日前學到DECT的保密性有三層,
Subscription
第一層是PP剛開始啟用時,要先在FP端註冊(subscribtion),註冊過程會在PP與FP產生一個認證鑰匙(Authnetication Key),儲存在兩端。
優點:
1. 這個鑰匙不會透過空中界面傳遞,所以冒用者無從偷取。
2. 註冊是使用者隨機的行為,而且僅在買回家安裝後,第一次啟用時需要,所以被監看的機率很低。
缺點:
註冊過程本身所交換的ID資料並不保密,可以從空中監看。
Authentication
第二層是認證程序,這個程序每次呼叫或服務開始前,都要進行一次,以確保使用資源的資格,使用的原理是例如FP端產生一個隨機亂數,將此亂透過空中界面送給PP,PP以此亂數與認證鑰匙計算出一個數值,將此數值透過空中界面送給FP,FP收到以後,比較自己用相同方式計算的結果,如果兩者相同,表示PP持有相同的一把認證鑰匙,於是通過認證。
優點:
在空中傳遞的只有隨機亂數(challenge)與計算結果(response),監看此兩個數字,要想解算出Authentication Key的工程很浩大。(數學上可能,但需要龐大計算資源)
缺點:
無
Encryption
第三層是加密程序,這個程序類似於認證程序,只不過使用的鑰匙不同,每次呼叫的語音內容或數據內容,都要經過與加密鑰匙的計算後才送出(加碼),接收端使用相同鑰匙來反解算(解碼),以確保使用者的講話內容或是通訊數據內容不會被人從空中界面監聽與監看。
優點:在空中傳遞的只有使用者通信資料與加密鑰匙計算後的結果,監看此結果沒有數學意義,因為幾乎不可能因此而反解算出加密鑰匙。(數學上不可能)
缺點:無
[問題]
如果以上對DECT保密性的描述都正確,加上DECT需要滿足GAP的基本需求,
(什麼是GAP呢?GAP基本上的精神是建立一套共同的空中界面功能標準與協定架構,讓符合此架構的PP,無論何種廠牌,都能在符合此架構的FP中順利註冊並使用其服務。)
請問我們是否可以如此宣稱,如果我們正好遇到鄰居的PP剛買回來,趁他在操作PP註冊到FP的過程時,從空中擷取到所有的訊息,因為此過程沒有任何加解密,因此我們可以取得PP的ID資料以及FP的ID資料,又因為必須符合GAP架構,所以我們可以依照DECT標準自行計算出Authentication Key,又因為必須符合GAP架構,保證此Authentication Key會與PP以及FP產生的相同,因此等鄰居外出的時候,我們便可以透過空中界面來盜撥電話了,因為可以順利通過認證程序,所以鄰居的FP將分辨不出我的仿冒PP與他家PP的差別,請問高手,這樣的推論正確嗎?
(像70年代的國片一樣,筆者在此要慎重呼籲,盜打電話是犯法與不道德的行為。)
070829r1版本
2007/08/18
US DECT測試儀器
[EMC與Safety測試]
[ANSI 63.17測試]
說明:
1. TEM Consulting: IEEE專家所開設,EMC與RF測試技術顧問
2. 台灣電子檢驗中心: 台灣DECT測試儀器與技術最完備的實驗室
3. 宗臣科技: 主要營業項目為量測與自動化設備提供及專案開發. 重點產品為射頻量測設備. 針對於產品生產及測試流程提供客製化及自動化之PC-Based 系統。工程團隊主要來自美商國家儀器(National Instruments),擁有多年實務開發經驗及整合實力。
TEM Consulting主要針對DECT製造商提供測試儀器,因為其方案需要依賴PP或FP提供基頻的信號,透過LVDS的控制與分配,達成IUT與測試儀器的嚴格時間同步,此方案並不適用測試實驗室。
ETC的DECT專家與宗臣科技RF儀器設計專家聯手改造TEM Consulting的方案,成為實驗室等級的系統,客戶的IUT幾乎無需任何修改,即可進行測試,是目前全世界最符合ANSI 63.17-2006的測試儀器之一。
070820r3版本
[ANSI 63.17測試]
說明:
1. TEM Consulting: IEEE專家所開設,EMC與RF測試技術顧問
2. 台灣電子檢驗中心: 台灣DECT測試儀器與技術最完備的實驗室
3. 宗臣科技: 主要營業項目為量測與自動化設備提供及專案開發. 重點產品為射頻量測設備. 針對於產品生產及測試流程提供客製化及自動化之PC-Based 系統。工程團隊主要來自美商國家儀器(National Instruments),擁有多年實務開發經驗及整合實力。
TEM Consulting主要針對DECT製造商提供測試儀器,因為其方案需要依賴PP或FP提供基頻的信號,透過LVDS的控制與分配,達成IUT與測試儀器的嚴格時間同步,此方案並不適用測試實驗室。
ETC的DECT專家與宗臣科技RF儀器設計專家聯手改造TEM Consulting的方案,成為實驗室等級的系統,客戶的IUT幾乎無需任何修改,即可進行測試,是目前全世界最符合ANSI 63.17-2006的測試儀器之一。
070820r3版本
2007/08/15
一則工研院舊聞
[前言]
由於我的電信工作經驗,幾乎都與此則新聞有所交集,彼此糾纏成DNA般的雙股螺旋,所以看到此舊聞,忍不住轉貼於此,當作10年的工作紀錄。
[全文摘錄]
工研院電通所「無線通訊技術發展第二期五年計畫」全程結案推動國際合作 奠定第三代通訊產業基礎
05/29/2003
