Mobilkommunikation by Levone

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									            Mobilkommunikation
      Kapitel 2: Technische Grundlagen
               Frequenzen                             Multiplextechniken
               Signale                                Spreizspektrumtechnik
               Antennen                               Modulationstechniken
               Signalausbreitung                      Zellenstrukturen




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05    2.1
               Frequenzbereiche für die Kommunikation

verdrillte              Koaxialkabel                      Hohlleiter                  optische Übertragung
Drähte


 1 Mm          10 km          100 m         1m            10 mm        100 m            1 m
300 Hz         30 kHz         3 MHz       300 MHz         30 GHz        3 THz           300 THz


         VLF        LF       MF    HF     VHF    UHF     SHF    EHF        InfrarotSichtbares UV
VLF = Very Low Frequency                                    UHF = Ultra High FrequencyLicht

LF = Low Frequency (Langwellen-Radio)                       SHF = Super High Frequency
MF = Medium Frequency (Mittelwellen-Radio)                  EHF = Extra High Frequency
HF = High Frequency (Kurzwellen-Radio)                      UV = Ultraviolettes Licht
VHF = Very High Frequency (UKW-Radio)


Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge:
      = c/f
mit Wellenlänge , Lichtgeschwindigkeit c  3x108m/s, Frequenz f

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             Frequenzbereiche für die Mobilkommunikation

        VHF-/UHF-Bereich für Mobilfunk
            handhabbare, einfache Fahrzeugantennen
            Ausbreitungsbedingungen vorhersehbar für zeitlich zuverlässige
             Verbindungen (wenig Überreichweiten, nicht zu stark reflektierte
             Wellen)
        Frequenzen ab SHF-Bereich für Richtfunkstrecken,
         Satellitenkommunikation
            überschaubare Antennenabmessungen mit starker Bündelwirkung
            größere Bandbreiten verfügbar
        Für drahtlose LANs Frequenzen ab UHF-Bereich bis SHF-Bereich
            geplant auch bis in EHF-Bereich
            Begrenzung durch Resonanz von Molekülen (Wasser, Sauerstoff etc.)
                    damit starke witterungsbedingte Dämpfungen




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              Frequenzen und Regulierungen
     Die ITU-R veranstaltet regelmäßig Konferenzen zur Aushandlung
        und Verwaltung der Frequenzbereiche
        (WRC, World Radio Conferences)
     Beispiele für Betriebsfrequenzen im Mobilkommunikationsbereich:
                  Europe                  USA                        Japan

   Cellular       GSM 450-457, 479-       AMPS, TDMA, CDMA           PDC
   Phones         486/460-467,489-        824-849,                   810-826,
                  496, 890-915/935-       869-894                    940-956,
                  960,                    TDMA, CDMA, GSM            1429-1465,
                  1710-1785/1805-         1850-1910,                 1477-1513
                  1880                    1930-1990
                  UMTS (FDD) 1920-
                  1980, 2110-2190
                  UMTS (TDD) 1900-
                  1920, 2020-2025
   Cordless       CT1+ 885-887, 930-      PACS 1850-1910, 1930-      PHS
   Phones         932                     1990                       1895-1918
                  CT2                     PACS-UB 1910-1930          JCT
                  864-868                                            254-380
                  DECT
                  1880-1900
   Wireless       IEEE 802.11             902-928                    IEEE 802.11
   LANs           2400-2483               IEEE 802.11                2471-2497
                  HIPERLAN 2              2400-2483                  5150-5250
                  5150-5350, 5470-        5150-5350, 5725-5825
                  5725
   Others         RF-Control              RF-Control                 RF-Control
                  27, 128, 418, 433,      315, 915                   426, 868
                  868


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             Signale I

   Physikalische Darstellung von Daten
   Zeitabhängig oder ortsabhängig
   Signalparameter: Kenngrößen, deren Wert oder Werteverlauf die
    Daten repräsentieren
   Einteilung in Klassen nach Eigenschaften:
       zeitkontinuierlich oder zeitdiskret
       wertkontinuierlich oder wertdiskret
       Analogsignal = zeit- und wertkontinuierlich
       Digitalsignal = zeit- und wertdiskret
   Signalparameter periodischer Signale: Periode T, Frequenz f=1/T,
    Amplitude A, Phasenverschiebung 
         Sinusförmige Trägerschwingung als spezielles periodisches Signal:

          s(t) = At sin(2  ft t + t)



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             Fourier-Repräsentation periodischer Signale



