Mobiele communicatie : KIVI leergang, 6 en 7 april 1983,
Eindhoven
Citation for published version (APA):
Technische Hogeschool Eindhoven (THE). Afd. Elektrotechniek (1983). Mobiele communicatie : KIVI leergang, 6
en 7 april 1983, Eindhoven. Koninklijk Instituut van Ingenieurs.
Document status and date:
Gepubliceerd: 01/01/1983
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be
important differences between the submitted version and the official published version of record. People
interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the
DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page
numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
!'
--~ .. j.-...
.
--
.
.
.
~K.lY.I.
Leergang
T.H.E
mobiele communicatiE
6-7
april
1983
Eindhoven
LEERGANG
BIBtlOTHEEK
8
401564
~"-'---I~----.---MOBIELE COMMUNICATIE
6 EN '1 APRIL 1983 georganiseerd door : - Afdeling voor Electrotechniek vanhet Koninklijk Instituut van Ingenieurs
- Afdeling der Elektrotechniek van de Technische Hogeschool Eindhoven - Sectie voor
Telecommunicatietech-niek van het Koninklijk Instituut van Ingenieurs
1.1. lnleiding
Prof.dr. J.C. Arnbak. 1.2. Gebruik van het mobiele
radiokanaal
lr. S.H.L. Herman.
1.3. Efficiente kanaaltoewijzing in land-mobiele communicatie-diensten voor besloten gebruik
lng. M. van Beveren.
2.1. Digital use of the mobile channel P. Mabey.
2.2. Spraakcoderinp, voor het mobiele radiokanaal
R.J. Sluyter.
2.3. Nieuwe modulatievormen voor het mobiele radiokanaal
lr. D. Muilwijk.
3.1. Eisen voar mobiele communicatie in het treinverkeer. (Telerail) lr. H.D. Baron van Heemstra. 3.2. Eisen voor radiocommunicatie op
Schiphol
lng. J. Scheltus.
3.3. Eisen voor mobiele politieverbindingen lr. M.C. Alberti. 4.1. Maritiem satellietverkeer lr. F. Rusting.
INHOUD
7 16 27 43 52 61 79 87 100 1094.2. The Nordic Mobile Telephone-system (NMT) 113
O. Billstrom.
-4.3. Design and Lay-out of Mobile Station for NMT
Dipl.ing. F. Becker
4.4. Ret derde generatie-autotelefoon-systeem van PTTj een Europees systeem?
Ir. L.R.A.M. Melis. 4.5. Market opportunities and
challenges for public mobile telephone services in Europe Malcolm H. Ross.
134
ONTWIKKELINGEN IN DE MOBIELE COMMUNICATIE
Prof.dr. J. Arnbak, Technische Hogeschool Eindhoven
1.1
De auteur is voorzitter van de vakgroep Telecommunicat~e van de THE en vertegenwoordigde deze ins telling in de voorbereidingscommissie van de KlvI-leergang 1983.
I. DE ONGEBONDEN COMMUNICATIE
For all that moveth doth in Change delight The Fairie Queen (1596)
In ieder menselijk bestel staat het begrip communicatievrijheid centraal. Beperkingen in de mogelijkheden om informatie vrijelijk uit te wisselen dagen ons uit, ongeacht of er nu sprake is van bestuurlijk opgelegde regelingen of van technische en econornische tekortkomingen. Ook het be-naderen -of zelfs mogelijk oVerschrijden- van fundamenteel geachte limieten van signaaltransport, zoals de lichtsnelheid en Shannon's grenzen, blijft een bron van voortdurend intellectueel genot en stoute fantasieen.
8
-Vanuit het oogpunt van communicatievrijheid kan de telecommunicatie, of we 1 het op afstand verkrijgen of beschikbaar stellen van informatie door elektromagnetische ~iddelen, ingedeeld worden in vier algemene verkeerspatronen [1]. Deze zijn:
(i) conversatie, waarin eigen informatiebestanden uitgewisseld kunnen worden door aIle in beginsel gelijkgestelde partijen; onderwerp en tijdbestek kunnen vrijelijk door deze gekozen worden. Voorbeelden: telefonie, teletex-briefwisselingen.
(ii) consuZtatie, waarin informatiebestanden berustend bij een autoriteit geraadpleegd kunnen worden door individuele partijen op door hen gekozen tijdstippen.
Voorbeelden: viewdata (Viditel), kiestelevisie.
(iii) registratie, waarin een autoriteit het onderwerp en (veelal) tijd-bestek bepaalt van het centraal afnemen van informatie van indivi-duele partijen.
Voorbeelden: telemetrie, electronische (opinie)peiling. (iv) aZ~ocutie [1], waarin zowel het informatiebestand, alsook het
onderwerp en tijdsbestek van uitzending hieruit, door een centrale autoriteit bepaald wordt.
Voorbeeld: omroep.
Opgemerkt kan worden, dat deze volgorde grofweg een toenemende tijd-discipline van de gebruikers aangeeft, en toenemende beperkingen in hun zelfstandige keuze van communicatie-onderwerp.
Deze beperkingen in communicatievrijheid maken echter weI de betreffende verkeerspatronen inherent zuiniger in het gebruik van communi cat ie-capaciteit en -faciliteiten. Zo kunnen veeleisende presentatievonnen veel eerder sterk gebonden Callocutief) aangeboden worden dan in vrije onderlinge conversatie: men vergelijke de huidige mogelijkheden van TV-omroep met die van beeldtelefonie en videoconferencing! Anders gezegd - een netwerk voor het breedbandige eenrichtingsverkeer in kabelomroep is doorgaans veel goedkoper dan de smalbandige, maar flexibel geschakelde infrastructuur voor telefoon- en dataverkeer.
Zoals genoegzaam bekend dagen deze en andere beperkingen thans de pro-vinciale en nationale politiek uit tot veel discussies over de regeling
en economie van de elektronische media. Internationaal is in het wereld-communicatiejaar 1983 de infrastructurele beperking in, en met name de ongelijke verdeling van, communicatievrijheid aan de orde gesteld. Ook het onderwerp van de KIvI-leergang 1983 is ten nauwste verbonden met het streven naar meer cammunicatievrijheid. Immers, de mobiele aommuni-aatie wil de plaatsgeoondenheid van de gebruiker van de klassieke tele-communicatie-infrastructuren opheffen. Echter, net zoals het verzachten van de tijddiscinline en de verruiming van de keuzemogelijkheden tussen informatiebestanden heeft ook dit vrijheidsstreven een hoge prijs. Deze wordt o.a. bepaald door de "etherschaarste", die soberheid in presentatie-vorm en efficiente regelingen van het (mede)gebruik van radiofrekwenties. noodzakelijk maakt.
De huidige vrijheid om mobiele telecommunicatie te plegen is daarom betrekkelijk. De meest exclusieve gebruikers komen in aanmerking voor de minst zuinige verkeerspatronen, in eerate instantie ten behoeve van de algemene maatschappelijke orde of nationale veiligheid. Deze gebruikers zijn doorgaans verenigd in gesZoten netten (bijv. voor politie, verkeers-leiding te land, ter zee of in de lucht,< brandweer of defensie), waarin min of meer voI1edige conversatiepatronen roogelijk zijn. Meestal kwamen vergelijkbare patronen pas veel later beschikbaar voor de aigemene (d.i. betalende!) gebruiker van openbare netten, of is aIleen een sobere presentatievorm zoals semafonie beschikbaar voor het publiek.
2. VERANTWOORDING VOOR DE LEERGANG: NIEtrWE ONTWIKKELINGEN
Thans zijn ontwikkelingen gaande, die de mobiele communicatie in een stroomversnelling hebben gebracht. Overeenkomstig ons renaissance-rootto ontleend aan Edmund Spenser mag de mobiele gebruiker zich verheugen op veranderingen; deze zullen ten goede komen aan zijn communicatievrijheid. De voorspelbare veranderingen vloeien voornamelijk voort uit:
• nieuwe technologische mogelijkheden voor digitale signaalbehandeling en voor meer efficiente radiotransmissie, ook via satelliet.
• een groeiend besef van de betekenis van (inter-}nationaie systeem-organisatie, netintegratie, en standardisatie op dit gebied. • versoberde mobiele gebruikersbehoeften ontstaan door verschuivingen
10
-van spraakcammunicatie (tussen personen) naar datacommunicatie (tuBsen processoren en terminals}.
