מערכות תקשורת ניידות ותאיות מצגת זו תכלול כנראה דיון של הקהל, אשר יביא ליצירת פריטי פעולה. השתמש ב- PowerPoint כדי לעקוב אחר פריטי פעולה אלה במהלך המצגת. בהצגת שקופיות, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני. בחר באפשרות “מפקח הישיבות”. בחר בכרטיסיה “פריטי פעולה”. הקלד את פריטי הפעולה כאשר הם מופיעים. לחץ על אישור כדי להסיר תיבה זו. פעולה זו תיצור אוטומטית שקופיות לפריטי פעולה בסוף המצגת, והנקודות שהעלית יוזנו בתוכה. מערכות תקשורת ניידות ותאיות ד"ר משה רן כל הזכויות שמורות לחברת MostlyTek Ltd. . אין לצלם, לשכפל או להעתיק בכל צורה שהיא ללא קבלת אישור בכתב מד"ר משה רן Dr. Moshe Ran/תקשורת ניידת ותאית – פרק 1

רשימת מקורות ספרי לימוד: 1) Theodore S. Rappaport ”Wireless Communications - Principle and Practice", 2nd Edition Prentice Hall 2002. 2) P. Mohana Shankar “ Introduction to Wireless systems” Wiley, 2001. ספרי עיון: 3) "The Mobile Communications Handbook" , Ed. Jerry D. Gibson., IEEE Press 1996 4) J.S. Lee and L.E. Miller, “ CDMA System Engineering Handbook”, Artech House 1998. 5) T. Ojanpera and R. Prasad Ed. “ Wideband CDMA for Third generation Mobile Communications”, Artech House 1998. 6) W.C.Y. Lee, "Mobile Communications Design Fundamentals", John Wiley& Sons, 1993.   Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מערכות תקשורת ניידת ותאית Mobile and Cellular Communication System   אופן הוראה: 4 שעות הרצאה +תרגול שעות שבועיות: . 3.5 נקודות זכות דרישות קדם: קורס תקשורת ספרתית מרצה: ד"ר משה רן הקורס מיועד להציג לסטודנטים המתמחים בתחום התקשורת את אחד הנושאים המתפתחים בקצב המהיר ביותר בהנדסה - תקשורת ניידת ותקשורת תאית. הדרישות למומחים בתחום יצור, תכנון, שירותים ומחקר בתעשיית התקשורת האלחוטית הניידת הנם בשיא של כל הזמנים וצפויות להישאר כך בעשור הקרוב. הנושאים בהם נדון בקורס יאפשרו הבנה של עקרונות כלליים ומושגי יסוד בצד הכרה מעשית של מערכות וסטנדרטים לתקשורת ניידת ותאית קיימות ועתידיות. דרישות לימודיות: נוכחות חובה ב 80% מההרצאות תקציר הרצאות באתר WWW.MostlyTek.com שם משתמש: Mobile סיסמא: MosheLong תרגילים הגשה/פתרונות Moshe_Ran@mostlytek.com תרגילים/עבודות בית 20% בחינה/עבודה 80% Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

תוכנית הקורס פרק 1 פרק 2 פרק 3 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [6שעות]  מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [6שעות] מערכות תקשורת להעברת מידע, מקור מידע אנלוגי/ספרתי. סכימת מערכת תקשורת ומרכיביה, מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות – השוואה, סווג ערוצי תקשורת (קווי, אלחוטי), ספקטרום תדרים, ייצוג אותות בזמן ובתדר, יחידות. תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מגמות עיקריות בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב. מערכות דור ראשון, דור שני, שלישי ורביעי בתקשורת ניידת תאית. פרק 2 עקרונות יסוד בהנדסה תאית ומערכות תקשורת תאיות: [6 שעות] העיקרון התאי, מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית, אבני הבנין העיקריות של מערכת תאית: תחנת בסיס, תחנת מנוי, מערכת בקרה וקישוריות עם מערכות תשתית. ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור, הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה. שימוש חוזר בתדרים (frequency-reuse) , הקצאת תדרים,, הפרעות , ACI ,CCI וקיבול מערכת, ריבוב סטטיסטי ומושג Erlang , GOS ומדדים לאכות שירות, שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות. מבוא לטכניקות העברת שליטה (handoff) פרק 3   מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- Large Scale [12שעות] מבוא להתפשטות גלי רדיו, מודל התפשטות בחלל חופשי, 3 מנגנוני יסוד בהתפשטות גלי רדיו: החזרה reflection)), דיפרקציה (diffraction), פיזור (scattering) , חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה (LOS) , הפסדי נתיב במערכות ללא קוו ראיה (NLOS), מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ לבניינים (outdoor) כולל cost231,Okumura, Hata Walfish and Bertoni תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית בהתבסס על חיזוי הפסדי נתיב, קביעת אחוז כיסוי שטח , מודלים להתפשטות בתוך בנינים (Indoor), חדירה של אותות לתוך בנינים, Ray Tracing models  Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

