Redes Celulares

COMUNICACIONES I

REDES CELULARES

INTRODUCCIN A LA ORGANIZACIN DE UNA RED CELULAR

INTRODUCCIN A LA

TELEFONA CELULAR

Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido lasprincipales opciones para llevar a cabo una comunicacin: cono sin hilos, o lo que es lo mismo, por cable o por el aire.

En realidad ambas pueden participar en un mismo procesocomunicativo.

En las comunicaciones mviles, en las que emisor o receptorestn en movimiento, la movilidad de los extremos de lacomunicacin excluye casi por completo la utilizacin de cablespara alcanzar dichos extremos.

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INTRODUCCIN A LA

TELEFONA CELULAR

Por tanto utiliza bsicamente la comunicacin va radio.

Esta se convierte en una de las mayores ventajas de lacomunicacin va radio: la movilidad de los extremos de laconexin.

Sin embargo el cable es ms inmune a amenazas externas,como el ruido o las escuchas no autorizadas, y no tieneque competir con otras fuentes por el espacioradioelctrico, bien comn ms bien escaso.


INTRODUCCIN A LA

TELEFONA CELULARHistricamente la comunicacin va radio se reservaba atransmisiones punto multipunto, con grandes distancias acubrir.

Tambin era til en situaciones en las que la geografadificultase en exceso el despliegue de cables.

Fundamentalmente se utilizaba para transmitir radio y TV.

Por el contrario, las comunicaciones telefnicas utilizabancables.


INTRODUCCIN A LA

TELEFONA CELULAR

Todo esto nos lleva a la actual situacin, en la que ya no esttan claro cuando es mejor una u otra opcin.

Radiobsquedas, redes mviles privadas o Trunking, y sistemasde telefona mvil mejorados fueron el siguiente paso.

Despus lleg la telefona mvil digital, las agendas personales,

miniordenadores, laptops y un sinfn de dispositivos dispuestosa conectarse va radio con otros dispositivos o redes.


INTRODUCCIN A LA

TELEFONA CELULAR

Los servicios de comunicaciones mviles ms extendidos son latelefona mvil terrestre, la comunicacin mvil por satlite, lasredes mviles privadas, la radiomensajera, la radiolocalizacinGPS, las comunicaciones inalmbricas y el acceso a Internetmvil.


HISTORIA DE LA TELEFONA

CELULAR

AT&T introdujo el primer servicio telefnico mvil en losEstados Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis,Missouri. El sistema operaba con 6 canales en la banda de150 MHz con un espacio entre canales de 60 KHz y unaantena muy potente. Este sistema se utiliz parainterconectar usuarios mviles (usualmente autos) con lared telefnica pblica, permitiendo as, llamadas entreestaciones fijas y usuarios mviles.



CELULARUn ao despus, el servicio telefnico mvil se ofreci enms de 25 ciudades de los EE.UU. y unos 44,000 usuariosen total aunque por desgracia haba 22,000 ms en unalista de espera de cinco aos.

Estos sistemas telefnicos mviles se basaban en unatransmisin de Frecuencia Modulada (FM).

La mayora de estos sistemas utilizaban un solo transmisormuy poderoso para proveer cobertura a ms de 80 kmdesde la base.



CELULARLos canales telefnicos mviles de FM evolucionaron a 120KHz del espectro para transmitir la voz con un ancho debanda de 3KHz. Aunque se esperaban mejoras en laestabilidad del transmisor, en la figura de ruido y en elancho de banda del receptor.

La demanda para el servicio de telefona mvil crecirpidamente y permaneci por detrs de la capacidaddisponible en muchas de las ciudades de gran tamao. Esincreble que a pesar de la demanda hayan pasado ms de30 aos para cubrir las necesidades de telefona mvil.



CELULARLa capacidad del sistema era menor que el trfico que tenaque soportar, por ello, la calidad del servicio era terrible, lasprobabilidades de bloqueo eran del 65% o ms altas.

La inutilidad del telfono mvil disminuy la frecuencia de suuso ya que los usuarios encontraron que era mejor prevenir nohablando en horas picos.

Los usuarios y las compaas telefnicas se dieron cuenta queun conjunto de canales no sera suficiente para desarrollar un

servicio telefnico mvil til.



CELULARSe necesitaran grandes bloques del espectro parasatisfacer la demanda en reas urbanas.

En 1949, la FCC (la FCC es la comisin federal decomunicaciones, que es el organismo que regula lascomunicaciones en los EE.UU.) dispuso ms canales y lamitad se los dio a la compaa Bell System y la otra mitad a

compaas independientes como la RCC(Radio CommonCarriers), con la intencin de crear la competencia y evitarlos monopolios.



CELULARFue a mediados de los 50 cuando se cre el primer equipo paraviajar en auto de menor tamao. Esto sucedi en Estocolmo, en lasoficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 aos despuscuando los transistores redujeron en peso, tamao y potencia parapoder introducirlos al mercado.

En 1956, la Bell System comenz a dar servicio en los 450 MHz, queera una nueva banda para tener una mayor capacidad.