                                                      
                              1
                      g (t )  c   an sin(2nft )   bn cos(2nft )
                              2    n 1               n 1




   1                                                            1



   0                                                            0
                                     t                                               t
 ideales periodisches Signal                                     reale Komposition
                                                                 (basierend auf
                                                                 Harmonischen)


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             Signale II

          Verschiedene Darstellungen eines Signals:
            Amplitudenspektrum (Amplitude über Zeit)
            Frequenzspektrum (Amplitude oder Phase über Frequenz)
            Phasenzustandsdiagramm (Amplitude M und Phasenwinkel φ
             werden in Polarkoordinaten aufgetragen)
   A [V]                                    A [V]                           Q = M sin φ (Quadrature)


                                     t[s]                                        
                                                                                      I = M cos φ
                                                                                      (In-phase)
                                                                  f [Hz]
          Zusammengesetzte Signale mittels Fourier-Transformation in
           Frequenzkomponenten aufteilbar
          Digitalsignale besitzen Rechteckflanken
            im Frequenzspektrum unendliche Bandbreite
            zur Übertragung Modulation auf analoge Trägersignale



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05         2.7
             Antennen: isotroper Punktstrahler
        Abstrahlung und Aufnahme elektromagnetischer Felder
        Isotroper Punktstrahler strahlt Leistung in alle Richtungen
         gleichmäßig ab (nur theoretische Bezugsantenne)
        Reale Antennen haben eine Richtwirkung in Vertikal- und/oder
         Horizontalebene
        Veranschaulichung im Richtdiagramm (durch
         Leistungsmessung rund um die Antenne ermittelt)


                                                                z
                       y          z

                                                    y                   x     idealer
                                      x                                       isotroper
                                                                              Punktstrahler




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/       MC SS05     2.8
             Antennen: einfache Dipole
        Technische Antennen sind keine isotropen Punktstrahler, aber
         z.B. Viertelwellenstrahler (auf gut leitendem Grund wie ein
         Fahrzeigdach) und Halbwellendipole
          Abmessung einer Antenne ist proportional zur Wellenlänge

                                  /4                  /2



        Beispiel: Richtdiagramm eines einfachen Dipols
              y                            y                        z

                                                                                         einfacher
                            x                            z                     x         Dipol
       Seitenansicht (xy-Ebene)     Seitenansicht (yz-Ebene) von oben (xz-Ebene)
        Gewinn: maximale Leistung in Richtung der
         Hauptstrahlungskeule verglichen mit der Leistung eines
         isotropen Punktstrahlers (gleiche Durchschnittsleistung)


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05            2.9
              Antennen: gerichtet und mit Sektoren

     Häufig eingesetzte Antennenarten für direkte
       Mikrowellenverbindungen und Basisstationen für Mobilfunknetze
       (z.B. Ausleuchtung von Tälern und Straßenschluchten)

          y                            y                             z
                                                                                      gerichtete
                        x                            z                           x    Antenne

   Seitenansicht (xy-Ebene)      Seitenansicht (yz-Ebene)       von oben (xz-Ebene)


                                                         z
                   z



                                                                 x
                                                                                       Sektoren-
                             x                                                         antenne

        von oben, 3 Sektoren                 von oben, 6 Sektoren


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/    MC SS05              2.10
             Antennen: Diversität

      Gruppierung von 2 oder mehr Antennen
            Antennenfelder mit mehreren Elementen
      Antennendiversität
            Umschaltung/Auswahl
                  Empfänger wählt die Antenne mit dem besten Empfang
            Kombination
                Kombination der Antennen für einen besseren Empfang
                Phasenanpassung um Auslöschung zu vermeiden


                                                                /2       /2
                          /4   /2    /4              /2



                                  +                                   +

              Grundfläche




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/     MC SS05       2.11
             Signalausbreitungsbereiche

Übertragungsbereich
       Kommunikation möglich
       niedrige Fehlerrate
Erkennungsbereich
         Signalerkennung möglich
         keine Kommunikation
          möglich                                                   Sender
Interferenzbereich
       Signal kann nicht                                         Übertragung
        detektiert werden                                                                Entfernung
       Signal trägt zum                                            Erkennung
        Hintergrundrauschen bei
                                                                    Interferenz




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05           2.12
             Signalausbreitung

