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Radiacin y Radiocomunicacin 4 Ingeniera de TelecomunicacinTema 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILEShttp://web.mit.edu/newsoffice/2005/cellphones.html COURTESY: SENSEable City Laboratory
13 de mayo de 2008
Juan Jos Murillo Fuentes DTSC. ETSI. Univ Sevilla [email protected]
9.1
BibliografaBibliografa bsica: Estas transparencias estn basadas en el captulo 7 del libro Transmisin por radio del prof. Hernndo Rbanos, ed. Ramn Areces 2003. Bibliografa adicional: Generales:Wireless Communications. Principles and Practice T. Rappaport, Prentice Hall 2003 scd ed. Fundamentos de los sistemas de comunicaciones mviles, Alberto Sendn Escalona. Mc Graw Hill. 2004.
GSM:Comunicaciones Mviles GSM, Coord. Hernndo Rbanos, ed. Fundacin Airtel 1999.
Contiene datos bsicos de sistemas en Espaa: http://www.mityc.es/esES/Servicios/IndicadoresE/sociedadinformacion/ Copyright 2006. Si utiliza este material para generar algn otro ctelo como J.J. Murillo-Fuentes. Comunicaciones mviles. Transparencias de la asignatura radiacin y radiocomunicacin. Universidad de Sevilla. 2005.
9.2
9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES9.1 Introduccin 9.2 Composicin de un sistema y cobertura 9.3 Clasificacin
Parte I: Introduccin
9.4 Frecuencias y modos de explotacin 9.5 Caracterizacin del Canal 9.6 Calidad: cobertura 9.7 Sistemas digitales 9.8 Sistemas de concentracin de enlaces 9.9 Sistemas celulares de radiotelefona 9.10 Estructura bsica de un sistema PMR 9.11 Sistemas tpicos de PMR 9.12 Sistemas de telefona mvil digital GSM 9.13 Proyectos de sistemas del Servicio Mvil 9.14 Nuevos sistemas de comunicaciones mviles 9.15 UMTS 9.3
Parte II: Sistemas Celulares Parte III: Sistemas Privados Parte IV: GSM Parte V: Proyectos Parte VI: Otros Sistemas Parte VI: UMTS [email protected]
Radiacin y Radiocomunicacin 4 Ingeniera de Telecomunicacin Tema 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES (Parte I)
Juan Jos Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla [email protected]
9.4
Parte I: Introduccin y Sistemas PMR9.1 Introduccin 9.2 Composicin de un sistema y cobertura 9.3 Clasificacin 9.4 Frecuencias, acceso mltiple y modos de explotacin 9.5 Caracterizacin del Canal 9.6 Calidad: cobertura 9.7 Sistemas de concentracin de enlaces
9.5
9.1 IntroduccinSistemas inalmbricos: movilidad Cobertura Zonal: variacin continua del trayecto de propagacin Sistemas Gran ubicuidad Gran versatilidad: rpida instalacin,... Gran flexibilidad: fcil reconfiguracin,... Definicin (Reglamento de Radiocomunicaciones): un servicio de radiocomunicaciones entre estaciones mviles y estaciones terrestres fijas, o entre estaciones mviles nicamente. Tipos de servicios mviles: Servicio mvil terrestre: Despacho, Gestin de flotas de vehculos, polica, ambulancias, bomberos, radiotaxi, Servicio mvil martimo. Servicio mvil [email protected] 9.6
9.1 Introduccin: WirelessComunicaciones mviles - Comunicaciones inalmbricas
SatelliteLEO MEO GSO
PersonalBluetooth IEEE 802.15
LANIEEE 802.11 HomeRF HIPERLAN
FixedIEEE802.16 (WiMax) LMDS
Mobile1G Analog 2G Digital: PDC, GSM 2.5G GPRS/EDGE 3G UMTS DECT
Privada: PMR, PAMR Pblica: TMA = [email protected] 9.7
9.1 Introduccin: sistemas mviles privadosRadiotelefona privada (PMR, Private Mobile Radio): No est conectada a la red pblica. Sistemas: Analgicos, MPTXXXX, TETRA, Cobertura local Redes mviles tradicionales:Asignacin rgida de canales a varios usuarios (no todas las frecuencias se ofrecen a todos usuarios) FDMA sealizacin selectiva mediante tonos (CTCSS y 5 tonos)
Sistemas avanzadosTruncking = sistemas troncales Multiacceso basado en sistemas comparticin de frecuencias = sistemas de concentracin de enlaces: sealizacin digital espera en cola
Acceso Pblico Mvil Radio (PAMR, Public Access Mobile Radio) Son sistemas para telefona mvil privada desarrollados por operadoras con licencia que ofertan sus servicios a tercerosPor ejemplo: en Espaa licencias para TETRA
9.8
9.1 Introduccin: Sistemas mviles pblicosTelefona mvil automtica (TMA) Conexin a la red pblica. Sistemas: NMT, AMPS, TACS, GSM, IS-136, IS-95, WCDMA(UMTS), CDMA2000... Cobertura: desde una zona a un continente Explotacin totalmente automtica Caractersticas similares al servicio telefnico fijo en cuanto aFiabilidad-Disponibilidad Calidad (fidelidad)
Sistemas digitales:Multiplexacin, TDMA, CDMA. Banda ancha y estrecha
Otros Servicios comoTransmisin de Datos: GPRS, UMTS Mensajera unidireccional (SMS) Radiobsqueda-localizacin (Ej, GALILEO+UMTS)
9.9
9.1 Introduccin: WLANDentro de los sistemas de comunicaciones mviles cabe al menos introducir los Sistemas indoor: Sistemas restringidos aFbricas o naves industriales Oficinas Hogar
Servicios deVoz Datos: redes WLAN (Wireless LAN) Blootooth, HIPERLAN, WiFi... Telecontrol (domtica)
9.10
9.1 Introduccin: Primera GeneracinLas principales caractersticas de sistemas 1G son Analgicos Bsicamente servicio de voz Baja capacidad Cobertura limitada: local o regional Sistemas: E-TACS, AMPS, NMT, C-net Las interfaces son propietarias Espaa1:En 1982 el TMA-450 de Telefnica basado en NMT (Nordic Mobile Telephone) En 1990 el TMA-900 de Telefnica basado en TACS (Total Access Communication System), es el sistema Moviline.