En 1958, la Richmond Radiotelephone Co. mejor su sistema de

marcado conectando rpidamente las llamadas de mvil a mvil.



CELULARA mediados de los 60s el Sistema Bell introdujo el ServicioTelefnico Mvil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingls) concaractersticas mejoradas. Las mejoras en el diseo deltransmisor y del receptor permitieron una reduccin en elancho de banda del canal de FM de 25-30 KHz.

A finales de los 60s y principios de los 70s el trabajo comenzcon los primeros sistemas de telefona celular.

Las frecuencias no eran reutilizadas en clulas adyacentes paraevitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares.



CELULAREn enero 1969 la Bell System aplic por primera vez el reuso defrecuencias en un servicio comercial para telfonos pblicos dela lnea del tren de N.Y. a Washington, D.C.

Para desarrollar este sistema se utilizaron 6 canales en la bandade 450 MHz en nueve zonas a lo largo de una ruta de 380 km.

Se debe reconocer que la primera generacin de radio celularanalgico no fue una nueva tecnologa pero si una nueva idea

el de reorganizar la tecnologa existente IMTS a gran escala.



CELULARMientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FManalgico que se haba estado usando desde la II GuerraMundial, dos mejoras importantes hicieron el concepto celularrealidad.

A principios de los 70s se invent el microprocesador; aunquelos algoritmos complejos de control se implantaban en lgicacon cables, el microprocesador hizo ms fcil la vida de todos.

La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control digital

entre el telfono mvil y la estacin base.



CELULARNo fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aprob queBell probara un sistema celular en Chicago.

En 1978, en EE.UU. comenz a operar el Servicio TelefnicoMvil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS. Enese ao, 10 clulas cubran 355000 km cuadrados en el rea deChicago, operando en las nuevas frecuencias en la banda de800 MHz.

Esta red utilizaba circuitos integrados LS, una computadoradedicada y un sistema de conmutacin, lo que prob que lossistemas celulares podan funcionar.



CELULAREl desarrollo de AMPS fue muy rpido, un sistema comenz aoperar en mayo de 1978 en Arabia Saudita, otro en Tokio endiciembre de 1979 y el primero en EEUU en 1981.

Entonces, surgi por parte de la FCC otro requisito decompetencia. Un proveedor de servicio celular tena quecoexistir con la Bell System en el mismo mercado (Bandas A yB).

Entonces Ameritech entr en Chicago el 12 de octubre de 1983.



CELULARAT&T desarroll un modelo junto con Motorola conocido comoDyna-TACS o TACS que significa Total Access CommunicationsSystem, el cual se puso en marcha en Baltimore y enWashington D.C. por la compaa Cellular One el 16 dediciembre de 1983.

Otro estndar que surgi fue el de AURORA-400 en Canad enfebrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel.

Este sistema llamado descentralizado opera en los 420 MHz yutilizaba 86 clulas, funcionando mejor en reas rurales por su

poca capacidad pero cobertura amplia.20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 19


CELULAREn Europa, el sistema celular Telefona Mvil Nrdico o NordicMobile Telephone System NMT450 inici operaciones enDinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega en el rango de 450MHz.

En 1985 la Gran Bretaa empez a usar TACS en la banda de900 MHz. Ms tarde, Alemania Occidental implement C-Netz,Los franceses Radiocom 2000, y los Italianos RTMI/RTMS.

Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemasincompatibles, a diferencia de los EE.UU. que no sufran de esteproblema.



CELULARDesde aqu se pens en un plan para crear un sistema digitalnico para Europa.

Para ejemplificar el desarrollo del mercado, la industria celularcreci de menos de 204,000 suscriptores en 1985 a 1,600,000en 1988 en EE.UU.

A finales de los 80s el inters emergi hacia los sistemascelulares de tipo digital, donde ambos, la voz y el control fuerandigitales. El uso de tecnologa digital para reproduccin de

discos compactos populariz la calidad del audio digital.



CELULARLa idea de eliminar el ruido y proveer el habla clara hasta loslmites de cada rea de servicio fueron atractivos para losingenieros y usuarios comunes.

En 1990, el sistema celular en EE.UU. agreg una nuevacaracterstica, el trfico de la voz se convirti en digital.

Esto triplic la capacidad con el muestreo, digitalizacin ymulticanalizacin de las conversaciones. Para 1991, el serviciocelular digital comenz a emerger reduciendo el costo de lascomunicaciones inalmbricas y mejorando la capacidad demanejar llamadas de los sistemas celulares analgicos.



CELULAREn 1989 surge GSM primero conocido como Grupo EspecialMvil y luego como Sistema Global para ComunicacionesMviles. Lo ms destacado de l es que unifica los sistemaseuropeos.

Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuariosen EE.UU., estos crecieron de medio milln en 1989 a ms detrece millones en 1993.

En 1994, Qualcomm, Inc. propuso un escenario de espectroesparcido para incrementar la capacidad.



