Μελέτη των γενιών κινητής τηλεφωνίας, με έμφαση στην 4 η και 5 η γενιά.

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Μελέτη των γενιών κινητής τηλεφωνίας, με έμφαση στην 4 η και 5 η γενιά. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Αποστόλου Φανή (ΑΜ: Τ-1315) Βουλιώτη Αγγελική (ΑΜ: Τ-1562) Επιβλέπων: <Δρ Χαϊκάλης Κωνσταντίνος, Καθηγητής Εφαρμογών> ΛΑΡΙΣΑ 2014

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. Γνωρίζω πως η λογοκλοπή αποτελεί σοβαρότατο παράπτωμα και είμαι ενήμερος(-η) για την επέλευση των νομίμων συνεπειών» < ονοματεπώνυμα > Αποστόλου Φανή Βουλιώτη Αγγελική < υπογραφές >

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

4 Περίληψη Η συγκεκριμένη πτυχιακή εργασία περιγράφει και εξετάζει τις γενιές κινητής τηλεφωνίας με έμφαση στην 4 η και 5 η γενιά και περιλαμβάνει τις παρακάτω ενότητες: 1. Ταξινόμηση των συστημάτων ασύρματης επικοινωνίας σε γενιές στο πέρασμα των χρόνων. 2. Μελέτη της κάθε γενιάς συστημάτων κινητής τηλεφωνίας με συνοπτική ανάλυση του κάθε συστήματος κινητής τηλεφωνίας. (1 η, 2 η και 3 η γενιά) 3. Συνοπτική μελέτη της 4 ης γενιάς κινητής τηλεφωνίας, δηλαδή του συστήματος LTE. (Long Term Evolution). Εξομοίωση συγκεκριμένου σεναρίου του LTE και παρουσίαση των αποτελεσμάτων της εξομοίωσης. 4. Μελέτη της 5 ης γενιάς κινητής τηλεφωνίας η οποία βρίσκετε σε πολύ αρχικό ερευνητικό στάδιο. 5. Παρατηρήσεις συγκρίσεις συμπεράσματα. -i-

5

6 Ευχαριστίες Μ ε την ολοκλήρωση της πτυχιακής μας εργασίας, η οποία υλοποιήθηκε στο Ανώτατο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Λάρισας, με θέμα «Μελέτη των γενιών κινητής τηλεφωνίας, με έμφαση στην 4 η και 5 η γενιά.», θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τους ανθρώπους που συνέβαλαν στη διεκπεραίωσή της, πρακτικά αλλά και ψυχολογικά. Κατά κύριο λόγο, οφείλουμε να εκφράσουμε τις θερμές μας ευχαριστίες στον επιβλέποντα Καθηγητή Δρ. Κωσταντίνο Χαϊκάλη, ο οποίος μας πρότεινεπροσέφερε το συγκεκριμένο θέμα. Τον ευχαριστούμε επίσης για τις πολύτιμες γνώσεις και συμβουλές που μας παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της εργασίας, καθώς και για την υποστήριξη και καθοδήγησή του καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μας, στο Α.Τ.Ε.Ι. Λάρισας. Έπειτα θα θέλαμε η καθεμία ξεχωριστά, να ευχαριστήσουμε τις οικογένειές μας και όλους τους ανθρώπους που ήταν δίπλα μας, και για την υπομονή που δείξανε όλα αυτά τα χρόνια μέχρι τώρα, για την ολοκλήρωση των σπουδών μας. Οι φοιτήτριες Αποστόλου Φανή Βουλιώτη Αγγελική Λάρισα Μάιος iii-

7 Περιεχόμενα ΠΕΡΊΛΗΨΗ... I ΕΥΧΑΡΙΣΤΊΕΣ... III ΠΕΡΙΕΧΌΜΕΝΑ... IV 1 ΕΙΣΑΓΩΓΉ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΑΣΥΡΜΑΤΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΠΡΩΙΜΗ ΚΙΝΗΤΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ ΓΕΝΙΈΣ ΚΙΝΗΤΉΣ ΤΗΛΕΦΩΝΊΑΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΚΥΨΕΛΙΚΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ ΨΗΦΙΑΚΗ ΚΥΨΕΛΙΚΗ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑ Το σύστημα GSM Τα συστήματα HSCSD και GPRS Το σύστημα D-AMPS Το σύστημα IS ΚΥΨΕΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 3 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 4 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΚΙΝΗΤΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 5 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΜΕΛΈΤΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΆΤΩΝ ΚΙΝΗΤΉΣ ΤΗΛΕΦΩΝΊΑΣ. ΜΕΛΈΤΗ 1 ΗΣ, 2 ΗΣ ΚΑΙ 3 ΗΣ ΓΕΝΙΆΣ ΜΕΛΕΤΗ ΚΥΨΕΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 1 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Αναλογικά κυψελικά συστήματα ανά τον κόσμο Αναλογικά κυψελικά συστήματα στην Ευρώπη Αναλογικά κυψελικά συστήματα στην Ιαπωνία Το σύστημα AMPS Κατανομή συχνοτήτων στο σύστημα AMPS Κανάλια AMPS Λειτουργίες Δικτύου AMPS Το σύστημα NMT Αρχιτεκτονική του συστήματος NMT Κανάλια NMT Λειτουργίες δικτύου: διαχείριση κινητικότητας Άλλες λειτουργίες δικτύου Ασφάλεια του συστήματος NMT ΜΕΛΕΤΗ ΚΥΨΕΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 2 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Το πρότυπο D-AMPS Κωδικοποίηση φωνής στο σύστημα D-AMPS Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης στο σύστημα D-AMPS Κανάλια στο σύστημα AMPS Το πρότυπο IS Το πρότυπο cdmaone (IS-95) Αρχιτεκτονική δικτύου ραδιοεκπομπή του cdmaone Κανάλια του cdmaone Κατωφερή κανάλια Ανωφερή κανάλια Λειτουργίες δικτύου cdmaone Μεταπομπή iv-

8 Έλεγχος ισχύος Το πρότυπο GSM Αρχιτεκτονική δικτύου GSM Κινητό τερματικό Υποσύστημα σταθμών βάσης Υποσύστημα δικτύου Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης Κανάλια του GSM Λειτουργίες δικτύου GSM Μεταπομπή στο δίκτυο GSM Έλεγχος ισχύος Πιστοποίηση και ασφάλεια στο δίκτυο GSM Το πρότυπο IS Αρχιτεκτονική δικτύου IS Μεταπομπή μεταξύ συστημάτων Αυτόματη περιαγωγή Λειτουργίες μεταφοράς δεδομένων Υπηρεσία CDPD Το πρότυπο HSCSD Το πρότυπο GPRS Το πρότυπο D-AMPS Το πρότυπο cdmatwo (IS-95b) Το πρότυπο DECT Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων του προτύπου DECT Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης Μεταπομπές Ασφάλεια Το πρότυπο PHS ΚΥΨΕΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΙΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ (3G) Κατανομή φάσματος στα δίκτυα τρίτης γενιάς Ανάγκες σε φάσμα Ανάγκη για ευελιξία των τερματικών στα δίκτυα τρίτης γενιάς: SDR Κατηγορίες υπηρεσιών και εφαρμογές στα δίκτυα τρίτης γενιάς Κατηγορίες υπηρεσιών στα δίκτυα τρίτης γενιάς Εφαρμογές σε δίκτυα τρίτης γενιάς Πρότυπα τρίτης γενιάς Διαδικασίες προτυποποίησης IMT Πρότυπα ραδιοπρόσβασης Βελτιωμένοι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων για την εξέλιξη του GSM. Γνωστό ως EDGE Βελτιώσεις του EDGE σε σχέση με τα συστήματα δεύτερης γενιάς Το πρότυπο cdma Θέματα επιπέδου σύνδεσης δεδομένων στο πρότυπο cdma Το πρότυπο WCDMA Θέματα φυσικού επιπέδου στο πρότυπο WCDMA Θέματα επιπέδου σύνδεσης δεδομένων στο WCDMA Εξέλιξη του σταθερού τμήματος του δικτύου ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΤΈΤΑΡΤΗΣ ΓΕΝΙΆΣ (4G) ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΓΙΑ ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΕΤΑΡΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεση συχνότητας ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΕΤΑΡΤΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Σενάριο 1: Σημαντική αποδοχή των τηλεπικοινωνιών Σενάριο 2: Μεγάλος Αδελφός v-

9 4.2.3 Σενάριο 3: Υπολογιστές τσέπης ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ 5 ΗΣ ΓΕΝΙΆΣ (5G) ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ 5 Η ΓΕΝΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ 5 ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΕΞΟΜΟΊΩΣΗ ΣΕΝΑΡΊΟΥ LTE. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΞΟΜΟΊΩΣΗΣ. ΠΑΡΑΤΗΡΉΣΕΙΣ - ΣΥΓΚΡΙΣΕΙΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ vi-

10 1 Εισαγωγή Η ασύρματη μετάδοση εμφανίζεται πολύ παλιά στην ιστορία της ανθρωπότητας. Ακόμη και στα αρχαία χρόνια χρησιμοποιούσαν πρωτόγονα συστήματα επικοινωνίας τα οποία μπορούν να χαρακτηριστούν ασύρματα. Όπως είναι τα σήματα καπνού, τα σήματα με ανάκλαση του ηλιακού φωτός σε καθρέφτες, οι σημαίες, οι φωτιές κ.τ.λ. Με την πάροδο των χρόνων, η ασύρματη τεχνολογία εξελίχθηκε. Έτσι έχουμε την εμφάνιση των ασύρματων τηλεφώνων το 1970 και από τότε έχουν γνωρίσει σημαντική εξέλιξη και εξάπλωση. Σχεδιαστήκαν για να εξυπηρετούν τις ανάγκες των ανθρώπων για επικοινωνία, στην αρχή για μικρές αποστάσεις όπως σε σπίτια και γραφεία. Τα ασύρματα τηλέφωνα έχουν ένα φορητό ακουστικό το οποίο επικοινωνεί με ένα σταθμό βάσης ο όποιος είναι συνδεδεμένος με το τηλεφωνικό δίκτυο (PSTN). Τα πρώτα ασύρματα τηλέφωνα ήταν αναλογικά και το αποτέλεσμα ήταν να υπάρχουν αρκετές παρεμβολές. Όμως τα δεδομένα άλλαξαν με την είσοδο της πρώτης γενιάς ψηφιακών ασύρματων τηλεφώνων. [1] Στις παρακάτω εικόνες εμφανίζεται η εξέλιξη των κινητών τηλεφώνων από το 1947 έως σήμερα: Εικόνα 1: Εξέλιξη των κινητών και Εικόνα 2: Εξέλιξη των κινητών (2) Εικόνα 1: Εξέλιξη των κινητών [2] 7

11 Εικόνα 2: Εξέλιξη των κινητών (2) [3] 1.1 Εξέλιξη των ασύρματων δικτύων Η προέλευση των ασύρματων δικτύων, όπως τα γνωρίζουμε σήμερα, ξεκινά με την πρώτη ραδιομετάδοση. Αυτή πραγματοποιήθηκε το 1985 μερικά χρόνια μετά από μία άλλη σημαντική εφεύρεση, το τηλέφωνο. Ο Guglielmo Marconi πραγματοποίησε την πρώτη ασύρματη μετάδοση με τη χρήση των ραδιοκυμάτων μεταξύ του νησιού Wight και ενός ρυμουλκού πλοίου που βρισκόταν σε απόσταση 18 μιλίων. Έξι χρόνια αργότερα, ο Marconi μετέδωσε επιτυχώς ένα ραδιοφωνικό σήμα από την Κορνουάλλη της Βρετανίας στην άλλη άκρη του Ατλαντικού Ωκεανού. Το 1902 πραγματοποιήθηκε η πρώτη αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ των δύο πλευρών του Ατλαντικού Ωκεανού. Στα επόμενα χρόνια η μετάδοση μέσω ραδιοκυμάτων άρχισε να εξελίσσεται. Η τηλεφωνία μέσω ραδιοκυμάτων χρονολογείται από το 1915, όταν πραγματοποιήθηκε η πρώτη συνομιλία μεταξύ πλοίων με ραδιοφωνική μετάδοση. [1] 1.2 Πρώιμη κινητή τηλεφωνία Το πρώτο δημόσιο σύστημα κινητών τηλεφώνων, γνωστό ως Mobile Telephone System (MTS), υλοποιήθηκε το 1946 σε 25 πόλεις των Ηνωμένων Πολιτειών. Λόγω των τεχνολογικών περιορισμών, οι κινητοί πομποδέκτες του MTS ήταν ογκώδεις και βαριοί και ήταν δυνατό να μεταφερθούν μόνο με οχήματα. Γι' αυτό το λόγο χρησιμοποιήθηκε για κινητή τηλεφωνία μεταξύ οχημάτων. Το MTS ήταν ένα αναλογικό σύστημα, δηλαδή επεξεργαζόταν τα δεδομένα φωνής ως συνεχείς κυματομορφές, οι οποίες 8

12 χρησιμοποιούνταν για τη διαμόρφωση και την αποδιαμόρφωση του φέροντος ραδιοσήματος. Το σύστημα ήταν ημιαμφίδρομο, κάτι που σήμαινε ότι ανά πάσα χρονική στιγμή ένας χρήστης μπορούσε είτε να μιλήσει είτε να ακούσει τον συνομιλητή του. Για να περάσουν μεταξύ των καταστάσεων ομιλίας και ακρόασης οι χρήστες πατούσαν ένα συγκεκριμένο πλήκτρο στο τερματικό τους. Το MTS χρησιμοποιούσε ένα σταθμό βάσης (BS) με έναν υψηλής ισχύος πομπό που κάλυπτε ολόκληρη την περιοχή οπού προσφερόταν η υπηρεσία. Αν χρειαζόταν επέκταση σε μια γειτονική περιοχή τότε έπρεπε να εγκατασταθεί ένας επιπλέον σταθμός βάσης σε εκείνη την περιοχή. Έπρεπε όμως αυτοί οι σταθμοί βάσης δεδομένου ότι χρησιμοποιούσαν τις ίδιες συχνότητες, να τοποθετηθούν μακριά ο ένας με τον άλλον για να μην υπάρχουν παρεμβολές. Λόγω των περιορισμών στην ενέργεια, κατά τη διάρκεια μιας συνομιλίας οι κινητές μονάδες εξέπεμπαν όχι άμεσα στις μονάδες του συνομιλητή αλλά σε σταθερούς σταθμούς λήψης διασπαρμένους στην περιοχή λειτουργίας του συστήματος. Οι σταθμοί λήψης συνδέονταν με τους σταθμούς βάσης και πραγματοποιούσαν την μεταγωγή των κλήσεων. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί μία κλήση από ένα σταθερό τηλέφωνο προς ένα τερματικό MTS, ο καλών σχημάτιζε έναν ειδικό αριθμό για να συνδεθεί με το χειριστή του MTS, και μετά ενημέρωνε το χειριστή για τον αριθμό με τον οποίο ήθελε να επικοινωνήσει. Κατόπιν ο χειριστής αναζητούσε ένα μη απασχολημένο κανάλι συχνοτήτων προκειμένου να μεταφέρει την κλήση στο κινητό τερματικό MTS. Ομοίως, όταν ένας χρήστης του MTS ήθελε να πραγματοποιήσει μία κλήση, δεσμευόταν ένα ελεύθερο κανάλι συχνοτήτων μέσω του οποίου ειδοποιούνταν ένας χειριστής MTS να πραγματοποιήσει μια κλήση προς το συγκεκριμένο σταθερό τηλέφωνο. Επομένως το σύστημα MTS λειτουργούσε χειροκίνητα. Οι περιορισμοί του συστήματος ήταν η χειροκίνητη μεταγωγή και το περιορισμένο πλήθος καναλιών συχνοτήτων, συνήθως περιείχε τρία κανάλια. Κάτι που σήμαινε ότι ταυτόχρονα μπορούσαν να εξυπηρετηθούν μόνο τρεις κλήσεις. Μια βελτιωμένη έκδοση ήταν το Improved Mobile Telephone System (IMTS), τέθηκε σε λειτουργία το Υποστήριζε αυτόματη μεταγωγή κλήσης και πλήρως αμφίδρομες συνομιλίες, εξαλείφοντας την ανάγκη για κάποιον χειριστή, καθώς και τη 9

13 χρήση ενός πλήκτρου ώστε να ορίζεται ποιος από τους συνομιλητές θα μιλούσε. Το IMTS χρησιμοποιούσε 23 κανάλια. [1] 10

14 2 Γενιές Κινητής Τηλεφωνίας 2.1 Αναλογική κυψελική τηλεφωνία Το σύστημα IMTS δεν είχε την επιθυμητή απόδοση και ήταν μη πρακτικό. Η λύση δόθηκε από τους ερευνητές των εργαστηρίων Bell της AT&T, με τη χρήση της έννοιας της κυψέλης, η οποία έφερε αρκετά χρόνια αργότερα την επανάσταση στον τομέα της κινητής τηλεφωνίας. Η ιδέα της κυψελικής τηλεφωνίας προτάθηκε το 1947 από τον D.H Ring. Σύμφωνα με την οποία κάθε σταθμός βάσης υψηλής εμβέλειας θα αντικαθιστούνταν από πολλούς σταθμούς χαμηλότερης εμβέλειας. Η περιοχή κάλυψης ενός τέτοιου σταθμού βάσης ονομάζεται κυψέλη. Η διαθέσιμη περιοχή συχνοτήτων χωρίζεται σε κανάλια και κάθε κυψέλη έχει το δικό της πλήθος καναλιών. Οι γειτονικές κυψέλες δεν χρησιμοποιούν τα ίδια κανάλια για να μην υπάρχουν παρεμβολές. Μόνο στην περίπτωση που υπάρχει μεγάλη απόσταση μεταξύ κυψελών μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν. Η πρώτη γενιά των κυψελικών συστημάτων (First Generation,συστήματα 1G) σχεδιάστηκε στο τέλος της δεκαετίας του 1960, αλλά λόγω καθυστερήσεων η εγκατάσταση ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του Αυτά τα συστήματα μπορούν να θεωρηθούν απόγονοι των MTS/IMTS λόγω του ότι ήταν και αυτά αναλογικά. Κάποια από τα πρώτα αναλογικά συστήματα ήταν το AMPS, TACS, MCS- L1, NMT. [1] 2.2 Ψηφιακή κυψελική τηλεφωνία Παρόλο που τα αναλογικά κυψελικά συστήματα είχαν επιτυχία, είχαν όμως και κάποια προβλήματα που περιόριζαν την απόδοσή τους. Έτσι αυτά τα προβλήματα αντιμετωπίστηκαν από τη δεύτερη γενιά κυψελικών συστημάτων (Second Generation, συστήματα 2G), κύριο γνώρισμα των οποίων είναι η ψηφιακή αναπαράσταση της πληροφορίας. Αυτή επιτυγχάνεται με τη διαβίβαση των σημάτων φωνής μέσω ενός μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και τη χρήση της δυαδικής ακολουθίας που προκύπτει για τη διαμόρφωση ενός φέροντος ραδιοκύματος. 11

