή των δύο εγγράφων είναι ιδιαίτερα αντανακλαστική του εσωτερικού προγράμματος της Qualcomm,P_REV = 2 που ονομάζεται ενδιάμεσο πρότυπο 95A ( IS - 95Α ). Το IS- 95A αναπτύχθηκε για την κατηγορία Band 0 μόνο, όπως στην σταδιακή βελτίωση σε σχέση με το IS- 95 πρότυπο στο πλαίσιο της διαδικασίας TIA. [2] 6.4 Σύστημα CDMA βασισμένο στο IS-95 Η αύξηση των επιδόσεων που επιτυγχάνεται από ένα σύστημα DS διάχυτουφάσματος μέσω του κέρδους διεργασίας και του κέρδους κωδικοποίησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επιτρέπει σε πολλά σήματα DS διάχυτου φάσματος να καταλαμβάνουν το ίδιο εύρος ζώνης του καναλιού, αρκεί το καθένα σήμα να έχει τη δική του ψευδοτυχαία ακολουθία. Η τεχνική DS-CDMA υιοθετήθηκε ως μέθοδος πολλαπλής προσπέλασης για τα ψηφιακά κυψελωτά συστήματα επικοινωνιών φωνής στη Βόρειο Αμερική. Αυτό το πρώτης γενιάς(dma) σύστημα επικοινωνίας αναπτύχθηκε από την Qualcomm, και τυποποιήθηκε ως πρότυπο που ονομάστηκε IS- 95 από την TIA(Telecommunication Industry Association) για χρήση στις ζώνες συχνοτήτων 800MHz και 1900MHz. Ένα κύριο πλεονέκτημα του CDMA ως προς άλλες μεθόδους πολλαπλής προσπέλασης είναι ότι ολόκληρη η ζώνη συχνοτήτων είναι διαθέσιμη σε κάθε σταθμό βάσης, δηλαδή, ο συντελεστής επαναχρησιμοποίησης συχνότητας είναι N=1(100%). Το ονομαστικό εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται από ένα σταθμό βάσης για την εκπομπή προς τον κινητό δέκτη (κατερχόμενη ζεύξη) είναι 1.25 MHz, ενώ ένα ξεχωριστό κανάλι, επίσης εύρους ζώνης 1.25 MHz, χρησιμοποιείται για μετάδοση σήματος από το κινητό προς το σταθμό βάσης(ανερχόμενη ζεύξη). Δηλαδή, τα σήματα που μεταδίδονται και προς τις δύο κατευθύνσεις, και την ανερχόμενη και την 70

71 κατερχόμενη είναι DS διάχυτου φάσματος που έχει ρυθμό chip *10^6 chips/sec(mchips/sec). [8] 6.5 CDMA ONE SYSTEM Σε αντίθεση με το σύστημα GSM, το οποίο σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε από έναν αριθμό διαφορετικών οργανώσεων που εργάζονται από κοινού, η τεχνολογία cdmaone σχεδιάστηκε από μία μόνο εταιρία, τη Qualcomm Incorporated. Το πρώτο εμπορικό δίκτυο cdmaone ξεκίνησε από Hutchison στο Χονγκ Κονγκ στις 28 Σεπτεμβρίου 1995 και από εκείνη τη στιγμή εμπορικά δίκτυα βασισμένα στη τεχνολογία cdmaone έχουν ξεκινήσει σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο συμπεριλαμβανομένης της Κορέας και των Ηνωμένων Πολιτειών. Η τεχνολογία cdmaone αναφέρεται συνήθως ως <<IS-95>>, που είναι το όνομα του προτύπου, η οποία περιγράφει την τεχνολογία αυτή στις Ηνωμένες Πολιτείες (δηλαδή Ενδιάμεσο Πρότυπο αριθμός 95). Η τεχνολογία cdmaone είχε αρχικά σχεδιαστεί για να παρέχει υψηλής χωρητικότητας επικάλυψη για το πρώτης γενιάς Advanced Mobile τηλεφωνικό σύστημα (AMPS) λειτουργίας στα 800 MHz. Αυτό έδωσε σε έναν χειριστή AMPS τη δυνατότητα αύξησης της χωρητικότητας του δικτύου σε συγκεκριμένους τομείς, αντικαθιστώντας μια σειρά από 30 khz AMPS μεταφορείς με ένα ή περισσότερα 1.25 MHz cdmaone. Με την εισαγωγή των συστημάτων προσωπικών επικοινωνιών (PCS), στις Ηνωμένες Πολιτείες, η τεχνολογία cdmaone είχε τροποποιηθεί για να λειτουργεί στη στη ζώνη συχνοτήτων PCS 1900 σε μια ενιαία ρύθμιση παραμέτρων λειτουργίας citecdma-pcs. Αυτή η έκδοση της τεχνολογίας cdmaone είναι αυτή που συνήθως αναφέρεται ως <<CDMA-PCS>> πριν από την εκ νέου ονομασία. Εκτός από τις εκδόσεις της cdmaone, υπάρχουν και άλλες παραλλαγές που έχουν τροποποιηθεί για να λειτουργεί σε ίδιες ζώνες συχνοτήτων σε διάφορες χώρες του κόσμου. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το σύστημα cdmaone είναι βασικά ένα πρότυπο διασύνδεσης αέρα, σε αντίθεση με το σύστημα GSM το οποίο καθορίζεται μέχρι τη πύλη δικτύου. [7] 6.6 Protocol Revisions 71

