brezžične tehnologije in promet
DESCRIPTION
Brezžične tehnologije in promet. F. Dimc (izseki predavanja A. Šterna, UL LTFE) 5. junij 2013. Frekvenčni spekter. Wikipedia commons. Poglejte si simulacijo na INIS, 2013. Zgodovina brezžičnih prenosov. Prvi enostavni prenosi so bili brezžični ogenj in dim na velike razdalje - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Brezžične tehnologije in promet
F. Dimc(izseki predavanja A. Šterna, UL
LTFE) 5. junij 2013
Frekvenčni spekter
Poglejte si simulacijo na INIS, 2013Wikipedia commons
Zgodovina brezžičnih prenosov
Prvi enostavni prenosi so bili brezžični• ogenj in dim na velike razdalje• bobni, kriki na manjše razdalje• ogledala, zastave v vidni razdalji• kurirska pošta v dosegu ljudi, živaliDoba elektrotehnike in telekomunikacij• 1800: izum prve Zn-Cu baterije (Alessandro Volta)• 1837: uporaba telegrafa (Samuel Morse)• 1873: razvoj tehničnih osnov radia (Maxwell, Hertz,
Tesla, Marconi, Armstrong .. naštej izumitelje radia in povem ti odkod si..)
• 1894: prva radijska komunikacija na > 100m• 1906: prva oddaja AM radia (Fessenden)• 1991: prvi sistemi GSM v Evropi (Finska)
po A. Štern, 2012
Zmogljivost prenosnega kanala
po A. Štern, 2012
)2log(
)/1log( NSBc
Kdaj prenesemo več podatkov? Kdaj imamo večjo rumeno kocko?• če prenašamo dlje časa na širšem pasu in z večjo močjo
Kako več uporabnikov navidezno hkrati prenaša podatke?• FDMA - frekvenčni sodostop (Frequency Division Multiple Access)• TDMA - časovni sodostop (Time Division Multiple Access)• CDMA - kodni sodostop (Code Division Multiple Access)
Sistemi brezžičnih zvez
po A. Štern, 2012
Brezžične tehnologije
Stacionarni domet: do 100 km, tip. 30 kmHitrost: do 72.6 Mbit/s, tip. 18 Mbit/sKognitivni radio pri izrabi TV kanalov
Operatersko okolje
Mobilni domet: do 35 km, tip. 5 km
Hitrost: do 21.6 Mbit/s HSPA+Celično globalno pokrivanje
Operatersko okoljeStacionarni in mobilni
domet: do 50 km, tip. 5 kmHitrost: 5 - 75 Mbit/sOperatersko okolje
Nomadsko: do 500 mHitrost: do 150 (600) Mbit/s
Lokalno pokrivanjeBrezplačna uporabaNomadsko: do 50m
Hitrost: do 1 Mbit/s, (do 1 Gbit/s)
Osebno pokrivanje, brezplačnoBližina telesa: do 10 cmBližina telesa: do 10 cm
aktivni RFID: do 50 maktivni RFID: do 50 mHitrost: do 424 kbit/sHitrost: do 424 kbit/s
Stacionarni in mobilni domet: nekaj 1000 kmRazlične hitrosti: kbit/s do nekaj 10 Mbit/s
Pokrivanje s sateliti LEO, MEO in GEO
WPAN
WMAN
WWAN
WLAN
IEEE 802.15Bluetooth
IEEE 802.11Wireless LAN
IEEE 802.16Wireless MANMMDS, LMDS
IEEE 802.20Mobile Broadband
Wireless Access (MBWA)
ETSIHIPERLAN
ETSI HIPERMAN& HIPERACCESS
3GPP, 3GPP2GSM, UMTS, HSxPA,
HSPA+, LTE, LTE-Advanced
WRAN
IEEE 802.22 Wireless Regional Area Networks
ZigBeeUWB
WBANRFID NFC
WGAN
BGAN Broadband Global Area Networks
A. Štern, 2012
RFID
• Pasivni (em val čitalnika, kateremu približamo priponko, inducira napetost v dolgi anteni priponke, kar vzbudi dejavnost čipa)
– manjše razdalje: LF, HF na cca. 1m, UHF do 10m
– čitalniki na ključnih mestih: vrata, izhod od blagajne v trgovini,
ključavnica avtomobila, avtomat za pijače
• Aktivni (baterija)– do nekaj 10 m– večje hitrosti prenosa podatkov, – (mikrovalovna izvedba) cestninjenja, stanje zalog, inventarja, gibljivost
zaposlenih v nadzorovanih območjih
• RFID in NFC (komunikacije v bližnjem polju – čitalnik in priponka sta nekaj valovnih dolžin ( = c/f) narazen)
– skupaj omogočata večje hitrosti prenosa (do 424 kbit/s), nove storitve (vstopnice, plačila, vizitke)
Data exchange
Dim
c, P
eča
r, .
