1. 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

2. 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

3. מערכות תקשורת ניידת ותאית Mobile and Cellular Communication System
אופן הוראה: 4 שעות הרצאה +תרגול
שעות שבועיות: 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
שם משתמש: Mobile סיסמא: MosheLong
תרגילים הגשה/פתרונות
תרגילים/עבודות בית 20%
בחינה/עבודה 80%
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

4. 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

5. 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

6. 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

7. 1.3 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות
מערכות תשתית קיימות להעברת קול נתונים ווידאו;
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

8. 1. מערכות תשתית קיימות להעברת קול, ווידאו ונתונים
שנות 60: תשתיות טכנולוגיות להעברת דבור ספרתי TDM
T1 העברת 24 אפיקי דיבור על קווי נחושת קצב 1.544Mbps
T3 העברת 28 אותות T1 (672 אפיקי דיבור) קצב Mbps
תשתית T1,T3 הפכה בסיס לרשתות להעברת קול ע"י חברות הטלפון הגדולות (TELCO). מערכות אלו הותאמו בהמשך גם להעברת נתונים. מודמים voice-grade להעברת נתונים על קווי טלפון.
שנות 70: טכנולוגיית מיתוג מנות (packet switching) מתפתחת כבסיס לרשתות להעברת נתונים. תקן מיתוג מנות X.25 תוכנן לתמוך בתקשורת בין מחשבים בקצבים אופייניים 600 עד bps הגישה מתרחבת גם לרשתות מהירות
בעיות עקרוניות עם TDM:מתאים מאוד להעברת אות דיבור (רגיש ל השהיה) שהוא במהות אות המחייב קצב קבוע CBR. לא ניתן בקלות להשתמש בגישה להעברת מידע משתנה בקצב VBR. הרעיון שצמח בסוף שנות 60 במעבדות BELL היה להצמיד תווית כדי לזהות את מקור המידע – כך ששיחה תוכל לעבור בצורה אסינכרונית כרצף של "מסגרות בגודל קבוע" וזאת – במקום לשייך את המידע לחריץ זמן מסוים. לגישה קראו TDM – אסינכרוני.זהו הבסיס למיתוג תאים (cell relay) . כמובן שלגישה זו יש חסרון לעומת TDM (יתירות בשל כותרת) אך יש לה יתרון: טיפול יעיל בתעבורת מחשב עם אופי “Bursty”. הבעיה – בתקופה ההיא החומרה למימוש מיתוג תאים לא הייתה קיימת.בינתיים התפתחה גישת מיתוג מנות (packet switching , X25)- : הרעיון המרכזי כאן להצמיד כותרות למסגרות באורך משתנה: packet data unit=PDU ולהשתמש בריבוב סטטיסטי כדי לשלוח את המנות על פני הרשת. תקן CCITT-X.25 למיתוג מנות פורסם ב 76. לגישת מיתוג המנות יש מגבלות : לא תומכת במיתוג בקצבים מאוד גבוהים, לא תומכת בהשהיות קצרות מדי. וזאת בגלל הסיבוכיות הגבוהה, תוספת הכותרות לעומת מיתוג תאים, והאורך המשתנה של המנה (packet).
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

9. Time Division Multiplexing (TDM)
active
idle
Fixed Assignment 1 1 2 2 3 3
De-MUX
MUX
In telephony each source is sampled 8,000 time per second 1 2 3
Time slot
Time, seconds
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

10. TDM Applications Digital TDM Hierarchy Digital Telephony
Data Communications
Satellite Access
Cellular Radio and Wireless MAN
Digital TDM Hierarchy
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

11. מבנה מסגרת TDMA אופייני בתקשורת אלחוטית ניידת
מידע בקרה: סינכרון מסגרת +כתובות שולח/מקבל
זמן תגובה עד שהחבטה מתייצבת
מרווח הבטחון בין TS נועד להבטיח שהשידורים מהמנויים השונים לא יתנגשו, למרות הבדלי המרחקים ביניהם ולמרות החזרות המגיעות עם השהיה של
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

