Mobile Telecoms-I Dr. Konstantinos E. Psannis

Transcript

1 Mobile Telecoms-I Dr. Konstantinos E. Psannis, University of Macedonia, Greece JAPAN-EU Laboratory: Visiting Research Scientist Department of Scientific and Engineering Simulation, Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology, Japan (EN)

2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 2 Πηγές: J. Proakis και M. Salehi, Συστήματα Τηλεπικοινωνιών, 1η έκδοση, Ειδικός Λογαριασμός Κονδυλίων Έρευνας Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, 2003, ISBN: X. Μετάφραση από το Αγγλικό πρωτότυπο (Communicaon Systems Engineering). J. Proakis και Μ. Salehi, Digital Communications, 5η έκδοση, Εκδόσεις McGraw-Hill-Επίκεντρο Α.Ε, 2008, ISBN: Θεολόγου, Μιχαήλ Ε, Δίκτυα κινητών και προσωπικών υπολογιστών, Τζιόλα(2008) Vijay K. Garg, WIRELESS COMMUNICATIONS AND NETWORKING, 2007 by Elsevier Inc H. Taub-D. Schilling, Αρχές Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων, Σελίδες: 930m 3 η βελτιωμένη ελληνική έκδοση, εκδόσεις Τζίολα S. Haykin και M. Moher, Συστήματα Επικοινωνίας, 5η έκδοση, Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2010, ISBN: Μετάφραση από το Αγγλικό πρωτότυπο (Communication Systems). Α. Κανάτας, Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες, 1η έκδοση, Α. Κανάτας, 2009, ISBN: M. Rice, Ψηφιακές Επικοινωνίες, μία προσέγγιση Διακριτού Χρόνου, 1η έκδοση, Εκδόσεις A. Τζιόλας & Yιοι, Α.Ε., 2009, ISBN: Μετάφραση από το Αγγλικό πρωτότυπο (Digital Communica ons: A Discrete-Time Approach). Π. Γ. Κωττής, Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες, 1η έκδοση, Εκδόσεις A. Τζιόλας & Yιοι, Α.Ε., 2011, ISBN: Κ. M.Shanmugam, Digital and Analog Communicaon Systems, JohnWiley&Sons,1979 Jean Walrand, Δίκτυα Επικοινωνιών, Εκδόσεις Παπασωτηρίου. Α.Αλεξόπουλος - Γ. Λαγογιάννης, Τηλεπικοινωνίες και Δίκτυα Υπολογιστών, 6η έκδοση, Εκδόσεις Γιαλός. Nevio Benvenuto, Algorithms for communications systems and their applications, Wiley 2002 Ferrel G. Stemler and Addison Wesley Introduction to Communications Systems William Stallings, Επικοινωνίες Υπολογιστών και Δεδομένων, 6η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα. P.H. Young, Electronic Communication Techniques, Prentice Hall, 1998 Γ.Διακονικολάου, Η.Μπούρας, Α.Αγιακάτσικα, Επιχειρησιακή Διαδικτύωση, Εκδόσεις Κλειδάριθμος

3 Telecoms Με τον γενικό όρο τηλεπικοινωνίες, (telecommunications), χαρακτηρίζεται η κάθε μορφής ενσύρματη ή ασύρματη, ηλεκτρομαγνητική, ηλεκτρική, κ.λπ., ακουστική και οπτική επικοινωνία που πραγματοποιείται ανεξαρτήτως απόστασης. 3

4 4 Σταθερές επικοινωνίες

5 5 Σταθερές επικοινωνίες

6 6 επικοινωνίες.

7 7 Προσωπικές επικοινωνίες

8 8 Κινητές και προσωπικές επικοινωνίες

9 9 Κινητές και προσωπικές επικοινωνίες

10 10 Κινητές και προσωπικές επικοινωνίες

11 11 Κινητικότητα

12 12 Φορητότητα υπηρεσιών

13 13 Παγκόσμια κινητικότητα

14 14 Παγκόσμια κινητικότητα

15 15 Ασύρματα συστήματα κινητών και προσωπικών επικοινωνιών

16 16 Ασύρματα συστήματα κινητών και προσωπικών επικοινωνιών

17 17 Ασύρματη πρόσβαση σε μεγάλα δίκτυα

18 18 Ασύρματη πρόσβαση σε μεγάλα δίκτυα

19 19 Ασύρματη πρόσβαση σε μεγάλα δίκτυα

20 20 Ασύρματη πρόσβαση σε μεγάλα δίκτυα

21 21 Κυψελωτά δίκτυα κινητών επικοινωνιών

22 22 Κυψελωτά δίκτυα κινητών επικοινωνιών

23 23 Κυψελωτά δίκτυα κινητών επικοινωνιών

24 24 Κυψελωτά δίκτυα κινητών επικοινωνιών

25 25 Ασύρματα τοπικά δίκτυα

26 26 Ασύρματα τοπικά δίκτυα

27 27 Ασύρματα τοπικά δίκτυα

28 28 Θέματα σχεδίασης ασύρματων συστημάτων κινητών επικοινωνιών

29 29 Επίδραση της κινητικότητας στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

