Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Doar rabdarea si perseverenta in invatare aduce rezultate bune. stiinta, numere naturale, teoreme, multimi, calcule, ecuatii, sisteme


Biologie Chimie Didactica Fizica Geografie Informatica
Istorie Literatura Matematica Psihologie

Meteorologie


Index » educatie » » geografie » Meteorologie
» Statia meteorologica automata aanderaa aws 2700


Statia meteorologica automata aanderaa aws 2700




STATIA METEOROLOGICA AUTOMATA AANDERAA AWS 2700

            Pentru a descrie cu acuratete conditiile meteorologice actuale si a prevedea evenimentele viitoare, meteorologii au nevoie de informatii si date foarte precise.

            Cea mai mare parte din aceste informatii este culeasa de la statiile meteorologice, si de aceea meteorologilor le-ar placea sa existe cat mai multe statii.

            Pentru generatia actuala, senzorii imbunatatiti ultraperformanti, metodele de calcul si tehnologia comunicatiei, ofera metode pentru o revolutie globala in ceea ce priveste monitorizarea mediului. Cu cat aceste tehnologii devin mai usor de folosit, avem oportunitatea de a descoperi mediul in timp si spatiu, incluzand aici monotorizarea variatiei precipitatiilor, monitorizarea incalzirii atmosferice si monitorizarea climatului global. Oricum, doar prin observatii meticuloase si standardizarea masuratorilor aceste informatii vor avea un impact important in ceea ce se vrea a fi intelegerea atmosferei”.



            Temperatura si umiditatea sunt parametrii meteorologici fundamentali.

            Obiectivul masurarii temperaturii aerului, este acela de a determina cantitatea de energie termica inmagazinata in atmosfera. Un concept fundamental este acela ca, masuratoarea facuta intr-un punct este reprezentativa pentru atmosfera.

            Pentru a evita conditii improprii de masurare a temperaturii aerului, trebuie evitata expunerea directa la razele solare (radiatiile cu unda scurta). Aceste lucru poate fi evitat folosind un scut pentru a limita radiatiile. Masurarea temperaturii poate fi imbunatatita folosind ventilatoare care racesc senzorii.

            O alta cauza a supraincalzirii ar fi una locala, datorata obiectelor alaturate, cum ar fi asfaltul de sub statie. Montand senzorii de temperatura destul de departe de sursele locale de incalzire/racire, va fi eliminata aceasta problema.

            Performatele sistemului pot fi imbunatatite printr-o combinatie de senzori calibrati, scuturi impotriva temperaturii adecvate si montajul optimal al senzorilor. Trebuie sa se urmeze anumiti pasi pentru a realiza o statie cu o medie a masurarii cat mai concrete:

-        montarea senzorilor la un nivel suficient de mare de pamant, pentru a permite patrunderea aerului;

-        montarea senzorilor intr-un mediu deschis, pentru a permite ventilatia si circulatia aerului;

-        folosirea unui scut antiradiatie la 1,5m de senzori ;

-        statia trebuie montata la cel putin 30m de strada sau de locurile betonate;

-        daca este posibil, de a nu fi la mai putin de 4 ori inaltimea celui mai apropiat obstacol;

-        de preferinta, statia sa se monteze pe iarba.

 

Generalitati si elemente componente:

Este o statie ideala pentru a fi folosita in locuri indeparate fara sursa de electricitate.

Statia standard are 4m inaltime pentru  a fi evitata distrugerea sau furtul senzorulor sau al transmitatoarelor. Poate fi extinsa la 10m, in functie de elementele inconjuratoare care o “incomodeaza”, folosind kitul de extensie 3286.

Conceptul de baza al unei statii de monitorizare a mediului este realizarea pe module, care permite o foarte mare flexibilitate in configuratia sistemului si in manuirea acestuia. Toate elementele sunt standardizate, nu sunt daunatoare mediului, nu emit radiatii, fiind protejate impotriva prafului si a apei. Instrumentele pot fi integrate si cu alte sisteme.

Exista o foarte mare varietate de senzori, de la cei submersibili la cei atmosferici, cu servovalve de iesire standardizate si cu aceleasi conexiuni electrice si mecanice. Alimentati de la baterii solare, pot opera perioade foarte lungi de timp, in locuri greu accesibile, datorita consumului mic de energie.

