"Podstawy LTE/IMS" Rozdzial 02 Dostep radiowy (próbka)

Page 1

Ewolucja systemów radiowego dostępu


Zmiana przepustowości symbolowej


GSM / GPRS / EDGE GSM jest jak pianista, który gra allegro (tj. ruchliwie, wesoło*).

*przepustowość symbolowa modulacji 270 ksps


UMTS / HSDPA / HSUPA UMTS jest jak pianista, który gra prestissimo (tj. w bardzo szybkim tempie*).

*przepustowość symbolowa modulacji 3,84 Msps (14 razy szybciej od GSMu)


LTE LTE jest jak pianista, który gra largo (tj. szeroko*).

*przepustowość symbolowa modulacji 15 ksps (18 razy wolniej od GSMu)


Wniosek Dotychczas zwiększenie przepustowości bitowej realizowano głównie poprzez zwiększenie przepustowości symbolowej modulacji. W LTE zwiększenie przepustowości bitowej realizuje się innymi metodami. Jaka jest zaleta zmniejszenia przepustowości symbolowej modulacji?


Propagacja wielodrogowa


Propagacja wielodrogowa


Interferencje międzysymbolowe


Interferencje międzysymbolowe W systemie o wysokiej przepustowości symbolowej nawet drobne opóźnienia (różnice długości) ścieżek propagacji wielodrogowej powodują wielo-symbolowe przesunięcia pomiędzy ścieżkami, co utrudnia poprawną detekcję sygnału.


Interferencje międzysymbolowe Aby przeciwdziałać zjawisku interferencji międzysymbolowej stosuje się odbiornik grabiowy. Odbiornik grabiowy wymaga znacznych ilości szybkiej pamięci, nakładu obliczeniowego i wydatku energetycznego.


Odbiornik grabiowy finger #1

Sdl,n

1

CDPDCH

Demod.

C 256, 0 Correl.

finger #2 finger #n

Stopień skomplikowania odbiornika grabiowego rośnie wraz ze wzrostem przepustowości symbolowej.


Interferencje międzysymbolowe W systemie o bardzo niskiej przepustowości symbolowej (np. LTE) nawet znaczne opóźnienia (różnice długości) ścieżek propagacji wielodrogowej powodują jedynie drobne względne przesunięcia symboli występujące na granicach między kolejnymi symbolami, a pozostała część symbolu pozostaje wolna od interferencji.


Interferencje międzysymbolowe

Odbiornik LTE odrzuca początkową część symbolu, a dalszej analizie poddaje część symbolu wolną od interferencji.


Wielodostęp


1G FDMA (np. NMT) (dostęp wielokrotny z podziałem częstotliwościowym)

czas

f1

f2

f3

f4

f5

f6

f7 częstotliwość


1G FDMA FDMA jest jak pianino gdzie na kaĹźdej z oktaw gra inny pianista.


2G TDMA (np. GSM) (dostęp wielokrotny z podziałem czasowym)

czas

szczelina czasowa 4 szczelina czasowa 3

szczelina czasowa 2 szczelina czasowa 1 częstotliwość


2G TDMA TDMA jest jak pianino do którego kolejno podchodzą cyklicznie kolejni pianiści aby zagrać po kilka taktów


3G CDMA (np. UMTS) (dostęp wielokrotny z podziałem kodowym) kod

kod 4 kod 3 czas

kod 2 kod 1

częstotliwość


3G CDMA CDMA jest jak orkiestra, gdzie każdy muzyk może korzystać z pełnej skali swojego instrumentu, ale aby sobie nawzajem nie przeszkadzać muzycy grają pod batutą jednego dyrygenta.


System o pojedynczej nośnej NMT (1G), GSM (2G), UMTS (3G) są systemami z modulacją pojedynczej nośnej.

W analogi muzycznej oznacza to, że pianista gra tylko jednym palcem i nie jest w stanie wydobyć z instrumentu więcej niż jednego dźwięku jednocześnie (tj. gra melodycznie).


3G+ OFDMA (np. LTE) (dostęp wielokrotny z ortogonalnym podziałem częstotliwościowym) time

frequency f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7


System o wielu nośnych LTE i OFDMA jest rozwiązaniem wykorzystującym wiele nośnych (max. 1200). W analogii muzycznej oznacza to, że pianista gra wszystkimi palcami i jest w stanie wydobyć z instrumentu więcej niż jeden dźwięk jednocześnie (tj. gra harmonicznie).


System o jednej i wielu nośnych

Wniosek: Pomimo, że dźwięk trwa dłużej, liczba odegranych dźwięków może być wciąż duża, jeśli dźwięki odgrywane są jednocześnie.


OFDMA W LTE maksymalna liczba podnośnych, a zarazem podkanałów częstotliwościowych to 1026.

W analogii muzycznej, pianino zastępuje się instrumentem o znacznie większej skali i o znacznie większej liczbie klawiszy (np. organami).


