Download - Retele de Comunicatii Mobile
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
1
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
1. Noiuni i procedee de lucru n comunicaiile celulare
Reutilizarea frecvenelor.- principiul reutilizrii frecvenelor (canalelor radio)- perturbaiile care apar ntre staiile care folosesc acest canal (interferena
cu acelai canal = interferen co-canal, Co-channel Interference, (CI) s
fie sub o valoare impus.
mprirea n celule.- celula - zon acoperit din punct de vedere radio de ctre o staie de
baz (sau mai multe);
- fiecrei celule i se aloc un numr de canale radio (un set de canale
radio).
- Celule vecine folosesc seturi diferite.
Amplasament (site)
Figura 1
Zona de acoperire Zone de acoperire
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
2
Perturbaii n sistemele celulare de comunicaie.- perturbaii co-canal (CI);
- perturbaii datorate interferenei cu un canal vecin;
- perturbaii datorate intermodulaiilor (de ordinul trei).
Zona de reutilizare (cluster).- numr de celule, N.- dimensiunile zonei de reutilizare - capacitatea de trafic;
Transferul (Handover, Handoff) i circulaia liber (roaming) Aspect specific comunicaiilor mobile - mobilitatea ..... Preluarea unui apel n desfurare de ctre o alt staie de baz atunci cnd
este cazul;
Variante:- transfer ntre celule diferite;- transfer intracelular,
Strategii de transfer:Figura 2
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
3
a. Transfer controlat de reea.- Staiile de baz fac msurtori, centrala decide;
- staiile mobile nu intervin; se pierde influena condiiilor locale;
b. Transfer asistat de mobil.
- Staia mobil msoar; centrala ia decizia;
- n acest caz reeaua pstreaz controlul legturilor;c. Transfer controlat de staia mobil.
- Msurtori - staia mobil i staia de baz,
- Decizia de transfer o ia staia mobil;
Ultimele dou strategii - transferul se face mai rapid. Circulaia liber sau roaming-ul extindere la reele diferite; convenie ntre operatori; existena unor baze de date unde se stocheaz informaii cu privire la
activitatea staiei mobile; etc.
Alocarea canalelor radio ctre staiile de baz. canal radio = frecvena purttoare + banda alocat + echipamente; Alocarea canalelor radio = repartizarea canalelor radio disponibile ctre
staiile de baz din reea.
Variante:- Alocare fix (static)
- Alocare dinamic
- Alocare hibrid
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
4
2 Analiza geometric a reelelor celulare
2.1 Aspecte generale cu privire la abordarea reelelor celulare
Caracteristicile sistemelor celulare: teritoriul n care lucreaz reeaua de comunicaie este integral acoperit
cu un numr oarecare de celule.
o celul real nu trebuie s aib o form regulat. pentru proiectare se prefer o form geometric simpl.
Proiectarea reelelor celulare:1. Conceperea unei reele teoretice de baz;
2. Analiza factorilor care determin corecii sau msuri de protecie;
3. Efectuarea unor corecii n structura reelei ca urmare a unormsurtori i observaii efectuate asupra unei prime variante.
1. Conceperea reelei teoretice de acoperire:
Ipoteze:- suprafaa plan, fr forme de relief, construcii, vegetaie;
- celulele: de acelai tip i cu dimensiuni identice;
- acoperire fr suprapuneri (suprapuneri minime);
- caracteristica de radiaie a antenelor omnidirecional;
- puterea aparent radiat = o constant a reelei.
Pe reeaua teoretic se atribuie canale (seturi de canale) radio ctre celule; n acest scop este necesar alegerea unor reguli de reutilizare a canalelor radio
(grupurilor de canale radio);
Etapa 2 se desfoar pe baza unor hri ridicate la o scar adecvat i a altor
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
5
observaii i msurtori;
Etapa 3: se realizeaz o reea de acoperire ct de aproape posibil de ceateoretic;
se efectueaz msurtori i apoi coreciile care se impun;
Forma celulei: cerc sau poligoane inscriptibile n cerc; cea mai convenabil soluie: hexagonul.
2.2 Zona de reutilizare (cluster); caracteristici n fiecare celul se amplaseaz o staie de baz; canalele se aloc pe principiul reutilizrii frecvenelor; perturbaiile sunt minime dac se asigur echidistana ntre amplasamentele
care folosesc acelai canal;
Rezult c centrele zonelor de reutilizare formeaz hexagoane.
Figura 3
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
6
se va parcurge o prim faz de studiu: determinarea relaiei existente ntredistana de reutilizare, d i numrul de celule pe cluster, N.
reeaua are caracteristicile puse n eviden n figurile 5 i 6.
Se observ c:h1=r3/2; h2=3r/2,
A5
A4
A3
A6
A1
A2
Figura 5
dnh2
A1(m,n)
A2
A(0,0)
A6
Figura 6
mh1
h2
h1
x
y
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
7
Aria unui hexagon elementar este:
nlocuind n relaia (1) rezult
de unde:
numerele N, m, n trebuie s fie ntregi. deci m i n sunt fie ambele pare, fie impare astfel c suma m+n este
ntotdeauna un numr par.