• zeer gunstige marktverwachtingen voor de betrokken telecommunicati~ leveranciers (PTT's en industrieen).
Het zijn zulke ontwikkelingen, die -binnen de erg ~auwe grenzen van een leergang van twee dagen- aan de orde zullen komen. Daarbij kamt dat al
25 jaar lang op het vakgebied radiocommunicatie verreweg de meeste aan-daeht uitging naar de spectaeulaire vorderingen van de satellietcommuni-eatie, die inmiddels zulke rijpe wetensehappelijke en -helaas grotendeels buiten Nederland geplukte- industriele vruchten heeft afgeworpen. In daze omstandigheden leek het de organisatoren juist am nu te wijzen op een ander gebied van de radiocommunicatie, waarop meer speur- en ontwikke-lingswerk, heehtere samenwerking tussen overheden en industrieen, en het slagvaardiger inspelen door gebruikers, tot vergelijkbare vorderingen in de communicatievrijheid kunnen leiden in de komende 25 jaren. Dat de pers -op enkele uitzonderingen na [2]- nog nauwelijks aandaeht besteedt aan de mobiele communicatie in vergelijking met de ruimtecommunicatie (om nu maar eens niet de omroepjournalistiek aan te halen!), staat naar ons oordeel niet in verhouding tot de toekomstige maatschappelijke en commerciele belangen op beide gebieden.
3. KEUZE EN PLAATSING VAN LEZINGEN
3.1. Spektrumgebruik
Mobiele eommunieatie behelst altijd radiotransmissie; belangrijk is daarom de ordening van het frekwentiegebruik ter voorkoming van onder-linge storing tussen gebruikers van mobiele diensten. en tussen deze en andere radiodiensten (met name het politieke troetelkind TV-omroep in naburige banden!). Deze ordening wordt toegelieht in Lezing 1.2 door de heer Herman (Radiocontroledienst, PTT). Duidelijk wordt dat spectrumbenutting thans een sterk begrenzende factor voor.mobiele diensten is.
Beter rendement van beperkte communicatiefaciliteiten werd reeds bij de eeuwwisseling door A. Erlang in verb and gebracht met een geordende systeemvergroting, die collectieve toewijzing van transmissiecapaci-teit aan individuele gebruikers koppelt met hun acceptatie van een
zekere kans op wachttijd of stagnatie. In laat de heer van Beveren (Centrale Directie, PTT) de gunstige konsekwenties hiervan zien voor de a1 eerder genoemde gesloten mobiele netten. De voordelen van geautomatiseerde toewijzingstechnieken en integratie van uiteenlopende besloten gebruikersgroepen in gemeenschappelijke infrastructuren, de openbare mobiele netten inhegrepen, komen duidelijk naar voren. (Des-gewenst kan exclusiviteit verzekerd blijven door andere maatregelen te nemen zoals versleuteling, hogere prioriteit in de toewijzingsprocedure,
enz.).
Een universele maat van de spectrumbenutting, die deze rendementsover-wegingen combineert met o.a. de gekozen rnodulatietechniek en de grootte van het verzorgingsgebied, wordt voor landmobiele diensten aangedragen in Lezing 2.3 (eerste deel) door de heer Muilwijk (Philips Telecommuni-catie Industrie). Ren schijnbaar paradoxaal voordeel van bandbreedte-vergroting [3] en van opsplitsing in kleine verzorgingscellen, bijv. in honingraatstructuren zoals op het vignet van dit boek, wordt aangetoond. Systeemoverwegingen inzake de juiste vorm en grootte van de cellen zijn overigens ook aan de erda bij spoorwegverbindingen (Lezing 3.1).
3.2. Digitale technieken
Digitale technieken zijn dikwijls aantrekkelijk in de moderne telecom-municatie. vanwege de vaak gemakkeIijker digitale signaalbehandeling en multiplexing, de VLSI-produktiemogelijkheden en het toenemende data-verkeer. Bij mobiele verbindingen ontstaan dan echter bijzondere pro-blemen op grond van de invloed van de eigenaardige propagatieverschijn-selen in het IDobiele radiokanaal. Deze invloeden worden in kaart ge-bracht in Lezing 2.1 (P. Mabey, Philips Research Laboratories, UK), waarin ook voorbeelden van robuste kanaalcodering en dataformaten te vinden zijn.
Lezing 2.2 door de heer Sluyter (Philips Natuurkundig Laboratorium) behandelt een netelig probleem van broncodering t.b.v. het mobiele
(digitale) radiokanaal. Bevredigende subjectieve spraakbeleving staat op gespannen voet met de objectieve maten van zuinige spectrumbenutring, hoge bitfoutenkans en lage complexiteit, die meestal een mobiele ver-binding kenmerken. Een zorgvuldige afweging van presentatievorm Ieidt tot een bybride codering met de standaardsnelbeid·9.6 kbit/s. Hiervoor
- 12
-en voor 16 kbit/s deltamodulatie geschikte nieuwe digitale modulatie-vormen t. b. v. mobiele kanalen worden aan de orde gesteld in (hf't tweede gedeelte van) Lezing 2.3 door de heer Muilwijk.
3.3. Systeemontwerp van mobiele diensten
Het systernatisch formuleren en analyseren van operationele
gebruikers-eisen lijken een verzuimd gebied in de communicatie- en autornatiseringswereld, waar veelal (te) snel wordt gezocht naar functionele technische oplossingen van (nog) niet heldere problemen en opdrachten. Een goede indruk
van de grote verscheidenheid van toepassingen van landmobiele radio-connuunicatie voor besloten gebruik bij de Nederlandse Spoorwegen, op de Luchthaven Schiphol, en bij de Nederlandse politiecorpsen wordt ver-kregen ui t de drie ______ =="-'--'--'-...;;...;...--".:.;...;..-"-van resp. de heren van
Heemstra, Scheltus, en Alberti. Hun uiteenlopende eisen illustreren nog eens duidelijk, dat standaardpakketten in de informatie- en communi-catietechniek lang niet altijd de oplossing kunnen bieden.
Des te indrukwekkender is de vol1edige integratie van het (civiele) maritieme mobiele satellietverkeer in het internationale INMARSAT-systeem, beschreven door de heer Rusting (Directoraat Radiozaken, PTT) in Lezing 4.1. De mobiele verbindingen worden van het grondstation door-verbonden in het openbare (vaste) telefoon- of telexuet. Hieruit blijken opnieuw de voordelen van de inbedding van de unieke connectiviteit van satellietsystemen in ruimere infrastructuren: Wellicht is dit een reden van de onverwacht sterke verkeerstoename in het INMARSAT-systeem, waarin als het ware ook iedere telefoon- of telexabonnee aan de wal een po-tentiele medegebruiker is.
Zeker is, dat automatische PTT-doorverbinding en de hechte samenwerking tussen de vier Noordse PTT's en belangstellende industrieen hebben geleid tot de overstelpende verkeersgroei in het geheel automatische, openbare Nord ic Mobile Telephone (NlIT) systeem sinds de opening in 1981. Dit landmobiele systeem, waarin de mobiele gebruikers zich vrijelijk in aIle vier landen roogen bm<'egen en automatisch gevolgd en getarifeerd worden van eel tot cel, wordt beschreven door de heer BillstrOm
(Ericsson Radio Systems, Stockholm) in Lezing_~. Een ergonomisch ontwerp van de intelligente gebruikersterrninal voor dit systeem wordt toegelicht door de heer Becker (Siemens, Munchen), die in ~~~L-~~
de grote industriele betekenis van duidelijke produktdefinitie benadrukt. In het geval van de NMT-gebruikersterminal leidde dit tot een uitzonder-lijk kort ontwikkel- en ontwerpproces van twee jaar! Ret is evident, dat het zo slagvsardig inspelen met een gebruikersvriendelijk produkt op een zeer snel groeiende markt van grote bedrijfseconomische betekenis
is.
3.4. Verkenningvan toekomsti~ediensten'en'markten
Toekomstverkenningen van de openbare mobiele te1efonie zijn aan de erda in de laatste twee lezingen. De heer Melis (Centrale Directie, PTT) schetst in Lezing 4.4 de verdere ontwikkeling in Nederland op het gebied van autotelefonie. Een binnenkort te introduceren, automatische dienst in de 450-MHz band conform het NMT-systeem za1, ondanks zuiver binnen-lands gebruik, a1 ontoereikend zijn in de negentiger jaren. Dan zal een 900-MHz systeem noodzakelijk worden. Dit is wellicht de eerste (en ook de laatste?) mogelijkheid om tot een gemeenschappelijk gestandardiseerd
(en geexploiteerd1) landmobiele dienst in Europees CEPT-verband te komen. In Lezing 4.5 geeft de heer Ross (Arthur D. Little, Wiesbaden) zijn visie op deze ontwikkelingen vanuit een marketing-benadering, die mede stoelt op een recent onderzoek van de industriele mogelijkheden in Europa op het veelbelovende gebied van de mobiele communicatie.