UK: TACS en las compaas Cellnet y Vodafone.
1
http://catedra-coitt.euitt.upm.es/web_socioeconomica/articulos/procesoimplantaciontelefoniamovil.pdf
9.11
9.1 Introduccin: Segunda GeneracinLas principales caractersticas son Digital Conmutacin de circuitos Voz y datos bsicosFax SMS Circuit switched data (9.6 kbs)
Cobertura regional con roaming (itinerancia) trans-national (panaeuropea) Sistemas: GSM (EU), D-AMPS (=IS-136, USA), PDC (Japn), IS-95 (cdmaOne USA), (more) interfaces abiertas (Open Interfaces)
En UK Cellnet, Vodafone, Orange, One2One En Espaa Vodafone, Movistar, Amena
9.12
9.1 Introduccin: Tercera GeneracinLas principales caractersticas son Digital packet and circuit switched Datos avanzados / Multimedia Acceso de alta velocidad Cobertura Global Sistemas: UMTS (WCDMA, TD/CDMA), CDMA 2000 (USA), Espaa: Operadores existentes y nuevos: amena, vodafone, movistar, xfera
9.13
9.1 Introduccin: Crecimiento de demanda Diferentes sistemas de acceso1,000 Fixed access Million subscribers 800 600 400 200 0
Mobile access
Fixed and mobile Internet
Mobile Internet 1996 1998 2000 2002 2004
9.14
9.1 Introduccin: Evolucin de GSM a UMTS
100 Mbit/s Maximum Data Rate 10 Mbit/s
Second Generation
Third Generation
1 Mbit/s EDGE 100 kbit/s 10 kbit/s GPRS HSCSDGSM 14.4k
HSPDA UMTS
GSM
Since 1992
1999
2000
2001
2002
9.15
9.1 Introduccin: Aplicaciones3G
Java WAP launch GPRSMusicMobile Office Schedule Management Work flow Management Electronic Conference File Sharing
Video Web cam Video clips TV Conference Interactive TV
Visual, High Speed Intranet
Web access
Radio Multi-player Games
SMS 1Q1999
m-banking m-cash m-stock trading Picture clips Chat Information Room email Services Route planning 4Q1999 4Q2000
Portal Link
4Q2001
9.16
9.1 Introduccin: penetracin (Subcriptores) detelefnia mvil por reasSubscribers (million) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1995 2000 2005 2010 Years Rest of World Asia Pacific North America European Union Countries
9.17
9.1 Introduccin. Penetracin en Espaa
9.18
9.1 Introduccin. Penetracin Mundial
9.19
9.1 Introduccin: Mercado de Telefona Mvilpor Tecnologa450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1993
7%PDC and PHS IS 136 D-AMPS IS-95 CDMA GSM Analogue
9% 15 %
GSM62 %
7%1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
9.20
9.1 Introduccin: GSM en USA
9.21
Elementos: Subsistema de Red / Subsistema de Acceso Estaciones fijas (FS)
9.2 Composicin de un sistema de comunicaciones mviles
Estacin Base (BS, Base Station): BTS en GSM, Nodo B en UMTS, Estacin de Control (CS) Estacin Repetidora (RS) (tnel, valle,...) BS Estaciones mviles (MS)=Equipos de usuarios Estacin mvil montada en vehculos Equipos porttiles/mvilesSubsistema Acceso
Elementos de controlConmutacin Sealizacin Localizacin Identificacin Conexin entre sistemas,...
Subsistema de Red
BS BS
DL UL
MS
PSTN
MS
Enlaces ascendente (UL) y descendente (DL)PSTN: public switched telephone network
9.22
9.2 Composicin de un sistema de comunicaciones mviles: EjemplosEjemplo de BS (BTS en GSM) Antenas de panel: dipolos, 2 polarizaciones 3 sectores Ejemplo de Terminales Enlaces a otras BTS o a Estacin de controlCables de alimentacin Casetilla con Equipos
9.23
9.3 Clasificacin de sistemas mvilesPor la Banda de Frecuencias Bandas VHF (30-300MHz)Bandas III (162-230MHz)
Bandas UHF (300-3GHz)Banda 2 GHz
Por el tipo de acceso mltiple en el sentido mvil a estacin base FDMA: acceso mltiple por divisin en frecuencia TDMA: acceso mltiple por divisin en tiempo CDMA: acceso mltiple por divisin en cdigo SDMA: acceso mltiple por divisin en espacio (haces de antenas)
Por la modalidad de explotacin Smplex Semidplex Dplex
Por el tipo de enlace Bidireccional: Radiotelefona Unidireccional: Radiomensajera (SMS y otros)
Por el tipo de red PMR PAMR PLMN ( TMA, telefona mvil automtica)
9.24
9.4 Bandas de frecuenciaA modo de ejemplo, el servicio de radiocomunicaciones mviles tiene atribuidas, entre otras, las siguientes frecuencias y canalizacionesBanda 1 2 3 4 5 6 VHF Baja VHF alta Banda III Banda UHF baja Banda UHF alta Banda 1-2 GHz Frecuencias 60-80 MHz 150-174 MHz 223-230 MHz 440-470 MHz 860-870 MHz 1800-2100 MHz Sistemas PMR PMR, PAMR PMR, PAMR PMR, PAMR PMR PLMN
Estas bandas se caracterizan por Emplearse en zonas rurales o urbanas Ganancia y Tamao antenas Alcances tpicos... Ejercicio: busque las notas de utilizacin del CNAF que tengan que ver con comunicaciones mviles. Sugerencia: busque el CNAF con google, abra las notas deutilizacin (UN) y busque la palabra mvil, servicio mvil,...
