1. Wat zijn de voordelen en nadelen van Wimax voor draadloze communicatie en hoe bekomt men de grote reikwijdte van het systeem?

Transcriptie

1 De commentaar van E. Carette staat in het gele fluo. Bert Wallaert WIMAX xmax is nog onvolledig 1. Wat zijn de voordelen en nadelen van Wimax voor draadloze communicatie en hoe bekomt men de grote reikwijdte van het systeem? Voordelen: Nadelen: Grote reikwijdte: Grote reikweidte (1 zendmast per stad) & hoge snelheid. Goede kwaliteit verzekerd. (door adaptive modulation) Kan volledig omgaan met NLOS (non line of sight) Laag vermogen, maar toch groot bereik (1W > 50km) Bij NLOS: reikweidte van maar 8km Interferentie & propagatie Voor spraak minder goed dan UMTS Reed concurrentie voor de start Licenties Sub channelization (opdelen in subkanalen zorgt ervoor dat met evenveel energie sterker verzonden kan worden.) Adaptive modulation ARQ 2. Men spreekt bij Wimax van adaptieve modulatie, leg uit. Bij adaptive modulation wordt de modulatietechniek aangepast naargelang de kwaliteit van de verbinding (S/N ratio). Indien het signaal verzwakt zal overgegaan worden naar een lager niveau qua modulatie. Het systeem zal trager werken maar zal een goede kwaliteit behouden. Volgorde van modulatie van goed signaal > slecht signaal: 1. 64QAM 2. 16QAM 3. QPSK 4. BPSK 3. Wat zijn de typische toepassingen die we kunnen verwachten van Wimax en leg uit. Wireless adsl aan huis. Kan zeer goedkoop zijn door het gebruik van weinig zendmasten. Overkoepeling van WiFi hotspots.

2 4. Bespreek het Xmax systeem. Xmax mag een gelijksoortig project genoemd worden als WiMAX. Eerder zelfs de Amerikaanse tegenhanger. Het wil eveneens een vervanging bieden van de bedrade media die er voorlopig te vinden is. (dus koper & coax) Eerst en vooral zal Xmax dienen ter communicatie & dus mobiele toestellen (men doelt op GSM s) verbinden via VOIP. De ontwikkelaars zijn er van overtuigd dat het bereik nog kan vergroot worden & dat het vermogen nog kan verlaagd worden. (dus nog dichter naar WiMAX neigen) In juli 2006 werd er medegedeeld dat de ontwikkelaar (xg Technology) samen met enkele regionale partners, een mobiele telefonie service wil uitbouwen over de gehele US. Dit via xmax Handsets met VoIP. De eerste proeven zouden plaatsvinden in het tweede kwartaal van Waarom Xmax? Xmax zou véél efficiënter zijn dan WiMAX (volgens de ontwikkelaars tot 1000 maal ). De ontwikkelaars zien in de toekomst volledige wireless LAN s die gevoed worden via een knoopcel (horlogebatterij). Dit allemaal met een groot bereik & weinig interferentieproblemen. Hieronder enkele patenten die zijn aangevraagd (in het Engels, maar het geeft een idee van de technologieën die zijn opgenomen in Xmax) Very High Speed Digital RF Clipper/Modulator, filed Dec RF Shielding Design for Wireless High Speed Internet Access System, filed May 2001 Suppressed Cycle Based Carrier Modulation Using Amplitude Modulation, filed Jul Missing Cycle Based Carrier Modulation, filed Feb Tri State Integer Cycle Modulation, filed Jun Modulation Compression Method for the Radio Frequency Transmission of High Speed Data, filed Jan Dan nog de voorlopige technische specificaties: Antenne: 1 omnidirectionele geplaatst op een TV zendmast, op zo n 260 m hoogte Bereik: 32 km, bvb een volledige dekking van Miami, volgens xg Tech. ook binnen in gebouwen. Data rate: 10 Mbit/s. (tests haalden op dit moment al 7,4Mbit/s Spectrum: er wordt gebruik gemaakt van de licentie vrije 900MHz band Interferentie: Geen Met een omnidirectionele antenne en 50 mw een afstand halen van 27 à 30 km!! (proef is effectief uitgevoerd!). Snelheid 10 Mb/s Spreadspectrum technologie Basis idee ipv meerdere periodes te gebruiken voor het verzenden van 1 bit wordt dit beperkt tot een minimum (1 periode). Gevolg zeer sterke beperking van de zijbanden dus ook vermogen. DSL nu 5,5km voor 1 Mb/s Wordt met Xmax: 22 km! Kabel nu ongeveer 50 Mb/s voor 158 afzonderlijke kanalen Wordt 1 Gb/s met >1000 afzonderlijke kanalen Draadloze overdracht nu grote vermogens of kleine cellen, microgolf frequenties met beperkter bereik en multipath problemen _ complexe codering. Communicatie met groot bereik en datarate wordt mogelijk, MAN netwerk voor een ganse stad, Directionele antennes worden overbodig Voorlopig enkel in Amerika

