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Mobile Communication Systems

Mobile Communication Systems. Simplified 3GPP WLAN Network Model. Basic Cellular System Architecture. Mobile Communication Systems. Low tier wireless systems High tier cellular telephony. Low Tier Wireless Systems. DECT. Low tier cordless telephony

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Presentation Transcript

  1. Mobile Communication Systems

  2. Simplified 3GPP WLAN Network Model

  3. Basic Cellular System Architecture

  4. Mobile Communication Systems • Low tier wireless systems • High tier cellular telephony

  5. Low Tier Wireless Systems DECT • Low tier cordless telephony • CT2 (Cordless Telephone, Second Generation) • DECT (Digital European [Enhanced] Cordless Telephone) • Low tier personal communications system (PCS) • PHS (Personal Handy phone System) • PACS (Personal Access Communications System) PHS

  6. 特色 • 低傳輸功率 • 適合長時間通話 • 涵蓋範圍小 • 基地台數目多 • 低傳輸延遲 • 移動範圍小 • 網路複雜度低 • 低成本

  7. Comparison of Low Tier Wireless Systems

  8. High Tier Cellular Telephony

  9. 特色 • 支援手機的高度移動性 • 涵蓋區域大 • 基地台和手機使用較高的傳輸功率 • 手機需要較高的訊號處理功率 • 通訊網路複雜度高 • 微細胞(microcell)概念的發展 • 為增加系統容量(capacity) • 微細胞涵蓋區域小 • 微細胞的基地台建置成本低於大範圍cell的基地台

  10. Femtocell Access to the Core Mobile Network via Broadband Internet

  11. Hierarchical Cell Structure

  12. High-Tier (2G) vs. Low-Tier

  13. Comparison of High-Tier Cellular Systems (1G & 2G)

  14. First Generation Cellular Systems and Services

  15. 1G • 1980年開始的類比式通訊系統 • 僅提供「類比語音」的單一服務 • 類比訊號傳輸 • 利用聲音所產生的聲波頻率作為傳送方式 • 通話對方的收話器也依聲波形狀直接接收 • 類比訊號是連續的，傳送時受到雜訊的干擾，很難保持波形不失真 • 很難對訊號做處理及增加系統功能，如AMPS系統使用類比技術，易被盜拷竊聽

  16. 無線電話(cordless telephony) • 使用者經由手機收發電話 • 手機以無線訊號與一固定主機溝通 • 主機再連至外界公眾交換電話網路(PSTN)或交換機(PBX) • 服務對象：一極小範圍內移動的人 • 此與作較廣範圍通訊的蜂巢式電話有不同的訴求族群 • 針對無線電話所提出的標準有 • CT1、 CT2、CT3及數位歐洲無線電訊(DECT)

  17. CT系列沿革 G1 CT-0/CT-1 CT-1+ G2 CT-2 CT-2+ CT-3

  18. CT-0 • 英國發展出MPT1322 (CT-0)標準 • 使用類比(analog) FM • 通話品質差

  19. CT-1 • CEPT (Conference Europeenne des Postes et Telecommunications，歐洲郵電會議)對於高要求而發展900MHz analog FM CT-1 • 使用FDMA/FDD技術 • 適於家用場合

  20. CT-1+ • 加入Telepoint (遠點)概念，使用於公共場合 • Telepoint是一種在主機有效範圍內作收發話的公共進出方法，結合公共電話與類比無線電話 • 約在公共基地台100m範圍內，可用無線電話撥打電話出去 • 不能接收電話 • 移出基地台範圍，電話就斷線 • CT1(或CT0)代表第一代無線電話 • 通常具備兩個無線頻道的類比式無線話機 • 雖然其可靠度、安全性皆不高且易受干擾、傳送距離又短，但至少開啟無線電話之先例

  21. AMPS • AMPS (Advanced Mobile Phone Service) • 第一套類比式蜂巢電話系統 • 1964年，開始構想該系統 • 1970年代由貝爾實驗室發展完成 • 採用分頻多重擷取(FDMA)技術

  22. 50MHZ的無線電頻寬分配給AMPS使用 • 824-849MHz (25MHz)及869-894MHz (25MHz) • 該頻寬被切割成832個頻道 • 416條下行頻道(downlinks) • 由基地台到手機的傳輸通道 • 416條上行頻道(uplinks) • 由手機到基地台的傳輸通道