12. מערכות תשתית קיימות להעברת קול, ווידאו ונתונים (המשך)
מערכות תשתית קיימות להעברת קול, ווידאו ונתונים (המשך)
שנות 80: מהפכת המחשבים האישיים. יישומים חדשים כמו – העברת קבצים, עדכון בסיסי מידע, העברת גרפיקה צבעונית, וידאו וכדומה. צורך גדל והולך בהגדלת קצבי העברה של מידע.
אמצע שנות 80 עד היום: ISDN , B-ISDN מהפכת התקשורת התאית, רשתות אלחוטיות ניידות דורות 1-2-3, מהפכת רשת האינטרנט ,WWW גישה רחבת פס על: קווי נחושת ADSL , כבלים Cable-Modem , דרך לווינים VSAT , דרך סיבים אופטיים, דרך קווי חשמל, מערכות תאיות אלחוטיות נייחות FBWA דורות
בעיות עקרוניות עם TDM:מתאים מאוד להעברת אות דיבור (רגיש ל השהיה) שהוא במהות אות המחייב קצב קבוע CBR. לא ניתן בקלות להשתמש בגישה להעברת מידע משתנה בקצב VBR. הרעיון שצמח בסוף שנות 60 במעבדות BELL היה להצמיד תווית כדי לזהות את מקור המידע – כך ששיחה תוכל לעבור בצורה אסינכרונית כרצף של "מסגרות בגודל קבוע" וזאת – במקום לשייך את המידע לחריץ זמן מסוים. לגישה קראו TDM – אסינכרוני.זהו הבסיס למיתוג תאים (cell relay) . כמובן שלגישה זו יש חסרון לעומת TDM (יתירות בשל כותרת) אך יש לה יתרון: טיפול יעיל בתעבורת מחשב עם אופי “Bursty”. הבעיה – בתקופה ההיא החומרה למימוש מיתוג תאים לא הייתה קיימת.בינתיים התפתחה גישת מיתוג מנות (packet switching , X25)- : הרעיון המרכזי כאן להצמיד כותרות למסגרות באורך משתנה: packet data unit=PDU ולהשתמש בריבוב סטטיסטי כדי לשלוח את המנות על פני הרשת. תקן CCITT-X.25 למיתוג מנות פורסם ב 76. לגישת מיתוג המנות יש מגבלות : לא תומכת במיתוג בקצבים מאוד גבוהים, לא תומכת בהשהיות קצרות מדי. וזאת בגלל הסיבוכיות הגבוהה, תוספת הכותרות לעומת מיתוג תאים, והאורך המשתנה של המנה (packet). מיתוג תאים כהמשך טבעי של B-ISDN
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

13. רשתות להעברת דיבור אופייניות
תקן
הופעת טכנולוגיה
מס' אפיקי דיבור
קצב העברת סיביות
סוג
US,Japan
1962 24
1.544Mbit/s
DS1 (T1)
CEPT1 30
2.048Mbit/s E1 US
1963
672
44.736Mbit/s
DS3 (T3)
מאפיינים: חברות גדולות מהוות השחקנים העיקריים בשוק,Telco=Telecommunications Company) ) תקינה מאוד מסודרת. יצרנים שונים מספקים מרכיבי מערכת.
העברת דיבור ברמת רשת מבוססת על טכנולוגיה של מיתוג מעגלים (circuit switching) – להבדיל ממיתוג מנות להעברת נתונים.
כמו שנראה בהמשך – ATM הוא connection oriented כדי לתמוך בדרישות של קצב קבוע. בגישה זו נבנה מעגל וירטואלי לפני התחלת העברת המידע.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