תוכנית הקורס פרק 4 מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- Small Scale (9 שעות): גורמים המשפיעים על מודלים לטווח קצר, מדידות של מודל החזרות (multipath), פרמטרים עקרוניים של ערוצים עם דעיכות והחזרות: רוחב סרט קוהרנטי – delay spread, זמן קוהרנטי- Doppler spread מודלים סטטיסטיים לערוצים עם דעיכות והפרעות, מודל Saleh and Valenzuela להתפשטות בתוך בנינים (Indoor), מודל SUI, מודל ITU-B פרק 5* טכניקות אפנון וגילוי למערכות תקשורת ניידות (6 שעות): סוגי אפנון – ייצוג סכמתי לאותות מאופננים (אנלוגי, ספרתי), אפנון ליניארי: אפנון תנופה (AM), אפנון פס צד כפול DSB, אפנון פס צד יחיד SSB אפנון לא-לניארי: אפנון זווית (PM), אפנון תדר (FM). אפנוני פולסים: אפנון עוצמה PAM, אפנון משך PDM, אפנון מיקום PPM, אפנון תדר PFM, אפנון מקודד PCM, אפנון דפרנציאלי (Delta Modulation ) פרק 6* שיטות אפנון ספרתי ליניאריות נפוצות, טכנולוגיית מודם אלחוטי (6 שעות): BPSK, DPSK, QPSK, O-QPSK, שיטות אפנון ספרתי עם עוטפת קבועה: FSK, MSK, GMSK. שיטות אפנון מסדר גבוה: M-PSK, M-QAM, M-FSK. אפנון רב-טוני (OFDM). מבוא לשיטות מרחיבות סרט Spread-Spectrum Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

תוכנית הקורס פרק 7 טכניקות ריבוי גישה במערכות תקשורת אלחוטיות [6 שעות] מבוא לריבוי גישה (Multiple Access), שיטת ריבוי גישה בהתבסס על חלוקת תדר FDMA ריבוי גישה בחלוקת זמן TDMA, ריבוי גישה בטכניקות של הרחבת ספטרום FHMA ובשיטת CDMA, שיטות מודרניות לריבוי גישה OFDMA, MC-CDMA. השוואת ביצועים של שיטות ריבוי גישה והיבטים טכנולוגיים. פרק 8 דוגמאות מסכמות (3 שעות) מאזן ערוץ (Link Budget), תכנון תאי. קיבול מול כיסוי במערכות תאיות. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

1.0 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות 1.0 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות מערכות תקשורת להעברת מידע, מקור מידע אנלוגי/ספרתי, סכימת בלוקים של מערכת תקשורת ומרכיביה מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות – השוואה, כלים לתאור אות סווג ערוצי תקשורת (קווי, אלחוטי), ספקטרום תדרים. מערכות תשתית קיימות להעברת דיבור נתונים ווידאו, תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מגמות ואתגרים בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב. דור ראשון, דור שני, דור שלישי ודור רביעי בתקשורת ניידת תאית. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מערכת תקשורת להעברת מידע מקורי מערכת תקשורת מידע משוחזר מטרה: להעביר מידע ממקור מידע דרך תווך לצרכן. בד"כ המידע מיוצג בצורה חשמלית, ואם אינו כזה מתרגמים אותו לאות חשמלי. התרגום נעשה ע"י מתמר אות חשמלי מידע מקורי מידע משוחזר מתמר א' תווך מתמר ב' Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