72 Η τεχνική ιστορία του CDMAOne είναι αντανάκλαση τόσο της γέννησης της, σαν εσωτερικό σχέδιο της Qualcomm, όσο και του κόσμου από τα έως τότε αναπόδεικτα ανταγωνιστικά ψηφιακά κυψελωτά συστήματα κάτω από τα οποία αναπτύχθηκε. Ο όρος IS-95 γενικά αναφέρεται σε προηγούμενα protocol revisions που ονομάζεται P_REV από ένα έως πέντε. P_REV=1 αναπτύχθηκε στο πλαίσιο μιας διαδικασίας ANSI με πρότυπα τα οποία αναφέρονται σε J-STD-008. Το πρότυπο J-STD-008, που εκδόθηκε το 1995, καθορίστηκε για την τότε μόνο νέα μπάντα της βόρειας Αμερικής PCS. Ο όρος IS-95 αναφέρεται ορθολογικά στο P_REV=1, που αναπτύχθηκε με διαδικασίες προτύπου ΤΙΑ(Telecommunication Industry Association) για τη cellular band της βόρειας Αμερικής, κάτω από συγκεκριμένο όριο χρόνου. Το IS-95 πρόσφερε δια-λειτουργία με το αναλογικό κυψελωτό δίκτυο. Για ψηφιακές λειτουργίες, το IS-95 και το J-STD- 008έχουν περισσότερες κοινές τεχνικές λειτουργίες. P_REV=2 ονομάζεται IS-95A. Το IS-95A αναπτύχθηκε για band class0 μόνο, σαν μια σταδιακή βελτίωση του IS-95 στα πρότυπα του ΤΙΑ. P_REV=3 ονομάζεται Technical Services Bulletin 74(TSB-74). Το TSB-74 ήταν το επόμενο στάδιο βελτίωσης του IS-95A στα πρότυπα του ΤΙΑ. P_REV=4 ονομάζεται το IS-95Β φάση 1 και P_REV=5 ονομάζεται το IS-95Β φάση 2. Τα IS-95Β πρότυπα κομμάτια παρέχονται για τη συγχώνευση του ΤΙΑ και ANSI κομματιών, και ήταν το πρώτο έγγραφο που δόθηκε για δια-λειτουργικότητα των IS-95 κινητών εφαρμογών και στις δύο κατηγορίες. P_REV=4 ήταν κατά κύριο λόγο η πιο δημοφιλής παραλλαγή του IS-95 με το P_REV=5 να το βλέπουμε ελάχιστα στη Νότια Κορέα. P_REV=6 και πιο πέρα πέφτουν κάτω από την ομπρέλα του CDMA 2000 εκτός από τις τεχνικές βελτιώσεις, τα IS-2000 έγγραφα είναι πολύ πιο ώριμα από άποψη μορφής και περιεχομένου. Επίσης, παρέχουν συμβατότητα προς τα πίσω στο IS-95.[2] 6.7 Protocol details 72

