retele de comunicatii mobile

REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE

1


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


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


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


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


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


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


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)


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


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 .


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.


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


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.


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)


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)


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


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


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


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)


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)


20

1,m-=j pentru1]-M[0,i 1;m-


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


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

retele de comunicatii mobile

Documents