|
buivietkhoa1919upg
Moderator
Inregistrat: acum 17 ani
Postari: 11
|
|
Telefoanele mobile de care facem uz atât de natural astazi nu sunt decât transmitatoare radio ceva mai
complexe. Evolutia lor a facut ca mai multe tehnologii de telefonie mobila sa fie puse în practica în timpul
secolului trecut, la început analogice, iar în prezent preponderent digitale. Nici una din aceste tehnologii nu a
fost vreodata standardizata, ceea ce a facut ca dezvoltarea lor sa fie de cele mai multe ori independenta, la
nivel de tara sau continent. Astfel, sistemele de telefonie mobila de astazi (GSM în Europa, D-AMPS în SUA)
nu sunt compatibile între ele.
La începuturile telefoniei mobile analogice, pentru transferul de voce în scopuri militare sau de navigatie se
foloseau radio-uri obisnuite. Pentru utilizatorii din orase primul sistem pus în functiune a fost cel folosit si
astazi în comunicatiile taxiurilor: comunicarea se face prin intermediul unei statii de baza, folosind o singura
frecventa pentru transmisie si receptie, alternativ.
Într-un sistem de telefonie mobila de tip primar, pentru ca un grup de posesori de transmitatoare radio sa
poata comunica între ei, o antena centrala montata pe un turn era folosita ca centru de comunicatie. Astfel,
fiecare utilizator mobil trebuia sa se afle destul de aproape de statia centrala sau sa transmita cu o putere
destul de mare pentru a putea comunica. În plus, daca banda de frecventa folosita de acest tip de sistem era
împartita într-un numar de canale de comunicatie, atunci un numar maxim de utilizatori egal cu numarul de
canale puteau comunica în acelasi timp.
AMPS
Primul sistem mobil utilizat extins a fost AMPS (Advanced Mobile Phone System), odata cu care apare
notiunea de telefonie celulara analogica. Sistemul de comunicatie celulara functioneaza pe un principiu diferit
de cele anterioare, împartind aria de acoperire în celule. O celula dispune de o statie de baza (formata numai
dintr-o antena plasata pe un turn si un echipament de calcul) si este relativ restrânsa în dimensiune
(diametrul nu depaseste 20Km), pentru ca puterea de transmisie a telefoanelor mobile sa fie mica si
echipamentele ieftine. În plus, doua celule care nu sunt adiacente pot transmite în acelasi set de frecvente,
reutilizând canalele de comunicatie: cum un sistem celular e figurat hexagonal, numarul de frecvente de
comunicatie disponibile pentru comunicatia într-o celula este numarul total de frecvente acordate sistemului
împartit la sapte (figura 3.9), astfel încât între oricare doua celule care folosesc acelasi set de frecvente exista
o zona tampon formata din alte celule care folosesc frecvente diferite.
D-AMPS
Generatia de telefoane mobile care a succedat AMPS este varianta sa digitala, D-AMPS (Digital Advanced
Mobile Phone System) folosita numai în SUA si, într-o forma modificata, în Japonia.
D-AMPS este proiectat astfel încât sa fie perfect compatibil cu varianta sa analogica si sa poata coexista în
aceeasi celula. Astfel, sunt folosite aceleasi frecvente de transmisie, iar modul de transmisie analog/digital
este adaptat pe canalele de comunicatie în functie de tehnologia clientului.
În cazul încarcarii sistemului în urma cresterii numarului de utilizatori, pentru D-AMPS s-a alocat un set nou
de canale în intervalele 1880 - 1910 MHz pentru transmisie si 1930 - 1990 MHz pentru receptie. Astfel, cele
doua benzi de frecvente, 800 MHz si 1900 MHz, coexista.
Diferenta de baza între D-AMPS si AMPS este faptul ca în noua tehnologie semnalul de date captat de
microfon pentru transmisie este transformat în semnal digital în interiorul telefonului clientului. Digitizarea
este urmata de compresie, prin care se micsoreaza cantitatea de date transmisa atât de mult încât în transmisie
poate interveni si divizarea în timp a canalului de comunicatie (în mod TDM, figura 3.11), pentru a transmite
cel putin trei conversatii pe aceeasi pereche de canale, asigurând fiecarui utilizator o banda de voce de 8 Kbps.
