Pengantar Wireless Sistem Komunikasi

Kemampuan untuk berkomunikasi dengan orang-orang telah mengalami

perkembangan luar biasa sejak Guglielmo Marconi pertama menunjukkan

kemampuan radio untuk menyediakan kontak terus-menerus dengan kapal

berlayar Selat Inggris. Pada tahun 1897, sejak itu komunikasi nirkabel baru

menggunakan metode dan jasa telah antusias diadopsi oleh orang-orang di seluruh

dunia. Terutama selama sepuluh tahun terakhir, industri komunikasi mobile radio

telah berkembang berkali-lipat, didorong oleh perbaikan fabrikasi sirkuit digital

dan RF, skala besar baru integrasi sirkuit, dan teknologi miniaturisasi lain yang

membuat peralatan radio portabel lebih kecil, lebih murah, dan lebih dapat

diandalkan. Digital memilah teknik yang telah memfasilitasi skala besar yang

penyebaran telah terjangkau, jaringan komunikasi radio digunakan dengan mudah.

Kecenderungan ini akan dilanjutkan dengan kecepatan yang lebih besar selama

dekade berikutnya.

1.1. Evolusi Mobile Radio Komunikasi

Sejarah singkat evolusi komunikasi mobile di seluruh dunia berguna

dalam rangka untuk menghargai dampak yang sangat besar bahwa Jasa

Komunikasi radio selular dan Pribadi (PCS) akan terjadi pada kita semua selama

beberapa dekade mendatang. Hal ini juga berguna untuk pendatang baru di bidang

radio selular untuk memahami dampak yang luar biasa bahwa lembaga peraturan

pemerintah dan pesaing layanan memegang dalam evolusi sistem baru nirkabel,

layanan, dan teknologi. Meskipun bukan maksud teks ini untuk berurusan dengan

aspek-aspek tekno-politik radio selular dan komunikasi pribadi, techno-politik

merupakan pendorong fundamental dalam evolusi baru teknologi dan jasa, karena

penggunaan spektrum radio dikendalikan oleh pemerintah, bukan oleh layanan

penyedia, produsen peralatan, pengusaha, atau peneliti. Keterlibatan progresif di

pengembangan teknologi sangat penting bagi pemerintah jika berharap untuk

menjaga negara sendiri kompetitif di bidang yang berubah dengan cepat

komunikasi personal nirkabel.

Komunikasi nirkabel menikmati masa pertumbuhan tercepat dalam

sejarah, karena memungkinkan teknologi yang memungkinkan penyebaran luas.

Secara historis, pertumbuhan di-komunikasi seluler bidang kation telah datang

perlahan-lahan, dan telah digabungkan erat dengan perbaikan teknologi. Itu

kemampuan untuk menyediakan komunikasi nirkabel untuk seluruh penduduk

bahkan tidak dipahami sampai Bell Laboratories mengembangkan konsep seluler

di tahun 1960-an dan 1970-an [Nob62], [Mac79], [You79]. Dengan

perkembangan yang sangat handal, miniatur, solid-state hardware frekuensi radio

pada 1970-an, era komunikasi nirkabel lahir. Pertumbuhan eksponensial baru-baru

ini di seluler radio dan komunikasi pribadi sistem di seluruh dunia adalah

berkaitan secara langsung dengan yang baru teknologi tahun 1970-an, yang

dewasa ini. Pertumbuhan masa depan mobile berbasis konsumen dan sistem

komunikasi portabel akan terikat lebih erat dengan alokasi spektrum radio dan

keputusan regulasi yang mempengaruhi atau mendukung layanan baru atau

diperpanjang, serta konsumen kebutuhan dan kemajuan teknologi di bidang

pemrosesan sinyal, akses, dan jaringan.