9.25
9.4 CanalizacionesSistemas Privados: Analgicos FM:Normal: 25 kHz con ancho de seal 2(fd+fm)=2(5+3)=16 kHz Estrecha (ms usada): 12.5 kHz con ancho de seal 2(fd+fm)=2(2.5+3)=11 kHz
Digitales:Dependen del sistema TETRA: canalizacin de 12.5 KHz con 4 canales TDM-TDMA Modulacin /4-DPSK
Sistemas Pblicos Dependen del sistemaGSM: canalizacin de 200 kHz con 8 usuarios en TDM-TDMA Modulacin GMSK, Gaussian minimum shift keying UMTS: canalizacin de 5 MHz con mltiples usuarios y tasas Modulacin BPSK y H-QPSK (hybrid-QPSK)
9.26
9.4 Modos de explotacinSmplex: Una sola frecuencia Todos los equipos oyen (tonos)Tx Rx f1 f1 Tx Rx
Ventaja: Ayuda Mutua
BS
MS
si BS no escucha a un MS, otro MS puede escucharle Hay comunicacin directa MS a MS
Desventaja:Captura o bloqueo de una comunicacin: cuando una MS no escucha a la MS, est cerca de la BS, y Tx Interferencia canal adyacente entre BS1, BS2, BS3,...en un mismo emplazamiento f2 f1 hay que distanciar en f, f =4 a 5 MHz. 4-5MHz Problema:
f3
8-10 MHz9.27
9.4 Ventajas e inconvenientes de modo SmplexUL UL
RBM
DL
MS2DL
BSRMB MS2 MS1DL
BSMS1DL
Ayuda [email protected]
Bloqueo9.28
9.4 Modos de explotacin en comunicaciones mvilesSmplex a dos frecuencias: Una solucin poco viable es separar fsicamente las estaciones base (>280m) Otra solucin es usar un par fTx y fRx, separadas 4-5 MHz. Desventaja:Los mviles no pueden hablar entre s (no reciben a f1) No saben si el canal est libre y pueden Tx infructuosamente cargando el sistema innecesariamente. f1 f1 f = 4 - 5 MHz y 10 MHz
Tx 4MHz Rx
Tx Rx
BS
MS
9.29
9.4 Modos de explotacin en comunicaciones mvilesSemidplex: La base retransmite en f1 hacia los mviles (TT, talk-trough) lo que recibe por f2Necesario un duplexor Ahora todos los mviles escuchan al que habla si ste llega a la BS Posible otra frecuencia smplex para Comunicacin movil-mvil D U X f1 Tx f2 Rx
Tx Rx
Dplex: radiocanal, PLMN Elevado coste para PMR (DX y frecuencias)Tx Rx D U X f1 f2 D U X Tx Rx
9.30
9.5 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Caracterizacin del canalLas prdidas del canal mvil se pueden modelar como
lb r ( x, y ) m f (t , f ) Donde lb ( d ) = k d es la prdida bsica de propagacin y n = 2 para espacio libre, n = 4 tierra plana, en medios urbanos n =3.5~3.8 (valores tpicos) El trmino r ( x, y ) se introduce para evaluar estadsticamente las prdidas por obstculos en el entorno del mvilDistribucin log-normal con desv. tip 4 ~ 12 dB (rural, urbano)
Desvanec. Desvanec. Selectivo Plano rpido
Desvanec. Plano lento
n
Se incluye m (t , f ) para incluir el efecto multitrayecto y doppler, ley f exponencial negativa (cuadrado potencia- de una Rayleigh tensin-).
Si adems Tb < dispersin temporal (Ej, banda ancha), entonces hay que conocer los retrasos y niveles de cada trayecto para evaluar prestaciones: Se hacen necesarios igualacin, codificacin con entrelazado y diversidad.9.31
9.5 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Caracterizacin del canalEl clculo de la cobertura es complicado Se pueden hacer de forma manual Tpico en la peticin de licencias y proyectos tcnicos sencillos En entornos rurales se trazan radiales y se calcula mediante mtodos empricosSe utiliza mucho el mtodo ITU-R P.1546 (antes 370)
O mediante software El software libre para clculo de propagacin es prcticamente inexistenteVer http://www.cplus.org/rmw/english1.html para un programa basado en el mtodo de Longley-Rice
Existe gran variedad de software con licencia: Atoll de Forsk, ATDI, Planet,
9.32
9.6 Calidad I: Cobertura1) Grado de movilidad: Cobertura: Calidad de cobertura AlcanceAlcance de cobertura en el sentido Estacin Mvil Alcance de cobertura en el sentido Mvil Estacin, retroalcance
El retroalcance limita la cobertura, a distancias elevadas:el mvil escucha a la base pero, la base no escucha al mvilEjercicio:PIREBS = ?Enlace descendente (DL, downlink)
PR
min
= 95 dBm
PR min = 98 dBmEnlace ascendente (UL, uplink)
PIRE MS = 30 dBm
Sentido estadstico:
Solucin: si se quiere igual cobertura UL-DL se puede observar que hay que compensar con PIREBS la diferencia de sensibilidad: PIREBS=PIREMS+3=33 dBm. Nota: la diferencia entre la PIRE y la sensibilidad en UL ( DL) constituye la mxima prdida prdida compensable.
