Multimedie- och kommunikationssystem, lektion 7 Kap 7 och 11: Telesystem. Tidsmultiplex. Växlar. Trådlösa system. Vågutbredning. Digital-TV. COFDM. Mobilsystem.

Trådlös transmission

Nästa generations mobilsystem? Samverkan mellan olika system

Spektrum Radiovågor Mikrovågor IR UV Röntgen Mobiltelefoni kHz MHz GHz THz PHz EHz ZHz Radiovågor Mikrovågor IR UV Röntgen Mobiltelefoni Synligt ljus Gråmarkerade frekvenser är i huvudsak upptagna Högre frekvenser ger dyr utrustning/kort räckvidd

Våglängd och frekvens Ju högre frekvens desto kortare våglängd.

Vågutbredning av radio- och mikrovågor Exempel: Radio-LAN använder ofta frekvensen 2.4GHz, dvs våglängden 300/2400 =0.125m. Radioskugga kan uppstå bakom föremål med storlek några våglängder (några dm i vårt exempel). Radiovågor dämpas kraftigt av metallnät, t.ex. armeringsjärn, med mindre hål än en halv våglängd (ca 6 cm i vårt fall). Metallnätet utgör då Faradays bur. Avståndsberoende dämpning. I vakuum avtar signalen kvadratiskt med avståndet, dvs 6 dB dämpning per dubblering av avståndet. I stadsbebyggelse är dämpningen ca 9 – 12 dB per dubblering av avståndet.

Förenklad modell av dämpningen

Mobiltelefoni Cell = täckningsområde för en basstationsantenn. En basstationssite har ofta tre antennriktningar, dvs tre celler. Handover = byte av cell eller kanal under samtalet Roaming = byte av trafikområde i väntan på samtal. Paging = sökning av mobil över hela trafikområdet vid inkommande samtal.

Radio resource management Traditional static handover Example: Channel reuse factor 4 Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4 Dynamic resource management with channel reuse factor 1 Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4

Återanvändning av kanaler Dämpningen möjliggör återanvändning av kanaler Fler celler som täcker samma yta ger högre ytkapacitet [Mobiler / km2] 3 3 3 Celler med samma siffra använder samma kanaler. I figuren är antalet kanalgrupper tre. 2 2 1 1 1 2 3 1 2 1

Fixed Channel Allocation with static handover Handover map Cellerna definieras av handovergränserna, och är (i teorin) hexagonala.

Mobiltelesystemens generationer 1G: Analog modulation – FDMA. T.ex. NMT. 80-talet. 2G: Digital modulation, TDMA + FDMA. T.ex. GSM. 90-talet. 2.5G: GPRS, dvs paketförmedling. 3G: Edge (8PSK) eller WCDMA (spread spectrum). 2000-talet. 3.5G: All-IP-infrastructure, inkl IP-telefoni istället för kretskopplad telefoni? Asymmetrisk. HSDPA. 4G: Hybrid av många system? Heterogen täckning? COFDM-modulation? Dynamisk kanalallokering? 2010-talet?

Störningar vid trådlös kommunikation Brus och elektriska störningar: ”Gaussiskt vitt brus”, innebär att en gaussiskt fördelad (dvs normalfördelad) slumpmässig spänning som innehåller läggs till signalen. Dess spektrum har lika stark energi vid alla frekvenser. Samkanalsstörningar (co-channel interference) Långsam skuggfädning: Log-normal fördelning av dämpningen. Flervägsutbredning ger upphov till: Ekon och tidsspridning av signalen, vilket ger inter-symbol-interferens (ISI) Snabb fädning. Denna kan vara flat eller frekvensselektiv dämpning. Vid frekvensselektiv dämpning blir symbolen distorderad. Rayleigh-fördelad om direktvåg saknas Rician-fördelad dämpning vid line-of-sight. Fasvridning. Skurfel Dopplerskift M.m

Diversitet Tidsdiversitet genom bit-interleaving (omkastning av bitarna i tid, så att inte skurfel drabbar samma paket) Rumsdiversitet (flera antenner) Frekvensdiversitet (frekvenshopp, spread spectrum eller COFDM dvs många smalbandiga bärvågor)

TV-distribution

Analoga TV-system Europa: 25 bilder per sekund (50 halvbilder), 625 linjer. Färginformation enligt PAL-systemet (de flesta europeiska länder). USA: 30 bilder per sekund (60 halvbilder), 625 linjer. Färginformation entligt NTSC-systemet.

Figure 11:2: Analog TV-signal Luminance = svartvit information och synksignaler. Chrominance = färginformation. Audio = ljudsignal.

TV band frequency division multiplex

Figure 11.20: The terestrial digital video broadcasting system (DVB-T)

Example 11.1: FEC in the digital TV system

COFDM modulation (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) Flera tusen långsamma modulatorer på var sin underbärvåg istället för en snabb.

COFDM spectrum Ortogonal modulation innebär oberoende bärvågor. Spektrum av en bärvåg påverkar inte mottagnning av en annan bärvåg om frekvensavståndet är 1 didividerat med symboltiden. Därmed behövs inte filter.

The OFDM modulation scheme Example: 4 sub-carriers 8 PSK

Syfte med COFDM Långa symboler gör att vi har råd med ”guard-interval” emellan så att ISI (Inter-symbol interference) kan undvikas. Den frekvensselektiva fädningen blir flat inom varje underbärvåg, och kan därmed motverkas genom felrättande kod, utan avancerad equalizer. COFDM är viktig inom ett stort antal trådlösa system, och förväntas användas inom 4G.

Example 11.2: Number of COFDM subcarriers in the DVB-T system

Technical data for DAB and DVB-T