Table Of Content!
Prof. Dr. Remzi YILDIRIM
Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
(AYBÜ)
“Principles of Mobile Communication”
2.Ed
Ders Notu Olarak Hazırlanmıştır
Ticari Amacı Yoktur
Para ile Satılmaz
Esas Kaynağın Beraberinde Kullanılması
Tavsiye Edilir
Kaynak Göstermek, Ticaretini Yapmamak Şartıyla Herkes
Kullanabilir
BÖLÜM 1
GİRİŞ
1980’lerin ilk yıllarında ilk hücresel ve kablosuz telefon sistemleri tanıtıldığından beri,
kablosuz sistem ve servisleri dikkate değer bir gelişim geçirmişlerdir. İlk hücreli ve kablosuz
telefon sistemleri kuşağı, analog FM teknolojisine dayanıyordu ve dar band devre anahtarlamalı
ses hizmetlerini taşımak için dizayn edilmişti. Dijital modülasyonu kullanan ve gelişmiş hizmet
spektrumu ve ses kalitesi sunan, ikinci kuşak hücreli ve kablosuz telefon sistemleri 1990’ların ilk
yıllarında tanıtıldı. Bununla beraber, bu ikinci kuşak sistemler hala dar band ses ve veri servisleri
için kullanılıyordu. Uydu kullanıcılar için 9,6 KB/s den yüksek bit hız mesafeleri, hareketli
kullanıcılar için 144 KB/s, yaya kullanıcılar için 384 KB/s, ofis içi ortamları için 2,048 MB/s
sunan, üçüncü kuşak kablosuz sistemler hala geliştirilmekte. Her çeşit ortamda daha şiddetli
kullanılabilirlik ve hizmet kalitesi ihtiyaçları (Qos) yeterli olurken, bu sistemler ses, veri, daha
fazla band genişliğinde kuvvetli multimedya servisleri sağlamak için tasarlanmıştır. Hatta daha
ilerde dördüncü kuşak sistemler 1 GB/s e yaklaşan asimetrik bit hızları ile genişband kablosuz
erişim sağlayacak.
Şekil 1.1 de gösterildiği gibi, radyo erişim sistemleri; kapsama alanlar ve bit hızları
nedeniyle sıkça seçilirler. Mobil uydu sistemleri, mobil kullanıcılara global kapsama alanı sağlar
fakat çok düşük bit hızları vardır. Yerleşik mobil radyo sistemleri, araçlı ve yaya kullanıcılara
geniş kapsama alanı sağlamak için yerleşik hücresel ve mikrohücresel ağlar kullanır. Sabit
kablosuz erişim sistemleri, hareketsiz kullanıcılara bir kampus veya komşu alan üzerinden radyo
bağlantısı sağlar. Son olarak, kablosuz yerel alan ağları, sabit bina kullanıcılarına çok yüksek hız
servisleri sağlar.
2
1. KABLOSUZ SİSTEMLER VE STANDARTLAR
1.1 BİRİNCİ KUŞAK HÜCRESEL SİSTEMLER
1970 lerin başları radyo teknolojisinin aciliyetini gördü. Mobil radyo sistemlerinin
800/900 MHz bandında makul bir fiyatla yerleşmesi için bu gerekliydi. 1976 da Dünya Radyo
Tahsisatı Toplantısı hücresel telefonlar için 800/900 MHz bandı frekans tahsisini onayladı,
böylece hücresel sistemlerin ticari yerleşimleri için alan ayrıldı. 1980 lerin başlarında, birçok
ülke frekans bölümü çoklu erişimi (FDMA) ve analog FM teknolojisine dayanan, birinci kuşak
hücresel sistemleri yerleştirdi. FDMA ile her taşıyıcıda tek bir kanal vardı. Sisteme MS eriştiği
zaman iki kanal gerçekten ayrılmıştı, bir doğru bağlantı (bazdan-mobile) ve biri de tes bağlantı
(mobilden- baza). Doğru ve ters kanal frekansı ayrımı duplexer, filtrelerin – doğru ve ters
kanalları izole eden böylece radyo vericisinin kendisini kilitlemesini önleyen- karmaşık
düzenlemelerinin yürütme izinleri için önemlidir.