Metoda de modulare pentru trimiterea datelor digitale este FSK, care foloseste doua frecvente pentru
codificarea valorilor 0 si 1.
GSM
În afara ariei restrânse în care este folosit sistemul D-AMPS, lumea foloseste sistemul GSM (Global System
for Mobile Communications), care a fost folosit pe scara larga în Europa înainte ca sistemele digitale de
telefonie sa ocupe piata în SUA. În tarile acoperite de GSM, acelasi telefon poate opera în orice locatie, dupa
schimbarea provider-ului de servicii prin schimbarea cartelei SIM (Subscriber Identification Module, un modul
care memoreaza datele de identificare si de conectare la serviciu pentru un anumit provider) de identificare a
serviciului.
Asemanarile între cele doua sisteme concurente (D-AMPS si GSM) sunt mai puternice decât deosebirile, însa
cu toate acestea cele doua tehnologii ramân incompatibile.
La fel ca D-AMPS, GSM foloseste doua benzi de frecventa în jurul a 900 MHz care gazduiesc perechile de
canale simplex. Banda alocata la 890.2 - 914.8 MHz este împartita în 124 de canale de transmisie de 200 KHz,
la fel ca banda alocata între 935.2 - 959.8 MHz, pentru receptie. Exista, la fel ca pentru D-AMPS, o banda
suplimentara la 1800 MHz formata din doua intervale pentru transmisie (1710-1785 MHz), respectiv receptie
(1805-1880 MHz). Divizarea în frecventa FDM este modul de acces de baza la mediu, iar o divizare
suplimentara în timp TDM face ca o pereche de canale simplex de transmisie-receptie sa fie partajata de 8
utilizatori (figura 3.12). Desi numarul de utilizatori care partajeaza o frecventa este mai mare ca la D-AMPS,
largimea de banda mai mare a canalului face ca, în final, banda de voce alocata unui client sa ajunga la 13
Kbps, pentru o calitate mai buna a transmisiei.
CDMA
Tehnologiile digitale larg folosite ca servicii astazi sunt completate de sistemul CDMA (Code Division
Multiple Access), în folosinta în SUA în paralel cu D-AMPS. CDMA este inovator în esenta si nu face uz de
tehnicile conventionale de acces la mediu, cum sunt divizarea în frecventa si în timp.
În esenta, CDMA este o tehnologie de transmisie în spectru larg, spre deosebire de AMPS si GSM, care
împart spectrul alocat în canale înguste. Un utilizator CDMA foloseste întreg spectrul alocat sistemului.
Coliziunile, care în domeniul digital înseamna însumarea amplitudinilor, nu sunt tratate ca nefolositoare, ci
sunt folosite pentru a "extrage'' din secventa de date suprapuse datele trimise de statii diferite.
Fiecare statie din sistem are asignat un cod de acces la mediu, în forma unei secvente de 64 sau 128 de biti.
Transmiterea unui bit de date ``1'' se face nu transmitând bitul în sine, ci înlocuindu-l cu secventa de acces
proprie; la fel, bitul ``0'' este codat ca secventa de acces negata. Pentru ca sistemul sa functioneze, secventele
de acces ale tuturor statiilor din sistem trebuie sa fie ortogonale doua câte doua (adica produsul secventelor,
luate ca vectori, da zero). Daca aceasta conditie este îndeplinita, atunci dintr-o secventa de date rezultata din
coliziunea mai multor transmisii se poate recupera secventa transmisa de o anumita statie, cunoscând codul ei
de acces, facând un simplu produs între vectorul rezultat prin coliziune si codul de acces respectiv (posibilitatea
recuperarii datorita ortogonalitatii are o demonstratie algebrica simpla).