4. LACU~~S IN DE LEERGANG
Er zijn degenen die een bijeenkomst voornamelijk beoordelen op basis van ontbrekende agendapunten. Deze leergang moet in het gebruikelijke tijds-bestek van twee dagen een indruk geven van de ontwikkeling en betekenis van de mobiele communicatie. Wij zijn daaroID verantwoording schuldig aan deelnemers met bijzondere belangstellingen, zoals
• de gesohiedenis van de mobiele communicatie: Juist in een
renaissance-tijd, 20 stelt de historicus, moet je terug naar het rijke klassieke gebeuren. Wij ontkennen dat niet, temeer omdat enkele lezingen historische ontwikkelingen schetsen, en verwijzen overigens naar de studeerkamer en de geschiedschrijving van de radiotelegrafie en radiotelefonie 14) .
• de onthlikkeUngen in de V. S.: Om dez<, technologische kop loper kun j e niet heen, 20 stelt de americophil. Indprdaad zijn daarginds de meest
- 14
-indrukwekkende nieuwe techniek~n en ook tal van uireenlopende net-Werkel) beschikbaar voor "private mobile service,,"
I5J.
Ook een gemeen-schappelijke organisatorische ordening als "small-cell" systemen werd oorsprookelijk geanalyseerd en uitgeprobe"rd door Bell Laboratories [6]. Eehter, zoals Bell (ATT) onlangs moent ervaren, staan groot-schalige organisatorische oplossingen op tamelijk ~espannen voer met de in de V.S. heersende opvattingen van een zelfregulerende vrije markt. Of de V.S. in staat zu11en zijn om een landelijk mobiel net-werk te realiseren zoals de NMT, a1 dan niet met bebulp van satel1 ieten17], is voor hen meer een politick dan een tecbnisch probleem. • de militaipe mobiele cOnmPAnicatie: Campagnes van de krijgsmacht zijn
ondenkbaar zonder flexibele mobiele communicatienetwerken, zo stelt de defensiedeskundige, verwijzend naar bijv. de Falklandooriog. De eerder genoemde verkeerspatronen "registratie" en "consultatie" zijn in de militaire vakliteratuur ruimschoots behandeld onder de namen "connnand, control, communications and intelligence" (C3I), ook voor de mobiele gebruikers .
• versLeuteling: het "open" karakter van de radiotransmissie maakt de mobiele communicatie veeI kwetsbaarder dan gewone (draadgebonden)
netwerken voor afluistering. Dit probleem is behandeld door de auteur in een recent overzichtsartikel [8] .
• de hletensahappelijke aktiviteiten van de gastinsteZZing op dit maat-schaopelijk belangrijke gebied: De THE moet in deze tijden van bezuiniging vootnamelijk afstudeerders en gastonderzoekers inzetten op dit nieuwe gebied. Resultaten m.b.t. mobiele communicatie worden weI gepubliceerd [9, 10, 11]. Ook bop en wij dat onze colleges -en deze leergang- bijdragen zullen blijven leveren tot de inzichten in nieuwe techniscbe mogelijkheden en systeemoplossingen op het gehele vakgebied telecommunicatie, inclusief de veelbe10vende mobiele com-municatie.
5. REFERENTIES
1. J.L. Bordewijk en B. v. Kaam: "Allocutie", Bosch en Keuning, Baarn, 1982.
2. Financial Times, I Nov. 1982, (met speciale bijlage: "Mobile Communications") •
3. J.P. Costas: "Poisson, Shannon and the Radio Amateur", Proc. IRE, Vol. 41, pp. 205S-2068, Dec. 1959.
4. Diverse redacteuren: "100 jaar telefonie", Staatsbedrijf der PTT, 's-Gravenhage, 1981.
5. US Federal Communications Commission: Notice of Inquiry, adopted Jan. 13, 1982. FCC, Washington DC.
6. W.C. Jakes (ed): "Microwave Mobile Communications", John Wiley & Sons, New York, 1974.
7. G.B. Knouse (chairman): "The Emerging Need for a Land Mobile
Satellite Terrestrial System", Session 30 (6 papers), Proc. National Telecommunications Conference (NrC '79), Vol. 2, Washington, DC, Nov. 27-29, 1979.
8. J. Arnbalt: "Protection of Radio and Satellite Communications", Tijdschrift van het Nederlands Elektronica- en Radiogenootschap, deel 47, 1982, pp. 155-163.
9. A.T. Alper and J.C. Arnbak: "Capacity Allocation and Reservation in Common-User Satellite Communications ·Systems with a Reconfigurable Multiple-Beam Antenna and a Nonlinear Repeater", IEEE Trans. on Communications, Vol; CaM-28 , pp. 1681-1692, Sept. 1980.
10. F. Kuperus and J. Arnbak: "Packet Radio in a Rayleigh Channel", Electronics Letters, pp. 506-507, 10th June 1982.
11. J. Fronczak: "Data Communications in the Mobile Radio Channel", EUT-Report (to be published), TH Eindhoven, 1983.
16
-1.2
GEBRUIK VAN HE'r MOBIELE RADIOKANAAL
Ir. S.H.L. Herman Hoofd van de Radiocontro1edienst
De Radiocontroledienst 15 de instantie in Nederland belast met: - de ordening van het frequentlegebruik;
- het treffen van maatregelen ter voorkomlng van radiofrequente sto-ring;
- het bevorderen van immuniteit.
1.
Ret gebruik en de indeling van het frequentiespectrum is mondiaal geregeld in de Radio Regulations van de I.T.U.
In deze Radio Regulations is o.a. oak de z.g. Frequentietabel op-genomen.
Deze tabel geeft de indeling van het frequentiespectrum (9 kHz -400 GHz) weer.
Deze indeling gaat uit van de diverse radiodiensten, waarvan de mobiele radiodiensten deel uit maken.
De Mobiele Radio Service is onderverdeeld in drie specifieke dien-sten: de maritiem-mobiele radiodienst, de aeronautisch~mobiele
radiodienst en de land-mobiele radiodienst.[1]
De frequentiebanden voor de landmobiele radiodienst zijn hoofdza-kelijk ondergebracht in het VHF en UHF gebied.
Totaal is in dit gebied ongeveer 100 NHz beschikbaar, verdeeld over de 40, 80, 150, 450 en 900 MHz-band.
RRS-60 Region J 75.2 - B7.S FIXED MOBILE except aeronautical mobil .. '6S-~m 572 575 578 MHz 75.2 - 88 Allocation to Services. Region 2 7S.2 -75.4 FIXED MOBILE 571 572 75.4 -1~ FIXED MOBILE 76-83 BROADCASTING Fixed Mobile 576 Region J I 75.4 - B7 FLXED MOBILE
I
I
jon", m
579,
Fig. 1 Fragment uit de Frequentietabel
wereldoorlog een sterkere groei ging vertonen, zagen de "Regu-lators" zion genoodzaakt !TIeer systematiek in het frequentie-toe-wijzingsbeleid te brengen, teneinde aan de toenemende vraag naar communicatiekana1en het hoofd te kunnen bieden.
In internationaa1 verband is, !TIet name in het CCrR en de CE?T,
veel studie verricht op dit gebied met als resultaat een reeks geharmoniseerde modellen welke als uitgangspunt kunnen dienen voor een verdere, nationale, invulling.
Nederland wordt in het Westen en in het Noorden begreusd door zee en in het Oosten en Zuiden door resp. Duitsland en 3elgie. Deze situatie geeft direct a1 een aantal consequenties en re-stricties La.v. de toe te passen frequentieplanning. [ 2 J
18
-2. SITUATIE HEDEN Nationale situatie
Het huidige machtigingen- en frequentie-uitgiftebeleid is geba-seerd op "Het frequentieplan civiele landmobiele diensten
(1973)"
waarvoor m.n. de navolgende uitgangspunten zijn gekozen:2"1. Huidige modulatievormen
Voor de civiele mobiele communicatie zijn een beperkt aam;al modulatiemethoden tot dusver gebruikelijk; AM, FM en SSB elk met hun verschillende eigenschappen.