1979 da ilk analog hücresel sistem; Nippon Telefon ve Telgraf Sistemi (NTT)
kullanılmaya hazır hale geldi. 1981 de Ericsson Radyo Sistemleri AB, Nordic Mobil Telefon 900
Sistemi (NMT) ni kurdu ve 1983 de AT&T, İleri Mobil Telefon Sistemi (AMPS) ni deneme
olarak Şikago’da kurdu. Bir de bazı diğer ilk kuşak analog sistemler 1980’lerin başlarında
3
kuruldu: TACS, ETACS, NMT 450, C- 450, RTMS ve Avrupa’da Radiocom 2000 ve
Japonya’da JTACS / NTACS. NTT, NMT ve AMPS’nin temel ölçütleri tablo 1.1 de
gösterilmiştir. NMT 900 sistemi, üstüste binmiş kanallardan aynı baz istasyonu ile
kullanılamadığından 12,5 kHz’in ayrımı ile frekans serpiştirme kanalını kullanır. NTT, NMT ve
AMPS sistemlerinin içinde, 45 MHz’in ayrımı alıcı-vericiyi yürürlüğe koymak için, radyo
dalgaları yaymak ve frekans almak arasında kullanıldı.
1.2 İKİNCİ KUŞAK HÜCRESEL SİSTEMLER
İkinci kuşak dijital hücresel sistemler dünyanın her yerinde geliştirilmiştir. Avrupa’da
GSM/ DCS 1800 / PCS 1900 standartlarını, Japonya’da PDC standardını ve Birleşmiş
Milletlerde IS 54-/136 VE IS 95 standardını içerir. Bu standartların hava arabirimlerinin
standartları Tablo 1.2 ve 1.3 de özetlenmiştir ve her birinin kısa açıklamaları bulunmaktadır.
1.2.1 GSM /DCS 1800/ PCS 1900
Avrupa ülkeleri, Avrupa’da dolaşmayı engelleyen, uyumsuz ilk kuşak hücresel sistemlerin
yerleşimlerini gördü. Sonuçta, Avrupa Posta ve Telekomünikasyon Yönetimi Toplantısı (CEPT),
1982’de Grup Özel Mobil (GSM) ‘i gelecek Pan- Avrupa hücresel radyo sistemleri için standart
tanımlamaları emri ile yayınladı.
TABLO 1.1 İlk kuşak hücresel standartlar
4
ŞEKİL 1.2 GSM için zaman dilimi formatı. Üniteler bitlerdedir.
GSM sistemleri (şuanda, Mobil İletişim için Global Sistem ) yeni bir frekans ayrımı yönetimi ve
gelişmiş kalite yapmak, Pan- Avrupa’da dolaşmak ve veri servislerini desteklemek birincil
amaçları için geliştirildi.
1992 sonlarında GSM dünyanın ilk dijital hücresel sistemi olarak yerleşti. Güncel
versiyonunda, GSM tam-oran (8 slot / taşıyıcı) ve yarım oran (16 slot / taşıyıcı işleme ve çeşitli
senkron ve asenkron 2.4, 4.8 ve 9.6 kb/s de modemlere (ÖR: V.22 bis veya V. 32 ) ve ISDN ye
arabirim olan veri servislerini sağlar. GSM, 200 kHz taşıyıcı alanları, 1 taşıyıcıda 8 kanal, 0,577
ms zaman dilimi ve 270,8 kb/s ham bit oranı, Gaussian minimum anahtar kaydırma (GMSK) ile
TDMA’ı kullanır. Şekil 1.2 de GSM trafik kanallarının zaman yuva biçimleri gösterilmiştir.
Yüksek frekans bandlarında yönetim için GSM çeşitleri de geliştirildi. Avrupa’da kişisel
haberleşme ağları (PCNs ) için bir standart olarak ETSI ile Dijital Hücresel Sistem 1800 (DCS
1800) geliştirildi. DCS 1800, GSM sisteminin bir türüdür fakat birkaç alanda farklılıkları vardır.