., V
alič
, 2013
, A
N E
VA
LUA
TIO
N O
F B
US P
RIO
RIT
Y P
ILO
T A
PPLI
CA
TIO
N F
OR
EFF
ICIE
NT B
US S
ER
VIC
E IN
LJU
BLJ
AN
A
Rešit
ev z
zig
-bee v
pro
metu
Izzivi brezžičnosti
• Brezžičnost– Za komunikacijo ni treba žic, optičnih vlaken, uporablja
pa se radijski oz. optični spekter ali ultrazvok s fiksno ter nomadsko oz. mobilno uporabo
• Pozorni moramo biti na:– domet komunikacije– zasedenost povezav– motnje pri prenosu– hitrost prenosa podatkov– varnost komunikacije– opremo za komunikacije – razpoložljivo energijo– ceno za zasedanje spektra
Izvor-ponor informacij
IZVORINFORMACIJE
IZVORNIKODIRNIK
KANALSKIKODIRNIK
KANALSKIDEKODER
PONORNIDEKODER
PONORINFORMACIJE
PRENOSNIKANAL
MODULATOR
DE-MODULATOR
Govor,glasba,slike,video,
podatki
WAV,MP3,
JPEG,DivX,ZIP
robustnost,redundanca,priprava na
lastnostiprenosnega
kanal
AM/FM,QPSK,
QAM64,kHz, MHz,
GHz
izgube,lom,uklon,presih,presluh,šum,interferenca
Električni tok Radijski signal
po A. Štern, 2012
Digitalne modulacije• nQAM kvadraturne amplitudne modulacije
– spreminjanje dveh parametrov: amplitude in faze– konstelacijski diagram - prikaz simbolov
• vsak simbol pri nQAM nosi k bitov• pri 16QAM nosi vsak simbol log2n=k=4 bite• 2 bita določata amplitudo, 2 pa fazo
– vpliv šuma• šum premika lokacije simbolov v naključni
smeri• pri dani moči se posamezni simboli naključno
približujejo– mejne hitrosti
• moč pada s kvadratom razdalje– razdalje med simboli se hitro bližajo– pri istem šumu enkrat simboli trčijo
• omejitev višjih redov modulacije z razpoložljivo močjo
– hitrejši prenos -> bližje anteni
Konstelacijski diagram 16QAM
šum
c(t) = C cos (ωct + φc)
moč
po A. Štern, 2012
Klic v tujino Kaj se zgodi, če iz Slovenije kličemo
slovenskega naročnika, ki gostuje v tujini:
– klicatelj v Sloveniji zavrti telefonsko številko mobilnika
– pri domačem operaterju mobilnika se preveri stanje uporabnika (HLR)
• uporabnik je doma, v domačem omrežju
• uporabnik se nahaja v tujini, prijavljen je v omrežju tujega operaterja
• uporabnik ima izklopljen telefon
– klic se preusmeri v tujino– tuj operater
• preveri, na katerem območju celic se uporabnik nahaja
• sproži klic na skupino celic– naročnik v tujini
• se odzove na klic• plača gostovanje
Gateway Mobile Switching Centre
Home Location Register
Base Station Controller
po A. Štern, 2012
Celičnost mobilne telefonije
• Operater GSM ima na voljo omejeno število prenosnih kanalov (frekvenc)
• V sosednjih celicah se ne pojavijo iste frekvence
• Šestkotniki (en osrednji in 6 okoli) tvorijo celico, vsaki celici pripada 1/7 vseh frekvenc
• na eni frekvenci ( f1) poteka
– 8 časovnih rezin uporabnikov in signalizacija
– TDMA sodostop
V zvočnikh ob prehodu med celicami zaslišimo motnjo s frekvenco 1 / 4,615 ms = 216,6 Hz
po A. Štern, 2012
Prenos govora in podatkov
• Stopnje pred oddajo– govor (pretvorimo v digitalni zapis, kodiramo), podatke (z
modemi prilagodimo na ustrezne napetostne nivoje)– kanalsko kodiranje (razporeditev po možnih kanalih)– šifriranje (tudi za varnost, zanesljivost prenosa)– moduliranje (vključitev visoke frekvence nosilnega signala)
• Brezžično prenašamo modulirane signale
po A. Štern, 2012
Komuniciranje in navigiranje s pomočjo
satelitov• Pokrivanje območij s satelitskimi
