Κινητές Επικοινωνίες

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Κινητές Επικοινωνίες Ενότητα 3: Τεχνικές Ασύρματης Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access) Σαββαΐδης Στυλιανός Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Τεχνικές Ασύρματης Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access) 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης Πολλαπλή Πρόσβαση Χώρου (SDMA) Πολλαπλή Πρόσβαση Συχνότητας (FDMA) Πολλαπλή Πρόσβαση Χρόνου (TDMA)-1/2 Πολλαπλή Πρόσβαση Χρόνου (TDMA)-2/2 Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα (CDMA)-1/2 Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα (CDMA)-2/2 5

6 Τεχνικές Ασύρματης Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access)

7 Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης Η ταυτόχρονη πρόσβαση περισσότερων του ενός συνδρομητών μπορεί να διασφαλιστεί μόνο με τη χρήση τεχνικών που θα δημιουργούν διακριτά φυσικά κανάλια για κάθε ένα χρήστη πάνω από το ασύρματο φυσικό μέσο μετάδοσης. Οι βασικές τεχνικές με τις οποίες επιτυγχάνεται η πολλαπλή πρόσβαση πάνω από το ίδιο φυσικό μέσο, είναι οι ακόλουθες: Η Πολλαπλή Πρόσβαση Χώρου (SDMA, Space Division Multiple Access) Η Πολλαπλή Πρόσβαση Συχνότητας (FDMA, Frequency Division Multiple Access) Η Πολλαπλή Πρόσβαση Χρόνου (TDMA, Time Division Multiple Access) Η Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα (CDMA, Code Division Multiple Access) 7

8 Πολλαπλή Πρόσβαση Χώρου (SDMA) Η πολλαπλή πρόσβαση χώρου λειτουργεί απονέμοντας ένα χωροταξικά διακριτό χώρο για κάθε κανάλι. Το πλέον τυπικό σενάριο αυτής της περίπτωσης αφορά στις εφαρμογές ραδιοφωνίας και τηλεόρασης. Στην πράξη η SDMA τεχνική δεν χρησιμοποιείται αυτόνομα αλλά σε συνδυασμό με τις τεχνικές που περιγράφονται στις ενότητες που ακολουθούν (FDMA, TDMA, CDMA) π.χ. δίκτυα κινητών επικοινωνιών. channels k i k 1 c t c t s 1 s 3 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 c f s 2 t f f Πολλαπλή Πρόσβαση χώρου 8

9 Πολλαπλή Πρόσβαση Συχνότητας (FDMA) Η FDMA τεχνική διακρίνει τα διαφορετικά φυσικά κανάλια στο πεδίο των συχνοτήτων. Η απονομή των φυσικών καναλιών/συχνοτήτων στους χρήστες μπορεί να είναι στατική (ραδιοφωνία/τηλεό-ραση) ή δυναμική (κινητή τηλεφωνία). c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f Η πολυπλεξία στο πεδίο των συχνοτήτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την διάκριση μεταξύ των δύο διαφορετικών κατευθύνσεων μεταφοράς δεδομένων σε μία αμφίδρομη σύνδεση (FDD, Frequency Division Duplex). t Πολλαπλή πρόσβαση συχνότητας 9

10 Πολλαπλή Πρόσβαση Χρόνου (TDMA)-1/2 Η πολλαπλή πρόσβαση χρόνου (ΤDMA, Time Division Multiple Access) διακρίνει τα διαφορετικά φυσικά κανάλια στο πεδίο του χρόνου (ΤDM, Frequency Division Multiplexing). c k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 f Η απονομή των φυσικών καναλιών στους χρήστες γίνεται με την απόδοση μια συγκεκριμένης χρονικής σχισμής/ διαστήματος (time slot). t Πολλαπλή πρόσβαση χρόνου 10

11 Πολλαπλή Πρόσβαση Χρόνου (TDMA)-2/2 Η χρήση των χρονοθυρίδων μπορεί να γίνεται με ένα σταθερό σχήμα δηλ. ο κάθε χρήστης να εκπέμπει με μια σταθερή περιοδικότητα και σε διαδοχικά χρονικά διαστήματα οι διαφορετικοί χρήστες. Μια τέτοια προσέγγιση εξασφαλίζει ένα σταθερό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και γι αυτό χαρακτηρίζει τα δίκτυα «φωνής». Αντίθετα, στα δίκτυα δεδομένων που η κίνηση είναι ασύμμετρη και με διακυμάνσεις στον όγκο της μεταφερόμενης πληροφορίας χρησιμοποιούνται πιο πολύπλοκοι αλγόριθμοι (που ομοιάζουν αυτών που χρησιμοποιούνται στα ενσύρματα δίκτυα δεδομένων) που ελέγχουν την πρόσβαση του κάθε χρήστη στο πεδίο του χρόνου. Η πολυπλεξία στο πεδίο του χρόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την διάκριση μεταξύ των δύο διαφορετικών κατευθύνσεων μεταφοράς δεδομένων σε μία αμφίδρομη σύνδεση (ΤDD, Time Division Duplex). 11

12 Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα (CDMA)-1/2 Η πολλαπλή πρόσβαση κώδικα (CDMA, Code Division Multiple Access) διακρίνει τα διαφορετικά φυσικά κανάλια ή/και τους διαφορετικούς χρήστες στο πεδίο των κωδίκων δηλ. η πληροφορία του κάθε χρήστη κωδικοποιείται με διαφορετικούς κώδικες που είναι (σχεδόν) ορθογώνιοι μεταξύ τους. Η ορθογωνιότητα μεταξύ των διαφορετικών κωδικών σημαίνει ότι η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης (autocorrelation) τους είναι υψηλή ενώ η συνάρτηση διασυσχέτισης (crosscorrelation) λαμβάνει χαμηλές ή μηδενικές τιμές. k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 k 6 t Πολλαπλή πρόσβαση κώδικα c f 12

13 Πολλαπλή Πρόσβαση Κώδικα (CDMA)-2/2 Η ανεξαρτησία των κωδίκων και της κωδικοποιημένης πληροφορίας επιτρέπει στον δέκτη να μπορεί να διακρίνει τον κάθε χρήστη εφαρμόζοντας τον κωδικό του χρήστη έστω και αν πολλοί διαφορετικοί χρήστες εκπέμπουν ταυτόχρονα αλλά και στις ίδιες συχνότητες. Ένα φυσικό ανάλογο της λειτουργίας του CDMA είναι το παράδειγμα μιας αίθουσας αεροδρομίου, όπου άνθρωποι διαφορετικών εθνικοτήτων μιλούν ταυτόχρονα σε διαφορετικές γλώσσες. Εάν εισέλθει κάποιος στην αίθουσα μπορεί ανάμεσα στις παράλληλες ομιλίες να αντιληφθεί την ομιλία που διεξάγεται στη γλώσσα του. Η CDMA τεχνική χρησιμοποιείται ήδη στα δίκτυα κυψελωτής τηλεφωνίας 2ης γενιάς των ΗΠΑ καθώς και στα δίκτυα 3ης γενιάς και στα ασύρματα τοπικά δίκτυα

14 Τέλος Ενότητας