האות החשמלי לא תמיד מתאים להעברה דרך הערוץ הנתון בעיות: האות החשמלי לא תמיד מתאים להעברה דרך הערוץ הנתון הערוץ מעוות את האות בשל הפרעות (רעש תרמי, הפרעות מצרכנים אחרים וכו') תוצאה – האות המשוחזר אינו תואם במדויק לאות המקור. דוגמאות: א) מקור- אות דיבור. מתמר א' – מיקרופון, ערוץ – קו טלפון, מתמר ב'-אוזניה/רמקול ב) מקור – תמונה, מתמר א' – סורק, ערוץ – קו טלפון, מתמר ב' - מדפסת שאלה מרכזית: איך להעביר מידע בכמות הכי גדולה האפשרית דרך הערוץ עם מינימום (רצוי אפס) עוותים, למרות הפרעות בערוץ ואי התאמת מקור לערוץ? Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מקור מידע אנלוגי, ספרתי ציר ערכים למשל,מתח ציר זמן t מקור מידע אנלוגי: מייצר אות מידע שהוא פונקציה של זמן המקבלת כל ערך אפשרי בתחום רציף של ערכים. דוגמא : אות סינוסוידלי, אות דיבור, אות ווידאו מקור מידע ספרתי: מייצר אות מידע שהוא פונקציה של זמן המקבלת ערך בדיד מתוך אוסף סופי של ערכים אפשריים. דוגמא : ציר ערכים למשל,מתח ציר זמן t מערכת תקשורת ספרתית מעבירה מידע של מקור ספרתי דרך ערוץ אל יעד מערכת תקשורת אנלוגית מעבירה מידע של מקור אנלוגי דרך ערוץ אל יעד. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

סכמת מערכת תקשורת ומרכיביה מערכת תקשורת "מתמטית" גנרית - הפתרון לבעיה המרכזית של התקשורת (סכימת שנון, 1948) מקודד מקור מקודד ערוץ מקור ערוץ טלפון תאי: אות מקור דיבור. מקודד מקור: ווקודר הדוחס את אות הדבור לקצב מאוד נמוך (כמה נמוך? עד קרוב ל"אינפורמציה העצמית" – האנתרופיה של המקור). מקודד מקור מתאים את האות ביציאת מקודד המקור להעברה בערוץ.הערוץ חוסם את קצב ההעברה המקסימלית של האות בערוץ. מפענח מקור מפענח ערוץ צרכן Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

(סכימת שנון המשך) ניתן לפרק את הבעיה לשתי בעיות בלתי תלויות שלכל אחת מהן יש "פתרון עקרוני" בעיית יצוג אות מקור בצורה הכי טובה שאפשר – "מקודד המקור" בעיית התאמת האות להעברה בערוץ בצורה הכי טובה שאפשר – "מקודד ערוץ" בהינתן מקור וערוץ יש מתמרים "אידיאליים" – א, ב' המעבירים את כל המידע מהמקור לצרכן עם אפס עיוותים. גם אם המערכת היא "אנלוגית" באופייה כדאי והכרחי לתאר אותה במונחים של "עולם ספרתי" אם רוצים לנצל את המערכת ומשאביה בצורה אופטימלית. תורת האינפורמציה היא התורה המתמטית של תקשורת – מגדירה חסמים לביצועים, ומדדים כמותיים: כמה אינפורמציה ממוצעת יש במקור (אנטרופיה)? מה קצב העברה מקסימלי בערוץ (קבול ערוץ)? מה הנצילות הספקטרלית המירבית בערוץ נתון?! הבסיס להתפתחות המדהימה בתורת התקשורת הספרתית בשנים האחרונות...! הבעיה: הפתרון של "תורת שנון" הוא עקרוני, נותן יחוס לבצועים אבל לא מצביע על דרך המימוש של מערכת התקשורת "הגנרית". Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