Europees wordt op dit moment de FM het meest toegepast met een freq'~entiebeslag van 14 en 16 kHz. De zenders worden dan ge-plaatst een ter van 20 respectievelijk 25 kHz. Een minder opvallend verschil, vaortvloeiend uit de diverse modu-latiemethoden, maar niet minder belangrijk is de mate waarin een ontvanger een gewenst signaal zander antaelaatbare storing kan ontvangen in de aanwezigheid van een ongewenst signaal, met name op de ontvangfrequentie.
Het onderscheid in amplitude, tussen een+ge~enst signaal en een ongewenst signaal, dat een ontvanger nodig heeft om een accept-tabel gedetecteerd signaal te kunnen produoeren, :lient in de be-schouwing ts worden betrokken.
Deze protectieverhouding nu, is tevens afhankelijk van de toege-paste modulatiemethode.
Hieruit blij~t meteen dat de meest optimale modula:iemethode niet zonder meer wordt gegeven door de methode met het gering-ste frequentiebeslag.
Het optimum moet gezocht worden een afweging tussen de hoeveel-heid beschikbare !canal en en de ,Ii jze waarep de frequen ties her-haalbaar zijn.
2.2.
Deze is gebaseerd op de Brusse~overeenkomst 1963.
Een groot deel van het beschikbare spectrum is ilerdeeld in zgn. frequentieblokken van ieder 37 kanalen. Voorts is middels e~n
theoretisch netwerk de geografis'~he distribu';ie van daze ka,1alen vastgelegd.
uitgangs-punt en hebben door een geschikte cOc:1binatie van kanalen, waar-bij in beginsel met intermodulatieaspekten rekening is gehou-den, geleid tot het zgn. honingraatplan, waarmee r:let 37 kana1en
4 x j + 1 rest kanaal), 4 landelijke bedekkingen zijn te realiseren.
Tevens zijn mede op baSis van de Brusselovereenkomst en CEPT
recommandaties normen vastgesteld t.a.v. de toe te passen zend-vermogens en antennehoogten.
Fig. 2
banden 156-1 en
460-470 Mgz
20
-De propagatie-eigenschappen verschillen per band nogal:
de lag ere bandenhebben een grotere reikwijdte, doch daar staat tegenover dat de invloed van man-made noise ook groter is dan bij de hogere frequentiebanden.
Met de antennehoogte en het zendvermogen als parameters heeft men echter de grootte van het werkingsgebied goed in de hand. Hierdoor wordt "frequentieherhaling" mogelijk.
2.3. Technische eisen
Na de vascstelling van de frequentieplanning vloeien uit het model een aantal eigenschappen voort die de apparatuur dient te bezitten om in het gekozen model te kunnen functioneren en om aan de overige radiogebruikers geen radiostoringen te ver-oorzaken.
Omdat in Europa het frequentiegebruik sterk is geharmoniseerd, is het ook mogelijk geweest binnen de samenwerkende Europese post- en telecommunicatieadministraties te komen tot een aanbe-veling voor de te stellen technische eisen en daarbij te hanteren meetmethoden waarbij de inhoud van zo'n eisenblad mede bepaald wordt door de positie die andere radiodiensten in het frequentie-spectrum innemen. De voordelen van een dergelijke Recommandatie zijn tweedelig:
- omdat veel Europese administraties zich ernaar rich ten kan de industrie zich richten op de Europese markt;
- er komen op deze manier in ieder land meer apparaten beschik-baar die overeenstemmen met de nationale specificaties, waar-door er een gratere keuzevrijheid ontstaat voor de gebruikers. De Nederlandse administratie richt z1ch zo veel mogelijk naar deze aanbeveling, een CEPT-Recammandatie die tot voor kort de aanduiding T/R17 droeg, maar die sinds kart is omgedoopt in T/RA-24-01.
[3J
2.4. Verkeersafwikkeling
Uitgaande van het feit dat de communicatiebehaefte veel grater is dan het beschikbare aantalfrequenties is gekazen voor het sharingsmodel d.w.z. meerdere gebruikers in een zelfde geogra-fisch gebied maken gebruik van dezelfde frequentie. Teneinde
de kanaalbenutting ze optimaal mogelijk te laten plaatsvinden is vergaande etherdisoipline vereist. Factoren welke hierop
invloed hebbe:l zijn : ge~;lidde~de berichtslengte'l van
berichtgeving, ligging van het drukke llur, gebruiksdoel en ':let beschikbaarheidsnut.
Teneinde de etherdiscipline veel mogelijk te bevorderen gekozen voor een comhinatie "va.n gebruik met ovareel1komsti!lft ken-marken t.a.v. bovengenoe::,de aspekten. Planmatig zijn frequentie bestemd voor gebruikersgroe pen zoals Ac;,bulance, Brand\veer, NS, Openbaar vervoer, Taxi, Handel en Ir~dustrie (cii verse gaslo ten net-ten) etc.
het frequentiedistributieplan gebaseerd is
op een theeretisch netwerk, waarvaneen lineaire verdeling van de
frequent ovar een bepaald geografisch gebied is uitgegaan,
moet geconstateerd worden dat het huidige frequentieplac onvol-doende aansluit bi,; de diversiteit in de behoefte per regia.
~liddels tal van detailplannen erc ad hoc :r.aatregelen moeten thans
frequenties w~den toegewezen in concen~ratiegebieden zoals Rijn-mond, 's-G:-aven'lage e.o., Schiphol, Amsterda:n etc
Een tweede knelpunt vormt het sharingsmodel.
Naarma te meer gebruiri: op een zelfde frequentie moet "lOrden a fge-wikkeld neemt de stagnatiekans voor de individuele gebruiker toe; de etherdiscipline komt in gevaar. Een gevolg is dat het
gebruiri:s-afneemt. Ook dit aspekt doet zich het sterkst gevoelen in
de genoe~de concectratiegebieden.
Teneinde aan genoemde problemen enigermate tegemoet te komen, wor-den frequentietoe\1i~zingen gebaseerd op gegevens omtrent de
fei-telijke verkeerslast middels het verrichten van verkeersmetingen. meer fundamentele aanpak kan slechts worden verkregen door het realiseren van il'"fras true turele voorzie~ingen waarin dyna-mische frequentiecoewijzing en/of frequentiebesparende
22
-4" TOEKOMSTVISIE
4.1 •
• 1.1. Techniek
Verwacht wordt, dat landmobiele radioco:nmllnicatiesystemen zich zullen ontwikkelen in de richting van:
a. Optimaliseren van de toegang tot het spectrum b. Efficientere kanaalbenutting
Tot de eerste categorie horen methoden welke het mogelijk maken dat meerdere gebruikers van dezelfde frequentleband gebruik ma-ken, zoals:
FDMA b.v. kanaalbundeling (TltrunkingTl), dynamische frequentie-toewijzing.
SDHA b.v. systeemopbouw, gebaseerd op kleine werkingsgebieden ("small cell systemsTl).
TDMA b.v. Ret op georganiseercle wijze toekennen van standaard-tijdsleuven aan gebruikers (b.v. "slotted ALOHA") Tot de tweede categorie horen:
Broncodering d.w.z. het (veelal digitaal) cocleren van de over radio te verzenden informatie, teneinde een reductie van de redundantie daarin te bewerkstelligen.
B.v.
statusmeldingen, uitwisseling ~an datatelegrammen welke gecodeerde tekst bevatten en in de wat verdere toekomst vocoder-signalen met lage bitsnelheden.- Versmalling van een analoog gebruikt radiokanaal d.m.v. toe-passing van vormen van SSB b.v. ACSB, LINCOHPEX, etc.
- Versmalling van een voor transmissie van digitaal gemoduleerde signalen gebruikt radiokanaal d.m.v. het invoeren van geavan-ceerde modulatiesoorten, zoals TFM, GMSK, 4L-FSK, vormer, van PSK, etc.
4.1.2. Gebruik
Nieuwe diensten in de sector mobiele radiocommunicatie komen a.m. als gevolg van kantoorautomatisering in beeld.
Het gaat hier om verruiming van de mogelijkheden VOar het ver-zenden van veelal niet-analoge vormen va'l infor::;atie, b.v.
informatiauit databanken, electronic mail, digitaal gecodeerde spraak. In tet algemeen kan deze verruiming worden gezien paral-lel aan een ISDN voor draadgeb~nden cocm~nicatie.