CELULAR

El Code Division Multiple Access CDMA o Acceso Mltiplepor Divisin de Cdigo, sera en todos sus elementosdigital, adems de que prometa de 10 a 20 veces mayorcapacidad.

En estos das ms de la mitad de los telfonos en el mundooperaban de acuerdo a los estndares de AMPS, y en suinicio ms humilde nadie pens que sera el que conviviracon TDMA o CDMA para obtener sistemas duales contecnologa analgica y digital.



CELULAR

El 14 de enero de 1997, la FCC abri un nuevo grupo defrecuencias inalmbricas que permitira el desarrollo de lastecnologas como CDMA: la banda de 1900. El PCS 1900 esla contraparte en frecuencia de GSM y tiene un granpotencial.



CELULAROBJETIVOS:

Cuando se defini el sistema de telefona celular se trat de realizarun sistema que no tuviera las falencias de los sistemas decomunicacin mviles va radio anteriores.

Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad delconcepto celular.

Estos objetivos son:

- Alta capacidad de servicio: Capacidad para dar servicio de trfico avarios miles de usuarios dentro de una zona determinada y con un

espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)..20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 26


CELULAR- Uso eficiente del espectro: Uso eficiente de un recurso muy

limitado como es el espectro de radio asignado al uso pblico.

- Adaptabilidad a la densidad de trfico: La densidad de trficovara en los distintos puntos de un rea de servicio, el sistema setiene que adaptar a estas variaciones.

- Compatibilidad: Seguir un estndar, de forma tal de proveer elmismo servicio bsico, con las mismas normas de operacin a lolargo de todo el pas.



CELULAR- Facilidad de extensin: Se trata que un usuario pueda

cambiar de rea de servicio pasando a una distinta y tener laposibilidad de comunicarse. Roaming

- Servicio a vehculos y porttiles.

- Calidad de servicio: Implica seguir niveles estndares debloqueo y calidad de voz.

- Accesible al usuario: Es decir que el costo del servicio puedaser afrontado por un gran nmero de personas.


REUTILIZACIN DE FRECUENCIAS


Y DIVISIN DE CELDAS

En los sistemas celulares, el rea de cobertura de un operador esdividida en celdas.

Una celda corresponde a una zona cubierta por un transmisor o unapequea coleccin de transmisores.

El tamao de la celda depende de la potencia del transmisor, bandade frecuencia utilizada, altura y posicin de la torre de la antena, eltipo de antena, la topografa del rea y la sensibilidad del radioreceptor.

Clula o celda es el rea en el cual un sitio de transmisin particulares el ms probable de servir las llamadas telefnicas mviles.



Y DIVISIN DE CELDAS

Un canal de radio consiste en un par de frecuencias, unaen cada direccin de transmisin, que son usadas para una

operacin full-duplex.

Un canal de radio en particular, F1, es usado en una zonageogrfica llamada celda, C1, con un radio de cobertura R.

Este mismo canal puede ser usado en otra celda con elmismo radio de cobertura a una distancia D de separacin.



Y DIVISIN DE CELDAS

Por lo anteriormente expuesto, el concepto de re-uso defrecuencias (frequency reuse) se refiere al uso de lasmismas frecuencias portadoras para cubrir distintas reasseparadas por una distancia suficientemente grande paraevitar interferencia co-canal.

En lugar de cubrir un rea desde un nico sitio detransmisin con alta potencia y alta elevacin, elproveedor de servicios puede subdividir el rea en sub-reas, zonas , clulas o celdas en donde cada una untransmisor de menor potencia.



Y DIVISIN DE CELDAS

Las celdas con distintas letras van a ser servidas por unjuego de frecuencias diferentes.

As celdas que estn suficientemente apartadas (A1 y A2)pueden usar el mismo juego de frecuencias, de estamanera, el sistema mvil basado en el concepto de celularpuede atender simultneamente una cantidad mayor dellamadas que el nmero total de canales asignados.



Y DIVISIN DE CELDAS

En principio, el rea de cobertura de los sitios detransmisin no necesita ser regular, y las clulas nonecesitan tener una forma geomtrica definida.

La divisin en celdas permite concentrar mayor nmero decanales en las zonas de mayor demanda.

Tomando una demanda equilibrada si tenemos N canalesasignados y lo dividimos en K juegos, luego cada juegotendr S=N/K canales.



Y DIVISIN DE CELDAS

Con el fin de trabajar apropiadamente un sistema celulardebe seguir dos condiciones:

- El nivel de potencia del transmisor dentro de una celdadebe estar limitado con el fin de reducir la interferenciaentre transmisores de celdas vecinas.

- Celdas vecinas no pueden compartir los mismos canales.Con el fin de reducir la interferencia las frecuenciaspueden ser re-usadas siguiendo ciertas reglas.


PROPIEDADES DE LA GEOMETRA

CELULAR

El principal propsito de definir clulas es delinear zonasen las cuales cada canal es usado.

Es necesario un grado de confinacin geogrfica del canalpara evitar la interferencia co-canal.