משפטי Shannon קידוד מקור מידע: לא ניתן לדחוס מקור מידע ללא איבוד מידע עם פחות ביטים מאשר האנטרופיה H(X) של המקור. יש צמד מקודד-מפענח מקור "אופטימלי" המאפשרים לדחוס-לפרוס עד לחסם האנטרופיה. קידוד ערוץ עם רעש: אם קצב המקור (אנטרופיה ליחידת זמן) R קטן ממספר C המציין קצב מקסימלי של העברת מידע בערוץ ("קיבול ערוץ"), ניתן להעביר מידע ללא שגיאות בערוץ, למרות הרעש בערוץ. יש צמד מקודד-מפענח ערוץ אופטימליים המאפשרים להגיע עד לקיבול הערוץ עם שגיאה קטנה כרצוננו. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

משפט קידוד ערוץ במקרה של ערוץ רציף AWGN ואילוץ רעש ממוצע בערוץ N =N0B משפטי Shannon קידוד ערוץ עם רעש – ערוץ AWGN נניח שולחים אות עם הספק ממוצע P דרך ערוץ רציף ברוחב סרט B (Hz) ורעש מתחבר לבן AWGN עם הספק ממוצע N מתווסף לאות. אזי – C קיבול הערוץ (=קצב מקסימלי של העברת אינפורמציה בערוץ) משפט קידוד ערוץ במקרה של ערוץ רציף AWGN ואילוץ רעש ממוצע בערוץ N =N0B N0 noise PSD (one sided) Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

קיבול ערוץ AWGN - המשך המחשה לקיבול ערוץ: ברור שניתן לשדר בכל Hz כמה ביטים של מידע. נצילות ספקטרלית של מערכת תקשורת מוגדרת ע"י בדוגמא: חסם שנון לקיבול הערוץ "מנבא" נצילות ספקטרלית של 10 bps/Hz Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

סכמות מימוש מערכות תקשורת אות מקור m(t) עוטפת R(t) מעבד אות BB מעגלי גל נושא אות משודר s(t) משדר ערוץ רעש+ הפרעות מעבד אות BB מעגלי גל נושא אות נקלט s(t)+n(t) אות משוחזר מקלט מעגלי גל-נושא - תדר fc>>0 המרת האות לאחר עיבוד לאות בתדר המתאים להעברה בערוץ האות ביציאת משדר – אות מוגבל סרט (אות bandpass ( עיבוד אות בפס בסיס - סביב תדר אפס (baseband) דוגמאות: סינון אות דבור ע"י LPF לתחום 300-3400Hz , קידוד הדיבור ו"דחיסתו" המרת אות אנלוגי לספרתי ע"יA/D קידוד לצורך הגנה מפני שגיאות ערוץ ECC Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

יצוג מתמטי כללי לאות מוגבל סרט bandpass המשודר בערוץ s(t) = R(t) cos[ wct + (t)] בעזרת תאור זה ניתן להציג את כל שיטות האפנון האנלוגיות והספרתיות הקיימות. למשל, אפנון עוצמה: האות m(t)משנה את "העוטפת" R(t) אפנון זוית: האות m(t) משנה את המופע (t) אות נקלט = אות משודר + רעש מעגלי גל נושא במקלט: ממירים אות נקלט חזרה לאות פס בסיס baseband מעגלי עיבוד אות במקלט: "ניקוי" המידע מהרעש, שחזור אמין ככל האפשר של המידע והעברתו לצרכן Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

Generic Digital System Block Diagram The block diagram below represent a “generic” communication system that represents virtually all of the functions that may be present in a digital system Format Source Encoder Channel Multiplex Modulate Frequency Spread Multiple Access X M T Decoder Demultiplex Demodulate & Detect Despread R C V Transission Medium Waveforms Bits or Symbols Digital input Output Information Sink Bits To other Destination From other Sources Carrier and Symbol Synchronization Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

Subsystems of Interest Depending on the system under study, the functional clocks that we generally need to have models for are: Signal Sources: radio- frequency and optical Information encoding/ decoding Baseband modulation; line coding Radio-frequency and optical modulation Demodulators Filter/adaptive equalizers Channels Multiexing/ multiple access Noise and interference sources Error control coding Synchronization Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות מהפיכת "תורת האינפורמציה" – עולם התקשורת ספרתי במהותו…. יתרונות מע' ספרתיות חסרונות מע' ספרתיות מעגלים זולים יחסית בד"כ נידרש רוחב סרט גדול יותר קל להשיג הצפנת מידע נידרש סנכרון במערכת תחום דינמי גדול ניתן לאחד מקורות שונים – דיבור, נתונים, ווידאו. ניתן לדחוס אותות מקור יש צורך בהמרת האות לצורה ספרתית חסינות לרעשים בערוץ: ניתן בתכנון נכון עם מקודד-ערוץ ומפענח ערוץ (ECC), לבטל לגמרי שגיאות !! Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