73 Τα πρότυπα IS-95 περιφράφουν μια διεπαφή αέρα, ένα σύνολο πρωτοκόλλων που χρησιμοποιείτε ανάμεσα σε κινητές μονάδες και δίκτυα. Το IS-95 περιγράφεται κοινώς σαν στοίβα τριών επιπέδων-στρωμάτων όπου L1 αντιστοιχεί στο φυσικό στρώμα(phy), L2 στη MAC και Λ3 στη διαδικασία κλήσης της μηχανής.[2] 6.8 Physical Layer Το IS-95 ορίζει τη μετάδοση των σημάτων τόσο στις εμπρός όσο και στις πίσω κατευθύνσεις. Στην εμπρός κατεύθυνση, τα ραδιοφωνικά σήματα μεταδίδονται από τους σταθμούς βάσης(bts). Κάθε BTS συγχρονίζεται με ένα δέκτη GPS, έτσι ώστε οι μεταδόσεις να ελέγχονται αυστηρά στο χρόνο. Όλες οι εμπρός μεταδόσεις είναι QPSK με ρυθμό chip ανά δευτερόλεπτο. Κάθε σήμα διασπείρετε με ένα κώδικα WALSH μήκους 64 και ένα ψευδοτυχαίο κώδικα θορύβου(pn) μήκους 2^15, αποδίδοντας ένα PN ανατροπής περιόδου. Για την αντίστροφη κατεύθυνση, τα ραδιοσήματα μεταδίδονται από κινητό. Μεταδόσεις ανάστροφης ζεύξης είναι QPSK έτσι ώστε να λειτουργεί στο βέλτιστο εύρος του ενισχυτή ισχύος του κινητού.[2] 6.9 CAPACITY Το IS-95 και η χρήση του από τις CDMA τεχνικές, όπως και κάθε άλλο σύστημα επικοινωνιών, περιορίζονται από το θεώρημα Shannon, κατά συνέπεια, η χωρητικότητα αυξάνεται με το SNR και το εύρος ζώνης. Το IS-95 έχει ένα συγκεκριμένο εύρος ζώνης και μισθώνεται καλά, διότι λαμβάνει ενεργά μέτρα για τη βελτίωση του SNR. Με CDMA σήματα που δεν σχετίζονται με το κανάλι του ενδιαφέροντος, εμφανίζονται ως θόρυβος, και σήματα που μεταφέρονται σε άλλους Walsh κώδικες αφαιρούνται κυρίως στη de-spreading διαδικασία. Το φυσικό κυμαινόμενο επιτόκιο των καναλιών κυκλοφορίας παρέχει πλαίσια χαμηλότερης κλίμακας που πρέπει να μεταδίδονται σε χαμηλότερη ισχύ που προκαλούν θόρυβο για άλλα σήματα που απομένουν να ληφθούν σωστά. Οι παράγοντες αυτοί παρέχουν ένα εγγενώς χαμηλότερο επίπεδο θορύβου απ ότι άλλες κυψελωτές επικοινωνίες που επιτρέπουν το δίκτυο IS-95 να αποσπά περισσότερους χρήστες στο ίδιο ράδιο-φάσμα. 73