  23. 頻率使用方式 • 所有AMPS細胞被分組成群(cluster) • 頻率分配原則 • 容許不同群的細胞使用相同頻率，但須保證不會互相干擾 • 同一群內的細胞因距離較近必須使用不同的頻率以避免干擾 • AMPS的漫遊管理標準 • EIA/TIA IS-41

  24. 趨勢 • 數位式系統能容納較高的用戶密度，進而提供較低的通話價錢及高品質的服務 • 數位式蜂巢系統取代AMPS

  25. Second Generation Cellular Systems and Services

  26. 2G • 從1990年開始的數位式通訊系統 • 數位訊號傳輸 • 聲波先經壓縮 • 重新編碼成0與1字元 • 接收方收到數位編碼訊號後重新組碼，恢復原聲波形狀 • 可對系統加以運算，增加額外系統功能

  27. 傳輸優點 • 通訊品質較高 • 系統容量較大 • 通訊保密性較佳 • 可結合其它數位科技提供多樣化通訊服務 • 「語音+數據」的結合(語音為主，數據為輔) • 手機可傳送簡單文字或利用筆記型電腦上網

  28. Example：GSM手機 • 可透過WAP技術無線上網 • 網路連線以電路交換(circuit-switch)方式，而網際網路上資料傳遞以封包交換(packet-switch)方式 • 不同的交換架構，彼此間網路都是獨立運作，並不互連 • Example：PHS手機 • 通話費比GSM系統便宜約50%~60% • 待機時間長達700小時，連續通話時間可達6-8小時，可將近一個月才充電一次 • 發射功率只有10毫瓦，是GSM的1/60至1/100 • 在時速100公里的狀態下，也可通話

  29. PHS與GSM系統比較表 • 比較項目/系統PHS GSM • 標準製定者日本歐洲 • 基地台發射功率500毫瓦 20瓦 • 移動性100公里/小時 120公里/小時 • 手機重量小於80公克 100公克上下 • 手機發射功率小於10毫瓦 600~1000毫瓦 • 待機時間大於600小時一般約300小時 • 連續通話時間6-8小時 2~3小時 • 數據傳輸32k, 64k, 128k 9.6k

  30. 可執行國際漫遊協定 • 採用電路交換技術，通訊網路效率較低 • 傳輸速率只有9.6Kbps (GSM) • 最高可達64Kbps (PHS) • 語音壓縮 • GSM將64K語音壓縮至9.6K，失真較為嚴重 • PHS將64K語音壓縮至32K，通話音質較佳

  31. CT-2 • 1989年在英國開始商業性營運 • 商業或家用系統的CT-2可雙向撥打與接收電話(因位置固定) • Telepoint公共電話系統仍只能單向打電話，無法雙向通訊，也無交遞(handoff) • 無線電頻寬分配 • 864-868 MHz • 每個頻道寬100 KHz，共40條FDMA語音頻道 • 每個頻道的語音編碼速率為32kbps

  32. 採分時雙工(Time Division Duplexing，TDD) • 手機(uplink)及主機(downlink)不管傳送或接收訊號都在同一頻道上，而用交叉使用時槽(time-interleaved)的方式來分隔收發動作 • 可經由語音編解碼器(speech codec)提供數據傳輸服務 • 速率約在2.4kbps~4.8kbps • 註：codec (coder/decoder)：將類比訊號轉換為數位訊號的裝置 • 手機最大發射功率約在10mW左右，非常省電

  33. CT-2+ • 為使手機可以漫遊(roaming)，加入訊號系統，產生共通空中介面(Common Air Interface，CAI) • CT2/CAI可讓不同廠商的手機與基地台(主機)相通 • 提供雙向通訊和handoff

  34. CT-3 • 架構在CT-2/CT-2+技術上，易利信提出CT-3作為大範圍WPBX (Wireless PBX)標準 • 該標準發展成DECT

  35. DECT • 1992年發表，被歐洲採用為無線電話標準 • 以超微細胞(pico cell)方式在高密度用戶區提供服務 • 無線電頻寬分配 • 1880-1900MHz • 使用TDMA技術將每個頻道切割成12個語音通道 • 與CT2相同，採TDD雙工模式 • 語音通道編碼速率為32kbps Cell size： Micro-cell約直徑100~500公尺 Pico-cell約直徑小於100公尺

