cm 01 introducere

1. Noiuni generale

1.1 Aspecte introductive

Prin sistem de Comunicaii Mobile SCM desemnm orice sistem de

comunicaie la care cel puin unul dintre terminale se poate deplasa chiar dac

la un moment dat nu este n micare;

Pentru a se asigura mobilitatea este necesar ca sistemul s conin cel puin o

seciune unde s nu existe contact fizic ntre echipamente; aceasta este

interfaa radio;

Canalul de comunicaie radio-mobil: frecvena/timpul, mediul de transmisiune

precum i o parte semnificativ a echipamentelor care permite utilizarea acestor

resurse;

Clasificare Sistemelor de CM:

a. dup modul de constituire a canalului de comunicaie:

diviziune n frecven, FD;

diviziune n timp, TD;

diviziune n cod, CD;

b. dup structura legturii de comunicaie;

unilateral

bilateral

- simplex

- duplex

- semiduplex.

c. dup relaia cu alte sisteme de comunicaie:

deschise

nchise

d. dup procedeul folosit pentru acoperirea radio a teritoriului:

celulare

necelulare

Exemple de sisteme de CM: - Telefonia fr cordon

- Radiotelefonia convenional

COMUNICATII MOBILE Cap. 1 Noiuni Generale

3

- Radiotelefonia dedicat (trunking)

- Radiotelefonia celular

- Radioapel selectiv, radiopaging

- Reele locale fr fir(WLAN); - Reele satelitare.

1.2. Evoluia comunicaiilor mobile

3 iunie 1898, Gugliemo Marconi fondatorul companiei Wireless Teleraph and Signal Co., Ltd, transmite un mesaj RTF la cererea lui W. Thomson

(Lord Kelvin) care a pltit pentru acest serviciu.

Acesta este primul serviciu de radiotelegrafie.

n acelai an, (o lun mai trziu) Marconi asigura transmiterea mesajelor prin radiotelegrafie ntre nava Flying Huntress i o nav a jurnalului Daily

Express din Dublin.

Deci se poate afirma c n acest an s-a semnat actul de natere al comunicaiilor mobile.

Legturile radio telegrafice cu navele s-a dezvoltat rapid n mai multe ri din Europa i foarte curnd i n America.

Progresele tiinifice au stimulat dezvoltarea comunicaiilor radio mobile; dintre acestea se pot meniona: descoperirea electronului, a receptorului

coherent i a amplificatoarelor cu tuburi electronice.

Dezvoltarea SCM n aceast etap, i nu numai, a fost stimulat de cerine comerciale dar i de obiective militare.

n primele decenii ale acestui secol centrul de dezvoltare al acestui tip de comunicaii a fost America.

Primele comunicaii mobile terestre au fost realizate n benzi de frecven situate la 2MHz ajungndu-se n preajma celui de al doilea rzboi mondial

spre 40MHz.

Serviciile radiomobile publice i private au folosit la nceput canale radio cu banda 60 kHz,

Ulterior, datorit creterii cerinelor pentru aceste servicii, printr-o utilizare mai eficient, banda a fost redus la 25 kHz n Europa i 30kHz n SUA.

Primele legturi se fceau n modul de lucru simplex cu operatori umani.


4

Principalele momente istorice care marcheaz aceast perioad sunt urmtoarele:

1921 Detroit un serviciu de dispecerat pentru poliie;

n 1946 apare primul serviciu radiotelefonic mobil n St. Louis

(Missouri, SUA). La scurt timp serviciile radiotelefonice

mobile se extind i n Europa.

Utilitatea serviciilor de CM a condus la dezvoltarea reelelor de

tip dispecer (radio).

n 1956 se inaugureaz primul dispecer radio automat n banda

150MHz, full-duplex.

Datorit cererii n cretere pentru astfel de servicii, se constat

extinderea rapid a CM ntre anii 1956 1969.

Totui posibilitile de satisfacere a cerinelor de CM au rmas

limitate, iar dezvoltarea lor a condus la deteriorarea calitii

serviciilor.

Sintetiznd se poate afirma c primele sisteme de comunicaii mobile au avut urmtoarele caracteristici i limitri:

- Sisteme nchise (nu puteau inter-opera cu alte sisteme);

- operare manual;

- gabaritul i greutatea - mari;

- preul de cost - ridicat;

- folosirea ineficient a spectrului de frecvene radio;

- calitatea redus a serviciului (timp de ateptare: zeci de minute, chiar

ore).

n deceniul 60 se observ cum integrarea pe scar larg i miniaturizarea, au contribuit la reducerea preului de cost, a gabaritului i a consumului de

energie electric.

n anii 70 se ajunge la o epuizare a posibilitilor comunicaiilor mobile de a satisface solicitrile. Pentru acoperirea unor suprafee extinse n care

sunt situai utilizatorii se cereau staii de baz cu puteri tot mai mari.