Se recomanda, pentru o mai buna protectie impotriva conditiilor atmosferice si impotriva vandalismelor, asezarea statiei pe o fundatie de beton.

Caracteristicile statiei meteorologice automate 2700:

-        are o constructie modulara;

-        elementele componente sunt usoare si compacte;

-        este usor de transporata, asamblat si dezasamblat;

-        este formata din senzori cu semnale standardizate;

-        gradul de protectie IP 68;

-        informatiile culese de la statie pot fi transmise prin reteaua GSM, unde radio sau pot fi stocate intr-o memorie proprie, locala;

-         nu necesita intretinere speciala.

Fiind plasata de obicei in locuri indepartate, pentru a transmite datele in timp real se fac comunicatii prin unde radio -  VHF - fiind o solutie foarte buna, fiabila si economica.

Este compusa din unitati usoare si compacte din aliminiu anodizat, care sunt rapid si usor de instalat. Senzorii si emitatoarele VHF/UHF sunt fixate pe un suport transversal asezat in varful unui catarg, acesta fiind  asezat pe un suport fixat in pamant. O balama de la baza suportului faciliteaza ridicarea si coborarea statiei. Un cablu format din 18 conductori, asezat in interiorul catargului, realizeaza conexiunile dintre senzori, emitatorul radio, modulul in care se gasesc acumulatorii solari si memoria de date. Statia este furnizata cu o trusa de echipamente si un manual.

 Toti senzorii sunt cititi si scanati la fiecare 10 min de catre memoria de date 3660 cu 18 canale aflat in interiorul suportului de sustinere. Primul canal este folosit pentru a identifica o referinta fixa de citire. Canalele ramase sunt pentru senzori.

Datele neprelucrate sunt convertite in unitati ingineresti si stocate in

memoria de date. Un telefon aflat la statie permite transferul datelor catre modem. Poate fi folosita cu succes reteaua de telefonie mobila GSM, deoarece prezinta urmatoarele avantaje:

Capacitate mare si alocare spectrala optima: Fostele retele celulare analogice trebuiau sa rezolve problema capacitatii mai ales in zonele urbane. Printr-o utilizare mai eficienta a benzilor alocate si micsorarea suprafetelor celulelor, GSM este capabil sa serveasca un numar mult mai mare de abonati. Utilizarea optima a spectrului disponibil este realizata prin aplicarea unui acces multiplu combinat cu divizare in frecventa si timp (FD/TDMA), transmiterea mesajelor sub forma de pachete de date, codificarea eficienta a semalului vocal cu debit normal (full rate)  la 13 Kbps (RPE-LTP) sau debit injumatatit (half rate) la 6,5 Kbps si modulatia de tip GMSK.

Securitate: Metodele de siguranta standardizate pentru sistemul GSM il fac cel mai sigur standard de telecomunicatii celulare din cele disponibile. De altfel confidentialitatea unei convorbiri si anonimatul unui abonat GSM pot fi garantate numai daca interfata radio este sigura. Acesta este un pas major in realizarea sigurantei comunicarii de la un terminal la altul. Anonimatul abonatului este asigurat prin folosirea numerelor de identificare temporare. Confidentialitatea convorbirilor pe legatura radio este realizata prin aplicarea algoritmilor de cifrare si a saltului de frecventa posibile numai in comunicatiile digitale.

Servicii: Lista de servicii disponibile unui abonat GSM include de urmatoarele: comunicatii vocale, fax, posta vocala, transmiterea de mesaje scurte, transmisii de date si servicii speciale (apel anticipat, etc;)

           

Caracteristici tehnice

Parametri

GSM 900

DCS 1800

Banda de frecventa BS-Tx (downlink)

935 - 960 MHz

1805 - 1880 MHz

Banda de frecventa MS-Tx (uplink)

890 - 915 MHz

1710 - 1785 MHz

Acces Multiplu

FD/TDMA

Idem

Duplex

FD/TDD

Idem

Spatiu Duplex frecvential

45 MHz

95 MHz

Spatiu Duplex temporal

 3 intervale temporale

Idem

Banda unui canal radio

200 KHz

Idem

Numar de purtatoare intr-o subbanda

124

372

Numar de intervale





Temporale /cadru TDMA

Debit normal

8

 Idem

Debit injumatatit

16

 Idem

Numar total de canale

Debit normal

124 x  8  =   992

374 x  8  = 2992

Debit injumatatit

124 x 16 = 1984

374 x 16 = 5984

Codarea semnalului vocal

Debit normal

RPE-LTP 13 Kbps

Idem

Debit injumatatit

Vocoder     6,5 Kbps

Idem

Debitul net pentru transmisii de date

Debit normal

9,6 Kbps (4,8; 2,4)