Ausbreitung im freien Raum grundsätzlich geradlinig (wie Licht)
Empfangsleistung nimmt im Vakuum mit 1/d² ab – in realer Umgebung
   dramatischer (d = Entfernung zwischen Sender und Empfänger)
Empfangsleistung wird außerdem u.a. beeinflusst durch
 Freiraumdämpfung (frequenzabhängig)
 Abschattung durch Hindernisse
 Reflexion (Spiegelung) an großen Flächen
 Refraktion (Brechung) in Abhängigkeit der Dichte eines Mediums
 Streuung (scattering) an kleinen Hindernissen
 Beugung (diffraction) an scharfen Kanten




 Abschattung              Reflexion           Refraktion        Streuung    Beugung


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/     MC SS05    2.13
             Praxisbeispiele




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.14
             Mehrwegeausbreitung

Signal kommt aufgrund von Reflexion, Streuung und Beugung auf
   mehreren Wegen beim Empfänger an

                                                                          Sichtverbin-   Mehrwege-
                                                                          dungsimpulse   impulse




     Signal beim Sender
                                                                             Signal beim Empfänger
Signal wird zeitlich gestreut (time dispersion)
    Interferenz mit Nachbarsymbolen
Direkte und phasenverschobene Signalanteile werden empfangen
    je nach Phasenlage abgeschwächtes Signal




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05          2.15
             Auswirkungen der Mobilität

Übertragungskanal ändert sich mit dem Ort der Mobilstation und der Zeit
       Übertragungswege ändern sich
       unterschiedliche Verzögerungsbreite der Einzelsignale
       unterschiedliche Phasenlage der Signalanteile
 kurzzeitige Einbrüche in der Empfangsleistung (schnelles Fading)
Zusätzlich ändern sich
       Entfernung von der Basisstation
                                                           Leistung                        langsames
       Hindernisse in weiterer Entfernung                                                 Fading
 langsame Veränderungen in der
    (durchschnittlichen) Empfangsleistung
    (langsames Fading)
                                                                                              t
                                                                      schnelles Fading




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05             2.16
             Multiplexen

Multiplexen in 4 Dimensionen:                             Kanäle ki
        Raum (ri)                                               k1         k2          k3       k4                k5       k6
        Zeit (t)
        Frequenz (f)                                                c
        Code (c)                                                                  t                           c
                                                                                                                             t
Ziel: Mehrfachnutzung des                                       r1
                                                                                             f
gemeinsamen Mediums                                                                                   r2
                                                                                                                                 f
                                                                                        c
Wichtig: Genügend große Schutzabstände
                                                                                                           t
nötig!

                                                                                   r3
                                                                                                                        f




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/            MC SS05                  2.17
             Frequenzmultiplex

     Gesamte verfügbare Bandbreite wird in einzelne Frequenzabschnitte
       aufgeteilt
     Übertragungskanal belegt Frequenzabschnitt über gesamten Zeitraum
     Vorteile:
      keine dynamische Koordination
                                           k1   k2    k3  k4   k5   k6
       nötig
                                        c
      auch für analoge Signale
                                                                                 f

     Nachteile:
      Bandbreitenver-
       schwendung bei
       ungleichmäßiger
       Belastung
      unflexibel     t



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.18
             Zeitmultiplex

   Kanal belegt gesamten Frequenzraum für einen gewissen
     Zeitabschnitt

   Vorteile:
    in einem Zeitabschnitt nur
     ein Träger auf dem Medium
                                                                    k1   k2    k3   k4     k5   k6
    Durchsatz bleibt auch bei
     hoher Teilnehmerzahl hoch
                                                                c
                                                                                                     f
   Nachteile:
    genaue
     Synchronisation
     nötig
                           t


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/        MC SS05        2.19
             Zeit- und Frequenzmultiplex

Kombination der oben genannten Verfahren
Sendungen belegen einen Frequenzabschnitt für einen Zeitabschnitt
Beispiel: GSM

Vorteile:
       relativ abhörsicher
       Schutz gegen Störungen                                      k1   k2   k3   k4     k5   k6
       höhere Benutzerdatenraten als
                                                                c
          bei Codemultiplex möglich
                                                                                                    f
aber: genaue Koordination
erforderlich



                                   t


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/       MC SS05        2.20
             Codemultiplex

Sendung ist durch persönlichen
  Code charakterisiert
                                                                k1      k2     k3   k4       k5   k6

Alle Teilnehmer können zur selben Zeit
                                                                                         c
im selben Frequenzabschnitt senden
Vorteile:
       Bandbreiteneffizienz
       keine Koordination und Synchronisation
        notwendig
                                                                                                       f
       Schutz gegen Störungen
Nachteile:
       Benutzerdatenrate begrenzt
       komplex wegen Signalregenerierung
Realisierung: Spreizspektrumtechnik                                     t