Numrul mare de utilizatori a condus la o criz de frecvene disponibile. Pe vehiculele mobile, terminalele rmneau grele, incomode i scumpe ceea ce

fcea din comunicaiile mobile un produs de lux.

Conceptul de telefonie celular ( fig. 1.1) propus i introdus de Bell Labs a fost revoluionar pentru dezvoltarea CM.


5

Principiul reelei celulare const n aceea c fiecrei arii acoperite de o staie de baz, care s-a decis s fie considerat de form hexagonal, i acre

va fi marcat cu o liter, i se aloc o frecven purttoare.

Topologia reelei trebuie s fie astfel conceput nct s nu apar arii vecine funcionnd pe aceeai frecven.

O frecven poate fi refolosit la o distan suficient de mare pentru a evita perturbaiile ntre celulele care folosesc aceeai frecven;

La trecerea utilizatorului mobil dintr-o celul n alta, el este preluat de staia vecin.

Emitoarele au putere mic i se poate demonstra c se mbuntete calitatea convorbirilor.

Crete complexitatea staiilor, a reelei i a terminalului mobil i ntreaga infrastructur a reelei devine foarte complex.

Aceast cretere a complexiti este compensat prin utilizarea unor noi tehnologii care reduc preul de cost al echipamentelor i permit o utilizare

eficient a frecvenelor purttoare.

Calitatea sporit a comunicaiilor este asigurat de folosirea unor tehnici moderne de control i protecie a semnalului.

Se poate spune c istoria sistemelor CM celulare ncepe n anii 70. Evenimente remarcabile:

1979 - primul sistem realizat de AT&T pe baza unui brevet deinut

de Bell Labs n Chicago Illinois n banda 800MHz, AMPS

Fig. 1 Ilustrarea conceptului de

acoperire celular


6

(Advanced Mobile Phone Service); n form evoluat sistemul este

operaional i astzi.

n acelai an i n Japonia, apare un sistem de CM realizat pe

principii asemntoare;

1981 n Europa un consoriu, constituit de cteva companii din

rile nordice, dezvolt sistemul: NMT (Nordic Mobile Telephone)

n dou variante pe 450 i 900MHz.

Apare astfel prima generaie a sistemelor CM celulare analogice cu multiplexare/acces multiplu n frecven (FDMA).

1.3 Dezvoltarea comunicaiilor celulare analogice

Comunicaiile mobile celulare au depit rapid limitrile anterioare i s-au impus n anii 80 cunoscnd o dezvoltare rapid n toate rile cu economie

dezvoltat.

Dintre principalele caracteristici ale acestei generaii (prima generaie de CM) se pot reine:

- reeaua celular hexagonal;

- transmisie MF n benzile 450 sau 960 MHz;

- banda canalului radio: 20/10; 25; 30KHz;

- distana duplex ntre canale: 5 respectiv 45MHz;

- selectivitatea receptoarelor fa de canalele adiacente, de minimum

60 70dB;

- standardele sunt definite de productori la nivel naional, (excepie

NMT);

- terminalele sunt portabile dar grele;au aprut n 1985;

- din 1990 apar terminalele de buzunar cu pre de cost tot mai redus.

Parametri care permit aprecierea gradului de dezvoltare a oricrei reele de CM:

Acoperirea - procentajul din aria rii (regiunii) acoperit de

serviciul CM celulare.

Capacitatea - numrul de apeluri satisfcute ntr-o anumit arie a

sistemului, ntr-un interval dat de timp.

Densitatea - procentajul de abonai pe 100 de locuitori.

n majoritatea rilor care au adoptat sisteme din aceast generaie acoperirea a fost naional.


7

n afara Europei sistemele de CM analogice instalate foloseau n principal variante dezvoltate pe baza sistemului AMPS .

AMPS a fost instalat n: SUA, Canada, Mexic, Australia, Taiwan, Coreea de Sud, Hong Kong, Thailanda, Brazilia. Acoperirea este total la nivel

naional.

TACS (Total Access Communication System), varianta englez a AMPS, a devenit operaional din 1985 n banda de 900MHz.

Sistemul a fost adoptat n Emiratele Arabe Unite, Bahrain, Kuweit, Egipt. n primele 3 ri acoperirea a fost total.

n tabelul 1.1 se observ sistemele menionate anterior la care se adaug Radiocom 2000, RTMS, C450 care reprezint adaptri locale ale NMT.

Cea mai extins reea de CM analogice din Europa a existat n Anglia iar, densitatea cea mai mare de abonai, 8%, n Suedia.

Datorit creterii cererii de servicii mobile la sfritul deceniului 80 au aprut limitri insurmontabile prin tehnologii analogice.