İlk olarak, DCS 1800, 1710-1785 MHz (MS iletim) ve 1805-1880 MHz bandları (BS iletim ) nı
yönetir oysa ki GSM 900 MHz bandında yönetir. İkinci olarak DCS 1800, iki sınıf için optimize
edilmiştir bunlar: 1W ve 200 mW ile el portatif ürünleri (mobil ünitelerden ziyade) dir. Bununla
birlikte DCS 1800 standardında makrohücrelerin ve mikro hücrelerin yer paylaşımı için bazı
değişiklikler vardır. GSM, Kuzey Amerika’da geliştirilmiştir. (PCS 1900) ve 1880- 1990 mHz
PCS bandında işletilir. PCS 1900, DCS 1800’e benzer fakat ufak farklılıkları vardır. Biri, Kuzey
Amerika marketleri için geliştirilmiş ACELPEFR (Tam Hız Geliştirme) kullanımıdır. GSM,
olağanüstü başarı göstermiştir 1997 sonlarında, 110 ülkede, 256 ağ işletmecisi tarafından, 66
milyon GSM üyesine hizmet verildi.
1.2.2 IS-54/136 VE IS-95
Kuzey Amerika’da ikinci nesil sistemler için ilk sürücü büyük BM marketleri (ör;
NewYork, Chicago, Los Angeles) deki bazı AMPS işletmelerinde kapasite sınırlarını hissettirdi.
Hücresel Telefon Endüstrisi (CTIA) nın yayınladığı temel amaçlardan biri, her 2. Nesil hücresel
sistemin AMPS’nin 10 kat üzerinde kapasite artışı sağlamak zorundadır ifadesiydi. Ayrıca,
AMPS Kuzey Amerika da yerleştiğinden beri, her 2.nesil hücresel sistemin AMPS ile uyumsuz
olması hoş değildi. Sonunda bu , iki modlu vericilerin gelişimine önderlik etti.
5
Avrupa’da GSM standardına yakınsama gösterirken, Kuzey Amerika 2. Nesil dijital
hücresel standartların aciliyetini gördü. IS-54/136 VE IS-95 zaman bölümlü çoklu erişim
(TDMA) ve kod bölümlü çoklu erişim (CDMA) teknolojisine dayanıyordu. IS-54 standardı
1990’da adapte edildi ve 30 kHz taşıyıcı alanları ve π/4 evre kaydırmalı tümleyici diferansiyel
evre kaydırma anahtarlamalı ( π/4 – DQPSK) modülasyonu - 48.6 kb/s ham bit oranlı –
F/TDMA’ ya dayanan yeni dijital sinyal şeması belirtildi. IS- 54 VE IS-136 kontrol kanalları
açısından birbirinden farklıdır. IS- 54 analog kontrol kanalı kullanır buna karşın IS-136 dijital
kontrol kanalı kullanır. IS-54/136 hava arabirimi 1 çerçeveye 6 slot (yuva, darbe) belirtir. Bir
taşıyıcıya 3 tam kanal oranı veya 6 yarım kanal oranı uyumludur. IS- 54 / 136 trafik kanalları
için yuva biçimleri ŞEKİL 1.3 de gösterilmiştir. IS- 54 / 136’nın doğrusal gelişimi, AMPS’nin
tüm (yarım) oranlı sistemlerinin 3 (6) zaman hücre kapasitesini isteyecektir. Toplam kapasite
kazancı da mümkündür. IS- 54 / 136 Kuzey Amerika ve Endonezya da yerleştirilmiştir.
ŞEKİL 1.3 IS-54/136 trafik kanalı için darbe formatı. Üniteler bitlerdedir.
CTIA, IS-54 ü 1990 da adapte ettikten hemen sonra, diğer CDMA teknolojisine dayanan
ikinci nesil dijital hücresel sistem Qualcomm tarafından önerildi. Mart 1992 de CDMA, IS-95
[96] olarak adapte edildi. IS-95 ile 1.2288 Mchips/s oranında (128 işlem kazanımı) chip (saat)
oranı ile PN sırasını kullanarak yayılan, temel kullanıcı veri oranı 9,6 dır. İleri kanal, kanal
kestirimi için pilot kanal (kod) kullanan, evre uyumlu algılamayı destekler. İleri bağlantıda bilgi,
½ oranında evrişim (convolutional) kodunu , serpiştirilmiş (interleaved), 65 Walsh kodlarından
birini kullanarak, 20ms darbelerde aktarılan yayılarak kullanır. Her hücredeki MS farklı bir
Walsh kodu atar, buna karşılık ideal kanal koşullarında tamamen ortonormal (orthogonality)
sağlamak 2 15 uzunluğunda temel özel PN kodu ile son yayılım, diğer hücreleri ve onlardan çoklu
erişim girişimi azaltmak için kullanıldı. IS 95 standardının büyük zorluklarından biri kodlanmış
downlink geçişleri darbelerin üzerinden serpiştirilmiş (interleaved) değildir ve bu yüzden sinyal
sönüme hassastır.
