Συστήµατα ιάχυτου Φάσµατος (Spread

Transcript

1 Συστήµατα ιάχυτου Φάσµατος (Spread Spectrum) Τεχνικές ιάχυτου Φάσµατος (SS)( Χωρητικότητα Έλεγχος Ισχύος (Power( Control) Μεταποµπές ιαφορική Μετάδοση (Uplink( και downlink) έκτης RAKE Γ.Ι.Στεφάνου 1

2 Τεχνικές ιάχυτου Φάσµατος Οι βασικές τεχνικές διάχυτου φάσµατος είναι: Άµεσης ακολουθίας DS (π.χ.( WCDMA, IS-95) Αναπήδησης συχνότητας FH (π.χ. GSM) Στην τεχνική άµεσης ακολουθίας τα bits του χρήστη κωδικοποιούνται µε µια µοναδική δυαδική ακολουθία (= ). Τα bits του κωδικού καλούνται chips. Ο ρυθµός των chips (W) είναι τυπικά πολύ µεγαλύτερος από των ρυθµό των bit (R). Παράγων διάχυσης SF (#chips/bit) = ρυθµός chips W ρυθµός bit καναλιού R Κέρδος επεξεργασίας (Processing Gain) G = 10 log SF, db Γ.Ι.Στεφάνου 2

3 Παράδειγµα Άµεσης Ακολουθίας Σύµβολο Σύµβολο ιάχυση SF=8 chips/bit Φάσµα x Σύµπτυξη Γ.Ι.Στεφάνου 3

4 Παράδειγµα Άµεσης Ακολουθίας- Συσχετιστής (Correlator) Επιθυµητό σήµα ιάκριση Σήµατος - Παρεµβολής πολ/µού ολοκλήρωσης 8 chips/bit 0 Άλλο σήµα πολ/µού ολοκλήρωσης 0 Γ.Ι.Στεφάνου 4

5 Σύστηµα Tx-Rx Άµεσης Ακολουθίας Εκποµπή (Τx) Λήψη (Rx) Είσοδος δεδοµένων ρυθµού R Κωδικοπ. W καναλιού φέρον CDMA W φέρον Κωδικός Ίδιος µε Τ Χ Αποκωδικ. καναλιού Έξοδος δεδοµένων ρυθµού R Αν ο Tx και ο Rx είναι συγχρονισµένοι και χρησιµοποιούν τον ίδιο κωδικό, τα λαµβανόµενα (στενής ζώνης) δεδοµένα του χρήστη ενισχύονται κατά το κέρδος επεξεργασίας PG=10*log(W/R W/R). Οι λοιπές συνιστώσες ισχύος (λοιποί χρήστες, θόρυβος) που φθάνουν στον δέκτη (=παρεµβολές) δεν έχουν PG. Το PG είναι διαφορετικό για διαφορετικές υπηρεσίες στα δίκτυα 3G (φωνή, www-πλοήγηση πλοήγηση, videophone) λόγω του διαφορετικού ρυθµού R Η κάλυψη και η χωρητικότητα θα διαφέρουν για τις διάφορες υπηρεσίες Γ.Ι.Στεφάνου 5

6 Αριθµητικά Παραδείγµατα N N 0 0 E b + E b + I I 0 0 = = Ps R N W SF = C I W R P N s π.χ WCDMA: chip rate W=3, cps Aν ν απαιτείται (E( b /N 0 ) target =5 db θα έχουµε : Για R=12,2 12,2kbps (φωνή( φωνή) G P =25 db (SF=314,75) τότε για R = 960kbps G P =6 db (SF=4) C/I=-20 db C/I=-1 db Για δοσµένο W το G είναι µεγαλύτερο για υπηρεσίες µικρού R και συνεπώς αυτές αντέχουν σε ισχυρότερη στάθµη παρεµβολής. Γ.Ι.Στεφάνου 6