15 Σε σχέση με τα αναλογικά, τα ψηφιακά συστήματα έχουν αρκετά πλεονεκτήματα: Η ψηφιοποιημένη κυκλοφορία μπορεί εύκολα να κρυπτογραφηθεί για να διασφαλιστεί το ιδιωτικό απόρρητο και η ασφάλεια. Στα ψηφιακά συστήματα είναι εύκολο να εφαρμοστούν τεχνικές ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών, κάτι που τα καθιστά πιο ανθεκτικά στις παρεμβολές και στο θόρυβο. Στα αναλογικά συστήματα κάθε κανάλι συχνοτήτων αφιερώνεται σε έναν χρήστη ανεξάρτητα με το αν μιλάει ή όχι, αν είναι ενεργός δηλαδή ή όχι ενώ στα ψηφιακά μοιράζεται σε περισσότερους από έναν χρήστες με τη χρήση χρονικών σχισμών. Ακόμη και σήμερα χρησιμοποιούνται τα συστήματα 2G, όπως είναι η υπηρεσία σύντομων μηνυμάτων (SMS) και η αναγνώριση κλήσεων. Αργότερα οι εταιρείες αναβάθμισαν τα συστήματά τους σε 2.5G, υποστηρίζοντας υψηλότερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. [1] Το σύστημα GSM Σήμερα το πρότυπο GSM είναι η δημοφιλέστερη τεχνολογία κυψελικής κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς. Πήρε το όνομα από μία ομάδα με το όνομα Groupe Speciale Mobile (GSM) που ως στόχο είχε τον καθορισμό ενός πανευρωπαϊκού προτύπου. Είχε εκατομμύρια χρήστες και αυτό οφείλεται όχι μόνο στην ποιότητά του αλλά και στο γεγονός ότι είναι το μόνο πρότυπο δεύτερης γενιάς στην Ευρώπη. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί πλεονέκτημα μιας και απλοποιεί την περιαγωγή των συνδρομητών μεταξύ των διαφορετικών δικτύων στην ίδια ή σε διαφορετικές χώρες. Η πρώτη χρήση έγινε το 1992 και βασιζόταν στην περιοχή συχνοτήτων των 900 MHz. Το σύστημα που χρησιμοποιεί την περιοχή συχνοτήτων των 1800 MHz ονομάζεται DCS 1800, αλλά κατά τα άλλα είναι ίδιο με το GSM. Σε ότι αφορά τη λειτουργία του, το σύστημα GSM καθορίζει διάφορα κανάλια συχνότητας που οργανώνονται σε πλαίσια (frames), τα οποία διαιρούνται σε σχισμές (slots). [1] 12

16 2.2.2 Τα συστήματα HSCSD και GPRS Ένα άλλο πλεονέκτημα του GSM είναι η υποστήριξη του από τις τεχνολογίες 2.5G. Δύο τέτοιες τεχνολογίες είναι η HSCSD και η GPRS, όπου το HSCSD είναι μία βελτιωμένη έκδοση του GSM Το σύστημα D-AMPS Το D-AMPS υποστηρίζει φωνή και μεταφορά δεδομένων με χαμηλή ταχύτητα, περίπου 3 kbps. Το D-AMPS+ προσφέρει αυξημένη ταχύτητα μετάδοσης που κυμαίνεται από 9,6 μέχρι 19,2 kbps. Μία άλλη παρόμοια τεχνολογία επέκτασης είναι το CDPD, το οποίο δίνει τη δυνατότητα μεταφοράς δεδομένων σε δίκτυα AMPS και D-AMPS με ταχύτητες παρόμοιες με εκείνες του D-AMPS+ και αποτελεί το μοναδικό τρόπο μεταφοράς δεδομένων σε ένα αναλογικό δίκτυο AMPS Το σύστημα IS-95 Τυποποιήθηκε το 1993 ως ακόμη ένα σύστημα δεύτερης γενιάς γνωστό και ως cdmaone. Χρησιμοποιεί πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κώδικα (CDMA).Στο IS-95, περισσότερα από ένα κινητά χρησιμοποιούν ταυτόχρονα ένα κανάλι συχνοτήτων και τα σήματά τους διαφοροποιούνται με τη χρήση διάφορων κωδικών. Το IS-95 είναι ασύμβατο με το IS-136, αλλά λειτουργούν στην ίδια περιοχή συχνοτήτων με το AMPS. [1] 2.3 Κυψελικά συστήματα 3 ης γενιάς Παρά τη μεγάλη απήχησή τους, τα κυψελικά συστήματα δεύτερης γενιάς έχουν περιορισμένες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων και αυτό τα καθιστά κατά ένα τρόπο άχρηστα. Λόγω των αυξανόμενων αναγκών, οι άνθρωποι θέλουν να χρησιμοποιούν τις κινητές συσκευές για διάφορες υπηρεσίες. Πέρα από τις απλές κλήσεις φωνής, χρησιμοποιούνται για την πρόσβαση στον Παγκόσμιο Ιστό, την ανάγνωση ενός μηνύματος στο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο έως και πιο περίπλοκες υπηρεσίες με υψηλές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, όπως η τηλεδιάσκεψη και οι εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Ένα παράδειγμα για να δούμε πόσο ανεπαρκή είναι τα συστήματα δεύτερης γενιάς είναι το εξής: στην περίπτωση που θέλει κάποιος να μεταφέρει 2 MB, με τη χρήση μιας σύνδεσης 9,6 kbps σαν αυτή που προσφέρει το σύστημα GSM, η μεταφορά 13

17 θα διαρκούσε 28 λεπτά. Επομένως είναι πολύ δύσκολο να εξυπηρετήσουν τις σημερινές ανάγκες. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα, η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU), ξεκίνησε το 1992 μελέτες σχετικά με τα κυψελικά συστήματα τρίτης γενιάς (3G). Η έκβαση της προσπάθειας τυποποίησης, η οποία ονομάστηκε International Mobile Telecommunications 2000 (IMT-2000), περιλαμβάνει τα εξής πρότυπα: Βελτιωμένη Ταχύτητα Μετάδοσης Δεδομένων για την Εξέλιξη του GSM (EDGE). Είναι ένα σύστημα βασισμένο στην διαίρεση χρόνου (TDMA), το οποίο αποτελεί εξέλιξη του GSM. Είναι συμβατό με το IS-136 και το GSM και παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων μέχρι 473 kbps. cdma2000 είναι ένα σύστημα πλήρως συμβατό με το IS-95. Υποστηρίζει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων μέχρι 2 Mbps. Ευρυζωνικό CDMA (WCDMA). Είναι ένα σύστημα που χρησιμοποιεί πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κώδικα (CDMA) και κανάλια εύρους 5 MHz. Παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων μέχρι 2 Mbps. [1] 2.4 Συστήματα τηλεπικοινωνιών 4 ης γενιάς Η τέταρτη γενιά (4G) κινητής τηλεφωνίας είναι διάδοχος της τρίτης γενιάς (3G). Ένα σύστημα 4G παρέχει υπέρ-ευρυζωνική πρόσβαση στο Internet. Για παράδειγμα, στα ασύρματα μόντεμ, σε smartphones και σε άλλες φορητές συσκευές. Περιλαμβάνουν εφαρμογές όπως: mobile web πρόσβαση, IP τηλεφωνία, υπηρεσίες τυχερών παιχνιδιών, υψηλής ευκρίνειας κινητή τηλεόραση, video conferencing, 3D τηλεόραση και cloud computing. Δύο υποψήφια 4G συστήματα για εμπορική ανάπτυξη είναι: Το Mobile WiMAX πρότυπο (χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στη Νότιο Κορέα το 2006) Η πρώτη έκδοση Long Term Evolution (LTE) πρότυπο (στο Όσλο, της Νορβηγίας και της Στοκχόλμης, στη Σουηδία από το 2009) Σε αντίθεση με τις προηγούμενες γενιές, ένα σύστημα 4G δεν υποστηρίζει τις παραδοσιακές circuit-switched υπηρεσίες τηλεφωνίας, αλλά όλα τα Internet 14

18 Protocol (IP), με βάση την επικοινωνία, όπως η IP τηλεφωνία. Όπως φαίνεται παρακάτω, το φάσμα ασύρματης τεχνολογίας που χρησιμοποιείται στα συστήματα 3G, έχει εγκαταλειφθεί σε όλα τα υποψήφια συστήματα 4G για να αντικατασταθεί από OFDMA multi-carrier μεταφοράς και άλλων FDE συστημάτων, καθιστώντας δυνατή τη μεταφορά πολύ υψηλών ρυθμών μετάδοσης, παρά την εκτεταμένη διάδοση πολλαπλών διαδρομών ραδίου (ηχώ). Ο μέγιστος ρυθμός bit είναι να βελτιωθεί περαιτέρω με την έξυπνη κεραία, σε συστοιχίες πολλαπλών εισόδων πολλαπλών εξόδων (MIMO) επικοινωνίας. Ο όρος «γενιά», που χρησιμοποιείται για να αναφέρουμε διαδοχικές εξελίξεις των ραδιοφωνικών δικτύων σε γενικές γραμμές είναι αυθαίρετη. [1] 2.5 Κινητή τεχνολογία 5 ης γενιάς Η πέμπτης γενιάς (5G) κινητή τεχνολογία έχει αλλάξει τα μέσα που χρησιμοποιούν τα κινητά τηλέφωνα σε πολύ υψηλό εύρος ζώνης. Ο χρήστης ποτέ δεν γνώρισε ένα τέτοιο μέσο υψηλής τεχνολογικής αξίας. Σήμερα οι χρήστες κινητών έχουν άγνοια όσον αφορά την τεχνολογία του κινητού τους τηλεφώνου. Οι 5G τεχνολογίες περιλαμβάνουν όλα τα είδη των προηγμένων χαρακτηριστικών που την κάνουν πιο ισχυρή και με μεγάλη ζήτηση στο εγγύς μέλλον. Στα 5G ο χρήστης της κινητής είναι στην κορυφή όλων. Τα τερματικά 5G θα έχουν ραδιοεπικοινωνίες μέσω λογισμικού, το σύστημα διαμόρφωσης καθώς και νέα συστήματα ελέγχου σφαλμάτων όπου ο οποιοσδήποτε θα μπορεί να το κατεβάσει από το Διαδίκτυο στο πόδι. Τα τερματικά θα έχουν πρόσβαση σε διαφορετικές ασύρματες τεχνολογίες ταυτόχρονα και το τερματικό θα πρέπει να είναι σε θέση να συνδυάζει διαφορετικές ροές από διαφορετικές τεχνολογίες. Κάθε δίκτυο θα είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση της κινητικότητας των χρηστών, ενώ ο τερματικός σταθμός θα κάνει την τελική επιλογή μεταξύ των διαφόρων ασύρματων / κινητών παροχών πρόσβασης στο δίκτυο για μια συγκεκριμένη υπηρεσία. Η παραπάνω τεχνολογία πρόκειται να είναι μια νέα επανάσταση στην αγορά κινητής τηλεφωνίας. Μέσω της τεχνολογίας 5G, ο καθένας θα είναι σε θέση να χρησιμοποιεί σε όλο τον κόσμο τα κινητά τηλέφωνα και μάλιστα η τεχνολογία αυτή θα μπορεί να επιτευχθεί και στην αγορά κινητής τηλεφωνίας στην Κίνα όπου ένας χρήστης θα είναι ικανός να αποκτήσει πρόσβαση σε τηλέφωνο στη Γερμανία ως τοπικό τηλέφωνο. Πρόκειται για μία τεχνολογία που έχει εξαιρετικές δυνατότητες στα 15

19 δεδομένα και έχει την ικανότητα να συνδέσει μαζί απεριόριστο όγκο κλήσεων και άπειρα δεδομένα να μεταδίδονται στο πιο πρόσφατο κινητό λειτουργικό σύστημα. Η 5G τεχνολογία έχει ένα λαμπρό μέλλον γιατί μπορεί να διαχειριστεί καλύτερα τις τεχνολογίες και να προσφέρει ανεκτίμητη ακουστική στους πελάτες της. Μπορεί να είναι στο μέλλον η τεχνολογία που θα αναλάβει την παγκόσμια αγορά. Η τρέχουσα τάση της 5G τεχνολογίας έχει ένα λαμπρό μέλλον. [1] 16

20 3 Μελέτη των συστημάτων κινητής τηλεφωνίας. Μελέτη 1 ης, 2 ης και 3 ης γενιάς. 3.1 Μελέτη κυψελικών συστημάτων 1 ης γενιάς Όπως αναφέραμε και πριν, η χρήση του πρώτου δημόσιου συστήματος κινητής τηλεφωνίας (MTS) ξεκίνησε το Αν και για την τότε εποχή ήταν ένα μεγάλο τεχνολογικό επίτευγμα είχε όμως αρκετούς περιορισμούς και μειονέκτημα, όπως: Το ογκώδες μέγεθος των πομποδεκτών και τη μεταφορά τους μόνο με οχήματα Τον μη αποδοτικό τρόπο χρήσης του φάσματος Τη χειροκίνητη μεταγωγή των κλήσεων. Η εποχή της κυψελικής τηλεφωνίας όπως είναι γνωστή σήμερα, άρχισε με την εισαγωγή των κυψελικών συστημάτων πρώτης γενιάς. Η χρήση των κυψελών έφερε την επανάσταση στον τομέα της κινητής τηλεφωνίας. Σήμερα η τεχνολογία αυτή θεωρείται ξεπερασμένη λόγω της αναλογικής αναπαράστασης των μεταδιδομένων πληροφοριών. Παρόλα αυτά υπάρχουν χώρες όπου υπάρχει εγκατεστημένη ακόμη και σήμερα αναλογική κυψελική υποδομή. Τα διάφορα προβλήματα που μπορούν να δημιουργηθούν είναι : Απουσία κρυπτογράφησης Χαμηλή ποιότητα κλήσεων Μη αποδοτική χρήση του φάσματος. [1] Αναλογικά κυψελικά συστήματα ανά τον κόσμο Πλήθος αναλογικών κυψελικών συστημάτων έχουν εγκατασταθεί σε ολόκληρο τον κόσμο. Όπως είναι οι Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής όπου το πρώτο σύστημα ξεκίνησε τη λειτουργία του το 1946 γνωστό και ως AMPS, προσφέροντας υπηρεσίες μετάδοσης φωνής. Το συγκεκριμένο σύστημα είναι διαδεδομένο μέχρι και σήμερα. Το AMPS διαιρεί το διαθέσιμο φάσμα σε κανάλια συχνοτήτων εύρους 30 KHz και 17

21 χρησιμοποιούνται είτε για τη μεταφορά σημάτων φωνής είτε για τη μεταφορά σημάτων έλεγχου. Τα κανάλια μεταφοράς φωνής χρησιμοποιούν τη διαμόρφωση συχνότητας (FM), ενώ τα κανάλια ελέγχου μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη δυαδική διαμόρφωση μετατόπισης συχνότητας (BFSK) ταχύτητας 10 kbps. Για να αντιμετωπιστεί η διακαναλική παρεμβολή, τα δίκτυα AMPS χρησιμοποιούν είτε: Παράγοντα επαναχρησιμοποίησης συχνότητας 1/12 και πανκατευθυντικές κεραίες, είτε Παράγοντα επαναχρησιμοποίησης 1/7 με τρεις τομείς ανά κυψέλη Αναλογικά κυψελικά συστήματα στην Ευρώπη Στις ευρωπαϊκές χώρες έχουμε συστήματα παρόμοια με το AMPS, στα οποία συμπεριλαμβάνονται τα ακόλουθα: Το TACS Το NMT Το C-450 Το Radiocom 2000 Το RTMS (τα παραπάνω είναι εγκατεστημένα σε διάφορες ευρωπαϊκές χώρες). Τα δημοφιλέστερα είναι το TACS και NMT και υπάρχουν από το Χρησιμοποιούν διαμόρφωση συχνότητας (FM) για τα κανάλια μεταφοράς φωνής και (FSK) για τα κανάλια ελέγχου Αναλογικά κυψελικά συστήματα στην Ιαπωνία Στην Ιαπωνία το πρώτο αναλογικό κυψελικό σύστημα ήταν το NTT, το οποίο εμφανίστηκε το Χρησιμοποιούσε 600 διπλά κανάλια τα οποία απείχαν κατά 25 khz μεταξύ τους. Τα κανάλια μεταφοράς φωνής ήταν αναλογικά και τα κανάλια ελέγχου ψηφιακά στα 300 bps. Αργότερα το 1988, η ταχύτητα αυξήθηκε στα 2,4 kbps και το πλήθος των καναλιών στα 260, μέσω διαπλοκής συχνότητας, με απόσταση καναλιών 6,25 khz. Ένα βελτιωμένο μοντέλο του NTT το NTT DoMoCo παρέχει κάλυψη ακόμη και σήμερα σε εθνικό επίπεδο. Το 1987 δραστηριοποιήθηκαν δυο νέες 18