יחידות לוגריתמיות – dB, dBm, dBw נוח להשתמש ביחס לוגריתמי לבטא יחס בין הספקים 1 dB = 10 log ( P2/ P1 ) יחס בד"ב – למשל הגבר , ההנחתה יחס מוחלטP2 = G*P1 יחס לוגריתמי [dBm] P2 [dBm] = G[dB] + P1 P1 מגבר, G P2 וכאן, הספק ביחידות לוגריתמיות 1dBm = 10log P/1mW או 1dBw= 10log P/1W P2/P1 100 20 10 8 6 4 2 1 0.1 [dB] 13 9 7.8 3 -10 Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

יחידות לוגריתמיות dBmv, מתח ביחידות לוגריתמיות מחושב ע"י : 1 dBmV = 20 log ( V/ 1mV ) הקשר בין יחס מתחים ליחס הספקים V2/V1 100 20 10 8 6 4 2 1 0.1 [dB] 40 26 18 15.6 12 -20 Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

דוגמאות לשימוש ביחידות דוגמא 1: מפצל הספק 1:2 הספק בכל יציאה שווה למחצית הספק כניסה, ז.א. הספק יציאה 3dB- לעומת כניסה. מתח יציאה יורד בפקטור 2 ז.א. dB3- לעומת כניסה דוגמא 2: עבור Z=75  חשב מתח והספק ביחידות לוגריתמיות עבור מתח 1mV 1mV 0 dBmV ,P=V2/Z=10-6/75=1.33*10-8 [W]=13.3*10-6[mW] מכאן, 11.24 –60 = -48.76 dBm = P[dBm]=10log(13.3)+10log(10-6) Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

יצוג אותות על ציר התדר – ספקטרום של אות אות (דטרמיניסטי)– w(t) מתואר בשלמות ע"י פונקציה המתארת בכל זמן נתון את עוצמת האות . ספקטרום של אות: תאור האות בעזרת התדרים המרכיבים אותו ועוצמת כל מרכיב בתדר. תאור זה טבעי לאות מחזורי ומורחב "מתמטית" לכל אות פיזיקלי. ספקטרום של אות הוא רציף בתדר והינו פונקציה קומפלקסית באופן כללי. w(t) W(f) צמד התמרות פורייה ההתמרה מגדירה מתמטית את מושג תדר f התמרה מציר זמן לתדר – התמרה ישירה התמרה מציר תדר לזמן – התמרה הפוכה קשר בין שני הייצוגים: ככל שאות צר יותר בזמן (פולס קצר) רוחב הסרט שלו (כמות המרכיבים עם תדרים גבוהים) גדול יותר. אם w(t) ממשי – אז ספקטרום עוצמות |W(f)| סימטרית ביחס לציר f=0. נתייחס לציר חיובי של התדרים בדיון על רוחב סרט של האות. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

רוחב סרט של אות רוחב סרט: הוא תחום התדרים [f1, f2] )על הציר החיובי) בו ספקטרום העוצמות |W(f)| אינו מתאפס. Telephone 4 kHz (300 -3400 Hz) Radio - monaural, AM 8 kHz (160 Hz - 8 kHz) Radio - stereo, FM 15 kHz (30 Hz - 15 kHz) Telegraphy (CCITT-2) 120 Hz Facsimile (FAX) 1.1 kHz Television 6.5 MHz High Definition TV 30 MHz Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