CDMA sistemleri, yakın-uzak etkilere hassastır, MSs’in BS’e yakın olduğu yerde
sinyaller daha uzak MSs’lerden swamp out olacaktır. CDMA sistemlerinin iyi çalışması için, tüm
6
sinyaller, aynı güçte alınmalıdır. Bir durumda, hareketli yer mobil radyo yayılım çevrelerinde bu
zordur. Yakın-uzak etkisini combat etmek için, IS-95 ters bağlantı hızlı kapalı loop güç
kontrolünü radyo bağlarındaki çeşitlilikten dolayı alınan sinyal gücü alınımı için karşılamakta
kullanır. Ters bağlantıdaki bilgi, 1/3 oranındaki evrişim (convolutional) kodunu interleaved
(serpiştirilmiş) ve 65 Walsh kodlarından birinin üzerine eşlenmiş kullanarak kodlanmıştır.
Yayılım için Walsh kodlarını kullanan ileri kanal, ters bağlantı 64- ary orthogenal modülasyon
için Walsh kodlarını kullanır.
BS alıcısı, ters bağlantıya hiç pilot sinyali verilmediğinden beri evre uyumlu olmayan
(non-coherent) algılama kullanır. Son yayılım 242-1 uzunluğunda kullanıcı özel PN sırası ile
başarılmıştır. Hem BS ler hem de MS ler çok yollu çeşitleme sağlamakta RAKE alıcılarını
kullanır. IS-95 sistemleri yumuşak handoffs ( soft handoffs) -MS bakımı hücreler arası sınır
alanlarında çoklu BS ler ile radyo bağlantısı yapabileceği yerde için- ihtiyaçtır. IS-95 in
tanıtımından beri, IS54/136 ve IS-95 in göreceli kapasitesi üzerine tartışmalar devam etti. IS-95
için ilk kapasite isteği 40 kere AMPS di. Bununla birlikte güncel kararlar çok tutucu ve ticari
yönetimlerin 6 ile 10 kere AMPS gösteriminden tecrübelidir.
1.2.3 PDC
1991 de Japonya Posta ve Telekomünikasyon Bakanlığı PDC’yi standartlaştırdı. PDC nin
hava arayüzü bazı alanlarda IS-54 / 136 ya benzer. PDC bir taşıyıcıya 3 tam oran ( 6 yarım oran)
kanal, 25 kHz taşıyıcı boşluğu ve 42 kb/s ham bit oranı ile π/4-DQPSK modülasyonu kullanır.
PDC trafik kanalları için darbe biçimi Şekil 1.4 de gösterilmiştir. Senkronizasyon kelimesinin,
PDC darbesinin merkezine yakın bir yerde yer aldığına bununla birlikte Şekil 1.3 de gösterildiği
gibi IS-54 /136 darbenin başlangıcına yakın yer aldığına dikkat edin. Bu özellik, PDC alıcının
zaman yuvası üzerinden kanal çeşitlerini geçmesini daha iyi sağlar.
PDC standardının diğer bir temel özelliği, MS anten çeşitlemesini kapsamadır. IS-54 /136
daki gibi alçak performans alt seviyeleri düşük yayılım geciktirme çok yollu çeşitleme
kayıplarından dolayı PDC katlanır. Bununla birlikte PDC MS vericisindeki anten çeşitlemesi bu
koşullar altında uzamsal çeşitleme sağlar. PDC sistemlerdeki daha fazla detay tamamlanmış
Standard [280] de bulunabilir.