30 30 Επίδραση της κινητικότητας στα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

31 31 Γενικές τάσεις στην εξέλιξη των δικτύων επικοινωνιών

32 32 Μετατόπιση προς τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών

33 33 Αύξηση της κίνησης δεδομένων

34 34 Πρόβλεψη για το mobile Internet

35 35 Χρησιμοποιούμενες υπηρεσίες στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών

36 36 Προβλέψεις

37 37 Εξέλιξη των εφαρμογών προς 4G

38 38 Εξέλιξη των συστημάτων κινητών επικοινωνιών

39 39 Εξέλιξη των ψηφιακών συστημάτων κινητών επικοινωνιών

40 40 Χαρακτηριστικά του 4G

41 41 4G: θέματα προς αντιμετώπιση

42 42 Αρχιτεκτονική

43 43 Το ασύρματο περιβάλλον στις κινητές επικοινωνίες

44 44 Γενικές αρχές για τη διάδοση

45 45 Γενικές αρχές για τη διάδοση

46 46 Γενικές αρχές για τη διάδοση

47 47 Γενικές αρχές για τη διάδοση

48 48 Γενικές αρχές για τη διάδοση

49 49 Γενικές αρχές για τη διάδοση

50 50 Απώλειες διαδρομής

51 51 Απώλειες διαδρομής

52 52 Απώλειες διαδρομής

53 53 Σχετική στάθμη ισχύος

54 54 Σχετική στάθμη ισχύος ως προς στάθμη αναφοράς

55 55 Σχετική στάθμη ισχύος ως προς στάθμη αναφοράς

56 56 Απώλειες διαδρομής

57 57 Απώλειες διαδρομής

58 58 Απώλειες διαδρομής

59 59 Απώλειες διαδρομής

60 60 Απώλειες διαδρομής

61 61 Μοντέλο OKUMURA-HATA

62 62 Μοντέλο OKUMURA-HATA (σε όχι αστικό περιβάλλον)

63 63 Μοντέλο OKUMURA-HATA (σε όχι αστικό περιβάλλον)

64 64 Άλλα μοντέλα??

65 65 Μοντέλο OKUMURA-HATA (σε αστικό περιβάλλον πόλης)

66 Συστήματα τέταρτης γενιάς 1. Η εμφάνιση νέων τεχνολογιών στα συστήματα κινητών επικοινωνιών, καθώς και η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση οδήγησε στα συστήματα κινητών επικοινωνιών τέταρτης γενιάς (4G). 2. Τα συστήματα 4G αυξάνουν την ικανότητα εξυπηρέτησης πολλαπλών υπηρεσιών ενσωματώνοντας όλες τις ασύρματες τεχνολογίες που υπάρχουν (π.χ. το GSM, το GPRS, το IMT-2000, το Wi-Fi, το Bluetooth) σε μία «all-ip» πλατφόρμα. 3. Η μετάβαση στο «all-ip» γίνεται προκειμένου να υπάρχει μία κοινή πλατφόρμα για όλες τις τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί μέχρι τώρα με αποτέλεσμα ο χρήστης να έχει την ελευθερία και την ευελιξία να επιλέξει οποιαδήποτε υπηρεσία επιθυμεί με λογική ποιότητα υπηρεσίας και σε προσιτή τιμή, οποτεδήποτε και οπουδήποτε Οι υπηρεσίες 4G ξεκίνησαν το 2010, αλλά αναμένεται να γίνουν ευρέως διαδεδομένες περίπου το