signali– dopolnjevanje obstoječe prizemne
komunikacijske infrastrukture• pomemben člen pri optimizaciji povezljivosti
“kjerkoli, kadarkoli” v omrežjih 4G• pomembna vloga na območjih brez prizemne
infrastrukture– morja in oceani, puščave, gore
– postavitev visokih “baznih postaj” oz. “letečih ur”• bolj vertikalno pokrivanje ozemlja s signalom• dosegljivost tudi v dolinah in soteskah
Inmarsat• International Maritime
Satellite Organization– začetek zagotavljanja
komunikacijskih storitev pomorščakom leta 1982
– zagotavlja komercialne storitve in javno brezplačno pomoč v sili
• GMDSS - Global Maritime Distress Safety System - prioritetna komunikacija v sili
• EPIRB - Emergency Position Indicating Radio Beacon
• Vrste storitev– govorne storitve– sporočilne storitve SMS/faks– videotelefonija– podatkovne storitve različnih
tipov• 600-9600 bit/s - telemetrija• 64 kbit/s - vodovni prenos
(CS)• 492 kbit/s - paketni prenos
(PS)
po A. Štern 2012
Pokrivanje Inmarsat• Sateliti v geosinhroni tirnici na 35,786
km– 3 generacije satelitov I-2, I-3 in I-4 (skupaj
10 SAT)• generacija 2 (2 SAT) se izteka po 20 letih• generacija 3 (5 SAT) zagotavlja osnovne
storitve• generacija 4 (3 SAT) zagotavlja storitve IP
BGAN
po A. Štern 2012
Iridium• Prvi poskus zagotavljanja globalne satelitske telefonije 1998
– začetni neuspeh - odmevna zgodba o nezrelosti uporabniškega trga• razlogi: cena storitev in opreme, velikost terminalov, primerjava z GSM
– leta 2001 ponovno oživetje projekta s kapitalom 6 mrd. $• današnje tržišče obsega 523.000 uporabnikov po celem svetu (dec.
11)• Vrste storitev
– govorne in podatkovne storitve• govorni kodeki od 2.2 do 3.8 kbit/s• omogočen prenos IP do 10 kbit/s• dosežena latenca 1800 ms
– sporočilne in enosmerne paging storitve• pošiljanje SBD (Short Burst Data)• sporočila <2 kB s časom prenosa
od 6 do 22 sekund
po A. Štern 2012
Thuraya• Pokriva zgolj določene regije z 2 GEO satelitoma
– osrednja in južna Evropa, srednji Vzhod, S Afrika, del Azije in Avstralije– uporaba 200 ločenih nastavljivih antenskih snopov (angl. spot beam)
Vrste storitev•govorne storitve•prenos kratkih sporočil SMS•prenos podatkov
•9,6 kbit/s za podatke in faks•60/15 kbit/s DL/UL za GmPRS podatke•444 kbit/s z uporabo prenosnih terminalov
•podpora GPS na vseh terminalih•podpora več storitvam: govorni predal, WAP, “Prayer service”•klici v sili z natančnim sporočanjem lokacije
• Prednosti– pokrivanje zelo velikih geografskih območij– premoščanje nepokritih področij– cenovna politika neodvisna od razdalje oz. lokacije klica– možnost sprejema broadcast sporočil– kopica možnih storitev s področja zaščite in reševanja
• Slabosti– veliki stroški vzpostavitve sistema– motnje v komunikaciji in zakasnitve– zasedenost frekvenc in tirnic– v večini potrebna vidnost prostega neba– slaba razpoložljivost terminalne opreme– in dostopa do tehnologije
Prednosti in slabosti sat. komunikacij
po A. Štern 2012
Satelitsko zaznavanje na daljavo
• Spremljanje prometa s sateliti (Air- and space borne remote sensing systems for traffic data collection -European contributions)
• Spremljanje ladijskega prometa (satelitski AIS), satelitski nadzor nad izlitji
• Projekt Aquarius slanost svetovnih morij