Porcentaje de emplazamientos Porcentaje de tiempo
CoberturaZonal Perimetral
9.33
9.6 Ejemplo de cobertura: YOIGO
Cobertura datos UMTS EDGE: Mlaga, Sevilla, Cdiz, Granada, Cobertura datos GSM/GPRS: Resto Fecha:25 Marzo [email protected] 9.34
9.6 Calidad II: Otros2) Disponibilidad de recursos Calidad de trfico La probabilidad de poder establecer la llamada por falta de recursosprobabilidad de congestin GOS (grade of service): p
3) Fiabilidad de la conexin La probabilidad de perder una llamada en curso (cada) 4) Seguridad: autenticacin y cifrado 5) Calidad de fidelidad de seal (fona) Sistemas analgicosCriterios objetivos Inteligibilidad: funcin del Indice de Nitidez (IN)
SINAD =
Seal + Ruido + Distorsin S + N + D = Ruido + Distorsin N +D
Est relacionada con la MOS, se puede dar en Volt, dB dBm Criterios subjetivos: Notas de Opinin Nota Media de Opinin (Mean Opinion Score, MOS)
9.35
9.6 Calidad II: Otros3) Calidad de fidelidad de seal (continuacin) Sistemas digitalesCriterios objetivos BER: depende del codificador BER irreducible Criterios subjetivos: Notas de Opinin Nota Media de Opinin (Mean Opinion Score, MOS)
9.36
9.6 Calidad II: OtrosBER irreducible A: mediciones en laboratorio, sin desvanecimiento B: con desvanecimiento Rayleigh (plano) C: con desvanecimiento Rayleigh y efecto Doppler Por el efecto doppler se crean desplazamientos de frecuencia
fD = v / Donde v es la velocidad Efecto modulacin parsita Ej: 900MHz, 25 Km/h: fD=21Hz [email protected] 9.37
9.6 Calidad: Ejemplo en Orange
Fecha: 25 Marzo 2007
9.38
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Ventajas sistemas digitalesTx de voz y datos con diferente tasa binaria: Integracin con redes digitales Mtodos de cifrado Control de errores Sealizacin digital: Control para evitar uso fraudulento Control de potencia Servicios suplementarios, Ej: SMS Posibilidad de utilizar TDMA: Simplifica circuitos RF menor volumen y consumo terminales Ms robusto a interferencia cocanal Disminuye D mayor reutilizacin mayor capacidad Posibilidad de utilizar tecnologa digital: Codificador de voz 13 y 6.5Kbps Codificador de canal [email protected]
9.39
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Inconvenientes sistemas digitalesNecesidad de digitalizacin (fona) Son ms complejos Sensibilidad a las perturbaciones del medio de transmisin Medios urbanos hostiles Efecto doppler ISI: limitacin de ancho de banda Retardo de transmisin (TDMA)
9.40
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: EstructuraEstructura del transmisorCodec Vocal Multiplexador Datos
Codificador Fuente
Codificador de canal
Formatizacin Acceso mltiple
Tx-RF
Estructura del ReceptorCodec Vocal DeMultiplex. Datos [email protected] Desformatiz. Acceso mltiple
Decod. Fuente
DeCod. de canal
Rx-RF (Digital)
Recordar introduccin Tema 6
9.41
Aspectos ms relevantes en el canal: Diferencia entre
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: EstructuraOjo!!
Canal de Usuario: comunicacin digital extremo a extremo Canal RF o radiocanal: par de frecuencias portadoras
Un mismo radiocanal puede soportar varios canales de usuarios (Multiacceso)
Aspectos ms relevantes en el Tx: El MX de datos adapta la velocidad de llegada a la de transmisin El codificador de canal optimiza la BER tras el paso por el canal La formatizacin consiste en adaptar el canal de usuario al de radiofrecuencia (Multiacceso) Aspectos ms relevantes en el Rx: Es preciso, en el Rx,Recuperar portadora y sincronismo
Hay que desformatizar, extrayendo el canal/es de usuario del de radiofrecuencia [email protected] 9.42
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: RetrasosAspectos ms relevantes del conjunto La suma de las contribuciones de los retardos en cada bloque = retardo total:Retardos en codificador+decodificador de voz: 0.4 a 50 ms Retardo en codificador de canal Retardo en multiacceso Retardo en canal
El retardo total debe estar acotado (fona): ITU-T mximo en un sentido 400msHay que contar adems que la llamada puede atravesar la PSTN, y sta puede tener un enlace via satlite: 270ms El margen que queda es 400-270=130ms Se deja para la red mvil 100ms
9.43
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Codificacin de fuenteLa codificacin de fuente Permite pasar la seal analgica de habla a una digital Debe conjugar buena fidelidad con tasa de bit reducida As, debe caracterizarse porBuena Calidad Tasa de bits reducida Robustez de los algoritmos frente a errores de bits Limitacin de la complejidad: Recursos computacionales Limitacin del tiempo de procesamiento: retardo reducido Viabilidad de realizacin fsica.
9.44
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Codificacin de fuente, ejemplosMinimizacin de Errores: Por ejemplo en las transiciones 10 11 01 00 versus 11 10 01 00 Cambio de nivel = error de 2 bits
Reducir tasa de transmisin: Por ejemplo atendiendo a la probabilidad Llega00 con Pb=0.005 asigno 1000 01 con Pb=0.05 asigno 100 10 con Pb=0.1, asigno 10 11 con Pb=0.845, asigno 1
9.45
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Codificacin de canalLa codificacin de canal Protege la informacin digital (voz, datos, sealizacin) contra errores producidos en la transmisinVoz: Se protegen mejor los bits ms sensibles
Ejemplo: un MS a 50Km/h puede experimentar desvanecimientos profundos de algunos ms de duracinDe forma recurrente (cada 25-50ms) La BER puede ser de 10-2 o peor
La codificacin de canal
Se pierden rfagas de datos Se puede perder sincronizacin
Por cada k bits se proporcionan n=k+r bits Rendimiento del cdigo (code rate): k/n La tasa de bits se incrementa a Vn=Vkn/k incrementa BW
Existe codificacinBloque Convolucional
9.46
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Codificacin de canalLa codificacin bloque Cada paquete de k bits se corresponde unvocamente a una palabra-cdigo de n bits La codificacin convolucional Es un sistema de estados que dependen de los bits que estn llegandoLos estados los da un registro de tamao m (longitud obligada, constraint lenght)
La redundancia introducida ante la llegada de un bit depende del estado actual. Tren continuo de bits, Rendimientos de 1/2. Decodificacin: gran poder corrector. Ej, algoritmo de Viterbi.