De aceea s-a trecut la tehnologiile digitale;


8

Tabelul 1.1. Principalele sisteme celulare din Europa existente la nceputul

acestui deceniu (90)

ara Sistemul Banda de

frecven (MHz)

Banda

canal radio

(KHz)

Data

lansrii

Numrul de abonai

(mii)

Marea

Britanie

TACS 900 30 1985 1200

Norvegia

Suedia;

Finlanda;

Danemarca

NMT 450

900

25 1981

1986

1300

Frana Radiocom 2000

NMT

450, 900

450

25 1985

1989

300

90

Italia RTMS

TACS

450

900

25 1985

1989

60

560

Germania C 450 450 20/10 1985 600

Elveia NMT 900 25 1987 180

Olanda NMT 450

900

25 1985

1989

130

Austria NMT

TACS

450

900

25 1984

1990

60

60

Spania NMT

TACS

450

900

25 1982

1990

60

60


9

1.4 Factori care au determinat trecerea de la tehnologiile analogice la

cele digitale

Se constat c principalele limitri ale sistemelor analogice au fost:

1. Limitri n creterea capacitii: - spectrul disponibil pentru CM fiind limitat impunea o folosire ct mai

eficient: band ocupat de un canal radio trebuie s fie ct mai ngust;

- inflexibilitate n refolosirea canalelor radio la transferul ntre celule; - existena unor sectoare neacoperite n celulele mari; - existena unor sectoare supraacoperite n celulele mici; - alte dezavantajele legate de multiplexarea cilor n frecven;

2. Limitri n asigurarea calitii - n raport cu tehnologiile digitale, tehnologiile analogice asigur o

protecie redus la perturbaii, fading, interferene; - protejarea prin codare i corecie a erorilor este mult mai eficace n

cazul folosirii semnalelor digitale;

- dezvoltarea unor noi servicii se realizeaz mai simplu n cazul tehnologiilor digitale;

- tehnologiile analogice au oarecari dificulti n conlucrarea cu reelele de telecomunicaii digitale.

Au existat i factori sociali i economici care au stimulat trecerea la CM digitale:

- necesitatea unor standarde naionale i internaionale care s permit conlucrarea sistemelor CM din diferite ri;

- interesul productorilor pentru piee mari i avantajoase din punct de vedere economic (aspect favorizat de tehnologiile digitale);

- cerinele utilizatorilor pentru servicii de calitate, la pre de cost redus.

1.5 Ci de trecere la comunicaiile mobile digitale

1. Calea american care este caracterizat de meninerea i perfecionarea tehnologiei AMPS cu adaptare la tehnologiile digitale.

n acest caz:

- industria concepe i produce sistemul; - urmeaz standardizarea local i naional.


10

Principalul aspect specific a constat n elaborarea de sisteme care

folosesc canale radio analogice folosite prin multiplexare cu diviziune n timp.

A rezultat standardul IS-54 - sistemul D-AMPS sau ADC (American

Digital Cellular), sistem cu ci radio analogice duplex cu multiplexare/acces multiplu cu diviziune n timp TDMA (Time Division Multiple Access).

n SUA a mai fost dezvoltat standardul IS-95, care este o variant N-CDMA cu ci radio analogice duplex CDMA (Code Division Multiple Access).

2. Calea european - mai multe state au colaborat la dezvoltarea unui sistem celular digital.

Etape:

- S-a nceput cu crearea unor organisme internaionale ale Comunitii Europene, constituite din operatori naionali, cercettori, industrie;

- Au fost elaborate standardele (internaionale); - S-a trecut la realizarea sistemului.

Cerinele majore impuse la demararea activitii pentru conceperea unui sistem celular digital n Europa:

- acoperirea unor arii ct mai extinse; - servirea regiunilor cu populaie dens dar i a celor cu populaie rar; - servirea mobilelor cu viteze de deplasare diferite (automobile,

pietoni!);

- servirea pietonilor n interiorul unor microcelule cu trafic mare; - funcionare n interiorul unor cldiri cu condiii de propagare dificile

(blocuri, parking-uri, aeroporturi).

A rezultat sistem digital de CM cu cea mai larg rspndire GSM.

3. Calea asiatic, pacific - mai diversificat:

Japonia care poseda CM analogice (foarte dezvoltate) a urmat calea american. Varianta japonez a sistemelor CM digitale este: JDC (Japanese Digital Cellular) i a cunoscut o dezvoltare exploziv.

n Pacific i Asia au coexistat sistemele AMPS, TACS, NMT i n apoi a ptruns energic GSM (China).

Restul lumii a adoptat sistemele menionate n funcie de relaiile politice i economice cu furnizorii din alte ri.