3 SDR SOFTWARE DEFINED RADIO SDR vragen geen probleem 1. Wat is SDR en waarom wordt dit in recente telefonie toepassingen gebruikt? Software defined radio; een zender/ontvanger die in grote mate gemaakt/gedefineerd is door middel van software. Slechts een klein stuk van de zendontvanger is nog gemaakt in klassieke elektronica componenten. De rest zit in de microprocessor met digitale signaal verwerking. Doordat de zendontvanger eenvoudig kan aangepast worden, zowel de modulatie techniek, frequentie, services, beveiligingssystemen komt dit heel goed van pas in de huidige snel evoluerende telefonie systemen. 2. Geef enkele voorbeelden van toepassing van SDR? Alle geavanceerde digitale modulatie systemen zullen op termijn uitgerust worden met SDR. Dit zijn 3/4G, WiMAX, DVB, ASTRID,... systemen maar ook reeds bestaande als WiFi, Bluetooth. Er kan dan ook eenvoudig een zendontvanger gemaakt worden voor een combinatie van de voorgaande. 3. Wat is de typische functie van MEMS voor SDR? Micro Electronic Mechanical Systems; het meest voorkomend element is hierin de ultra kleine schakelaar. Deze kan dan dienst doen als antenne selector/schakelaar. Of bij filters voor het bij/afschakelen van de reactieve elementen om zo een ander filter te creëren. 4. Geef een overzicht van voor en nadelen van SDR. Voordeel Toekomstgericht Eenvoudig aanpasbaar Complexe modulatie technieken goedkoop ontwikkelen Open source Nadeel Grote rekenkracht, snelle processor Complexe programmatie Digitale bandbreedte Lineariteit breedbandige mixer ADSL Onder voorbehoud! 1. Voor wat staat de term ADSL en waarom noemt men dit breedband technologie? Wat is ADSL? ADSL is een moderne techniek om met behulp van je normale telefoonaansluiting verbinding te maken met het internet. Op het internet is heel veel informatie te vinden over de werking, benodigdheden en eigenschappen van ADSL. Op deze pagina nemen we links op naar interessante ADSL of ADSL gerelateerde websites. Kort samengevat de belangrijkste eigenschappen van ADSL: een ADSL verbinding is snel, sneller dan een analoge of ISDN verbinding je kan gelijktijdig telefoneren en internetten over één telefoonaansluiting je betaalt geen telefoontikken voor het internetgebruik je kunt permanent verbinding maken met het internet.

4 Wat heb je nodig? Een PC met een ethernet netwerkkaart of een USB aansluiting Een standaard (Belgacom) telefoonaansluiting (analoog of ISDN) met ADSL optie. Een modem of een router = een apparaat waarmee je de verbinding koppelt aan je PC. Een provider die je ADSL verbinding levert. Wat is breedband? Er zijn meerdere definities van breedband in omloop. Waar de een alles sneller dan een ISDN lijn al breedband vindt, zijn anderen van mening dat de huidige kabel en ADSL netwerken nog niet in de buurt van breedband komen. Een veel gebruikte definitie voor breedband is die van de commissie Andriessen: Een breedbandig aansluitnetwerk ondersteunt tenminste een capaciteit van 10 Mbps sustained rate en is toekomstvast in die zin dat hogere capaciteiten later tegen relatief geringe kosten realiseerbaar zijn. Belangrijk is voorts dat een dergelijk breedbandig netwerk optimaal is ingericht om multimediaal digitaal transport te ondersteunen. Dit betreft onbestendig computer verkeer met een grote verhouding tussen gemiddelde capaciteit en de benodigde piekcapaciteit. Deze definitie behoeft uitleg. De capaciteit van een verbinding wordt berekend in de hoeveelheid bits (nullen en enen) die per seconde door een aansluiting verwerkt kunnen worden: Mbps, 1 miljoen bits per seconde. "Sustained rate" betekent dat de snelheid ononderbroken gehaald moet kunnen worden. Het mag dus niet een piekcapaciteit zijn, die gedurende korte tijd of onder uitzonderlijke situaties gehaald kan worden. Computerverkeer voor multimedia applicaties is onbestendig, omdat bij multimedia toepassingen voor een korte tijd veel bandbreedte nodig is voor bijvoorbeeld het ophalen van een film, of het voeren van een video conference. De gemiddelde bandbreedte die gebruikt wordt ligt veel lager. Voor een goede kwaliteit verbinding is naast de bandbreedte ook de latency (vertraging) van belang. Dit is de periode tussen het verzenden van gegevens en het ontvangst van een antwoord. Voor voice en videoconferencing is een lage latency (onder de 0.2 seconden) nodig. Bij sommige technische oplossingen is de latency een probleem voor bijvoorbeeld spraakverbindingen. De verschillende technologieën vindt u onder de tabel vergelijking van breedbandtechnologieën:

