Bande di frequenza

BAND Hz ELF 30 - 300 AF 300 - 3 k VLF 3 k - 30 k LF 30 k - 300 k MF 300 k - 3 M HF 3 M - 30 M

BAND Hz VHF 30M-300M UHF 300M - 3 G SHF 3 G - 30 G EHF 30 G - 300G

•Wavelength, = c/f

Metodi di accesso

• Multiplazione– Frequency Division Multiple Access (FDMA)– Time Division Multiple Access (TDMA)– Frequency Hopped Multiple Access (FHMA)– Code Division Multiple Access (CDMA)– Space Division Multiple Access (SDMA)– Packet Radio

• Duplexing– Frequency Division Duplexing (FDD)– Time Division Duplexing (TDD)

Tecniche di accesso: spettro espanso

• Spread spectrum– frequency hopping

• Nata durante la II guerra mondiale, implementata meccanicamente

– direct sequence• Anni 50 e 60 per uso militare

Confronto FH/DS

DS FHImplementazione Facile ComplicataTempo di aggancio Minore MaggioreRaggio di azioneindoor

Minore Maggiore

Consumo Minore Maggiore

Packet Radio (PR)

• Risorse condivise• Pacchetti contenenti dati, indirizzo di partenza e di

arrivo ecc….• Messaggi di Acknowledgement (ACK/NACK)) • Probabilità di collisione tra pacchetti.• Ripetizione del messaggio in caso di NACK• Efficiente in caso di trasmissioni a “burst”

Protocollo Aloha

Classificazione• Paging

• Cordless– Ia generazione: accesso vincolato

– IIa generazione: accesso distribuito (limitato)

• Cellulare– Cella

– Base Station (BS)

– Mobile Switching Center (MSC)– Public Switching Telehone Network

Sistemi Cellulari

• Divisione in celle– CLUSTER

• Problemi tipici– Handoff

– Interferenze co-canale

• Tecniche per aumentare la capacità– cell splitting

– cell sectoring

– zone microcell

Metodi per aumentare la capacità

• S dipende dalla gamma di frequenza assegnata a un dato servizio

• Bisogna massimizzare Movvero

diminuire N

(aumentano le interferenze)

diminuire l’area della cella

(aumentano gli Handoff)

Sequenza per l’attivazione di chiamata da Mobile

Sequenza per l’attivazione di chiamata da BS

STANDARD Analogici

• Advanced Mobile Phone System (AMPS)• Ext.Tot. Acc. Comm. System (ETACS)

– FM analogica, fD = 10 KHz, B=25 KHz, Bm=5 KHz

– Forward link (down link) 935-960 MHz– Reverse link (up link) 890-915 MHz

Standard digitali

• Global System for Mobile – (GSM, EGSM)– DCS1800 (Digital cellular System)– PCS1900 (Personal Communication System)

• DCS1800• Interim Standard 95 (IS95)• Dig. Europ. Cordless Telephone (DECT)• Bluetooth

Global System for MobileGSM

• Sistema di 2a Generazione (2G) che segue la filosofia ISDN (Integrated Service Digital Network

• Servizi forniti– Telefonia– Emergenze– Trasmissione dati (con bit rate da 300 a 9600 bps)– Servizi ISDN: SMS (160 / 7 bit ASCII); Cell Broadcast (avvisi

traffico, previsioni del tempo ecc.)

• Peculiarità:– Subscriber Identify Number (SIM), SIM+ID=attivazione– Crittografia

Architettura di rete

BTS = Base Transceiver Station

BSC = Base Station Controller

gestione parziale handover

MSC = Mobile Switching Center

VLR = Visitor Location Register

uno per ogni MSC

HLR = Home Location Register

uno per tutta la rete

AuC = Authentication CenterFigura 3.1: Architettura del sistema GSM

Interfaccia radio

• GSM– uplink 890-915 / down link 935-960 MHz

• DCS1800– uplink 1710-1785 / down link 1805-1880 MHz

• PCS– uplink 1850-1910 / down link 1930-1990 MHz

GSM/DCS1800/PCS

• Frequency Division Duplex• FDMA/TDMA• Banda 200 kHz suddivisa tra 8 utenti TDMA• Absolute Radio Frequency Channel Number (ARFCN)• Canale fisico = ARFCN + numero di time slot• Frame= 8 TS + preambolo ecc. durata 4.6 ms• 51 frame formano una multiframe• 51 multiframe formano una superframe• 2048 superframe formano una hyperframe che è costituita

da 2715647 frame identificate da un Frame Number: serve a individuare il tipo di informazioni trasmesso nella frame

GSM:Banda base

• Bit rate totale = 270.833 Kbps (Tb=3.692 s)• Bit rate per utente = 270.833/8=33,854 Kbps• Bit rate dati = 24,7 Kbps• Bit rate vocoder = 13.4 Kbps• Ogni TS contiene 156.25 Tb e dura 576.9 s • Ogni frame contiene 8 TS e dura 4.615 ms• Interleaving: 456 bit suddivisi in blocchi da 57 bit

trasmessi su 8 frame diversi• Crittografia: chiave cambiata ad ogni chiamata

IS-95 (Interim Standard 95)

• Caratteristiche – area geografica USA

– convive con AMPS (transceiver duali)

– bit rate variabile (min 1200 / max 9600 bps)

– chip rate fisso (1.228 MHz)

– Processing gain 128

– Sincronismo BS tramite GPS

– Controllo continuo della potenza (effetto cattura)

DECT (Digital European Cordless Telephone)