22 μεγάλες εταιρείες οι οποίες επέτρεπαν την περιαγωγή (roaming) μεταξύ των συστημάτων τους. Αυτές οι δυο εταιρείες ήταν: Η IDO Και η IDD. [1] Το σύστημα AMPS Το AMPS είναι ίσως το πιο διαδεδομένο σύστημα πρώτης γενιάς που δημιουργήθηκε από την Βell στα τέλη του 1970 με αρχές του Σκοπός της δημιουργίας του ήταν να προσφέρει υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας μέσω καναλιών εύρους 30 khz τα οποία υλοποιούν την επικοινωνία μεταξύ των κινητών σταθμών και του σταθμού βάσης κάθε κυψέλης. Τα σήματα φωνής έχουν εύρος 3 khz και είναι αναλογικά Κατανομή συχνοτήτων στο σύστημα AMPS Το διαθέσιμο φάσμα ήταν 800 MHz και οι λόγοι ήταν οι εξής: Σε συχνότητες χαμηλότερες από 800 MHz, το φάσμα ήταν περιορισμένο, γιατί αυτές οι συχνότητες χρησιμοποιούνταν για ραδιοφωνία FM και εκπομπή τηλεοπτικού προγράμματος. Σε συχνότητες υψηλότερες από 800 MHz, τα σήματα υφίστανται μείωση της ισχύος λήψης, είτε λόγω απωλειών στη διαδρομή είτε λόγω εξασθένισης. [1] Κανάλια AMPS Οι συχνότητες στις οποίες λειτουργεί το σύστημα AMPS αποτελούνται από δυο ζώνες των 25 MHz, 2*25=50 MHz, οι οποίες βρίσκονται στις περιοχές MHz και MHz. Τα κανάλια μετάδοσης και λήψης κάθε σταθμού βάσης απέχουν 45 MHz. Σε μια περιοχή μπορούν να συνυπάρχουν δυο δίκτυα AMPS και καθένα να κατέχει ένα σύνολο καναλιών. Τα δυο σύνολα καναλιών, Α και Β περιλαμβάνουν τα κανάλια από και από Τα κανάλια από και είναι τα κανάλια ελέγχου των συνόλων Α και Β. Τα κανάλια κυκλοφορίας (TC) που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά φωνής, είναι αναλογικά κανάλια με FM εύρους 30 khz. Τα κύρια κανάλια κυκλοφορίας είναι 19

23 το ευθύ κανάλι φωνής (FCV) και το ανάστροφο κανάλι φωνής (RCV), τα οποία μεταφέρουν το σήμα φωνής από τους σταθμούς βάσης στα διάφορα κινητά τερματικά και αντίστροφα. Η ανάθεση τέτοιων καναλιών σε ένα κινητό γίνεται μετά την ολοκλήρωση της κλήσης. Τα κανάλια ελέγχου (CC) μεταφέρουν ψηφιακή σηματοδοσία και χρησιμοποιούνται για το συντονισμό της πρόσβασης των κινητών σταθμών στο μέσο μετάδοσης. Κάθε κινητό που δεν βρίσκεται σε κλήση κλειδώνει στο ισχυρότερο κανάλι ελέγχου μέχρι να λάβει πληροφορίες ελέγχου. Τα κανάλια ελέγχου του AMPS συνοψίζονται παρακάτω: Ευθύ κανάλι ελέγχου (FOCC) Ανάστροφο κανάλι ελέγχου (RECC). Το σύστημα AMPS χρησιμοποιεί και ψηφιακά μηνύματα αλλά και τόνους συχνότητας για τη σηματοδοσία ελέγχου, όπως είναι: Ο εποπτικός ακουστικός τόνος (SAT) και Ο τόνος σηματοδοσίας (ST) Λειτουργίες Δικτύου AMPS Οι τρεις βασικοί αριθμοί ταυτοποίησης που χρησιμοποιούνται στο AMPS είναι: Ηλεκτρονικός σειριακός αριθμός (ESN). Αποτελείται από 32 bit και είναι μοναδικός για κάθε κινητό τερματικό. 0 (Bit) MFR Δεν χρησιμοποιείται Σειριακός αριθμός Πίνακας 1: Δομή του ESN Αριθμοί αναγνώρισης συστημάτων (SID), είναι ακολουθίες των 15 bit που προσδιορίζουν μοναδικά κάθε σύστημα AMPS. Οι αριθμοί αυτοί, μεταδίδονται από τους σταθμούς βάσης για να δείξουν το δίκτυο AMPS. Ανήκουν και 20

24 χρησιμοποιούνται από τα κινητά, είτε για να δείξουν το δίκτυο AMPS που ανήκουν, είτε για περιαγωγή. Αριθμός αναγνώρισης κινητού (MIN). Είναι μια ακολουθία των 34 bit που προέρχεται από το δεκαψήφιο αριθμό τηλέφωνου. Από εκεί και περά για να πραγματοποιηθεί μια κλήση από ένα κινητό μέσα σε ένα δίκτυο AMPS λαμβάνουν χώρα κάποια γεγονότα όπως είναι (1) η ανάθεση αρχικών τιμών, (2) η προετοιμασία της κλήσης που ξεκινά από το κινητό τερματικό, (3) η προετοιμασία της κλήσης προς κινητό τερματικό και (4) η μεταπομπή της κλήσης. Για να πραγματοποιηθεί με επιτυχία μια κλήση πρέπει όλα αυτά για τα οποία μιλήσαμε παραπάνω να γίνουν πράξη και να «συνεργαστούν» για να έχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα. [1] Το σύστημα NMT Δίκτυα NMT έχουν εγκατασταθεί σε διάφορες ευρωπαϊκές χώρες. Οι δημοφιλέστερες εκδόσεις είναι το NMT-450 και NMT-900, τα οποία λειτουργούν σε συχνότητες 450 και 900 MHz αντίστοιχα Αρχιτεκτονική του συστήματος NMT Τα τέσσερα βασικά μέρη του είναι: Εναλλάκτης κινητής τηλεφωνίας (MTX) Καταχώρησης θέσης βάσης (HLR), που είτε ενσωματώνεται στο MTX, είτε λειτουργεί χωριστά. Σταθμοί βάσης Κινητά τερματικά Το MTX και HLR συνδέουν το σύστημα με το τηλεφωνικό δίκτυο (PSTN), που είτε γίνεται σε διεθνές επίπεδο, είτε σε τοπικό. Οι σταθμοί βάσης είναι μόνιμα συνδεδεμένοι με το MTX, οι οποίοι επιβλέπουν την ποιότητα των συνδέσεων. Το σύνολο των σταθμών βάσης που συνδέονται με τον ίδιο MTX δημιουργεί μια περιοχή υπηρεσιών MTX, η οποία διαιρείται σε υπό-περιοχές που ονομάζονται περιοχές κυκλοφορίας (ΤΑ). Σε μια περιοχή κυκλοφορίας ο μέγιστος αριθμός σταθμών βάσης είναι

25 Σε ένα δίκτυο NMT μπορεί να υπάρχουν και τα παρακάτω επιπλέον στοιχειά: Συνδυασμένη πύλη NMT/GSM (CGW) Ευφυές δίκτυο κινητής τηλεφωνίας (MIN) Καταχωρητής πιστοποίησης (AR). Η CGW μπορεί να επικοινωνήσει με καταχωρητές βάσης HRL τόσο του συστήματος NMT όσο και του συστήματος GSM. Ο καταχωρητής HRL αποθηκεύει τα στοιχειά κάθε συνδρομητή, τη γεωγραφική του θέση και τις υπηρεσίες που αυτός χρησιμοποιεί. Στα μεγάλα δίκτυα υλοποιούνται ως χωριστοί κόμβοι ενώ στα μικρά δίκτυα μπορούν να ενσωματωθούν σε έναν MTX. Το MIN διευκολύνει το σύστημα στην εισαγωγή νέων υπηρεσιών. Το δίκτυο χωρίζεται σε κυψέλες, όπου κάθε κυψέλη έχει ένα κανάλι κλήσης (CC) και ένα σύνολο καναλιών κυκλοφορίας (TC). Για να επιτραπεί η επαναχρησιμοποίηση συχνότητας, οι γειτονικοί σταθμοί βάσης χρησιμοποιούν διαφορετικά κανάλια συχνοτήτων. Τα κανάλια έχουν συνήθως 7, 12 ή 21 κυψέλες. Σε κάθε κυψέλη παρέχεται ράδιο-κάλυψη με την τοποθέτηση του σταθμού βάσης είτε στο κέντρο της κυψέλης, είτε σε κάποια γωνία της (κυψέλες τομέα). Η τελευταία επιλογή παρέχει το πλεονέκτημα της χρήσης του ιδίου σταθμού βάσης για περισσότερες από μια κυψέλες, μειώνοντας το πλήθος των χρησιμοποιούμενων σταθμών βάσης και λογικά και το κόστος εγκατάστασης του δικτύου. Ανάλογα με την εγκατάσταση, ένας σταθμός βάσης μπορεί να καλύψει από χιλιόμετρα για το NMT-450 και 2-30 χιλιόμετρα για το NMT-900.[1] Κανάλια NMT Το σύστημα NMT έχει τους εξής τύπους καναλιών: Κανάλι κλήσης, CC Κανάλι κυκλοφορίας, TC Συνδυασμένο κανάλι κλήσης και κυκλοφορίας, CC/TC Κανάλι δεδομένων, DC. Κάθε σταθμός βάσης πρέπει να έχει είτε ένα κανάλι κλήσης, είτε κάποιο κανάλι κυκλοφορίας ελεύθερο και ένα κανάλι δεδομένων. Παρόλα αυτά μπορεί να χρησιμοποιεί μέχρι τέσσερα κανάλια δεδομένων (DC). Αυτό βελτιώνει την ικανότητα 22

26 μέτρησης ισχύος, κάτι που είναι χρήσιμο όταν υπάρχει μεγάλο και αυξανόμενο φορτίο ή μικρά μεγέθη κυψελών Λειτουργίες δικτύου: διαχείριση κινητικότητας Το σύστημα NMT χρησιμοποιεί όλα τα παρακάτω για να έχει τη βέλτιστη απόδοση, λειτουργία και κινητικότητα: Αναζήτηση Μεταπομπή Επίβλεψη ισχύος σήματος Διακυψελική μεταπομπή Ουρά μεταπομπής Εξισορρόπηση κυκλοφορίας Ενημέρωση θέσης Ενημέρωση περιαγωγής Πεταπομπή μεταξύ εναλλακτών κινητής τηλεφωνίας Περιοχές συνδρομής Άλλες λειτουργίες δικτύου Στο σύστημα NMT όλοι οι συνδρομητές έχουν την δυνατότητα να πραγματοποιούν κλήσεις αλλά και να δέχονται, και όχι μόνο στο οικείο τους MTX αλλά και σε κάποιο MTX του οποίου την κυψέλη επισκέπτονται. Όταν κάποιος χρήστης μετακινείται την ώρα που πραγματοποιεί μια κλήση, δηλαδή μετακινείται από μια κυψέλη σε μια άλλη τότε γίνεται μεταπομπή της κλήσης ώστε να μπορεί να συνεχιστεί. Παρακάτω έχουμε κάποιες επιπλέον λειτουργιές του δικτύου: Αναζήτηση καναλιού κλήσης Αναζήτηση καναλιού κίνησης και καναλιού δεδομένων Επίβλεψη ποιότητας εκπομπής Μπλοκάρισμα καναλιών με παρεμβολές Ασυνεχής λήψη Ασφάλεια του συστήματος NMT Όπως σε όλα τα δίκτυα, έτσι και στο NMT ασφάλεια είναι σημαντική. Για να πετύχουμε αυτή την ασφάλεια υπάρχουν κάποιοι παράμετροι όπως είναι: 23

27 Έλεγχος ταυτότητας κινητού τερματικού Ασφάλεια ταυτότητας συνδρομητή (SIS) Φραγή κλήσης ανάλογα με τη θέση του τερματικού Κωδικός αριθμός προσωπικής ταυτότητας (PIN). Για να συνοψίσουμε, η εποχή της κυψελικής τηλεφωνίας ξεκίνησε με την εισαγωγή των κυψελικών συστημάτων πρώτης γενιάς όπως είδαμε παραπάνω, όπου επεξεργάζονταν τα δεδομένα φωνής ως αναλογικές κυματομορφές. Τα αναλογικά κυψελικά συστήματα αν και είναι ξεπερασμένα, χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα σε κάποιες χώρες όπως είναι η Βόρεια Αμερική. Τα συστήματα πρώτης γενιάς βοήθησαν να εξελιχθεί η δεύτερη γενιά όπως είναι το σύστημα D-AMPS που είναι εξέλιξη του AMPS, που θα δούμε παρακάτω. [1] 3.2 Μελέτη κυψελικών συστημάτων 2 ης γενιάς Όπως είπαμε και πριν η εποχή της κινητής τηλεφωνίας ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1970 με αρχές της δεκαετίας του 1980 με την ανάπτυξη συστημάτων πρώτης γενιάς. Παρά την αναγνωρισιμότητα των συστημάτων πρώτης γενιάς, η εξελισσόμενη τεχνολογία οδήγησε την βιομηχανία στην ανάπτυξη των συστημάτων δεύτερης γενιάς (2G). Τα οποία ξεπερνούν όλα τα προβλήματα που είχαν τα συστήματα πρώτης γενιάς και αυτό οφείλεται στο ότι ήταν ψηφιακά. Αυτό τους δίνει αρκετά πλεονεκτήματα όπως είναι τα παρακάτω: Κρυπτογράφηση Χρήση διόρθωσης λαθών Δυνατότητα χρησιμοποίησης από πολλούς χρήστες. Η μετάβαση από αναλογικά σε ψηφιακά συστήματα έγινε χάρη της ανάπτυξης τεχνικών κωδικοποίησης της φωνής χαμηλού ρυθμού και την αυξανομένη πυκνότητα τοποθέτησης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στις συσκευές. Στα συστήματα δεύτερης γενιάς χρησιμοποιείται πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση χρόνου (TDMA) και πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κώδικα (CDMA) σε αντίθεση με τα πρώτης γενιάς που χρησιμοποιούν πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση συχνότητας (FDMA). Το TDMA είναι η μέθοδος διαίρεσης φάσματος που κυριαρχεί στα συστήματα δεύτερης γενιάς όπως είναι το GSM, το IS-54, το DECT. Η πρόσβαση TDMA διαιρεί 24

28 κάθε κανάλι συχνοτήτων σε χρονικές σχισμές και η δομή που προκύπτει είναι το πλαίσιο TDMA (TDMA frame). Μέσω αυτής της δομής γίνεται ανάθεση διαφορετικής χρονικής σχισμής σε κάθε τερματικό που χρησιμοποιεί το συγκεκριμένο κανάλι. Τα κινητά τερματικά ειδοποιούνται για τον αριθμό της σχισμής που τους έχει ανατεθεί προκειμένου να γνωρίζουν πόσο χρόνο πρέπει να περιμένουν μέχρι να έρθει η χρονική σχισμή κατά την οποία θα εκπέμψουν. Η πρόσβαση TDMA έχει και ανωφερή αλλά και κατωφερή κανάλια. Επομένως είναι μια ημιαμφίδρομη μέθοδος καθώς σε κάθε σύνδεση μόνο ένα τερματικό μπορεί να εκπέμπει ανά πάσα χρονική στιγμή. Αυτό ενισχύεται από το μέγεθος της σχισμής που είναι τόσο μικρή για να υπάρχει η ψευδαίσθηση της αμφίδρομης επικοινωνίας. Για τυχόν προβλήματα τα TDMA χρησιμοποιούν διαστήματα προστασίας στο πεδίο του χρόνου. Τα συστήματα CDMA αναθέτουν την ίδια συχνότητα σε όλα τα τερματικά ταυτόχρονα. Οι ταυτόχρονες εκπομπές των τερματικών διαχωρίζονται μέσω του μοναδικού κωδικού που ανατίθεται σε κάθε τερματικό. Ο κωδικός αυτός αποτελείται από n bit. Συνοψίζοντας βλέπουμε ότι η χρήση της πρόσβασης TDMA και CDMA στα κυψελικά συστήματα προσφέρει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Ενσωμάτωση με τα εξελισσόμενα ψηφιακά ενσύρματα δίκτυα Ευελιξία υποστήριξης μείγματος σημάτων φωνής και κίνησης δεδομένων και υποστήριξη νέων υπηρεσιών Δυνατότητα για περαιτέρω αύξηση της χωρητικότητας με τη χρήση κωδικοποιητών φωνής χαμηλού ρυθμού Μειωμένη ισχύ εκπομπής Μειωμένη πολυπλοκότητα συστήματος. [1] Το πρότυπο D-AMPS Το πρότυπο D-AMPS αποτελεί απόγονο του αναλογικού AMPS, χρησιμοποιείται στη Βόρεια Αμερική και δημιουργήθηκε με σκοπό να αυξήσει την απόδοση σε σύγκριση με το AMPS. Διατηρεί τα κανάλια εύρους 30KHz του AMPS και αποτελεί ουσιαστικά μια προσθήκη ψηφιακών καναλιών σε ένα σύστημα AMPS. Σχεδιάστηκε για να κάνει 25