5 Technologie Capaciteit Maximale toepassing Voor en nadelen GSM 9.6kbps E mail. GPRS kbps E mail en internet. Nadeel: Latency hoog. ISDN 64 kbps Eenvoudige filmpjes. Voordeel: Bundeling van lijnen mogelijk. Kabel internet ADSL Twee weg Satelliet SDSL Huurlijn 2Mbithoger Draadloos netwerk ( standaard) kbps downstream 120 kbps upstream kbps downstream kbps upstream 256 kbps upstream 2048 kbps downstream kbps upstream kbps downstream kbps upstream kbps downstream 11Mbps tot 56Mbps Eenvoudige filmpjes, downloaden software. Multimedia toepassingen. Films op VHS kwaliteit mogelijk bij capaciteit hoger dan 1024kbit. Films op VHS kwaliteit mogelijk. Videoconferencing mogelijk. Films op VHS kwaliteit mogelijk. Bedrijfskritische applicaties mogelijk. Glasvezel ~100Tbps Live beelden mogelijk. DVD kwaliteit films mogelijk. Geschikt voor medische bestanden en teleconsultatie. Voordeel: Een vaste prijs en altijd aan. Nadeel: Gedeeld medium dus meer gebruikers = slechtere prestaties. Zelfde voordelen als kabel, geen gedeeld medium dus snelheden meer gegarandeerd. Nadeel: Door overspraak slechts beschikbaar voor 20 40% binnen het dekkingsgebied. Soms limiet op hoeveelheid verkeer. Grote latency (boven de 1 seconde) dus ongeschikt voor spraak en videoconferencing. Speciale apparatuur nodig. Voordeel: Upstream en downstream gelijk. Snelste technologie over bestaande telefonie infrastructuur. Zie ADSL. Garanties voor het serviceniveau. Geen limieten op hoeveelheid verkeer. Duur. Afhankelijk van de leverancier koper of glasvezel. Bij glasvezel is de capaciteit eenvoudig op te waarderen. Voordeel: Snelle uitrol en lage setup kosten, doordat er niet gegraven hoeft te worden. Nadeel: Gedeeld medium, limiet op hoeveelheid verkeer, zichtlijn tussen zender en ontvanger. Capaciteit wordt bepaald door gebruikte apparatuur. Hierdoor eenvoudig op te waarderen. Meest toekomstvaste optie. 2. Geef een overzicht van de verschillende xdsl technieken met korte uitleg. ADSL = asymmetrisch omdat de bandbreedte niet dezelfde is van of naar gebruiker is uiteindelijk een modem techniek, (datatransfer + telefoongesprek samen) UADSL: kleinere versie van ADSL, betere scheiding tussen POTS en DSL VDSL =(Very high bit rate DSL) ) is een van de opvolgers van ADSL waarbij een veel hogere downloaden uploadsnelheid mogelijk zijn, kleinere afstand, wordt interessant als de fiber dichter bij huis komt )SDSL = (Symmetric Digital Subscriber Line) loopt over een paar koperdraden, met maximum bereik van ongeveer 3km.Dit is beperkt omdat SDSL zendt en ontvangt in dezelfde frequentieband. HDSL = (High Data rate Digital Subscriber Line) hogere snelheid door twee paren te gebruiken ADSL2 = verbeterde versie van de ITU standaard, hogere snelheid bij lange lijnen ADSL2+ = verdubbeling van bandbreedte voor upstream en downstream ivg met ADSL2 RADSL: Rated adaptive DSL, snelheid wordt aangepast in functie van mogelijkheden MSDSL: multirate symmetric DSL aanpassing van de transmissie snelheid tussen 64kbps tot 2 Mbps maar ook omgekeerd evenredige afstand IDSL : ISDN DSL, in feite ISDN DSL ISDN TA s communiceren over koperdraad

6 3. Geef de basisblokken tussen een computer/telefoon en het ATM netwerk in de centrale om een ADSL verbinding te realiseren. Volgens BT ADSL: Zie ook p84 cursus ADSL basisblokken zijn : DSLAM Atu R Atu C (lijnkaart zit in de DSLAM) En splitter (filter bij BT) Het vermelde patchpanel bij is de manier waarop een telefoonlijn gekoppeld wordt aan de DSLAM (juist zoals het patchpanel vooraan in het labo)

7 4. Wat zijn de 3 basis modulatie systemen voor ADSL en verklaar waarom uiteindelijk voor DMT gekozen is. QAM : De QAM techniek is een combinatie van amplitude (amplitude shift keying) en fasemodulatie (phase shift keying). QAM gebruikt het voordeel van de mogelijkheid om verschillende signalen tegelijk over dezelfde draagfrequentie te sturen, door 2 kopies van de draagfrequentie te gebruiken, de ene 90 gedraaid (=gedefaseerd) t.o.v. de andere. Bij QAM is elke drager ASK gemoduleerd. Het is een 2 dimensionaal coderingsproces, wat resulteert in een rechthoekig patroon, een constellatie, van punten. Deze punten stellen de verschillende niveaus voor in de inphase richting en de quadrature richting. CAP: De CAP modulatie voor ADSL is een 2D doorlaat transmissietechniek en is nauw verwant met de 16 QAM modulatie (cfr.supra). CAP genereert een draaggolf door een paar digitale transversale doorlaatfilters toe te passen op elke halve bitstroom. De amplitudes zijn gelijk en de faseantwoorden verschillen met /2. Dit produceert eenzelfde spectrale vorm als QAM, kan worden gedetecteerd d.m.v. dezelfde equalization strategieën, en heeft dezelfde performantie als QAM. Inderdaad, een QAM ontvanger kan worden aangepast om een CAP verzonden signaal te ontvangen. De kracht van CAP ligt in enkele efficiënties vergeleken met QAM i.v.m. digitale implementaties. Sommige CAP systemen zijn rate adaptive, waarbij downstream snelheden van 640 kbps tot 8,192 Mbps kunnen bereikt worden en upstream snelheden van 272 kbps tot 1,088 Mbps.