在經濟部技術處支持下,工研院電通所開發各項無線通訊技術及產品,並宣佈完成「無線通訊技術發展第二期五年計畫」,已創造豐富的研究成果,如GSM雙頻手機、GPRS基地台子系統、寬頻碼分多址無線接取網路技術(WCDMA RAN)、GPRS/3G核心網路、藍芽模組、WLAN基頻晶片組、DAB數位音訊廣播、射頻次系統與關鍵零組件以及行動通訊IC技術。並將這些技術移轉給國內廠商約70家次,協助國內產業昇級,引導廠商投資共61家次投資105億元,提昇產值約新台幣358億元;在智慧財產建立部份,獲得專利138件、廠商應用之專利87件、研究報告發表600篇。研發成果已深獲國內產業界之重視與落實,並達成技術生根目標,有利業界開創商機。
「無線通訊技術發展第二期五年計畫」計畫主持人原由電通所前副所長黃特杕擔任(現已轉戰東信公司擔任總經理),現由無線通訊技術組組長易芝玲接任,易芝玲組長表示,電信建設與通訊產業之發展,是衡量一個國家開發程度的重要指標,發展我國無線通訊產業,已是我國產、政、學、研一致的目標與共識,無線通訊產業已繼個人電腦產業之後,成為我國新一波的明星產業。
「無線通訊技術發展第二期五年計畫」歷年來的研究成果及技術能量,已具體地帶動我國無線通訊產業產值的提昇。例如:我國於1997年之無線通訊產業產值僅有新台幣108億元,但於2002年時已超過新台幣1000億元以上。此外積極地協助國內通訊業者掌握原廠代工與原廠設計(OEM/ODM)商機,成功地將過去以低階的產品產業結構,提升為以無線區域網路、行動電話為主之高附加價值的產業結構,大幅度縮短與先進國家技術之差距,並於國際舞台上佔有一席之地。如今我國之無線區域網路產品已佔全球產值的80%以上。
此外,在本計畫執行期間,有規劃的陸續移轉有經驗之技術人才至業界,繼續無線通訊產品之發展,更加落實技術生根在業界。歷年來已有不計其數在GSM手機、DECT無線交換機、無線區域網路以及關鍵零組件專長之研發人員轉往相關產業發展,成為我國無線通訊產業發展的主要動力。
易芝玲組長指出,電通所積極推動3G通訊協定技術並推動國際合作,以提昇國際地位。計畫執行期間多項技術獲國外認證,如:DECT數位無線電話系統通過「CTR06」及「TBR22」型式認證測試、無線區域網路ISA及PCMCIA介面卡通過「UNH-IOL互通性測試」、單細胞、多細胞DECT系統技術通過「DECT GAP」型式認證、GSM雙頻手機技術通過「FTA認證測試」等,皆深獲國際好評及重視。
電通所所長林寶樹表示,國內開發通信大型軟體系統經驗、技術與人力上皆有不足。電通所採取招募有經驗之海內外人才的策略,以有效建立與累積技術經驗。
電通所「無線通訊技術發展第二期五年計畫」歷年重要研發成果如下:
一、87年度開發完成無線數據進接系統 2Mbps Wireless LAN RF front-end 單板及PCMCIA Card設計,符合IEEE 802.11b 規格,並通過 FCC 檢驗測試。完成LTCC材料開發等,大幅降低元件開發成本。技術移轉計有無線數據進接系統PCMCIA技術、微細胞網路進接系統、數位音訊廣播接收系統等,合計授權予9家廠商。
二、88年度開發完成DECT單細胞及多細胞系統技術,建立TDMA、動態頻道分配、換手、同步等重要核心技術,並完成建置在經濟部技術處系統之實地測試;開發完成符合DECT GAP標準之通訊協定軟體,並通過歐洲CETECOM測試實驗室之TBR22形式認證測試。奠定我國射頻模組技術基礎,大幅提昇無線手機產品競爭力及獲利率。成果移轉項目計有多層低溫共燒陶瓷濾波器、微細胞網路進接系統軟體技術、DAB數位音訊廣播接收系統等技術,合計授權予7家廠商。
三、89年度完成家庭網路模組(Bluetooth Module)之開發,並將此技術先期授權予鴻海、德立斯、盟訊、岳豐、台塑、信通、致福等7家公司,使國內有能力自行開發藍芽射頻模組,降低對國外進口的依賴。此外Bluetooth Module技術深獲日本松下壽(MKE)公司之青睞,已與該公司簽訂技術先期授權合約,共同合作開發世界上最小之天線模組,已進入試產階段,在日本東京展出該模組時亦深受國際之重視。
四、89年度完成無線區域網路卡(WLAN)基頻晶片組技術之開發,並應用於Wireless LAN Card and Access Point、無線SOHO Switch Router 等產品上。技術成果已先期授權予國內大智、聯傑、亞信、瑞昱、正文、上元等6家廠商。技術授權廠商已相繼投入產品之開發,去(2002)年台灣已成為世界第一大WLAN產品製造國,擁有八成的世界市場。
五、89年度完成LTCC之材料與相關製程開發,並將相關技術移轉給千如電機、凱宣科技等4家廠商,使無線通訊產業投入低溫共燒粉體之生產,有助於上游原材料自主性之提高,及建立我國無線通訊關鍵元組件產業。
六、90年度建立GPRS BSS之核心及關鍵技術,做為我國產業跨入行動電話網路設備 (infrastructure)之基礎,同時建立行動通訊無線封包傳輸技術,作為未來跨入3G行動通訊技術的根基。同時透過引進並移植GPRS 核心網路Protocols技術, 提昇國內電信通訊協定之能力。並培養核心網路系統人才與技術, 奠定未來發展第三代核心網路系統產業之基礎。
七、91年度建立WCDMA Common IP及3G Core Network電信服務等技術,協助國內行動通訊業公司推廣行動終端及網路加值服務,建立行動通訊服務之發展環境、平台及其應用系統等。已將相關技術移轉給友訊、數位聯合電信、唯訊等多家廠商,此外協助籌組「行動終端硬體晶片整合平台研發聯盟」,積極進行法人研發成果與及業界研發能量之整合。
聯絡電話:(03)5917612 電通所公共關係與國際合作部 吳瑤
來源:ITRI新聞稿
070815r1版本