14. רשתות ופרוטוקולים להעברת נתונים
הערות
יישום
תקן
חסות
שם תקן
קווי
WAN
בינ"ל
ITU- T ISO
X.25
WAN\LAN
תקן בפועל
Internet
TCP\IP
LAN\WAN
פרטי
IBM
SNA
קווי
LAN
פרטי,
IEEE802.3
Xerox, Digital, Intel
Ethernet
פרטי
Apple
AppleTalk
אלחוטי
802.11
Hyperlan
IEEE,
ETSI-BRAN
WLAN
מאפיינים: הרבה חברות קטנות, תחרות רבה, מגוון גדול תקנים של תקנים ופורומים תעשייתיים בהתהוות.
תהליכים חברתיים של חברות שמתבססות יותר על קבלני משנה (outsourcing) - תלויות יותר בקווי תקשורת.
בעיות ותהליכים:
מערכות להעברת נתונים שונות בדרישות ממערכות להעברת דיבור.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

15. רשתות ופרוטוקולים לגישה בפס רחב – קול, נתונים ווידאו
רשתות ופרוטוקולים לגישה בפס רחב – קול, נתונים ווידאו
הערות
יישום
תקן
חסות
שם תקן
MAN
HFC
Access
xDSL
DOCSIS
Access via cable
ITU-J83
פורום חברות
Cable modem
SAT
Broadcast,
Access
ארופי
ETSI
DVB
MMDS, LMDS
FBWA
בינ"ל
IEEE
802.16
LMDS
ETSI-BRAN
Hyper Access
מאפיינים: הרבה חברות קטנות, תחרות רבה, מגוון גדול תקנים של תקנים ופורומים תעשייתיים בהתהוות.
תהליכים חברתיים של חברות שמתבססות יותר על קבלני משנה (outsourcing) - תלויות יותר בקווי תקשורת.
רשתות מהירות (high-speed networks): לפי FCC רשתות תשתית המסוגלות להעביר קצבים של מידע (באחד הכוונים:מרכזיה אל המנוי , או מנוי אל מרכזיה) של 200kbps ויותר.
רשתות רחבות סרט :(broadband networks) מעבירות מידע/נתונים באחד הכוונים בקצבים של מעל 1Mbps
אחוז חדירה של הטכנולוגיה:
בעיות ותהליכים:
מערכות להעברה בזמן אמת של דיבור, וודאו – מחייבות שמירה על קצב קבוע (Constant Bit Rate, CBR)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

16. 2. תהליכים וכווני התפתחות ברשתות רחבות פס
רשתות מכילות מרכיבים המחייבים סנכרון בין מכונה משדרת וקולטת
מערכות חדשות צורכות משאבי תפעול, ניהול ותחזוקה (OAM) - הפרוטוקלים הישנים אינם תומכים בצרכים כאלה.
כוח מחשוב הולך וגדל בציוד הקצה
(Customer Premises Equipment, CPE)
מחיר קווי נל"ן (קוו ייעודי נקודה-לנקודה) גבוה, אין גיבוי לנפילת קוו. פתרון יותר כלכלי לבנות רשתות על קונספט של Network VPN=Virtual Private
צוואר בקבוק – last mile : גישה רחבת פס (Broadband Access) של צרכנים ביתיים לרשתות הטלקומניקציה/מחשבים התשתיתיות.
שירותים מוכללים: קול, וידאו נתונים - איכות שרות QoS . טכנולוגיה של ATM תוכננה להעברת שירותים מוכללים ברשת אחת. מחיר גבוה בשל סבוכיות פרוטוקול גדולה. טכנולוגיה של IP מהווה אלטרנטיבה זולה – אך חסרות בה פונקציות QoS
בסוף שנת 2003 יותר מ 42% מהעסקים ב US מחוברים לפס רחב (קווי, אלחוטי...) . במדינות אחרות – כמו קוריאה אחוז חדירה של הפס הרחב הרבה מעבר לזה כולל בשוק הביתי.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