74 Ενεργό power control επίσης χρησιμοποιείται στα εμπρός κανάλια κυκλοφορίας, όπου κατά τη διάρκεια μιας κλήσης, το κινητό στέλνει μηνύματα σηματοδοσίας στο δίκτυο δείχνοντας έτσι τη ποιότητα του σήματος. Το δίκτυο θα ελέγξει την εκπεμπόμενη ισχύ του καναλιού κυκλοφορίας για να κρατήσει την ποιότητα του σήματος αρκετά καλή, διατηρώντας έτσι το επίπεδο θορύβου ορατό σε όλους τους άλλους χρήστες στο ελάχιστο. Ο δέκτης επίσης χρησιμοποιεί τις τεχνικές του rake receiver έτσι ώστε να βελτιώσει το SNR.[2] 6.10 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ GSM Λιγότερη υποβάθμιση του σήματος στο εσωτερικό των κτιρίων Ικανότητα να χρησιμοποιεί αναμεταδότες Ο χρόνος ομιλίας είναι γενικά υψηλότερος στα GSM κινητά τηλέφωνα εξ αιτίας του φυσικού παλμού μετάδοσης Η διαθεσιμότητα των subscriber identity modules επιτρέπει στους χρήστες να αλλάζουν δίκτυα και συσκευές κατά βούληση. Το GSM εικονικά καλύπτει σχεδόν όλα τα μέρη του κόσμου έτσι η διεθνής περιαγωγή δεν είναι πρόβλημα Ο μεγαλύτερος αριθμός των συνδρομητών παγκοσμίως, δημιουργεί ένα καλύτερο αποτέλεσμα δικτύου για δημιουργούς GSM συσκευών, φορείς και τελικούς χρήστες[2] 6.11 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ GSM Έρχονται σε επαφή με κάποια ηλεκτρονικά, ειδικά συγκεκριμένους ενισχυτές ήχου Η πνευματική ιδιοκτησία είναι συγκεντρωμένη μεταξύ κάποιων φορέων του κλάδου, δημιουργώντας φραγμούς εισόδου για τους νεοεισερχόμενους και περιορίζει τον ανταγωνισμό ανάμεσα στους κατασκευαστές κινητών τηλεφώνων. Η κατάσταση είναι ωστόσο χειρότερη σε συστήματα βασισμένα σε CDMA όπως το IS-95, όπου η Qualcomm είναι η κύρια κάτοχος της IP. Τα GSM έχουν ένα σταθερό μέγιστο εύρος στη περιοχή της κυψέλης στα 120 χλμ που επιβάλλονται από τεχνικούς περιορισμούς. Αυτό έχει επεκταθεί από το παλιό ανώτατο όριο των 35 χλμ.[2] 74

75 6.12 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ IS-95 Η χωρητικότητα είναι το μεγαλύτερο ατού του IS-95, μπορεί να φιλοξενήσει περισσότερους χρήστες ανά MHz του εύρους ζώνης από οποιαδήποτε άλλη τεχνολογία Δεν έχει συγκεκριμένο όριο στον αριθμό τω ταυτόχρονων χρηστών Χρησιμοποιεί ακριβή ρολόγια που δεν περιορίζουν την απόσταση που ένας πύργος μπορεί να καλύψει Καταναλώνει λιγότερη ενέργεια και καλύπτει μεγάλες εκτάσεις έτσι το μέγεθος της κυψέλης στα IS-95 είναι μεγαλύτερο Ικανό να παράγει μια λογική κλήση με χαμηλότερο σήμα Χρησιμοποιεί ήπια μεταπομπή, μειώνοντας τη πιθανότητα διακοπής κλήσεων Οι κωδικοποιητές φωνής του IS-95 μειώνουν το ποσοστό φωνής που μεταδίδεται όταν ο ομιλητής δεν μιλάει, το οποίο επιτρέπει το κανάλι να πακετάρεται πιο αποτελεσματικά Έχει μια καλά καθορισμένη διαδρομή για υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων [2] 6.13 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ IS-95 Οι περισσότερες τεχνολογίες είναι πατέντες και πρέπει να αδειοδοτούνται από τη Qualcomm Αναπνοή των σταθμών βάσης, όταν η περιοχή κάλυψης συρρικνώνεται κάτω από το φορτίο. Αφού ο αριθμός των συνδρομητών χρησιμοποιεί μια συγκεκριμένη τοποθεσία το εύρος αυτής της τοποθεσίας μειώνεται Επειδή οι IS-95 πύργοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, είναι συνήθως εγκατεστημένοι μέσα σε μικρότερους πύργους. Εξαιτίας αυτού, το IS-95 μπορεί να μην αποδίδει καλά σε μια λοφώδη έκταση Τα USSD, PTT, E-SMS δεν υποστηρίζονται από IS-95/CDMA Το IS-95 καλύπτει ένα μικρότερο τμήμα του κόσμου, και τηλέφωνα IS-95 είναι γενικά ανίκανα να περιφέρονται παγκοσμίως Οι κατασκευαστές συχνά διστάζουν να απελευθερώνουν συσκευές IS-95 λόγω της μικρής αγοράς, έτσι τα χαρακτηριστικά έρχονται μερικές φορές καθυστερημένα σε IS-95 συσκευές 75