Idem

Debit injumatatit

4,8 Kbps (2,4)

Idem

Debitul net pentru un canal codat

22,8 Kbps

Idem

Modulatia datelor pe interfata radio

GMSK

Idem

Debitul pe o purtatoare RF modulata

270,83 Kbps

Idem

Structura retelei

O retea GSM este compusa din mai multe entitati functionale, fiecare avand o functie si o interfata specifica. Reteaua GSM poate fi divizata in trei subsisteme mari. Statia mobila (MS) este purtata de abonat iar subsistemul statiei de baza (BSS) controleaza legatura radio cu mobilul. Subsistemul de retea, a carui parte principala este centrul de comutatie mobila (MSC Mobile services & Switching Center), realizeaza comutatia apelurilor intre mobil si alte posturi fixe sau mobile precum si managementul mobilitatii. Centrul de operare si mentenanta  OMC supravegheaza buna desfasurare a operatiilor si functionarea retelei. Statia mobila si statia de baza comunica prin interfata Um, cunoscuta si ca interfata radio (air interface sau radio link). Subsistemul statiei de baza comunica cu MSC prin interfata A. Structura unei retele GSM este prezentata in fig.1.

Statia mobila (MS) consta din echipamentul mobil (terminalul) si o cartela numita Subscriber Identity Module (SIM). Aceasta din urma da abonatului mai multa mobilitate, in sensul ca poate avea acces la serviciile la care s-a abonat indiferent de aparatul pe care il foloseste. Inserand cartela SIM intr-un terminal GSM oarecare, utilizatorul poate primi apelurile la acest terminal.

Echipamentul mobil este unic identificat prin codul sau IMEI (International Mobile Equipment Identity). Cartela SIM contine un cod denumit IMSI (International Mobile Subscriber Identity) folosit pentru identificarea abonatului in sistem, o cheie secreta pentru autentificare si alte informatii. Codurile IMEI si IMSI sunt independente, asigurand astfel deplina mobilitate. Cartela SIM poate fi protejata de folosirea  neautorizata printr-o parola sau un numar de identitate personal.

Subsistemul statiei de baza este compus din doua parti: BTS (Base Transceiver Station) si BSC (Base Station Controller). Acestea comunica intre ele prin interfata standardizata Abis.

BTS contine echipamentele radio de emisie-receptie ce definesc o celula si conduce protocolul legaturii radio cu mobilul. Intr-o zona urbana mare, vor fi potential mai multe BTS in folosinta, ceea ce necesita ca acestea sa fie robuste, fiabile, portabile si de cost minim.

BSC asigura managementul resurselor radio pentru una sau mai multe BTS. Se ocupa de setarea canalelor radio, salturile de frecventa, preluari. BSC asigura conexiunea intre statia mobila si MSC.

Subsistemul de retea. Componenta centrala a subsistemului de retea este centrul de comutatie pentru servicii mobile MSC. Acesta se comporta ca un nod de comutatie normal pentru PSTN sau ISDN si furnizeaza in plus toate serviciile necesare pentru a servi un abonat, cum ar fi inregistrarea, autentificarea, localizarea periodica, preluarile si rutina de apel a unui abonat ce se deplaseaza. Serviciile sunt furnizate in conjunctie cu mai multe entitati functionale, care formeaza impreuna subsistemul de retea. Semnalizarea intre blocuri foloseste sistemul CCITT nr.7, intens folosit in retele telefonice publice curente.

Datele inmagazinate pot fi deasemenea colectate de la statie folosind un computer portabil.

            Pentru a mari timpul de operare, in plus, datele pot fi stocate pe loc in unitatea de stocare a datelor (DSU 2990), unitate rezistenta la apa, refolosibila si demontabila, care permite recuperarea facila a datelor. Intreaga statie este alimentata de la modulul cu acumulatori solari, care este o parte integrata a structurii catargului.