Outer code + Inner code = Bloque + Convolucional Gran poder detector + corrector Actualmente se estn empleando cdigos LDPC (Low Density Parity Check) Entrelazado (no transmisin consecutiva): evitar rfagas errores LTb>[email protected] 9.47
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Acceso mltiple TDMA, Time Division Multiple AccessCdigotpo e .. d ts canal 2 Slo canal 1
canal N ..
Frecuencia
[email protected] 9.48
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Acceso mltiple TDMA/FDMATambin denominado NB-TDMA (Narrow Band- TDMA)
Cdigo
Slo ts d e tp o
canal N
canal N
...
...
.
canal 2 canal 1
.
canal 2 canal 1Canal RF 2
canal 2 canal 1Canal RF Q
.Frecuencia
Canal RF 1
[email protected] 9.49
...
...
canal N
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Trama TDMAUna Trama TDMA
Preamble
Information Message
Trail Bits
Slot 1 Slot 2 Slot 3
Slot N
Trail Bits Sync. Bits
Information Data
Guard Bits
9.50
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Trama TDMA, TDMVentajas TDMA frente a SCPC/FDMA Reduccin del nmero de transceptores (TRXs) Reduccin en exigencia de tolerancia de frecuencia de portadoras Inconvenientes de TDMA Exigencia de funcionamiento sincronizado Tiempos de guarda Bits de tara para sincronizacin de trama y sealizacin del canal:Reduce el rendimiento de la trama
TDMA En el sentido ascendente En el sentido descendente (TDM, time division multiplex);no es de acceso sino de difusin
9.51
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: CDMACDMA, Code Division multiple Access
Cdigo
canal 1 canal 2...
Frecuencia
canal N [email protected] 9.52
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Time Division Duplex, TDD ?2500 2000 Kbps 1500 1000 500 0 Market needs
Downlink Uplink
1997
2000
2005
Asymmetrical traffic increases with time !!9.53
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: TDDFrequency Division Duplex, FDDCanal bajada Divisin en frecuencia Canal Subida Frecuencia
Time Division Duplex, TDDCanal bajada Divisin en tiempo Canal Subida Tiempo
9.54
9.7 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Acceso MltipleSistema CelularAdvance Mobile Phone System (AMPS) - PLMN CT2 (Cordless Telephone) - PLMN Japanese Figital Cellular (JDC) PLMN U.S. Narrowband Sprea Spectrum (IS-95) -. PLMN Groupe Speciale Mobile (GSM) - PLMN MPT 1325 PMR TETRA PMR y PAMR Digital European Cordless Telephone (DECT) (*)
Acceso MltipleFDMA/FDD FDMA/FDD TDMA/FDD CDMA/FDD NB-TDMA/FDD FDMA/FDD NB-TDMA/FDD TDMA/TDD
UMTS, Universal Mobile Telecommunic System PLMN CDMA/FDD y TDD
(*)El sistema DECT es para telefona inalmbrica en el hogar u oficina. Y pueden utilizarse varias estaciones base para cubrir una zona amplia
9.55
9.8 Sistemas de concentracin de enlaces: Estructura de un sistema troncalSistemas Monoemplazamiento Multiemplazamiento:Cada nodo tiene su juego de frecuencias Interconexin (en anillo) de estaciones base y sistemas de control (TSC, trunking system controller) No tiene por qu haber transferencia automtica de una BS a otra. Transceptor sintetizador controlado por microprocesador (software-radio)
Rgimen de llamadasEn espera En prdidas BS BS MS
En un sistema troncal Se asignan canalesSegn necesidades Y no de forma rgida NMCPSTN
TSC T/R PABX PABX FS
Se optimiza la capacidadhttp://en.wikipedia.org/wiki/Trunked_radio_system
9.56
9.8 Sistemas de concentracin de enlaces: Dimensionamiento y TrficoObjetivo del dimensionamiento: Calcular el nmero de canalesN de canales de trfico, N (Nmero de canales totales = N+1, incluyendo control)
Para cumplir unos criterios de calidadRgimen de llamadas en espera: que la probabilidad de superar un tiempo de espera W0 al realizar una llamada sea menor de p. Rgimen de llamadas perdidas: que la probabilidad de tener canal disponible al realizar una llamada sea menor de p. A p se le denomina probabilidad de congestin o grado de servicio (GOS).