3G
Telefonia mobila analogica a format prima generatie de servicii mobile. Sistemele digitale rezultate prin
dezvoltarea celor analogice formeaza a doua generatie. Viitorul în serviciile mobile s-a dorit, la sfârsitul
secolului trecut, a fi în sistemele care ar integra serviciile de digitizare a transmisiilor de voce cu transmisiile
de date, pentru ca acelasi dispozitiv sa înlocuiasca telefonul mobil, statia de conectare la Internet, statia de
jocuri, playerul de CD si DVD sau editorul de text.
Din pacate, mare parte din activitatea în domeniul viitorului 3G a ramas fara rezultate, care înca întârzie sa
apara. Pâna atunci, exista propuneri de tehnologii care se vor parte din ``familia'' 3G:
W-CDMA
(Wideband CDMA, propus în Europa) si CDMA2000 (propus în SUA de compania care a dezvoltat CDMA)
sunt propuneri de sisteme bazate pe transmisia în spectru larg cu coduri de acces CDMA, ambele lucrând
într-o banda de 5 MHz largime; dezvoltate de companii diferite, cu compatibilitati diferite fata de sistemele
în uz astazi, ele sunt (nu ne mai mira) incompatibile.
EDGE
(Enhanced Data Rates for GSM Evolution) este un sistem GSM care foloseste codificarea mai multor biti pe
baud (GSM si D-AMPS folosesc codificare de tip FSK, cu doar doua valori codate).
GPRS
(General Packet Radio Service) este un sistem care lucreaza peste tehnologiile GSM si D-AMPS, permitând
trimiterea de trafic IP generic peste reteaua de telefonie.
Cum pentru transmiterea unui bit de date în CDMA se transmite o întreaga secventa de biti, pentru ca
CDMA sa aiba performante egale cu GSM trebuie ca banda de transmisie sa fie mai mare. Astfel, CDMA
opereaza într-o banda de 1.25 MHz (fata de 30 sau 200 KHz la AMPS si GSM), dar sustine mai multi clienti
decât celelalte sisteme, oferind aceeasi latime de banda per utilizator.
Bluetooth
Bluetooth este numele unei tehnologii fara fir de actualitate care foloseste legaturi radio cu raza mica de
acoperire (între 10cm si 10m, extensibila la 100m daca puterea de transmisie este marita), în scopul înlocuirii
diverselor tipuri de cabluri care interconecteaza echipamente fixe sau mobile cu un unic tip de legatura radio,
suportata de chipuri ieftine, despre care se crede ca vor face parte din orice echipament de retea mobil.
Dezvoltat de un consortiu de firme producatoare de echipamente mobile ca o retea personala PAN, dezvoltarea
ulterioara a Bluetooth a facut ca acesta sa intre partial în categoria retelelor locale LAN. Specificatia
Bluetooth a stat la baza proiectului de standardizare IEEE 802.15; cele doua specificatii nu coincid, dar se
spera într-o viitoare convergenta.
O legatura Bluetooth lucreaza în banda nelicentiata ISM de 2.4 GHz si este proiectata sa fie robusta prin
folosirea unei tehnici de tip salt de frecventa si a frame-urilor mai scurte decât celelalte tehnologii fara fir care
lucreaza în aceeasi banda (cum sunt retelele locale standardizate de IEEE 802.11). Specificatiile sale definesc
o stiva de niveluri logice independenta si incompatibila cu orice model existent. În plus fata de aceasta
incompatibilitate, Bluetooth fixeaza în stiva sa de protocoale toate aplicatiile care sunt suportate (numite
profile), spre deosebire de specificatiile 802.11, de exemplu, care nu stabilesc decât modul de comunicare
între echipamente, urmând ca aplicatiile sa fie transportate transparent peste aceasta legatura.
Nivelurile inferioare Bluetooth specifica faptul ca legatura radio acopera prin salturi de frecventa
( @@footnote tehnica de împrastiere a semnalului în frecventa,
descrisa într-o sectiune anterioara) banda dintre 2.402 GHz si 2.480 GHz; frecventele de salt, în numar de 79,
se afla la 1MHz distanta una de cealalta, iar secventa acoperirii lor este pseudo-random.