17. התכנסות לקראת שירותים מוכללים
קול, ווידאו ונתונים על circuit switched Networks
קול, ווידאו על
Circuit Networks
נתונים על
Broadband Packet
Networks
קול, ווידאו ונתונים על Broadband Packet Network
אתמול
היום
מחר
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

18. גישה מהירה – רשתות רחבות סרט
כדי להעביר קול על “רשת נתונים” צריך פרוטוקולים חדשים
Voice over IP (VoIP)
Voice over Frame Relay (VoFR)
Voice over ATM (VoATM)
צריך לפתח מערכות תשתית התומכות ב Packet
אבל איזה סוג Packet ?
Packet = מנה כלומר , "חבילה"
המעבירה יחידת מסר של משתמש. בד"כ
המובן הוא PDU
PDU=protocol data unit
Packet=לעתים שם ספציפי עבור PDU ברמת רשת L3
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

19. רשתות רחבות סרט: סוגים ומאפיינים עיקריים של מנות (packets)
הטכנולוגיות העיקריות: Frame Relay, IP, ATM כולן נפוצות ויש להן קווי דמיון רבים
מידע של משתמש
Header
trailer
Flag
Flag
payload
מבנה של מנה (packet) גנרית
ההבדלים העיקריים:
אורך קבוע מול משתנה של מנה
connection vs. connectionless
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

20. טכנולוגיות תקשורת מנות רחבת סרט
Variable length
Fixed length
Frame Relay
ATM
Connection IP
(אין)
Connectionless
המינוח של connection- oriented מול connectionless מתייחס אל הצורה בה שולחים מנות בין הרבה משתמשים – כלומר, צורת ריבוב המנות (packet multiplexing). בשני המקרים הריבוב סטטיסטי :
ב connection-oriented מגדירים לפני העברת המידע את המסלול בו תעבור המנה (מעגל וירטואלי) ומקצים לו מספר "מקומי" מסוים.
ב connectionless - שולחים את המנה עם כתובת שולח/מקבל המזוהים אבסולוטית. אין צורך בבניית מעגל וירטואלי לצורך התקשרות.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

21. ניתוב ברשת connectionless1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 3 3 2 2 3 2 3 2 3
מנות עוקבות של צרכן מסוים יכולות להתקדם ברשת במסלולים שונים. לכל מנה נדרשת החלטה – באיזה מסלול לנתב? 3
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

22. ניתוב ברשת connection oriented1 1 2 2 3 2 4 3 4 4 5 5
כל המנות מצרכן מסוים עוברות אותו מסלול (מעגל וירטואלי). החלטת ניתוב נעשית רק כאשר מוקם המעגל הוירטואלי.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

23. מבנה מנה גנרית - Payload
גודל מנה קבוע (ATM)
קל לעבד את זרם המנות עם השהיה ניתנת לחיזוי
כל המנות שומרות על אותו מבנה וגודל הנקרא תא (cell)– בתים של מידע 5 בתים של overhead
מתאים להעברת קול וישומים של CBR כמו זמן-אמת.
גודל מנה משתנה (Frame Relay, IP)
נצילות טובה יותר של רוחב הסרט
מתאים יותר לתקשורת מחשבים עם packets שאורכם משתנה
ATM יותר דומה ל FR שכן שניהם בנויים על CONNECTION ORIENTED
ההבדל העקרוני של FR&ATM מול IP – בהתייחסות אל הקצאת הכתובות.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

24. מבנה מנה גנרית - כותרות בטכנולוגיה של Connection oriented
יש מספר (10bits) למעגל הוירטואלי המזהה את החיבור – DLCI וכן 6 ביטים לאיתותים
אין צורך במרחב כתובות גדול. אם צריך – ניתן להרחיב את הכתובת.
Data Link Connection Identifier =DLCI
Cir=committed Information rate
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

25. מבנה מנה גנרית - כותרות בטכנולוגיה של IP – connectionless
יש כתובת יחידה אבסולוטית אוניברסלית
המזהה את השולח ואת המקבל
נידרש מרחב כתובות גדול
Destination
address
Other Hdr info
Source address
Other Hdr
info
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