Datos de partida N de mviles M Tiempo medio de llamada H (segundos) Nmero medio de llamadas por mvil y en la hora cargada L (llamadas/hora)
M LH erlangs Ad = 3600Intensidad de trfico demandado
9.57
Rgimen de llamadas perdidas (TMA y PMR): Erlang-B Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de solicitudes de llamada. Las llamadas se pierden con una probabilidad de congestin p ( GOS pb de prdida) si todos los canales estn ocupados. La probabilidad de prdida en un sistemaque tiene que servir una intensidad de trfico Ad (Erlangs) demandado con N radiocanales
es p=B(Ad ,N) frmula Erlang B
N
En la Erlang se asume que la llegada de llamadas es aleatoria (Poisson)[email protected] 9.58
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentracin de enlaces: Fundamento terico y realizacin
Rgimen de llamadas en espera (PMR): Erlang-C Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de solicitudes de llamada. GOS: Las llamadas se pierden con una probabilidad p si se supera un tiempo de espera W0. La probabilidad de prdida GOS:Si el tiempo de espera mximo es igual a la duracin de la llamada (habitual)
p = GOS ( N , A) = P (W > W0 )El tiempo medio de espera, :
W0 = H
= C ( N , A) e ( N A )C(N,A): Distrib. Erlang-C
H W = C ( N , A) NA
9.59
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentracin de enlaces: Fundamento terico y realizacin
Trunking o concentracin de enlaces: La idea del trunking es poder compartir todos los canales entre todos los usuarios. El trfico que se puede ofertar es mayorEl sistema es ms eficiente Pero ms complejo: hay que controlar la asignacin de canales
Ejemplo: se propone un ejemplo sencillo para un rgimen de llamadas en prdidaUna estacin base da servicio a una zona con 3 canales y puede: A) Asignar los 3 canales a toda la superficie con truncking. B) Asignar 1 canal de forma rgida a cada tercio de la superficie. La intensidad de trfico A (Erlangs) que se puede ofertar en A) es Ao,A=B-1(p,N) B) es Ao,B= NB-1(p,1) < Ao,A
3A
1 1
1B
9.60
http://www.erlang.com/whatis.html
9.8 Sistemas de concentracin de enlaces: Fundamento terico y realizacin
Radiacin y Radiocomunicacin 4 Ingeniera de TelecomunicacinTema 9 Comunicaciones Mviles Parte III: Sistemas Celulares:sistemas celulares en FDMA
Juan Jos Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ [email protected] 9.61
Parte II: Sistemas de Telefona Mvil Automtica (TMA)9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular Introduccin Concepto de celda clula Reutilizacin de frecuencia en sistemas FDMA Geometra celular: distancia de reutilizacin Distancia de reutilizacin y relacin de proteccin Dimensionamiento de trfico y del sistema Otros:Sectorizacin Asignacin dinmica de frecuencias Tilt
Generalidades
En qu consiste un sistema celular? Cmo se dimensiona una sistema celular?
9.62
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celularLos sistemas de telefona mvil automtica TMA PLMN son autnticas redes de telefona PLMN (Public Land Mobile Network) Con sus centrales de conmutacin propias MSC Mobile Switching Centers, MTSO Mobile Telephone Switching Office Se persigue Calidad telefnica similar o superior. Conmutacin automtica Gran capacidad de abonados Capacidad de expansin PSTN Coste razonable Eficiencia en espectro Mobile Los sistemas celulares Telephone Switching Office Dan respuesta a este problema MTSO Actualmente se utilizan tambin en [email protected] 9.63
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Una celda (o clula)Mobile Terminal (MT) = Mobile Units (MU) = Mobile Systems (MS) Mobile Hosts (MH) Mobile Equipment (ME). MSC: Mobile Switching Centers = MTSO: Mobile Telephone Switching Office BS (Base Station) MSC (MTSO)
BS MS MS [email protected] 9.64
Componentes Radio
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Una clulaForma circular frente a formas triangular, cuadragular, hexagonal Cada radiocanal entre la BS y el MT se divide en Enlace Descendente = down-link, DL =forward link (US) BS a MT up-link Enlace Ascendente = up-link, UL = reverse link (US) down link MT a BS El sistema es un conjunto de clulas
MSC
PSTN
9.65
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Sistemas CelularesEl problema central en la capa radio de los sistemas TMA es conseguir Una amplia cobertura Gran capacidad de trfico Nmero limitado de frecuencias
Con Si a una sistema TMA (operadora) se le asigna un rango del espectro, y es FDMA Cmo se puede dar cobertura a todo un pas?Sistemas FDMA Reutilizacin de frecuencias
Interferencia mltiple cocanal controlada Distancia de reutilizacin
Sistema celular
Nota: La planificacin celular que se ver aqu es para FDMA
9.66
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Sistemas Celulares, agrupaciones (racimos, clusters)Los sistemas celulares (FDMA) se basan en Tener J tipos de clula Cada tipo de clula tiene asignado un juego de frecuencias diferente El conjunto de J clulas diferentes se agrupa: agrupacin (o cluster)1-cell cluster 4-cell cluster 12-cell cluster
7-cell cluster La zona de cobertura de este racimo o cluster se denomina footprint
3-cell cluster
El racimo o cluster se repite sistemticamente (enlosado) para conseguir el mapa de cobertura deseado.Se repiten las frecuencias: reutilizacin de frecuencias
9.67
Planificacin de frecuencia en FDMAEstructura con J = 7 (Patrn de reutilizacin 7) f2 f1 f5 f4 f2 f6 f7 f2 f3 f5 f4 f6 f1 f3
f7 f6
f7 f2
9.68
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Sistemas Celulares FDMA, agrupaciones: frecuenciasAs: Un operadora dispone de un ancho de banda para dar cobertura a una zona en un pas.La operadora dispone de C canales
La zona se divide en Q agrupaciones.Cada agrupacin hace uso de C canales
Cada agrupacin se divide en J clulasCada clula tiene asignados, en general, N=C/J canales disponibles
Las veces que se repiten las N frecuencias en el mapa de cobertura total no es ms que el nmero de agrupaciones Q = el ndice de reutilizacin El nmero de canales total es Q J NSi se reserva 1 canal para control en cada clula: Q J (N-1)
Ahora bien
cuntas clulas hay?J? Relacin de proteccin
qu superficie cubren?Q? Trfico9.69
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:parmetros relevantes de geometra celular2 7 1 6 5 4 3
2 7 1 6 4 5R
3 D7 6
2 3 1 4 5
Sr 1 D J = Sc 3 R
2
D = distancia de reutilizacin entre cellas que utilizan mismas frecuencias R = Radio de la Clula J = patrn de reutilizacin (el tamao del racimo (cluster)). Ejemplo: para un racimo de 7 celdas con radio R = 3km, la distancia de reutilizacin de frecuencia es D = 13.74 km. [email protected] 9.70
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Geometra celularGeometra celularrea de un rombo de lado D:
D2 3 Sr = 2rea de un hexgono de radio R:
D
Zona Romboidal: Rombo cocanal
d2 3 R2 3 3 Sc = = 2 2Relacin entre estas reas:
D d R9.71
Sr D 2 1 D = = J 2 Sc R 3 3 R
2
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:nmeros rmbicos Sistema de ejes: (id, jd)
i = v / d = v /( R 3) j = u / d = u /( R 3)
eu til
v(0, jd)
i za ci n
cia d
er
=/3u (id,0)
D, d
ist an
D 2 (i, j ) = d 2 (i 2 + j 2 + 2 i j cos( ))(0,0) R
D 2 (i, j ) = d 2 (i 2 + j 2 + i j )d
D2
1 D = = i2 + j2 + i j d 2 3 R
2
=J9.72
En la figura, i=3, j=2, J=19
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:nmero rmbicosIMPORTANTE: slo son posibles, para clulas hexagonales, algunos nmeros de clulas por racimo, J. CULES? Aquellos que cumplen con
i 2 + j 2 + i j = J , i, j enteros Ejemplos para i,j0, 1 1, 1 1, 2 3, 0 4,-2 4,-1 4, 0 J=1 J =3 J= 7 J=9 J=12 J=13 J=16,...