Data penetrasi pasar berikut ini menunjukkan bagaimana komunikasi

nirkabel di sektor pelanggan yang telah berkembang dalam popularitas. Gambar

1.1 menggambarkan bagaimana telepon seluler telah merambah kehidupan sehari-

hari dibandingkan dengan penemuan populer lainnya dari abad ke-20. Gambar 1.1

adalah sedikit menyesatkan karena kurva berlabel "telepon seluler" tidak termasuk

ponsel nontelephone, aplikasi radio, seperti paging, radio amatir, pengiriman,

warga band (CB), pelayanan publik, telepon nirkabel, atau sistem radio

microwave terestrial. Bahkan, pada tahun 1990, berlisensi noncellular sistem radio

di AS memiliki lebih dari 12 juta pengguna, lebih dari dua kali AS yang

berpindah pengguna seluler yang populer pada waktu itu [FCC91]. Dengan

pertumbuhan fenomenal dari pelanggan nirkabel pada akhir 1990, dikombinasikan

dengan novel pendekatan bisnis Nextel pembelian mobile radio swasta lisensi

untuk bundling sebagai layanan seluler komersial nasional, jumlah pelanggan saat

ini untuk Layanan Komunikasi Personal seluler dan (PCS) jauh outnumbers

semua noncellular berlisensi pengguna. Gambar 1.1 menunjukkan bahwa 35 tahun

pertama telepon genggam melihat sedikit penetrasi pasar karena biaya tinggi dan

tantangan teknologi yang terlibat, tapi bagaimana, dalam dekade terakhir, wireless

komunikasi telah diterima oleh konsumen pada tingkat yang sebanding dengan

televisi dan video perekam kaset.

Pada 1934, 194 sistem radio polisi kota dan 58 negara kantor polisi telah

mengadopsi modulasi amplitudo (AM) sistem komunikasi bergerak untuk

keselamatan publik di AS itu Diperkirakan 5.000 radio yang dipasang di ponsel

pada pertengahan 1930-an, dan kendaraan pengapian kebisingan adalah masalah

utama bagi para pengguna awal ponsel [Nob62]. Pada tahun 1935, Edwin

Armstrong mendemonstrasikan modulasi frekuensi didemonstrasikan (FM) untuk

pertama kalinya, dan sejak akhir 1930-an, FM telah menjadi teknik modulasi

utama yang digunakan untuk sistem komunikasi seluler di seluruh dunia. Perang

Dunia II mempercepat perbaikan manufaktur dunia dan miniaturisasi kemampuan,

dan kemampuan ini dimasukkan untuk digunakan dalam besar satu arah dan dua

arah radio konsumen dan sistem televisi setelah perang. Jumlah pengguna ponsel

AS naik dari beberapa ribu pada tahun 1940 menjadi 86.000 oleh 1948, 695.000

dengan tahun 1958, dan sekitar 1,4 juta pengguna pada tahun 1962 [Nob62].

Sebagian besar pengguna ponsel di tahun 1960-an yang tidak terhubung ke public

switched telephone network (PSTN), dan dengan demikian tidak dapat langsung

menghubungi nomor telepon dari kendaraan mereka. Dengan ledakan di CB radio

dan nirkabel peralatan seperti pintu garasi

pembuka dan telepon, jumlah pengguna radio mobile dan portabel pada tahun

1995 adalah sekitar 100 juta, atau 37% dari populasi Amerika Serikat. Penelitian

pada tahun 1991 diperkirakan antara 25 dan 40 juta telepon tanpa kabel yang

digunakan di Amerika Serikat [Rap91c], dan jumlah ini diperkirakan akan lebih

dari 100 juta pada akhir 2001. Jumlah pengguna telepon seluler di seluruh dunia

tumbuh dari 25.000 pada tahun 1984 menjadi sekitar 25 juta pada tahun 1993

[Kuc91], [Goo91], [ITU94], dan sejak itu langganan layanan nirkabel berbasis

tion telah mengalami tingkat pertumbuhan pelanggan jauh melebihi dari 50% per

tahun. Seperti ditunjukkan dalam Bab 2, basis pelanggan di seluruh dunia seluler

dan PCS subscribers adalah sekitar 630 juta per akhir 2001, dibandingkan dengan

sekitar 1 miliar saluran telepon kabel. Dalam beberapa tahun pertama abad ke-21,

jelas akan ada sama jumlah pelanggan wireline nirkabel dan konvensional di

seluruh dunia! Pada awalnya abad ke-21, lebih dari 1% dari populasi pelanggan

nirkabel di seluruh dunia sudah abandoned layanan telepon kabel untuk digunakan

di rumah, dan mulai mengandalkan ser selular mereka wakil penyedia akses

telepon. Konsumen diharapkan semakin menggunakan layanan nirkabel sebagai

satu-satunya metode akses telepon mereka di tahun-tahun mendatang.