26. 3. מערכות תקשורת אלחוטיות ותאיות - סקירה
3. מערכות תקשורת אלחוטיות ותאיות - סקירה
High-tier
PCS
Mobile cellular
Macro-cell
Micro-cell
Paging
Messaging
Phone point
LOW-tier
PCS
Cordless
Cordless
F.BWA
Macro-cell
Micro-cell
WMAN
WLAN\ MAN
802.16x
WLAN
Pico-cell
802.11x
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

27. 3. מערכות תקשורת אלחוטיות - סקירה
3.1 מערכות אלחוטיות בהספק נמוך –
CT=cordless telephone
מאפיינים של CT:
הספק ממוצע בשידור 10mv
איכות דיבור גבוהה (ADPCM)
ניידות נמוכה (תמיכה מוגבלת ב Handoff)
טווח תקשורת – עשרות מטרים
פשטות, השהיות קצרות , זול מאוד
האלחוטי הנפוץ ביותר
תחומי תדר:
PSTN BS
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

28. 3.1 CT=cordless telephone -המשך
קיבול נמוך - מעט צרכנים לכל MHz
מעט צרכנים לכל תחנת בסיס
הרבה מאוד תחנות בסיס לכל יחידת שטח
אין סיבוך ברמת רשת – CT נראה כמו טלפון רגיל ל PSTN
תחומי שידור שאינם מחייבים רשיון
מודולציה פשוטה FSK
תחומי תדר:
PSTN BS
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

29. המשך - מערכות תקשורת אלחוטיות הספק נמוך
המשך - מערכות תקשורת אלחוטיות הספק נמוך
מערכות PCS\ PCN
PCS= Personal communication system
מערכות אלחוטיות להן הוקצו תחומי תדרים מיוחדים בתחום 1800MHz והיוו במידה מסוימת הרחבה של CT לכיסוי שטחים גדולים יותר.
הרבה מערכות "קונספטואליות" שלא שרדו. (טבלה 1)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

30. Table 1: Digital CT and Low-tier PCS
PACS
PHS
DECT
CT2 US
Japan EU
EU\Canada
region
FDD
TDD
Duplexing
Freq. Band
MHz
300
1728
100
Carrier spacing, kHz 25 10 5
TX power, mW (average)
32kb/s
32 kb/s
codec
384
1152 72
Channel bit rate ( kb/s)
8/pair 4 12 1
Channels per carrier
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

31. 3.2 מערכות WLAN מערכות עם ניידות נמוכה – רשת אתרנט אלחוטית
רדיוס כיסוי – עשרות עד מאות מטר
מודל מתאים לחללים גדולים, קמפוס
קצבים ותחומי תדר
דור נוכחי עד 22Mbps - IEEE802.11b , תחום ISM 2400MHz-2483MHz
דור עתידי עד 54Mbs – תקן IEEE802.11a , תחום 5 GHz
תקנים מקבילים אירופיים HiperLAN
הטכנולוגיה במצב בשל, יש business....
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

32. 3.3 מערכות BWA=Broadband Wireless Access
מערכות נייחות בתצורה של
Mega cell לערוצים עם קוו ראיה LOS
Multi cell לערוצים ללא קוו ראיה NLOS
Mesh
רדיוס כיסוי – עד 10 ק"מ תצורה תאית, עד 30 ק"מ בתצורה של Mega cell
חסכון ניכר בתשתיות תקשורת
תחומי תדר:
GHz MMDS
3.5GHz
LMDS ב 28/38GHz
התחום במצב קשה – השוק לא התעורר עדיין...
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

