Telefonía Celular.

• La topología celular está compuesta por áreas circulares o hexagonales, cada una de las cuales tiene un nodo individual en el centro.

• La topología celular es un área geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de la tecnología inalámbrica. En esta tecnología no existen enlaces físicos; sólo hay ondas electromagnéticas.

• La ventaja obvia de una topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites).

• Las desventajas son que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de la celda y, de ese modo, pueden sufrir disturbios y violaciones de seguridad. Como norma, las topologías basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la atmósfera o los satélites.

. Topología de un sistema celular.

Ventajas:

La ventaja obvia de la topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la atmosfera terrestre o el vacío del espacio exterior (y los satélites)

Desventajas:

Se trata de una tecnología cara pues requiere la utilización de sistemas emisores y receptores de datos y des uso de antenas para propagar las señales.

. Topología de un sistema celular.

. Topología de un sistema celular.

Los componentes principales de un sistema celular son:

El centro de conmutación móvil ( MSC, Mobile Switching Center.

Las células.

La unidad móvil :La estación de transmisión-recepción base (BTS, Base Transceiver Station).

Topología de un sistema celular.

• El centro de conmutación móvil ( MSC, Mobile Switching Center)

Es el centro de control de los sistemas celulares; se encarga de conmutar las llamadas a las células, proporcionar respaldo, conectarse con las redes telefónicas, monitorizar el tráfico para fines de cobro, realizar pruebas y diagnósticos, y realizar labores de administración de la red en general.

Topología de un sistema celular.

• Las células :

Son las distintas áreas geográficas en las que se divide el área total que pretende cubrir el sistema.

Topología de un sistema celular.

• La unidad móvil .-

Que es el transmisor-receptor móvil, casi siempre situado en un automóvil, camión, embarcación, etc., y que contiene un

módem capaz de cambiar de frecuencia que le permite sincronizarse con una frecuencia dada, designada por el MSC:

- La estación de transmisión-recepción base (BTS, Base Transceiver Station).

Existe una por cada célula y junto a ésta es la interfaz entre la unidad móvil y el MSC.

Figura 1. Topología representativa de un sistema celular.

¿Por qué las celdas tiene forma hexagonal?

• Para fines de diseño las celdas son representadas en forma hexagonal. Este tipo de representación frecuentemente da como resultado reuso en frecuencia en un factor de 7, el mínimo número de frecuencias necesarias para asegurar que las radio bases vecinas no tengan que ocupar las mismas frecuencias. La representación hexagonal es adecuada para análisis preliminar de una red celular.

• En la realidad, diversos factores como el terreno, edificios, construcciones, densidad poblacional hacen que el área de cobertura de una radio base sea irregular.

¿Por qué las celdas tiene forma hexagonal?

Tipos de celdas

• La densidad poblacional de país es muy variada, por lo tanto se hace necesario usar distintos tipos de celdas:

• Macroceldas: Son celdas grandes, para áreas con población dispersa.

• Microceldas: Estas celdas son usadas para áreas densamente pobladas. Dividiendo las zonas en pequeñas áreas, el número de canales disponibles aumenta y por lo tanto la capacidad de las celdas. El nivel de potencia de los transmisores usados en estas celdas es menor, reduciendo la posibilidad de interferencia entre celdas vecinas.

• Celdas Selectivas: No siempre es de utilidad definir celdas con una cobertura de 360 grados. En algunos casos, celdas con una forma particular de cobertura son necesarias. Un ejemplo típico de celdas selectivas son las ubicadas a la entrada de un túnel donde la cobertura de 360 grados no es necesaria. En ese caso se usa una celda selectiva con una cobertura de 120 grados.

Tipos de celdas

• Se le conoce como Cluster a la cantidad total de los canales que la banda de frecuencias requiere y se distribuye entre varias celdas.

• A ese aglomerado número de celdas se le da el nombre de Cluster, que pueden ser de distintos tipos o patrones de reutilización.

¿Qué es un cluster?

¿Qué es un cluster?

CLUSTER

Algunos ejemplos de Cluster:

• K=3 • K=7

• Al Cluster también se le conoce con el nombre de Racimo y está formado por un conjunto de celdas, las cuales se agrupan con la totalidad de frecuencias que se encuentran disponibles para la red celular, lo que permite que ningún canal pueda ser reusado dentro del Cluster.

• El uso de las frecuencias en los Cluster se realiza usando patrones de re-uso de frecuencia.

• Debe encontrarse un equilibrio en el número de celdas del Cluster para evitar la interferencia que podría ocurrir entre los Cluster vecinos.

¿Qué es un cluster?