29 εφικτή την κατασκευή τερματικών διπλού τρόπου λειτουργιάς, έτσι αποτέλεσε ένα υβριδικό πρότυπο το όποιο ήταν απαραίτητο προκειμένου να υπάρχει δυνατότητα μεταπομπής από και προς το ήδη εγκατεστημένο αναλογικό δίκτυο AMPS. H διαφορά του AMPS και του D-AMPS, είναι η χρήση ψηφιακών καναλιών από το δεύτερο. Ένα τέτοιο ψηφιακό κανάλι έχει τριπλάσιο πλήθος χρηστών από το AMPS και όλα αυτά, με κανάλι ίδιου εύρους. Με λίγα λόγια το D-AMPS «κλέβει» κάποια κανάλια από το AMPS για να τα χρησιμοποιήσει για μεταφορά ψηφιοποιημένων δεδομένων. Ένα τερματικό D-AMPS κάνει χρήση των αναλογικών καναλιών έλεγχου του AMPS προκειμένου να εισέρθει στο δίκτυο και στη συνέχεια μπορεί να υποβάλει αίτηση για να του αποδοθεί ψηφιακό κανάλι εφόσον υπάρχει διαθεσιμότητα. Αν υπάρξει διαθέσιμο κανάλι τότε λειτούργει ως τερματικό AMPS. Σε ότι αφορά τις μεταπομπές, το AMPS υποστηρίζει μεταπομπή υποβοηθούμενη από το κινητό (MAHO). Το κινητό τερματικό πραγματοποιεί μετρήσεις ισχύος των λαμβανόμενων σημάτων από τους γειτονικούς σταθμούς βάσης και αναφέρει τα αποτελέσματα των μετρήσεων στο δίκτυο, το οποίο και αποφασίζει αν θα γίνει ή όχι μεταπομπή του τερματικού σε άλλο σταθμό βάσης και αν ναι, σε ποιον. Η διαφορά με το AMPS έγκειται στο ότι στο τελευταίο τα τερματικά δεν πραγματοποιούν μετρήσεις ισχύος, αντίθετα αυτές γίνονται από τους σταθμούς βάσης. Απόγονος του D-AMPS είναι το IS-136, και τα δυο υποστηρίζουν τηλεφωνία και μεταφορά δεδομένων. Οι ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων που υποστηρίζονται είναι 9,6 kbps Κωδικοποίηση φωνής στο σύστημα D-AMPS Χρησιμοποιεί την κωδικοποίηση γραμμικής πρόβλεψης με διέγερση διανύσματος αθροίσματος (VSELP). Με αυτή τη μέθοδο διαιρείται η ψηφιοποιημένη ροη δεδομένων σε τμήματα, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί σε 20 msec ομιλίας. Από εκεί και πέρα κάθε τμήμα ακολουθεί μια διαδικασία και πριν την εκπομπή κάθε κωδικής λέξης γίνεται έλεγχος για τυχόν αλλοιώσεις, ο οποίος αποτελείται από: 1. Μια διαδικασία CRC στα πιο σημαντικά bit της 2. Συνελεκτική κωδικοποίηση για την προστασία των πιο ευαίσθητων bit εξόδου του κωδικοποιητή 26

30 3. Διαπλοκή σε δυο χρονικές στιγμές των περιεχόμενων της εξόδου του κωδικοποιητή. Κάθε ψηφιακό κανάλι παρέχει ταχύτητες μετάδοσης 48,6 kbps φυσικό μέσο, χρησιμοποιώντας διαφορική τετραγωνική διαμόρφωση μετατόπισης τάσης κατά π/4 (DQPSK) Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης στο σύστημα D-AMPS Χρησιμοποιεί τις ίδιες συχνότητες με το AMPS. Τα ανωφερή ψηφιακά κανάλια χρησιμοποιούν την περιοχή συχνοτήτων των MHz και τα κατωφερή την περιοχή των MHz. Κάθε ψηφιακό κανάλι οργανώνεται σε πλαίσια των 40 msec και κάθε πλαίσιο αποτελείται από 6 χρονικές σχισμές. Τα τμήματα των σχισμών περιγράφονται παρακάτω: Τμήμα εκμάθησης Τμήμα δεδομένων Τμήμα προστασίας Bit ράμπας Τμήμα ελέγχου Κανάλια στο σύστημα AMPS Όπως είπαμε και πριν το σύστημα D-AMPS επαναχρησιμοποιεί τα κανάλια του AMPS, ενώ εισάγει και κάποια καινούργια ψηφιακά κανάλια. Τα κανάλια του D-AMPS είναι τα παρακάτω: Ευθύ κανάλι ελέγχου Ευθύ κανάλι φωνής Ευθύ κανάλι ψηφιακών δεδομένων Ανάστροφο κανάλι ελέγχου Ανάστροφο κανάλι φωνής Ανάστροφο κανάλι ψηφιακών δεδομένων Το πρότυπο IS-136 Το IS-136 είναι μια αναβάθμιση του AMPS η οποία λειτουργεί στα 800 MHz με προοπτική να χρησιμοποιείται και στα 1900 MHz. Το IS-136 είναι ένα πλήρως 27

31 ψηφιακό πρότυπο σε σχέση με το D-AMPS που ήταν απλά μια εξέλιξη του AMPS. Θα το αναλύσουμε περισσότερο παρακάτω καθώς έχει αρκετές ομοιότητες με το GSM. [1] Το πρότυπο cdmaone (IS-95) Το cdmaone γνωστό ευρέως και ως IS-95 είναι ένα κυψελικό σύστημα δεύτερης γενιάς το οποίο δημιουργήθηκε το 1993 και σκοπός του ήταν να υποστηρίζει τερματικά διπλού τρόπου λειτουργιάς. Χρησιμοποιεί πρόσβαση CDMA με ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων 4,8 και 14,4 kbps. Σε αυτό το πρότυπο όσα κινητά τερματικά βρίσκονται μέσα στην ίδια κυψέλη χρησιμοποιούν ταυτόχρονα την ίδια συχνότητα και το προς τα πού θα εκπέμπει το καθένα καθορίζεται μέσω διασποράς των προς μετάδοση σημάτων με κωδικούς. Οπότε σε αντίθεση με τα άλλα συστήματα, στο cdmaone διπλανές κυψέλες μπορούν να χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες. Μεταξύ IS-95 και IS-136 υπάρχει ασυμβατότητα αλλά και τα δυο λειτουργούν στις ίδιες συχνότητες με το AMPS Αρχιτεκτονική δικτύου ραδιοεκπομπή του cdmaone Χρησιμοποιεί τις ίδιες συχνότητες με το AMPS, στην περιοχή των 800 MHz, επίσης χρησιμοποιεί κανάλια εύρους 1,228 MHz και στην ανωφερή και στην κατωφερή σύνδεση. Άρα για τη δημιουργία ενός cdmaone καναλιού χρησιμοποιείται το φάσμα από 40 καναλια AMPS των 30 khz. Σε σχέση με τα άλλα συστήματα δεύτερης γενιάς το cdmaone χρησιμοποιεί τις ίδιες περιοχές συχνοτήτων σε όλες τις κυψέλες του συστήματος, το γεγονός αυτό οδηγεί στο να έχουμε παράγοντα επαναχρησιμοποίησης συχνότητας ίσο με 1. [1] Κανάλια του cdmaone Κατωφερή κανάλια Τα κατωφερή κανάλια μεταφέρουν δεδομένα από το σταθμό βάσης στα κινητά τερματικά της κυψέλης. Εδώ υπάρχουν 64 κατωφερή κανάλια τα οποία διαχωρίζονται με διάφορους κωδικούς που αριθμούνται από το W0 έως το W63. Ένας άλλος διαχωρισμός είναι σε κανάλια ελέγχου και κανάλια δεδομένων, τα πιο σημαντικά από αυτά αναφέρονται παρακάτω: κανάλι καθοδήγησης 28

32 κανάλι συγχρονισμού κανάλι αναζήτησης κανάλια δεδομένων Ανωφερή κανάλια Τα ανωφερή κανάλια χωρίζονται σε κανάλια πρόσβασης και σε κανάλια δεδομένων. Μπορούν να υπάρξουν μέχρι 32 ανωφερή κανάλια πρόσβασης με ρυθμό 4800 bps, τα οποία χρησιμοποιούνται από τα κινητά τερματικά για την προετοιμασία των κλήσεων και την απόκριση σε μηνύματα αναζήτησης. Μετά την έξοδο από τον κωδικοποιητή μπλοκ, η ροή δεδομένων διευρύνεται από τον κωδικό μεγάλου μήκους και στη συνέχεια από τον κωδικό μικρού μήκους. Η μετάδοση γίνεται με μετατοπισμένη τετραγωνική διαμόρφωση μετατόπισης φάσης (OQPSK) η οποία είναι καλύτερη από την QPSK Λειτουργίες δικτύου cdmaone Μεταπομπή Μεταπομπή έχουμε όταν ένα κινητό τερματικό ανιχνεύσει κάποιο κανάλι καθοδήγησης με καλύτερη ποιότητα λήψης από το αντίστοιχο κανάλι του σταθμού βάσης που το εξυπηρετεί. Η μεταπομπή χωρίζεται σε 4 κατηγορίες: 1. Ομαλή 2. Ομαλότερη 3. Σκληρή 4. Αδρανής Έλεγχος ισχύος Ο έλεγχος ισχύος είναι σημαντικός στο πρότυπο cdmaone καθώς η πρόσβαση CDMA απαιτεί τα σήματα από τα διάφορα κινητά τερματικά να φτάνουν στο σταθμό βάσης με διαφορά στην ισχύ λιγότερη ή ίση με 1dB. [1] Το πρότυπο GSM Το GSM είναι το πιο διαδεδομένο πρότυπο δεύτερης γενιάς. Η ανάπτυξη του ξεκίνησε στις αρχές τις δεκαετίας του 1980 στην Ευρώπη. Την εποχή εκείνη υπήρχε πλήθος αναλογικών κυψελικών συστημάτων αλλά το πρόβλημα ήταν ότι δεν ήταν όλα συμβατά 29

33 μεταξύ τους και έτσι κάθε δίκτυο περιορίζονταν μέσα σε εθνικά όρια. Έτσι η Ευρωπαϊκή Ένωση για να λύσει το πρόβλημα συνέστησε το 1992 την ομάδα Groupe Speciale Mobile (GSM) για να δημιουργήσει ένα ευρωπαϊκό πρότυπο επίγειου συστήματος κινητής τηλεφωνίας. Το οποίο έπρεπε να πληρεί τα παρακάτω κριτήρια: Υποκειμενικά καλή ποιότητα τηλεφωνικών κλήσεων Χαμηλό κόστος τερματικών και υπηρετών Υποστήριξη προαγωγής μεταξύ διαφορετικών χώρων Δυνατότητα φορητών τερματικών Υποστήριξη νέων υπηρεσιών Αποδοτική χρήση φάσματος Συμβατότητα με το ψηφιακό δίκτυο ενοποιημένων υπηρεσιών (ISDN). Αργότερα τη μελέτη τη συνέχισε το Ευρωπαϊκό Ίδρυμα Τηλεπικοινωνιών (ETSI) και το πρώτο δείγμα μελέτης δημοσιεύτηκε το Η πρώτη εμπορική λειτουργία του GSM ξεκίνησε το 1991 και μέχρι το 1993 υπήρχαν 36 δίκτυα σε 22 Ευρωπαϊκές χώρες. Γενικά επεκτάθηκε σε πάρα πολλές χώρες σε παγκόσμια κλίμακα. Το πρότυπο GSM είχε 4 εκδόσεις οι οποίες διέφεραν στην συχνότητα. Η κύρια λειτουργία του GSM είναι η φωνητική τηλεφωνία. Επίσης υποστηρίζει υπηρεσίες για μεταφορά δεδομένων. Επιτρέπει δηλαδή στους χρήστες να στείλουν και να λάβουν ψηφιακά δεδομένα με ταχύτητες έως και 9600 bps. Υποστηρίζει επίσης τη δυνατότητα αποστολής και λήψης Fax Group 3, την υπηρεσία σύντομων μηνυμάτων (SMS) και την υπηρεσία εκπομπής μηνυμάτων κυψέλης (CBS). Τέλος υπάρχει υποστήριξη για υπηρεσίες όπως προώθηση κλήσεων, η φραγή εισερχόμενων ή/και εξερχόμενων κλήσεων, η αναγνώριση κλήσης, η αναμονή κλήσης και τη συνομιλία μεταξύ περισσότερων από δυο συνδρομητών. [1] Αρχιτεκτονική δικτύου GSM Ένα δίκτυο GSM αποτελείται από μέρη με καθορισμένες λειτουργιές και διασυνδέσεις. Τα μέρη ενός τέτοιου συστήματος φαίνονται παρακάτω. 30

34 Εικόνα 3: Η αρχιτεκτονική του δικτύου GSM. [4] Κινητό τερματικό Το κινητό τερματικό αποτελείται από μια «έξυπνη» κάρτα γνωστή ως κάρτα SIM, η οποία δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να είναι ανεξάρτητος από ένα συγκεκριμένο τερματικό ώστε να μπορεί να χρησιμοποιεί τις ίδιες υπηρεσίες και μέσω άλλου τερματικού. Αυτό συμβαίνει γιατί ο αριθμός κλήσης του χρήστη αποθηκεύεται στην κάρτα SIM. Το τερματικό αναγνωρίζεται κατά μοναδικό τρόπο από τη διεθνή ταυτότητα εξοπλισμού κινητής τηλεφωνίας (IMEI). Η κάρτα SIM περιέχει επίσης και τα παρακάτω: Διεθνή ταυτότητα συνδρομητή κινητής τηλεφωνίας (IMSI) Μυστικό κλειδί για πιστοποίηση. Ο αριθμός IMEI έχει μέγεθος έως 15 bit και αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη: Κωδικό έγκρισης τύπου Κωδικό τελικής συναρμολόγησης Σειριακό αριθμό του τερματικού 1 bit κρατείται για μελλοντική χρήση. 31

35 Ο αριθμός IMSI έχει επίσης μέγεθος 15 bit και αποτελείται από τα ακόλουθα τμήματα: Κωδικό χώρας κινητής τηλεφωνίας (MCC) Κωδικό δικτύου κινητής τηλεφωνίας (MNC) Κωδικό αναγνώρισης συνδρομητή κινητής τηλεφωνίας (MSIC). Οι δομές του IMEI και IMSI φαίνονται παρακάτω στους Πίνακας 2: Δομή του IMEI και Πίνακας 3: Δομή του IMSI: [1] TAC (3 bit) FAC (1 ή 2 bit) Σειριακός αριθμός 1 επιπλέον bit (έως 11 bit) Πίνακας 2: Δομή του IMEI MCC (3 bit) MNC (2 bit) MSIC (έως 10 bit) Πίνακας 3: Δομή του IMSI Υποσύστημα σταθμών βάσης Το υποσύστημα σταθμών βάσης (BSS) περιέχει το υλικό και το λογισμικό για τη λειτουργία και έλεγχο όλων των συνδέσεων με τα κινητά τερματικά. αποτελείται από δυο μέρη, το σταθμό βάσης (BS) και τον ελεγκτή σταθμών βάσης (BSC). Ο BSC διασύνδεει τα κινητά τερματικά με τα κέντρα μεταγωγής κινητής τηλεφωνίας (MSC) Υποσύστημα δικτύου Το MSC είναι η κεντρική οντότητα του δικτύου, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μεταγωγή κλήσεων και τη διαχείριση των συνδρομητών. Οι λειτουργίες διαχείρισης αφορούν την υποστήριξη εγγραφής, την πιστοποίηση, την ανανέωση θέσης, τις μεταπομπές και τη δρομολόγηση κλήσης προς χρήστη σε περιαγωγή. Επιπλέον συνδέει το δίκτυο GSM με τα σταθερά δίκτυα όπως το δίκτυο PSTN ή ISDN. Οι πληροφορίες αποθηκεύονται σε δυο καταχωρητές θέσης του GSM, τον καταχωρητή θέσης βάσης (HLR) και τον καταχωρητή θέσης επισκεπτών (VLR). Υπάρχουν δυο επιπλέον καταχωρητές που χρησιμοποιούνται για λειτουργίες πιστοποίησης και ασφάλειας. Οπότε έχουμε τον καταχωρητή ταυτότητας εξοπλισμού 32

36 (EIR) και το κέντρο πιστοποίησης (AuC). O EIR είναι μια βάση δεδομένων η οποία περιέχει όλα τα έγκυρα κινητά τερματικά του δικτύου τα οποία αναγνωρίζονται μοναδικά με βάση τον αριθμό IMEI του. Τα έγκυρα και μη έγκυρα κινητά τερματικά έχουν έναν χαρακτηρισμό ανάλογα σε πια κατηγορία ανήκουν. Οι χαρακτηρισμοί είναι οι παρακάτω: [1] Στην άσπρη λίστα, έχει πρόσβαση στο δίκτυο Στη γκρίζα λίστα, είναι υπό επιτήρηση για πιθανά προβλήματα Στη μαύρη λίστα, έχει κλαπεί ή δεν έχει πρόσβαση στο δίκτυο Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης Η μέθοδος διαμόρφωσης που χρησιμοποιεί το GSM είναι η γκαουσιανή μεταλλαγή ελαχίστης μετατόπισης (GMSK), η οποία πετυχαίνει σε κάθε κανάλι εύρους 200 khz του GSM ταχύτητα 270,8 kbps στο φυσικό επίπεδο. Το διαθέσιμο εύρος ζώνης διαιρείται σε 124 κανάλια συχνοτήτων των 200 khz. Επίσης χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό από TDMA και FDMA. Κάθε σταθμός βάσης έχει ορισμένα κανάλια τα οποία χωρίζονται περαιτέρω στο πεδίο του χρόνου. Από το διαχωρισμό αυτό προκύπτουν σχισμές διαρκείας 0,577 msec. Κάθε σχισμή αποτελείται από: Τμήματα κεφαλίδας και τέλους Τμήμα εκμάθησης Τμήματα bit κλοπής Τμήμα δεδομένων Τμήμα προστασίας Κανάλια του GSM Παρακάτω αναφέρονται όλα τα κανάλια του GSM: Κανάλια μεταφοράς Κανάλια ελέγχου Κανάλι ελέγχου εκπομπής Κανάλι διόρθωσης συχνότητας και συγχρονισμού Κανάλι τυχαίας πρόσβασης Κανάλι ειδοποίησης 33

37 Κανάλι παραχώρησης πρόσβασης Λειτουργίες δικτύου GSM Ένα κινητό τερματικό GSM έχει δυνατότητα αυτόματης περιαγωγής τόσο εντός όσο και εκτός των συνόρων μιας χώρας. Για να πραγματοποιηθεί αυτό απαιτείται να γίνουν κάποιες διαδικασίες όπως είναι η διαδικασία πιστοποίησης, η δρομολόγηση κλήσης και η ανανέωση θέσης στο δίκτυο GSM. Όλα αυτά εκτελούνται μέσω του πρωτόκολλου συστήματος σηματοδοσίας, το οποίο έχει τρία επίπεδα: Επίπεδο 1 φυσικό επίπεδο Επίπεδο 2 επίπεδο σύνδεσης δεδομένων Επίπεδο 3 Διαχείριση πόρων ασύρματου μέσου Διαχείριση κινητικότητας Διαχείριση επικοινωνίας Μεταπομπή στο δίκτυο GSM Οι μεταπομπές πραγματοποιούνται μέσω της διαχείρισης πόρων ασύρματου μέσου και υπάρχουν τέσσερις τύποι μεταπομπής κλήσης: Μεταξύ καναλιών που ανήκουν στην ίδια κυψέλη Μεταξύ καναλιών που ελέγχονται από τον ίδιο καταχωρητή BSC Μεταξύ κυψελών που ελέγχονται από διαφορετικούς καταχωρητές BSC,οι οποίοι ανήκουν στο ίδιο κέντρο μεταγωγής MSC Μεταξύ κυψελών που ελέγχονται από διαφορετικά κέντρα μεταγωγής. Οι δυο πρώτες κατηγορίες είναι οι εσωτερικές μεταπομπές και οι δυο τελευταίοι οι εξωτερικές. Ανάλογα με την περίπτωση χρησιμοποιείται ένας μόνο καταχωρητής BSC ή τα κέντρα μεταγωγής. [1] Έλεγχος ισχύος Υπάρχουν πέντε κλάσεις τερματικών GSM ανάλογα με τη μέγιστη ισχύ εκπομπής: 20, 8, 5, 2 και 0,8 Watt. Χρησιμοποιείται κατά περίσταση η μικρότερη ισχύ εκπομπής κοιτώντας πάντα να υπάρχει και ποιότητα. Το κινητό τερματικό μετρά είτε την ισχύ του λαμβανόμενου σήματος είτε την ποιότητά του και στέλνει αυτή την πληροφορία στον 34