由於我的電信工作經驗,幾乎都與此則新聞有所交集,彼此糾纏成DNA般的雙股螺旋,所以看到此舊聞,忍不住轉貼於此,當作10年的工作紀錄。
[全文摘錄]
工研院電通所「無線通訊技術發展第二期五年計畫」全程結案推動國際合作 奠定第三代通訊產業基礎
05/29/2003
在經濟部技術處支持下,工研院電通所開發各項無線通訊技術及產品,並宣佈完成「無線通訊技術發展第二期五年計畫」,已創造豐富的研究成果,如GSM雙頻手機、GPRS基地台子系統、寬頻碼分多址無線接取網路技術(WCDMA RAN)、GPRS/3G核心網路、藍芽模組、WLAN基頻晶片組、DAB數位音訊廣播、射頻次系統與關鍵零組件以及行動通訊IC技術。並將這些技術移轉給國內廠商約70家次,協助國內產業昇級,引導廠商投資共61家次投資105億元,提昇產值約新台幣358億元;在智慧財產建立部份,獲得專利138件、廠商應用之專利87件、研究報告發表600篇。研發成果已深獲國內產業界之重視與落實,並達成技術生根目標,有利業界開創商機。
「無線通訊技術發展第二期五年計畫」計畫主持人原由電通所前副所長黃特杕擔任(現已轉戰東信公司擔任總經理),現由無線通訊技術組組長易芝玲接任,易芝玲組長表示,電信建設與通訊產業之發展,是衡量一個國家開發程度的重要指標,發展我國無線通訊產業,已是我國產、政、學、研一致的目標與共識,無線通訊產業已繼個人電腦產業之後,成為我國新一波的明星產業。
「無線通訊技術發展第二期五年計畫」歷年來的研究成果及技術能量,已具體地帶動我國無線通訊產業產值的提昇。例如:我國於1997年之無線通訊產業產值僅有新台幣108億元,但於2002年時已超過新台幣1000億元以上。此外積極地協助國內通訊業者掌握原廠代工與原廠設計(OEM/ODM)商機,成功地將過去以低階的產品產業結構,提升為以無線區域網路、行動電話為主之高附加價值的產業結構,大幅度縮短與先進國家技術之差距,並於國際舞台上佔有一席之地。如今我國之無線區域網路產品已佔全球產值的80%以上。
此外,在本計畫執行期間,有規劃的陸續移轉有經驗之技術人才至業界,繼續無線通訊產品之發展,更加落實技術生根在業界。歷年來已有不計其數在GSM手機、DECT無線交換機、無線區域網路以及關鍵零組件專長之研發人員轉往相關產業發展,成為我國無線通訊產業發展的主要動力。
易芝玲組長指出,電通所積極推動3G通訊協定技術並推動國際合作,以提昇國際地位。計畫執行期間多項技術獲國外認證,如:DECT數位無線電話系統通過「CTR06」及「TBR22」型式認證測試、無線區域網路ISA及PCMCIA介面卡通過「UNH-IOL互通性測試」、單細胞、多細胞DECT系統技術通過「DECT GAP」型式認證、GSM雙頻手機技術通過「FTA認證測試」等,皆深獲國際好評及重視。
電通所所長林寶樹表示,國內開發通信大型軟體系統經驗、技術與人力上皆有不足。電通所採取招募有經驗之海內外人才的策略,以有效建立與累積技術經驗。
電通所「無線通訊技術發展第二期五年計畫」歷年重要研發成果如下:
一、87年度開發完成無線數據進接系統 2Mbps Wireless LAN RF front-end 單板及PCMCIA Card設計,符合IEEE 802.11b 規格,並通過 FCC 檢驗測試。完成LTCC材料開發等,大幅降低元件開發成本。技術移轉計有無線數據進接系統PCMCIA技術、微細胞網路進接系統、數位音訊廣播接收系統等,合計授權予9家廠商。
二、88年度開發完成DECT單細胞及多細胞系統技術,建立TDMA、動態頻道分配、換手、同步等重要核心技術,並完成建置在經濟部技術處系統之實地測試;開發完成符合DECT GAP標準之通訊協定軟體,並通過歐洲CETECOM測試實驗室之TBR22形式認證測試。奠定我國射頻模組技術基礎,大幅提昇無線手機產品競爭力及獲利率。成果移轉項目計有多層低溫共燒陶瓷濾波器、微細胞網路進接系統軟體技術、DAB數位音訊廣播接收系統等技術,合計授權予7家廠商。
三、89年度完成家庭網路模組(Bluetooth Module)之開發,並將此技術先期授權予鴻海、德立斯、盟訊、岳豐、台塑、信通、致福等7家公司,使國內有能力自行開發藍芽射頻模組,降低對國外進口的依賴。此外Bluetooth Module技術深獲日本松下壽(MKE)公司之青睞,已與該公司簽訂技術先期授權合約,共同合作開發世界上最小之天線模組,已進入試產階段,在日本東京展出該模組時亦深受國際之重視。
四、89年度完成無線區域網路卡(WLAN)基頻晶片組技術之開發,並應用於Wireless LAN Card and Access Point、無線SOHO Switch Router 等產品上。技術成果已先期授權予國內大智、聯傑、亞信、瑞昱、正文、上元等6家廠商。技術授權廠商已相繼投入產品之開發,去(2002)年台灣已成為世界第一大WLAN產品製造國,擁有八成的世界市場。
五、89年度完成LTCC之材料與相關製程開發,並將相關技術移轉給千如電機、凱宣科技等4家廠商,使無線通訊產業投入低溫共燒粉體之生產,有助於上游原材料自主性之提高,及建立我國無線通訊關鍵元組件產業。
六、90年度建立GPRS BSS之核心及關鍵技術,做為我國產業跨入行動電話網路設備 (infrastructure)之基礎,同時建立行動通訊無線封包傳輸技術,作為未來跨入3G行動通訊技術的根基。同時透過引進並移植GPRS 核心網路Protocols技術, 提昇國內電信通訊協定之能力。並培養核心網路系統人才與技術, 奠定未來發展第三代核心網路系統產業之基礎。
