ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΕ 10 Δορυφορικές Επικοινωνίες Θερινό εξάμηνο 2008 Διάλεξη 5 η Επίκουρος Καθηγητής Νικόλαος Χ. Σαγιάς Webpage: http://eclass.uop.gr/courses/tst207 e-mail: nsagias@uop.gr
Περιεχόμενα Εισαγωγικά Τροχιές Ανάλυση ραδιοζεύξεων Τεχνικές εκπομπής/λήψης Πολλαπλή πρόσβαση Δορυφορικά δίκτυα Ειδικά θέματα 2
Πολλαπλή Πρόσβαση Ένα φέρον ανά ραδιοζεύξη από σταθμό σε σταθμό (απαιτούνται N (N -1)φέρουσες συχνότητες) Ένα φέρον ανά σταθμό εκπομπής (απαιτούνται N φέρουσες συχνότητες) A B C Σταθμοί εκπομπής A B C #1 #2 #3 #4 #5 #6 #1 #2 #3 Δορυφόρος Δορυφόρος A B C Σταθμοί λήψης A B C 3
Πολλαπλή Πρόσβαση Με διαίρεση συχνότητας (frequency division multiple access FDMA) Με ορθογώνια διαίρεση συχνότητας (orthogonal frequency division multiple access OFDMA) Με διαίρεση χρόνου (time division multiple access TDMA) Με διαίρεση κωδίκων (code division multiple access CDMA) Υβριδικές τεχνικές FD/TDMA TD/CDMA FD/CDMA FD/TD/CDMA 4
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Πολλαπλή πρόσβαση με FDMA Κάθε χρήστης εκπέμπει: Συνεχόμενα στο χρόνο Σε συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων 5
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Διατάξεις εκπομπής: FDM/FM/FDMA TDM/PSK/FDMA SCPC/FDMA 6
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Χρόνος για TDM Συχνότητα για FDM 7
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Παρεμβολή από γειτονικό κανάλι (adjacent channel interference ACI) παρεμβολές από γειτονικό κανάλι εύρος ζώνης επίγειου δέκτη B w ζώνες ασφαλείας εύρος ζώνης του transponder 8
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Γενικά: f IM = m 1 f 1 + m 2 f 2 σήμα παράγωγα ενδοδιαμόρφωσης 3 ου βαθμού 5 ου βαθμού m 1, m 2 = 0, ±1, ±2, ±3, Βαθμός: Χ = m 1 + m 2 Μη γραμμικός ενισχυτής f 1 f 2 3 f 1-2 f 2 2 f1 -f 2 f 1 f 2 2 f 2 -f 1 3 f 2-2 f 1 OBO (db) 0 n = 1 n > 1-10 -20-10 0 IBO (db) 9
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA 10
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA 11 Φασματική πυκνότητα ισχύος θορύβου ενδοδιαμόρφωσης (db/khz) Συχνότητα (MHz)
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA 0 OBO (db) n = 1 C N0 IM ( dbhz) Αυξανόμενος αριθμός φερόντων n > 1-10 -20-10 0 IBO (db) -20-10 0 ΟBO (db) Μη γραμμικός ενισχυτής Παράγωγα ενδοδιαμόρφωσης Θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης 12
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Ισχύς φέροντος προς φασματική πυκνότητα ισχύος θορύβου, C / N 0 (dbhz) uplink downlink 1 1 1 1 C C C C = + + N N N N 0 T 0 U 0 D 0 IM Ισχύς εισόδου σε σχέση με την ισχύ κόρου, ΙΒΟ 1 1 1 C C C = + N N N 0 IM 0 IM, U 0 IM, D 13
Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA Ρυθμαπόδοση (%) Αριθμός προσβάσεων Συμπεράσματα: Δυσκολία επαναδιάταξης Μείωση χωρητικότητας με αύξηση του αριθμού των προσβάσεων Απαίτηση για έλεγχο ισχύος εκπομπής 14
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Πολλαπλή πρόσβαση με TDMA Κάθε χρήστης εκπέμπει: Σε συγκεκριμένες χρονοθυρίδες Σε όλο το φάσμα συχνοτήτων 15