38 καταχωρητή BSC ο οποίος και αποφασίζει αν θα αλλάξει το επίπεδο ισχύος της εκπομπής Πιστοποίηση και ασφάλεια στο δίκτυο GSM Για να πιστοποιηθεί ένα κινητό τερματικό χρειάζονται η κάρτα SIM και το κέντρο πιστοποίησης AuC. Κάθε χρήστης που είναι σε ένα δίκτυο έχει ένα κρυφό κλειδί το οποίο το απέκτησε με την εγγραφή του στο δίκτυο. Αντίγραφα του κρυφού κλειδιού υπάρχουν στην κάρτα SIM και στο κέντρο πιστοποίησης. Κατά την πιστοποίηση παράγεται ένας τυχαίος αριθμός, ο οποίος στέλνεται στο κινητό τερματικό. Από εκεί και πέρα χρησιμοποιούν αυτόν τον τυχαίο αριθμό και το κλειδί ως είσοδο σε έναν αλγόριθμο κρυπτογράφησης. [1] Το πρότυπο IS-41 Το IS-41 είναι το πρωτόκολλο που λειτούργει στο σταθερό τμήμα των κυψελίδων δικτύων στη Βόρεια Αμερική. Το IS-634 είναι εξέλιξη του IS-41 και σε αυτό ορίζονται οι λειτουργίες μεταξύ σταθμών βάσης και κέντρων μεταγωγής κινητής τηλεφωνίας Αρχιτεκτονική δικτύου IS-41 Η τοπολογία μοιάζει αρκετά μ αυτή του σταθερού δικτύου του GSM και ορίζεται από διαδικαστικές οντότητες οι οποίες είναι: [1] Έλεγχος πρόσβασης (AC) Σταθμός βάσης (BS) Κυψελικός σταθμός συνδρομητών (CSS) Καταχωρητής ταυτότητας εξοπλισμού (EIR) Καταχωρητής θέσης βάσης (HLR) Ψηφιακό δίκτυο ολοκληρωμένων υπηρεσιών (ISDN) Κέντρο μηνυμάτων (MC) Κέντρο μεταγωγής κινητής τηλεφωνίας (MSC) Δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο μεταγωγής (PSTN) Οντότητα συντόμων μηνυμάτων (SME) Καταχωρητής θέσης επισκεπτών (VLR) 35

39 Παρακάτω στην Εικόνα 4 παρουσιάζετε η Τοπολογία ενός δικτύου IS-41. Εικόνα 4: Τοπολογία ενός δικτύου IS-41 [5] Μεταπομπή μεταξύ συστημάτων Το IS-41 μπορεί να διαχειριστεί δυο είδη μεταπομπών μεταξύ διαφορετικών συστημάτων: ευθεία και ανάστροφη. Στην ευθεία ένα κινητό τερματικό το οποίο συμμετέχει σε μια κλήση μετακινείται από μια περιοχή κάλυψης ενός κέντρου μεταγωγής (π.χ. Α) σε αυτή ενός άλλου (π.χ. Β). Στην ανάστροφη ένα κινητό τερματικό το οποίο συμμετέχει σε μια κλήση βρίσκεται στην περιοχή κάλυψης ενός συγκεκριμένου κέντρου μεταγωγής (π.χ. Β) αλλά μετακινείται προς την περιοχή κάλυψης ενός άλλου κέντρου μεταγωγής (π.χ. Α) Αυτόματη περιαγωγή Η αυτόματη περιαγωγή επιτρέπει στο χρήστη να πραγματοποιεί κλήσεις μέσα στο επισκεπτόμενο σύστημα μετά την επικύρωση της δυνατότητάς του να την υποστηρίξει οικονομικά. Οι υπηρεσίες της περιαγωγής είναι οι παρακάτω: Εγγραφή 36

40 [1] Πραγματοποίηση κλήσης Δρομολόγηση κλήσης Λειτουργίες μεταφοράς δεδομένων Υπηρεσία CDPD H CDPD αποτελεί επέκταση για κυψελικά δίκτυα πρώτης γενιάς και σκοπός της είναι η μεταφορά δεδομένων. Χρησιμοποιείται ως επικάλυψη πάνω από δίκτυα AMPS και D- AMPS και βασίζεται στη μεταγωγή πακέτων. Είναι ο μοναδικός τρόπος να σταλούν δεδομένα σε αναλογικό δίκτυο AMPS Το πρότυπο HSCSD Το πρότυπο αυτό είναι μια εξέλιξη του GSM για τη μεταφορά πληροφοριών. σε σύγκριση με το GSM προσφέρει στο ίδιο τερματικό περισσότερες από μια σχισμές μέσα σε κάθε πλαίσιο του GSM ως αποτέλεσμα η αύξηση της ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων. Ένα τερματικό μπορεί να χρησιμοποιεί δυο, τρεις ή και τέσσερις σχισμές ανά πλαίσιο, προσφέροντας ταχύτητες 28,8, 43,2 και 57,6 kbps. Υποστηρίζει επίσης τις ασύμμετρες συνδέσεις, όταν δηλαδή οι κατωφερείς με τις ανωφερείς συνδέσεις έχουν διαφορά. Ένα πρόβλημα του HSCSD είναι ο χρόνος ζωής των μπαταριών ενώ υπερτερεί για εφαρμογές όπως είναι η περιήγηση στον Παγκόσμιο Ιστό Το πρότυπο GPRS Το πρότυπο GPRS ανήκει στην 2,5 γενιά (2,5G). Η αρχή λειτουργίας του είναι ίδια με αυτή του HSCSD: απόδοση περισσότερων σχισμών μέσα σε ένα πλαίσιο. Η διαφορά με το HSCSD και το GSM είναι ότι χρησιμοποιεί μεταγωγή πακέτων ενώ τα άλλα μεταγωγή κυκλώματος. Το πρότυπο GPRS εισάγει στην αρχιτεκτονική του GSM δυο νέες δικτυακές οντότητες: Ο κόμβος υπηρεσίας υποστήριξης GPRS παρέχει λειτουργίες πιστοποίησης και διαχείρισης κινητικότητας. 37

41 Ο κόμβος υποστήριξης πύλης GPRS παρέχει τη διασύνδεση ανάμεσα στο τμήμα κινητής τηλεφωνίας του δικτύου και το βασισμένο σε ένα πρωτόκολλο IP ή X.25 δίκτυο κορμού Το πρότυπο D-AMPS+ Το πρότυπο D-AMPS+ είναι μια βελτίωση του προτύπου D-AMPS για μεταφορά δεδομένων, το οποίο προσφέρει αυξημένες ταχύτητες μετάδοσης που κυμαίνονται από 9,6 έως 19,2 kbps, οι οποίες είναι μικρότερες από τις επεκτάσεις του GSM. Η αρχιτεκτονική του είναι βασισμένη σε αυτή του GPRS. Το D-AMPS+ χρησιμοποιεί προσαρμοστική διαμόρφωση για την επίτευξη μεγαλυτέρων ταχυτήτων μεταφοράς δεδομένων. Ανάλογα με την περίπτωση χρησιμοποιείται είτε DQPSK διαμόρφωση κατά π/4 είτε 8-PSK. Και με τις δυο μεθόδους διαμόρφωσης χρησιμοποιείται κωδικοποίηση σταθερού μήκους και τμηματικός πλεονασμός. Όταν χρησιμοποιείται 8-PSK διαμόρφωση επιτυγχάνονται οι μεγαλύτερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. [1] Το πρότυπο cdmatwo (IS-95b) Είναι μια επέκταση του IS-95 και παρέχει υποστήριξη για ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων 115,2 kbps με τη χρήση οχτώ διαφορετικών κωδικών από το τερματικό ώστε να πραγματοποιούνται οχτώ ταυτόχρονες μεταδόσεις. Στις ανωφερείς συνδέσεις τα κινητά τερματικά έχουν αρχικά ένα βασικό κωδικό καναλιού. Όταν το cdmatwo θέλει να πραγματοποιήσει εκπομπή χρησιμοποιεί αυτόν τον κωδικό για την υποβολή στο σταθμό βάσης μιας αίτησης για απόδοση επιπλέον κωδικών. Στις κατωφερείς συνδέσεις το κέντρο μεταγωγής ενημερώνει το κινητό τερματικό για το πλήθος των κωδικών που θα χρησιμοποιηθούν στις εισερχόμενες προς αυτό μεταδόσεις καθώς και για τους ίδιους κωδικούς Walsh Το πρότυπο DECT Η εξέλιξη των ψηφιακών ασύρματων τηλεφώνων οδήγησε στο πρότυπο DECT, ένα ευρωπαϊκό πρότυπο που παρέχει υποστήριξη κινητικότητας. Παρέχει υποστήριξη για μεταπομπή κλήσεων μεταξύ σταθμών βάσης. Από αυτή την άποψη μπορεί να θεωρηθεί 38

42 κυψελικό σύστημα. Υποστηρίζει επίσης υπηρεσίες telepoint και είναι διαδεδομένο μόνο στην Ευρώπη Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων του προτύπου DECT Στο σχήμα παρακάτω φαίνεται η αρχιτεκτονική του: Εφαρμογές Διασύνδεση Προγραμματισμού DECT Τμήμα C Τμήμα C Τμήμα U Τμήμα U Επίπεδο MAC Φυσικό Επίπεδο Πίνακας 4: Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων του προτύπου DECT Το φυσικό επίπεδο ασχολείται με τη μετάδοση στο ασύρματο μέσο και χρησιμοποιεί τεχνολογία TDD. Το επίπεδο διαχειρίζεται τις συνδέσεις μεταξύ σταθμών βάσης και των κινητών τερματικών, την πολύπλεξη και την αποπολύπλεξη των δεδομένων, καθώς και την παροχή υπηρεσιών εκπομπής, συνδεσιοστρεφών υπηρεσιών και ασυνδεσικών υπηρεσιών. Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, δηλαδή το δεύτερο τμήμα C και U, έχει τη λειτουργικότητα που ορίζεται στο αντίστοιχο επίπεδο OSI. Το επίπεδο δικτύου, δηλαδή το πρώτο τμήμα C και U, αντιστοιχεί στο τρίτο επίπεδο OSI και είναι υπεύθυνο για την εκκίνηση και τον τερματισμό των συνδέσεων. Το τμήμα C προσφέρει διαχείριση κλήσεων, συνδεσιοστρεφείς και ασυνδεσικές υπηρεσίες και διαχείριση κινητικότητας. [1] Χαρακτηριστικά ραδιομετάδοσης Καθορίζονται από το φυσικό επίπεδο του προτύπου DECT. Χρησιμοποιείται η περιοχή συχνοτήτων MHz. H φωνή ψηφιοποιείται με διαμόρφωση προσαρμοστική παλμοκωδική διαμόρφωση ADPCM, με ρυθμό 32 kbps και η μετάδοση πληροφοριών γίνεται με γκαουσιανή μεταλλαγή ελαχίστης μετατόπισης GFSK. Η μέθοδος πρόσβασης είναι η πολυκαναλική πρόσβαση με διαίρεση χρόνου και εναλλαγή συχνότητας. 39

43 Χρησιμοποιεί επίσης προστασία δεδομένων από σφάλματα, bit συγχρονισμού και διαστήματα προστασίας Μεταπομπές Τα κινητά τερματικά είναι δυνατό να πραγματοποιούν μεταπομπές μεταξύ διαφορετικών καναλιών μέσα στην ίδια κυψέλη αλλά και μεταξύ διαφορετικών κυψελών. Κατά τη διάρκεια της μεταπομπής διατηρούνται δυο συνδέσεις με μετάδοση των πληροφοριών φωνής και από τις δυο. Μετά από κάποιο διάστημα επιλέγεται ο σταθμός βάσης που θα χρησιμοποιηθεί και τερματίζεται η σύνδεση με τον άλλον. Η διαδικασία μεταπομπής ξεκινάει από το κινητό τερματικό και πραγματοποιείται όταν βρεθεί σταθμός βάσης με υψηλότερη λαμβανόμενη ισχύ σε σύγκριση με την ισχύ που λαμβάνεται από τον τρέχοντα σταθμό βάσης Ασφάλεια Για να υπάρχει ασφάλεια χρησιμοποιεί διαδικασίες εγγραφής, πιστοποίησης και κρυπτογραφίας των μεταδιδόμενων δεδομένων Το πρότυπο PHS Είναι παρόμοιο με το DECT και σκοπός του είναι η αποδοτική λειτουργία σε περιβάλλοντα σπιτιού ή γραφείου και η δυνατότητα δημόσιας πρόσβασης. Το PHS λειτουργεί στις συχνότητες ,1 MHz (37 κανάλια) για εφαρμογές σε περιβάλλον γραφείου ή σπιτιού και στις ,1 MHz (44 κανάλια) για δημόσια πρόσβαση. Χρησιμοποιεί τη μέθοδο πρόσβασης στο μέσο MC/TDMA/TDD και η μέθοδος διαμόρφωσης για τις μεταδόσεις είναι η DQPSK κατά π/4. Η φωνή ψηφιοποιείται με τη μέθοδο ADPCM στα 32 kbps. Υποστηρίζει ανίχνευση λαθών με κωδικούς CRC αλλά δεν υποστηρίζει διόρθωση λαθών. Επίσης υποστηρίζει προαιρετικές μεταπομπές με χαμηλές ταχύτητες μετακίνησης. [1] 3.3 Κυψελικά συστήματα τρίτης γενιάς (3G) Οι ανάγκες των ανθρώπων για επικοινωνία με οποιονδήποτε άλλο χρήστη και σε οποιοδήποτε μέρος ήταν η αιτία που τα κυψελικά συστήματα πρώτης και δεύτερης γενιάς είχαν μεγάλη επιτυχία. Τα συστήματα πρώτης γενιάς είχαν αρχίσει όμως να 40

44 έχουν καθοδική πορεία και της δεύτερης να μην καλύπτουν τις απαιτήσεις των χρηστών καθώς είχαν περιορισμένες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Καθώς τα χρόνια περνούσαν και οι ανάγκες των χρηστών συνεχώς αυξανόταν, άρχισαν να έρχονται στο προσκήνιο τα συστήματα τρίτης γενιάς για να καλύψουν αυτές τις ανάγκες. Τα δίκτυα τρίτης γενιάς στοχεύουν στην εξυπηρέτηση των ευζωνικών εφαρμογών κινητής τηλεφωνίας, όπως είναι μια απλή περιήγηση στο διαδίκτυο, η πρόσβαση στο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο καθώς και πιο ειδικευμένα όπως είναι μια τηλεδιάσκεψη και οι εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά τρίτης γενιάς είναι τα εξής: Υποστήριξη ασύμμετρης και συμμετρικής κυκλοφορίας Υπηρεσίες μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος Υποστήριξη παράλληλης εκτέλεσης εφαρμογών στο ίδιο τερματικό «προς τα πίσω» συμβατότητα με συστήματα δεύτερης γενιάς Υποστήριξη περιαγωγής Δυνατότητα δημιουργίας ενός συνόλου ρυθμίσεων για τις εφαρμογές του χρήστη που να διατηρείται κατά τη μετακίνηση του χρήστη μεταξύ διαφορετικών παρόχων υπηρεσιών. Η προτυποποίηση των συστημάτων τρίτης γενιάς ξεκίνησε από τη Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) το Το αποτέλεσμα ήταν το IMT-2000 το οποίο αποτελείται από διάφορα πρότυπα τρίτης γενιάς. Υπάρχουν αρκετά πρότυπα για να υπάρχει ομαλή λειτουργία με αυτά της δεύτερης γενιάς. Ανάλογα με τη χώρα λειτουργίας ενός δικτύου ορίζεται η χρήση ενός συγκεκριμένου προτύπου τρίτης γενιάς, ώστε να υπάρχει συμβατότητα τόσο με την εγκατεστημένη βάση των συστημάτων δεύτερης γενιάς όσο και με τους εθνικούς κανόνες χρήσης του φάσματος. Επιπλέον στόχος είναι η ενοποίηση των υπηρεσιών. Οι εφαρμογές 3G θα χρησιμοποιούν συνδυασμούς τηλεφωνίας, πρόσβασης στο διαδίκτυο και δεδομένων πολυμέσων. [1] 41