67 67 Συστήματα τέταρτης γενιάς

68 68 Συστήματα τέταρτης γενιάς

69 69 Συστήματα τέταρτης γενιάς

70 Συστήματα τέταρτης γενιάς Τρέχουσες συμφωνίες σχετικά με τις απαιτήσεις 70

71 71 Συστήματα τέταρτης γενιάς

72 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4G LTE (-Α) 1. Τα συστήματα LTE έχουν ξεκινήσει να υιοθετούνται σε όλο τον κόσμο ως η κύρια τεχνολογία κινητής επικοινωνίας. Ειδικότερα η έκδοση 10 του LTE ήταν η πρώτη που κάλυπτε τις απαιτήσεις IMT-Advanced ώστε να θεωρηθεί τέταρτης γενιάς και για το λόγο αυτό ονομάστηκε LTE-Advanced (ή LTE-A). 2. Το LTE-A είναι πιθανόν το πιο σύνθετο σύστημα κινητών τηλεπικοινωνιών που αναπτύχθηκε ποτέ. Ενσωματώνει χαρακτηριστικά που θα ήταν οικονομικά πολύ δύσκολο να εφαρμοστούν μέχρι πριν από μια δεκαετία. Σήμερα, με την πρόοδο της τεχνολογίας τα χαρακτηριστικά του LTE-A μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν στους σταθμούς βάσης και τις κινητές συσκευές Υπεύθυνος για τον καθορισμό των προδιαγραφών για το LTE-Α είναι αποκλειστικά ο οργανισμός 3GPP. Ο οργανισμός αυτός παράγει προδιαγραφές όχι μόνο για το LTE αλλά και για κινητά δίκτυα δεύτερης και τρίτης γενιάς, εξυπηρετώντας περισσότερες από 5 δισεκατομμύρια συνδέσεις.

73 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4G LTE (-Α) Η διαδικασία προτυποποίησης είναι συνεχής διαδικασία, εξελίσσοντας αδιάκοπα τα υφιστάμενα πρότυπα ώστε να καλύψουν νέες ανάγκες για υπηρεσίες και χαρακτηριστικά. Τα στάδια της διαδικασίας, σύμφωνα και με την Εικόνα, αποτελούνται από: 1. τον αρχικό καθορισμό των απαιτήσεων, 2. την αρχιτεκτονική, όπου αποφασίζονται οι δομικές μονάδες και οι διεπαφές, 3. το λεπτομερή καθορισμό των προδιαγραφών, και τέλος 4. τη δοκιμαστική περίοδο και επικύρωση 73

74 74 Κύριες προδιαγραφές

75 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4G LTE (-Α): Τεχνολογία πολλαπλής πρόσβασης 1. Το LTE χρησιμοποιεί την τεχνολογία OFDM για το downlink. 2. Αυτό σημαίνει πως ο σταθμός βάσης μεταδίδει δεδομένα στο τερματικό μέσω πολλαπλών φορέων μικρού εύρους, αντί της μεταφοράς μέσω ενός μοναδικού σήματος που καλύπτει το σύνολο του εύρους ζώνης. 3. Οι φορείς αυτοί ονομάζονται υποφέρουσες (subcarriers) και είναι ορθογώνιοι μεταξύ τους, ούτως ώστε είτε ξεχωριστά είτε ως γκρουπ να μεταφέρουν ανεξάρτητες ροές δεδομένων 75

76 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4G LTE (-Α): Μεταδόσεις MIMO 1. Η ασύρματη μετάδοση παρουσιάζει απώλειες στην ποιότητα του σήματος λόγω των διαλείψεων που δημιουργούνται από την πολυδιόδευση (multipath) του μέσου διάδοσης και των παρεμβολών από άλλους χρήστες. 2. Μια ακόμη τεχνολογία που υπόσχεται ακόμη μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων, αυξημένη κάλυψη δικτύου και χωρητικότητα στο LTE-A είναι γνωστή ως Multiple Input Multiple Output (ή πιο απλά MIMO). 3. H τεχνολογία MIMO συνίσταται στην ύπαρξη πολλαπλών κεραιών (κεραιοσυστημάτων) τόσο στον πομπό-σταθμό βάσης όσο και στο δέκτησυσκευή του χρήστη. 4. Για την περίπτωση του LTE, σε πρώτη φάση η ύπαρξη MIMO κεραισυστημάτων 2x2 (δύο κεραίες στο σταθμό βάσης και δύο κεραίες στη συσκευή του χρήστη) θεωρείται απαραίτητο στοιχείο για την επίτευξη υψηλής απόδοσης. Σε μεταγενέστερη φάση ανάπτυξης είναι δυνατόν να γίνει χρήση συστημάτων MIMO 4x4, ακόμα και 8x8 76

77 77 Η περίπτωση Single Input Single Output (SISO)

78 78 H περίπτωση Multiple Input Single Output (MISO)

79 79 Η περίπτωση Multiple Input Multiple Output (MIMO)

80 80 Toward----4G

81 and Discussion Ευχαριστώ Ώρες Γραφείου (202): ΔΕΥΤΕΡΑ - ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ kpsannis@uom.gr kpsannis@gmail.com ΤΗΛ: Dr. Konstantinos E. Psannis, University of Macedonia, Greece Visiting Research Scientist Department of Scientific and Engineering Simulation, Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology, Japan (EN) 81