Nmeros Rmbicos
Una lista completa ordenada: J= 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25, 27, 28, 31, 36, ... J=1 y 2 no tienen sentido. No hay reutilizacin.
9.73
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Geometra de racimos-agrupaciones-clustersEjemplos de agrupaciones i=1 j=1 J=3
i=2 j=2 J=12
i=1 j=2 J=7
9.74
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Celda cocanal: Reutilizacin de frecuenciasPara calcular dnde existe una celda con igual juego de frecuencias Muvase i celdas a lo largo de cualquier cadena de hexgonos. Gire 60 en el sentido contrario a las agujas del reloj y muvase j celdas. Ejemplo: N=19: i=3, j=2;
Hexgonos de igual radio: un racimo o agrupacin est rodeada de otros 6: Existen 6 celdas cocanales Donde se reutilizan las [email protected] 9.75
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Calculo de J: interferencia de una celdaLa solucin en sistemas celulares es reutilizar las frecuencias Se admite una interferencia Que tiene que estar controlada Cmo controlarla?Se calcula la potencia til e interferente que llega a un punto de la celda Se impone que est por encima de la relacin de proteccin
pt c = pr = k dc n
i =
pt k di n
dc
di
Veamos cunto vale cada [email protected] 9.76
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Calculo de J: interferencia de una celdaLa seal recibida en un sistema celular donde d es la distancia desde el transmisor (BS) al punto de la celda donde se mide la potencia, k es una constante y n es otra constante (path loss slope) que depende de la propagacin. En Celdas urbanas n=2.7 a 5 En el peor caso en el que el mvil se sita en el borde de una celda d=R, y otra celda a una distancia D transmite a la misma frecuencia y potencia:
pt c = pr = k dn
pt c= n , kR
pt i = k (D R)nR cell 1 MS D
(D R)n c D = = 1 n i R R
(
)
n
cell 2
9.77
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Calculo de J: interferencia de racimos adyacentesLa relacin entre la potencia recibida en el borde de una celda
c=
k Rn
pt
y la potencia interferente recibida en el borde de esa misma celda, 6ic =
c 1 ( D R) 1D c = = = 1 n 6 R i tot 6 ic 6 R1 D J= 3 R 2
n
n
k ( D R) n
6 pt
Siempre hay 6 racimos rodeando el de inters
Se asume esta distancia Para todos interferentes
1 c 1 + 6 J = 3 i
( () )tot
1 / n 2
1 c = {D R D } = 6 3 i
( () )tot
1 / n 2
Como ha de cumplirse (c/i)tot
1 J 1 + (6 rp )1 / n [email protected]
(
rp (relacin de proteccin)
)
2
Lmite inferior Slo depende de rp!!9.78
Y adems J debe ser un nmero rmbico
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Trfico ofrecido y demandado en una celdaNmero de mviles en una clula a los que se puede dar servicio con una probabilidad de congestin p (tambin conocido como grado de servicio GOS) en un sistema celular de J clulas por agrupacin al que se asigna un espectro W divido en bandas de f ? La ofertaEl nmero de canales en el sistema El nmero de canales en una celda El nmero de canales de trfico Se ofrece un trfico, para p, de
La demandaEl trfico ofrecido por M mviles Nmero de mviles en una celda
Ao = B ( p, N 1)
C = W / f N =C/J N 11
Ad = M a = M H L(Erlang )M A M = Sc = a m (mviles / km 2 )
Se iguala Oferta=Demanda A=Ao=Ad y se obtiene:
O tambin, en funcin del Trfico admisible:
Ao A (Erlang / km 2 ) = m a Sc = o Sc a9.79
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:Dimensionamiento en sistemaConociendo la superficie total S a cubrir y calculados m y Sc se dimensiona Superficie de una agrupacin Nmero de agrupacionesQ = ndice de reutilizacin
Sr = J Sc
El nmero de mviles servidos Tambin:
S Q = S / S r + 1 J Sc
M Total = Q J MS C J Sc
La oferta total de canales de trfico en el sistema (superficie S)
Q J ( N 1)
A menor rea de celda Con los mismos canales: podra servir a una mayor densidad de mviles La oferta total en S crece: tengo mayor nmero de canales en el sistema
9.80
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular:sistema celular: resumen dimensionamientoPaso 1: La relacin de proteccin te da el nmero mnimo de celdas, el nmero rmbico ms cercano proporciona el mnimo posible J1/ n 1 J 1 + ( 6 rp ) 3
(
)
2
Analgico: C/I=17 dB, n=3,8 J=7 Digital: C/I=9 dB, n=3,8 J=3
Se obtiene el nmero N de canales por celda Paso 2: Igualar la oferta de trfico que proporciona la clula a la demanda de trfico que cursan los abonados al sistema
Con ello se obtiene
Ao = B 1 ( p, N 1) Ad = M H L
El rea o radio de la celda El ndice de reutilizacin Q [email protected]
9.81
9.9 Sistemas de radiotelefona pblica celular: Otros aspectos: divisin celularLa retcula bsica es un instrumento, en la realidad es difcil establecer el lmite entre dos celdas En la prctica habr celdas ( clulas) (zona urbana) que tengan mucho ms trfico que otras (zona rural). Se hace necesario subdividir algunas celdas en otras: El mapa de celdas no es homogneo Generalmente se va dividiendo el radio de la celda en 2: La superficie se divide por cuatro Se incrementa la capacidad de trfico en un factor 4 Mayor precisin de las BS Aumenta el trnsito entre celdas (llamada), aumenta trfico de sealizacin Aumentan los costes
Microceldas ( Rp Caractersticas de potencia y radiacin: C/N > C/Nmin
Aparte Arquitectura de red: Nmero, tipo y localizacin de elementos de control y conmutacin y de radiacin. Tipos y formatos de mensajes: voz, datos, radiobsqueda, llamada selectiva. Tipo de control:grado de centralizacin, canales/mensajes de control, identificacin/autentificacin, encaminamiento, conexin PABX.