45 3.3.1 Κατανομή φάσματος στα δίκτυα τρίτης γενιάς Ανάγκες σε φάσμα Η ITU είχε εκδώσει μια οδηγία ότι τα δίκτυα τρίτης γενιάς πρέπει να χρησιμοποιούν συχνότητες στην περιοχή των 2 GHz. Αν κάθε χώρα εφάρμοζε αυτή την οδηγία, τότε όλα θα ήταν πιο εύκολα καθώς θα διευκόλυνε την περιαγωγή ειδικά μεταξύ παροχών που υλοποιούν το ίδιο πρότυπο. Κάτι τέτοιο όμως δεν γίνεται γιατί κάθε χώρα δεν είναι υποχρεωμένη να ακολουθήσει αυτή την οδηγία και επίσης χρησιμοποιεί το δικό της φάσμα με διαφορετικό τρόπο. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα τρίτης γενιάς καθώς και σε ποιους τομείς φαίνονται παρακάτω: , συχνότητες UHF - εκπομπή αναλογικού τηλεοπτικού σήματος , εκπομπή τηλεοπτικού σήματος , δορυφορικά και επίγεια συστήματα ραδιοφωνίας , δίκτυα κινητής τηλεφωνίας , έρευνα στο διάστημα , ασύμμετρες ζεύξεις και τηλεμετρία , εφαρμογές εκπομπής και σταθερές ασύρματες ζεύξεις , δορυφορικές επικοινωνίες και ραντάρ Ανάγκη για ευελιξία των τερματικών στα δίκτυα τρίτης γενιάς: SDR Η τεχνολογία SDR έχει ως στόχο να λύσει το πρόβλημα της περιαγωγής και αυτό το πραγματοποιεί βασιζόμενη σε μια κοινή πλατφόρμα υλοποιημένη στο υλικό των συσκευών, η οποία μπορεί να προγραμματιστεί πλήρως μέσω λογισμικού που στέλνεται στο τερματικό μέσω δικτύου. Τα προβλήματα που μπορούν να προκύψουν είναι: [1] Μειωμένη ζήτηση λόγω τιμής καθώς η κατασκευή τερματικών με τη χρήση τεχνολογίας ASIC είναι πιο οικονομική Κατανάλωση περισσότερης ενέργειας από τα ASIC Αύξηση του μεγέθους ενός τερματικού. 42

46 3.3.2 Κατηγορίες υπηρεσιών και εφαρμογές στα δίκτυα τρίτης γενιάς Μεταξύ των υπηρεσιών και των εφαρμογών υπάρχουν διαφορές, οι οποίες ορίζονται πιο κάτω. Οι υπηρεσίες είναι στοιχεία ή συνδυασμοί στοιχείων, που επιλέγουν οι πάροχοι να τιμολογήσουν, είτε μεμονωμένα, είτε σε μορφή πακέτου. Οι εφαρμογές επιτρέπουν την πρόσβαση των χρηστών στις υπηρεσίες και δεν εμφανίζονται στο λογαριασμό χρήσης. Στην ουσία ο χρήστης πληρώνει τις εφαρμογές που εκτελούνται στην συσκευή του. Παρακάτω παρατίθεται ένας Πίνακας 5 που μας βοηθά να κατανοήσουμε τις δυο έννοιες: ΧΡΗΣΤΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΣΥΣΚΕΥΗ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΠΑΡΟΧΟΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ Πίνακας 5: Σχέσεις υπηρεσιών και εφαρμογών Κατηγορίες υπηρεσιών στα δίκτυα τρίτης γενιάς Φωνή και ήχος Υπηρεσία μηνυμάτων Μεταγωγική υπηρεσία μεταφοράς δεδομένων Πολυμέσα μέσου επίπεδου Πολυμέσα υψηλού επιπέδου Αλληλεπιδραστικά πολυμέσα υψηλού επιπέδου. 43

47 Εφαρμογές σε δίκτυα τρίτης γενιάς Εφαρμογές πολυμέσων Εφαρμογές κινητού εμπορίου Εφαρμογές μηνυμάτων πολυμέσων Εφαρμογές εκπομπής Εφαρμογές γεωγραφικού εντοπισμού. [1] Πρότυπα τρίτης γενιάς Διαδικασίες προτυποποίησης IMT-2000 Η ITU (Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών) είναι ο παγκόσμιος οργανισμός που ασχολείται με την ανάπτυξη προτύπων για τις τηλεπικοινωνίες. Στις αρχές του 1990 είχε αντιληφθεί τη δυναμική των δικτύων κινητής τηλεφωνίας και ξεκίνησε το έργο FPLMTS, το οποίο στόχευε στην ενοποίηση του κόσμου των ασύρματων δικτύων κάτω από ένα πρότυπο. Εν συνεχεία το FPLMTS μετονομάστηκε σε IMT-2000, όπου το 2000 σημαίνει το έτος λειτουργίας που αναμενόταν να ξεκινήσει η λειτουργία του δικτύου με το νέο πρότυπο, τον ρυθμό μεταφοράς δεδομένων και την παγκόσμια διαθεσιμότητα φάσματος στην περιοχή των 2000 MHz. Παρόλα αυτά κανένας στόχος δεν επετεύχθητε πλήρως. Στην αρχή το FPLMTS είχε εστιάσει αποκλειστικά στα προηγμένα κυψελικά δίκτυα που θα παρείχαν υψηλές ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Στη συνέχεια το IMT-2000 είχε ως επιπλέον στόχο την ενοποίηση όλων των ειδών ασυρμάτων δικτύων κάτω από ένα πρότυπο. Ο στόχος αυτός όμως εγκαταλείφθηκε εξαιτίας τεχνικών δυσκολιών. Έτσι το IMT-2000 στη συνέχεια στόχευε στη δημιουργία ενός συνόλου προτύπων για τα δίκτυα τρίτης γενιάς ώστε να υπάρχει ομαλή πορεία από τα δίκτυα δεύτερης γενιάς σ αυτά της τρίτης Πρότυπα ραδιοπρόσβασης Ο οργανισμός ITU-R το 1998 εξέδωσε μια πρόσκληση για την υποβολή προτάσεων. Στον Πίνακας 6 παρακάτω φαίνονται οι προτάσεις από διαφόρους εθνικούς οργανισμούς: 44

48 Εθνικός οργανισμός προτυποποίησης ETSI (Ευρώπη) ARIB (Ιαπωνία) TIA (ΗΠΑ) TIPI (ΗΠΑ) Πρόταση FDD WCDMA TDD WCDMA DECT FDD WCDMA UWC-136 Cdma2000 WIMS (WCDMA) WCDMA-NA TTA (Κορέα) WCDMA Cdma2000 Κίνα TD-SCDMA Πίνακας 6: Οι εθνικοί οργανισμοί τυποποίησης και οι προτάσεις τους προς τον ITU. [1] Όλες οι προτάσεις ήταν βασισμένες στο CDMA και στο TDMA. Για να διευκολυνθεί η διαδικασία παραγωγής προτύπων τρίτης γενιάς δημιουργήθηκαν δυο έργα: το 3GGP που ασχολείται με το WCDMA και το 3GPP2 που ασχολείται με το cdma2000. Αυτά τα έργα είναι υπό την επίβλεψη της ομάδας εναρμόνισης παρόχων, που σκοπός της είναι η διαδικασία προτυποποίησης να καταλήξει σε μικρό πλήθος προτύπων ραδιοπρόσβασης τα οποία να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από διαφορετικά δίκτυα πυρήνα. Η διαδικασία εναρμόνισης κατέληξε στα εξής: Σε ένα πρότυπο τρίτης γενιάς για την εξέλιξη του GSM/IS-136 που ονομάζεται EDGE/UWC-136. Σε ένα πρότυπο τρίτης γενιάς βασισμένο σε CDMA με τρεις επιλογές: α) επιλογή ευθείας ακολουθίας βασισμένη στο WCDMA β) πολυκαναλική επιλογή βασισμένη στο cdma2000 και γ) επιλογή ευθείας ακολουθίας TDD βασισμένη στο WCDMA Βελτιωμένοι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων για την εξέλιξη του GSM. Γνωστό ως EDGE Είναι το μοναδικό πρότυπο του IMT-2000 το οποίο βασίζεται σε τεχνολογία TDMA. Σκοπός του ήταν να αναβαθμίσει ένα δίκτυο GSM που να υποστηρίζει τη γενική υπηρεσία ασύρματης μετάδοσης πακέτων και τη μεταγωγή κυκλώματος υψηλής ταχύτητας δεδομένων. Ο παραπάνω στόχος όμως άλλαξε με την υιοθέτηση του EDGE 45

49 ως πρότυπο τρίτης γενιάς από την UWCC η οποία προωθεί τη χρήση της τεχνολογίας CDMA. Λόγω του ότι μπορούσε να υποστηρίξει αναβαθμίσεις του IS-136, ονομάστηκε EDGE/UWC-136. Η διαδικασία προτυποποίησης περιλάμβανε δυο φάσεις: Η φάση -1- έδινε έμφαση στη δυνατότητα επίτευξης υψηλών ταχυτήτων και αποδοτικής χρήσης του φάσματος Και η φάση -2- στόχευε στην υποστήριξη ποιότητας υπηρεσιών, παροχής φωνητικής τηλεφωνίας μέσω μεταγωγής πακέτων και διασύνδεσης με ένα δίκτυο πυρήνα IP Βελτιώσεις του EDGE σε σχέση με τα συστήματα δεύτερης γενιάς Βελτιώσεις στο φυσικό επίπεδο: Αν και χρησιμοποιεί τις ίδιες συχνότητες με το GSM καθώς και το ίδιο εύρος καναλιών, επιτυγχάνει όμως υψηλότερες ταχύτητες ώστε να υπάρχει δυνατότητα παροχής υπηρεσιών τρίτης γενιάς επάνω από μια υποδομή δικτύου δεύτερης γενιάς. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση τεχνικών διαμόρφωσης υψηλότερου επιπέδου από τις αντίστοιχες του GSM. Χρησιμοποιεί δηλαδή την 8-PSK. Βελτιώσεις στη διαχείριση των συνδέσεων: EGPRS. Το EGPRS, το οποίο αποτελεί την υλοποίηση της μεθόδου μεταγωγής πακέτων στο EDGE, δίνει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως 473 kbps. Αυτές οι ταχύτητες επιτυγχάνονται με κάποιες επιπλέον τεχνικές για τη διαχείριση των συνδέσεων, οι οποίες είναι η LA και ο IR. Βελτιώσεις στη διαχείριση των συνδέσεων: ECSD. Το ECSD διατηρεί τα αντίστοιχα πρωτόκολλα που αφορούν τη μεταγωγή κυκλώματος στο σύστημα GSM. Η 8-PSK δεν μεταβάλλει τις ταχύτητες αλλά οδηγεί σε εξοικονόμηση φάσματος. [1] Το πρότυπο cdma2000 Το cdma2000 είναι συμβατό με το cdmaone, γνωστού και ως IS-95 της δεύτερης γενιάς και προσφέρει πλεονεκτήματα σ αυτούς που λειτουργούν δίκτυα cdmaone και θέλουν να προσφέρουν υπηρεσίες τρίτης γενιάς. Το σημαντικό πλεονέκτημα είναι η ταυτόχρονη χρήση με το IS-95 με κοινή χρήση φάσματος. Το cdma2000 ορίζει πρωτόκολλα και υπηρεσίες που αντιστοιχούν στα δυο κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI. Υποστηρίζει συστήματα FDD και TDD. Στα συστήματα FDD χρησιμοποιούνται διαφορετικές συχνότητες για την ανωφερή κίνηση και για την κατωφερή. Ενώ στα TDD οι συχνότητες είναι ίδιες και ο διαχωρισμός 46

50 γίνεται με διαμοιρασμό στο χρόνο. Το cdma2000 υποστηρίζει πλήθος από ανωφερή και κατωφερή κανάλια τα οποία αναφέρονται ως φυσικά κανάλια, τα χαρακτηριστικά των οποίων φαίνονται παρακάτω: Κατωφερής σύνδεση Διαφορισμός εκπομπής Γρήγορος έλεγχος ισχύος Κοινά πιλοτικά και βοηθητικά κανάλια Συγχρονισμένη λειτουργία σταθμών βάσης. Ανωφερής σύνδεση Συσχετισμένη ανίχνευση βασισμένη σε σήμα-πιλότο Χρήση έλεγχου ισχύος ανοιχτού και κλειστού βρόχου. Κοινά χαρακτηριστικά Διπλάσιο πλήθος κωδικών Walsh Κωδικοί Turbo Ανεξάρτητα κανάλια δεδομένων Επιλογή πακέτων των 5 msec «προς τα πίσω» συμβατοί ρυθμοί chip και δομή πακέτου. Κατωφερή φυσικά κανάλια Ευθύ κανάλι καθοδήγησης Βοηθητικά ευθεία κανάλια καθοδήγησης Κανάλι καθοδήγησης διαφορισμού εκπομπής Κοινό ευθύ κανάλι ελέγχου Ευθύ κανάλι συγχρονισμού Ευθύ κανάλι αναζήτησης Ευθύ κανάλι εκπομπής Ευθύ κανάλι γρήγορης αναζήτησης Κοινό ευθύ κανάλι ελέγχου ισχύος Κοινό ευθύ κανάλι ανάθεσης Ευθεία κανάλια δεδομένων. 47

51 Ανωφερή φυσικά κανάλια [1] Ανάστροφο κανάλι καθοδήγησης Ανάστροφο κανάλι πρόσβασης Βελτιωμένο ανάστροφο κανάλι πρόσβασης Ανάστροφο κοινό κανάλι ελέγχου Ανάστροφα κανάλια δεδομένων Θέματα επιπέδου σύνδεσης δεδομένων στο πρότυπο cdma2000 Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων του cdma2000 χρησιμοποιεί μια δομή λογικών καναλιών για να πραγματοποιεί μεταφορές δεδομένων από και προς τα ομότιμα επίπεδα άλλων σταθμών. Τα κινητά τερματικά για να πραγματοποιήσουν αιτήσεις πρόσβασης επιλέγουν το πακέτο διαρκείας 5 msec. Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων αποτελείται από τα υποεπίπεδα MAC και ελέγχου πρόσβασης σύνδεσης (LAC) Το πρότυπο WCDMA Το WCDMA, το οποίο είναι ασύγχρονο, είναι το δεύτερο πρότυπο ασύρματης πρόσβασης τρίτης γενιάς που βασίζεται στην τεχνολογία CDMA. Το ότι είναι ασύγχρονο βοηθάει στη λειτουργία του κυψελικού δικτύου. Το WCDMA χρησιμοποιεί κανάλια εύρους 5 MHz, τέσσερις φορές ευρύτερα από τα κανάλια του cdmaone και 25 φορές ευρύτερα από αυτά του GSM. Τα κατώτερα επίπεδα της αρχιτεκτονικής πρωτοκόλλων του WCDMA είναι το φυσικό επίπεδο και το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων, το οποίο διαιρείται στα εξής υποεπίπεδα: MAC, RLC, PDCP και BMC. Το φυσικό επίπεδο προσφέρει διαφορετικά κανάλια μεταφοράς στο υποεπίπεδο MAC, το οποίο και προσφέρει διαφορετικά λογικά κανάλια στο υποεπίπεδο RLC. [1] Θέματα φυσικού επιπέδου στο πρότυπο WCDMA Το φυσικό επίπεδο παρέχει υπηρεσίες εκπομπής δεδομένων στα ανώτερα επίπεδα, χρησιμοποιώντας μια διασύνδεση με το μέσο μετάδοσης η οποία βασίζεται σε διασπορά φάσματος άμεσης ακολουθίας σε κανάλια εύρους 5 MHz το καθένα. Το WCDMA υποστηρίζει διάφορα ανωφερή και κατωφερή φυσικά κανάλια, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση των δεδομένων που μεταφέρονται από τα 48

52 λογικά κανάλια. Χρησιμοποιεί πακέτα διαρκείας 10 msec και έχει δυο τρόπους λειτουργίας: τους TDD και FDD για περιοχές συχνοτήτων σε ζεύγη ή χωρίς ζεύγη. Η δομή τους είναι ίδια απλά η δομή των πακέτων TDD περιέχει σημεία εναλλαγής για τον διαχωρισμό της κατωφερούς και ανωφερούς σύνδεσης. Ο τρόπος λειτουργίας του FDD απαιτεί τη χρήση δυο διαφορετικών καναλιών συχνοτήτων για την ανωφερή και κατωφερή σύνδεση. Πλεονεκτεί στην ταυτόχρονη αποστολή και λήψη αλλά έχει πρόβλημα με την χωρητικότητα. Το TDD χρησιμοποιεί την ίδια συχνότητα για ανωφερή και κατωφερή σύνδεση και μπορεί να μεταβάλει το πλήθος των ανωφερών και κατωφερών σχισμών. Το τίμημα όμως είναι ο κάλος συγχρονισμός κινητών και σταθμών βάσης. Χαρακτηριστικά φυσικού επιπέδου του WCDMA Ευρυζωνικότητα Διασπορά Υποστήριξη προσαρμοστικών κεραιών Κωδικοποίηση καναλιού και διαπλοκή Ανωφερής/κατωφερής συσχετισμένη αποδοαμόρφωση και γρήγορος έλεγχος ισχύος Υποστήριξη κατωφερούς διαφορισμού εκπομπής και ανίχνευση πολλών χρηστών. Κατωφερή φυσικά κανάλια Φυσικό κανάλι συγχρονισμού Αποκλειστικό φυσικό κανάλι κατωφερούς σύνδεσης Κοινό κανάλι οδηγού Πρωτεύον και δευτερεύον φυσικό κανάλι ελέγχου και φυσικό διαμοιραζόμενο κατωφερές κανάλι. Ανωφερή φυσικά κανάλια Αποκλειστικό ανωφερές φυσικό κανάλι δεδομένων Αποκλειστικό ανωφερές φυσικό κανάλι ελέγχου Φυσικό κανάλι τυχαίας πρόσβασης 49

53 Φυσικό ανωφερές διαμοιραζόμενο κανάλι. [1] Θέματα επιπέδου σύνδεσης δεδομένων στο WCDMA Το επίπεδο αυτό προσφέρει υπηρεσίες στα ανώτερα του και αποτελείται από τα υποεπίπεδα MAC, RLC, BMC και PDCP. Το MAC χρησιμοποιεί τις υπηρεσίες που του προσφέρονται από το φυσικό επίπεδο μέσω των καναλιών μεταφοράς. Παρακάτω αναλύονται όλα τα υποεπίπεδα του WCDMA καθώς και τα λογικά κανάλια και τα κανάλια μεταφοράς του: Υπηρεσίες που προσφέρονται από τα υποεπίπεδα MAC στα ανώτερα επίπεδα Μεταφορά δεδομένων Επανακατανομή πόρων και παραμέτρων MAC Αναφορές μετρήσεων. Διαδικασίες MAC Αντιστοίχιση μεταξύ λογικών καναλιών και καναλιών μεταφοράς Επιλογή μορφής καναλιού μεταφοράς Διαχείριση προτεραιοτήτων Αναγνώριση ταυτοτήτων τερματικών σε κοινό κανάλι μεταφοράς Υποστήριξη πολύπλεξης/αποπολύπλεξης Παρακολούθηση όγκου δεδομένων Κρυπτογράφηση Επιλογή κατηγορίας υπηρεσίας πρόσβασης για εκπομπή μεταφοράς μέσω καναλιού τυχαίας πρόσβασης. [1] Υπηρεσίες που προσφέρονται από το υποεπίπεδο RLC στα ανώτερα επίπεδα Δημιουργία και τερματισμών συνδέσεων Διάφανης μεταφορά δεδομένων Μεταφορά δεδομένων χωρίς επιβεβαίωση Ρύθμιση ποιότητας υπηρεσιών 50

