9. UVOD U RADIOMOBILNU TELEFONIJU
Radiomobilna telefonija je u proteklih dvadesetak godina na cjelokupnom svjetskom
telekomunikacijskom tržištu opravdano postigla epitet najrentabilnije eksponencijalno rastu
ć
e
telekomunikacijske usluge. Razlog u ovome leži u tome što je mobilni telefon postao pristupa
č
an
obi
č
nom
č
ovjeku i dijelom njegovih dnevnih aktivnosti.
Mogu
ć
nost neprekidnog kontakta sa okolinom, bez obzira gdje se
č
ovjek nalazi, postao je novi
cilj razvoja radiomobilne telefonije. Gledano u ne tako davnu prošlost, prije dvadesetak godina u
svijetu je pušteno u eksploataciju nekoliko radiomobilnih telefonskih sustava, koji su se bazirali
na razli
č
itim standardima.
Prvi me
đ
u njima bio je NMT 1979. godine. Ovaj standard je tada prihva
ć
en od strane
nordijskih zemalja, a danas je prisutan u još tridesetak zemalja Europe i Azije. Nešto kasnije za
podru
č
je Velike Britanije razvijen je sustav TACS, koji je danas u primjeni u nekoliko zemalja
Europe, Srednjeg i Dalekog Istoka. Ameri
č
ke telekomunikacijske tvrtke realizirale su AMPS
sustav za svoje podru
č
je, a sustav je danas u upotrebi u Australiji i Novom Zelandu.
Bliska povijest razvoja radiomobilne telefonije u Europi, mora dodirnuti i 1988. godinu kada
je u praksi trebao biti realiziran paneuropski radiomobilni sustav na osnovama NMT sustava. Do
spomenutog sporazuma nije došlo, ali je u kasnim 80-tim razvojem digitalne radio tehnologije
postala osnova GSM sustava koji danas pruža pretplatnicima telekomunikacijske usluge diljem
svijeta
9.1. Radiokomunikacijski sustavi
Beži
č
ni ili radio prijenos implicira prenošenje informacije s jednog mjesta na drugo putem
elektromagnetskog vala koji putuje kroz prostor. Eletromagnetski valovi imaju razli
č
ite osobine
koje ovise o njihovoj frekvenciji i mediju kroz koji se šire. Mikrovalovi, koji su reda GHz imaju
tendenciju da ne preska
č
u prepreke poput zidova, prirodnih zapreka, razli
č
itih gra
đ
evina itd.
Suprotno od tog, ekstremno niske frekvencije radio valova ili one opet koje su reda nekoliko
desetaka MHz mogu prolaziti kroz zidove i objekte. Prema tim karakteristikama dizajniraju se
beži
č
ni sustavi, bira se radna frekvencija koja je pogodna za odre
đ
eni ure
đ
aj.Komunikacijski
sustav je odgovoran za prijenos informacija od pošiljaoca do primatelja.
Osnovni elementi komunikacijskog sustava su (slika 9.1.):
Slika 9.1. Blok shema komunikacijskog kanala
−
prijenosni kanal
, ži
č
na ili beži
č
na veza pošiljaoca/primatelja
−
modulator,
transformira izvornu informaciju koja je pogodna za transfer prijenosnim kanalom
−
predajnik,
poja
č
ava i
ume
ć
e modulirani signal u prijenosni kanal
−
prijemnik,
detektira primljeni signal na prijemnom kanalu, poja
č
ava ga
−
demodulator,
iz primljenog signala odvaja informaciju i šalje je dalje na obradu
Upotreba digitalnih signala i modulacije ima mnogo prednosti nad analognim sustavima
To su:
visoka pouzdanost,
diskretna osobina digitalnog signala
č
ini razliku u prisutnosti šuma, vrlo
visoka pouzdanost u slanju podataka i mogu
ć
nosti detektiranja greški
vremenska neovisnost,
digitaliziran signal je slijed brojeva, brzina digitalnog signala ne mora
biti ista onoj za vrijeme digitalizacije
neovisnost izvora signala,
digitalni signal može biti predan u istom formatu neovisno od izvora,
glas, video slika i podaci mogu se odašiljati na istom kanalu
signali se mogu kodirati,
sama poslana poruka, kona
č
ni niz digitalnih signala ima odre
đ
eno
zna
č
enje zavisno od pravila kojim se one interpretiraju.
Nedostatak digitalnih sustava je ve
ć
a cijena primopredajnih ure
đ
aja, pogotovo za onih koji rade u
realnom vremenu.