七、91年度建立WCDMA Common IP及3G Core Network電信服務等技術,協助國內行動通訊業公司推廣行動終端及網路加值服務,建立行動通訊服務之發展環境、平台及其應用系統等。已將相關技術移轉給友訊、數位聯合電信、唯訊等多家廠商,此外協助籌組「行動終端硬體晶片整合平台研發聯盟」,積極進行法人研發成果與及業界研發能量之整合。
聯絡電話:(03)5917612 電通所公共關係與國際合作部 吳瑤
來源:ITRI新聞稿
070815r1版本
Wireless tech and wireless system
無線技術與無線系統的差異:
無線技術只限於空中介面,到了有線端,完全沒有任何"殘留"的特徵可以分辨是否使用此技術。
無線系統不止是空中介面而已,即使到了有線端,仍然有許多特有的通信協定信號存在,這些協定需要經過兩個以上的網路元件來處理,而且網路元件間擁有特殊的管理協定,這些特徵直到系統邊緣的接口才會消失。
換言之,無線技術只需要一對無線終端與無線接入點,就能進入公用網路,而無線系統則在接入點之後,還需要經過一個特殊網路,才能進入公用網路(如附圖)。
以這個角度來看,WLAN, Bluetooth, RFID, UWB, W-USB, DECT, NFC, 802.16d…等技術,都是無線技術,而GSM, GPRS, UMTS, CDMA, 802.16e則屬於無線系統。
這是筆者用來看待無線通訊世界的方式。
070815r1版本
無線技術只限於空中介面,到了有線端,完全沒有任何"殘留"的特徵可以分辨是否使用此技術。
無線系統不止是空中介面而已,即使到了有線端,仍然有許多特有的通信協定信號存在,這些協定需要經過兩個以上的網路元件來處理,而且網路元件間擁有特殊的管理協定,這些特徵直到系統邊緣的接口才會消失。
換言之,無線技術只需要一對無線終端與無線接入點,就能進入公用網路,而無線系統則在接入點之後,還需要經過一個特殊網路,才能進入公用網路(如附圖)。
以這個角度來看,WLAN, Bluetooth, RFID, UWB, W-USB, DECT, NFC, 802.16d…等技術,都是無線技術,而GSM, GPRS, UMTS, CDMA, 802.16e則屬於無線系統。
這是筆者用來看待無線通訊世界的方式。
070815r1版本
2007/08/13
Busy hour and Erlang
- Busy hour(忙時)
定義為一個電信系統,在其24小時運轉週期中,每小時平均話務量最大或call attempt出現峰值的時段。
筆者覺得定義Busy Hour是用來計算Erlang時的方便之舉,因為Erlang要發生在BH才有統計意義。
- Erlang
原始定義是”一個小時中,一條電信線路被使用的時間”,也有定義為
Erlang = (所有電信資源在BH的總使用分鐘)/(60分鐘),以此定義來看以下例子學習Erlang。
[例子]
考慮一個電信數位交換機可以提供31條語音電路,假設忙時每條語音平均忙碌30分鐘,則Erlang的計算如下 :
所有電信資源的總使用時間:30 min * 31 = 930 minutes
忙時:60 minutes
所以話務的Erlang = 930/60 = 15.5 erlangs
15.5 erlangs是什麼意思?按照定義而言,是將所有話務擠在同一條線度中使用,則此線路必須連續服務15.5小時,才能滿足忙時的要求,但是這樣並不合理,一條線路最忙也只能使用一個小時,所以至少需要16條線路,才可以疏解此困境。又因為16條會有15條線路滿載,造成撥不進來頻率太高,因此如果以31條,就剛好每條只使用30分鐘。
這是筆者解讀Erlang的方式。關鍵是線路的數目必須多到讓Erlang小於1,才有寬裕的線路隨時提供服務。
070813r1版本
定義為一個電信系統,在其24小時運轉週期中,每小時平均話務量最大或call attempt出現峰值的時段。
筆者覺得定義Busy Hour是用來計算Erlang時的方便之舉,因為Erlang要發生在BH才有統計意義。
- Erlang
原始定義是”一個小時中,一條電信線路被使用的時間”,也有定義為
Erlang = (所有電信資源在BH的總使用分鐘)/(60分鐘),以此定義來看以下例子學習Erlang。
[例子]
考慮一個電信數位交換機可以提供31條語音電路,假設忙時每條語音平均忙碌30分鐘,則Erlang的計算如下 :
所有電信資源的總使用時間:30 min * 31 = 930 minutes
忙時:60 minutes
所以話務的Erlang = 930/60 = 15.5 erlangs
15.5 erlangs是什麼意思?按照定義而言,是將所有話務擠在同一條線度中使用,則此線路必須連續服務15.5小時,才能滿足忙時的要求,但是這樣並不合理,一條線路最忙也只能使用一個小時,所以至少需要16條線路,才可以疏解此困境。又因為16條會有15條線路滿載,造成撥不進來頻率太高,因此如果以31條,就剛好每條只使用30分鐘。
這是筆者解讀Erlang的方式。關鍵是線路的數目必須多到讓Erlang小於1,才有寬裕的線路隨時提供服務。
070813r1版本
2007/08/10
GPS文摘(1)
[全文文摘]
與GPS同步
副題 :提昇無線基礎建設經濟方案 - GPS Clock
Writer : Dr. Peter V.W. Loomis
從第一個呼叫器出現在我們生活中時,意味著一個技術的革命正在悄悄發生,無線通訊設備正在改變現有之有線與陸上電話系統。呼叫器最初的使用者是醫生,然而使用範圍擴散的非常迅速,甚至被媽媽們用來追蹤小孩的行蹤,接著是大哥大,從只有超級業務員與高階主管買的起的昂貴設備,到現在是如此普遍的裝備,已不再具有代表高階層的象徵。