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Φασματική πυκνότητα ισχύος F Εύρος ζώνης του επαναλήπτη Συχνότητα T F T B Ίδια συχνότητα, F T F Συνολικός ρυθμός μετάδοσης: R= T F Rb T B R b R b R b Εκπομπή Λήψη Σταθμοί A, B, C 16
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Χρησιμότητα επικεφαλίδας (header): Συγχρονισμός τοπικού ταλαντωτή του δέκτη Συγχρονισμό συμβόλων Καθορισμός της αρχής μιας ριπής μέσω μοναδικής λέξης Μετάδοση υπηρεσιακών μηνυμάτων μεταξύ σταθμών 17
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA επικεφαλίδα 18
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA επικεφαλίδα 19
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA = εισαγωγή 20
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA 21
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA k m T F k + m Απόσταση Δορυφόρος Σταθμός n R n /c D n d n Χρόνος R SOTF SORF = D = mt 2 n n n n F c 22
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Συγχρονισμός κλειστού βρόχου d n d on (j) d n e n (j) D n (j) d n d n (j + 1) d n ( ) ( ) e j = d j d n on n ( + 1) = ( ) ( ) D j D j e j n n n 23
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Συγχρονισμός ανοικτού βρόχου 24
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Ρυθμαπόδοση (%) ( t ) ( P ) Ρυθμαπόδοση: i η = 1 = 1 + 2 T i F p+ g RT t i : χρόνοι κατά τους οποίου ς δεν μεταδίδεται πληροφορία P: αριθμός προσβάσεων p: πλήθος bit στην επικεφαλίδα g: η ισοδύναμη διάρκεια σε bit στο χρόνο ασφαλείας R: ο ρυθμός μετάδοσης bit του πλαισίου (bit/sec) T F : η χρονική διάρκεια του πλαισίου p = 560 g = 128 R = 120.832 Mbit/sec T F = 2 msec F Αριθμός προσβάσεων 25
Πολλαπλή Πρόσβαση TDMA Πλεονεκτήματα: Ο επαναλήπτης ενισχύει μόνο ένα απλό φέρον Υψηλή ρυθμαπόδοση για μεγάλο αριθμό προσβάσεων Δεν υπάρχει ανάγκη για έλεγχο της ισχύος εκπομπής των σταθμών Όλοι οι σταθμοί εκπέμπουν & λαμβάνουν στην ίδια συχνότητα Μειονεκτήματα: Ανάγκη συγχρονισμού Ανάγκη για υψηλή ισχύς εκπομπής και εύρους ζώνης Υψηλό κόστος σταθμών 26
Πολλαπλή Πρόσβαση CDMA Πολλαπλή πρόσβαση με CDMA Κάθε χρήστης εκπέμπει: Συνεχόμενα στο χρόνο Σε όλο το φάσμα συχνοτήτων Χρησιμοποιώντας μία μοναδική δυαδική ακολουθία (υπογραφή) 27
Πολλαπλή Πρόσβαση CDMA CDMA άμεσης ακολουθίας (direct sequence-cdma (DS-CDMA)) m(t) p(t) c(t) r(t) u(t) x(t) p(t) m(t) m(t) p(t) R c =1 / T c T b T c m(t) p(t) p(t) 28
Πολλαπλή Πρόσβαση CDMA CDMA με άλματα συχνότητας (frequency hoping-cdma (FH-CDMA)) 29
Πολλαπλή Πρόσβαση CDMA 30
Πολλαπλή Πρόσβαση CDMA Ρυθμαπόδοση (%) 31
Τυχαία Πρόσβαση Πρωτόκολλο ALOHA 32
Τυχαία Πρόσβαση Πρωτόκολλο SREJ-ALOHA (selective reject-aloha (SREJ-ALOHA)) Πρωτόκολλα: Χωρίς συγχρονισμό ALOHA (18%) SREJ-ALOHA (30%) Με συγχρονισμό Slotted-ALOHA (S-ALOHA) (36%) APRA (50%-60%) Με κατ απαίτηση εκχώρηση (DAMA) 33
Τυχαία Πρόσβαση Πρωτόκολλο ALOHA 34
Τυχαία Πρόσβαση 35
Πολλαπλή Πρόσβαση Μηνύματα μεγάλου μήκους FDMA TDMA CDMA Σύντομα μηνύματα Τυχαία πρόσβαση 36