Las zonas amorfas podran ser aceptables para sistemasque no se modifiquen. En la prctica, es necesaria unaestructura geomtricamente que facilite la adaptacin alcrecimiento del trfico.



CELULAR

Si una celda esta cubierta por una antena isotrpicaubicada en el centro, se puede pensar la clula como deforma circular.

A este tipo de clulas se las conoce como clulasomnidireccionales.

En este caso, existe solapamiento o bien zonas sincobertura.



CELULAR

Un sistema podra estar diseado con clulas en forma decuadrados o tringulos equilteros pero, por razones dedibujo y relaciones geomtricas los diseadores desistemas de los Laboratorios Bell adoptaron la forma dehexgono.

En este caso, en una matriz de celdas no existesolapamiento ni espacios vacos.

Al rea formada por K celdas adyacentes que utilizancanales diferentes, se lo llama cluster.



CELULAR

Dado que la misma frecuencia es usada en dos celdasdiferentes al mismo tiempo, un filtro no puede aislar lainterferencia co-canal.

Slo una separacin geogrfica puede reducir dichainterferencia.

Se define factor de reduccin de interferencia co-canal otasa de re-uso co-canal q como:

=



CELULAR

Esta tasa tiene impacto en dos puntos importantes del sistema: lacalidad de transmisin y la cantidad de usuarios que pueden seratendidos por el sistema (capacidad del sistema).

Cuanto ms grande es la relacin D/R menor ser la interferencia co-canal, por ende habr mejor calidad de transmisin.

Cuanto ms pequea sea la relacin D/R ms grande ser lacapacidad del sistema, ya que la cantidad de canales (S=N/K)asignados a una celda ser mayor.

El valor de q puede ser determinado a partir de la relacin sealruido.


DISTANCIA DE REUSO DE

FRECUENCIA

La mnima distancia que permite reusar la misma frecuenciadepende de muchos factores, tales como el nmero de celdas co-canales en la vecindad de la celda central, la caracterstica geogrficadel terreno circundante, la altura de la antena, y la potenciatransmitida en cada celda.

La distancia D de reuso de frecuencia puede ser determinadamediante:

= 3.

donde K es el nmero de celdas por cluster o patrn de reuso defrecuencia.



FRECUENCIA

Si todas las estaciones bases transmiten con la misma potencia,entonces un incremento de K, manteniendo el radio R de lacelda produce un incremento de la distancia D (distancia entreceldas co-canales).

Este incremento de D reduce la posibilidad de que se produzcainterferencia cocanal. Tericamente un valor elevado de K esdeseado.

No obstante el nmero de canales asignados es fijo.



FRECUENCIA

Cuando K es demasiado grande, el nmero de canales asignadoa cada una de las K celdas se hace pequeo, esto provoca unaineficiencia de trunking.

Esto se debe a que por celda es demasiado pequeo el nmerode usuarios que pueden comunicarse simultneamente.

El mismo principio se aplica a la ineficiencia de espectro: si elnmero total de canales es dividido entre dos o ms redes deoperadores en la misma rea, se incrementa la ineficiencia deespectro ya que ahora se hace en el mejor de los casos reusode frecuencias de la mitad del espectro.



FRECUENCIA

Por todo esto es necesario encontrar el mnimo valor de Kcon el cual se pueden alcanzar los requerimientos deperformance del sistema.

Esto involucra estimar la interferencia co-canal yseleccionar la mnima distancia D de reuso de frecuenciapara reducir la interferencia co-canal.


UBICACIN DE CELDAS CON

IGUALES CANALES

Para diagramar la asignacin de canales en los distintosclusters, se utilizan dos nmeros enteros: i, j con i jllamados parmetros de desplazamiento.

Mtodo prctico: Tomando una celda como referencia, eneste caso A, se cuentan i celdas a lo largo de la cadena dehexgono partiendo de uno de los lados de la celdareferencia, luego se gira en contra de las agujas del reloj 60grados y se cuentan j celdas ms. La celda referencia y esta

ultima son celdas co-canal.20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 50

UBICACIN DE CELDAS CON

IGUALES CANALES

Las celdas co-canales tambin pueden encontrarseavanzando primero j celdas, luego girando y avanzando iceldas a favor de las agujas del reloj.

El nmero K de celdas por grupo (cluster) es un parmetrode gran inters, porque en un sistema prctico determinacuantos conjuntos de canales deben ser formados.

Matemticamente, se obtiene: = 2 + . + 2


TIPOS DE CELDAS

La densidad de poblacin en un pas es muy variada, por lo tanto sehace necesario usar distintos tipos de celdas:

- Macroceldas: Son celdas grandes, para reas con poblacin dispersa.

- Microceldas: Estas celdas son usadas para reas densamentepobladas. Dividiendo las zonas en pequeas reas, el nmero decanales disponibles aumenta y por lo tanto la capacidad de lasceldas.

El nivel de potencia de los transmisores usados en estas celdas esmenor, reduciendo la posibilidad de interferencia entre celdas vecinas.