Niet aIleen het aantal dienste'l zal worden uitgebreid, ook een heroverweging van de gewenste "grade of·service" zal aan de orde komen:
~e ReD 2.al streven naar groei.
tar spectrumgebruik i.v.m. de verwachte
Gabruikers zullen of service.
het algemeen streven naar een batere grade
4.2.
~e eerder genoemde basisprincipes vaor regeling zijn
apparatuur-eise~ en voorwaarden voor de wijze van gebruik,
Veelal maken ontwikkelingen in de techr.iek en in de maa~schappij
aanpassing 1Tan eisen en lToorwaarden noodzakelijk.
Daze Eullen volgen op signalen vauuit de gebruikerswereld en in principe zo weinig mogelij gevolgen mogen hebben voor bestaand gebruik.
Rekening dient gehouden te worden met:
- juridisch model voor de centrale beheerseenheden inclusief deelnameverplichting.
compatibiliteit van nieuwe apparatuur met toekomstige systernen; compatibiliteit vah systernen onderling.
- mogelijkheden tot gemeenschappelijk gebruik van radiokana~eti
("sharing") afhankeli.,ik van de te genererer. net to verkeers-last.
- stationsidentificatie
- iozich t het door de gebruiker naleven van de
macntigings-voor.."/aarden.
- stimuleren van innovat=,es op gebied van landmcbiele radioc;)mmuni-catie.
24
-~ vergelijking herhalingsafstanden van datanetten met die van conventionele netten.
5. AFWEGINGEN VAN DE OVERHEID C.Q. DE REGULERENDE INSTANTIE 5.1. Communicatie met belanghebbenden
Gezien de onderlinge relatie en afhankelijkheid tussen ontwikke-lingen in de industrie en die binnen de regulerende instantie, lijkt frequent over leg voor de hand liggend. Dat een dergelijk overleg soms pas na de beginfase van een ontwikkelactivitelt plaatsvindt, moet worden voorkomen.
Een bundeling van belangen vanuit gebruikers, handelaren en fa-brikanten zou het mogelijk maken om ten aanzien van dit probleem een goed "communica"::ieprotocol" in te stellen, waardoor indu-striele ontwikkelingen en gebruikerswensen tijdig ingepast kun-nen worden in het overheidsbeleid ten aanzien van de mobiele radiodienst. [4]
5.2. Frequentieverdeling in Nederland
Nationale, maar ook internationale afspraken hebben in het verle-den aanleiding gegeven tot het instellen van een nationale fre-quentieverdeling.
Een aantal politieke keuzes zijn indertijd gedaan, tia.v. de ver-deling van het radiospectrum tussen de verschillende diensten (o.a. omroepmobiele dienst, amateurdienst etc.). Ret is de vraag of, gezien de stand van zaken op dit moment, deze keuzes niet moeten worden herbezien. Vraagtekens kunnen, qua intensiteit van het spectrumgebruik, gezet worden bij de verdeling van radio-spectrum tussen omroep- en de landmobiele dienst. Eventuele her-verdeling is echter een politieke kwestie, waarbij de
ReD
argumen-ten kan leveren van technisch- ad~inistratieve sard, liefst ge-steund door belangengroepen uit de gebruikerswereld.[5] [6 ]
CCIR CEPe' , G'iz VHF UHF SSB ACSB LINCOlC:PEX 4L-FSK PSK
I~ternational TelecoMmunication Union
International des
om;r;urrica ti OTIS
Co~f~rence Europ~enne des
Administra-des Postes et des
T'l~communica-tio~s
kiloherz, , gigaherz
Very High Frequencies
High Frequencies
Amplitude ModQlatie
Frequentie Mod~latie
Sing1e Side
Amplitude Companded Side Band
CO::lpressor Expandor Tailed Freque ncy Moch' .,.a ti on
Gaussian filtered Minimu~
Four level Frequency Shift Shift Keying
Integrated Service
Frequency sion "bltiple
Space Division tiple Ascess Time Divisio~ Multiple Access
- 26
-1. INTERNATIONAL TELECOl~M1JNICATION UNION "Radio Regulations"
Geneve, 1982 2. PANNELL, W.M.
"Frequency Engineering in Mobile Radio Bands"
Granta Technical Editions in association with Pye Telecom-munications Ltd.
Cambridge, '979
3. RADIOCONTROLEDIENST
"Technische eisenbladen", diverse uitgaven. 4. HARVEY J. LEVIN
liThe Invisible Resource", Use and Regulation of the Radio Spectrum.
The John Hopkins Press. Baltimore and London
5. WILEY, R.E.
"Competition and deregulation in telecommunlcations: the American experience".
Uit: Kommunikation ohne ~Ionopole, blz. 31-50 Nomos Verlagsgesellschaft, Baden-Baden, 1980
6. Anon.
"Mobile Radio - The Case for Urgent Action"
An independent report commissioned by the Electronic engineering Association.
Pa:;te.l. ,Pit 80mputers and Teleco:nmunications; Rochester House, 33 Gre:fcoa t Stree t, London SW1P2Q,F
Eft'ICIBNTB ltANAAL'l'OElfIJZING IN DB LAI!IDI!I08IELE COMMONlCATIJIDIEIIS'I.'EN VOOR BESLO'I'EN GEBRUIK.
Ing. M. van Beveren - Hoofddirectie Technische Zaken PTT -Beleids-adviesgroep- Lange Termijn Verkenning Technische Ontwikkeliogen.
1 • INLEIOING
Door de miniaturiserlng' van electronische apparatuur ontstaan tal van toepassingsrnogelijkheden voor mobiele radiocornrnunicatie. Deze ontwik-keling geldt zowel landelijk als internationaal, maar ook plaatselijk in gebieden met grote verkeersactiviteit. Verwacht wordt dan ook dat de voor een deel nog latente behoefte aan.rnobiele cornrnunicatie syste-men zeer groot is. Met name in gebieden met grote activiteit kan dit leiden tot hoge gebruikersdichtheden.
V~~r welk gedeelte de potentiele zakelijke markt in deze gebieden kan worden gerealiseerd, is afhankelijk van de voor deze toepassingen be-schikbare frequentie ruimte, het efficient gebruik daarvan en de prijs - prestatie verhouding van de geboden diensten.
In deze bijdrage worden na enige opmerkingen over verkeerssoorten de algemene structuur van dispatchnetten vooe besloten gebruik besproken,
alsmede meervoudige toegangsmethoden tot de radioweg.
Vervolgens woedt ingegaan op de noodzaak van geautomatiseerde kanaal-toewijzingstechnieken die een efficient gebruik van het radiofrequen-tiespectrum combineren met een hoge kwaliteit van de dienstverlening t.h.v. diverse gebruikersgroepen.
2. VERKRERSSOQRTEN
Afhankelijk van de toepassing ontstaan verschillende verkeerssoorten als gevolg van verschillen in gebruikerseisen. Zo wordt bijv. veor het besturen van een vloot taxi's de eis gesteld dat het systeem in zeer Korte toegangstijden voorziet (bijv. 0,5 s). De gemiddelde houdtijd van de verbinding is bij dergelijk gebruik doorgaans ook kort (bijv.
- 28
-Tal van toepassingen in gebieden met hoge activiteit, zoals havenge-bieden en luchthavens leiden tot soortgelijk verkeer dat gewoonlijk wordt aangeduid met dispatch verkeer.
In principe is het bedekkingsgebied voor dit verkeer beperkt tot de actieradius van de activiteiten die door mobiele radiocommunicatie worden ondersteund.
In fig. 1 zijn op de horizontale as enkele markante afstanden aangege-ven die veo! specifieke toepassingen van belang kunnen zijn. Naast be-. sturing op afstand is er het veel bredere toepassingsgebied van spraak en data.
Hoewel een verschuiving van spraak naar data onder invloed van de (kantoor)automatiseting van tal van operationele bedrijfsprocessen op handen is, blijft voor diverse toepassingen binnen zichtafstand, in die gevallen waarin de gelijktijdigheidsbeleving een rol speelt, de spraakverbinding een belangrijke communicatievorm.
GELIJKTlJDIGHEIDS-8ELEVING
I
,~I
, NATIONAAL EN INTERNATIONAAL
SPRAAK EN DATA DPENBARE LANDMDB. COMMUNINICATJE
SPRAAK
,VERSCHUIVING NAAR DATA
II
,..--_ _ _ _ _ _ _ . L -_ _ _ _ _ _ _ _ - - - ,
NATIONAAL
iMENS MACHINE COMM:
c.n.