8 DMT: Discrete multitone modulation DMT is een multicarrier modulatietechniek. Zoals afgeleid kan worden uit de naam verdeelt multicarrier modulatie een kanaal in een aantal subkanalen en verzendt data op elk van deze kanalen. Deze techniek heeft een lange voorgeschiedenis en een noemenswaardige theoretische ondersteuning, maar heeft enkele ongemakken gekend wat betreft de kosten i.v.m. het bijmaken van transceivers en stabiliteitsproblemen met analoge circuits. Begin jaren 80 werd aangetoond dat er meerdere kanalen konden worden gerealiseerd met digitale technieken gebruik makend van Fast Fourier Transform (FFT). Dit leidde tot het ontstaan van DMT, de multicarrier versie die gebruikt wordt bij ADSL. Een DMT zender encodeert bits per symbool en laadt deze in een inverse FFT, om vervolgens de output naar een D/A converter te sturen, die digitale input omzet in een analoge output. De ontvanger keert het proces om waarbij hij de output van de A/D converter langs een FFT brengt en de seriële bitstroom uit het resultaat van deze FFT haalt. Bij ADSL zal uiteraard de POTS splitter essentieel alle signalen beneden 25 khz buiten beschouwing laten. Bovendien zal bij gebruik van FDM ook geen rekening gehouden worden met de bandbreedte die nodig is voor de upstream. DMT maakt optimaal gebruik van de lijn door elk subkanaal van de lijn optimaal aan te wenden. Bij een fixed rate werking laadt DMT elk kanaal zo dat de totale rate gelijk is aan de input rate tenzij de marge per kanaal beneden een vooropgestelde drempel valt. In dit geval zal de modem niet werken. Dit betekent dat de meeste lijnen veel hogere marges hebben dan dit drempelpunt. Bij de rate adaptive werking daarentegen, kiest de modem de data rate gebaseerd op de hoeveelheid bits die op elk kanaal kan gezet worden bij de vooropgestelde marge. (Een netwerk management system kan de rate aanpassen wanneer dit wenselijk is.) Rate aanpassing is vrij eenvoudig voor DMT. Het initialisatieprotocol moet toch al marges vastleggen in elk kanaal. Slechts een beperkte framing aanpassing is nodig om een berekende data rate te laten overeenstemmen met een reële data rate. Hierdoor kan DMT ADSL rates aanpassen in stappen van 32 kbps en tot zeer lage rates gaan, tot 32 kbps indien nodig. Dankzij de grote flexibiliteit van DMT inzake bandbreedte gebruik, is DMT ADSL zeer geschikt voor een brede waaier subscriber lines.

9 Waarom DMT? Aangezien de duur van een DMT symbool veel langer is dan de duur van een QAM of CAP symbool en bovendien de data rates per kanaal veel lager zijn bij DMT, is DMT modulatie minder gevoelig voor impulse noise (i.e. ruis in het tijdsdomein) dan CAP modulatie. In tegenstelling tot de CAP modulatie zou men kunnen aannemen dat bij DMT modulatie elk kanaal ideaal is (constante verzwakking en white Gaussian noise). Elk verzonden CAP symbool neemt de volledige bandbreedte van het kanaal in beslag. Bijgevolg zal naast de zonet vermelde impulse noise, ook high level noise in het frequentie domein fouten veroorzaken. Bij DMT echter wordt dankzij de opdeling in subkanalen ruis in het frequentiedomein vermeden. Zowel DMT als CAP kunnen de data rate aanpassen afhankelijk van de lijncondities. Beide technieken zijn dan ook mogelijk bij rate adaptive ADSL (RADSL). Men moet echter opmerken dat daar waar DMT de rates geleidelijk aan kan opdrijven of doen afnemen in stappen van 32 kbps vanaf 32 kbps, CAP enkel ruwe aanpassingen kan doorvoeren vanaf 640 kbps. CAP is meer aangewezen dan DMT bij diensten die fast switching vereisen omwille van de lagere latentie van single carrier systemen (CAP) vergeleken met multicarrier systemen (DMT). Toch is het verschil in latentie tussen CAP en DMT verwaarloosbaar t.o.v. de latentie die optreedt door interleaving en dus was dit niet echt aan de orde voor ADSL. Zie ook pagina Geef de verschillende problemen die een ADSL verbinding beperken of zelfs onmogelijk maken. Lijnafstand voor 8Mbits/s max 3,5km. Op 5,5km nog max 1,5Mbits/s lijn onregelmatigheden diameterverschillen of open stubs geven reflecties. Laadspoelen blokkeren ADSL transmissie interferentie met E1,ISDN of HDSL interferenties liggen in de ADSL band zodat spectrum moet opgeschoven worden of 5 laagste tonen weggelaten worden. Complexiteit en vermogen o o DSP s met 500 tot 1000 MIPS vragen ook veel vermogen. DMT vraagt grote lineaire spanningssprongen (crestfactor tot 5,3) geeft 8/12W per kanaal in de centrale, extra vermogen in een computer is ook beperkt bij plaatsing van een ADSL modemkaart. Problemen worden gedeeltelijk opgevangen bij de G lite, DSL lite of UADSL UADSL (universal ADSL) kanalen beperkt tot 128 (1,5Mbits/s downstream, 500kbits/s upstream). Extra voor deel: interferentie met spraakband beperkt door lagere kanaalamplitude. Splitter Zelf goedkoop maar installatie door Belgacom duur Capaciteitsbeperking van Shannon

10 Theoretische minimale bandbreedte van Nyquist Aangezien tijdens de transmissie conversies tussen analoog en digitaal moeten worden uitgevoerd, moeten we even stilstaan bij de manier waarop dit verwezenlijkt wordt. De overgang analoog naar digitaal is mogelijk door gebruik te maken van bemonstering ( samplen ). Vraag is aan welk ritme moet worden bemonsterd om het signaal nadien te kunnen reconstrueren. Het antwoord wordt gegeven door het bemonsteringstheorema van Nyquist. Het bemonsteren van een continu signaal x(t) betekent dat we op regelmatige tijdstippen ( met een constant tijdsinterval Ts) de amplitude van het signaal bepalen. Het is de bedoeling het continue signaal te vervangen door de opeenvolgende discrete signaalamplitudes xs(t). We veronderstellen dat het signaal x(t) in bandbreedte beperkt is, waardoor het frequentiespectrum X(f) de frequentie fm als hoogste frequentie bevat. Als fs 2fm (met fs = 1/Ts) dan is Xs(f) een periodieke opeenvolging van X(f), waarbij de opeenvolgende replica van het frequentiespectrum X(f) ver genoeg uit elkaar liggen om door filtering het originele signaal te kunnen reconstrueren. Hoe sneller de impulsen in het tijdsdomein op elkaar volgen, hoe verder ze in het frequentiedomein uit elkaar liggen. Bijgevolg dient de sample frequentie fs voldoende groot te zijn ( 2fm) om overlappingen te voorkomen. Is dit niet het geval, dan treedt Inter Symbol Interference (ISI) op. Voorbeeld: Een analoog telefoonsignaal wordt in bandbreedte beperkt en de hoogste frequentie bedraagt 3,4 khz. Volgens het bemonsteringstheorema is de minimale bemonsteringsfrequentie gelijk aan bemonsteringen per seconde. In de praktijk wordt bemonsterd aan een ritme van bemonsteringen per seconde. Er wordt enige marge genomen om de reconstructie van het analoge signaal bij ontvangst te vergemakkelijken. Aangezien bij ADSL de conversies digitaal/analoog plaatsvindt, legt Nyquist dus een beperking op het aantal symbolen dat per seconde over het kanaal, met een gegeven bandbreedte, kan worden verstuurd. Om de bit rate te verhogen is het dus noodzakelijk om het aantal bits per symbool te verhogen.