TIPOS DE CELDAS

- Celdas Selectivas: No siempre es de utilidad definir celdas con unacobertura de 360 grados. En algunos casos, celdas con una formaparticular de cobertura son necesarias. Un ejemplo tpico deceldas selectivas son las ubicadas a la entrada de un tnel dondela cobertura de 360 grados no es necesaria. En ese caso se usauna celda selectiva con una cobertura de 120 grados.

- Celdas Paraguas: Un camino tipo autopista, puede cruzarpequeas celdas produciendo as un gran nmero de handoffsentre diferentes celdas vecinas. El nivel de potencia dentro de unacelda umbrella es aumentado en comparacin con la potenciausada en una microcelda.


TIPOS DE CELDAS

Cuando la velocidad del mvil es muy alta, el mvil esmanejado por la celda paraguas.

El mvil estar luego en la misma celda, reduciendo as lacantidad de handoffs realizados en la red.

Las caractersticas de propagacin del mvil ayudan avisualizar y detectar la elevada velocidad.


RADIO DE CELDA

Resultados empricos mostraron que la relacin S/N >18 dB danuna calidad del servicio muy buena.

Una de las posibilidades es tomar un radio mximo tal que larelacin S/N sea > 18 dB en el 90 % del rea cubierta.

La propagacin de energa en estas frecuencias depende devarios factores; topografa del terreno, edificacin, altura de lasantenas, etc.

El radio mnimo esta determinado por limitaciones tcnicas enlos procesos de handoff y de instalacin de equipamiento.


GESTIN DE FRECUENCIAS Y

ASIGNACIN DE CANALES

La funcin de la gestin de frecuencia es dividir el nmero totalde canales disponibles en subconjuntos los cuales pueden serasignados a cada celda de un modo fijo o dinmico.

El trmino gestin de frecuencias se refiere a la designacin delos canales (de set-up y de voz) numerndolos y agrupndolosen subconjuntos.

El trmino asignacin de canales se refiere a la localizacindentro del espectro de los canales pertenecientes a unaestacin base determinada como as tambin a la unidad mvil.


GESTIN DE FRECUENCIAS Y

ASIGNACIN DE CANALES

Un conjunto fijo de canales es asignado a la estacin baseen forma permanente o casi permanente.

Durante una llamada, un canal en particular es asignadounidad mvil de forma transitoria y controlado por elMTSO.


TIPOS DE ANTENAS

Se pueden usar antenas omnidireccionales, ubicadas en el centro delas celdas, o 3 antenas direccionales, cada una cubriendo una clulasectorial de 120.

Las unidades de canal de la estacin base estn repartidas entre las3 antenas que permiten ms canales por celda, esto permite tenerms trfico lo cual es una gran ventaja del sistema direccional.

La relacin de re-uso de canal es mejor (menor), para un radiodeterminado esto implica una distancia D mas chica y por lo tantouna cantidad de celdas por cluster K menor.

Esto es: mayor cantidad de canales por celda.20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 59

ASIGNACIN DE CANALES A LAS

CELDAS

En el diseo del sistema celular, no solo se debe tener encuenta la interferencia co-canal, sino tambin lainterferencia por canales adyacentes.

Es por esta razn que no se asignan canales adyacentesdentro de la misma clula, si se usasen se deberan tenermayores guardas de proteccin empeorando la eficienciadel espectro.



CELDAS

Supongamos que los canales estn numeradossecuencialmente desde uno hacia adelante y que el espectroasignado se dividi en K juegos de canales, luego el juego k con1


CELDAS

En ciertos lugares y situaciones especiales, el ngulo del sector puedeser reducido de modo tal de asignar ms canales en un sector sinincrementar la interferencia por canal vecino.

La sectorizacin tiene el mismo propsito que el esquema de prstamode canales, ya que permite una solucin relativamente rpida a unproblema de crecimiento sin necesidad de la divisin de celdas.

La coordinacin de canales para evitar la interferencia co-canal en lasectorizacin es ms fcil que en la divisin de celdas.

Sin embargo dado el mismo nmero de canales la eficiencia de trunkingdisminuye en la sectorizacin.


AGRUPAMIENTOS DE LOS

CANALES EN SUBCONJUNTOSEn el sistema AMPS el nmero de canales de voz para cada sistemaes de 312 y se pueden agrupar en cualquier nmero desubconjuntos (subsets).

Dado que hay 21 canales de set-up en cada sistema, es lgicoagrupar los 312 canales en 21 subconjuntos, por lo tanto cadasubconjunto consta de 16 canales de voz.

En cada conjunto, el canal adyacente ms cercano se encuentra a 21canales de distancia.

Los 16 canales de cada subconjunto pueden ser montados en unatrama y conectados a un multiplexor de canales.



CANALES EN SUBCONJUNTOS

La amplia separacin entre canales adyacentes esrequerida para lograr los requerimientos mnimos deaislamiento o interferencia co-canal.

En un sistema de reuso de frecuencia con siete celdas,cada celda contiene tres subconjuntos: iA + iB + iC , dondei es un nmero entero del 1 al 7.