Elemente componente:

-        memoria de date 3660;

-        unitatea de stocare a datelor DSU 2990;

-        unitatea de calcul 3015;

-        radioemitatorul VHF 3838;

-        radioreceptorul VHF 3839;

-        modemul 3431;

-        senzor pentru masurarea vitezei vantului 2740;

-        senzor pentru determinarea directiei vantului 3590;

-        senzor pentru masurarea temperaturii aerului 3455;

-        senzor pentru masurarea umiditatii relative 3445;

-        senzor pentru masurarea presiunii aerului 2810;

-        senzor pentru determinarea vizibilitatii, MIRA 3544;

-        senzor pentru masurarea duratei luminii solare 3160;

-        senzor pentru masurarea radiatiilor nete 2811;

-        senzor pentru masurarea precipitatiilor 3864.




Detalierea elementelor componente:

           

I.                Radioemitatorul VHF 3838, radioreceptorul VHF 3839 si repetitorul radio 3842:

Pentru realizarea transmisiei datelor, au fost alese elementele mai sus mentionate.

Sistemul radio este un sistem cu raza medie, alimentat la tensiune mica, operand in banda de frecventa 142MHz. Poate fi configurat sa transmita informatii la diferite momente, de exemplu, sa transmita informatii la fiecare 10min. Mesajul se compune din 12 cuvinte pe 10-biti si dureaza aproximativ 48s.

Transmitatorul 3838 are o antena in varf care se roteste cu o jumatate de perioada si un senzor cu o mufa de 6 pini, la baza. Transmitatorul se se aseaza direct pe bratul transversal din varful catargului.

Receptorul 3839 si repetitorul 3842 au o articulatie conica cu o mufa cu 18 pini.

Tipul modulatiei pentru transmisie este modulatia in frecventa. Iesirea receptorului este un semnal de tip PDC-4, la fel ca la intrarea transmitatorului, acesta fiind proiectat pentru transmiterea datelor in timp real.

Codul PDC-4 este acceptat de catre unitatea de calcul 3015 sau de catre ansamblul 3127- pentru transferul datelor intr-un computer care se poate conecta la el. Unitatea de calcul 3015 va converti semnalul PDC-4 in unitati ingineresti si va afisa rezultatele pe un monitor de tip LCD. Transformarea ulterioara a datelor poate fi facuta prin telefon sau prin modem.

                    

Fig. 1 Radiotransmitatorul VHF 3838

Aria de acoperire a semnalului radio depinde topografie. Pe sol si pe un teren neregulat raza este de 50km, iar peste apa doar de 6-8km.

Fig. 2 Configuratia pinilor transmitatorului 3838

Fig. 3 Configuratia pinilor repetirorului

Datele tehnice ale transmitatorului:

-        frecventa - 141-143MHz;

-        puterea de iesire - mW;

-        impedanta de iesire -  50Ω;

-        impedanta de intrare - 10kΩ;

-        greutatea neta - 50g.

Datele tehnice ale receptorului:

-        frecventa - 141-143MHz;

-        semnalul de iesire, PDC-4 - 6V, 35mA la incarcare maxima;

-        impedanta de intrare - 50Ω;

-        curentul de cinsum - 40mA;

-        greutatea neta - 700g.

Datele tehnice ale repetitorului:

-        material si finisaj - Al 6061T, anodizat;

-        temperatura de functionare, de la -30° pana la 50°C.

II   Senzorul pentru masurarea precipitatiilor 3864:

Este usor, protejat impotriva inghetului, rezistent la temperatura ridicate. Poate fi utilizat in aproape orice conditii.

Palnia colectoare are o deschidere de 200cm. Picaturile de ploaie sunt colectate in palnie si cad intr-un recipient basculant care numara fiecare basculare. Fiecare basculare, ce inseamna 0,2mm ploaie, este numarata de numaratorul de pulsuri 2891, care este invelit in poliuretan si conectat la o mufa de iesire cu 6 pini. Numarul de pulsuri intr-un interval de esantionare inseamna precipitatiile totale, acestea fiind masurate de datalogger-ul 3660.

Senzorul trebuie montat pe un tub vertical de 50mm. Cablul 2842 conecteaza acest senzor la sistemul de monitorizare. Folosind aceste doua obiecte, se plaseaza senzorul la 2m deasupra pamantului.