然而通訊革命還沒停止,有一個新的技術正在激烈爭奪電話服務市場,貝爾公司透過電話線控制了有線電話系統的建置並向他的使用者收費;另一個新的技術是無線電話用戶系統,它不用透過線路架設等硬體就能提供服務給消費者。這個技術希望能被帶到在亞洲與非洲那些永遠不可能有有線通訊建設的地區。顯而易見,無線通訊設備將被要求越來越多,就像其他先進服務快速進入我們的生活。
這個革命有一個有趣的地方是,不像有線設備可以一直建設,直到涵蓋所有的地區,每一個無線系統需要一個獨一無二的頻率,為了實際的應用,這些頻率是完全限制在幾百kHz到超過1000MHz,為了讓頻譜有效率的被使用,這些無線系統必須小心的被安排與協調,對於從地方基礎配置擴大到廣泛的地理區域必須能精確的計算時間,這是一個困難的問題。
很幸運的,現在有一種非常簡單、有效益的解決方式叫 ”GPS Clock”,GPS Clock是一個整合接收器並結合高品質、穩定的振盪器,此設計中GPS(Global Positioning System 全球定位系統)的功能在於校準振盪器中的小偏移,GPS Clock的功能在提供無線電話系統基地台間同步的時序(Timing)信號與頻率信號,而且是一個保障系統安全的防護裝置。而GPS Clock產生時序信號是永遠不需要再校正的,更重要地是,因最近GPS技術產品日益精進,在汽車導航系統市場中使用日趨廣泛,大大降低了GPS硬體的價格,這也使得GPS可整合到許多需要高品質時序信號的無線系統中。
呼叫器:一個簡單的例子
呼叫器是一個時序(Timing)的好例子,我們大部份使用呼叫器曾經送出或接收一個呼叫信號,你打電話到電話公司,輸入一個電話號碼,後然後掛斷電話,這一個呼叫訊息就會被傳送出去,接收的人再回覆這個電話。而在它實際的系統運作上,這個系統內每個基地台或發射台正同步傳送該筆呼叫訊息,這個運作模式是這個呼叫訊息將會傳送到在服務區域內所有的呼叫器,所以你收到的呼叫訊息有可能會從2個或甚至3個不同的發射台傳達給你,假如這些訊號沒有被同步,這個呼叫可能會被重複接收2-3次。
GPS可以輕易的提供呼叫系統的所要求的精確度—微秒(msec),在呼叫器系統中,它們是使用一種 ”智慧型天線(smart antenna)” 的設備。智慧型天線它包含了一個GPS接收器和一個特殊天線。呼叫器系統製造商比較傾向智慧型天線,因為它很容易安裝,並且能在頻率複雜的塔台環境下,仍能有效的運作。
這種呼叫器系統,發射台間可以利用PPS(pulse per second)信號來達到系統間同步的目的,而大部分的GPS接收板都有這個標準輸出信號。GPS接收板要達到系統最低標準的±6000ns誤差的精確值的標準並不難,但是如要提供能經濟又標準時序信號,設計上就需要更先進的GPS Clock。
CDMA行動電話:另一個具挑戰的應用
行動電話革命開始是一個被稱為先進行動電話系統(AMPS)的技術,目前美國大多數行動電話系統仍然是使用該類比技術,但因頻寬問題AMPS最大的缺點是它在相同頻寬下,只能提供有限數量的使用者。
為了支援更多的使用者,行動電話系統廠商漸轉換成數位通訊系統,現有2種數位通訊系統標準為:分時多工存取(TDMA)和編碼多工存取(CDMA)。TDMA在不同時間將頻譜分割成不同的小塊,同時分給區域內多個不同人使用。CDMA也是使用頻譜分割的技術,但是它將使用者數位化的資料,依照所授與的頻寬,並加入識別碼(code)以辨別不同的使用者,並同時送出給基地台。CDMA是可以提供更好的聲音品質並且在密度上允許最多數目的使用者在同一系統中。
CDMA建置是一個挑戰,要做到精準的頻譜訊號分割需要複雜的電力管理傳送系統和在基地台間做到 “soft hand-offs” 不相互干涉,這時就需要非常精確的時序信號。在現在的CDMA無線電話系統中,每一個傳送基地台間頻率的誤差需維持在7msec/day以下。這個條件,就像我們所熟知的”holdover”,它使得電話系統品質有了保證,這對電話公司而言,如有天線或纜線損壞時,系統仍能維持正常運作,直到維修人員抵達為止。早期的CDMA系統使用原子鐘的頻率來維持準確度,現在的新一代設備已使用GPS Clock,有趣的是GPS Clock兩個構成元素,GPS接收器和水晶振盪器,兩者都不能單獨達到CDMA系統的需求,只有同時利用GPS長期穩定和振盪器短期精確的特色,才能達到CDMA高品質的要求。
Enhanced 911定位功能
一個無線通訊革命成功的前兆是越來越多的緊急電話是來自行動電話,駕駛人使用行動電話通報酒醉駕駛者、車禍意外、車子起火。不幸的是,當911緊急通報是來自於行動電話,調度員無法知道行動電話發出的地點。有線電話發出電話的地點貯存在一個複雜的911資料系統中,救援系統可以使用直接並指出事發現場,但現在沒有一個可以比較好的方法可以指出一個行動電話的位置。因此,調度員需要依賴行動電話使用者所提供的資訊,但這些人常常沒辦法正確的說明他們的位置,然就會延誤了處理意外的時間,最近的一個例子是因受害者敘述不清楚,一名婦女站在大風雪中好幾個小時後,搜救小組才找到她的車。
為了解決這個問題, 美國國會已經立法通過一個擴大911(E911 System)系統的法規,使911系統在未來的幾年內能指出在125公尺內的行動電話使用者位置。有幾種方式可以做到此項功能,其中一種建議是在所有行動電話內內建GPS接收器,然而,最好的建議是使用一個叫做 Time Difference Of Arrival (TDOA)的方式,在行動電話基地台內將行動電話位置直接指出。