El nmero total de canales de voz en una celda es de 48 yla mnima separacin entre tres subconjuntos es de 7canales.



CANALES EN SUBCONJUNTOS

Si deseamos colocar 6 subconjuntos en una celdaomnidireccional, la separacin fsica mnima entre doscanales adyacentes dentro de la celda es solamente 3canales (21/6 > 3).

Por ejemplo,

1A + 1B + 1C + 4A + 4B + 4C

1A + 1B + 1C + 5A + 5B + 5C


NUMERACIN DE CANALESEn el sistema analgico usado hasta finales de la dcada del 80 enEE.UU., el nmero total de canales asignado a la telefona celular eran832, pero la mayora de las unidades mviles y los sistemas operabanen base a 666 canales.

Ejemplo:

Un canal consiste de dos frecuencias: una en la banda baja y otra en labanda alta del espectro asignado para telefona mvil.

Las dos frecuencias del canal 1 son: 825,03 MHz (transmisin del mvil)y 870,03 MHz (transmisin de la estacin base). Las dos frecuencias enel canal 666 son: 844,98 MHz (transmisin del mvil) y 889,98 MHz(transmisin de la estacin base).


NUMERACIN DE CANALES

Los 666 canales estn divididos en dos grupos: el bloque delsistema A y el bloque del sistema B.

Cada mercado (cada ciudad) tiene dos sistemas para evitar elmonopolio. Cada bloque posee 333 canales, y estnnumerados.

Existen 42 canales de set-up, los cuales son asignados de lasiguiente forma:

- Bloque A: canales 313-333

- Bloque B: canales 334-354



Los canales de voz son asignados de la siguiente forma:

- Bloque A: canales 1-312

- Bloque B: canales 355-666

Los 42 canales de set-up son asignados en el medio detodos los canales disponibles para facilitar la bsqueda delos mismos mediante sintetizadores de frecuencia.

Posteriormente se otorg un espectro adicional de 10 MHzque proporcion 166 canales adicionales.



Dado que 1 MHz fue asignado por debajo de los 825 MHz(o 870 MHz), los canales adicionales fueron numeradoshasta los 849 MHz (o 894 MHz) y despus seguan desde laparte baja del espectro que se adicion.

El nmero del ltimo canal es 1023 (210- 1). No haycanales entre los canales 799 y 991.


EFICIENCIA ESPECTRAL Y

ESQUEMAS CELULARES

La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal.

En la mayora de los sistemas la eficiencia de canal estdirectamente relacionada con la eficiencia espectral, pero ensistemas celulares, donde los canales son reusados variasveces, la eficiencia espectral no es igual a la eficiencia decanal.

La eficiencia de canal es definida como el mximo nmerode canales que se pueden proveer sobre un ancho de bandaespectral asignado.


EFICIENCIA ESPECTRAL Y

ESQUEMAS CELULARES

La eficiencia espectral es definida como el nmeromximo de llamadas que pueden ser servidas en un reamxima.

Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia decanal es el parmetro ha maximizar en un sistema celular.


UTILIZACIN DEL ESPECTRO DE

FRECUENCIA

Debido a que el espectro de radio-frecuencia es limitado en unsistema de radio mvil, el principal desafo es usar el espectrode la forma ms eficiente posible.

Para lograr este objetivo se deben tener varios factores encuenta.

La topologa del rea a la cual se quiere prestar servicio, ya quede esta depende como se realiza el reuso de frecuencias.

La gestin de frecuencia que involucra la asignacin de canalesen diferentes celdas.



FRECUENCIA

Esto es, dentro de una misma celda la asignacin decanales para cada llamada es estudiada.

Existen otras tcnicas tales como disminucin de la bandade frecuencia, establecimiento (set-up) de llamada fuerade aire, colas de espera y redireccionamiento de llamadas.



FRECUENCIA

Las tcnicas para el incremento de la eficiencia delespectro de frecuencia pueden ser clasificadas como:

- Incremento el nmero de canales de radio usandobanda angosta, espectro expandido o divisin temporal.

- Mejora en la separacin espacial en el reuso delespectro de frecuencias.

- Manejo de frecuencia y asignacin de canales.

- Mejora de la eficiencia del espectro temporalmente.

- Reduccin de la carga de llamadas invalidas.


COMPARTIR Y PRESTAR CANALES

El compartir canales es una herramienta usada, por un corto plazo,para aumentar la capacidad en un rea que est excedida en trfico.

Por ejemplo en la numeracin de los canales para un sistema de 7celdas con 3 caras, hay 21 conjuntos de canales con 16 canales.

En caso de existir una sobrecarga, los canales de otra cara de lamisma celda pueden ser compartidos temporalmente.

Para obedecer el algoritmo de asignacin de canal adyacente secomparten los canales cclicamente.



Dado que no se permite a los canales adyacentes compartir lacelda con los canales nominales, los conjuntos de canales 4 y 5no pueden ambos ser compartidos con los conjuntos 12 y 18 .

No obstante los canales superiores del conjunto 4 pueden sercompartidos con los inferiores del conjunto 5 sin interferencia.