76 Ακόμη και αν η φραγή κλειδώσει, τα CDMA τηλέφωνα συνδέονται με ESN σε ένα συγκεκριμένο δίκτυο, έτσι τα τηλέφωνα τυπικά δεν είναι φορητά σε όλους τους φορείς[2] Εικόνα:Development of the Market 0 Σε μια ταχεία αναπτυσσόμενη αγορά, το GSM/3GSM αυξάνεται ταχύτερα από την αγορά και κερδίζει μερίδιο στην αγορά, η οικογένεια CDMA αυξάνεται με τον ίδιο ρυθμό όπως η αγορά, ενώ άλλες τςχνολογίες το κάνουν σταδιακά 76

77 Όλες οι ταχύτητες είναι θεωρητικά μέγιστες και κυμαίνονται από έναν αριθμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένου της χρήσης των εξωτερικών κεραιών, της απόστασης από το πύργο και τη ταχύτητα εδάφους. Συνήθως, το εύρος ζώνης μοιράζεται μεταξύ πολλών τερματικών. Η απόδοση της κάθε τεχνολογίας καθορίζεται από έναν αριθμό περιορισμών, συμπεριλαμβανομένης της φασματικής απόδοσης της τεχνολογίας, το χρησιμοποιημένο μέγεθος της κυψέλης και το ποσό του διαθέσιμου φάσματος.[2] 6.14 Viterbi algorithm Ο αλγόριθμος viterbi, είναι ένας αλγόριθμος αποκωδικοποίησης που εφαρμόστηκε στην αποκρυπτογράφηση των συνελεκτικών κωδικών σε CDMA και GSM ψηφιακά κυψελωτά συστήματα. Χρησιμοποιείται σε σύνθεση ομιλίας, αναγνώριση φωνής. [2] 6.15 Rake receiver Ο δέκτης rake περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1958 με αναφορά και παραπομπή στο Proakis για πιο λεπτομερή ανάλυση του. Ο δέκτης RΑΚΕ χρησιμοποιείται για να επιτευχθεί ποικιλομορφία διαδρομής σε ένα ξεθώριασμα multipath καναλιού με την αποτελεσματική συλλογή της ενέργειας του σήματος από κάθε λαμβανόμενη διαδρομή χρησιμοποιώντας μία γραμμή καθυστέρησης στο δέκτη. [7] ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7:ΠΡΟΣΟΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ Το GSM και το IS-95 ήταν οι δύο πιο γνωστές τεχνολογίες κινητών τηλεφώνων 2 ης γενιάς στο Στις 3 ης γενιάς κινητές τηλεφωνίες, η πιο γνωστή ήταν η UMTS με τεχνολογία CDMA-2000 σε στενό ισχυρισμό. Όλες οι τεχνολογίες ασύρματης πρόσβασης έχουν να λύσουν τα ίδια προβλήματα: να διαιρέσουν το πεπερασμένο φάσμα ράδιο-συχνοτήτων μεταξύ πολλών χρηστών όσον το δυνατόν πιο αποδοτικά. Το GSM χρησιμοποιεί TDMA και FDMA για το χρήστη και διαχωρισμό κυψέλης. Το UMTS,IS-95 και CDMA-2000 χρησιμοποιούν CDMA. Το Wimax και LTE χρησιμοποιούν OFDM. 77