Calibrarea senzorului se realizeaza cu senzorul conectat la datalogger-ul 3660.

Formula generala pentru convertirea liniilor de date in unitati ingineresti este:

Precipitatii [mm]=A+BN+CN2+DN3

unde: N - linia de date;

          A, B, C - coeficienti de calibrare.

A

0

C

0

B

2.000E-01

D

0

Fig. 4 Senzorul pentru masurarea precipitatiilor 3864

III.           Senzorul de directie a vantului 3590, (medie):

Consta dintr-un ampenaj de vant, usor, care se poate roti  in varful unui suport. Lichidul de amortizare din ampenaj se opune schimbarilor rapide ale vantului, dar permite alinierea la vant usor (in directia vantului). Poate fi montat direct pe un brat de sustinere a senzorilor.

Dupa instalare, acest senzor trebuie sa fie conectat la unitatea de afisaj prin intermediul unui cabllu separat. Cand trebuie „citita” directia, compasul va arata media citirilor efectuata de la ultima citire. Compasul este compus dintr-un element sensibil montat pe un card electronic. In elementul sensibil este un magnet care va urmari magnetul din ampenajul de vant- girueta.Patru traductoare Hall masoara directia in fiecare secunda si un microcontroller de pe cardul electronic calculeaza media directiilor in perioada supravegheata.

Fig. 5 Senzorul de directie a vantului 3590, (medie)

Acuratete: mai buna ca 5o

Semnal de iesire: Aanderaa SR 10

Temperatura de functionare: -40 la +50 oC

Tensiunea alimentare : 7-14 V, cc

Configuratia pinilor:

IV.           Senzorul pentru masurare temperaturii aerului 3455:

Masoara temperatura aerului cu ajutorul unei rezistente de platina de 2000Ω protejata impotriva radiatiilor printr-un ecran de radiatii

Poate fi folosit atat in spatii inchise cat si in spatii deschise; are lungimea de 80 mm fiind cilindric si este construit sa intre intr-o mufa de 6 pini.Aceasta constructie asigura o buna izolare termica intre senzor, receptor si cablu.

Domeniu de masurare: modelul 3455 -43 la +48 oC

Elementul sensibil : Platina 2000

Domeniul rezistorilor: modelul 3455

R1 : 400Ω

R2 : Pt 2000 + 2000Ω

Gradul de protectie : IP 68

Fig. 6 Senzorul pentru masurare temperaturii aerului 3455

V. Senzorul pentru masurarea umiditatii relative 3445:



Umiditatea relativa este unul din parametrii de baza in meteorologie   iar acest senzor masoara umiditatea relativa in procente, si functionarea sa se bazeaza pe influenta umiditatii asupra unui polimer capacitativ. Este alcatuit dintr-un ecran de radiatie si o sonda de umiditate 3447.

Sonda are un element sensibil la un capat si  o priza de contact cu 6 pini la celalalt si placa electronica in interior, toate fiind acoperite cu durotong. Ecranul protejeaza sonda de radiatiile solare directe.

Senzorul are in componenta si un filtru care reduce la minim  poluarea atmosferica a elementului sensibil.

Fig. 7 Senzorul pentru masurarea umiditatii relative 3445

VI.           Senzorul pentru masurarea vitezei vantului 2740:

Senzorul poate fi montat direct pe statie, sau folosit separat, daca exista un cable de conexiune. Se monteaza pe tub vertical de 25mm.

Are doua iesiri, una pentru viteza medie a vantului, si alta pentru rafala de vant. Intelesul matematic al vitezei vantului este obtinut indiferent de intervalul de esantionare, cu conditia ca intervalul de esantionare sa fie intre 4s si 3h.

 Rafala de vant reprezinta viteza maxima a vantului pe o perioada de 2 secunde in orice moment al intervalului de prelevare a datelor.

Canale de propagare a informatiei

Transmiterea informatiei de orice natura necesita un canal de propagare a informatiei. In functie de natura fizica a purtatorului de informatie (semnal electric,semnal luminos,semnal electromeagnetic,etc.) exista diferite solutii tehnice. Astfel au aparut diferite medii si canale de transport al informatiei.