En los sistemas donde se comparten canales, el multiplexor decanales debe ser eficiente de modo tal de poder combinarhasta 32 canales en un sola cara en tiempo real.



La herramienta de prestar canales es muy similar alcompartir canales pero a diferencia del caso anterior,durante largos lapsos de tiempo.

La posibilidad de pedir canales prestados de otras celdasdepende de la densidad de trfico en el rea.

El prstamo de canales puede ser implementado desdeuna cara de la estacin base a otra cara de la mismaestacin base, adems la estacin base puede pedirprestados canales de celdas vecinas.


UNDERLAY - OVERLAY

La capacidad de trfico de una celda omnidireccin o unacelda direccional puede ser incrementada mediante el usodel arreglo underlay-overlay.

El underlay es el crculo interno, y el overlay es el anilloexterior.

La potencia de transmisin de los canales de voz en lacelda son ajustadas para estas dos reas, luego sonasignadas diferentes frecuencias para canales de voz encada rea.


UNDERLAY - OVERLAY

En una celda omnidireccional la distancia de reuso defrecuencia en un cluster de 7 celdas es D = 4,6R donde R es

el radio de la celda.

Debido a la sectorizacin en una celda direccional, laasignacin de canal tiene un algoritmo diferente en 6regiones, 3 regiones underlay y 3 regiones overlay.


ARREGLO UNDERLAY - OVERLAY

Usando este tipo de arreglo se puede tener dos patronesde reuso de celdas diferentes coexistiendo en la mismarea.

Una pequea celda underlay es establecida en el centrode una celda grande.

La celda doughnut (grande) y la celda hole (chica) sontratadas como dos celdas diferentes.

stas son consideradas usualmente como celdas vecinas.20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 86


Se usa una antena omnidireccional en una celda para crear dossubreas o 3 antenas direccionales para crear 6 subreas.

El conjunto de frecuencias usadas en el rea overlay esdiferente al conjunto de frecuencias usadas en el rea underlaypara evitar la interferencia del canal adyacente y co-canal.

En la implementacin, cuando una llamada es recibida por elcanal de set-up y su nivel de seal es mayor a un nivel L la celdaunderlay es asignada, en caso contrario la overlay toma lallamada.



Existe handoff entre las celdas underlay y overlay.

Para evitar handoff innecesario se puede elegir dos niveles deintensidad de seal recibida en la estacin base, L1 > L2.

Cuando la seal del mvil es mayor que el nivel L1 la llamada estransferida a la celda underlay y cuando la seal es menor a L2la llamada es transferida a la celda overlay.

Los canales asignados a la celda underlay poseen mayorproteccin contra la interferencia cocanal.


TRANSFERENCIA DE LLAMADAS

ENTRE CELDAS (HANDOFF)

Cuando se deteriora la calidad de transmisin durante unallamada en progreso, se realiza un cambio automtico de estacinbase.

La conmutacin de una llamada en progreso de una estacin basea otra se conoce como handoff .

Bsicamente el handoff es requerido en dos situaciones en lascuales la estacin base recibe seales dbiles desde la unidadmvil:

- Cuando el mvil llega al lmite de la celda, en donde el nivel deseal cae por debajo de un lmite aceptable, tpicamente -100dBm en un ambiente con ruido limitado.




- Cuando la unidad mvil entra dentro de alguno de lospozos de intensidad de seal que se encuentran dentrode la celda.

Este procedimiento es esencial, ya que de no existir encualquiera de las situaciones mencionadas anteriormentela comunicacin se perdera, por lo que el usuario deberarestablecerla manualmente re-discando.




Para poder implementar este mecanismo, durante una llamada enprogreso el equipo del canal de voz (RX y CU) en la estacin baseest supervisando continuamente la calidad de la radio transmisin.

Se pueden efectuar los siguientes chequeos:

- Intensidad de la seal de radio frecuencia.

- Relacin portadora / interferencia en la seal de supervisin deaudio (SAT) y su retardo.

En base a estas mediciones se pueden diferenciar dos tipos dehandoff.


TIPOS DE HANDOFF

El basado en la intensidad de la seal:

En este caso el nivel del umbral de la intensidad de sealpara que ocurra un handoff es de 100dBm en un sistemacon ruido limitado y de 95dBm en un sistema coninterferencia limitada.

Este tipo de handoff tipo es fcil de implementar. Ellocalizador del receptor mide todas las intensidades deseal de todos los receptores en la estacin base.


TIPOS DE HANDOFF

No obstante la intensidad de la seal recibida (Received SignalStrength RSS) incluye interferencia.

RSS = C + I

donde C es la potencia de la seal portadora e I la interferencia.

Supongamos que se establece un nivel de umbral para RSS,entonces puede suceder que RSS est por encima del umbraldebido a la componente I en la seal recibida, la cual en ciertasocasiones puede ser muy potente, en esta situacin el handofftericamente debera ocurrir pero no es as.