AUT. BESTURING
ARM- GEHODR-BEREIK AFSTAND ZICHT-AFSTAND
FIG.l
- .. AFSTAND ACTIERADIUS APPLICATIE-PROCESSENNaast de z.g. gesloten netten voor dispatchverkeer, het onderwerp van deze bijdrage, is er de openbare landmobiele communciatiedienst. Deze dienst voorziet in nationale c.q. internationale systemen voor spraak en data die geschikt zijn voor verkeerssoorten vergelijkbaar met die van het openbare geschakelde telefoonnet. Deze landmobiele communica-tiedienst kan als een verlangstuk van de openbare telefoondienst wor-den beschouwd. In hoofdstuk X.X wordt aandacht besteed aan de natio-nale en internationatio-nale ontwikkeling van deze dienst gezien vanuit de Nederlandse situatie.
3. DE ALGEMENE STRUCTUUR VAN EEN GESLOTEN NET VOOR DISPATCHVERKEER T.B.V. DIVERSE GEBRUIKERSGROEPEN
De algemene structuur van een gesloten net voor dispatchverkeer t.b.v. diverse gebruikersgroepen is in fig. 2 aangegeven. (1)
CP CP CP
INFRA-STRUCTUUR
MSl
MS~~MS~
1 BS~
3 MS ~ 2 T liS Ms--z.-~
IL
4 l--z...~ I Y MSNB~ ~
ZFIG.2
De infrastructuur omvat transmissie-, schakel- en processingfuncties waarmee een of meer (1 tim k) vaste posten (CP) via een of meer (1 tim n) basisstations (BS) selectief kunnen worden doorverbonden met indi-viduele mobiele stations (MS). Elk basisstation beschikt over mini-maal een radiokanaal. Oak kunnen twee mobiele stations via het basis-station onderling worden doorverbonden (relais-verkeer). In de rege1 wordt two-frequency simpleK toegepast. Het systeem kan oak processoren bevatten t.b.v. aller1ei faciliteiten zoals b.v. data ops1ag, a1smede de nodige interface apparatuur.
4. MEERVOUDIGE TOEGANG TOT DE RADIOWEG
veor het meervoudig toegankelijk maken van een gegeven frequentieband d.w.z. het opsplitsen in een aanta1 radiokanalen waarin zonder onder-linge storing verkesr kan worden afgewikkeld, kan men een drietal basisprincipes onderscheiden, n1:
30
-FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) COMA (Code Division Multiple Access)
COMA en TDMA komen nagenoeg uitsluitend voor digitale signaalover-dracht in aanmerking. Bij CDMA wordt elk radiokanaal gekenmerkt door een bewerking van het digitale signaal met een codesignaal. Alleen een ontvanger die dit specifieke codesignaal kent, kan het oorspronkelijke signaal terugwinnen. De signalen uit andere radiokanalen worden daar-bij als ruis gelnterpreteerd. Men spreekt van orthogonale codering. Deze CDMA-systemen, die deel uitmaken van de z.g. 'Spread Spectrum Systemen", hebben dlls als eigenschap dat de mogelijkheid tot geheim-houding inherent is aan de methode.
Deze methode wordt vnl. toegepast in militaire systemen en vereist vrij complexe apparatuur. Tot nu toe bekende experimentele systemen blijven uit een oogpunt van spectrumefficiency achter bij systemen ge-baseerd op FDMA of TDMA. Voor toepassing in civiele diensten bestaan geen hoge verwachtingen.
TDMA, een methode waarbij per radiokanaal een bepaalde tijdsleuf wordt, toegewezen, is zeer geschikt vocr sate11ietcommunicatie in verband met het vermogenbegrensde karakter van deze systemen.
De relatief cornplexe randapparatuuf kan gerealiseerd worden door toe-passing van rnicro-e1ektr0nische bouwstenen. De toepassing van TDMA v10eit vocrt uit de toenemende trend tot digitalisering op het gebied van schakelen en transmissie en biedt dan oak mogelijkheden voor de toepassing van diverse andere digitale technieken, zoals bijv. die voor bandbreedtereductie en geheimhouding. De verwachtingen voar de toepassing van deze methoden zijn gunstig te noernen. Bij landrnobiele communicatie is de netto bitsnelheid echter beperkt ter vermijding van een te hoge bitfoutenkans door meerwegeffecten.
Voar dispatchsystemen wordt de methode uit kostenoverwegingen voorals-nog niet toegepast.
FDMA, de oudste methode, waarbij per radiokanaal een bepaalde band-breedte wordt toegewezen, wardt tot op heden algemeen toegepast in de landrnobiele dienst, met FM als '1lOdulatiemethode. Toej:)assing van de minder bandbreedte vergende EZB-rnodulatie heeft evenals andere analoge rnodu1atiemethoden als nadeel dat deze rninder goed past in de trend tot digitalisering.
Ook voar dispatchnetten is FDMA, mede utt kostenoverwegingen de aange-wezen methode.
5. METHODEN VOOR DE TOEWIJZING VAN RADIOKANALEN
Naar.mate de toepassing van landmobiele radiocommunicatie groeide, ont-stand er behoefte aan toewijzingsmethoden voor radiokanalen die beter aangepast zijn aan het gebruik.
In fig. 3 is in de volgorde A tot en met D een beknopte aanduiding ge-geven van de ontwikkeling van deze methoden.
Bij de oorspronkelijke methode worden radiakanalen vast toegekend aan individuele of groepen gebruikers. (A) De toewijzing vindt plaats aan de hand van bepaalde in een machtigingsbeleid vastgelegde criteria die et op gericht zijn het gebruik te beperken tot het meest noodzakelij-Ite. Na het onstaan van schaarate ala gevolg van de grate vraag naar machtigingen is de zogenaamde methode van "sharing" van transmissie-capaciteit gevolgd (B), dat wil zeggen bepaalde radiokanalen worden toegewezen aan meer dan
een
machtiginghouder, waatbij zo mogelijk gebruik wordt gemaakt van geografische scheiding.ASSIGNMENT
FIXED
DEMAND
EXCL.
A
CI
SHAREDB
DFIG.3
Van de gebruikers wordt daarbij een zekere discipline gevraagd bij het openen en aanhouden van een verbinding.
Hoewel door "sharing" het efficient gebruik van de radiokanalen wordt vergroot, zal echter ten gevolge van het doorgaans ontbreken van enige vorm van beurtbemiddeling, de "grade of service" dalen (stagnatiekans en/of wachtkans nemen toe) naarmate de verkeersintensiteit toeneemt. Verder mist men door het ontbreken van een gebruikstadef de regule-rende werking op het gebruik ten gevolge van een marktmechanisme.
32
-Verwacht wordt dat bij de toenemende vraag naar radiocommunicatie ten behoeve van mobiele gebruikers deze werkwijze op lange termijn geen oplossing kan bieden vooe:
een efficient gebruik van het spectrum;
kwalitatief hoogwaardige mobiele communicatie, vergelijkbaar met de kwaliteit van communicatie tussen vaste punten.
Een verschuiving naar de werkwijzen C c.g. D lijkt dan ook noodzake-lijk. Bij methode C wordt voor de duur van het gesprek e.g. sessie een radiokanaal toegewezen (circuitswitching).
Bij methode D wordt een kanaal slechta vooe de duur van aetieE gebruik toegewezen. Dit wordt weI met packet radio (4) of transmission
switching aangeduid.
Deze methoden openen de weg tot een dynamische toewijzing, dat wil zeggen in een geoptimaliseerde vorm zal elk vrij radiokanaal van een technisch systeem op elk gewenst tijdstip aan een willekeurige gebrui-ker kunnen worden toegewezen. Deze werkwijze laat zich slechts door een geavanceerde technische automatisering optimaliseren.
De daarvoor benodigde infrastructuur kan aIIerlei faciliteiten bieden, zoals snelle bereikbaarheid van de gebruiker of groepen van gebrui-kers, automatische beurtbemiddeling, bescherming van de privacy, prio-riteiten, etc ••
Oak behoort het belasten van het ethergebruik tot de mogelijkheden. Tenslotte kan door monitoring statistische informatie worden verkregen ter optimalisering van een efficient spectrumgebruik en van de kwali-teit van de dienst.