11 HSPDA&4G 4G meer in detail! 1. Voor wat staat HSPDA en op welk gebied is dit een verbetering t.o.v. vorige methodes? High Speed Packet Downlink Acces (hoge snelheid pakketten overbrengen). Is dus een snelle overdracht voor data en is gebaseerd op de GSM techniek. Toepassing: overdracht naar mobiele apparaten: GSM Laptop PDA TV Maakt gebruik van het WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) prototcol. Coderingsmethode: combinative van 16QAM (quadrature amplitude modulatie) en TDM (time division multiplexing). Verbeteringen t.o.v. 2,5G (GPRS) en 3G (WCDMA): - Sneller Ze werken dichter bij de mast = minder verliezen introductie van de nieuwe MAC hs en H ARQ die sneller zijn. AMC,HARQ, MAC hs gebeurt in mast wanneer het vroeger in de RNC gebeurde gebruik van een kortere frame grootte van 2ms. Andere codering, zoals 16QAM samen met TDM geeft een beter gebruik van het spectrum - Meer toepassingen Niet alleen mobiele, ook thuisgebruik zoals internet laptop, TV,.. 2. Wat zijn de te verwachten verbeteringen met 4G? 4G = 4 de generatie van mobiele telecommunicatie. Doel: Nog snellere dataoverdracht Meer toepassingen Breedband internet (GSM/Laptop/PDA) Full video conference 2 grote verschillen tov 3G: Sneller en goedkoper IP gebaseerd Voor het moment is 3G op een hoogtepunt gekomen en zal 4G niet zo lang meer uitblijven en zullen deze 2 standaarden waarschijnlijk naast elkaar bestaan. 4G is een technologie die nog steeds in ontwikkeling is en dus nog geen standaard is in Europa. Er zijn wel al enkele (geslaagde) testen gedaan door Samsung waarbij ze tot zeer hoge snelheden zijn gekomen wat betreft de dataoverdracht. 100Mbps bij 60km/u 1Gbps bij 5km/u

12 VOIP 1. VOIP gebeurt zoals de naam het zelf zegt via internet geef de 3 methodes waarmee spraak (telefoon/headset ) kan aangepast worden zodat dit mogelijk is. VOIP: Voice over Internet Protocol PC tot PC Uitsluitend internetverbinding De figuur toont hoe een PC naar PC VOIP verbinding tot stand komt. Twee gebruikers gebruiken elk een headset ter vervanging van een microfoon en luidsprekers. De twee PC s moeten wel uitgerust zijn met dezelfde VOIP software (bijv. Skype) én moeten online zijn (aangemeld bij Skype). Bij deze methode bestaat dus niet zoiets als onvoorwaardelijke bereikbaarheid, maar dat is ook niet het geval bij de klassieke telefoonsystemen (iemand kan bijvoorbeeld niet thuis zijn). ATA (gateway) Door middel van een analoog toestel die is aangesloten op de gateway, deze gateway is verbonden met computer of rechtstreeks met het internet. De eenvoudigste manier om een VOIP telefoongesprek te voeren is met behulp van ATA s (analoge telefoonadapter), ook wel gateways genaamd. Deze toestellen maken het mogelijk om gebruik te maken van bestaande standaard telefoons. Simpelweg een standaard toestel aan een gateway aansluiten met de gateway verbonden met een computer of internetverbinding maakt het mogelijk om een VOIP call op te zetten. Een ATA neemt het analoge signaal van de standaard telefoon en maakt er een digitaal signaal van dat onmiddellijk klaar is om verzonden te worden over het internet. Sommige ATA s of gateways worden bestuurd met aanvullende software dat beschikbaar is via een host computer, zodat het mogelijk is om de ATA eenvoudig en nauwkeurig te configureren voor VOIP. IP telefoons IP telefoons worden direct op de router aangesloten, deze bevatten alle nodige software en hardware op VoIP gesprekken te voeren (ATA en analoog toestel in 1 toestel) De VoIP telefoontoestellen bevatten alle nodige software en hardware om inkomende en uitgaande VoIP gesprekken te beheren en te verwerken. Ze worden direct op de router aangesloten, deze toestellen bieden een zeer snelle en kostenefficiënte manier van spraakoverdracht via het internet. In feite kan een IP telefoon gezien worden an de implementatie van een gateway en een klassieke telefoon in 1 toestel. Tegenwoordig zijn er 2 soorten van IP telefoons: de vaste en de draadloze.