11

1.5 Evoluia CM dup generaia a doua A doua generaie de CM a fost introdus n jurul anului 1991. Aa cum

am menionat, generaia digital (2) a asigurat: creterea capacitii, reducerea costului (pentru operatori), au fost introduse noi servicii pentru utilizatori: SMS

i date de vitez redus. GSM care s-a rspndit practic pe tot globul (excepie Japonia) a

introdus roaming-ul pe arii extinse.

Trecerea spre o nou generaie a fost marcat de introducerea GPRS. Operatorii au fcut investiii suplimentare pentru a crea o reea nucleu orientat pe comutare de pachete. La nivelul reelei de acces radio s-a asigurat numai o actualizare (up-grade) soft. Pentru utilizatori: GPRS asigur conectarea permanent (on-line) i plata pentru volumul de date transferate.

Rata de transmisie este de cca 20kb/s per segment temporal utilizat.

A urmat introducerea EDGE care reprezint o evoluie a GPRS 60kb/s asigurnd o eficien spectral ameliorat; aceast tehnologie folosete tehnici de modulaie de ordin superior din care a rezultat o cretere a vitezei de transmitere a datelor de cca 3 ori.

Etapa urmtoare a constat n conceperea, dezvoltarea i instalarea sistemelor de generaia a III-a de CM prin:

Japonia i apoi Europa - WCDMA;

SUA foloseau GSM + TDMA, au evoluat apoi spre EDGE; respectiv tehnologia CDMA-one a evoluat spre CDMA 2000;

Trecerea spre WCDMA aa cum a fost specificat de proiectul pentru SCM din generaia III (3GPP) a adus o serie de schimbri conceptuale:

este un sistem care lucreaz ntr-o band larg de 5MHz;


12

poate suporta o mare varietate de servicii;

poate lucra cu rat variabil (384kb/s pe arii largi i 2Mb/s pe arii locale);

Tehnologia WCDMA a evoluat n mai multe etape ameliornd substanial performanele iniiale: HSDPA, HSUPA, HSPA (High Speed Downlink/Uplink Packet Acces).

A urmat un nou salt odat cu trecerea la tehnologia LTE (Long Term evolution) care poate fi considerat ca realiznd performane de generaia a patra.

In paralel au fost concepute i sunt foarte rspndite sisteme de Comunicaii radio (wireless) avnd transmiterea de date ca funcie principal.

Prima soluie standardizat: IEEE 802.11- n banda ISM - 2,4GHz- rata de (1/2)Mb/s.

Noi soluii: IEEE 802.11b,g OFDM 54Mb/s. IEEE 802.11n care realizeaz rate de peste 400MHz.

IEEE 802.16 tehnologie care ncorporeaz o abordare mai consistent a mobilitii i a QOS.

Au fost concepute i sisteme de foarte mic putere cu arie de acoperire redus (metri-zeci de metri cum este BLUE-TOOTH, ZigBee);

Acestea pot fi folosite ca reele locale de acces la reele cu arie mai larg de acoperire;

Dup cum se poate remarca ne aflm n faza de instalare a tehnologiilor de generaia a patra (ex. LTE);

Acestea sunt reele complexe de band larg, integral bazate pe IP cu rate de transmitere a informaiilor foarte mari, ntrzieri mici, calitate a legturii de comunicaie foarte bun, eficien n folosirea resurselor mai ales spectrale.

Noile sisteme de comunicaii vor realiza o convergen a tehnologiilor existente (telecom, date, terestre, satelitare etc.) spre constituirea unui sistem de

comunicaie global; Fiecare tehnologie ncearc s asigure ntreaga gam de servicii: telecomunicaii i date folosind noul concept de transmisiune bazat integral pe Protocolul Internet (IP All IP).


13

Curs CM

1. Aspecte generale: propagare, teoria reelelor celulare, tehnici de acces multiplu.

2. Descrierea unor sisteme de CM : radiotelefonie GSM, Radiotelefonie de generaia a treia, alte sisteme de comunicaie mobil digitale, reele WLAN.

Structura cursului: 3C+2l+1S Distribuia punctelor: Laborator 20p + Seminar 20p + test numrul 1

20p + testul nr. 2 20p test numrul 3 - 20p =100p;

Examenul este scris cu verificare oral;

Condiii de promovare: Laborator minim 10 p, prezena minim 60%,

Punctaj total minim: 50 puncte.

Programarea pentru cele trei teste va fi anunat la primele prelegeri;

Bibliografie

1. Internet: MOODLE

2. I.Marghescu, N.Coanis, St. Nicolaescu, Comunicaii Mobile Terestre, Ed. Tehnic

3. Ad. Mateescu i colaboratorii, Reele i Sisteme GSM, Ed. Tehnic.

4. Ion Marghescu, Ionel Dragu, Marius Cintez, Comunicaii Mobile Terestre, ndrumar de laborator, UPB, 2001.

cm 01 introducere

Documents