Vrste beži
č
nih ure
đ
aja
Na samim po
č
ecima upotrebe beži
č
ni ure
đ
aji bili su korišteni prvenstveno za zvukovne
komunikacije. Danas se beži
č
ni prijenos koristi u mnogo ure
đ
aja i to je idealno rješenje za
okoline gdje ži
č
ano povezivanje nije mogu
ć
e.
Beži
č
ne ure
đ
aje možemo podjeliti na:
−
ure
đ
aje za prijenos audio,video signala (beži
č
ni telefoni, interkom,..)
−
ra
č
unalne mreže (beži
č
ni LAN, radio modem)
−
komercijalne ku
ć
ne ure
đ
aje (alarmni sustavi, daljinski upravlja
č
i ..)
−
GPS (globalni sustav pozicioniranja)
−
tehologija radio-frekvencijske identifikacije (ure
đ
aji za pra
ć
enje, kontrola prostora) itd.
9.2. Mobilni radio sustavi
Mobilne komunikacije naglo se razvijaju. U po
č
etku razvoja mobilne tehnologije, mobilni
sustavi su bili vrlo skupi i pristupa
č
ni samo najbogatijima. Devedesetih godina mobilna telefonija
postaje pristupa
č
nija širokim masama.
Razni mobilni sustavi razvijani su nakon drugog svjetskog rata, pa tako se mobilni radio sustavi
mogu podjeliti na
č
etiri kategorije:
1)
Public Land Mobile Networks (PLMN's)
, javne telekomunikacijske tvrtke koje pružaju
usluge mobilne telefonije. Arhitektura PLMNa zasniva se na principu
ć
elijske pokrivenosti
podru
č
ja na kojem tvrtka daje usluge. Takvi su sustavi: AMPS, TACS, NMT, GSM itd.
2)
Dispatcher Land Mobile Networks
su u principu komunikacijske mreže koje pružaju usluge
poslovne namjene. Komunikacija se odvija izme
đ
u mobilnih jedinica i mobilnih jedinica i
glavnog dispe
č
era. Omogu
ć
uje se naj
č
eš
ć
e prijenos govora i podataka. Dispe
č
erski sustavi su
č
esto separirani i prilago
đ
eni zahtjevima kompanije. Takve sustave koriste policija, vatrogasci,
javna poduze
ć
a itd.
3)
Pager
ure
đ
aji omogu
ć
uju jednosmjernu komunikaciju od operatera do odre
đ
enog korisnika.
Informacije koje se šalju su naj
č
eš
ć
e alfanumeri
č
ki podaci koji se prikažu na displeju korisni
č
kog
pagera (u Hrvatskoj sono-prijemnik, informacije se distribuiraju signalom HRTa). Informacije do
sono-prijemnika tj. pagera mogu se proslijediti FM signalom, GSM-om.
4)
Satelitski telekomunkacijski sustavi
mogu se povezati sa zemaljskim sustavima:
telekomunikacijskim tvrtkama, radio i televizijskim distributivnim centrima itd. Satelitski sustavi
u odnosu na putanju oko Zemlje, orbitu se dijele na LEO, MEO i GEO sustave. GEO sustavi se
π
/4 – DQPSK modulacija se upotrebljava kod IS-54 standarda (ameri
č
ki sustav digitalne mobilne
telefonije D-AMPS), omogu
ć
uje visok stupanj spektralne djelotvornosti i nisku cijenu potrebnih
elektroni
č
kih sklopova. U suštini od QPSK modulacije se razlikuje po tome jer se faze mijenjaju
od 45
0
do +/- 135
stupnjeva
tj. druga
č
ije se kodira slijed bita (Tablica 4).
MSK modulacija je
naprednija varijanta PSK modulacije. Matemati
č
ki signal MSK modulacije može se opisati
m
je cijeli broj; R=2/T; brzina digitalnog signala. Uz trigonometrijske transformacije MSK signal
se može opisati kao:
Iz jednadžbi može se zaklju
č
iti da:
1.) Signal MSK modulacije ima konstantnu anvelopu
2.) Kako se a
i
ili b
i
mijenja svakih 1/R=T/2 sekundi, maksimalna fazna promjena je
π
/2 3.) Ako je
nose
ć
a frekvencija f
c
višekratnik od R/4, nema diskontinuiranog faznog pomaka GMSK
modulacija (Gaussian Minimum Shift Keying) se razlikuje od MSK modulacije po tome jer ima
gausov filtar na dijelu prije procesa modulacije, što
č
ini izlaznu snagu signala mnogo
kompaktnijom. Predmodulacijski gausov filtar ima karakteristike da djeluje na uskom
frekventnom podru
č
ju i karakteristiku da oštro reže signal. To omogu
ć
uje da guši visoko-
frekvencijske komponente signala. Stupanj reagiranja na nadvišenja signala je nizak što
omogu
ć
uje zaštitu od trenutnih pretjeranih odstupanja signala. GMSK modulacija upotrebljava se
u GSM sustavu pokretne mobilne telefonije.