1.2. Ponsel Telepon radio di AS

Pada tahun 1946, layanan telepon seluler publik pertama diperkenalkan

pada dua puluh lima kota besar Amerika. Setiap sistem yang digunakan tunggal,

pemancar bertenaga tinggi dan menara besar untuk menutupi jarak lebih dari 50

km di pasar tertentu. FM sistem telepon awal push-to-talk pada tahun 1940

digunakan 120 kHz bandwidth RF dalam modus half-duplex (hanya satu orang di

telepon bisa berbicara pada satu waktu), meskipun pidato telepon-kelas yang

sebenarnya hanya menempati 3 kHz dari dasar-pita spektrum. Bandwidth RF

besar digunakan karena kesulitan dalam memproduksi secara massal ketat Filter

RF dan kebisingan rendah, front-end amplifier penerima. Pada tahun 1950, FCC

dua kali lipat jumlah saluran telepon seluler per pasar, tetapi dengan tidak ada

alokasi spektrum baru. Peningkatan teknologi memungkinkan bandwidth saluran

yang akan dipotong setengah sampai 60 kHz. Pada pertengahan 1960-an,

bandwidth FM transmisi suara dipotong sampai 30 kHz. Dengan demikian, hanya

ada empat faktor peningkatan spektrum efisiensi karena kemajuan teknologi dari

Perang Dunia II sampai pertengahan 1960-an. Juga pada tahun 1950 dan 1960,

channel trunking otomatis diperkenalkan dan dilaksanakan di bawah IMTS label

(Peningkatan Mobile Telephone Service). Dengan IMTS, perusahaan telepon

mulai menawarkan full duplex, auto-dial, sistem telepon otomatis trunking

[cal88]. Namun, IMTS cepat menjadi jenuh di pasar utama. Pada tahun 1976,

layanan telepon Bell Mobile untuk pasar New York City (pasar sekitar 10.000.000

orang pada saat itu) hanya dua belas saluran dan bisa melayani hanya 543

membayar pelanggan. Ada daftar tunggu lebih dari 3.700 orang [cal88], dan

layanan miskin karena untuk memanggil blocking dan penggunaan selama

beberapa saluran. IMTS masih digunakan di Amerika Serikat, tetapi sangat

spectral tidak efisien bila dibandingkan dengan sistem selular AS hari ini.

Selama tahun 1950 dan 1960, AT & T Bell Laboratories dan

telekomunikasi lainnya-perusahaan perusahaan-di seluruh dunia mengembangkan

teori dan teknik seluler telepon radio-the Konsep melanggar zona cakupan (pasar)

ke dalam sel kecil, masing-masing menggunakan kembali bagian-bagian dari

spektrum untuk meningkatkan penggunaan spektrum dengan mengorbankan

infrastruktur sistem yang lebih besar [Mac79]. Itu Ide dasar dari alokasi spektrum

radio selular mirip dengan yang digunakan oleh FCC ketika mengalokasikan

stasiun televisi atau radio dengan saluran yang berbeda dalam wilayah negara, dan

