It Started with the Telegraph We call the electric telegraph the most perfect invention of modern times as anything more perfect than this is scarcely conceivable, and we really begin to wonder what will be left for the next generation, upon which to expend the restless energies of the human mind. an Australian newspaper, 1853 1866: 20 word telegram cost $100
Wireless 1896: Guglielmo Marconi First demonstration of wireless telegraphy Built on work of Maxwell and Hertz to send and receive Morse Code Based on long wave (>> 1 km), spark transmitter technology, requiring very large, high power transmitters First used by British Army and Navy in the Boer War 1907: Commercial Trans-Atlantic Wireless Service Huge ground stations: 30 x 100m antenna masts Beginning of the end for cable-based telegraph 1920: Marconi discovers shortwave (<100 m) radio Longwave follow contour of land» Very high transmit power, 200 KW+ Other Important Dates 1915: Wireless voice transmission NY to SF 1920: First commercial radio broadcast (Pittsburgh) 1921: Police car dispatch radios, Detroit 1935: First telephone call around the world WW II: Rapid development of radio technology 1974: FCC allocates 40 MHz for cellular telephony 1982: European GSM and Inmarsat established 1984: Initial deployment of AMPS cellular system...
the change from wired fixed place-to-place communications to wireless mobile person-to-person communications...
ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ (ΡΑ ΙΟ)ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ: ΟΠΟΙΑΣ ΗΠΟΤΕ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ (Φωνή, εδοµένα, Εικόνα, Βίντεο) ΣΕ ΟΠΟΙΟΝ ΗΠΟΤΕ (Συνδροµητή, Χρήστη) ΟΠΟΤΕ ΗΠΟΤΕ (το επιθυµεί) ΟΠΟΥ ΗΠΟΤΕ (κι αν βρίσκεται στην γη)
ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ: Είναι πρόβληµα; Για 10.000.000 συνδροµητές θα χρειάζονταν: 2.500.000 ασύρµατες συνδέσεις (αν( αν 1/4 κάνει χρήση την ώρα αιχµής) Αν ΓΙΑ ΚΑΘΕ συνδροµητή χρειάζεται ένα ασύρµατο κανάλι απαιτούνται: ι: MHz για κάθε 8 συνδέσεις (σύστηµα GSM),, δηλ. απαιτείται φάσµα 0,2 MHz για κάθε 8 συνδέσεις (σύστηµα GSM), δηλ. απαιτείται φάσµα (2.500.500/8)Χ 0,2 MHz = 62.500 MHz=62,5 GHz Στην Ελλάδα ΟΛΕΣ οι εταιρείες µαζί διαθέτουν φάσµα 85(/110) MHz. Σε αυτό θα χωρούσαν να εξυπηρετηθούν: (85MHz 0,2MHz)X8=3.400 συνδέσεις ή 13.600.600 συνδροµητές ΛΥΣΗ: ΚΥΨΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ Επαναχρησιµοποίηση του Ι ΙΟΥ φάσµατος σε διαφορετικές περιοχές ηµιουργείται όµως σοβαρό πρόβληµα παρεµβολών
ΕΝΟΤΗΤΕΣ ΙΑΛΕΞΕΩΝ 1. 2. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 3. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ GSM 4. ΕΞΕΛΙΞΗ GSM - UMTS 5. ΑΛΛΑ ΠΑΝΕΥΡΩΠΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ TETRA, DECT
Κυψέλη-Σταθµός Βάσης-Εµβέλεια P T downlink Uplink ή downlink P T L uplink L P R P R R Προσεγγιστ ικό µοντέλο απωλειών (L) : = = P P T 1 L k h r m 4 h f 2 b c P Rmin L max = P T / P Rmin και L=f(r -γ ) άρα r max =f(l max max )
Πραγµατική κάλυψη- ιαστασιοποίηση Πραγµατική κάλυψη Ιδεατό όριο κυψέλης r max A cell =Εµβαδόν Κυψέλης=2,6*r 2 max # κυψελών=α περιοχής / A cell
