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 3b

2. תוכנית הקורס פרק 1 פרק 2 פרק 3 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [3 שעות]
 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: [3 שעות]
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. מערכות דור ראשון, דור שני, שלישי ורביעי בתקשורת ניידת תאית. מגמות עיקריות בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב.
פרק 2
עקרונות תכנון של מערכות תקשורת תאיות: [6 שעות]
שימוש חוזר בתדרים (frequency-reuse) , הקצאת תדרים, מבוא לטכניקות העברת שליטה (handoff) , הפרעות , ACI ,CCI וקיבול מערכת, ריבוב סטטיסטי ומושג Erlang , GOS ומדדים לאכות שירות, שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות. דוגמאות מעשיות.
פרק 3
  מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- Large Scale [9 שעות]
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 3

3. 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: (3 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: 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 3

4. 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.
פרק 8
דוגמאות מסכמות (3 שעות)
מאזן ערוץ (Link Budget), תכנון תאי. קיבול מול כיסוי במערכות תאיות.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

5. 6. מודלים להתפשטות בתוך בנינים (Indoor)
שני הבדלים עיקריים לעומת מודלי התפשטות מסוג outdoor
מרחקים קצרים בהרבה מאשר תקשורת ניידת תאית (micro cell)
שונות גדולה מאוד על פני מרחקים קצרים: תלות בחפצים בתוך המבנה, סוג המבנה, מיקום חלונות בתוך המבנה וכו'.
ניתן לחלק לשני סוגים עיקריים: LOS, NLOS
כאשר הגל חודר קירות –
הפסדי חדירה קטנים עם הגדלת התדר. תוצאות מדגמיות:
14.2dB MHz
13.4dB MHz
12.8dB MHz
הפסדי חדירה קטנים דרך חלון או גג (כ 6dB) לעומת קיר
מודלים למערכות Indoor מבוססים על המודל הבסיסי
עם התאמות לתנאי ההתפשטות בתוך הבניין, שקלול מיקום תחנת הבסיס (בתוך הבנין, מחוץ לבנין, מספר הקומות בבנין וכו').
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

6. מודלים פרמטריים מבוססים על COST-231 לתווך Indoor
Model-1:
(מודל Wideband PCS Microcell )
d נמדד ב [m] וכן n מחושב מתוך התאמה למדידות בשטח. קשה לתת למודל כזה משמעות הקושרת אותו לתנאים במבנה (קירות, קומות וכו').
שים לב שיש בד"כ תלות בתדר הנכנסת דרך מקדם אקספוננט הנתיב n .
תוצאות אופייניות למקדם n :
תדר
3.3
2400MHz
3.8
4.75GHz
4.5
11.5GHz
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

7. Model –2 (מבוסס על Keenan-Motley 90 ):
מדידות בוצעו בתדר 1800MHz על שני סוגי קירות ורצפה אופיינית
התלות במספר הקומות אינה ליניארית (גדולה יותר מהצפוי). ניתן לפשט את הנוסחא ולרשום:
(בקומות הגבוהות מעל Fl#19 יש הסתרה מוגברת...)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

8. :Model-3 מודל עם הנחתה אקספוננציאלית במרחק
המודל האחרון מתאים למקרה בו תחנת בסיס בתוך בנין גדול (מדידות בתוך בנין בורסת NYC).
המדידות [Dev90,91]הראו:
תדר
0.54
850MHz
0.49
1900MHz
0.62
4GHz
0.55
5.8GHz
בנין 1-2 קומות
בנין 1-4 קומות
תדר
0.48
0.62
850MHz
0.35
0.57
1700MHz
0.23
0.47
4GHz
הערה: במודלים 2-3 אין תלות בתדר (על פני תחום תדרים מספיק גדול, בנין גדול) – פרט להיבטי הגברי אנטנה וגורם הפסדים התלוי בתדר הקשור אל מרכיב LOS.התוצאות בטבלה מימין מודל-3 מראות תלות של בתדר . שים לב – שנושא המודלים ל Indoor הוא חדש ואין לעתים התאמה אפילו בתוצאות (תוצאות תלויות אתר !!)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

9. Primary ray tracing modelעם הנחתה בין קומות
הסכום האחרון נקבע ע"י סיכום של כל תרומות המכשולים לקרן הבודדת מהמשדר למקלט.
לשיטה קוראים Primary Ray Tracing .
לשיטה יש יתרונות:
פישוט ניכר של הסיבוכיות (על פני מודל תלת מימדי מלא)
הקטנת האי וודאות בהתבסס על תאור מפורט של המבנה (טבלאות ל FAF )
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