13 OFDM OFDM vragen geen probleem 1. Wat is OFDM : voor wat staat de afkorting, wat is het voordeel geef een alternatieve naam. Orthogonal frequency division multiplexing is een techniek dat gebruik maakt van meerdere carriers en dat sinds kort erkend wordt als een uitstekende methode om op hoge snelheid bi directionele draadloze communicatie te realiseren. voordeel: kan goed overweg met multipath en fading van signaal. Data word verzonden op verschilldende frequenties als een frequentie ernstig gestoord word gebruikt men deze gewoon niet of gebruikt men deze op een lagere modulatietechniek alternatvieve naam : discrete multitone modulation (DMT) 2. Leg uit hoe de verschillende kanalen in OFDM zodicht bij elkaar kunnen liggen. Door de orthogonaliteit van de kanalen. De frequenties zijn gehele veelvouden van elkaar en hierdoor liggen de toppen van elke band op de nullen van de andere frequenties 3. Geef het blokschema van een OFDM zender en leg kort uit wat de functie is van iedere blok. (a)serieel naar parallel > (b)modulator > (c)ifft > (d)dac > (e)invoegen cyclic prefix > (f)kwadratuurmengtrap > (g)zender (a) om de data op de verschillende carriers te plaatsen (b) moduleert het ingangssignaal in QAM, BPSK of een andere modulatiemethode op de carriers (c) maakt van de verschillende frequentiesignalen aan de ingang 1 signaal in het tijdsdomein (d) zet de samples van de IFFT om naar een vloeiend analoog signaal (e) word ingevoegd om ervoor te zorgen dat de orthogonaliteit behouden blijft en de ISI beperkt word. (f) het signaal op de te verzenden frquentie plaatsen (e) de zendantenne 4. Geef het blokschema van en OFDM ontvanger en leg kort uit wat de functie is van iedere blok ontvanger > kwadratuurmengtrap > weghalen cyclic prefix > laagdoorlaatfilter > ADC > FFT > demodulator > parallel > serieel. (omgekeerde van 3) juist de laagdoorlaatfilter is hier extra om de mengcomponenten die onstaan bij het kwadratuurmoduleren uit het signaal te filteren. 5. Geef een duidelijk beeld van een OFDM spectrum waaruit de orthogonaliteit blijkt. (figuur met de 5 carriers in verschillende kleuren presenatie) 6. Verklaar de problematiek van pulse dispersion.en ISI en de oplosmethode bij OFDM (figuur dat toont hoe een blokgolf resulteert tot een uitgesmeerd signaal al) Dit fenomeen duidt men aan met de term dispersie en leidt tot ISI (inter symbol interference). Pulsen worden verspreid en strekken zich uit over enkele periodes waardoor interferentie met andere pulsen ontstaat, wat fouten met zich meebrengt in het detectieproces. Het effect is het meest nadelig voor korte pulsen en is een beperkende factor voor hoge bit rate systemen. Een manier om ISI te voorkomen is het creëren van een cyclisch verlengd guard inverval waar elk OFDM symbool word voorgegaan door een periodieke verlenging van het eigenlijke signaal.

14 De totale symbooltijd is Tg+T waar Tg het guard band interval is en T de nuttige symbooltijd. Wanneer het guard inteverval langer is dan de kanaal impuls responsie of de multipad vertraging dan kan ISI geëlimineerd worden. Men kopieert het stuk dat achteraan staat naar voor juist opdat het signaal dat in die guard period zit samenvalt met het begin van het nieuwe symbool op de overgang. MIMO Mimo vragen geen probleem 1. Voor wat staat de naam MIMO en wat is hiervan juist de bedoeling? Multiple Input, Multiple Output door meerdere antennes te gebruiken aan zend en ontvangstkant de snelheid om draadloos informatie uit te wisselen verhogen. Door meerdere antennes te gebruiken kunnen we het probleem van fading oplossen. 2. Bij MIMO spreken we van STC leg duidelijk uit hoe dit werkt. Hierbij worden meerdere zendantennes gebruikt Signaalprocessing gebeurt niet enkel in tijd (zoals bij meeste single antenna oplossingen) maar ook in ruimte. Bij STC worden meerdere redundante kopieën van de data meegegeven in de hoop dat aan ontvangerkant een signaal betere SNR heeft dan het ander. Diversiteit bij STC is gelijk aan het aantal zendantennes maal het aantal ontvangstantennes. Space time trellis codes: stuurt redundante kopieën trellis code zowel coderings als diversiteits winst, betere BER maar ingewikkeld. Dit is zowat een toestandsmachine waarbij de ontvanger kijkt of de ontvangen code overeenkomt met de toestandsmachine, zoniet zijn er errors en kiest hij het meest mogelijke (overeenkomstige) pad.

15 Space time block codes: date encoded door blokken meestal voorgesteld door matrix (rijen zijn time slots en kolommen stellen elke antennetransmissie voor in de tijd) er zijn T aantal timeslots en nt aantal zendantennes. S stelt het gemoduleerde symbool voor dat verzonden wordt. Hoewel het niet nodig is om meerdere ontvangstantennes te hebben kan dit het systeem wel ten goede komen. De coderate stelt het aantal verzonden symbolen per timeslot voor over het gemiddelde van het gehele blok. Alleen de alamouti code haalt een full rate van 1. Vb alamouti: Code matrix: geldig voor 2 zendantennes. De * staat voor de complexe toegevoegde waarde van. Er zijn 2 timeslots nodig voor het zenden van 2 symbolen. Stbc geeft enkel diversiteitwinst: dit wil zeggen dat er meer betrouwbaarheid is dat het verzonden signaal zonder fouten toekomt (meer betrouwbaar dan andere systemen) Het is simpeler dan de trellis code.