OFDMA

Skale instrumentu można podzielić na grupy oktaw, a te przypisać różnym organistom.


Szerokość kanału i filtry


Transformata Fouriera F s f x

f x e

j 2 xs

F s e

j 2 xs

dx

ds


Transformata Fouriera t

F

f

t

F

f

t

F

f


Transformata Fouriera Człowiek słyszy „transformatę Fouriera” sygnału akustycznego (komórki rzęskowate w kolejnych odcinkach ślimaka są wyczulone na kolejne zakresy częstotliwości). ton 4 kHz nadawany w sposób ciągły ton 4 kHz nadawany cyklicznie z: • czasem trwania 0.001s, • czasem przerwy 0.001s Dla człowieka są to dwa różne dźwięki, a więc ich transformaty Fouriera są różne.


Transformata Fouriera t

F f


Filtrowanie

f


Filtrowanie

f

zakres pasma niezbędny do poprawnej detekcji sygnału w klasycznym odbiorniku


Filtrowanie, FDMA i OFDMA FDMA f

OFDMA f


Szerokość kanału szerokość kanału

t

F

f

t

F

f

szerokość kanału


Szerokość (pod)kanału System

Przepustowość symbolowa

Szerokość kanału

GSM

270 ksps

200 kHz

UMTS

3840 ksps

5 MHz

LTE

15 ksps

15 kHz


Transformata Fouriera t 66.6 μs (1/15 kHz)

F f 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz


OFDMA

f 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz kHz


MIMO


MIMO (LTE, HSPA) MIMO jest jak dźwięk stereofoniczny…

L

P


MIMO (2x2)

Tx

Rx

MIMO 2x2 w szczególnie sprzyjających warunkach umożliwia uzyskanie dwukrotnego wzrostu przepustowości


Efektywność MIMO Jeśli ścieżki propagacji MIMO są od siebie całkowicie niezależne efektywność MIMO jest bliska maksymalnej (tj. dochodzi do zwielokrotnienia przepustowości równego liczbie anten.


Efektywność MIMO

Jeśli ścieżki propagacji MIMO są od siebie zależne efektywność MIMO jest niewielka (tj. praktycznie nie dochodzi do wzrostu przepustowości).


LTE przepustowości Szczytowa przepustowość

Konfiguracja Kierunek w dół Kierunek w górę

2x2 MIMO/16QAM

172.8 Mbps

57.6 Mbps

4x4 MIMO/64QAM

326.4 Mbps

86.4 Mbps


Długość struktury danych


Długości struktur danych UMTS R99:

10/20/40/80 ms

UMTS (HSDPA): 2 ms LTE:

1ms

TTI


Nadmiarowość kodu (zabezpieczenie)


DĹ‚uga struktura danych (przypadek 1) - niezmienne warunki propagacji podczas transmisji


Długa struktura danych (przypadek 2) - pogorszenie warunków propagacji podczas transmisji


Długa struktura danych (przypadek 3) - poprawa warunków propagacji podczas transmisji

można było przesłać więcej


Kr贸tkie struktury danych


Op贸藕nienie pakietyzacji


Op贸藕nienie pakietyzacji


Op贸藕nienia: UE 1 ms

TTI + frame alignment 1.5 ms

eNode B 1 ms

HARQ RTT 5 ms* 1 ms

1.5 ms

1 ms

* Dla por贸wnania: HSDPA HARQ RTT 12ms, HSUPA HARQ RTT 40ms (min 16ms)


Modulacje cyfrowe BASK, BFSK, BPSK 0 BASK

BFSK

BPSK

1

0

1 t

t

t


Modulacja QPSK

00 QPSK

45 - 00

225 - 11

135 - 01

315 - 10

11

10

01 t


BPSK modulation (I/Q diagram) 180 - 1

0 -0

A

A

φ

φ

Q {Im}

φ 1

A

0 I {Re}


QPSK modulation (I/Q diagram)

Q {Im} 135 - 01

45 - 00 01

00

I {Re} 11

225 - 11

10 315 - 10


Interference sensitivity TxBPSK 1

C 0

RxBPSK

I 1 0

ERROR

TxQPSK 01 00

11 10

RxQPSK

C I

01

00

11

10


Modulations for mobile systems

BPSK (1 bit/symbol)

QPSK (2 bits/symbol)

16QAM (4 bits/symbol)

32QAM (5 bits/symbol)

64QAM (6 bits/symbol)


Modulacje w systemach kom贸rkowych

GSM

UMTS

LTE

GMSK

QPSK

8PSK

16QAM

32QAM

64QAM

4 symbols (1 bit/symbol)

4 symbols (2 bits/symbol)

8 symbols (3 bits/symbol)

16 symbols (4 bits/symbol)

32 symbols (5 bits/symbol)

64 symbols (6 bits/symbol)

R99 EDGE

R7 eEDGE R7 eEDGE

R5 HSDPA R7 HSUPA

R7 eHSPA (DL only)


Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.