10. Number of Locations [dB] FAF [dB] Building 1 52 7.0 12.9 1F 9 2.8 18.7
ערך ממוצע של פרמטר (FAF) Floor Attenuation Factor בשני בניני משרדים 1 עד 4 קומות Sei 92 ] ]
Number of Locations
[dB]
FAF [dB]
Building 1 52
7.0
12.9 1F 9
2.8
18.7 2F
1.7
24.4 3F
1.5
27.0 4F
Building 2 21
2.9
16.2
5.4
27.5
7.2
31.7
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

11. ניתן לשקלל את FAF בעזרת מקדם אקספוננט נתיב, ולקבל נוסחה להפסדי נתיב And94]]
ניתן את מודל 3 – לשפר ע"י התחשבות בגורם ניחות באותה קומה FAF וכן בגורם ההנחתה בתלות בסוג המסוים של התווך החוצץ בין משדר למקלט: PAF
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

12. שיטות Ray-Tracing עבור outdoor , Indoor
אלו הן גישות דטרמיניסטיות (לא סטטיסטיות) לחישוב מדויק של משוואות הגלים + תאור מדויק במידת האפשר של התווך. הכוון המודרני של חישוב מדויק של הפסדי נתיב. יכל להחליף במקרים רבים את המודלים "הקלאסיים" בהם האי וודאות ( ) גדולה.
שיטות Ray Tracing למערכות Outdoor משלבות בסיס נתונים גרפי (GIS) עם מיפוי 3-D ושיטות חישוביות ("פוטוגרמטריה" להפיכת תצ"א למפה 3-D הכוללת גבהים) . השיטה מאפשרת לפתור בצורה ספציפית את מודל התפשטות הגלים במרחב עם: החזרות, עקיפה ופיזור בשל עצמים הקיימים במודל הספציפי.
לשיטות אלה ניתן להוסיף מודל outdoor-to-indoor וחדירה לתוך הבנינים, הפסדים בתוך בנינים בתלות בסוג הבניין וכו'.
הרזולוציה של המפה והדיוק בשכבת הגובה (terrain) כמו עדכניות שכבות התכסית חשובים לשערוך הפסדי הנתיב.
מידע terrain, building , tree-density מופיעה כשכבה וקטורית על המפה.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

13. 7. חישוב טווח תקשורת וכיסוי תקשורת רדיו
טווח תקשורת הוא המרחק המקסימלי אליהם יגיעו גלי הרדיו, כך שהאות הניקלט יהיה לפחות בסף רגישות הקליטה.
LOS: מנוסחת Friis נציב במקום הספק ניקלט את רגישות הקליטה
NLOS: המודל הכי פשוט - נתייחס למסלול המורכב משני קטעים
d0 עם LOS
d עם NLOS
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

14. המשך – כיסוי תקשורת רדיו - NLOS
המודל הפשטני (ללא הסתרות)
ככל שרגישות הקליטה משתפרת – הטווח גדל.
המקרה של LOS הוא מקרה פרטי כאשר n=2.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

15. ניספח: רגישות קליטה
רגישות קליטה – הספק האות הנדרש בכניסה לקיום יחס אות לרעש מינימלי רצוי במוצא .
בכמה צריך להיות האות המינימלי בכניסה מעל לרמת הרעש התרמי כדי לקבל את הביצועים הנדרשים ?
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

16. רגישות קליטה - דוגמא
עבור T0=290oK וכן B=10KHz בהנחה שצריך ביציאת מקלט יחס אות-לרעש של 10dB נניח ספרת רעש של מקלט F=10dB
רגישות קליטה
כלומר, האות הניקלט צ"ל עם הספק של 20 dB מעל לרצפת הרעש התרמי.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

17. חישוב הסתברותי של כיסוי שטח – התחשבות בתופעת Shadowing
המטרה לחשב על סמך ההסתברות לקליטה על גבול התא (boundary coverage) את ההסתברות לכיסוי השטח (area coverage) .
דוגמא: אם למשל ב 75% מהזמן האות הנקלט על גבול התא d=R הוא מעל לסף , מה אחוז כיסוי השטח ? (אשר בו עוצמת קליטה מעל סף ) ?
התשובה תלויה ב n, הפרמטרים במודל ההסתברותי של הפסדי נתיב
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