kemudian real- menempatkan saluran-saluran yang sama untuk stasiun yang

berbeda di bagian yang sama sekali berbeda dari negara. Saluran hanya digunakan

kembali ketika ada jarak yang cukup antara pemancar untuk mencegah antar

konperensi. Namun, telepon seluler bergantung pada penggunaan kembali saluran

yang sama dalam pasar yang sama atau area layanan. AT & T mengajukan konsep

sistem bergerak seluler ke FCC pada tahun 1968, meskipun Teknologi itu tidak

tersedia untuk menerapkan telepon seluler hingga akhir tahun 1970-an. Pada

tahun 1983, FCC akhirnya dialokasikan 666 saluran duplex (40 MHz spektrum di

band 800 MHz, masing-masing saluran memiliki satu arah bandwidth 30 kHz

dengan total hunian spektrum 60 kHz untuk setiap duplex channel) untuk US

Advanced Mobile Phone System (AMPS) [You79]. Menurut peraturan FCC,

masing-masing kota (disebut pasar) hanya diperbolehkan memiliki dua penyedia

sistem radio selular, sehingga pro-masi duopoli dalam setiap pasar yang akan

menjamin beberapa tingkat persaingan. Seperti dijelaskan dalam Bab 3 dan 11,

saluran radio dibagi sama antara kedua operator. AMPS adalah Sistem pertama

AS selular telepon, dan ditempatkan pada akhir tahun 1983 oleh Ameritech di

Chicago, IL [Bou91]. Pada tahun 1989, FCC diberikan tambahan 166 saluran (10

MHz) US layanan seluler penyedia untuk mengakomodasi pertumbuhan yang

cepat dan permintaan. Gambar 1.2 menggambarkan spectrum

Gambar alokasi spektrum frekuensi untuk 1.2 AS layanan radio seluler. Identik berlabel saluran di dua band membentuk pasangan maju dan mundur saluran yang digunakan untuk komunikasi duplex antara base station dan mobile. Perhatikan bahwa maju dan mundur saluran di masing-masing pasangan adalah dipisahkan oleh 45 MHz.

saat ini dialokasikan untuk AS menggunakan telepon seluler. Sistem radio selular

beroperasi dalam interferensi lingkungan terbatas dan bergantung pada rencana

penggunaan kembali frekuensi bijaksana (yang merupakan fungsi dari Divisi

karakteristik propagasi spesifik pasar) dan frekuensi multiple access (FDMA) ke

memaksimalkan kapasitas. Konsep-konsep ini akan dibahas secara rinci dalam

bab-bab berikutnya dari teks ini.

Pada akhir 1991, pertama US Digital Seluler (USDC) sistem hardware

dipasang di utama Kota di Amerika Serikat. The USDC standar (Asosiasi Industri

Elektronik Standar Interim IS-54 dan kemudian IS-136) memungkinkan operator

seluler untuk mengganti anggun beberapa saluran analog single-user dengan

saluran digital yang mendukung tiga pengguna di sama 30 kHz bandwidth yang

[EIA90]. Didalam cara, operator AS secara bertahap AMPS sebagai pengguna

lebih diterima telepon digital. Sebagai dis-mengumpat dalam Bab 9 dan 11,

peningkatan kapasitas yang ditawarkan oleh USDC adalah tiga kali lipat dari

AMPS, karena modulasi digital (π / 4 diferensial quadrature pergeseran fasa

keying), ucapan coding, dan pembagian waktu multiple access (TDMA) yang

digunakan di tempat FM analog dan FDMA. Mengingat tingkat kemajuan

pemrosesan sinyal digital, pidato coding teknologi akan meningkatkan kapasitas

untuk pengguna enam per channel dalam sama bandwidth yang 30 kHz dalam

beberapa tahun, meskipun Bab 2 menunjukkan bagaimana IS-136 akhirnya akan

digantikan oleh teknologi CDMA wideband.

Sebuah sistem selular berbasis code division multiple access (CDMA)

telah dikembangkan oleh Qualcomm, Inc. dan distandarisasi oleh

Telecommunications Industry Association (TIA) sebagai Interim Standard (IS-

95). Sistem ini mendukung sejumlah variabel pengguna dalam 1,25 MHz lebar

saluran menggunakan spektrum urutan spread langsung. Sedangkan sistem AMPS

analog mengharuskan sinyal minimal 18 dB di atas gangguan co-channel untuk

memberikan kualitas panggilan diterima, Sistem CDMA dapat beroperasi tingkat

gangguan yang jauh lebih besar karena interferensi yang melekat mereka Ence

sifat resistensi. Kemampuan CDMA untuk beroperasi dengan signal-to-noise jauh

lebih kecil ratio (SNR) dibandingkan teknik narrowband FM konvensional

memungkinkan sistem CDMA menggunakan set yang sama frekuensi di setiap

sel, yang menyediakan peningkatan besar dalam kapasitas [Gil91]. Tidak seperti

sistem selular digital lainnya, sistem Qualcomm menggunakan tingkat vocoder

variabel dengan deteksi aktivitas suara yang sangat mengurangi tingkat data yang

dibutuhkan dan juga baterai menguras oleh pemancar seluler.