Slika 6. Spektralna gusto
ć
a snage MSK, filtrirane MSK i GMSK modulacije
Kapaciteti prijenosa u mnogim beži
č
nim sustavima su ograni
č
eni zbog unutar-kanalnih
smetnji, koje su glavna ograni
č
enja kapaciteta celularnih sustava. Unutar-kanalne smetnje rastu
kad se ista nose
ć
a frekvencija koristi u susjednim
ć
elijama. Jedan od glavnih ciljeva
modulacijskih tehnika je da budu sposobne tolerirati visoke nivoe unutar-kanalnih smetnji.
Postoji nekoliko karakteristika koje obilježavaju dobru modulacijsku tehniku, to su: dobra
spektralna djelotvornost, dobra djelotvornost disipirane snage, sposobnost rada kod fedinga, niska
cijena, jednostavnost elektroni
č
kih sklopova, niska razina zra
č
enja van dozvoljenog
frekvencijskog pojasa (Slika 6.).
Digitalne modulacije su razumljiv izbor za budu
ć
e beži
č
ne sustave, pogotovo za beži
č
ni
prijenos video signala, te mogu unaprijediti spektralnu djelotvornost jer su digitalni signali
“robusniji” naspram analognih u pogledu interferencija.
Spektralna djelotvornost je glavna prednost jer beži
č
ni sustavi moraju raditi u prenapu
č
enom
frekvencijskom spektru (Tablica 5). Da se postigne velik stupanj spektralne djelotvornosti
modulacijski modeli za TDMA i FDMA sustave moraju biti odabrani tako da imaju veliku
iskoristivost namijenjenog frekvencijskog podru
č
ja, te se ta djelotvornost mjeri u jedinici bita po
sekundi po 1Hz frekvencijskog podru
č
ja (bits/s/Hz).
CDMA tehnika se dosta razlikuje od FDMA i TDMA tehnika. Razlika je u tome što je širina
kanala 1.224 MHz i svi korisnici sustava dijele isti kanal. Signal koji se prvo emitira na kanalu se
raširi preko cijelog frekvencijskog pojasa (spread spectrum, tehnologija proširenog spektra).
Signal se kodira koriste
ć
i jedinstven kod koji je poznat jedino prijemniku i predajniku. Kako je
svaki signal u kanalu jedinstven može se razlikovati od ostalih, ispravno primiti i obraditi u
prijemniku. Prošireni kodovi su najvažniji aspekti CDMA tehnologija. Kodovi se baziraju na
Walsh matrici (64x64). U matrici redovi su me
đ
usobno ortogonalni, stoga izvedeni kodovi su
jedinstveni svakoj mobilnoj jedinici, tako da nema dva ista koda i unaprijed su definirani.
Teoretski kapacitet CDMA je neograni
č
en, me
đ
utim redovi nisu u potpunosti ortogonalni pa je i
kapacitet ograni
č
en.
Kod mobilne telefonije (CDMA), ljudski glas (300-3400 Hz) se kodira u digitalan signal brzine
9600 bps QPSK modulacijom. Signal se tada proširi na približno 1.23 Mbps koriste
ć
i poseban kod
koji sadrži i informaciju o mobilnoj jedinici (Slike 9-10.). Signal se tada emitira preko
dozvoljenog frekvencijskog podru
č
ja, kanala. Kad se emitira signal se zbraja sa ostalim signalima.
Prijemnik razdvaja signal sa odre
đ
enim kodom i pretvara ga u analogni signal.
CDMA tehnika se
može poistovjetiti kada slušatelj do
đ
e u dvoranu sa n ljudi koji razgovaraju. Ukoliko se
usredoto
č
imo na pojedinu osobu, možemo
č
uti što govori ili ako govore razli
č
itim jezicima
možemo
č
uti onu osobu
č
iji jezik poznajemo. Kod TDMA tehnike bi prvo malo slušali osobu A,
zatim osobu B itd.