TIPOS DE HANDOFF

Supongamos otra situacin donde I es de poca intensidadpero tambin lo es RSS, en esta situacin la calidad de vozes usualmente buena aun cuando el nivel de RSS sea bajo,pero debido a la baja intensidad de RSS ocurre un handoffinnecesario.

Por lo tanto se puede deducir que es una cota fcil demanejar pero no da un mtodo muy certero paradeterminar cuando deben ocurrir los handoffs.


TIPOS DE HANDOFF

El basado en la relacin portadora interferencia (C/I):

En este caso el valor de C/I para que ocurra un handoff debe ser de18dB (usualmente en el lmite de la celda) de modo tal de tener unabuena calidad de voz.

Algunas veces un valor menor de C/I puede ser usado por razones decapacidad.

La unidad de canal de voz genera un tono continuo, SAT, el cual esadicionado a la voz transmitida.

El SAT no interferir con la voz transmitida porque su frecuencia estpor encima de las frecuencias de voz.


TIPOS DE HANDOFFEn algunos sistemas se usa la informacin de SAT (Supervisori Audio Tone)junto con el nivel de la seal recibida para determinar cuando debe ocurrirel handoff.

El handoff puede ser controlado mediante el uso de la relacin C/I, que seobtiene de:

+

Se puede establecer un nivel basado en C/I, dado que C decae en funcinde la distancia pero I es independiente de la ubicacin.

Si el handoff depende de C/I, y C/I disminuye, esto puede ser en respuestaal incremento en la distancia de propagacin o en la interferencia.

En ambos casos el handoff debe ocurrir.20/05/2014 UNIVERSIDAD CATLICA 2013 97

NMERO DE HANDOFF POR

LLAMADA

Mientras menor sea el tamao de la celda (si se mantieneK, esto implica ms cantidad de canales por rea decobertura) mayor ser la cantidad promedio de handoffs.

El nmero de handoff por llamada es relativo al tamao dela celda.

- 0 2 handoff por llamada en una celda de 16 a 24 Km.

- 1 2 handoff por llamada en una celda de 3,2 a 8 Km.

- 3 4 handoff por llamada en una celda de 1,6 a 3,2 Km.


INICIALIZACIN DEL HANDOFF

En la estacin base la intensidad de seal es siempre monitoreada atravs de un canal inverso de voz.

Cuando la intensidad de la seal alcanza el nivel de handoff (mayorque el nivel de umbral para la mnima calidad de voz requerida), laestacin base enva un pedido al MTSO para realizar un handoff en lallamada.

Una decisin inteligente puede ser tambin realizada en la estacinbase tal como si el handoff debiera ser realizado inmediatamente oposteriormente.

Si un handoff innecesario es pedido, la decisin fue apresurada. Si unhandoff fallido ocurre la decisin fue tomada muy tarde.


HANDOFF FORZADO

Un handoff forzado es definido como un handoff quenormalmente debera ocurrir pero que se evita, o que nodebera ocurrir pero es forzado a suceder.

La estacin base puede asignar un valor de umbral bajo en unacelda para mantener la unidad mvil en la celda por mstiempo o asignar un elevado umbral para solicitar antes elhandoff.

El MTSO puede tambin controlar el handoff haciendo queocurra inmediatamente o luego de un tiempo de haber recibidoel pedido de la estacin base.


HANDOFF FORZADO

El MTSO tambin puede crear handoff aunque no hayarecibido ningn pedido desde la estacin base, esto ocurrecuando el MTSO detecta que alguna celda est demasiadacongestionada mientras que otras no.

En este caso, el MTSO le pide a las estaciones bases crearhandoffs anticipados para esas celdas congestionadas, esdecir, la estacin base sigue la orden del MTSO eincrementa el umbral de handoff empujando las unidadesmviles a un nuevo lmite de la celda y realizando unhandoff anticipado.


COLA DE ESPERA DE HANDOFF

Poner en espera los handoff es ms eficiente que un algoritmode dos niveles.

El MTSO pone en cola de espera los pedidos de handoff en vesde rechazarlos cuando la nueva celda est ocupada.

Un esquema de cola de espera se convierte en eficiente solocuando los pedidos de handoff arriban al MTSO en grupos.

Si los pedidos de handoff arriban al MTSO uniformemente elesquema de colas de espera no es necesario.



Usar cola de espera para las llamadas iniciadas reduce laprobabilidad de bloqueo.

No obstante la cola de espera de las llamadas iniciadasresulta en un incremento de la probabilidad de bloqueo delas llamadas en handoff, lo cual es una desventaja.

Al poner en cola de espera slo las llamadas de handoff laprobabilidad de bloqueo se reduce.



No obstante siempre se debe tener en cuenta que la colade espera para el handoff es ms importante que la colade espera para las llamadas iniciadas porque para elusuario la cada de una llamada es ms molesta que elbloque de una llamada que se inicia.


TELFONOS MVILES DE PRIMERA GENERACIN

TELFONOS MVILES DE SEGUNDA GENERACIN

TELFONOS MVILES DE TERCERA GENERACIN

CUARTA GENERACIN

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