78 Η TDMA παρέχει πρόσβαση πολλαπλών χρηστών τεμαχίζοντας σε συνεχόμενα κομμάτια χρόνου. Κάθε χρήστης του καναλιού παίρνει «σειρά» για μετάδοση και λήψη σημάτων. Στη πραγματικότητα, μόνο ένας χρήστης χρησιμοποιεί πραγματικά το κανάλι σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Αυτό είναι ανάλογο με το μοίρασμα του χρόνου σε ένα μεγάλο server. Η FDMA παρέχει πρόσβαση πολλαπλών χρηστών διαχωρίζοντας τις χρησιμοποιημένες συχνότητες. Αυτό χρησιμοποιείται στα GSM συστήματα για το διαχωρισμό των κυψελών, όπου έπειτα χρησιμοποιεί TDMA για να χωρίσει χρήστες μέσα στις κυψέλες. Το CDMA χρησιμοποιεί ψηφιακή διαμόρφωση καλούμενη spread spectrum το οποίο εξαπλώνει τα δεδομένα φωνής σε ένα πολύ ευρύ κανάλι με ψευδοτυχαία σειρά χρησιμοποιώντας ένα χρήστη ή μια κυψέλη συγκεκριμένου ψευδοτυχαίου κώδικα. Ο δέκτης αναιρεί τη τυχαιοποίηση για να συλλέξει τα bits μαζί ώστε να παράγει τα γνήσια δεδομένα. Αφού ο κώδικας είναι ψευδοτυχαίος και επιλεγμένος με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να προκαλούν την ελάχιστη παρεμβολή, το ένα στο άλλο, πολλοί χρήστες μπορούν να μιλάνε την ίδια ώρα και πολλές κυψέλες να μοιράζονται την ίδια συχνότητα. Αυτό προκαλεί ένα προσθετικό θόρυβο σήματος αναγκάζοντας όλους τους χρήστες να χρησιμοποιούν περισσότερη δύναμη, η οποία σε αντάλλαγμα μειώνει το φάσμα κυψέλης και τη διάρκεια της μπαταρίας. Το OFDMΑ χρησιμοποιεί ομαδοποίηση πολλαπλών μικρών ζωνών συχνοτήτων που είναι ορθογώνιες η μία στην άλλη για να παρέχεται για διαχωρισμό των χρηστών. Οι χρήστες πολύ-πλέκονται στο πεδίο των συχνοτήτων, κατανέμοντας συγκεκριμένες υποζώνες σε μεμονομένους χρήστες. Αυτό συχνά ενισχύεται παρουσιάζοντας τη TDMA και αλλάζοντας περιοδικά τη κατανομή ώστε διαφορετικοί χρήστες να παίρνουν διαφορετικές υποζώνες σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Στη θεωρία CDMA, TDMA και FDMA έχουν ακριβώς την ίδια φασματική απόδοση αλλά στη πράξη το καθένα έχει τις δικές του προκλήσεις, power control στη περίπτωση του CDMA, time control στη περίπτωση του TDMA και συχνότητας στη περίπτωση του FDMA. Ένα κλασσικό παράδειγμα για την κατανόηση της θεμελιώδους διαφοράς ανάμεσα σε CDMA και TDMA. Φανταστείτε ένα κοκτέιλ πάρτι όπου τα ζευγάρια 78

79 μιλούν ο ένας στον άλλο σε ένα χώρο. Το δωμάτιο αντιπροσωπεύει το διαθέσιμο εύρος ζώνης: TDMA: Ένας ομιλητής παίρνει στροφές μιλώντας σε έναν ακροατή. Ο ομιλητής μιλά για λίγο και μετά σταματά για να αφήσει ένα άλλο ζευγάρι να μιλήσει. Δεν υπάρχει ποτέ πάνω από ένας ομιλητής στο δωμάτιο να μιλά, κανείς δεν χρειάζεται να ανησυχεί για δυο συζητήσεις που εμπλέκονται. Το μειονέκτημα είναι ότι περιορίζει πρακτικά τον αριθμό των συζητήσεων στο δωμάτιο. CDMA: Κάθε ομιλητής μπορεί να μιλά οποιαδήποτε στιγμή, ωστόσο ο καθένας χρησιμοποιεί διαφορετική γλώσσα. Κάθε ακροατής μπορεί να καταλάβει τη γλώσσα του παρτενέρ του. Καθώς όλο και περισσότερα ζευγάρια μιλάνε, ο από πίσω θόρυβος μεγαλώνει, αλλά λόγω της διαφοράς των γλωσσών, οι συνομιλίες δεν αναμιγνύονται. Το μειονέκτημα είναι ότι κανείς δε μπορεί να μιλήσει πιο δυνατά. Μετά από αυτό, εάν ο θόρυβος εξακολουθεί να αυξάνεται ο ακροατής δεν θα μπορεί να ξεδιαλύνει για τι πράγμα μιλάει ο ομιλητής χωρίς να τον πλησιάσει. Έτσι, η κάλυψη CDMA κυψελών μειώνεται καθώς ο αριθμός των ενεργών χρηστών αυξάνεται. Αυτό ονομάζεται cell breathing.[2] 79