            Astfel, pentru a conduce un proces sau echipament la distanta trebuiesc schimbate informatii cu acesta. Principalele cai de comunicatie folosite sunt: circuite realizate prin cabluri electrice, fibra optica, unde radio, reteaua Internet. Alegerea este facuta pe baza unor ratiuni atat de ordin tehnic(viteza de transmisie, nivel de complexitate) cat  si de ordin economic(cost financiar de realizare si intretinere).

            Un aspect ce trebuie luat in calcul in aceste situatii este acela al securitatii transmisiei. Acest lucru nu se refera numai la eventuale intrari neautorizate in sistem cat si la perturbatiile care pot altera informatia transmisa. Pentru aceasta informatia trebuie protejata cu algoritmi de criptare cat si de coduri detectoare de erori.

            Deasemenea, algoritmul de conducere trebuie sa aiba prevazute rutine de rezerva care sa permita luarea deciziilor in absenta operatorului ca urmare a intreruperii canalului de comunicatie. Unul din mediile existente utilizat si in prezentul proiect care ofera viteza relativ buna de propagare si siguranta maxima este reteaua de telefonie mobila., unde avem de a face cu un acces multiplu prin repartitie spatiala la un canal de telecomunicatii.

Accesul multiplu, la un canal de telecomunicatii, prin repartitie spatiala (SDMA) este folosit in toate retelele celulare, analogice si digitale. Pe de alta parte, retele celulare sunt deosebite de alte retele radio doar fiindca ele folosesc SDMA. Retele celulare permit accesul multiplu la un canal comun de RF (sau la un set de canale) printr-o celula de baza (tinand seama de localizarea mobilului in peisaj). O retea celulara radio este o exemplificare buna a SDMA. Elementul care limiteaza acest tip de SDMA este coeficientul de frecventa folosit de sistem. Refolosirea frecventei este principalul concept din celularele radio, pentru ca celularele radio sunt un exemplu de refolosire a frecventei sistemului, unde utilizatorii impart simultan aceeasi frecventa, cu atentie la interferentele dintre canale. Utilizatorii trebuie sa fie separati printr-o distanta suficienta pentru a minimiza efectele de interferenta intre canale. Un set de frecvente folosit intr-o celula poate fi repetat in alte celule altundeva in retea, cu conditia ca sa existe o distanta suficienta intre celulele “identice” pentru a preveni interferenta intre canale.

Exista foarte multe inovatii ingenioase si foarte interesante in utilizarea SDMA in retelele celulare din ziua de azi. Acestea includ astfel de sisteme ca :

    1. microcelule,
    2. celule protejate,
    3. sectoare si
    4. antene.

Acestea sunt toate metodele pentru divizarea spatiului in care mobilele lucreaza cu o rezolutie foarte buna, in acest mod se scurteaza distanta dintre utilizatori fara a avea legatura cu interferentele dintre canale.
            Microcelulele sunt puncte de baza, de putere foarte mica (aproximativ –5dBm sau 0.3 mW) plasate in punctele active ale sistemului.
            Celulele protejate sunt celule foarte mari proiectate pentru a dirija traficul de semnalizare in cadrul microcelulelor.

Cand pozitia de acoperire a modelului unei celule este un arc de cerc intre 120- sau 60- de grade zonele cu antene directionale, au capacitati mai mari ce pot fi realizate in retea datorita cresterii independentei de proectare a retelelor radio pentru a micsora interferentele intre canale. Antenele rapide sunt inventii relativ noi in retelele celulare analogice. Unele sunt atat de sofisticate in operatiile lor incat ele genereaza un fascicol subtire de raze intre o pozitie de baza si partile mobile specifice dintr-o celula. Tehnica SDMA detine cele mai mari posibilitati materiale pentru o dezvoltare solida a capacitatii retelelor celulare analogice actuale si va continua sa amane acceptarea celularelor digitale din afara Europei.