O mini-retea Bluetooth se numeste piconet si este formata dintr-un master si unul sau mai multi slave. Toate
echipamentele dintr-un piconet folosesc aceeasi secventa de salturi în frecventa, secventa determinata de
adresa în sistemul Bluetooth a masterului; offsetul în secventa este dictat de timpul sau curent. Un piconet
este un sistem TDM, în care sloturile de timp de 625 us sunt folosite alternativ de master si de slave pentru
transmisie, astfel încât un master îsi poate începe transmisia numai în sloturile pare, iar echipamentele slave
îsi împart sloturile impare.
Daca mai multe piconeturi împart aceeasi arie fizica, cum fiecare piconet are propriul sau master care dicteaza
secventa de salturi, piconeturile vor folosi secvente diferite. Bineînteles, daca densitatea de piconeturi în
aceeasi arie fizica creste, probabilitatea de coliziune pe o frecventa creste si conectivitatea se degradeaza.
Cum un echipament Bluetooth poate fi slave în mai multe piconeturi prin multiplexare în timp a canalelor de
comunicatie proprii piconeturilor, acestea vor fi conectate într-o retea extinsa (numita scatternet).
Într-un sistem Bluetooth exista doua tipuri de legaturi fizice:
SCO (Synchronous Connection Oriented) - o conexiune punct-la-punct cu banda rezervata de 64 Kbps între un
master si un slave din acelasi piconet, fara retransmisie de pachete, folosita în special pentru legaturi de voce.
Pentru mentinerea unui link SCO, un master are sloturi de timp rezervate (deci conexiunea este de tip circuit
-switched) si poate mentine pâna la 3 astfel de legaturi.
ACL (Asynchronous Connectionless) - o conexiune de tip best-effort multipunct între master si toate
echipamentele slave din piconet la care se foloseste retransmisia de pachete. Pentru mentinerea acestui tip de
legatura masterul foloseste sloturile neocupate de conexiuni SCO (deci conexiunea este de tip
packet-switched).
Transmiterea de date peste cele doua tipuri de legaturi fizice se face în cadrul a 13 tipuri primare de pachete
Bluetooth, care sunt folosite pentru a compune unitatile de date ale protocoalelor de pe nivel superior.
GPS (Global Positioning System)
Localizarea cu acuratete în orice pozitie de pe glob a devenit imediata, odata cu lansarea proiectului GPS
de catre Departamentul de aparare al SUA. Initial un serviciu de localizare exclusiv pentru navigatia militara,
ulterior sistemul GPS a fost deschis pentru uz public.
Serviciul oferit de sistem unui receptor consta în calculul pozitiei geografice în cele trei dimensiuni ale spatiului,
al timpului universal si al vitezei, prin decodificarea semnalelor radio primite de la satelitii GPS.
Sistemul GPS consta din 3 segmente:
-un segment aflat în spatiu, în fapt o ``constelatie'' de 24 de sateliti GPS care orbiteaza Pamântul. Fiecare
dintre sateliti parcurge lungimea unei orbite terestre o data la fiecare 12 ore, la o înaltime de aproape
20000 km. Configuratia celor 24 de sateliti în jurul Pamântului este proiectata astfel încât, în orice moment
de timp si în orice pozitie pe glob, între 5 si 8 sateliti sunt în raza de vizibilitate pe cer.
-un segment de control al sistemului, format din statii de monitorizare dispersate pe glob. Aceste statii
calculeaza, pe baza semnalelor receptionate de la sateliti, câte un model al orbitelor acestora (un sistem de
efemeride), si corectia de care are nevoie ceasul fiecarei statii pentru a fi complet sincrone. Datele astfel
calculate sunt transmise catre sateliti, care vor trimite receptoarelor GPS setul de efemeride.
-segmentul de utilizatori, care dispun de receptoare GPS. Acestea calculeaza pe baza semnalelor primite de la
cel putin 4 sateliti aflati în raza de vizibilitate pozitia geografica si timpul universal.
|
|