)h(n+)h(m=d 222
12 (1)
2r33=
2h6r=S
21
1 (2)
42r33 Nd4
3=S2
2AAA1 = (3)
3Nr=d (7)
4rn9+
4rm3=r 3N
22222 (8)
4n3+m=N
22(9)
2=n+m (10)
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
8
Se deduce:Tabelul 2 Determinarea valorilor posibile pentru N
m 1 3 2 5 4 3 6 2 7 5 4 1 8 7
n 1 1 2 1 2 3 2 4 1 3 4 5 2 3
q 1 2 2 3 3 3 4 3 4 4 4 3 5 5
N 1 3 4 7 7 9 12 13 13 13 16 19 19 19
.
m+m3-3=4)m-3(2+m=N
n+n-=4n3+)n-(2=N
2222
2222
(11)
Figura 8 Exemple de reele hexagonale
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
9
3 Administrarea canalelor radio n reelele celulare
3.1 Aspecte generale Trebuie concepui algoritmi pentru:
repetarea n reea a unui canal (grup de canale); distribuirea n reea a canalelor radio disponibile; gruparea mai multor (canale) n vederea formrii unui grup care va fi
utilizat n acelai amplasament.
criteriu de baz: realizarea de perturbaii minime n reea. n prima etap se determin numrul de celule, N, care formeaz o zon de
reutilizare;
Obiective: utilizarea eficient a spectrului; minimizarea perturbaiilor co-canal;
Ipoteze simplificatoare: spectrul atribuit este o band continu de frecvene. canalele au benzi alocate egale, canalul poate fi luat n eviden prin numrul de ordine (figura 9). f = lrgimea de band a unui canal .
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
10
M= numrul de canale radio care se pot constitui n banda alocat;
compatibilitatea ntre canale = compatibilitatea ntre numerele de ordinecorespunztoare.
3.2 Stabilirea numrului N de celule care formeaz o zon de
reutilizare. Ipotezele simplificatoare menionate la nceput:
emitoare amplasate n centrele celulelor elementare; antene de emisie omnidirecionale; puteri aparent radiate egale ntre ele; teritoriul perfect plan; toate celulele hexagonale au aceleai dimensiuni.
Fig. 4.9 Constituirea canalelor radio: a) simplex, b) duplex.
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
11
staia perturbat ... staiile perturbatoare (figura 10). sunt analizate numai perturbaiile co-canal.
se definete factorul de reutilizare Q=d/r.
Pentru calcul se amintete semnificaia pantei atenurii de propagare pentru
. . . . .++ IIS=
IS
kK
1=kk
K
1=k
21 (33)
I
S=IS
k
6
1=k
(34)
1
1
1
1
1
1
1
Fig. 10 Perturbaii co-canal
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
12
reprezentarea logaritmic:
n continuare cu notaia = '/10, rezult:
Sunt interesante dou cazuri:1. antene omnidirecionale att la staia de baz ct i la staia mobil ;2. antena de emisie directiv la staia de baz i omnidirecional la staia
mobil.
1. Antene omnidirecionale
dlog-dlog)Plog-10(log=tg
21
12' P= (35)
ps rIrS (37)
6Q=
d6r=
IS
-
-
(38)
Fig. 11 Zone urbane, cldiri mici i medii, banda 800-900MHz.
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
13
Raportul S/I se evalueaz prin msurtori subiective; pentru sisteme analogice:
- S/I18 dB, canale Ba = 30 kHz;- S/I24 dB, canale Ba = 15 kHz;- S/I30 dB, canale Ba = 7,5 kHz.
Pentru sisteme digitale- S/I13 dB, ;
Pentru S/I=18dB rezult:
Pentru cazul analizat se obine N=7. Deci modelul cu 7 celule asigur un raport S/I de 18dB n centrul zonei utile.
Situaia cea mai dezavantajoas apare la marginea celulei;
)SI(6=Q
1 (39)
4,41=)63,1(6=Q deci 41 63,1=
IS (40)
3N=Q (42)
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
14
Urmrind figura 12, se poate deduce relaia:
Numeric se obine un raport de 17 dB...... Se va analiza cazul N=9. Aici d=3r3, deci:
Numeric: S/I=20,8 dB i S/I=20,4 dB.
n concluzie, pentru reelele analogice, cu lrgimea de band a canalului de25-30 kHz, N 9;
Q1+
)41-Q(
)21-(Q+)
21+(Q
+)1-Q(
)1-(Q+)1+2(Q
1=
=)r+(d+)
2r+(d+d+)2
r-(d+)r-2(d
r=IS
22
-----
-
(43)
6)3(3=
)36(3rr=
IS
-
-
(46)
d2+)43r-(d+)
43r+(d+)
23r+(d+)
23r-(d
r=IS
-----
-
(47)
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
15
pentru reele digitale, N poate fi mai mic dect 7.