  36. 採動態通道分配(Dynamic Channel Allocation, DCA) • 可動態轉換不同的timeslot • 時槽轉換(time slot transfer)：將通話線路由一個時槽轉移至另一個時槽(避免干擾) • 使頻道能有效率地使用並增強通話品質 • 可經由私用交換機(Private Branch Exchange，PBX)與公眾電話網路(PSTN)相連 • 具無縫式交遞(seamless handoff)能力 • 可與GSM互連以提供使用者漫遊能力 • 有DECT與GSM結合的系統(dual mode)，在室內使用DECT，快速移動使用GSM

  37. 提供服務 • 區域性的資料傳輸服務(connectionless datagram service) • 群播(multicast) • 廣播(broadcast) • 虛擬通道(virtual circuits) • 認證(authentication) • 資料保密(confidentiality)

  38. PHS • 1993年由日本RCR (Research and development Center for Radio system)製訂的標準 • 一種數位低階個人通訊服務系統，適用於居家、辦公室及室外環境 • 以無線電擷取方式提供用戶公眾電話網路或數據網路的服務 • 採用TDMA技術，每個頻率可提供四個電話通道 • 無線電頻寬分配 • 1895~1918.1MHz • 此頻寬可容納77個語音通道，通道寬度為300KHz • 37個通道(1895MHz-1906MHz)用於家庭/辦公室環境 • 40個通道(1906.1MHz-1918.l MHz)用於公眾系統

  39. 與DECT相同 • PHS亦採用動態式通道分配技術 • 與DECT不同 • PHS使用專屬控制通道(dedicated control channel) • 預先選擇的通道係用來傳送系統及控制信令(signaling)等資訊 • 語音編碼速率為32kbps，使用TDD雙工模式

  40. PHS • 選擇性地提供線路交遞功能 • 支援傳真服務，速度介於4.2~7.8kbps • 支援全雙工的數據機傳輸服務(full-duplex modem)，速度介於2.4~9.6kbps • 主要系統是純粹的數位化封包傳輸系統 • 進行數據資料傳輸沒有GSM先天上設計的缺陷 • 數據傳輸：32~64k，128K • 大眾電信PHS低功率行動電話(www.phs.com.tw)

  41. PACS • 結合PHS和無線存取通訊系統(Wireless Access Communications System) • 由Belllcore發展的低階個人通訊服務系統，為美國標準之一 • 無線電頻寬分配 • 1930-1990 MHz (base station transmission) • 1850-1910 MHz (handset transmission) • PACS採用TDMA技術，每個頻率可提供8個語音通道

  42. 與CT2、PHS和DECT相同 • PACS每個通道的語音編碼速率均為32kbps • 與CT2、PHS和 DECT不同 • PACS同時提供TDD與FDD兩種雙工模式 • 在FDD模式下，上行通道(uplink)與下行通道(downlink)使用不同的頻率傳送 • 漫遊管理採用類似於IS-41的標準 • PACS 提供 • 電路交換方式(circuit switching)協定 • 分封交換方式(packet switching)協定—應用在數據傳輸

  43. DAMPS • DAMPS • Digital AMPS • EIA/TIA IS-136 Digital Cellular System • 1987年，在美國開始發展 • 規格 • 早期規格為EIA/TIA IS-54 • IS-54修訂後的後續規格為IS-136 • 使用數位TDMA技術，DAMPS稱為 • ADC (American Digital Cellular) • NA-TDMA (North American TDMA)

  44. 數位化後可提供來電顯示、認證、語音加密等功能數位化後可提供來電顯示、認證、語音加密等功能 • 利用TDMA技術 • IS-136的每個載送頻率可提供三個語音通道 • 容量為AMPS的三倍 • 無線電頻寬分配 • 869-894 MHz (base station transmission) • 824-849 MHz (handset transmission)

  45. 通道使用型態 • full-rate • 語音通道使用兩個timeslot傳語音，數據傳輸為13kbps • 因一些數據使用錯誤偵測及錯誤修正，真正的語音使用為8kbps • half-rate • 語音通道使用一個timeslot傳語音，資料傳輸率為5kbps，真正的語音使用約為4kbps

  46. IS-136使用與AMPS相同的頻段 • IS-136的其它特性 • 點對點的短訊服務(point-to-point short messaging) • 廣播訊息(broadcast messaging) • 群組定址(group addressing) • 私人用戶群(private user group) • 階層式細胞架構(hierarchical cell structure)

  47. Hierarchical Cell Structure

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