18. חישוב הסתברותי של כיסוי שטח - המשך
חישוב הסתברותי של כיסוי שטח - המשך
כזכור, ההסתברות שהספק נקלט במרחק d=r יהיה מעל לסף קליטה מסוים
ערך ממוצע של הספק נקלט במרחק רדיאלי r מהמשדר נתון ע"י
תוך שימוש בקשר
נקבל
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

19. תוך שימוש במשוואות 1-3 יתקבל ביטוי מפורש לגודל
ומכאן, ניתן לחשב את
אם נבחר על גבול התא נקבל:
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

20. תאור של משוואה 6 : ידיעת הסתברות הקליטה בגבול התא, וכן
תאור של משוואה 6 : ידיעת הסתברות הקליטה בגבול התא, וכן
מאפשרת להגדיר אחוז כיסוי השטח כאשר הכיסוי בגבול התא הנו פרמטר.
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

21. דוגמאות לשימוש בגרפים:
א. נניח אם הכסוי בגבול התא הוא 75% (ז.א. ב 75% מהזמן עוצמת הקליטה הנמדדת בגבול התא הנה מעל לסף ). אזי:
כיסוי השטח שווה ל 90%
ב. מה קורה כאשר הפסדים לפי LOS ? נניח
כיסוי שטח שווה ל 86%
ג. מה קורה אם סטיית התקן קטנה ? נניח
כיסוי השטח גדל ל ~90 %
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

22. דוגמא מסכמת- נניח מודל פתרון dBm 100 -20 200 -35 1000 -70 3000
דוגמא מסכמת- נניח מודל
נתונות 4 מדידות של הספקים כפונקציה המרחק d בין משדר למקלט
dBm
100
-20
200
-35
1000
-70
3000
א) מצא שערוך מסוג מינימום-שגיאה-ריבועית ממוצעת MMSE למקדם האקספוננט של הפסדי הנתיב..
ב) חשב את מתוך המדידות.
ג) מצא בעזרת המודל את ההספק הנקלט במרחק 2km
ד) מה ההסתברות שעוצמת האות הנקלט במרחק 2km תהיה מעל –60dBm
ה) חשה את אחוז כיסוי השטח ברדיוס 2km בו עוצמת האות הנקלט מעל לסף של סעיף קודם ?
פתרון
א) למציאת n נרשום את הערכים החזויים מתוך המודל להספק הנקלט עבור ערכי
פונקציית השגיאה הריבועית ניתנת לרישום ע"י
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

23. המשך דוגמא מסכמת – סעיף א
מכאן,
מקדם אקספוננט הנתיב הנו n=4.4
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

24. המשך דוגמא מסכמת – סעיף ב
נציב את הערך שקיבלנו n=4.4 במודל ונרשום ביטוי ל הספקים חזויים
מכאן, השונות (Variance, ) של תוצאות המדידה ניתנת לחישוב בעזרת
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

25. המשך דוגמא מסכמת – סעיף ג
נחשב בעזרת המודל
הספק נקלט הנו בממוצע הגודל
בפועל , הספק ניקלט הוא מ.א גאוסי עם תוחלת (ממוצע) של dBm
ושונות של הגודל הזה מתאר את האי וודאות בהספק הניקלט הממוצע., ויכל לתאר תופעות הסתרה .
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

26. המשך דוגמא מסכמת – סעיף ד
הסתברות שהאות הניקלט במרחק 2km יהיה עם הספק העולה על -60dBm
המשך דוגמא מסכמת – סעיף ה
קיבלנו בסעיף קודם שאחוז הכיסוי בגבול התא הוא 67.4% . תוך שימוש בגרפים של כיסוי שטח עבור המקרה
נקבל שאחוז כיסוי השטח הוא 88% . כלומר – 88% מהשטח הינו עם עוצמת קליטה גבוהה מ –60dBm -
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3

27. הגבר מערכת System Gain
פרמטר שימושי מאוד בתכנון מערכות אלחוטיות. נותן למתכנן הערכה כוללת של מאזן ההספקים.
התכנון צריך להבטיח שיתקיים
FM Fade Margin= "שולי דעיכה" רזרבה למאזן הספקים שנועד לעמוד בדרישות הזמינות של המערכת למרות דעיכות בערוץ (מניחים שאין diversity)
Dr. Moshe Ran / תקשורת ניידת ותאית - פרק 3