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/        MC SS05         2.21
             Modulation

Digitale Modulation
       digitale Daten werden in eine analoges (Basisband-) Signal umgesetzt
       ASK, FSK, PSK - hier der Schwerpunkt
       Unterschiede in Effizienz und Robustheit
Analoge Modulation
         verschieben des Basisbandsignals auf die Trägerfrequenz
Motivation
       kleinere Antennen (z.B. /4)
       Frequenzmultiplex
       Mediencharakteristika
Varianten
       Amplitudenmodulation (AM)
       Frequenzmodulation (FM)
       Phasenmodulation (PM)




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.22
                Modulation und Demodulation


                                      analoges
                                      Basisband-
     digitale
                                      signal
     Daten            digitale                      analoge
    101101001        Modulation                    Modulation                 Sender

                                               Träger-
                                               frequenz




                                   analoges
                                   Basisband-
                                                                   digitale
                                   signal
                    analoge                 Synchronisation        Daten
                  Demodulation                Entscheidung      101101001     Empfänger

                           Träger-
                           frequenz




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05       2.23
             Digitale Modulationstechniken

Modulation bei digitalen Signalen auch als Umtastung (Shift Keying)
  bezeichnet
                                                1      0        1
 Amplitudenmodulation (ASK):
       technisch einfach
       benötigt wenig Bandbreite
                                                                                 t
       störanfällig


   Frequenzmodulation (FSK):
       größere Bandbreite
                                                                                 t
       für Telefonübertragung


   Phasenmodulation (PSK):
       komplexe Demodulation mit
        Trägerrückgewinnung                                                      t
       relativ störungssicher


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.24
             Fortgeschrittene FSK-Verfahren

   Bei FSK-Verfahren Bandbreite vom Abstand der Trägerfrequenzen
    abhängig
   Durch Vorverarbeitung und spezielle Demodulation kann der Abstand
    bis auf den halben Wert der Bitrate verringert werden
     MSK-Verfahren (Minimum Shift Keying)
   Bits werden auf zwei Kanäle aufgeteilt, die Bitdauer wird dabei
    verdoppelt
   Anhand der Bitwerte der beiden Kanäle werden die beiden
    Trägerfrequenzen mit ihrer Ausrichtung zugeordnet
   Höhere Trägerfrequenz führt während eines Bits eine halbe
    Schwingung mehr aus
   Äquivalent zu Offset-QPSK
   Weitere Bandbreiteneffizienz durch Gauß-Tiefpassfilter vor Modulator
     GMSK (Gaussian MSK), z.B. bei GSM, DECT eingesetzt


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.25
             Beispiel für MSK als Modulationstechnik

                 1         0         1         1         0       1        0
Daten                                                                              Bit
                                                                                   gerade    0101
gerade                                                                             ungerade 0 0 1 1
Bits

ungerade                                                                           Signal-   hnnh
Bits                                                                               wert      - - ++


niedere                                                                            h: hohe bzw.
Frequenz                                                                           n: niedere Frequenz
                                                                                   +: positive bzw.
                                                                                   -: negative
hohe                                                                                  Ausrichtung
Frequenz



MSK-
Signal
                                                                              t

                                   Keine Phasensprünge!

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05           2.26
             Fortgeschrittene PSK-Verfahren
     BPSK (Binary Phase Shift Keying):                                         Q

              Bitwert 0: Sinusförmiges Signal
              Bitwert 1: negatives Sinussignal                                             I
                                                                           1         0
              einfachstes Phasentastungsverfahren
              spektral ineffizient
              robust, in Satellitensystemen benutzt
                                                                      10       Q           11
     QPSK (Quaternary Phase Shift Keying):
            2 Bits werden in ein Symbol kodiert
                                                                                            I
            Symbol entspricht phasenverschobenem
             Sinussignal
            weniger Bandbreite als bei BPSK                          00                   01
             benötigt
            komplexer
     Oft Übertragung der relativen Phasen-
        verschiebung (weniger Bitfehler)
              DQPSK in z.B. IS-136, PHS                        11    10       00          01