TDOA是利用測量在2個行動基地台中訊號到達的時間差,這也是一般所說的 ”雙曲線導航(hyperbolic navigation)”,而這是很多無線電導航系統的基礎,包括有GPS和LORAN(遠距離無線電導航系統)。在原理上,這是個很簡單的技術:一個從行動電話撥打後,該呼叫傳送到2個不同的行動基地,但是那個比較近的基地會比較早接收到這個訊號,而二個訊號到達時間的差異可乘上光速以算出距離差。這個想法是,使用者的呼叫先到達較近基地台,以雙曲線計算出較第二個基地台近1200公尺,再加上第三個基地台的時間與距離差,用另一個雙曲線,便可精確的指出兩個曲線的交叉點(圖一),即使用者實際所在位置。
若要用這個技術,需保證這2個無線基地台間能達到非常精確而可靠的時間同步(time synchronize)。在光速中,每一奈秒的誤差都可能轉換成一步或甚至更多錯誤在定位上,當塔台間時間同步的品質降低,TDOA測量法將變的愈來愈不準確,雙曲線變的” 模糊 ”,相對的所計算出位置錯誤也增加,而GPS Clock在每個基地台行動塔台中可以輕易的利用GPS衛星,將信號的精確度維持在100nsec比TODA準確100步-甚至還可做到更好。
The GPS Clock
大部分的人只知道GPS是供位置搜尋用,但是GPS系統24個衛星同時也提供了很標準的時序(Timing Clock)信號。每個衛星帶有二顆Rubidium(鐪),和二顆Cesium(銫)原子鐘。這些衛星上的原子鐘都由美國國防部地面接收站監控,整個系統再由世界標準的Universal Coordinated Time(UTC)所校正,所以人們也可將GPS當成一個免費的「空中的原子鐘」。
這些衛星的時間信號皆非常準確;所測得的精確度在奈秒(nsec, 10-9)。一般GPS來自空中電波干擾的錯誤在50ns,但最大的來源是SA(Selective Availability)干擾,這是美國國防部是藉由timing偏移以達到干擾之目的。有SA信號時timing誤差達100ns (1σ)。而美國今日已取消SA干擾,因此精確度可達10ns。
以上的精確度的產品需求僅於microsecond 精度的呼叫器系統,只要使用帶有PPS信號輸出的標準GPS接收板即可。但在CDMA系統中,其有”holdover”(在失去GPS衛星後,仍可維持信號的精確度)需求,就有與呼叫器系統截然不同的精確性要求。它不只是對時序(Timing)信號高度精確的要求,並且有更精準且確保振盪器偏移的頻率校正功能。第一代的GPS Clock是使用鐪振盪器以達到”holdover”的要求。而鐪振盪器價格最好也需美金3000元,且還需對其定時檢驗維護校正。因未來CDMA是最有可能取代TDMA與AMPS的系統,市場商機龐大,因此CDMA的每個部分設計的價格都會有直接考慮使用更經濟的解決方案。
若單獨只用GPS接收板的參考頻率對CDMA還是不夠準確。原子振盪器在程度可短期提供GPS穩定的頻率,但所有振盪器都會漸漸偏移。甚至設計複雜的銫振盪器也都會慢慢偏移。相反的,GPS維持的是一個短期間精確的控制;經過GPS的校正後,在短期內時序可與UTC誤差在幾佰奈秒之內。
GPS Clock在標準時間,頻率的提供上,是唯一為兼具GPS短期時如穩定精確與長期如石英(XO)或鐪振盪器品質穩定的設計。如前所訴,所有的振盪器(石英、銫、鐪)都想在長期的精確特性下,也能提供短期可靠的標準時間信號,這就是如圖2所示使用GPS修正以維持標準輸出的鐪振盪器設計圖。它是利用振盪器的一個時間區間(time interval)信號與GPS時序信號比較以做為輸出的校正,使用GPS timing信號除以time interval而得到準確度。但是,若在幾分鐘內做不同的量測,因振盪器無法短期穩定或做校正的特性,這種設計的時間精確度就會愈來愈不準確,在長時間後,如1000秒,精確度誤差可達100ns/1000s,所以此種設計需先確保您系統的振盪器輸出頻率是穩定的才可行。
由於GPS有長期穩定來源的特性,一個相當低價的溫控(ovenized)振盪器(OCXO)即可達到長、短期穩定標準時間,頻率輸出之特性。近年有些石英振盪器製造商為因應CDMA holdover的需求,嘗試推出超高精確/穩定的Double-over OCXO 技術。這種技術可在GPS的訓練修正後,提供精確Timing的信號,甚至在脫離GPS信號下仍可維持一穩定的頻率輸出。而它的成本只在鐪振盪器數千分之一且工作溫度寬,工作時限亦長。
此種利用低成本振盪器並加入GPS信號的設計即為第二代GPS clock的雛形。它在本質上降低了成本,且為市場上CDMA的應用提供了實質上精確穩定的時間頻率信號。以CDMA的設計而言,若無法找到一個符合經濟效益的方式解決各地基地台間同步信號的問題,CDMA仍將只能停留在實驗階段。
就像第一代GPS Clock一樣,第二代的GPS Clock設計是使用一個獨立GPS接收板的PPS信號;這個PPS信號會與OCXO所提供,它的差異是來自微處理利用相位比較電路去協助OCXO做校正。以目前技術來說這也是最經濟、最有效、精確的設計方式。
來源:茂綸股份有限公司
與 GPS 同步
070810r1版本
與GPS同步
副題 :提昇無線基礎建設經濟方案 - GPS Clock
Writer : Dr. Peter V.W. Loomis