רוחב סרט של אות (המשך) רוחב סרט : 3dB תחום התדרים [f1, f2] )על הציר החיובי) בו ספקטרום העוצמות |W(f)| יורד בלא יותר מ 2 לעומת ערך מקסימום של |W(f)|. או בצורה שקולה – הספק האות יורד בפקטור ½ לעומת הספק מקסימלי. רוחב סרט לרעש : הוא רוחב סרט של חלון בצורת מלבן על ציר תדרים שגובהו כמו רכיב הספקטרום בעוצמה הכי גבוהה של האות ורוחבו נקבע כך שההספק בחלון ישתווה להספק האות. ( בד"כ מפשטים ולוקחים הגדרה קודמת בתור רוחב סרט לרעש). רוחב סרט FCC: כאן אין בהכרח קשר לפיסיקה… הגדרה של מחוקק. בכל תחום תדר מוגדרת "מסכה ספקטרלית" בו צריך האות לקיים תנאים ספקטרליים כדי לא להפריע לאחרים. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

ספקטרום של הספקים |W(f)| ספקטרום עוצמות של אות w(t) : תאור העוצמה (אמפליטודה) של האות בכל תדר |W(f)|2 מתאר "צפיפות ספקטרלית של הספקים " : PSD=power Spectral Density תאור פילוג הספק האות בכל תדר למה צריך מושג כמו ?PSD יש אותות שזו הצורה היחידה לטפל בהם – כי אין משמעות לתאור הזמני שלהם. דוגמאות: רעש אקראי , זרם ביטים אקראי Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

1.1 מוטיבציה ומבוא למערכות תקשורת אלחוטיות סווג ערוצי תקשורת (קווי, אלחוטי), מערכות תשתית קיימות להעברת דיבור נתונים ווידאו, תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מגמות ואתגרים בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב. דור ראשון, דור שני, דור שלישי ודור רביעי בתקשורת ניידת תאית. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

סוגי ערוצי תקשורת ערוץ קווי: קוו טלפון ממרכזיה PSTN אל מנוי ביתי עד לא מזמן: זוג חוטי נחושת המעבירים אותות חשמליים אנלוגיים בתחום 300-3400 הרץ. אורך קוו מרבי 6-10 ק"מ ללא הגברה, ניחות 180 אום/ק"מ . משמשים להעברת אותות דיבור, נתונים. לאחרונה: ADSL, VDSL מעבירים מידע בסדר גודל יותר מהר דרך קווי הנחושת ערוץ קווי: כבל קואקסיאלי – ערוץ כבלים מספר שכבות בעלות ציר משותף (מוליך-בידוד-סיכוך-ציפוי פלסטי) . רוחב סרט של כמעט 1000 מה"צ .הבידוד והסיכוך מונעים זליגה של קרינה אלקטרומגנטית. משמשים להעברת אותות וודאו, תקשורת נתונים רחבת פס cable modem ערוץ אלחוטי: LOS קוו ראיה, NLOS ללא קוו ראיה התווך הינו אוויר – האותות מומרים לקרינה אלקטרומגנטית (אנטנה) המתפשטת בתחום הרדיו. בין קה"צ בודדים עד ל 100 גה"צ. בתחום הנמוך האותות מסוגלים להתפשט אלפי ק"מ. תכונות ההתפשטות של רדיו מתאימות מאוד לתקשורת למגוון גדול של שימושים. נרחיב בהמשך הקורס. באופן מיוחד נדבר על ערוץ תקשורת במערכת תאית ניידת – מקרה רלוונטי ומסובך של ערוץ תקשורת. ערוץ אופטי קווי (סיב אופטי), ערוץ אופטי אלחוטי (לייזר) רוחבי סרט גדולים עשרות GHZ. סיבים אופטיים חסינים להפרעות א.מ, גמישות מכנית, משקל קטן. ממדים קטנים. הערוץ האלחוטי מחייב קו ראיה (נחסם ע"י ערפל). Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מאפייני ערוץ תקשורת במערכת תקשורת תאית התאוריה של התפשטות גלים בתווך של מערכת תאית מאפשרת הבנת המגבלות העקרוניות על ביצועים אפשריים מרכיב קריטי בשיקולי תכנון של כל מרכיבי המערכת התאית תווך הרדיו עם מאפיינים שונים בכל תחום תדר (900MHz שונה מ ,1800MHz 2400MHz, 3.5GHz, 5GHz, 10.5GHz , 28GHz וכו') משתנים כפונקציה של זמן, ומרחק תופעות בטווח זמן ארוך, או מרחק גדול – Large Scale תופעות בטווח זמן קצר, או מרחק קטן - Small Scale משתנים כפונקציה של מיקום האנטנות Outdoor מול Indoor משתנים כפונקציה של הסביבה ופני הקרקע LOS מול NLOS משתנים כפונקציה של התנועה של תחנות הקצה או של התווך עצמו. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מאפייני ערוץ תקשורת תאי (המשך) מאפייני ערוץ תקשורת תאי (המשך) מודלים להתפשטות גלים: חיזוי של עוצמת הקליטה הממוצעת במרחק נתון מהמשדר , הפסדי נתיב (large scale models) חיזוי השינויים המהירים סביב הממוצע (small scale, Fading) מנגנונים/תופעות המשפיעות על התפשטות גלי רדיו במערכת תאית ללא קו ראיה NLOS החזרות (Reflections) : גל א.מ פוגע במשטח גדול בהרבה מאורך הגל שלו. דוגמאות: פני כדור הארץ, בנין גדול, הרים וכו'. עקיפה (Diffraction): גל א.מ. פוגע בעצמים עם פינות, מהם מתפזרים הגלים לכל הכוונים ועוקפים מכשולים. פיזור (Scattering): גל א.מ. פוגע בעצמים קטנים בגודל אורך גל ופחות (עלים, תמרורים, נורות) ומתפזר לכל הכוונים. נושאים אלו יפורטו בהרחבה בפרקים 3 ו 4 של הקורס Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