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05             2.27
             Quadraturamplitudenmodulation
     Quadraturamplitudenmodulation: kombiniertes Amplituden- und
       Phasenmodulationsverfahren
      Aufteilung von Bits oder Bitgruppen auf zwei Kanäle
      getrennte Amplitudenmodulation dieser Kanäle auf zwei um 90°
       phasenverschobene Träger, die dann addiert werden
      Möglichkeit, n Bits in ein Symbol zu kodieren
      2n diskrete Stufen, n=2 entspricht QPSK
      Bitfehlerrate steigt mit n, aber weniger Bitfehler als bei vergleichbaren
       PSK-Verfahren
            Q                    Beispiel: 16-QAM (4 Bits entspr. einem Symbol)
                     0010
                             0001        Die Symbole 0011 und 0001 haben
                    0011                 gleiche Phase und unterschiedliche
                             0000
                        φ
                                         Amplitude. 0000 und 1000 haben
                       a         I       unterschiedliche Phase und gleiche Amplitude.
                             1000




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05    2.28
             Hierarchische Modulation

DVB-T moduliert zwei separate Datenströme auf einen einzelnen DVB-T-
  Strom
 Datenstrom hoher Priorität (HP) eingebettet in einen mit niederer
  Priorität (LP)
 Mehrfachträgersystem, etwa 2000 oder 8000 Träger
 QPSK, 16 QAM, 64QAM                                 Q
 Beispiel: 64QAM
       Guter Empfang: Nutzung der
        64QAM-Konstellation
                                              10
       Schlechter Empfang (z.B. mobil):
                                                                                   I
        Nutzung nur des QPSK-Teils
       6 bit pro QAM-Symbol, 2 höchstwertige
        bestimmen QPSK
                                              00
       HP-Dienst kodiert in QPSK (2 bit),
        LP nutzt verbleibende 4 bit              000010                   010101



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05     2.29
             Spreizspektrumtechnik

Problem bei Funkübertragung: frequenzabhängiges Fading löscht
   schmalbandige Signale für gewissen Zeitbereich aus
Lösung: Signal mittels Codefolge auf breiteren Frequenzbereich spreizen
   Schutz gegen schmalbandige Auslöschungen und Störungen

            Störsignal            gespreiztes                             Nutzsignal
                                  Nutzsignal
                                                                                       gespreiztes
                                                Detektion                              Störsignal
                                                im Empfänger

                         Beseitigung eines Schmalbandstörers
Nebeneffekte:
       Koexistenz mehrerer Nutzsignale ohne dynamische Koordination
       Abhörsicherheit
Alternativen: Direct Sequence, Frequency Hopping



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05          2.30
             Auswirkungen von Spreizen und Interferenz


           dP/df                              dP/df
                                                                          Nutzsignal
                                                                          breitbandige Interferenz
   i)                                 ii)                                 schmalbandige Interferenz
                                f                               f
                                            Sender

           dP/df                              dP/df                         dP/df



  iii)                               iv)                             v)
                                f                               f                          f
                                       Empfänger



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05             2.31
               Spreizen und frequenzselektives Fading

   Kanal-
  qualität



                 1        2                                  5     6
                                                                                schmalbandige Kanäle
                                 3
                                             4
                                                                 Frequenz
     schmalbandige            Schutzabstand
           Signale

  Kanal-
 qualität
                                                         2
                                                     2                          gespreizte Kanäle
                                                 2
                                             2
                                         2
                                     1


             gespreizte                                          Frequenz
               Signale


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/               MC SS05         2.32
             DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) I
     XOR des Signals mit einer Pseudozufallszahl (chipping sequence)
              viele chips pro Bit (z.B. 128) resultiert in einer höheren Bandbreite
               des Signals
     Vorteile
            reduziertes frequenz-                                 tb

             abhängiges Fading                                                              Nutzdaten
            in zellularen Netzen
                                                                   0           1             XOR
                  Basisstationen können
                   den gleichen Frequenz-                               tc
                   bereich nutzen                                                           chipping
                                                                                            sequence
                  mehrere Basisstationen
                                                                01101010110101                =
                   können das Signal erkennen
                   und rekonstruieren
                                                                                            resultierendes
                  weiche handover                                                          Signal
     Nachteile                                                  01101011001010
              exakte Leistungssteuerung                            tb: Bitdauer
               notwendig                                            tc: chip Dauer


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05              2.33
             DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) II


                                          gespreiztes               übertragenes
                      Nutzdaten           Signal                    Signal
                                    X                Modulator

                          chipping              Träger-
                          sequence              frequenz

                                         Sender


                                                           Korrelator
                                            Tiefpass-                    Summen
           empfangenes                      gefiltertes Produkt
           Signal                           Signal                                         Nutzdaten
                            Demodulator                X        Integrator    Entscheidung