• Los Cluster por lo general agrupan 4, 7, 12 o 21 celdas.• El Cluster con menor número de celdas posee el mayor

número de canales por celda.• A continuación se muestra un Cluster de 7 celdas.

¿Qué es un cluster?

¿ por que la reutilización de frecuencias?

• Los sistemas de radio celulares se basan en la colocación inteligente así como de la reutilización de los canales a través de una región de cobertura.

• Al proceso de diseño de seleccionar y colocar grupos de canales en todas las estaciones base dentro de un sistema, se le llama reutilización de frecuencias o planificación de frecuencias.

Reutilización de frecuencias

• La Figura ilustra el concepto de reutilización de frecuencias, donde las celdas con la misma letra utilizan el mismo grupo de canales. La forma hexagonal de la celda mostrada en la figura es conceptual y es un modelo simple de la cobertura de radio para cada estación base, pero ha sido universalmente adoptado dado que el hexágono permite un análisis fácil y manejable de un sistema celular.

Reutilización de frecuencias

El incremento en la capacidad de una red celular, comparando con una red con un solo transmisor, viene con el hecho de que la misma radiofrecuencia puede ser usada en un área diferente para una transmisión completamente diferente.

Si hubiera un solo transmisor, solo una transmisión puede ser realizada en cualquier frecuencia dada. Desafortunadamente es inevitable cierto nivel de interferencia en la señal producida por las otras celdas que usan la misma frecuencia. Esto significa que en un sistema estándar FDMA habrá al menos un hueco entre celdas que utilicen la misma frecuencia.

Reutilización de frecuencias

• El factor de reutilización de frecuencia es qué tan seguido se puede utilizar la misma frecuencia en una red. Esto es 1/n donde n es el número de celdas que no pueden utilizar una frecuencia para transmisión.

• Los sistemas CDMA usan una banda de frecuencia mayor para alcanzar la misma tasa de transmisión que FDMA, pero compensan esto y que poseen un factor de reutilización de 1. En otras palabras, cada celda usa la misma frecuencia y los diferentes sistemas están separados por códigos en lugar de frecuencias.

Reutilización de frecuencias

Estrategias de Asignación de canales

• Para la utilización eficiente del espectro de radio, se requiere un sistema de reutilización de frecuencias que aumente la capacidad y minimice las interferencias.

• Se han desarrollado una gran variedad de estrategias de asignación de canales para llevar a cabo estos objetivos.

• Las estrategias de asignación de canales se pueden clasificar en fijas o dinámicas.

• La elección de la estrategia de asignación de canales va a imponer las características del sistema, particularmente, en cómo se gestionan las llamadas cuando un usuario pasa de una celda a otra (handover).

Tecnología GSM

En áreas urbanas muy pobladas, el volumen tan alto de tráfico local puede agotar los canales de radio disponibles. No obstante, es posible aumentar hasta cierto punto la capacidad del sistema reduciendo continuamente el tamaño de las células y la potencia transmitida de las estaciones base.

La reducción en el radio de las células permite reutilizar las bandas disponibles en células no contiguas. La estrategia permite al proveedor de portadora celular reducir aumentar el tamaño de las células para dar cabida al crecimiento o a la reducción de las poblaciones de esta base de suscriptores móviles.

Figura 2. División de células

SI K = 395 Y SE TIENE UN CLUSTER CON N = 7

CADA CELDA TIENE EN PROMEDIO 395 / 7 = 57 FREC/ CELDA

D= DISTANCIA MINIMA ENTRE LOS CENTROS DE CELDAS QUE USAN LA MISMA BANDA DE FRECUENCIAS (CELDA COCANALES)

R= RADIO DE UNA CELDA

d= DISTANCIA ENTRE CELDAS ADYACENTES (d= √3 R)

N= FACTOR DE REUTILIZACION, ES EL NUMERO DE CELDAS EN UNA PATRON DE REPETICION (CLUSTER)

EJEMPLO

¿Cómo se calcula la separación de reuso?

• Un diseño clave es determinar la separación entre 2 celdas usando la misma banda de frecuencias, de tal manera que las 2 celdas no interfieran entre ellas.

• Varios patrones de reutilización de frecuencias son posibles.• Si le patrón consiste de N celdas cada celda le es asignada el mismo

número de frecuencias, cada celda puede tener K/N frecuencias, donde K es el número total de frecuencias asignadas al sistema.

• EJEMPLO :

• Si K = 395 y se tiene un cluster con N =7 cada celda tiene un pomedio de : 395/7 57 frec/celda

D : Distancia mínima entre los centros de celdas que usan la misma banda de frecuencias (celdas co-canales).