Είδη Κυψελών
Είδη Μεγέθη Κυψελών 1-30 km 1-10 W -1 km 0,1-1W - 0,5 km Ακτίνα Ισχύς εκποµπής ΣΒ COST 231 final Report
Κυψελοποιηµένη περιοχή ΑΡΧΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ - ΚΥΨΕΛΩΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Κυψελοποιηµένη περιοχή ΑΡΧΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ - ΚΥΨΕΛΩΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Κεραίες Σταθµών Βάσης- Μικροκυψέλη
Κεραία Μακροκυψέλης
Κυψελοποίηση- Παρεµβολές P R +I a PT Ενδοκαναλική : στην ίδια ζώνη συχνοτήτων I c c =?db f L P R Γειτονικού καναλιού: σε πλαϊνή ζώνη συχνοτήτων C/I P Rmin N
D R = Επαναχρησιµοποίηση Συχνοτήτων Οµάδες Κυψελών 3 N D C I c γ R 1 D 6 k = 1 γ = 1 6 D R γ 6 οµοκαναλικές κυψέλες στην 1η ζώνη
D = 3 7 R D = 4,58R C I Π.χ. Οµάδα 7 κυψελών Carriers = 19dB f 5 f Εκχώρηση Καναλιών 6 f 1 f 4 Κυψέλες f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21.............. Frequency Planning f 7 f 2 f3 f 1 f 3 Carriers f 2 D = 3 3 R D = 3R C I = 12dB Οµάδα 3 κυψελών Κυψέλες f 1 f 2 f 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21...
Κυψελοποιηµένη περιοχή f 2 D R D f 1 C f = 12dB 3 I = = 3R 3 3 f 2 f 2 C = I f 1 16dB f 3 f f 2 1 f 1 f 3 f 3
Χωρητικότητα Συστήµατος Αν χρησιµοποιηθούν Μ οµάδες κυψελών (clusters)( σε δοσµένη περιοχή, η χωρητικότητα Χ του συστήµατος που θα αναπτυχθεί θα είναι: Χ = Μclusters Sκανάλια/cluster = M kκανάλια/κυψέλη Nκυψέλες Με σταθερή έκταση κυψελών (ακτίνα) όσο αυξάνει το Ν (αυξάνει το εµβαδόν της οµάδας) θα µικραίνει το πλήθος των οµάδων Μ της περιοχής ενώ το S θα είναι σταθερό, άρα µικραίνει το Χ αλλά βελτιώνεται η ποιότητα γιατί αυξάνει η απόσταση των οµοκαναλικών κυψελών.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αν η ακτίνα της κυψέλης και το φάσµα ανά οµάδα κυψελών είναι σταθερά: Περισσότερες κυψέλες/οµάδα σηµαίνει: Λιγότερα κανάλια ανά κυψέλη Μικρότερη χωρητικότητα συστήµατος Λιγότερη ενδοκαναλική παρεµβολή Λιγότερες κυψέλες/οµάδα σηµαίνει: Περισσότερα κανάλια ανά κυψέλη Μεγαλύτερη χωρητικότητα συστήµατος Μεγαλύτερη ενδοκαναλική παρεµβολή Επιλέγουµε τον παράγοντα επαναχρησιµοποίησης Ν για να επιτύχουµε µέγιστη χωρητικότητα βασιζόµενοι στους περιορισµούς του λόγου C/I.
ΠΕΡΙΟΧΗ ΠΛHΘYΣΜΟΣ Αττική 3.450.890 33% Στερεά Ελλάδα και Εύβοια 662.802 6% Πελοπόννησος 670.284 6% υτική Ελλάδα 737.117 7% Επιφάνεια Ιόνιο 202.000 2% Ήπειρος 371.690 4% Θεσσαλία 743.075 7% υτική Μακεδονία 302.892 3% Κεντρική Μακεδονία 1.792.304 17% Ανατολική Μακεδονία και Θράκη 561.838 5% Βόρειο Αιγαίο 183.682 2% Νοτιο Αιγαίο 270.115 3% Πληθυσµός Κρήτη 562.276 5% ΣΥΝΟΛΟ 10.510.965 100%
Greece's population density: a digital elevation model (DEM) with overlay of stable night lights This map is a combination of two maps: (1) a Global Land One-km Base Elevation (GLOBE) map with topographic color and shaded elevation relief with bathymetry from Smith and Sandwell; And (2) a map of stable lights (cities, villages, gas flares, etc.) from the Defense Meteorological Satellite Program This map illustrates the fact that the population in Greece is highly h concentrated in the metropolitan area of Athens.
ΕΝΤΑΣΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ A =µ user ave ave Η ave A user user : φορτίο συνδροµητή (Erl( Erl) µ ave ave : µέσος αριθµός κλήσεων/min Η ave ave : µέση διάρκεια κλήσης (min)( Aoffered =U A user A offered Αν A offered > A carried offered : προσφερόµενο φορτίο από U το πλήθος συνδροµητές A k carried A carried carried : µέγιστο φορτίο που διεκπεραιώνεται µε k κανάλια
Τύπος Erlang B GOS = k A k offered k! A i offered i! i= 0 Πίνακας Erlang B GOS=2% k A(Erl) k A(Erl) k A(Erl) k A(Erl) k A(Erl) 1 0,02 21 14,04 41 31,92 61 50,59 81 69,65 2 0,22 22 14,90 42 32,84 62 51,53 82 70,61 3 0,60 23 15,76 43 33,76 63 52,48 83 71,57 4 1,09 24 16,63 44 34,68 64 53,43 84 72,53 5 1,66 25 17,50 45 35,61 65 54,38 85 73,49 6 2,28 26 18,38 46 36,53 66 55,33 86 74,45 7 2,94 27 19,26 47 37,46 67 56,27 87 75,42 8 3,63 28 20,15 48 38,39 68 57,23 88 76,38 9 4,34 29 21,04 49 39,32 69 58,18 89 77,34 10 5,08 30 21,93 50 40,26 70 59,13 90 78,31 11 5,84 31 22,83 51 41,19 71 60,08 91 79,27 12 6,61 32 23,72 52 42,12 72 61,04 92 80,24 13 7,40 33 24,63 53 43,06 73 61,99 93 81,20 14 8,20 34 25,53 54 44,00 74 62,94 94 82,17 15 9,01 35 26,43 55 44,94 75 63,90 95 83,13 16 9,83 36 27,34 56 45,88 76 64,86 96 84,10 17 10,66 37 28,25 57 46,82 77 65,81 97 85,07 18 11,49 38 29,17 58 47,76 78 66,77 98 86,04 19 12,33 39 30,08 59 48,70 79 67,73 99 87,00 20 13,18 40 31,00 60 49,64 80 68,69 100 87,96 Aoffered =U A user = U µ ave Η ave
ιαστασιολόγιση ικτύου Πυκνότητα συνδροµητών κυψέλης Εµβαδόν κυψέλης (Lmax, rmax) Πυκνότητα συνδροµητών (#/km 2 ) Πυκνότητα χρηστών (#/km 2 ) Πυκνότητα κατοίκων (#/km 2 ) Βαθµός ιείσδυσης Υπηρεσίας (#/1000) Μερίδιο Παρόχου (%) Προφίλ συνδροµητή (π.χ. A user,µ,η ) Πλήθος καναλιών k
ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ (Handover) MSC 2 3 1 Καθώς ο ΚΣ µετακινείται από την κυψέλη Α στην Β η µεταβίβαση εκτελείται υπό την εποπτεία ενός ανώτερου κέντρου π.χ. του Κέντρου Μεταγωγής Κινητής Τηλεφωνίας (MSC)(
ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ 2
ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ 3 8 Μεταβιβάσεις 18 Μεταβιβάσεις
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Κινητά Συστήµατα (PLMN) 1ης Γενιάς (1G) Κινητά Συστήµατα 2ης Γενιάς (2G)( Σηµερινή Κατάσταση 2,5G 3G ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Ιστορική Αναδροµή-1G ΚΙΝΗΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (PLMN) 1ης ΓΕΝΙΑΣ- Ασύρµατη ιεπαφή NTT NMT 450 NMT 900 TACS C 450 AMPS Χώρα Japan Scandinavia Scandinavia UK Germany USA Έτος 1979 1981 1986 1984 1985 1983 Uplink [MHz] 870-885 453-457 890-915 890-915 450-454 824-849 Downlink [MHz] 925-940 