80 Εικόνα:Comparison Table 0 80

81 Εδώ βλέπουμε το block διάγραμμα της προσομοίωσης μας. Ο encoder είναι convolutional encoder Ο modulator είναι BPSK Το κανάλι είναι AWGN Ο demodulator είναι Rake receiver ή matched filter Ο decoder είναι Viterbi decoder 81

82 ΠΡΩΤΟ ΓΡΑΦΗΜΑ Εικόνα: Πρώτο γράφημα 0 BitRate = 9600; ChipRate = ; N = 184; MFType = 1; R = 5; Ορίζουμε ως γραμμή καθορισμού το 10^-2, οπότε το κέρδος είναι 2 db. 82

83 ΔΕΥΤΕΡΟ ΓΡΑΦΗΜΑ Εικόνα: Δεύτερο Γράφημα 0 BitRate = 4800; ChipRate = ; N = 184; MFType = 1; R = 5; 83

84 ΤΡΙΤΟ ΓΡΑΦΗΜΑ Εικόμα: Τρίτο Γράφημα BitRate = 19200; ChipRate = ; N = 184; MFType = 1; R = 5; Εδώ το κέρδος στην ίδια γραμμή καθορισμού είναι 5 db. Εδώ το κέρδος είναι μεγαλύτερο, οπότε έχουμε καλύτερη απόδοση. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Ο κώδικας είναι από [10] global Zi Zq Zs show R Gi Gq 84

85 clear j; show = 0; SD = 0; % ---- Soft/Hard Decision Receiver %==================================================================== ====== % MAIN SIMULATION DEFINITIONS %==================================================================== ====== BitRate = 9600; ChipRate = ; N = 184; each 20 msec packet MFType = 1; R = 5; % 9.6 KBps rate -> 184 netto data bits in % Matched filter type - Raised Cosine % Analog Signal Simulation rate % Viterbi Polynom G_Vit = [ ; ]; K = size(g_vit, 2); L = size(g_vit, 1); % number of cheap per data bit % number of cheap per data bit % Walsh Matrix WLen = 64; Walsh = reshape([1;0]*ones(1, WLen/2), WLen, 1); %Walsh = zeros(wlen,1); % Spreading PN polynomials %Gi = [ ]'; %Gq = [ ]'; Gi_ind = [15, 13, 9, 8, 7, 5, 0]'; Gq_ind = [15, 12, 11, 10, 6, 5, 4, 3, 0]'; 85

86 Gi = zeros(16, 1); Gi(16-Gi_ind) = ones(size(gi_ind)); Zi = [zeros(length(gi)-1, 1); 1]; PN generator % Initial State for I-Channel Gq = zeros(16, 1); Gq(16-Gq_ind) = ones(size(gq_ind)); Zq = [zeros(length(gq)-1, 1); 1]; PN generator % Initial State for Q-Channel % Scrambler Generation Polynom Gs_ind = [42, 35, 33, 31, 27, 26, 25, 22, 21, 19, 18, 17, 16, 10, 7, 6, 5, 3, 2, 1, 0]'; Gs = zeros(43, 1); Gs(43-Gs_ind) = ones(size(gs_ind)); Zs = [zeros(length(gs)-1, 1); 1]; Sequence Generator % Initial State for Long % AWGN definitions EbEc = 10*log10(ChipRate/BitRate); % Bit/Chip rate loss EbEcVit = 10*log10(L); EbNo = [-2 : 0.5 : 6.5]; % measured EbNo range (db) %==================================================================== ====== % MAIN SIMULATION LOOP %==================================================================== ====== ErrorsB = []; ErrorsC = []; NN = []; if (SD == 1) fprintf('\n SOFT Decision Viterbi Decoder\n\n'); else fprintf('\n HARD Decision Viterbi Decoder\n\n'); 86