7 Κωδικοδένδρο Για W=3,84 Mcps R=960 kbps 480 kbps 240 kbps. 15kbps Ⅹ Ⅹ Ⅹ Πλεονέκτηµα: υποστηρίζουν σηµαντικές µεταβολές ρυθµού µε διατήρηση ορθογωνιότητας Ένας µε SF=8 καταναλώνει το 12,5% του διαθεσίµου πλήθους κωδικών 16 6,25% κ.λ.π Μειονέκτηµα : το πλήθος τους περιορίζεται από το µήκος τους Γ.Ι.Στεφάνου 7

8 Γ.Ι.Στεφάνου 8

9 Γ.Ι.Στεφάνου 9

10 Οι χρησιµοποιούµενοι κωδικοί στο WCDMA είναι ψευδοτυχαίες ακολουθίες που κατασκευάζονται µε συνδυασµό δύο άλλων κωδικών : 1. των κωδικών καναλοποίησης που είναι ορθογώνιες ακολουθίες µεταβλητού παράγοντα διάχυσης OVSF-code 2. των κωδικών περίπλεξης (Scrambling) που είναι ειδικοί για κάθε κυψέλη Κώδικες καναλοποίησης ή βραχείς κώδικες (Channelisation( Codes) Το µήκος τους εξαρτάται από τον παράγοντα SF ιακρίνουν τα διαφορετικά κανάλια µιας πηγής εκποµπής Ίδιοι για όλες τις κυψέλες/κινητά χρειάζονται πρόσθετοι κώδικες (scrambling codes) Κώδικες Scrambling Είδη Κωδικών µεγάλου µήκους (π.χ chips για διάρκεια ενός πλαισίου 10 msec) και διατίθενται σε µεγάλο πλήθος Στο Uplink: διαχωρίζουν τα διάφορα κινητά (πηγές) Στο Downlink: διαχωρίζουν διάφορες κυψέλες/τοµείς(πηγές) µικρού µήκους (π.χ. 256 chips για διάρκεια ενός συµβόλου). Προσφέρονται για ταχεία συσχέτιση δύο κωδίκων π.χ. για ανάκτηση κώδικα (code( acquisition) και συγχρονισµό. Ο τελικός κώδικας είναι συνδυασµός των δύο κωδικών Γ.Ι.Στεφάνου 10

11 Αυτοσυσχέτιση: : µετρά την συσχέτιση µεταξύ του σήµατος και ενός χρονικά καθυστερηµένου αντίγραφου του. Αυτή η ιδιότητα (µεγάλη αυτοσυσχέτιση) ) είναι σηµαντική στην διαδικασία του αρχικού συγχρονισµού καθώς και στην διάκριση των πολυδιαδροµικών συνιστωσών του σήµατος. ιασυσχέτιση: : µετρά την συσχέτιση µεταξύ ενός σήµατος και κάποιων άλλων. Αυτή ή η ιδιότητα (µικρή διασυσχέτιση) ) είναι σηµαντική γιατί δείχνει το επίπεδο των παρεµβολών που προκαλούνται σε άλλους χρήστες Είναι δύσκολο να επιτευχθεί ταυτόχρονα µεγάλη αυτοσυσχέτιση και µικρή διασυσχέτιση. Γ.Ι.Στεφάνου 11

12 Κωδικός διάχυσης καναλοποίησης περίπλεξης Ρυθµός bit καναλιού (R) Ρυθµός chip (W) Ρυθµός chip (W) Κωδικός διάχυσης = καναλοποίησης x περίπλεξης Κωδικός καναλοποίησης Κωδικός περίπλεξης Κωδικός διάχυσης Παράγων διάχυσης SF (#chips/bit) = ρυθµός chips W ρυθµός bit καναλιού R Κέρδος επεξεργασίας (Processing Gain) = 10 log SF Γ.Ι.Στεφάνου 12

13 Παράδειγµα Τεχνικής ιάχυτου Φάσµατος 20 chips/bit Γ.Ι.Στεφάνου 13