33. 3.4 מערכות paging מערכות המעבירות מידע בקצבים איטיים
מערכות המעבירות מידע בקצבים איטיים
600 bps עד 6400
התפתחו ממערכת “one bit” "יש לך הודעה..."
תקשורת חד כוונית
טווחים ארוכים עשרות- מאות ק"מ
תקשורת א-סימטרית
משדרים בתחנת בסיס בהספקים של KW , אנטנות גבוהות,
ציוד קצה CPE - קטן, חסכוני בהספק, זול מאוד
נסיונות לבצע שיפורים טכנולוגיים ל pager דו-כווני
סובל מתחרות קשה של mobile
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

34. 1.4 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות
דור ראשון, דור שני, דור שלישי ודור רביעי בתקשורת ניידת תאית.
"המהפכה התאית" היא קונספט תקשורת המאפשר למליוני משתמשים לנצל רוחב סרט כולל של פחות מ 50MHz לצורת העברת שירותי מידע מתקדמים: דיבור, נתונים ווידאו..
איך קורה הנס הזה ?!
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

35. התפתחות התקשורת הניידת התאית
דורות של חדשנות בקפיצות מדרגה
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

36. לקראת עולם תקשורת ניידת
TELECOM >>>>> MOBILE
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

37. התפתחות דורות של תקשורת ניידת – מבט כולל
Analog
Circuit switched
Basic voice telephony
Low capacity
Limited coverage
Digital
Packet switched all IP (IPv6)
AAAAA (any content, anywhere, anytime, any device, any access system) with high QoS
Flexible platform, people-people, people-things, things-things
Global coverage, vertical and horizontal roaming, Mbps data rates
Digital,
Circuit switched
Voice+limited data
National and global roaming
Digital
Packet and circuit switched
Voice, data and limited multimedia
Global coverage and roaming
.384-2Mbps data rates
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

38. טלפוניה ניידת תאית – דור 1 (דור אנלוגי)
טלפוניה ניידת תאית – דור 1 (דור אנלוגי)
System
Year MA
Upstream / Downstream
[Mhz]
Ch Spacing
[kHz]
# of channels
NTT Japan
1979
FDMA / / /
25/6.25
6.25
600/2400
NMT Europe
1981 / 25
180
NMT Europe
1986 /
12.5
1999
AMPS US
1983 / 30
832
NAMPS
1992 10
2496
STACE- UK
1985 /
1240
C450 GE /
573
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

39. 3.2 טלפוניה ניידת תאית – דור 2 (סיפרתי, הדור הנוכחי)
3.2 טלפוניה ניידת תאית – דור (סיפרתי, הדור הנוכחי)
IS-95
IS-136
GSM
CDMA
TDMA
Multiple Access
QPSK
Pi/4-DQPSK
GMSK
Modulation
1.25MHz
30kHz
200kHz
Carrier spacing
1.2288M chips/sec
48.6kbps
kbps
Carrier bit-rate
20ms
40ms
4.615ms
Frame length
8kbps
13kbps /6.5kbps
Speech codec rate
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

40. מאפיינים של דור שני 2G mobile
מקסימיזציה של מספר משתמשים ל MHz ומשתמשים לתא
הספקי שידור גבוהים mW 100 – 1000
רדיוס תא גדול 5- עד 30 km
שיטת Duplexing = FDD
סיבוכיות גבוהה: אלגוריתמים מסובכים לדחיסת דיבור, ECC , מודולציה, קיזוז עוותי ערוץ
מחיר יקר לתחנת בסיס ( 1M$)
מחיר יקר לספקטרום התדרים, מצוקת תדרים בשל דרישה גוברת להגדלת קצבי העברת מידע.
סיבוכיות רבה ברמת ניהול רשת
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

41. תקשורת בקצבים גבוהים בכל מקום
אמצעי התקשורת העיקרי לרוב היישומים באיכות גבוהה
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