Pada awal 1990-an, layanan radio baru khusus mobile (SMR)

dikembangkan untuk bersaing dengan operator AS radio selular. Dengan membeli

kelompok-kelompok kecil lisensi sistem radio dari besar jumlah penyedia layanan

radio swasta independen di seluruh negeri, Nextel dan Motorola membentuk SMR

(E-SMR) jaringan diperpanjang di 800 MHz band yang menyediakan kapasitas

dan ser kejahatan yang mirip dengan selular. Menggunakan sistem radio terpadu

Motorola (Mirs), SMR mengintegrasikan suara pengiriman, layanan telepon

seluler, pesan, dan transmisi data kemampuan pada jaringan yang sama [Fil95].

Pada tahun 1995, Motorola diganti Mirs dengan terintegrasi digital ditingkatkan

jaringan (iDEN).

Layanan Komunikasi Personal (PCS) lisensi di pita 1800/1900 MHz yang

lelang-lelang gaimana disebutkan oleh Pemerintah AS untuk penyedia nirkabel

pada awal tahun 1995, dan ini telah melahirkan baru layanan nirkabel yang

melengkapi, serta bersaing dengan, selular dan SMR. Salah satu stipu- satu lations

lisensi PCS adalah bahwa mayoritas wilayah cakupan akan beroperasi sebelum

tahun 2000. Setiap PCS lisensi mampu "membangun-out" setiap pasar dengan

baik sebelum batas waktu ini. Sebanyak lima lisensi PCS dialokasikan untuk

masing-masing kota besar di Amerika Serikat (lihat Bab 11).

1.3. Ponsel Sistem Radio di Seluruh Dunia

Banyak standar radio seluler telah dikembangkan untuk sistem nirkabel di

seluruh dunia, dan lebih standar mungkin muncul. Tabel 1.1 melalui 1.3 daftar

paging yang paling umum, tanpa kabel, selular, dan standar komunikasi pribadi

yang digunakan di Amerika Utara, Eropa, dan Jepang. Itu perbedaan antara jenis

dasar sistem nirkabel yang dijelaskan dalam Bagian 1.5, dan-perjanjian ered

secara rinci dalam Bab 11.

Standar paging paling umum di dunia adalah Penasehat Kode Pos Office

Standard Group (POCSAG) [CCI86], [San82]. POCSAG dikembangkan oleh

Kantor Pos Inggris di 1970-an dan mendukung biner pergeseran frekuensi keying

(FSK) sinyal pada 512 bps, 1200 bps, dan 2400 bps. Sistem paging baru, seperti

FLEX dan Ermes, menyediakan hingga 6400 bps transmisi dengan menggunakan

modulasi 4-tingkat dan saat ini sedang digunakan di seluruh dunia.

The CT2 dan Digital European Cordless Telephone (DECT) standar yang

dikembangkan di Eropa adalah dua standar telepon nirkabel yang paling populer

di seluruh Eropa dan Asia. Itu Sistem CT2 memanfaatkan microcell yang meliputi

jarak kecil, biasanya kurang dari 100 m, menggunakan BTS dengan antena yang

dipasang di lampu jalan atau di sisi bangunan. Sistem CT2 menggunakan baterai

pergeseran frekuensi yang efisien memasukkan bersama dengan 32 kbps adaptif

pulsa diferensial kode modulasi (ADPCM) coder pidato untuk transmisi suara

berkualitas tinggi. Handoffs antara BTS tidak didukung di CT2, seperti yang

dimaksudkan untuk menyediakan akses jarak dekat ke PSTN. Sistem DECT

mengakomodasi transmisi data dan suara untuk kantor dan bisnis pengguna. Di

AS, standar PACS, yang dikembangkan oleh Bellcore dan Motorola,

kemungkinan akan digunakan gedung perkantoran di dalam sebagai sistem

telepon suara dan data nirkabel atau radio local loop. Itu Personal Handyphone

System (PHS) standar mendukung lingkaran aplikasi indoor dan lokal di Jepang.