6. METHODEN VOOR DE VERHOGING VAN EEN DOELMATIG SPECTRUMGEBRUIK (3) AEhankelijk van de intensiteit van het aangebodenverkeer is voor de afwikkeling daarvan een bepaaid aantal radiokanalen nOdig.
Aangenomen wordt dat dit verkeer afkomstig is van een oneindig aantal verkeersbronnen met exponentieel verdeeide inter-arrival times (ta) en exponentieel verdeeldp houdtijden (th), (ate fig. 4).
I t
Eth~
·
m1
FIG.4Het aantal radiokanalen nodig om dit verkeer te verwerken, meet vol-doende groot zijn om in het zogenaamde drukke uur de kans dat aIle ka-nalen bezet zijn voldoende klein te houden.
Met onderscheidt voor de afwikkeling twee mogelijkheden die schema-tisch in fig. 5 zijn aangegeven, namelijk:
- verliesverkeer met een bepaalde stagnatiekans B - weehtverkeer met een bepaalde wachtkans P
(>
t)Bij de eerate methode wordt een binnenkomende oproep die niet kan wor-den doorverbonwor-den omdat aIle radiokanalen bezet zijn (stagnatie) als verloren beschouwd (verliesverkeer).
Er wordt aangenoemen dat in het achakelnetwerk geen interne blokkering optreedt, zodat de radiokanalen ala een volledige toegankelijke bundel kan worden beschouwd.
Bij een gegeven aantal radiokanalen (N) en het aangeboden verkeer A (Erlang) voIgt dan de stagnatiekans a uit de Erlang a-formule (3).
KANAAl BUNDELING
AA VE A NGEBODEN RKEER RLiESVERKEER VE M KA (E ET STAGNATlE-NS B% RLANG BI VERWER SCHAKEl VERKEER KT AU-B/100) NETWERK ( N RADIDKAN.'==n
--
---
WACHTVERKEER----
MET WACHTKANS P(>t)--
(ERLANG-C) ~ --WACHTYELD (00-LANGI
FIG.5
aij de tweede methode wordt het niet onmiddelijk verwerkbare verkeer in een wachtveld geplaatst (wachtverkeer). Bij een oneindig lang wachtveld wordt aIle verkeer verwerkt bij een wachtkans P
(;>
t). Deze kans kan worden bepaald met behulp van de Erlang-C formule (3). In de praktijk beeft men ala gevolg van een beperkt wachtveld met &en mengvorm van wacht- en verliesverkeer te maken.34 -VERKEEB (EBLANG)
FIG.6
f
1 7 5 4 3 2 STAGIATlEIlAIS 8=18' 8 ~~ __ ~~~~ __ L-~ _ _ ~ _ _ L-~~'It"
t
10 70 &0 50 48 30 28 10o
8 2 3 4 5 I 7 • 9 " AMTAL KAIAlEN-NKAIAAl RENDE MElT
STA61ATlElAIS
8:1.'
FIG.1
ZOIDER BUIDELlIG 0 2 3 4 5 I 7 1 9 mAANTAL KAIALEN -
N
De vernoging van het 10elmatig gebruik van het radiofrequentiespectrum t.o.v. vaste exclusieve toewijzing door toepassing van de in het voor-gsande besproken kanaalbundeling (trunking), waarbij ean radiokanaal op verzoek wordt toegewezen (demand assignment) is in fig. I; in beeld gebracht.
Bet toelaatbare verkeersaanbod in Erlang is uitgezet als functie van het aantal kana len voor de gevallen met en zonder kanaalbundeling. Als voorbeeld wordt uitgegaan van een verliessysteem waarbij een stagna-tiekans van 10% wordt toegestaan. Bij 10 kanalen is dan het toegestane verkeersaanbod met kanaalbundeling 7.5 ~rlang. Zonder kanaalbundeling, dua vaste excluaieve toewij~ing, blijft het aangeboden verkeer beperkt tot 1,1 Erlan'l.
In fig. 7 is voor beide gevallen het kanaalrendement als functie van het aantal kanalen uitgezet. Bij 10 kanalen met bundeling wordt een kanaalrendement van ca. 67% bereikt. Zonder bundeling blijft het ren-dement onafhankelijk van het santal kanalen slechts gelijk aan 10%.
7. SYSTEF.MINTEGRATIE EN -BEHEER
In fig. 8 is een principescbets gegeven van een geautomatiseerd geslo-ten net waarop verschillende gebruikersgroepen kunnen worden aangeslo-ten. De central control voocziet in een processor, een schakelrnatrix, data opslag faciliteiten en intereace apparatuur. Het systeem heeft de beschikking over N verkeerskanalen. Ten behoeve van de verbindings-opbouw wordt gebruik gemaakt van verkeerskanalen die op dat moment vrij zijn of van een of meer vcor dit doel gereserveerde organisatie-kanalen.
De wijze waarop gebruikersgroepen van verschillende bedrijven worden aangesloten op het systeem kan worden afgestemd op grootte en organi-satieVOClQ lIan die bedrijven.
Ben der aangesloten terminals dient als monitor voor het technisch functioneren van het systeem. Via een andere terminal heeft de systeembeheerder toegang tot het systeern en kunnen de nodige adrnini-stratieve gegevens worden ingevoerd.
'"
~~
j
ORGANISATIE-KANAAl ICONTROL-CH) 36-I
CENTRAL
CONTROL
CVASTE POSTEN 1 tim k GEBRUIKERSGROEPEN FIG.8
~
/
MANAGER's TERMINAL TECHNICAL TERMINALOf voor de verbindingsopbouw een apart organisatiekanaal worat gekozen hangt aE van het aantal verkeerskanalen N. Is dit Kleiner dan Cd, 7,
(mini-trunking) dan wordt het uit een oogpunt van spectrumgebruik min-dec gewenst een apart organisatiekandal te kiezen. De toegang kan dan op elk der verkeerskanalen plaats vinden (non-dedicated control channel).
Daar echter verwacht wor1t dat gelntegreerde systemen in de toekomst met enige tientallp.n radiokanalen zullen werken, zal in het volgende een apart organisatiekanaal worden verondersteld (dedicated control channel) •
Voor de top.gang tot net organisatiekanaal zijn in de loop dec jaren verschillende procedures ontwikkeld. In fig. 9 is hiervan een globaal overzicht gp.geven. De toegang (accees) tot het organisatiekanaal ~an
Het eerste geval kan slechts worden toegepast als relatief weinig ge-bruikers veel verkeer genereren en is dus voar dispatchverkeer niet geschikt. Voor een groat aantal mobiele stations die elk slechts wei-nig verkeer opleveren is random access (RA) de aangewezen werkwijze. Deze werkwijze is bekend ala ALQaA, een systeem vaor remote computer access via radio van de Oniversiteit van Hawaii (S}.
Oe kans op botsende oproepen die kenmerkend zijn voor deze werkwijze, neemt toe naarmate de oproepfrequentie hoger wordt en/of de oproepduur langer. Bij non-controlled RA leidt deze werkwijze al snel tot insta-biliteit als gevolg van een cumulatie van herhaalde op~oepen. Zo is bij pure RA, d.w.z. de oproepen kunnen op elk willekeurig tijdstip plaats vinden, het maximale kanaalrendement ca. 19%. Door toepassing van slotted RA kan het kanaalrendement worden verdubbeld, omdat de kans op botsingen wordt gehalveerd.
TOEGANG (ACCESS) TOT ORGANISATIEKANAAL
A
RANDOM (R.A,) FIXED
NON-CONTROLLED R.A.
A
PURE R.A. SLOnED R.A.
CONTROLLED R.A. BINARY SEARCH PROCEDURE FIG.9 DYNAMIC FRAMElENGTH CONTROL
38
-Door de toepassing van controlled RA kan de kans op instabiliteit aan-zienlijk worden verkleind. Specifieke methoden zijn de Binary search Procedure en Dynamic Framelength Control (1).
In fig. 10 is een mogelijke verbindingsopbouwprocedure, behorende bij een door een mobiel station geinitieerde verbinding - voor het geval van pure RA - in beeld gebracht.
De aanvragen 3 en 4 mislukken door botsing. In het geval dat het vaste station tijdsynchronisatie signalen zou uitzenden (links in fig. 101 t.b.v. de mobiele stations, zouden de~e aanvragen in opeenvolgende tijdsleuven ongestoord zijn ont'Tangen. nit is niet het geval voor op-roepen die binnen eentijdsleuf worden gelnitieerd.