• Physical layer: FHMA/TDMA/TDD– 1880-1900 MHz (10 canali)– Bit rate = 1152 Kbps– Banda = 1.728 MHz (1.5*bit rate)– TS = 480 bit– 24 TS per frame (12 canali TX / RX)– 120 canali in totale– Frequency Hopping ad ogni TS– Modulazione GMSK– Pout = 10 mW

Universal Mobile Telecommunication SystemUMTS

• Fino a 2 Mbps

• Accesso – canali asimmetrici: CDMA(1.228 Mcps)

• down stream (forward link) 1900-1920MHz

• up stream (reverse link) 2010-2025 ss

– canali simmetrici W-CDMA (3.84 Mcps)• down link 2110-2170 MHz

• up link 1920-1980 MHz

• UMTS Subscriber Identity Module (USIM)– Dati personali, firma elettronica, imponte digitali, dati biometrici

– Funzioni analoghe a carta di credito

Sistemi di terza generazione (3G)

• 1G Analogico (solo audio) • 2G Digitale (Audio + dati)• 3G Multimediale

– Audio– Dati – Immagini– alta velocità di trasmissione– Link asimmetrici + commutazione di pacchetto

Wireless di terza generazione

• Prima generazione– modulazione analogica– solo voce– tanti standard

• Seconda generazione– modulazione digitale– voce, SMS, fax, dati

(9,6kbps)– pochi standard

• Terza generazione– voce, musica, immagini,

dati (2Mbps), internet– standard universale

GSMGSMGPRSGPRSEDGEEDGEUMTSUMTS9,6kbps 115kbps 384kbps 2Mbps9,6kbps 115kbps 384kbps 2Mbps

Bluetooth• Connessione di periferiche senza cavo

– in modo affidabile– sicuro– a basso costo– ad alta compatibilità

• Applicazioni– telefonia cellulare– video e foto-camere– PC e periferiche– palmari – riproduttori audio (es. lettori MP3)

Generalità

• Nasce alla Ericsson nel 1994 come– accessorio per cellulare di tipo

• low cost/low power/ short range

• Special Interest Group

• Specifiche pubblicate nel 1998

• Realizza le Personal Area Network (PAN)

» Piconet pag 64 seminario Agilent

– SCATTERNET pag 65 seminar

Physical layer• Banda ISM (2.402-2.480 GHz)• Larghezza di canale = 1 MHz (79 canali)• Modulazione GFSK

– BT= 0.5= 500 KHz x 1 s– indice di modulazione (2 f Tb= 0.28-0.35)f = 140/175 KHz

• Pout 3 classi– Classe 1 (100 mW); Classe 2 (2.5 mW); Classe 3 (1 mW),

controllo continuo della potenza• Accesso al canale = FH slow (1 salto ogni 1/3/5 Time Slot)• TS = 625 s

….. Physical layer

• Clock fissato dal Master

• Clock data Recovery con errore massimo 20ppm, sfrutta 5 bit di preambolo del TS

• Sincronizzazion continua dopo ciascun pacchetto

• BER max 0.1% : richiede una sensitività di almeno -70 dBm

Wireless Local Area Network WLAN

HiperLAN2 - Seamless wireless datacom solution

Roaming

Airport

Hotel & Conference

Public space

Office

Home

Train station

Wide area cellular datacom

Local Area WLAN Datacom

Making the Data Network Go Mobile

Cellular Systems

GSM, TDMA, CDMAGPRS, EDGEW-CDMA, 3G

Wireless LAN

IEEE.802.11, HiperLAN/2

Personal Area Local Area Wide Area

PAN

Bluetooth

Ricetrasmettitori mobili: Tecnologia e Architettura

Sommario

• Architetture

• Componentistica passiva

• Tecnologie per RFIC

• Esempi di “chip set” commerciali

Architetture e tecnologie per terminali wireless

(Tecnologie e Chipset Commerciali)

Sommario

• Chip set commerciali

• Esempio di progetto di un terminale wireless

Terminale multichip

Panoramica di chipset commerciali

• Architettura supereterodina

• Architettura Low-IF

Architettura Supereterodina

Architettura Low-IF

Progetto di un front-end per cellulari GSM Dual-Band

• Specifiche

– Cifra di rumore complessiva: NFTOT 10dB

– Guadagno complessivo in ricezione: GMAX 80dB, GMIN 30dB

– Punto di compressione a 1dB: CPI1dB -20dBm

– Intercetta del terzo ordine: IP3I -15dBm

– Reiezione immagine: IR 30dB

– Attenuazione canali adiacenti: 15dB @ f=200kHz

– Potenza di trasmissione: PMAX 30dBm (EGSM), PMAX 28dBm (DCS)

– Livello delle armoniche in uscita: 2f0 , 3f0 -50dBc

– Densità rumore fuori banda: NOISE -100dBc/Hz @ f 400kHz

Dispositivi utilizzati per il progetto

• Chipset– Tranceiver

UAA3535HL

– Power Amplifier CGY2014TT

– PA ControllerPCF5078

• Altri dispositivi– Antenna

LDA42D

– Diplexer/ Switchplexer LMC36-07A0505A

– Filtro Rx SAF942.5T1842.5ML80T

– VCO MQE921-1840 MQE9PD-897 MQE9PF-1747

– Accoppiatori direzionali LDC15D190A0008

– Isolatori CE073R897DCB CE0521R74DC

– Balun LDB20C500A0900 LDB15C101A1800 LDB15C500A1900

– TCXO TC2268FN13000

Schema a blocchi del progetto