1.3 KABLOSUZ TELEFON SİSTEMLERİ
Kablosuz telefon sistemleri ev telefonları, telepoint (kablosuz telefon kabini) kablosuz PABX
(özel erişim iş değişimi) ve kablosuz yerel alanlar ve radyo alanlarında bazı uygulamalar buldu.
Hücresel telefonlara benzer şekilde, ilk kuşak kablosuz telefonları analog FM teknolojisine
7
dayanıyordu. Tanıtımlarından beri kablosuz telefonlar yüksek popülarite kazandı. Bununla
birlikte ilk kuşak kablosuz telefonlar kendilerinin başarısının kurbanı oldular; ses kalitesi, yüksek
yoğunluklu alıcı (subscriber) alanlarında kabul edilemezdi/dir. Bu ikinci nesil dijital kablosuz
telefonların gelişimine önderlik etti. Avrupa’da, iki dijital kablosuz telefon standardı geliştirildi,
CT2 ve Dijital Avrupa Telsiz Telefonu (DECT) [325]. Kanada’da CT2 nin yenilenmişi (CT2 +)
geliştirilmiştir. Bu iki-yollu arama, gezgin ve geliştirilmiş veri hizmet kapasitesi sağlar.
Japonya’da, kişisel el telefonu sistemi (PHS) geliştirilmiştir. Çeşitli kablosuz telefon
standartlarının hava ara yüz parametreleri Tablo 1.4 de özetlenmiştir.
ŞEKİL 1.4 Japon PDC için zaman dilimi formatı. Üniteler bitlerdedir.
1.4 ÜÇÜNCÜ NESİL HÜCRESEL SİSTEMLER
Mart 1992 de WARC, 1885- 2200 MHz bandındaki global spektral tahsisini IMT- 2000 ( 2000
yılındaki Uluslar arası Mobil Telefon) desteğinde onayladı. IMT-2000 standardı, Uluslararası
Telekomünikasyon Radyo İletişimi Derneği (ITU-R) ve telekomünikasyon sektörleri (ITU-T)
tarafından geliştirilmiştir. Dünyadaki çeşitli standartlar, IMT-2000 standart tanımına ilaveler
sağlamıştır. IMT-2000 in vizyonu ses, multimedya(çoklumedya) ve yüksek hızda veri iletişimini
her yerden kablosuz ağla sağlamaktır. IMT-2000 in ana özniteliklerinden biri 2 Mb/s a yükselen
8
kablosuz internet erişimi için kablosuz geniş band paket anahtarlamalı veri servislerinin
tanıtımıdır. IMT-2000 in anahtar prensipleri şunlardır:
• Uluslar arası erişim ve portatif terminallerle dünyanın her yerinde gezinebilme ile Termal ve
kişisel mobilite.
Kişiselleştirilmiş telefon numaralarının kullanımı ile kişisel mobilite olanaklı olacak. Kablo
hatlı telefonların başarısı arama ünitesinin nerede bulunduğu bilgisine dayanıyor. Sonuç
olarak aramaların %80 i tasarlanan yere ulaşmıyor.
Kişisel haberleşme servisleri ile (PCS) zeki ağlar (IN’ler) arama partilerini yönlendirme
yükünü varsaymaya üyeleri dünyanın her yerinde gezinebilmek için özgür bırakmaya
görevlendirilecek
TABLO 1.2 İkinci nesil dijital hücresel standartlar
• İki aşamada gerçekleşen Genişletilmiş servis oranları. Birinci aşama, 2Mb/s e kadar
asimetrik kullanıcı veri oranları ile devre ve paket anahtarlamalı multimedya yı
destekleyecek, ikinci aşama 20 Mb/s e kadar kullanıcı verilerini sağlayacak.
Bu kapabiliteler, web arama dosya transferi, e-mail ve gezici bilgi servisleri video konferans gibi
uygulamaları kullanılabilir yapacak. Kullanıcı veri oranlarında hem devre hem de paket
anahtarlamalı veri için minimum ihtiyaçlar dört farklı çevrede aşağıdaki gibidir:
9
Description:Bu durumda, gölgeleme otomatik bağıntısı (öz ilinti) aşağıdaki gibi olacaktır. (2.210) ile (2.211) gönderildiğinde hipotez bağımsızdır ve. = 2Em, alıcı
