Copertura cellulare e Multiplazione. Università di Pavia Sistemi di Trsmissione Radio

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1 Copertura cellulare e Multiplazione

2 Accesso Multiplo

3 Copertura cellulare Resource reuse Reuse pattern: There exists a border area where signals overlap: intererence Unacceptable when a user pays or service

4 Reuse Pattern Need to introduce an intermediate area using dierent requency intervals. D HANDOVER D = reuse distance

5 Alternative reuse pattern: clover clover : three directional antennas (120 ) Better reuse distance Lower environmental impact

6 CDMA (Code Division Multiple Access) coverage Stations are all on the same requency band: cell-code No problems in requency planning Coverage problems due to random traic patterns and cell breathing

7 Network structure PLMN Administartive centers Other nets gateway Local switching Local switching LA LA LA: Location Area PLMN: Public Land Mobile Network LA LA LA LA LA LA cell cluster

8 Segnali e trasmissione segnale trasmissione numerico continuo(analogico) continua modem trasduzione numerica reti numeriche quantizzazione BANDA VELOCITA di TX BANDA = (VELOCITA ) VELOCITA =g(banda) TB= 1 2

9 Multiplazione Trasmissione contemporanea (sullo stesso canale) di più segnali senza intererenze Possibilità di distinguere gli utenti senza ambiguità ortogonalità b a s 1 ( )s 2 ( )d = 0 r s 1 r s 2 = 0

10 Segregazione Spaziale Ciascuna connessione ha a disposizione una risorsa spazialmente limitata. Esempio Radio Locali: copertura limitata territorialmente e requenze riutilizzabili in un altra area. s t

11 Divisione di Frequenza (FDMA) Ciascun utente ha a disposizione per tutta la durata della connessione una banda di requenze (segregazione spettrale). Esempio broadcasting radio/televisivo; servizi radiomobili analogici s t

12 Divisione di Tempo (TDMA) Ogni utente srutta la risorsa in modo esclusivo per un intervallo di tempo predeterminato Esempio trama PCM; reti a pacchetti; sistemi digitali in generale s t

13 Tecniche ibride di MA Ogni canale ha a disposizione un intervallo di tempo e requenza in una certa localizzazione spaziale (GSM) t s

14 Divisione di Codice (CDMA) sequenza pseudocasuale (univoca per il singolo utente) tempo bit t Direct Sequence NB: la velocità eettiva di trasmissione é molto maggiore di quella necessaria al traserimento dell inormazione e quindi richiede una BANDA ALLARGATA per questo si parla di tecniche Spread Spectrum

15 DS-CDMA gli utenti si sovrappongono nel tempo e in requenza t s

16 Divisione di Codice (CDMA) sequenza pseudocasuale (univoca per il singolo utente) Frequency Hopping t NB: Più utenti devono essere coordinati (diminuzione sicurezza) in caso contrario il singolo utente utilizza una banda molto larga. Sicurezza, robustezza alle intererenze (ambientali o volute)

17 Multiplazione FDM É necessario traslare i vari segnali in insiemi di requenze diversi e non sovrapposti MODULAZIONE AM 4 khz

18 Multiplazione FDM S S Modulazione Single Sideband: consente di occupare in banda modulata la stessa larghezza spettrale del segnale in banda base S 1 + S 2 1

19 Schema Multiplex FDM teleonico modulatore iltro demodulatore iltro 1 modulatore iltro demodulatore iltro 2 modulatore iltro demodulatore iltro n portante mixer tono pilota

20 Multiplazione TDM tempo Aumentare velocità singoli canali per ar spazio agli altri Ciascunn canale occupa un intervallo temporale detto time slot Oscillatore di rierimento del multiplatore con tolleranze di 10ppm Generazione di trame (rame in inglese) ripetitive nella loro struttura