R : Radio de una celda.d : distancia entre celdas adyacentes ( d = )N : Factor de reutilización, es el número de celdas

en un patrón de repetición (cluster)

¿Cómo se calcula la separación de reuso?

• Para comprender el concepto de reutilización de frecuencia, consideremos un sistema celular que tenga un total de S canales dúplex disponibles para su utilización.

• Si a cada celda se le colocan un grupo de k canales (k<S), y si los S canales se dividen en N celdas dentro de un grupo único y disjunto de canales donde cada celda tiene el mismo número de canales, el número total de canales de radio disponibles se puede expresar como :

S = k N

¿Cómo se calcula la separación de reuso?

• A las N celdas que usan un conjunto completo de frecuencias disponibles se les llama cluster.

• Si un cluster se repite M veces dentro de un sistema, el número total de canales dúplex, C, se puede usar como una medida de la capacidad, y es dado como :

C = M k N = M S

¿Cómo se calcula la separación de reuso?

• En la ecuación anterior, a N se le llama también tamaño del cluster y son valores típicos los de 4, 7 y 12. Si el tamaño del cluster N se reduce mientras que el tamaño de la celda permanece constante, se requerirán más clusters para cubrir un área dada y por tanto se logra una mayor capacidad.

• Cuanto mayor sea N, mayor va a ser la distancia entre estaciones base con el mismo grupo de canales, menor será su interferencia, pero la capacidad del sistema será menor también.

• Desde un punto de vista del diseñador, es deseable usar el valor más pequeño de N posible, para maximizar la capacidad dentro de un área de cobertura.

¿Cómo se calcula la separación de reuso?

Tasa de re-uso de frecuencias o factor de reducción de interferencia

• Se define factor de reducción de interferencia o tasa de re-

uso de frecuencias q como:

• Esta tasa tiene impacto en dos puntos importantes del sistema:

1 .-la calidad de transmisión.

2 .- la cantidad de usuarios que pueden ser atendidos por el sistema (capacidad del sistema)

R

Dq

Distancia de reuso de frecuencia (D)

• La mínima distancia que permite reusar la misma frecuencia depende de muchos factores, tales como el número de celdas co-canales en la vecindad de la celda central, la característica geográfica del terreno circundante, la altura de la antena, y la potencia transmitida en cada celda.

R*K3D

donde K es el número de celdas por cluster

Distancia de reuso de frecuencia (D)

Ubicación de celdas con canales iguales

• Para diagramar la asignación de canales en los distintos clusters, se utilizan dos números enteros: i, j con i≥ j llamados parámetros de desplazamiento.

• El número K de celdas por cluster es un parámetro de gran interés, porque en un sistema práctico determina cuantos conjuntos de canales deben ser formados.

22 jj*iiK

Ubicación de celdas con canales iguales

Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

La reutilización de frecuencias implica que en un área de cobertura dada haya varias celdas que usen el mismo conjunto de frecuencias. Estas celdas son llamadas celdas co-canales, y la interferencia entre las señales de estas celdas se le llama interferencia co-canal.

Al contrario que el ruido térmico, que se puede superar incrementando la relación señal ruido ("Signal to Noise Ratio" ó SNR), la interferencia co-canal no se puede combatir simplemente incrementando la potencia de portadora de un transmisor.

Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

Esto es debido a que un incremento en la potencia de portadora de transmisión de una celda, incrementa la interferencia hacia las celdas

co-canales vecinas.

Para reducir la interferencia co-canal las celdas co-canales deben estar físicamente separadas por una distancia mínima que proporcione el suficiente aislamiento debido a las pérdidas en la propagación.

Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

• En un sistema celular, cuando el tamaño de cada celda es proximadamente el mismo, la interferencia co-canal es aproximadamente independiente de la potencia de transmisión y se convierte en una función del radio de la celda (R), y de la distancia al centro de la celda co-canal más próxima (D).

• Incrementando la relación D/R, se incrementa la separación entre celdas cocanales relativa a la distancia de cobertura. El parámetro Q, llamado factor de reutilización cocanal, está relacionado con el tamaño del cluster N. Para una geometría hexagonal sería :

• Un valor pequeño de Q proporciona una mayor capacidad dado que el tamaño del cluster N es pequeño, mientras que un valor de Q grande mejora la calidad de la transmisión, debido a que es menor la interferencia co-canal.

• Se debe llegar a un compromiso entre estos dos objetivos a la hora del diseño.

Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema.

Información adjunta

gsm[1].pdf

algoritmo ANT.pdf

Planificacion_Celular_Aplicada.pdf