從第一個呼叫器出現在我們生活中時,意味著一個技術的革命正在悄悄發生,無線通訊設備正在改變現有之有線與陸上電話系統。呼叫器最初的使用者是醫生,然而使用範圍擴散的非常迅速,甚至被媽媽們用來追蹤小孩的行蹤,接著是大哥大,從只有超級業務員與高階主管買的起的昂貴設備,到現在是如此普遍的裝備,已不再具有代表高階層的象徵。
然而通訊革命還沒停止,有一個新的技術正在激烈爭奪電話服務市場,貝爾公司透過電話線控制了有線電話系統的建置並向他的使用者收費;另一個新的技術是無線電話用戶系統,它不用透過線路架設等硬體就能提供服務給消費者。這個技術希望能被帶到在亞洲與非洲那些永遠不可能有有線通訊建設的地區。顯而易見,無線通訊設備將被要求越來越多,就像其他先進服務快速進入我們的生活。
這個革命有一個有趣的地方是,不像有線設備可以一直建設,直到涵蓋所有的地區,每一個無線系統需要一個獨一無二的頻率,為了實際的應用,這些頻率是完全限制在幾百kHz到超過1000MHz,為了讓頻譜有效率的被使用,這些無線系統必須小心的被安排與協調,對於從地方基礎配置擴大到廣泛的地理區域必須能精確的計算時間,這是一個困難的問題。
很幸運的,現在有一種非常簡單、有效益的解決方式叫 ”GPS Clock”,GPS Clock是一個整合接收器並結合高品質、穩定的振盪器,此設計中GPS(Global Positioning System 全球定位系統)的功能在於校準振盪器中的小偏移,GPS Clock的功能在提供無線電話系統基地台間同步的時序(Timing)信號與頻率信號,而且是一個保障系統安全的防護裝置。而GPS Clock產生時序信號是永遠不需要再校正的,更重要地是,因最近GPS技術產品日益精進,在汽車導航系統市場中使用日趨廣泛,大大降低了GPS硬體的價格,這也使得GPS可整合到許多需要高品質時序信號的無線系統中。
呼叫器:一個簡單的例子
呼叫器是一個時序(Timing)的好例子,我們大部份使用呼叫器曾經送出或接收一個呼叫信號,你打電話到電話公司,輸入一個電話號碼,後然後掛斷電話,這一個呼叫訊息就會被傳送出去,接收的人再回覆這個電話。而在它實際的系統運作上,這個系統內每個基地台或發射台正同步傳送該筆呼叫訊息,這個運作模式是這個呼叫訊息將會傳送到在服務區域內所有的呼叫器,所以你收到的呼叫訊息有可能會從2個或甚至3個不同的發射台傳達給你,假如這些訊號沒有被同步,這個呼叫可能會被重複接收2-3次。
GPS可以輕易的提供呼叫系統的所要求的精確度—微秒(msec),在呼叫器系統中,它們是使用一種 ”智慧型天線(smart antenna)” 的設備。智慧型天線它包含了一個GPS接收器和一個特殊天線。呼叫器系統製造商比較傾向智慧型天線,因為它很容易安裝,並且能在頻率複雜的塔台環境下,仍能有效的運作。
這種呼叫器系統,發射台間可以利用PPS(pulse per second)信號來達到系統間同步的目的,而大部分的GPS接收板都有這個標準輸出信號。GPS接收板要達到系統最低標準的±6000ns誤差的精確值的標準並不難,但是如要提供能經濟又標準時序信號,設計上就需要更先進的GPS Clock。
CDMA行動電話:另一個具挑戰的應用
行動電話革命開始是一個被稱為先進行動電話系統(AMPS)的技術,目前美國大多數行動電話系統仍然是使用該類比技術,但因頻寬問題AMPS最大的缺點是它在相同頻寬下,只能提供有限數量的使用者。
為了支援更多的使用者,行動電話系統廠商漸轉換成數位通訊系統,現有2種數位通訊系統標準為:分時多工存取(TDMA)和編碼多工存取(CDMA)。TDMA在不同時間將頻譜分割成不同的小塊,同時分給區域內多個不同人使用。CDMA也是使用頻譜分割的技術,但是它將使用者數位化的資料,依照所授與的頻寬,並加入識別碼(code)以辨別不同的使用者,並同時送出給基地台。CDMA是可以提供更好的聲音品質並且在密度上允許最多數目的使用者在同一系統中。
CDMA建置是一個挑戰,要做到精準的頻譜訊號分割需要複雜的電力管理傳送系統和在基地台間做到 “soft hand-offs” 不相互干涉,這時就需要非常精確的時序信號。在現在的CDMA無線電話系統中,每一個傳送基地台間頻率的誤差需維持在7msec/day以下。這個條件,就像我們所熟知的”holdover”,它使得電話系統品質有了保證,這對電話公司而言,如有天線或纜線損壞時,系統仍能維持正常運作,直到維修人員抵達為止。早期的CDMA系統使用原子鐘的頻率來維持準確度,現在的新一代設備已使用GPS Clock,有趣的是GPS Clock兩個構成元素,GPS接收器和水晶振盪器,兩者都不能單獨達到CDMA系統的需求,只有同時利用GPS長期穩定和振盪器短期精確的特色,才能達到CDMA高品質的要求。
Enhanced 911定位功能
一個無線通訊革命成功的前兆是越來越多的緊急電話是來自行動電話,駕駛人使用行動電話通報酒醉駕駛者、車禍意外、車子起火。不幸的是,當911緊急通報是來自於行動電話,調度員無法知道行動電話發出的地點。有線電話發出電話的地點貯存在一個複雜的911資料系統中,救援系統可以使用直接並指出事發現場,但現在沒有一個可以比較好的方法可以指出一個行動電話的位置。因此,調度員需要依賴行動電話使用者所提供的資訊,但這些人常常沒辦法正確的說明他們的位置,然就會延誤了處理意外的時間,最近的一個例子是因受害者敘述不清楚,一名婦女站在大風雪中好幾個小時後,搜救小組才找到她的車。