463-467 935-960 935-960 461-465 869-894 Εύρος καναλιού [khz] 25 25(20) 25(12.5) 25 20 30 Duplex Range [MHz] 55 10 45 45 11 45 Τεχνική Πρόσβασης FDMA FDMA FDMA FDMA FDMA FDMA ιαµόρφωση FM FM FM FM FM FM Πλήθος Καναλιών 600 180 (220) 1000 (1999) 1000 222 833 uplink downlink Frequency Division Duplex 2XB Β Β f ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Ιστορική Αναδροµή -2G ΚΙΝΗΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2ης ΓΕΝΙΑΣ Ασύρµατη ιεπαφή GSM DCS 1800 D-AMPS PDC CDMA Χώρα Europe Europe US Japan US, Korea Έτος 1991 1993 1991 1994 test1991 Uplink [MHz] 890-915 1710-1785 824-849 810-826 824-849 Downlink [MHz] 935-960 1805-1855 869-894 940-956 869-894 Εύρος καναλιού [khz] 200 200 10 25 1230 Duplex Range [MHz] 45 95 45 130 45 Τεχνική Πρόσβασης TDMA/FDD TDMA/FDD TDMA/FDD TDMA/FDD CDMA ιαµόρφωση GMSK GMSK π/4 PQJPSK π/4 PQJPSK QPSK/ DQPSK # Group Channels 124 375 832 1600 10 # TS/Gr.Carrier 8 (16) 8 3 3 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Εξέλιξη 2,5G - 3G ΕΥΡΩΠΑΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (PLMN) µετά την 2η ΓΕΝΙΑ (2G++ ++) HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) 57kbps GPRS (General Packet Radio Services) 171 kbps EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) 384 kbps ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (FPLMTS) 3ης ΓΕΝΙΑΣ (3G) µέχρι 2Mbps2 3GPP (3G( G standards για το GSM) 3GPP2 (για( το CDMA2000) WCDMA-UMTS ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Ζώνες συχνοτήτων GSM E-GSM GSM 900 GSM 1800 GSM 1900 880-890 890 / 925-935 935 MHz (2X10 MHz) 890-915 915 / 935-960 960 MHz (2X25MHz) 1710-1785 1785 / 1805-1880 1880 MHz (2X75MHz) 1850-1910 1910 / 1930-1990 1990 MHz (2X60MHz) 110MHz COSMOTE VODAFON STET INFOQEST E-GSM (5/10) GSM 900(25/25) GSM 1800 (55/75) 2x25MHz (1760-1785/1855 1785/1855-1880) 1880) 6-4-98 2X15MHz 2X15MHz (905-915/95 915/950-960) 960) (1745-1760/1840 1760/1840-1855) 1855) 17-30-9-92 92 / 60 ις ρχ 7-01 / 40 ις ρχ 2X10MHz 2X5MHz (890-900/935 900/935-945) 945) (1730-1735/1825 1735/1825-1830) 1830) 17-30-9-92 92 / 60 ις ρχ 7-01 / 9 ις ρχ 2X10MHz (1735-1745/1830 1745/1830-1840) 1840) 17-7-01 / 7 ις ρχ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ GSM
Ζώνες συχνοτήτων GSM-κανάλια E-GSM (10( 10/10) GSM 900(25/25) GSM 1800 (55/75) #CARR. #TS COSMOTE 2x25MHz 125Χ8=1000 125 1000 VODAFON 2X15MHz 75Χ8=600 2X15MHz 75Χ8=600 150 1200 STET 2X10MHz 50Χ8=400 2X5MHz 25Χ8=200 75 600 INFOQEST 2X10MHz 50Χ8=400 50 400 Αδιάθετα 2X10 10MHz 50Χ8=400 2x20MHz 100Χ8=800 150 1200 0/400 1000/1000 2200/3000 550 4400400 ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ GSM