16 SATELLIET & GPS GPS meer uitleg geven dan gewoon wat de afkorting betekent UERE zie presentatie Calgary! En geef op Google eens in UERE of GPS dan vind je het wel! 1. Geef een overzicht van de satellieten volgens hun orbit en baan die ze beschrijven envduidt duidelijk aan welke van deze satellieten voor communicatie gebruikt worden (presentatie + cursus! ) We hebben GEO (geostationaire) satellieten, LEO (low earth orbit) satellieten, MEO (medium earth orbit) satellieten en PO (polaire orbit) satellieten. De Polaire orbit ( N > Z beweging) kan toegepast worden zowel bij GEO, LEO als MEO. De baan die de satellieten volgen zal ofwel cirkelvormig of elliptisch zijn. De GEO s bevinden zich op grote hoogte ( km) boven het aardoppervlak, de baan van de GEO s is afhankelijk van de toepassing. GEO satellieten cirkelen meestal boven de evenaar en hebben een vaste positie boven de aarde. De GEO s hebben als nadeel dat de poolgebieden onbereikbaar zijn. Dit kan dan opgelost worden door deze satellieten een polaire orbit met een elliptische baan te geven. Zo zullen de poolgebieden wel bestreken worden. De GEO satellieten worden meestal gebruikt voor communicatie. De LEO s bevinden zich veel dichter bij de aarde, tss km. LEO satellieten hebben in vele gevallen een polaire orbit. LEO satellieten worden veelal om gedetailleerde beelden van de aarde te nemen en als hulp voor het voorspellen van het weer. Maar LEO s kunnen ook gebruikt worden voor communicatie maar dan wel op voorwaarde dat er een netwerk van satellieten zodat er steeds 1 satelliet beschikbaar is voor de communicatie. De MEO s bevinden zich tussen de GEO en LEO satellieten qua hoogte. Ergens rond de 20000km. Op die hoogte bevinden zich vooral de satellieten die voor navigatie gebruikt worden zoals GPS en Glonass. Zo hebben we ook de Molniya satellieten, deze hebben een sterke elliptische baan met een polaire orbit. Deze Molniya satellieten worden vooral bij de Russen gebruikt o.a voor tv en telefoon service in Rusland. 2. Wat maakt er dat spraakcommunicatie via satelliet slechter is bij gewone spraak en niet bij VOIP? Bij spraakcommunicatie via satelliet ondervindt het signaal veel meer hinder om naar de satelliet te gaan en terug te keren. Het signaal zal ook onderhevig zijn aan invloeden zoals interferentie. Zo ondervinden vooral de GE0 satellieten al problemen om signalen te ontvangen als er een bladerdek of hoge gebouwen in de buurt staan vanwaar het signaal verzonden wordt. Bij spraakcommunicatie via satelliet zal er veel meer ruis zijn en zal er een grotere vertragingstijd zijn. 3. Geef de principiële werking van een GPS systeem. Een GPS systeem wordt gebruikt voor plaatsbepaling. Met 3 satellieten kan je je plaats bepalen op de aarde en met 4 satellieten kan je dan ook nog weten op welke hoogte. Voor het juist lokaliseren van je plaats op de aarde zal je GPS ontvanger een signaal van een satelliet ontvangen en zo weet de GPS dat hij zich op x km van die satelliet bevind. Zo kan je eigenlijk een bol maken met de satelliet als middelpunt en de afstand als straal. De GPS ontvanger krijgt ook nog een 2de signaal binnen van een andere satelliet waaruit dat blijkt dat je dan op x km van die satelliet bevindt. Hier kan dan opnieuw een bol van gemaakt worden. Deze 2 bekomen bollen zullen elkaar voor een deel overlappen. Ieder punt waar er contact is tussen deze 2 bollen kan mogelijk de plaats zijn waar je je bevindt. Om de exacte plaats te weten is er nog een derde signaal nodig van een andere satelliet. Daar de afstand van deze derde satelliet ook als een bol kan voorgesteld worden bekomen we slecht 2 mogelijk punten meer waar men zich kan bevinden. Als er maar 3 satellieten aanwezig zijn dan wordt de aarde bepaald om het exacte punt te hebben. De aarde is immers ook een bol en zal 1 van de 2 punten snijden en dat is het punt waar men zich bevindt. 4. Maak een overzicht van de nadelen van satelliet communicatie en eventuele oplossingen. De signalen worden teveel gestoord door gebouwen en bladeren van bomen. Dit is vooral bij de GEO s omdat de satelliet steeds zichtbaar moet zijn. Een oplossing hier is om gebruik te maken van een netwerk van LEO satellieten omdat deze geen vaste plaats hebben t.o.v de aarde. De signalen ondervinden ook invloed van weer zoals dichte mist en regen. Hierdoor worden de signalen verzwakt. Satelliet communicatie zal ook invloed ondervinden van elektromagnetische interferentie. Dit kan opgevangen worden door een goede frequentieplanning. Een ander nadeel is dat er vertragingstijd optreedt, dus geen real time communicatie. Het kan zijn dat je bij een videoconferentie de persoon eerder ziet spreken dan dat je het geluid hoort. De vertragingstijd speelt vooral de GEO satellieten parten.