為了解決這個問題, 美國國會已經立法通過一個擴大911(E911 System)系統的法規,使911系統在未來的幾年內能指出在125公尺內的行動電話使用者位置。有幾種方式可以做到此項功能,其中一種建議是在所有行動電話內內建GPS接收器,然而,最好的建議是使用一個叫做 Time Difference Of Arrival (TDOA)的方式,在行動電話基地台內將行動電話位置直接指出。
TDOA是利用測量在2個行動基地台中訊號到達的時間差,這也是一般所說的 ”雙曲線導航(hyperbolic navigation)”,而這是很多無線電導航系統的基礎,包括有GPS和LORAN(遠距離無線電導航系統)。在原理上,這是個很簡單的技術:一個從行動電話撥打後,該呼叫傳送到2個不同的行動基地,但是那個比較近的基地會比較早接收到這個訊號,而二個訊號到達時間的差異可乘上光速以算出距離差。這個想法是,使用者的呼叫先到達較近基地台,以雙曲線計算出較第二個基地台近1200公尺,再加上第三個基地台的時間與距離差,用另一個雙曲線,便可精確的指出兩個曲線的交叉點(圖一),即使用者實際所在位置。
若要用這個技術,需保證這2個無線基地台間能達到非常精確而可靠的時間同步(time synchronize)。在光速中,每一奈秒的誤差都可能轉換成一步或甚至更多錯誤在定位上,當塔台間時間同步的品質降低,TDOA測量法將變的愈來愈不準確,雙曲線變的” 模糊 ”,相對的所計算出位置錯誤也增加,而GPS Clock在每個基地台行動塔台中可以輕易的利用GPS衛星,將信號的精確度維持在100nsec比TODA準確100步-甚至還可做到更好。
The GPS Clock
大部分的人只知道GPS是供位置搜尋用,但是GPS系統24個衛星同時也提供了很標準的時序(Timing Clock)信號。每個衛星帶有二顆Rubidium(鐪),和二顆Cesium(銫)原子鐘。這些衛星上的原子鐘都由美國國防部地面接收站監控,整個系統再由世界標準的Universal Coordinated Time(UTC)所校正,所以人們也可將GPS當成一個免費的「空中的原子鐘」。
這些衛星的時間信號皆非常準確;所測得的精確度在奈秒(nsec, 10-9)。一般GPS來自空中電波干擾的錯誤在50ns,但最大的來源是SA(Selective Availability)干擾,這是美國國防部是藉由timing偏移以達到干擾之目的。有SA信號時timing誤差達100ns (1σ)。而美國今日已取消SA干擾,因此精確度可達10ns。
以上的精確度的產品需求僅於microsecond 精度的呼叫器系統,只要使用帶有PPS信號輸出的標準GPS接收板即可。但在CDMA系統中,其有”holdover”(在失去GPS衛星後,仍可維持信號的精確度)需求,就有與呼叫器系統截然不同的精確性要求。它不只是對時序(Timing)信號高度精確的要求,並且有更精準且確保振盪器偏移的頻率校正功能。第一代的GPS Clock是使用鐪振盪器以達到”holdover”的要求。而鐪振盪器價格最好也需美金3000元,且還需對其定時檢驗維護校正。因未來CDMA是最有可能取代TDMA與AMPS的系統,市場商機龐大,因此CDMA的每個部分設計的價格都會有直接考慮使用更經濟的解決方案。
若單獨只用GPS接收板的參考頻率對CDMA還是不夠準確。原子振盪器在程度可短期提供GPS穩定的頻率,但所有振盪器都會漸漸偏移。甚至設計複雜的銫振盪器也都會慢慢偏移。相反的,GPS維持的是一個短期間精確的控制;經過GPS的校正後,在短期內時序可與UTC誤差在幾佰奈秒之內。
GPS Clock在標準時間,頻率的提供上,是唯一為兼具GPS短期時如穩定精確與長期如石英(XO)或鐪振盪器品質穩定的設計。如前所訴,所有的振盪器(石英、銫、鐪)都想在長期的精確特性下,也能提供短期可靠的標準時間信號,這就是如圖2所示使用GPS修正以維持標準輸出的鐪振盪器設計圖。它是利用振盪器的一個時間區間(time interval)信號與GPS時序信號比較以做為輸出的校正,使用GPS timing信號除以time interval而得到準確度。但是,若在幾分鐘內做不同的量測,因振盪器無法短期穩定或做校正的特性,這種設計的時間精確度就會愈來愈不準確,在長時間後,如1000秒,精確度誤差可達100ns/1000s,所以此種設計需先確保您系統的振盪器輸出頻率是穩定的才可行。
由於GPS有長期穩定來源的特性,一個相當低價的溫控(ovenized)振盪器(OCXO)即可達到長、短期穩定標準時間,頻率輸出之特性。近年有些石英振盪器製造商為因應CDMA holdover的需求,嘗試推出超高精確/穩定的Double-over OCXO 技術。這種技術可在GPS的訓練修正後,提供精確Timing的信號,甚至在脫離GPS信號下仍可維持一穩定的頻率輸出。而它的成本只在鐪振盪器數千分之一且工作溫度寬,工作時限亦長。
此種利用低成本振盪器並加入GPS信號的設計即為第二代GPS clock的雛形。它在本質上降低了成本,且為市場上CDMA的應用提供了實質上精確穩定的時間頻率信號。以CDMA的設計而言,若無法找到一個符合經濟效益的方式解決各地基地台間同步信號的問題,CDMA仍將只能停留在實驗階段。
就像第一代GPS Clock一樣,第二代的GPS Clock設計是使用一個獨立GPS接收板的PPS信號;這個PPS信號會與OCXO所提供,它的差異是來自微處理利用相位比較電路去協助OCXO做校正。以目前技術來說這也是最經濟、最有效、精確的設計方式。
來源:茂綸股份有限公司
與 GPS 同步
070810r1版本
2007/08/01
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