MOBIEL GEINITlEERD
CENTRALE ONTV. ZENDT SPRAAKKANALEN
BEGIN GESPREK AANVRAAG 3 AANVRAAG 4
FIG.10
1 2-
-3 4 5 6 7-
-I
In een praktisch systeem zal beha1ve de statistische oproepveedeling ook de veldsterkte verdeling een rol spelen waardoor de gevolgen van een botsing tussen twee of meer oproepen niet altijd tot het verlies van aIle overlappende oproepen behoeft te leiden, e.e.a. afhankelijk van de gekozen modulatiemethode en de optredende signaal/stoor-verhou-ding (4).
Hierdoor kan het kanaalrendement hoger uitvallen dan op grond van het pure RA-model mag worden verwacht.
8. TOEKOMSTPERSPECTIEF
De snalle ontwikkeling van gesloten netten ter ondersteuning van a11er1e1 bedrijfsactiviteiten leidt bij vaste exclusieve toewijzing van radiokana1en in concentratiegebieden tot ernstige congestieproble-men.
Het zijn deze problemen die de aanzet hebben gegeven tot de integratie van deze netten in geautomatiseerde systemen. Met deze automatisering kan men verwachten dat niet aIleen het probleem van de schaarste aan-zienIijk kan worden verlegd, maar dat in toenemende mate vooe vele be-drijven c.q. instanties mobiele communicatie een wezenlijk deel kan gaan uitmaken van de operationele bedrijfsvoering.
oit zal gepaard gaan met een verschuiving van telefonie naar data-communicatie.
Hoe de integratie van de huidige gesloten netten in een toekomstige infrastructuur zal verlopen, is afhankelijk van de ontwikkeling van de specifieke gebruikerseisen en de verkeerssoorten die daaruit voort-vloeien naar aard en omvang.
Enerzijds is er het openbaar mobiele communicatienet dat eveneens data-faciliteiten biedt, anderzijds de in deze bijdrage behandelde netten vooe dispatchverkeer. Verwacht wordt dat een deel van het hui-dige besloten verkeer qua soort uitstekend past in het openbare net. Een ander deel, vnl. met een dispatch-achtig verkeersgedeag past echter bater in de beschreven geautomatiseerde systemen, waatop verschil1ende gebruikersgroepen kunnen worden aangesloten. Vootal in gebieden met hoge gebruikersdichtheden, zoals b.v. op luchthavens, havengebieden e.d. ligt de toepassing van deze systemen voor de hand. In grate steden kunnen op dergelijke systemen b.v. taxibedrijven wor-den aangesloten. Een belangrijke efficiency verhoging zowel qua spec-trum als be1rijfsvoering is daarbij mogelijk door de opdrachten voer, -planning en dispatching in een computer bestuurd systeem te in-tegraren.
40
-Naast betere werkomstandigheden voor bedienend personeel en chauffeurs kan dan oak een betere service aan /let publiek worJen geboden (6). Ook andere transportorganisaties en bedrijven of --ins tan ties die met verspreide medewerkers omvangrijke coordinerende taken in vaak korte tijd moeten verrichten (b.v. spootwegen, politie, brand.,eer, enz.) zouden met voordeel van een dergelijke infrastructuur - die in prin-cipe niet in geografisch opzicht beper1ct behoeft te zijn - gebruH: kunnen maken.
Ben belangrijk aspect van de infrastructuur is dat deze in principe de mogelijkheid opent !let gebruik van het radiofrequentiespectrum te be-lasten.
Tenslotte mag niet onvermeld blijven het belang van statistische gege-vens over het verkeersgedrag die aan de geautomatiseerde systemen kun-nen worden ontleend, waarrnee het optimaal aanpassen van het systeem aan de wensen van de gehruiker, kan worden gecombineerd met een effi-cient spectruIOgebcl.Iik.
Tevens ~ient in dit optimaliseringsproces aandacht te worden besteed aan de samenhang met ont\O/ikkelin;Jen in draadgebonden co.nmunicatienet-ten.
LITERATUUR
(1) Shared multi-channel systems employing automatic channel selection for use in private mobile radio.
CCIR XVth Plenary Assembly, Geneva 1982 VOL VII! Mobile Services - Report 741-1, p. 76-87, 9 Referenties.
(2) Multiple acceSs and communication-channel assignment in the maritime mobile satellite service.
CCIR XIVth Plenary Assembly, Kyoto 1978 VOL VIII Mobile Services - Report 596-1, p. 242-259, 4 Referenties.
(3) Tabellenbuch Fernsprechverkehrstheorie.
Siemens Aktiengesellschaft, 1981, 16 Referenties. (4) packet Radio in a Rayleigh Channel.
Electronics Letters 10t h June 1982 Vol 18 No 12 p.p. 506-507, 8 Referenties.
(5) The ALOHA System - Another alternative for computer
communications - Norman Abramson - Fall Joint Comp. Conf. Vol 37, 1970 p.p. 281-285, 13 Referenties.
(6) Computer controlled taxi data communications
42
-LIJST VAN AFKORTINGEN
FDMA Frequency oivision Multiple Access
TDMA Time Division Multiple Access
COMA Code Division Multiple Access
DA Demand Assi9nment
RA Random Access CP Control Post
BS Base Station
2. 1
DIGITAL USE OF THE MOBILE CHANNEL P.J. Mabey
P.J. Mabey graduated from London University in 1973 and joined the Philips Research Laboratories where he has been working on mobile radio data transmission techniques with a particular interest in coding.
Introduction
Digital transmission is an essential part of modern mobile communication systems. I t is used for high capacity radiopaging systel)ls [1], for controlling.trunked radio channels [2]. and for public mobile telephony [3]. The introduction of digital transmission is a result of an
increased demand for mobile radio and the need to use the radio spectrum more efficiently.
Data communication will be superior to speech communication in some applications, because data messages can be sent more quickly and reliably and with less operator involvement. New facilities are possible, such as vehicle printers and direct access to a central computer, which can enable a vehicle fleet to operate more efficiently.
Unfortunately mobile radio has to operate under extremely unfavourable conditions, suffering from the combined impairments of ignition noise interference from nearby vehicles, signal fading caused by multipath propagation and shadowing, and co-channel interference which results from sharing the radio channel locally and re-using the channel· in another part of the country.
This paper is a very brief review of some key features of mobile data transmission.
- 44
The generally accepted model of mobile radio propagation [4J is based on propagation surveys and involves three main aspects: path loss,
shadowing and fading.
The path loss concerns the dependence of received pOWer on
range, and is commonly taken to be inversely proportional to the range to the power four.
The second aspect, shadowing of the radio signal by buildings and hills, leads to gradual changes of the local mean received signal level as the vehicle mOVes. This local mean level, averaged Over a distance of about 50 m is found to vary with a lognormal distribution about the area mean level, Figure 1. By lognormal it is meant that the local mean expressed in dB is normally distributed. The standard deviation ~ depends on the topography and is typically 6 dB.
20
Fig.I. Distribution of local mean in London, 465 MHz.
Fig.2. Signal envelope distribution in London, 465 MHz.
The third aspect, fading, is caused by multipath propagation and wave interference, which causes the received signal level to fluctuate rapidly as the vehicle moves along the street. The envelope of the signal commonly has a Rayleigh probability density function when normalised to the local mean level, as illustrated in Figure 2.
Bit Error Rates
Errors occur when the received signal level drops to the front end noise level of the receiver. The bit error rates measured in a moving vehicle are high, typically in the range 10':< to 10-"', Figure 3.
Signal level.(dIlpV pd)
Fig.3. Field measured bit error rates for a moving vehicle, 462 MHz, 1200 bit/sec, PSK subcarrier.
It is possible to predict the bit error rate accurately from a bench measurement of bit error rate with a steady signal level [5]. Figure 3, by using the Rayleigh and lognormal characteristics of the propagation.
The number of errors caused by ignition noise depends on the received signal level. the bit rate and the carrier frequency. At 1200 bit/sec 165 MHz, about the same number of errors are caused by fading into the receiver front end noise as by ignition noise in heavy traffic
[5], although at UHF, ignition noise is not a significant source of errors at 1200 bit/sec. Ignition noise becomes more detrimental as the data rate is increased.
Bit Rates
The bit error rate experienced in a moving vehicle will depend, among other things, on the signalling speed, Figure 4 [6}. At a very low signalling speed the duration of a bit is much longer than the duration of the fades so there are very few errors. The error rate rises steeply as the speed is increased until the fades span many bits, in which cas~