                         Träger-           chipping
                         frequenz          sequence

                                     Empfänger



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/    MC SS05           2.34
             FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) I
     Diskrete Wechsel der Trägerfrequenz
              Sequenz der Frequenzwechsel wird durch Pseudozufallszahlen
               bestimmt
     Zwei Versionen
            schneller Wechsel (fast hopping)
             mehrere Frequenzen pro Nutzdatenbit
            langsamer Wechsel (slow hopping)
             mehrere Nutzdatenbits pro Frequenz
     Vorteile
              frequenzselektives Fading und Interferenz auf kurze Perioden
               begrenzt
              einfache Implementierung
              nutzt nur schmalen Bereich des Spektrums zu einem Zeitpunkt
     Nachteile
              nicht so robust wie DSSS
              einfacher abzuhören

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.35
             FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) II

                           tb

                                                                              Nutzdaten

            0              1                 0           1          1     t
  f
                           td
  f3                                                                          slow
  f2                                                                          hopping
                                                                              (3 bit/hop)
  f1

                      td                                                  t
  f

  f3                                                                          fast
  f2                                                                          hopping
                                                                              (3 hops/bit)
  f1

                                                                          t

                            tb: bit period         td: dwell time


Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05           2.36
             FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) III

                                          schmalbandiges            gespreiztes
                                          Signal                    Sende-
                  Nutzdaten                                         signal
                              Modulator               Modulator



                                                     Frequenz-           Sprung-
                                                     synthesizer         sequenz
                              Sender




                                                schmalbandiges
                   Empfangs-                    Signal
                   signal                                               Nutzdaten
                                 Demodulator            Demodulator



                 Sprung-          Frequenz-
                 sequenz          synthesizer
                                                                                  Empfänger



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/      MC SS05              2.37
             Zellenstruktur

Realisierung des Raummultiplex: Basisstationen decken jeweils gewissen
  räumlichen Bereich (Zelle) ab
Mobilstationen kommunizieren ausschließlich über Basisstationen
Vorteile der Zellenstruktur:
         mehr Kapazität, mehr Teilnehmer erreichbar
         weniger Sendeleistung notwendig
         robuster gegen Ausfälle
         überschaubarere Ausbreitungsbedingungen
Probleme:
       Netzwerk zum Verbinden der Basisstationen
       Handover (Übergang zwischen zwei Zellen) notwendig
       Störungen in andere Zellen
       Konzentration in bestimmten Bereichen
Zellengröße von z.B 100 m (Stadt) bis 35 km (ländliches Gebiet)
   bei GSM (auch kleiner bei höheren Frequenzen)

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.38
             Frequenzplanung I

     Frequenzen können nur bei genügend großem Abstand der Zellen
        bzw. der Basisstationen wiederverwendet werden
     Modell mit 7 Frequenzbereichen:
                                                                     k3
                                                                k5        k2
                                                         k4          k6        k5
                                                                k1        k4
                                                         k3          k7        k1
                                                                k2

     Feste Kanalzuordnung:
            bestimmte Menge von Kanälen fest gewisser Zelle zugeordnet
            Problem: Wechsel in Belastung der Zellen
     Dynamische Kanalzuordnung:
            Kanäle einer Zelle werden nach bereits zugeordneten Kanälen der
             benachbarten Zellen gewählt
            mehr Kapazität in Gebieten mit höherer Nachfrage
            auch Zuordnung aufgrund von Interferenzmessungen möglich



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/        MC SS05        2.39
                Frequenzplanung II


     f3          f3         f3
           f2         f2
     f1          f1         f1
           f3         f3          3 Zellen/Cluster
     f2          f2         f2
           f1         f1
     f3          f3         f3

                                                                          f2        f3        f7
                                                                               f5        f2
                                                                          f4        f6        f5
                                                 7 Zellen/Cluster              f1        f4
                                                                          f3        f7        f1
                                                                               f2        f3
                                                                          f6        f5        f2

      f2         f2         f2
   f1 f       f1 f       f1 f
        3   h      3   h      3
          h 2        h 2          3 Zellen/Cluster plus
      g2 1 h3 g2 1 h3       g2
   g1         g1         g1
      g3         g3         g3    3 Sektoren/Zelle



Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05             2.40
             Zellatmung

CDM-Systeme: Zellgröße hängt unter anderem von der aktuellen Last ab
Zusätzlicher Verkehr wirkt sich wie zusätzliches Rauschen auf andere
  Nutzer aus
Wenn das Rauschen zu stark wird fällt ein Nutzer aus der Zelle heraus




Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/   MC SS05   2.41

								
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