Canalul radio GSM.             Standardul GSM specifica banda de frecventa de la 890 la 915 MHz pentru legatura spre statia de baza (uplink) si de la 935 la 960 MHz pentru legatura spre mobil (downlink). Cele doua subbenzi sunt divizate in canale de 200 KHz. Alte trasaturi ale interfetei pe canalul radio sunt alinierea adaptiva in timp, modulatia GMSK, emisie si receptie discontinua si salturi lente de frecventa. Alinierea adaptiva in timp permite statiei mobile sa isi corecteze momentul de emisie a pachetului de date in functie de intarzierea de propagare. Modulatia GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) creste eficienta spectruala si produce o interferenta redusa in afara benzii. Emisia si receptia discontinua permit trecerea statiei mobile in regim de consum redus in perioadele de asteptare intre pachete, realizand o lungire a timpului de viata a bateriei si reducerea interferentei de canal comun. Salturile lente de frecventa (Frequency Hopping) sunt o caracteristica aditionala a  interfetei radio GSM care ajuta la contracararea efectelor fluctuatiilor de nivel (fading Rayleigh) si a interferentei de canal comun.

            Structura cadrului TDMA. Canalele de 200 KHz din fiecare subbanda sunt divizate in continuare in intervale  temporale (time slots), un interval temporal avand o durata de 577s. Un interval temporal trebuie sa acopere durata unui pachet de date (burst). Un cadru temporal TDMA grupeaza 8 intervale teporale consecutive si are o durata de 4,6 ms. In functie de tipul canalului, de trafic sau de control, 26 sau 51 de cadre TDMA sunt grupate in multicadre (120 ms sau 235 ms). 51 sau 26 de multicadre (depinzand de asemenea de tipul canalului) realizeaza un supercadru (6,12 s). Un hipercadru este format din 2048  de supercadre cu o durata de 3h 28min 53s 760ms. Cadrul TDMA are asociat un cod numeric de 22 de biti care identifica in mod unic un cadru in interiorul unui hipercadru dat. Ierarhia temporala a cadrelor TDMA este ilustrata in fig.8.

Text Box:  

Fig.8. Ierarhia temporala GSM.

Tipuri de canale. Canalele logice din componenta unui cadru TDMA pot fi grupate in canale de trafic (TCH), folosite la transmiterea semnalului vocal sau a altor date de utilizator si canale de control (CCH), folosite la transmiterea semnalizarilor sau a sincronizariilor de date.

Canalele de trafic. Aceste canale asigura desfasurarea comunicatiei propriuzise de catre utilizator. Pe aceste canale se pot transmite semnale vocale la 13 Kbps sau date la debite cuprinse intre 9,6 Kbps si 2,4 Kbps. Canalele de trafic ocupa cea mai mare parte a resurselor radio disponibile in sistem.

Canalele de control. Canalele de control pot fi accesate de mobile aflate atat in stare de asteptare (stand-by) cat si in timpul convorbirii. Aceste canale sunt folosite de catre mobilele in stand-by pentru a schimba informatii de semnalizare necesare pentru trecerea la activarea mobilului. Mobilele deja activate monitorizeaza statiile de baza invecinate pentru preluari si alte informatii.

            Majoritatea acestor canale se transmit in multicadrul de control pe alte frecvente decat canalele de trafic. Canalele de control sunt definite in al 51-lea cadru al multicadrului de control, astfel ca, folosind multicadru TCH, mobile activate pot monitoriza in continuare canalele de control. Canalele de control se impart la randul lor in trei categorii de canale: canale de difuziune, canale de control comune si canale de control dedicate.

a) Canalele de difuziune

BCCH (Broadcast Control Channel) - canale de control de difuziune - emit continuu, in downlink, informatii de sistem incluzand identitatea statiei de baza, alocarea frecventelor si secventele de salturi de frecventa FH. Sunt utilizate de statiile mobile si pentru monitorizarea  puterii statiilor de baza, in eventualitatea unor preluari de legaturi.

FCCH (Frequency Correction Channel) si SCH (Synchronisation Channel) - canale de control a frecventei si de sincronizare - sunt folosite pentru sincronizarea mobilului la structura cadrului TDMA a unei celule, definind limitele perioadei de burst, si numerotarea intervalurilor temporale. Fiecare celula dintr-o reteaua GSM difuzeaza exact  un FCCH si un SCH, care este prin definitie intervalul numarul 0 (intr-un cadru TDMA).

            b) Canalele de control comune

RACH (Random Access Channel) - canale de acces aleator - folosite de statia mobila pentru initierea de legaturi. Aceasta utilizeaza metoda  “slotted Aloha” pentru cerere de acces la retea.