54 Ειδοποίηση για λάθη που δεν είναι δυνατό να διορθωθούν. Διαδικασίες RLC Τεμαχισμός/επανασυγκόλληση Επιλογές μεταφοράς δεδομένων Διόρθωση λαθών Παράδοση πακέτων ανωτέρων επιπέδων με τη σειρά και εκτός σειράς Έλεγχος ροής Ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων πρωτοκόλλων Κρυπτογράφηση. Υπηρεσίες που προσφέρονται από το υποεπίπεδο PDCP στα ανώτερα επίπεδα Αποστολή/λήψη μονάδων δεδομένων πρωτοκόλλου. Διαδικασίες PDCP Αντιστοίχιση PDU Συμπίεση-αποσυμπίεση. Υπηρεσίες που προσφέρονται από το υποεπίπεδο BMC στα ανώτερα επίπεδα Εκπομπή/multicasting. Διαδικασίες BMC Αποθήκευση μηνυμάτων εκπομπής κυψέλης Προγραμματισμός μηνυμάτων BMC Μετάδοση μηνυμάτων BMC στα κινητά τερματικά Παράδοση μηνυμάτων εκπομπής στα ανώτερα επίπεδα. Κανάλια μεταφοράς Κανάλι τυχαίας πρόσβασης Ευθύ κανάλι πρόσβασης Κανάλι εκπομπής Κανάλι αναζήτησης Κανάλι συγχρονισμού Κατωφερές διαμοιραζόμενο κανάλι 51

55 Κοινό κανάλι πακέτων Κοινό ανωφερές κανάλι Αποκλειστικό κανάλι Γρήγορο ανωφερές κανάλι Γρήγορο ανωφερές κανάλι σηματοδοσίας. Λογικά κανάλια Κανάλι ελέγχου συγχρονισμού Κανάλι ελέγχου εκπομπής Κανάλι ελέγχου αναζήτησης Κοινό κανάλι ελέγχου Αποκλειστικό κανάλι ελέγχου Διαμοιραζόμενο κανάλι ελέγχου Αποκλειστικό κανάλι δεδομένων. [1] Εξέλιξη του σταθερού τμήματος του δικτύου Η εξέλιξη από τα συστήματα δεύτερης γενιάς σε αυτά της τρίτης έγινε πολύ γρήγορα. Αλλά για τα σταθερά κυψελικά δίκτυα δεν προβλεπόταν να υπάρξει γρήγορη εξέλιξη. Ο στόχος αυτής της προσέγγισης είναι η επαναχρησιμοποίηση της υπάρχουσας δικτυακής υποδομής στο μέγιστο δυνατό βαθμό, έτσι ώστε να γίνει δυνατή η ομαλή και με μικρό κόστος μετεξέλιξη από ένα σύστημα δεύτερης γενιάς σε ένα σύστημα τρίτης γενιάς. Παρακάτω θα χρησιμοποιήσουμε ως αρχιτεκτονική αναφοράς μια απλοποιημένη έκδοση του πρότυπου UMTS του Εκτός από το πρωτόκολλο ασύρματης πρόσβασης περιλαμβάνει και τα εξής τμήματα: Σταθμούς βάσης τρίτης γενιάς Ελεγκτές ραδιοδικτύου RNC οι οποίοι, στο σύστημα GSM αντιστοιχούν με τους BSC. Οι RNC και οι σταθμοί βάσης σχηματίζουν το δίκτυο ραδιοπρόσβασης RAN, το οποίο είναι γνωστό και ως επίγειο RAN UMTS. 52

56 Η σύγκλιση των ενσύρματων και ασύρματων δικτύων καθώς και η αυξανόμενη ζήτηση για ασύρματες υπηρεσίες με ποιότητα ίδια με εκείνη των ενσύρματων, οδήγησε σε μελέτες για τη δυνατότητα εφαρμογής των τεχνολογιών IP και ATM τόσο στο UT- RAN όσο και στο δίκτυο πυρήνα των κυψελικών δικτύων. Το ATM παρέχει υπηρεσίες μεταφοράς φωνής και δεδομένων πολυμέσων με εγγυήσεις για την παρεχόμενη ποιότητα υπηρεσιών. Η 3GPP αποφάσισε με το πρότυπο UMTS 99 τη χρήση της τεχνολογίας ATM στο UTRAN, τη χρήση του ATM Adaptation Layer (AAL2), το οποίο προσφέρει μεταδόσεις δεδομένων χαμηλού ρυθμού σε εφαρμογές με ευαισθησία στην καθυστέρηση. Μπορεί επίσης να χειριστεί αποδοτικά τα θέματα κατανομής εύρους ζώνης και παροχής ποιότητας υπηρεσιών (QoS). H 3GPP μελετά επίσης λύσεις για το UTRAN με τη χρήση του πρωτοκόλλου IP. Τα προβλήματα που μπορεί να υπάρξουν είναι η ανάγκη για υποστήριξη QoS με απαιτήσεις για την καθυστέρηση, το θόρυβο και τα σφάλματα. Η επιλογή του πρωτοκόλλου μεταφοράς για τα σταθερά τμήματα των δικτύων τρίτης γενιάς έγινε με γνώμονα τον τύπο των προσφερόμενων υπηρεσιών, την «προς τα πίσω» συμβατότητα, την αποδοχή της τεχνολογίας από την αγορά και βάση των πολιτικών των διαφόρων παροχών. Η τεχνολογία ATM ήταν η μόνη λύση, όμως με τα χρόνια η τεχνολογία IP άρχισε να γίνεται όλο και πιο δημοφιλής. Και επειδή η επιλογή του πρωτοκόλλου μεταφοράς είναι υπό συζήτηση παρακάτω παρουσιάζονται κάποιες σχετικές επιλογές, όπως: Χρήση τεχνολογίας ATM στο UTRAN και TDM/μεταγωγής πλαισίου στο δίκτυο πυρήνα Χρήση τεχνολογίας ATM στο UTRAN και στο δίκτυο πυρήνα Χρήση τεχνολογίας ATM στο UTRAN και IP στο δίκτυο πυρήνα Χρήση τεχνολογίας IP στο UTRAN και στο δίκτυο πυρήνα. Συνοψίζοντας όλα τα παραπάνω που αφορούν τα κυψελικά δίκτυα τρίτης γενιάς αντιλαμβανόμαστε ότι στόχος τους είναι η παροχή υπηρεσιών τηλεφωνίας και η μεταφορά δεδομένων με υψηλές ταχύτητες. [1] 53

57 4 Συστήματα τέταρτης γενιάς (4G) Με την πάροδο του χρόνου βλέπουμε πως υπάρχει ανάγκη για εξέλιξη των κυψελικών συστημάτων. Έτσι από τα συστήματα πρώτης γενιάς που εμφανίστηκαν το 1981 και προσέφεραν μόνο μεταφορά φωνής, υπήρξε εξέλιξη στα συστήματα δεύτερης γενιάς δέκα χρόνια αργότερα, τα οποία προσέφεραν εκτός από μεταφορά φωνής και μεταφορά δεδομένων με χαμηλές ταχύτητες. Από εκεί έχουμε την εξέλιξη σε συστήματα τρίτης γενιάς το 2002 τα οποία στοχεύουν στην υποστήριξη μιας μεγάλης ποικιλίας ευρυζωνικών εφαρμογών και υπηρεσιών. Βλέπουμε πως η τάση και οι ανάγκες οδηγούν σε δίκτυα που προσφέρουν κάθε φορά μεγαλύτερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων. Παρόλο που τα δίκτυα τρίτης γενιάς υποστηρίζουν το πρωτόκολλο IP και την κινητικότητα, έχουν όμως το μειονέκτημα της ύπαρξης διαφορετικών προτύπων. Έτσι δημιουργήθηκε η ανάγκη για τη δημιουργία των συστημάτων τέταρτης γενιάς σχεδόν μια δεκαετία αργότερα απ αυτά της τρίτης γενιάς, ώστε να ενοποιηθούν τα διάφορα δίκτυα κινητής και ασύρματης τηλεφωνίας. [1] 4.1 Σχεδιαστικοί στόχοι για τα συστήματα τέταρτης γενιάς Οι στόχοι των συστημάτων τέταρτης γενιάς φαίνονται παρακάτω: Διαλειτουργικότητα: είναι η δυνατότητα περιαγωγής μεταξύ δικτύων διαφορετικών προτύπων. Αυτόματα δημιουργείται ένα πρόβλημα, καθώς θα υπάρχει πρόσβαση σε διαφορετικά ασύρματα δίκτυα μέσω του ίδιου τερματικού. Οι πιθανές λύσεις φαίνονται παρακάτω: Τερματικά πολλαπλού τρόπου λειτουργίας Δίκτυο επικάλυψης Κοινό πρωτόκολλο πρόσβασης. Υποστηριζόμενο εύρος ζώνης και χρόνος ζωής μπαταριών Σταθερό δίκτυο μεταγωγής πακέτων 54

58 Μεταβολή εύρους ζώνης για την ασύρματη πρόσβαση: η διασύνδεση των διαφορετικών δικτύων σε μια κοινή πλατφόρμα θα παρέχει ένα δίκτυο που θα αποτελείται από διαφορετικά επίπεδα τα οποία θα προσφέρουν διαφορετικές ταχύτητες πρόσβασης στους χρήστες ανάλογα με τη γεωγραφική τους θέση. Τα επίπεδα φαίνονται παρακάτω: Επίπεδο διανομής Κυψελικό επίπεδο Επίπεδο «θέρμων σημείων» προσωπικό επίπεδο Σταθερό επίπεδο Προσωπικό επίπεδο. Προηγμένοι σταθμοί βάσης Υψηλότερες ταχύτητες πρόσβασης. Η ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεση συχνότητας (OFDM) προσφέρει υψηλότερες ταχύτητες για τις νέες διασυνδέσεις των τερματικών με το δίκτυο, οπότε καλύπτει τις απαιτήσεις και γι αυτό χρησιμοποιείται στα συστήματα τέταρτης γενιάς. [1] Ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεση συχνότητας Η ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεση συχνότητας είναι μια μορφή διαμόρφωσης σε πολλές διαδρομές, η οποία χωρίζει το προς μετάδοση μήνυμα σε τμήματα. Το διαθέσιμο φάσμα χωρίζεται σε ένα πλήθος καναλιών χαμηλού ρυθμού και γίνεται ταυτόχρονη μεταφορά κάθε τμήματος σε ένα κανάλι χαμηλού ρυθμού. Η εξασθένιση είναι το φαινόμενο που οδηγεί σε λάθη στη μετάδοση, η εξασθένιση εξαρτάται από τη συχνότητα του φέροντος κύματος και η επέκταση καθυστέρησης πρέπει να είναι πολύ μεγάλη για να προκαλέσει σημαντικό πρόβλημα σε ένα κανάλι, επομένως γίνεται φανερή η αντοχή της πολύπλεξης OFDM στην εξασθένιση. Η πολύπλεξη OFDM μοιάζει με την FDMA γιατί και οι δυο χωρίζουν το διαθέσιμο εύρος ζώνης σε υποκανάλια. Οι διαφορές τους είναι ότι η FDMA είναι μια μέθοδος πολλαπλής πρόσβασης και είναι ανεπαρκής από την οπτική γωνία της 55

59 αποδοτικής χρήσης του φάσματος. Επίσης η TDMA είναι και αυτή μη αποδοτική στη χρήση του φάσματος. Επομένως η OFDM προσπαθεί να λύσει αυτό το πρόβλημα μειώνοντας τη σπάταλη φάσματος με τη διαπλοκή των μηνυμάτων σε διάφορα κανάλια, τα οποία απέχουν συχνοτικά σε μικρό βαθμό. Τα κανάλια της OFDM είναι ορθογώνια μεταξύ τους για να μην παρεμβάλετε το ένα στο άλλο. Το γεγονός αυτό εξασφαλίζει ότι παρά το γεγονός ότι τα κανάλια είναι πολύ κοντά στη συχνότητα και τα φάσματά τους επικαλύπτονται, τα μηνύματα σε διαφορετικά κανάλια δεν παρεμποδίζουν το ένα το άλλο. Σε ένα σύστημα OFDM η ανίχνευση εκτελείται στο πεδίο της συχνότητας. Ωστόσο η πραγματική μετάδοση σημάτων εμφανίζεται στο πεδίο του χρόνου. Παρακάτω παρουσιάζονται οι διάφορες καταστάσεις για τη μετάδοση και τη λήψη με OFDM καθώς και το σχήμα: Πομπός (transmitter): μετατροπή από σειριακό σε παράλληλο Πομπός: διαμόρφωση κάθε καναλιού Πομπός: αντίστροφος μετασχηματισμός Fourier (IFT) Πομπός: μετατροπή από ψηφιακό σε αναλογικό (DAC) Δέκτης (receiver). [1] Στην παρακάτω Εικόνα 5 παρουσιάζεται ένα σύστημα ορθογωνικής πολύπλεξης διαίρεσης συχνότητας. Εικόνα 5: Ένα απλό σύστημα ορθογωνικής πολύπλεξης διαίρεσης συχνότητας. [6] 56

60 Υπάρχουν επίσης και κάποιες παραλλαγές της πολύπλεξης OFDM, όπως η κωδικοποιημένη ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεσης συχνότητας COFDM η οποία παρέχει μεγαλύτερη αντοχή στα σφάλματα εξασθένισης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα τμήμα του μηνύματος στο οποίο θα εμφανιστούν ένα ή περισσότερα λάθη bit είναι δυνατό να διορθωθεί με τη μετάδοση κωδικών bit σε κάποιο άλλο κανάλι, στο οποίο μπορεί να μην έχουν συμβεί σφάλματα. Η COFDM χρησιμοποιείται στα περισσότερα συστήματα OFDM. Η ορθογωνική πολύπλεξη διαίρεσης συχνότητας ευρείας ζώνης (WOFDM) είναι μια παραλλαγή της OFDM. Στην WOFDM η απόσταση συχνότητας μεταξύ των καναλιών είναι μεγαλύτερη σε μια προσπάθεια να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα των λαθών συχνότητας μεταξύ πομπού και δέκτη. Το μεγαλύτερο διάστημα εξασφαλίζει ότι ένα τέτοιο λάθος θα έχει αμελητέα επίδραση στην απόδοση του συστήματος καθώς δεν θα επηρεάζει κάποιο γειτονικό κανάλι. Επομένως μια παρέκκλιση στη συχνότητα εκπομπής από τον πομπό θα είναι ανεκτή από το δέκτη. [1] 4.2 Υπηρεσίες και εφαρμογές τέταρτης γενιάς Οι τάσεις των ασύρματων δικτύων με το πέρασμα των χρόνων ήταν οι εξής: Παγκοσμιοποίηση προϊόντων, υπηρεσιών και επιχειρήσεων Συσκευές επικοινωνίας Οι υπηρεσίες γίνονται πιο ανεξάρτητες από την υπάρχουσα υποδομή Ανταλλαγή και υπερχείλιση πληροφοριών Διαφοροποίηση και υπερχείλιση πληροφοριών Διαφοροποίηση τυποποίησης. Γύρω στη αρχές του 2010 εμφανίστηκαν τα συστήματα τέταρτης γενιάς ως εξέλιξη αυτών της τρίτης γενιάς. Κάποιες ενδεικτικές υπηρεσίες των συστημάτων τέταρτης γενιάς φαίνονται παρακάτω: Τηλεπαρουσία Πρόσβαση σε πληροφορίες Επικοινωνία μεταξύ μηχανών Ευφυείς αγορές 57

61 Ασφάλεια Υπηρεσίες βασισμένες στη γεωγραφική θέση. Τα προβλήματα που έπρεπε να επιλυθούν ήταν η ανάπτυξη αποδοτικότερων τεχνικών διαμόρφωσης, ο προσδιορισμός νέων τμημάτων φάσματος, και οι εξελίξεις στην τεχνολογία των μπαταριών οι οποίες μελετήθηκαν και στα συστήματα δεύτερης γενιάς αλλά και στα τρίτης γενιάς. Ένα άλλο πρόβλημα ήταν η αποδοχή της εξέλιξης των τηλεπικοινωνιών από τους χρήστες και την κοινωνία. Κάποια σενάρια για τα συστήματα τέταρτης γενιάς αναφέρονται παρακάτω. [1] Σενάριο 1: Σημαντική αποδοχή των τηλεπικοινωνιών Μεγάλος ρυθμός ανάπτυξης των τηλεπικοινωνιών Διαφανής πρόσβαση στο δίκτυο Σημαντική θέση των εταιρειών κατασκευής τηλεπικοινωνιακών προϊόντων στην αγορά Μεγάλο πλήθος de-facto προϊόντων Συσκευές με υλικό γενικού σκοπού θα εκτελούν λογισμικό που θα υλοποιεί εξιδανικευμένες υπηρεσίες Αυτορυθμιζόμενα συστήματα. Σύμφωνα με αυτό το σενάριο, οι τηλεπικοινωνίες έπρεπε να επιτύχουν βαθιά διείσδυση στην αγορά και να γίνουν ουσιαστικό μέρος της καθημερινής ζωής των πολιτών, κάτι το οποίο επετεύχθη και το βλέπουμε και στην καθημερινότητά μας. Υπάρχει αυξημένος βιομηχανικός ανταγωνισμός, μειωμένο κόστος κατασκευής προϊόντων και προσφοράς υπηρεσιών. Το μειωμένο κόστος επιτρέπει σχεδόν σε κάθε πολίτη να έχει εύκολη πρόσβαση στις διάφορες υπηρεσίες Σενάριο 2: Μεγάλος Αδελφός Η προστασία των προσωπικών δεδομένων αποτελεί πρώτη προτεραιότητα Η προστασία των δεδομένων θα εξασφαλίζεται από κυβερνητικές οργανώσεις Περιορισμένη τηλεπικοινωνιακή αγορά Χαμηλός ρυθμός ανάπτυξης των τηλεπικοινωνιών Μικρό πλήθος εταιρειών παροχής υπηρεσιών. 58