21 Struttura di trama in multiplex TDM Deiniamo trama un insieme consecutivo di intervalli di tempo in cui la posizione di ciascun time slot viene identiicata a partire da un segnale di rierimento o segnale di allineamento Il segnale in uscita dal multiplatore contiene inormazione in più rispetto alla somma dei segnali in ingresso. La velocità di trasmissione deve essere conseguentemente aumentata. Se w= numero di cire per campione s =requenza di campionamento c=numero canali x=lunghezza parola di allineamento o =requenza di uscita 0 = w s (c + x)

22 bit e word interleaving word interleaving A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 D4 A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 A4 B4 C4 D4 bit interleaving

23 Allineamento di trama Allineamento raggruppato FA= Frame Alignement FA FA CH1 CH2 CH3 CH4 CHn FA FA CH1 Allineamento distribuito FA CH1 CH2 CH3 CH4 FA CHn FA CH1 FA FA FA CH1 CH2 CH3 CH4 CHn CH1

24 Direct Sequence: allargamento spettro Fissato il attore di allargamento N c A A/ N c B b1 B b1 *N c N c A A/ N c B b2 B b *N c

25 Direct Sequence: allargamento spettro Fissata la banda del canale trasmissivo A N c1 A/ N c1 B b1 B *N b c1 N c1 B b1 = N c2 B b2 A A/ N c2 B b2 B *N b c2 N c2

26 Direct sequence: intererenza e rumore N c1 Rumore AWGN N c1

27 Direct sequence: intererenza e rumore A N c1 B b1 N c1 A B b2 N c2

28 Direct Sequence: intererenza e rumore Possiamo allora dire che: Disturbi a banda stretta non inastidiscono la trasmissione perchè non coerenti al ricevitore Altri utenti vengono visti in ricezione come se ossero rumore bianco Il sistema è limitato in potenza: i residui dopo il iltraggio in ricezione si sommano e possono mandare sotto soglia il ricevitore.

29 Codici ortogonali a lunghezza variabile E necessario che sia mantenuta l ortogonalità tra sequenze di lunghezza diversa: B b N c B b = B RF B RF B RF N c

30 Orthogonal Variable Spreading Factor (OSVF) C 32 (1) C 64 (1) C 4 (1) C 8 (1) C 16 (1) C 16 (2) C 16 (3) C 32 (2) C 32 (3) C 32 (4) C 64 (2) C 64 (3) C 64 (4) E possibile are coesistere connessioni con banda diversa assegnando codici a diverse proondità dell albero. C 2 (1) C 8 (2) C 16 (4) N.B. l ortogonalità l è garantita solo tra rami in parallelo, non in serie!! C 1 (1)=1 C 2 (2) C 4 (2) c i ( j) c i (k) = 0

31 (OSVF) code Fai uguale (1,1) (1,1,1,1) Aggiungi complemento (1) (1,1,-1,-1) NBTutto quello tra parentesi è all interno di un tempo di bit (1,-1,1,-1) (1,-1) Esempio: c 4 (1) = (1,1,1,1) c 4 (2) = (1,1, 1, 1) (1,-1,-1,1) (1 1) + (1 1) + (1 1) + (1 1) = = 0

32 Divisione di Codice (CDMA) sequenza pseudocasuale (univoca per il singolo utente) Frequency Hopping t NB: Più utenti devono essere coordinati (diminuzione sicurezza) in caso contrario il singolo utente utilizza una banda molto larga. Sicurezza, robustezza alle intererenze (ambientali o volute)

33 Frequency Division Duplex (FDD) Come FDMA, canale UP e DOWN sono su requenze diverse. up Esempio TACS - GSM. Condizioni di trasmissione non simmetriche. Poco lessible. down up down 1 = duplex spacing 2

34 Time Division Duplex (TDD) Come TDMA, ma canale UP e DOWN sono sulla stessa requenza. up Esempio DECT. Simmetria nelle condizioni di trasmissione. down canali downlink canali uplink