1.2 מוטיבציה ומבוא למערכות תקשורת אלחוטיות ספקטרום תדרים מערכות תשתית קיימות להעברת דיבור נתונים ווידאו, תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. דור ראשון, דור שני, דור שלישי ודור רביעי בתקשורת ניידת תאית. מגמות ואתגרים בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב. Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

סוגיית התדרים במערכות תקשורת אלחוטיות להקצאת תדרים + תקינה בינלאומית חשיבות מרכזית בכל העולם – תדר הנו "משאב לאומי" בשליטת ממשלות מגמות שימוש גובר בתחומי תדר גבוהים מצוקת תדרים: מכירת רשיונות לשימוש במחיר עתק 90B$ עבור רשיונות של 3G נייד באירופה 500M$ עבור מפעיל שלישי בארץ שימוש בתחומי תדר ISM (license exempt) WLAN (802.11a,b) , IEEE802.16.4 פס רחב המעביר שירותי קול, ווידאו ונתונים בצורה אכותית על רשת IP Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

תחומי תדר ללא רשיון ISM 902-928MHz 2400-2483.5MHz 5725-5850MHz כללי אתיקה לשימוש בספקטרום הגבלת עוצמת קרינה מותרת EIRP<0.5mW או עוצמת שדה קטנה מ 50mv/m במרחק 3m שיטות spread-spectrum Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

מפת תדרים בעולם לפי תחומי תדר מתוך אתר http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.pdf Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

ספקטרום תדרים של רדיו תחום תדר f אורך גל  תחום א.מ. הערות כללית – תדר הוא משאב עם "רגולציה" – תקינה המחייבת רשיון כדי להשתמש בו m/sec c/f c=3*108 =  תחום תדר f אורך גל  תחום א.מ. הערות 30- 300 קה"צ 1 – 10 ק"מ LF תדר נמוך, גלי קרקע 300 – 3000 קה"צ 1- 0.1 ק"מ MF תדר בנוני – גלי קרקע 3- 30 מה"צ 100 – 10 מטר HF תדר גבוה –ת"ג גלי רקיע 30 – 300 מה"צ 10 – 1 מטר VHF 300 – 3000 מה"צ 1- 0.1 מטר UHF 3 – 30 גה"צ 10 ס"מ- 10מ"מ SHF 30 – 300 גה"צ 1 ס"מ- 1מ"מ EHF גלים מילימטריים Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

תדרי תקשורת ניידת רדיו T.V 800 MHZ TDMA CDMA משטרה צה"ל 900MHZ אורנג‘ FM/AM T.V VHF/UHF 800 MHZ TDMA CDMA משטרה צה"ל 900MHZ אורנג‘ GSM 1800 MHZ סלקום אורנג 1900MHZ ארה"ב 2200 MHZ–2000 UMTS 3G Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1