Konsep local loop dijelaskan pada Bab 10.

Sistem selular pertama di dunia dilaksanakan oleh Nippon Telephone dan

Telegraph Perusahaan (NTT) di Jepang. Sistem, digunakan pada tahun 1979,

menggunakan 600 saluran duplex FM (25 kHz untuk masing-masing arah link)

pada pita 800 MHz. Di Eropa, sistem Nordic Mobile Telephone

1.4. Contoh Sistem Komunikasi Nirkabel

Kebanyakan orang yang akrab dengan sejumlah sistem komunikasi radio

bergerak yang digunakan dalam sehari-hari hidup. Pembuka pintu garasi, remote

controller untuk peralatan hiburan rumah, tele tanpa kabel telepon, genggam

walkie-talkie, pager (juga disebut penerima paging atau "penyeranta"), dan seluler

telepon merupakan contoh dari sistem komunikasi radio bergerak. Namun, biaya,

kompleksitas, kinerja, dan jenis layanan yang ditawarkan oleh masing-masing

sistem mobile sangat berbeda.

Istilah ponsel secara historis telah digunakan untuk mengklasifikasikan

setiap terminal radio yang bisa pindah selama operasi. Baru-baru ini, mobile

istilah digunakan untuk menggambarkan terminal radio yang terpasang ke

platform mobile kecepatan tinggi (misalnya, telepon selular dalam kendaraan

yang bergerak cepat) sedangkan portabel istilah menggambarkan terminal radio

yang dapat tangan-diadakan dan digunakan oleh seseorang dengan kecepatan

berjalan (misalnya, walkie-talkie atau telepon nirkabel di dalam rumah).

Pelanggan Istilah sering digunakan untuk menggambarkan pengguna mobile atau

portabel karena di sebagian besar sistem pendokumentasian komunikasi mobile

tems, setiap pengguna membayar biaya berlangganan untuk menggunakan sistem,

dan perangkat komunikasi masing-masing pengguna disebut unit pelanggan.

Secara umum, kelompok kolektif pengguna dalam sistem nirkabel disebut

pengguna atau ponsel, meskipun banyak pengguna dapat benar-benar

menggunakan terminal portabel. Itu ponsel berkomunikasi dengan BTS tetap yang

terhubung ke sumber listrik komersial dan jaringan backbone tetap. Tabel 1.4

daftar definisi istilah yang digunakan untuk menggambarkan unsur-unsur sistem

komunikasi nirkabel.

Sistem transmisi radio bergerak dapat diklasifikasikan sebagai simplex,

half-duplex atau full-duplex. Dalam sistem simplex, komunikasi adalah mungkin

hanya dalam satu arah. Sistem paging, di mana pesan diterima tetapi tidak diakui,

adalah sistem simpleks. Sistem radio Half-duplex memungkinkan komunikasi dua

arah, tetapi menggunakan saluran radio yang sama untuk kedua transmisi dan

reseptortion. Ini berarti bahwa pada waktu tertentu, pengguna hanya dapat

mengirimkan atau menerima informasi. Kendala seperti "push-to-talk" dan

"membebaskan-to-mendengarkan" adalah fitur mendasar dari sistem setengah-

duplex. Penuh Sistem duplex, di sisi lain, memungkinkan transmisi radio simultan

dan penerimaan antara pelanggan dan base station, dengan menyediakan dua

saluran secara bersamaan tetapi terpisah (frekuensi division duplex, atau FDD)

atau waktu yang berdekatan slot pada satu saluran radio (time division duplex,

atau TDD) untuk komunikasi ke dan dari pengguna.

Base Station Sebuah stasiun tetap dalam sistem radio selular yang

digunakan untuk komunikasi radio dengan ponsel stasiun.

BTS yang terletak di pusat atau di tepi daerah cakupan dan

terdiri dari saluran radio dan penerima antena yang

terpasang pada tower.