17 ATM Onder voorbehoud! 1. Wat is ATM en wat is het verband met ISDN en geef het basisprincipe waarom spreekt men in dat verband over een compromis tussen data en spraak? ATM (Asynchronous Transfer Mode) is een techniek voor het asynchroon doorsturen van digitale informatie, die georganiseerd wordt in kleine pakketjes met een vaste lengte, ook wel cellen genoemd. Deze cellen hebben een lengte van 53 bytes. Dit om hardware switching eenvoudiger te maken. Ze hebben eveneens het voordeel dat kleine cellen de delays beperken. Zo staat ATM borg voor supersnelle datatransmissie en optimale benutting van de lijncapaciteit, en is bij uitstek geschikt voor snelle netwerken waar tegelijk spraak, data en beelden op rondgaan. ATM vind zijn geschiedenis in de ontwikkeling van breedband ISDN in de jaren 70 en 80. ISDN maakt gebruik van Frame Relay. ATM maakt gebruik van cell relay (packet switching) gelijkaardig frame relay. Frame relay is de opvolger van X25 en is ontstaan door de nood aan hogere snelheid. Om een nog hogere snelheid te halen nam men cell relay in gebruik. 2. Bespreek het ATM referentiemodel met korte uitleg over de verschillende lagen ATM referentiemodel: De figuur toont het ATM referentiemodel voor B ISDN als een kubus. Hierin worden drie verschillende applicatiefuncties (planes) onderscheiden: De control plane: dient voor het beheer van verbindingen en wat daarbij komt kijken (signalering, opzetten VC, ). De user plane: wordt gebruikt voor het eigenlijke gegevenstransport van de verschillende applicaties. De management plane: zorgt voor het beheer van de resources (foutenrapportering) en de coördinatie tussen de lagen. Een connectie wordt dus eerst opgezet in control plane, vooraleer data worden uitgewisseld in user plane. Deze drie planes maken gebruik van de drie onderliggende lagen van het ATM protocol. ATM Adaptation Layer (AAL): Deze laag voorziet bruikbare diensten voor diverse toepassingen en schermt deze toepassingen tezelfdertijd af van de bijzonderheden van het celtransport. Vandaar dat deze laag bestaat uit een Convergence Sublayer (CS) die afhankelijk is van een specifieke dienst, en een Segmentation and reassembly Sublayer (SAR) die de verschillende soorten verkeer verpakt in (of herassembleert uit) cellen. ATM Layer (ATM): Alle te transporteren verkeer is reeds verdeeld in cellen in de AAL, waarna de ATM laag verantwoordelijk is voor transmissie, multiplexing en switching van deze cellen.

18 Deze laag is echter zelf niet in staat om autonoom een route te bepalen, maar mapt voor iedere binnenkomende cel het VCI/VPI paar uit de header naar één of meerdere (in het geval van puntmultipunt verbindingen) uitgaande VCI/VPI paren, op basis van beschikbare tabelwaarden. De ATM laag moet zich niets aantrekken van de inhoud (payload) van de cellen, en is ook onafhankelijk van de fysieke laag. De ATM laag houdt zich niet bezig met het opsporen van verloren of verkeerd toegevoegde cellen of het garanderen van een constante cell delay variation (jitter), omdat niet alle toepassingen dit vereisen. Wel is deze laag verantwoordelijk voor de controle van de netwerk resources op fouten van apparatuur en performantie degradatie. Physical Layer: Deze laag heeft te maken met het fysieke medium waarover het celtransport moet gebeuren. Op dit vlak zijn er geen strikte voorschriften. Cellen kunnen als dusdanig verzonden worden over vezel, of verpakt worden in de payload van een ander systeem (FDDI, SDH, ). ATM is dus onafhankelijk van het gebruikte transportmedium. Hiervoor zorgt de onderste Physical Medium Dependent (PMD) sublaag. De Transmission Convergence (TC) sublaag zorgt voor het afstemmen van de snelheid op het onderliggende transportsysteem, het afbakenen van de cellen en het genereren van het HEC veld in de header. Zie ook pagina 92 voor aanvulling tekening

19 DIGITALE MODULATIE Duidelijk onderscheid geven tussen begrip scalair vectorieel en tijdsvariabel bij modulatie! Het begrip transcodering duidelijker formuleren! Overgang PCM naar TDM is onvolledig (niet alle begrippen uitgelegd bijvoorbeeld onderscheid koord en step onder andere!)! Hier verwijs ik terug naar de toegevoegde presentatie op toledo bekijk dit als notitiepagina dan zal je de praktische aanpassing zien van de HC5560 die als voorbeeld zal gegeven worden (moet je kunnen opbouwen van het blokschema!) en niet de MT Wat is het voor en nadeel van digitale modulatie en wat bedoelt men met digitale compromis? Voor: Vergroten van de informatiecapaciteit Veiliger data overdracht Betere kwaliteit van overdracht Probleem: Beschikbare bandbreedte Toegelaten vermogen Ruisniveau van het systeem Digitale Compromis: Bij eenvoudige schakelingen heb je meer bandbreedte nodig. Bij ingewikkelde schakelingen minder bandbreedte! Eenvoudige modulatie is meestal beter qua storingsgevoeligheid. Ingewikkelde modulatie vereisen meestal betere signaalruisverhouding. 2. Vergelijk scalaire, vectoriële en tijdsveranderlijke modulatie en vanwaar komt deze term (aantonen met een voorbeeld). Vroeger scalaire modulatie: AM, FM, Nu vectoriële modulatie: QAM, FSK, (Q)PSK Evolutie naar tijdsvariabele modulatie: TDMA, CDMA : differentiëring gebeurt op tijdsverschil of op code verschil.

20 3. Bespreek de transcodering bij PCM Unipolaire code heeft als nadelen: Gemiddeld vermogen is zeer groot. Er ontstaat (bij veel nullen) een DC verloop zodat de ontvanger niet meer kan synchroniseren. Bij veel nullen is er geen timing info meer er ontstaat jitter AMI (alternative mark inversion) verhelpt het probleem van DC door opeenvolgende 1 invers te genereren nadeel van de reeks nullen blijft! B6ZS & B8ZS (Bipolar 6/8 zero substitution) voor Noord Amerika. En HDB3 High Density Bipolar 3 voor Europa lossen dit op. Extra info: B6ZS en B8ZS worden ook BNZS codes genoemd waarbij N staat voor het aantal nullen waarvoor ingegrepen wordt.naargelang de polariteit van voorgaande puls wordt er anders gesubstitueerd. Bij HDB3 wordt dit voor 4 nullen gedaan (vandaar de 3= max. 3 nullen)