42. 3G- מענה חלקי לצרכי השוק המתפתח
הטכנולוגיות הקיימות אינן מסוגלות לספק בו-זמנית קצבים גבוהים למספר רב של מנויים ואינו מאפשר ישומי מולטימדיה מלאים
קצב הנתונים מוגבל לטווח מאות מטרים מהתחנה
טכנולוגיית 3G אינה מסוגלת לספק את העלייה בקיבול ליחידת שטח במגבלות הספקטרום
דרוש לעומת 3G פי 100 יותר קיבול לתא שטח ללא תוספת משמעותית בספקטרום או בתחנות בסיס חדשות ובעלויות נמוכות
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

43. Hello, my world..! Who needs 4G?!
Users want to get personalized mobile multimedia services with any content, anywhere and anytime, via any device and any access system.
With a richness making it just about as good as being there…
that is YOU will be able to interact with YOUR rich virtual world “AAAAA”
Hello, my world..!
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

44. 4G Vision (Many Flavors..)
All-IP based mobile broadband wireless network that supports:
Integration of different complementary access systems on a common IP-based network
Low rate (<100Kbps) up to high rate (20-100Mbps) symmetric and asymmetric data services per subscriber
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

45. All- IP based core network
Access Technologies
BWWI
4G Vision: seamless and ubiquitous network of complementary access systems
Media Access System
All- IP based core network
Wireline xDSL
WMAN (WiMax)
SAT to the home
Wireline Cable
Mobile Cellular
2G\3G\IMT2000
PSTN
Fiber to the home (FTTH)
Services & Applications
Wide Area Broadcast (DAB,DVB)
New RAN (Radio access network)
WWW
Short Range connectivity
WLAN
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

46.  The Immediate Environment
MultiSphere Level Concept Systems Beyond 3G Will Cover Different Communication Relations
 The PAN
 The Immediate Environment
 Instant Partners
 Radio Accesses
: Interconnectivity
 CyberWorld
In the first level the user connects all carried devices like a camera, phone, mirror glasses for images, watch etc. in a PAN (Personal Area Network) by short range connectivity systems. The second level links the immediate environment like a TV, a PC, a refrigerator etc. to the user. Currently, the user does not interact with them but in future he will expect that they take notice of him, that they start to interact with him and turn into personalized items rather than general-purpose devices.
Level three ensures the direct communication with instant partners as other users and vehicles. Users may want to talk to them or just to relay information through them. In the future wireless possibilities should enable an easier and maybe richer interaction with people close by than with people on another continent. What has made mobile communication so successful was the possibility to rely on ubiquitous coverage of a wide area system. Either directly from the PAN or via the instant partners publicly accessible radio interfaces must be reachable. Different wireless access systems like terrestrial systems, satellite systems and HAPS (High Altitude Platform Stations) are, therefore, provided in level four for full area coverage. Universal wireless interconnectivity emerging from today’s mobile Internet core networks will be one of the crucial tasks. To offer the right level of support for the various specialized radio interfaces and terminals will be a key requirement. Evolutions of interconnectivity (level five) will convey radio interface state specific information to applications and also allow for seamless integration of synchronous direct communication services with asynchronous message based services. These levels are surrounded by the Cyber World (services and applications domain) in level six, where the user can stay in touch with his agents, knowledge bases, communities, services and transactions. This vision from the user perspective is the driving force for seamless services and applications via different access systems for future development.
Source: IST WSI Project
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1

47. 4G Key System Concepts
User Centric personalized services AAAAA (any content, anywhere and anytime, via any device and any access system)
Multi-Mode (multi-technology multi-service to support various spheres of communications and mobility options, support horizontal HO within the same system at different cells, vertical HO between different access systems)
New RAN with more than x10 increase of capacity and very high spectral efficiency >4 bps/Hz. Bounds reaching capacity/coverage schemes exploiting all dimensions of diversity (Space-Time-Frequency)
Networking (Ad-Hoc and multihop, heterogeneous networks, Cooperative Networks (CoNet), end-to-end QoS, dynamic resources allocation adapted to channel conditions and traffic, load peer discovery)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 1