PCH (Paging Channel) - canal de cautare - pentru instiintarea statiei mobile de prezenta apelurilor.

AGCH (Access Grant Channel) - canal de alocare - folosit pentru alocarea unui canal de control dedicat SDCCH unui mobil care solicita acces in retea (in scopul de a obtine un canal de trafic), urmand unei cereri prin RACH.

            c) Canalele de control dedicate

SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel) - canal de control neasociat - este utilizat pe durata initieirii unei legaturi pentru transmiterea unor informatii.

FACCH (Fast Associeted Control Channel) si SACCH (Slow Associeted Control Channel)   - canale de control asociate - se transmit in multicadrul de trafic.

Salturile de frecventa. Interfata radio a GSM utilizeaza salturi de frecventa  comandate pe baza unor secvente prestabilite. Salturile de frecventa constau in schimbarea frecventei utilizate de un canal la intervale regulate. In GSM frecventa de transmisie ramane aceeasi pe durata unui intreg burst; de aceea sistemul apartine cazului de salturi de frecventa “lente”.

            Aceste salturi au fost introduse pentru doua motive principale. Primul este diversitatea de frecventa care aduce un castig evaluat pana la 6,5 dB reusind intr-o oarecare masura sa decoreleze variatiile datorate fadingului Rayleigh. Al doilea motiv este diversitatea de interferenta, o proprietate asociata cu tehnica CDMA .

Text Box:  

Fig.9. Tipuri de pachete.

            Algoritmul salturilor de frecventa este difuzat pe canalele de control de difuziune (BCH). Rata de salt este de 217 salturi / secunda.

Tipuri de pachete. Fiecare interval temporal dintr-un cadru TDMA contine un pachet de date modulate (burst). Sunt 5 tipuri de pachete: normale, pentru corectii de frecventa, de sincronizare, umplutura (dummy) si pachete de acces. Debitul unui canal radio este de 270,833 Kbps, ceea ce corespunde unei durate a intervalului temporal de 156,25 biti. Pachetele normale sunt compuse din 3 biti de start, 116 biti de informatie utila, o secventa de antrenare de 26 biti pentru reducerea efectelor de propagare pe trasee multiple, 3 biti de stop ceruti de codorul de canal si un interval de protectie sau de garda (8,25 durate de bit) pentru evitarea coliziunilor. El este un tampon ce permite timpi de sosire diferiti pentru pachete din intervale de timp adiacente, de la statiile mobile dispersate in teritoriu. Doi biti din cei 116 sunt folositi de Canalul de Control Rapid Asociat (FACCH) pentru a semnaliza ca un pachet a fost imprumutat, ramanand 114 biti de informatie neta.

Structura  pachetelor de date care se transmit pe interfata radio este prezentata in fig.9.

Codarea semnalului vocal, codarea de canal si intreteserea.

Algoritmul de codare a vorbirii utilizat in GSM este implementat cu un codor liniar predictiv (RPE-LTP). Functionarea lui se bazeaza un  semnal de excitatie sub forma unui tren de impulsuri regulate precum si pe o predictie liniara pe termen lung. Codorul de voce produce esantioane la intervale de 20 ms, cu o rata de 13 kbps, generand 260 biti pe esantion sau cadru. Acesti 260 de biti sunt grupati: 182 in clasa I de protectie si 78 in clasa II, pe baza unei evaluari subiective a sensibilitatii lor la bitii de eroare si in care clasa I este cea cu bitii cei mai sensibili. Codarea de canal implica adaugarea unor biti de verificare a paritatii si codarea convolutionala a celor 260 biti ce se obtin la iesirea codorului de vorbire. Iesirea codorului de canal este un cadru de 456 biti, care este divizat in 8 grupe de cate 57 biti si care se intretes pe durata a 8 cadre consecutive de 114 biti TDMA. In mod corespunzator, fiecare cadru TDMA este constituit din 2 grupe de 57 biti de la 2 cadre separate de cate 456 biti de la iesirea codorului de canal. Rezultatul codarii de canal si al intreteserii este reducerea efectelor interferentei generate de fading si a altor surse de eronare a bitilor. Etapele de codare sunt prezentate in fig.10.

Fig.10 Etapele de codare






Politica de confidentialitate


Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate

Meteorologie


Ecologie
Geologie
Hidrologie
Meteorologie