87 end for i=1:length(ebno) fprintf('\nprocessing %1.1f (db)', EbNo(i)); iter = 0; ErrB = 0; ErrC = 0; while (ErrB <300) & (iter <150) drawnow; % Data Transmit TxData = (randn(n, 1)>0); %- Gamble the Tx data [TxChips, Scrambler] = PacketBuilder(TxData, G_Vit, Gs); % 19.2 Kcps rate rate [x PN MF] = Modulator(TxChips, MFType, Walsh); % Mcps % AWGN Channel noise = 1/sqrt(2)*sqrt(R/2)*( randn(size(x)) + j*randn(size(x)))*10^(-(ebno(i) - EbEc)/20); r = x+noise; % Receiver 19.2 Kcps RxSD = Demodulator(r, PN, MF, Walsh); % Soft Decision RxHD = (RxSD>0); % Define Hard Decisions received chips if (SD) % RxSD = sign(rxsd); % SOFT Decision = HARD Decision % RxSD = sign(rxsd).*(log2(abs(rxsd)+1)); % SOFT decision = 3 bits representation [RxData Metric]= ReceiverSD(RxSD, G_Vit, Scrambler); % Get Received Data 9.6 KBps (Soft Decision) else 87

88 [RxData Metric]= ReceiverHD(RxHD, G_Vit, Scrambler); % Get Received Data 9.6 KBps (Hard Decision) end if(show) subplot(311); plot(rxsd, '-o'); title('soft Decisions'); Errors'); subplot(312); plot(xor(txchips, RxHD), '-o'); title('chip subplot(313); plot(xor(txdata, RxData), '-o'); title(['data Bit Errors. Metric = ', num2str(metric)]); pause; end if(mod(iter, 50)==0) fprintf('.'); save TempResults ErrB ErrC N iter end ErrB = ErrB + sum(xor(rxdata, TxData)); % Data bits Error (before Viterbi) ErrC = ErrC + sum(xor(rxhd, TxChips)); % Chip Error iter = iter+ 1; end % Save the data of current iteration ErrorsB = [ErrorsB; ErrB]; ErrorsC = [ErrorsC; ErrC]; NN = [NN; N*iter]; save SimData * end % Calculate Error's probability PerrB = ErrorsB./NN; %PerrB1 = ErrorsB1./NN1; 88

89 PerrC = ErrorsC./NN; Pbpsk= 1/2*erfc(sqrt(10.^(EbNo/10))); PcVit= 1/2*erfc(sqrt(10.^((EbNo-EbEcVit)/10))); Pc = 1/2*erfc(sqrt(10.^((EbNo-EbEc)/10))); % Show simulation Results figure; semilogy(ebno(1:length(perrb)), PerrB, 'r-o'); hold on; %semilogy(ebno(1:length(perrb1)), PerrB1, 'k-o'); hold on; semilogy(ebno(1:length(perrc)), PerrC, 'm-o'); grid on; semilogy(ebno, Pbpsk, 'b-.x'); xlabel('ebno (db)'); %semilogy(ebno, PcVit, 'k-.x'); ylabel('ber'); semilogy(ebno, Pc, 'g-.x'); title('error probability as function of EbNo'); legend('pb of System (HD)', 'Pb of System (SD)', 'Pc before Viterbi of System',... 'Pb of BPSK with no Viterbi (theory)', 'Pc on Receiver (theory)'); legend('pb of System', 'Pc before Viterbi of System',... 'Pb of BPSK with no Viterbi (theory)', 'Pc before Viterbi (theory)', 'Pc on Receiver (theory)'); [9] ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β 89

90 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 90