62 Εάν είναι εγγυημένο ένα υψηλό επίπεδο ασφάλειας, ο κάθε χρήστης και η κοινωνία δεν θα είναι απρόθυμη να χρησιμοποιήσει τις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες. Έτσι δεν θα υπάρχει ο φόβος υποκλοπής πληροφοριών μέσω διαδικτύου με οποιονδήποτε τρόπο και αυτό θα βοηθήσει στην εξέλιξη των τηλεπικοινωνιών. Για να εξασφαλιστεί όλη αυτή η ασφάλεια οι κυβερνήσεις έχουν δημιουργήσει ομάδες και οργανισμούς που είναι υπεύθυνοι για την πιστοποίηση των εταιρειών παροχής τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών Σενάριο 3: Υπολογιστές τσέπης Κοινωνικές και πολιτικές διαφορές Διαφοροποιημένες κατηγορίες υπηρεσιών και χρέωσης Οι φορείς παροχής εξειδικευμένων υπηρεσιών θα προσφέρουν και εξειδικευμένο εξοπλισμό. Αυτό το σενάριο προβλέπει έναν κόσμο στον οποίο η τεχνολογική ανάπτυξη θα είναι γρήγορη αλλά η βάση των πελατών θα διαιρείται σε δυο τμήματα εξαιτίας οικονομικών και κοινωνικών παραγόντων, κάτι που όντως ισχύει στις μέρες μας. Το πρώτο τμήμα περιλαμβάνει εκείνους που έχουν την οικονομική δυνατότητα να συμβαδίζουν με τις τεχνολογικές εξελίξεις και το δεύτερο εκείνους που δεν έχουν την δυνατότητα. Βέβαια θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν υπηρεσίες βασισμένες στα συστήματα δεύτερης και τρίτης γενιάς αλλά κάτι τέτοιο είναι αδύνατο καθώς οι τεχνολογικές εξελίξεις είναι πολλές. [1] 59

63 5 Συστήματα 5 ης γενιάς (5G) 5.1 Γενικά για την 5 η γενιά Σήμερα τα 3G κινητά συστήματα βρίσκονται σε χρήση παρέχοντας σύνδεση IP με υπηρεσίες σε πραγματικό και μη πραγματικό χρόνο. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν πολλές ασύρματες τεχνολογίες που έχουν αποδειχθεί να είναι σημαντικές, όπως είναι τα Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα (WLAN) και τα ασύρματα δίκτυα για την ψηφιακή τηλεόραση και ραδιοφωνική μετάδοση. Κατόπιν, οι έννοιες του 4G έχουν ήδη συζητηθεί πολύ και είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα περιλαμβάνουν διάφορα πρότυπα στο πλαίσιο μιας κοινής αιγίδας παρόμοια με αυτά των 3G, αλλά με τα IEEE 802.xx ασύρματα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας να περιλαμβάνονται από την αρχή. Πλέον οδηγούμαστε στα 5ης γενιάς δίκτυα κινητής τηλεφωνίας ή 5η γενιά ασύρματων συστημάτων (5G), όπου θεωρείται ως το επίπεδο τελειότητας της ασύρματης επικοινωνίας στην κινητή τεχνολογία. Το καλώδιο δικτύου είναι πλέον η μνήμη του παρελθόντος. Τα κινητά δεν είναι μόνο ένα εργαλείο επικοινωνίας, αλλά εξυπηρετούν και πολλούς άλλους σκοπούς. Όλες οι προηγούμενες ασύρματες τεχνολογίες είναι «διασκεδαστικές» όσον αφορά την ευκολία της κοινής χρήσης τηλεφώνου και δεδομένων, αλλά το 5G φέρνει μια νέα επαφή ώστε να καταστεί η πραγματική ζωή, κινητή ζωή. Το νέο δίκτυο 5G αναμένεται να βελτιώσει τις υπηρεσίες και εφαρμογές που προσφέρονται από αυτό. Η τεχνολογία αυτή θεωρεί τον χρήστη ως επίκεντρο, σε αντίθεση με τα 3G που έχουν τον χειριστή ως επίκεντρο ή τα 4G που έχουν την υπηρεσία. [7] Οι έρευνες έχουν ήδη ξεκινήσει (8 Οκτωβρίου 2012) από το Κέντρο Έρευνας Επικοινωνιακών Συστημάτων του πανεπιστήμιου του Surrey, που έχει εξασφαλίσει 35 εκατομμύρια λίρες για τον σκοπό αυτό, με κοινή χρηματοδότηση μεταξύ της βρετανικής κυβέρνησης και μιας κοινοπραξίας σημαντικών διεθνών φορέων εκμετάλλευσης κινητής τηλεφωνίας και παρόχων -συμπεριλαμβανομένων Samsung, Telefonica Europe, Fujitsu Laboratories Europe- όπου θα προσφερθούν εγκαταστάσεις 60

64 δοκιμών στις εταιρείες κινητής τηλεφωνίας που επιθυμούν να αναπτύξουν ένα πρότυπο κινητής τηλεφωνίας που χρησιμοποιεί λιγότερη ενέργεια και ραδιοφάσμα, ενώ παράλληλα παρέχει ταχύτερη από τις σημερινές ταχύτητες 4G, με φιλοδοξία η νέα τεχνολογία να είναι έτοιμη μέσα σε μια δεκαετία. Η 5G κινητή τεχνολογία έχει αλλάξει τα μέσα που χρησιμοποιούν τα κινητά τηλέφωνα σε πολύ υψηλό εύρος ζώνης. Ο χρήστης ποτέ δεν γνώρισε ένα τέτοιο μέσο υψηλής τεχνολογικής αξίας. Σήμερα οι χρήστες κινητών έχουν άγνοια όσον αφορά την τεχνολογία του κινητού τους τηλεφώνου. Οι 5G τεχνολογίες περιλαμβάνουν όλα τα είδη των προηγμένων χαρακτηριστικών που την κάνουν πιο ισχυρή και με μεγάλη ζήτηση στο εγγύς μέλλον. Στα 5G ο χρήστης της κινητής είναι στην κορυφή όλων. Τα τερματικά 5G θα έχουν ραδιοεπικοινωνίες μέσω λογισμικού, το σύστημα διαμόρφωσης καθώς και νέα συστήματα ελέγχου σφαλμάτων όπου ο οποιοσδήποτε θα μπορεί να το κατεβάσει από το Διαδίκτυο στο πόδι. Τα τερματικά θα έχουν πρόσβαση σε διαφορετικές ασύρματες τεχνολογίες ταυτόχρονα και το τερματικό θα πρέπει να είναι σε θέση να συνδυάζει διαφορετικές ροές από διαφορετικές τεχνολογίες. Κάθε δίκτυο θα είναι υπεύθυνο για τη διαχείριση της κινητικότητας των χρηστών, ενώ ο τερματικός σταθμός θα κάνει την τελική επιλογή μεταξύ των διαφόρων ασύρματων / κινητών παροχών πρόσβασης στο δίκτυο για μια συγκεκριμένη υπηρεσία. Η παραπάνω τεχνολογία πρόκειται να είναι μια νέα επανάσταση στην αγορά κινητής τηλεφωνίας. Μέσω της τεχνολογίας 5G, τώρα ο καθένας θα είναι σε θέση να χρησιμοποιεί σε όλο τον κόσμο τα κινητά τηλέφωνα και μάλιστα η τεχνολογία αυτή θα μπορεί να επιτευχθεί και στην αγορά κινητής τηλεφωνίας στην Κίνα όπου ένας χρήστης θα είναι ικανός να αποκτήσει πρόσβαση σε τηλέφωνο στη Γερμανία ως τοπικό τηλέφωνο. Πρόκειται για μία τεχνολογία που έχει εξαιρετικές δυνατότητες στα δεδομένα και έχει την ικανότητα να συνδέσει μαζί απεριόριστο όγκο κλήσεων και άπειρα δεδομένα να μεταδίδονται στο πιο πρόσφατο κινητό λειτουργικό σύστημα. Η 5G τεχνολογία έχει ένα λαμπρό μέλλον γιατί μπορεί να διαχειριστεί καλύτερα τις τεχνολογίες και να προσφέρει ανεκτίμητη ακουστική στους πελάτες της. Μπορεί να είναι στο μέλλον η τεχνολογία που θα αναλάβει την παγκόσμια αγορά. Η τρέχουσα τάση της 5G τεχνολογίας έχει ένα λαμπρό μέλλον. [7] 61

65 5.2 Χαρακτηριστικά της 5 ης γενιάς Τα χαρακτηριστικά της 5G τεχνολογίας είναι τα παρακάτω: προσφέρει υψηλή ανάλυση στο χρήστη κινητού τηλεφώνου και αμφίδρομη μεγάλου εύρους ζώνης διαμόρφωσης οι προηγμένες διεπαφές χρέωσης το καθιστούν πιο ελκυστικό και αποτελεσματικό παρέχει επίσης εργαλεία εποπτείας του συνδρομητή για γρήγορη δράση οι υψηλής ποιότητας υπηρεσίες με βάση την πολιτική βοηθούν στην αποφυγή σφαλμάτων παρέχει μεγάλη μετάδοση των δεδομένων σε Gigabit που υποστηρίζουν σχεδόν συνδέσεις προσφέρει μεταφορά τάξης πύλης εισόδου με απαράμιλλη συνέπεια οι στατιστικές κυκλοφορίας την καθιστούν με μεγαλύτερη ακρίβεια μέσω της απομακρυσμένης διαχείρισης που προσφέρεται, ο χρήστης μπορεί να πάρει την γρήγορη και καλύτερη λύση προσφέρει απομακρυσμένη διάγνωση παρέχει έως και 25 Mbps ταχύτητα σύνδεσης υποστηρίζει επίσης εικονικό ιδιωτικό δίκτυο λαμβάνει όλες τις υπηρεσίες παράδοσης από επιχειρηματική προοπτική η ταχύτητα upload και download αγγίζει την κορυφή τέλος προσφέρει βελτιωμένη συνδεσιμότητα και διατίθεται απλώς στον κόσμο. Συνοψίζοντας μπορούμε να πούμε ότι με την τεχνολογία 5G οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα δεν θα είναι ξεχωριστά πράγματα. Ένα μικρότερο κινητό είναι ίσο με ένα φορητό υπολογιστή. Ο τρόπος που θα διευκολύνει το χρήστη με φωτογραφικές μηχανές, παιχνίδια, βίντεο, μουσική, συσκευές εγγραφής/αναπαραγωγής είναι πραγματικά αξιοσημείωτη. Τα ποσοστά της κλήσης δεν θα είναι διαφορετικά από περιοχή σε περιοχή. Όλη η περιαγωγή θα πρέπει να εξαιρεθεί από τα προγράμματα συμβολαίου. Δεν είναι πολύ μακριά η εποχή που θα βλέπουμε τα «παγκόσμια» κινητά τηλέφωνα σε όλο τον κόσμο. Ένας χρήστης θα μπορεί να μετακινηθεί οπουδήποτε στον κόσμο, έχοντας μόνο το 5G δίκτυο κινητής τηλεφωνίας. [7] 62

66 6 Εξομοίωση σεναρίου LTE. Αποτελέσματα εξομοίωσης. Παρατηρήσεις - Συγκρίσεις - Συμπεράσματα. Το σύστημα μας βρίσκεται μέσα σε ένα μικρό γραφείο, στο οποίο υπάρχουν άνθρωποι. Αποτελείται από έναν πομπό (σταθμό βάσης) και έναν δέκτη (κινητό). Ο πομπός (Transmitter) αποτελείται από: έναν CRC διαχωριστή (CRC Segmentation) έναν κωδικοποιητή (Turbo Encode) έναν ρυθμιστή (Rate Matching) ένα σύστημα κρυπτογράφησης (Concatenation Scrambling) έναν προ-κωδικοποιητή διαμόρφωσης (Modulation Pre-coding) χαρτογράφηση (RE Mapping) τον αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier (IFFT) και την ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (OFDM). 63

67 Ο δέκτης (Receiver) αποτελείται από: έναν συγχρονιστή (Synchronization) τον μετασχηματισμό Fourier (FFT) έναν εκτιμητή καναλιού (Channel Estimate) αποχαρτογράφηση (RE Demapping Deprocoding) έναν αποδιαμορφωτή αποπεριπλέξεως (Demodulation Descrambling) αποκωδικοποιητή (Turbo Decode) και από την επανασύνθεση (Desgementation). Στα παρακάτω παραδείγματα εξετάζουμε τις διαφορές που έχουμε στο σύστημα και στις κυματομορφές όταν χρησιμοποιούμε uplink (PUSCH) ή downlink (PDSCH). Επιπλέον αλλάζουμε τη διαμόρφωση σε QPSK, 16QAM ή 64QAM και τον αριθμό των επαναλήψεων σε 1, 5 ή

68 I. Εικόνα 6: Pusch - modulation order: QPSK - Iteration = 1 [8] 65

69 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 παρατηρούμε ότι τέμνει την κυματομορφή του BER-Theory, στην τιμή 6,7 db του άξονα SNR (Eb/No). [8] 66

70 II. Εικόνα 7: Pusch - modulation order: QPSK - Iteration = 5 [8] 67

71 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 6,7 db Και του BER-211 στην τιμή 11,2 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 11,2 6,7 = 4,5 db [8] 68

72 III. Εικόνα 8: Pusch - modulation order: QPSK - Iteration = 12 [8] 69

73 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 παρατηρούμε ότι τέμνει την κυματομορφή του BER-Theory στην τιμή 6,7 db του άξονα SNR (Eb/No). [8] 70

74 IV. Εικόνα 9: Pusch - modulation order: 16QAM - Iteration = 1 [8] 71

75 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,5 db Και το BER-212 στην τιμή 6,8 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,5 6,8 = 3,7 db [8] 72

76 V. Εικόνα 10: Pusch - modulation order: 16QAM - Iteration = 5 [8] 73

77 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,4 db Και το BER-212 στην τιμή 6,8 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,4 6,8 = 3,6 db [8] 74

78 VI. Εικόνα 11: Pusch - modulation order: 16QAM - Iteration = 12 [8] 75

79 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,4 db Και το BER-212 στην τιμή 7,9 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,4 7,9 = 2,5 db [8] 76

80 VII. Εικόνα 12: Pusch - modulation order: 64QAM - Iteration = 1 [8] 77

81 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,9 db BER-212 στην τιμή 7,8 db Και το BER-211 στην τιμή 11,7 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 11,7 7,8 = 3,9 db και 7,8 4,9 = 2,9 db Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 3,9 db. [8] 78

82 VIII. Εικόνα 13: Pusch - modulation order: 64QAM - Iteration = 5 [8] 79

83 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,9 db BER-212 στην τιμή 7,8 db Και το BER-211 στην τιμή 12 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 12 7,8 = 4,2 db και 7,8 4,9 = 2,9 db. Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 4,2 db. [8] 80

84 IX. Εικόνα 14: Pusch - modulation order: 64QAM - Iteration = 12 [8] 81

85 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,8 db BER-212 στην τιμή 7,7 db Και το BER-211 στην τιμή 12 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 12 7,7 = 4,3 db και 7,7 4,8 = 2,9 db. Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 4,3 db. [8] 82

86 X. Εικόνα 15: PDSCH - modulation order: QPSK - Iteration = 1 [8] 83

87 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 παρατηρούμε ότι τέμνει την κυματομορφή του BER-Theory στην τιμή 6,7 db του άξονα SNR (Eb/No). [8] 84

88 XI. Εικόνα 16: PDSCH - modulation order: QPSK - Iteration = 5 [8] 85

89 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 6,7 db Και το BER-211 στην τιμή 11,8 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 11,8 6,7 = 5,1 db. [8] 86

90 XII. Εικόνα 17: PDSCH - modulation order: QPSK - Iteration = 12 [8] 87

91 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 παρατηρούμε ότι τέμνει την κυματομορφή του BER-Theory στην τιμή 6,7 db του άξονα SNR (Eb/No). [8] 88

92 XIII. Εικόνα 18: PDSCH - modulation order: 16QAM - Iteration = 1 [8] 89

93 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,5 db Και το BER-212 στην τιμή 7,4 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,5 7,4 = 3,1 db. [8] 90

94 XIV. Εικόνα 19: PDSCH - modulation order: 16QAM - Iteration = 5 [8] 91

95 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-3 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,5 db Και το BER-212 στην τιμή 6,8 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,5 6,8 = 3,7 db. [8] 92

96 XV. Εικόνα 20: PDSCH - modulation order: 16QAM - Iteration = 12 [8] 93

97 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 10,5 db Και το BER-212 στην τιμή 6,7 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 10,5 6,7 = 3,8 db. [8] 94

98 XVI. Εικόνα 21: PDSCH - modulation order: 64QAM - Iteration = 1 [8] 95

99 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,9 db BER-212 στην τιμή 7,8 db Και το BER-211 στην τιμή 11,8 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 11,8 7,8 = 4 db και 7,8 4,9 = 2,9 db. Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 4 db. [8] 96

100 XVII. Εικόνα 22: PDSCH - modulation order: 64QAM - Iteration = 5 [8] 97

101 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,8 db BER-212 στην τιμή 7,8 db Και το BER-211 στην τιμή 12 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 12 7,8 = 4,2 db και 7,8 4,8 = 3 db. Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 4,2 db. [8] 98

102 XVIII. Εικόνα 23: PDSCH - modulation order: 64QAM - Iteration = 12 [8] 99

103 Τραβώντας γραμμή από τον άξονα BER στην τιμή 10-1 κυματομορφή: παρατηρούμε ότι τέμνει την Του BER-Theory στην τιμή 4,8 db BER-212 στην τιμή 7,8 db Και το BER-211 στην τιμή 11,7 db του άξονα SNR (Eb/No). Έχουμε κέρδος: 11,7 7,8 = 3,9 db και 7,8 4,8 = 3 db. Το προτιμώμενο κέρδος είναι στα 3,9 db. [8] 100