3. Antene directive. Uzual, limea lobului principal de radiaie de 120o sau 60o (figura 13, N=7).
120o:
60o:
Numeric:
)2r+2(d
r=IS
-
-
(44)
)0,7r+(dr=
IS
-
-
(45)
d
d
d+0.7rd+0.7r
d+r/2
Figura 13
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
16
pentru 120o S/I=25,3 dB; pentru 60oS/I=29 dB .
Deci se poate alege N=3;
3.3 Criterii pentru alocarea canalelor ctre celulele elementare
Caracteristicile de selectivitate ale filtrelor utilizate la echipamentele derecepie duc la restricii cu privire la:
distana ntre canalele utilizate n celula analizat distana ntre canalele utilizate n celule vecine.
Cea mai restrictiv condiie este cea care se refer la canalele folosite naceeai celul;
cea mai defavorabil situaie (figura 15):
d2/d1 = raport terminal apropiat/terminal deprtat. Se noteaz:
)dd(=)
IS(
1
2 (48)
1,2,...=i pentru f-f=f oi1+io, (49)
MSp
MSu
Figura 15
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
17
p
)dd(10
=p
)SI(
=n 12
10
o
log(50)
2B n|>f-f=|f ooiopm (51)
fBn=
ff
=D om
2 (52)
Pentru canale din celule vecine
dB 0 =)dd(=
IS
1
2 (53)
Figura 16
SBp
SBu
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
18
3.4 Analiza intermodulaiilor de ordin 3
Intermodulaii de ordin 3 apar dac la intrarea sistemului analizat poate apreao combinaie de forma:
3.5 Atribuirea canalelor radio ctre celulele elementare
1. Minimizarea perturbaiilor co-canal a dus la valoarea lui N;2. Minimizarea perturbaiilor produse de canalele adiacente folosite ntr-o celul:
distana ntre dou canale succesive, mai mare sau egal cu D=fm/f canale;
3. Minimizarea intermodulaiilor de ordinul 3;
4. Minimizarea interferenelor ntre canale vecine folosite n celule vecine.
fn+...+fn+fn=f KK2211i (54-a)
|n|+...+|n|+|n=|o K21 (54-b)
ff iu (54-c)
mkji cu ;f-f=f-f mkji (55-a)mki cu ;f-f2=f kmi (55-b)
C-C=C-C mkji (46-a)
C-C2=C kmi (56-b)
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
19
Variante:- alocarea fix;
- alocarea dinamic;
- alocare hibrid.
Se analizeaz alocarea fix n ipoteza c se accept c:1. traficul este uniform repartizat;2. distribuia de trafic este evaluat prin studii experimentale sau prin
predicie;
Funcie de aceast opiune:1. celulele primesc acelai numr de canale
2. fiecrei celule i se repartizeaz un numr variabil de canale funcie de
traficul specific.
Se consider primul caz; Se dispune de M canale:
Deci fieccrei celule i revin m/m+1 canale:)
NMrest(=M );N
Minteger( r=m rMNMm +=
Cel mai simplu algoritm: n prima faz se aplic relaia:
)f
BInteger( a=M (57)
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
20
1,m-=j pentru1]-M[0,i 1;m-
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
21
Este evident relaia:
Cu aceasta numrul de ordine al canalului j din celula i poate fi scris:
Pentru fI, fJ, fK, trei frecvene aparinnd aceleiai staii de baz cu condiia:
Procedeul de mai sus permite evitarea intermodulaiilor de tipul 2fJ=fI+fK.
Ni]+)s-[(N-NK--Ni]+)s-[(N+NIN]i]+)s-[(N+2[NJ
K
IJ
modmodmod
(64)
Ni)+s-(N+Ni)+s-(N++Ni)+s-2(N-I)+N(K2NJ
KI
J
modmodmod
(65)
vor rezulta valori diferite pentru deplasri; se va verifica de fiecare dat meninerea distanei minime D; Modul de lucru;
Tabelul 5 Exemplu de alocare a canalelor radio ntr-un sistem cu: M=72, D=6, N=9.
Celula(i) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 sj
1-Ns0 j (60)
modNi]+)s-[(N+Nj=C jij (61)
f
-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
22
Nr. ordine canal ncelul(j)
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 9 10 11 12 13 14 15 16 17 0 2 26 18 19 20 21 22 23 24 25 1 3 35 27 28 29 30 31 32 33 34 1 4 42 43 44 36 37 38 39 40 41 3 5 51 52 53 45 46 47 48 49 50 3 6 59 60 61 62 54 55 56 57 58 4 7 68 69 70 71 63 64 65 66 67 4
Fig. 17 Numerotarea celulelor ntr-o zon de reutilizare radio cu 9 celule.
0
7
4
3
6
6
8 5
1
0
1
3
2
5 88
4 1
7