9.149
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: CampoEl valor de proyecto de la intensidad de campo en Com. Mv. es aquel valor mediano del campo que Asegura una determinada calidad en recepcinPara una cobertura perimetral (L%) Durante un porcentaje de tiempo (T%)
Campo mediano necesario en sistemas analgicos limitados por ruido
E n = Em + r E + e E Em: campo mnimo utilizable Er: correccin por ruido/multitrayecto Ee: correccin estadstica por emplazamiento y tiempo
Campo mediano necesario en sistemas digitales limitados por ruido Puede obtenerse tambin a partir de curvas de BER Es frecuente trabajar con potencia de recepcin en lugar de campo:ecuacin de balance
9.150
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Analgicos: Campo Mnimo UtilizableCampo mnimo utilizable Em para una sensibilidad del Rx, S Rd * Gd (dBd ) 33,6 Em (dB ) = S (dB ) + 20 log f ( MHz ) + 10 log Ro Si Rd=73,2 , Resistencia de radiacin Ro: Resist. entrada del Rx. (Mviles, 50 ), queda
* Em ( dB ) = S (dB ) + 20 log f ( MHz ) Gd ( dBd ) 32
Gd*=Gd-l-L, ganancia de potencia - prdidas en alimentacin - prdidas adicionales
Las prdidas adicionales Para estaciones base L=0. Para estaciones mviles, dependetipo de antena, frecuencia y posicin respecto a usuario
Tabla 7.14.1
9.151
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Analgicos : Correccin por ruido/multitrayecto del campo rEEfectos Propagacin multitrayecto Cuando vehculo se desplaza Ruido artificial. (Ruido encendido de coches)Efecto con vehculo estacionado
Vehculo en marcha lenta o detenido Degradacin mayor que con el vehculo en marchaDebido a la menor separacin entre vehculos
Degradacin: incremento necesario de seal a la entrada para reestablecer un grado de calidad impuesto nicamente por el Rx. Nota Efecto de la perturbacin 5 Casi nulo 4 Perceptible 3 Molesto 2 Muy Molesto 1 Apenas puede percibirse la [email protected] 9.152
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Analgicos:Correccin por ruido/multitrayecto del campo rE, BSRecepcin en BSA B C Vehculo en Movimiento. Densidad de trfico, 2 vehculos/seg Vehculo en Movimiento. Densidad de trfico, 1 vehculos/seg Vehculo en Movimiento. No hay ruido de encendido ni ruido ambiental Vehculo parado. Densidad de trfico, 2 vehculos/seg Vehculo parado. Densidad de trfico, 1 vehculos/seg
Nota de calidad: 4
D E
rE
9.153
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Analgicos:Correccin por ruido/multitrayecto del campo rE, MSRecepcin en MSA B C Vehculo parado en zona de mucho ruido Vehculo en Movimiento en una zona de mucho ruido Vehculo en movimiento en una zona de poco ruido
Nota de calidad: 4
rE
9.154
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Analgicos : Correccin estadstica del campo eELas variaciones con las ubicaciones y el tiempo se modelan mediante una distribucin normal de los valores del campo en dB
e E = [k ( L ) L ] + [k (T ) T ]2
{
2 12
}
DondeL y T son las desviaciones tpicas de la variabilidad del campo con los emplazamientos L (Perimetral) y el tiempo T x 1 y 2 e dy k(P) es la funcin inversa de una distribucin de gauss G(x) G (x ) =
k (P ) = G 1 1
BandaVHF (150 MHz) UHF (h=50 m) (450 MHz)
L (dB)5.6 8.0
(hasta d=50 Km)3 2
T (dB)
(
P 100
)
2
P (% ) 50 75 90 95
k (P ) 0 0 ,6 7 1 ,2 8 1 ,6 49.155
Nota sobre correccin (I)El campo recibido es una v.a. log normal P(E ) Si el campo mediano necesario es E n = Em + r EP(E ) log N (En , )
En qu % por ciento del tiempo y ubicaciones habr un E > En ?
Nivel necesario
Pb de E > En
En
E (dB)
Si estudiamos por ejemplo la desviacin con el tiempo y conocemos T Qu nivel E n exigiramos para que E > En en el T %Pensar si T>50 la nueva E n ser mayor o menor que antes (T=50%)? cunto?
9.156
Nota sobre correccin (II)Si se transmite con eE de ms sobre Emin En qu % se cumple
P (E > Emin )
?
P = P (E > Emin ) =
E min
N (E )dE =
E min
1 22
e
( E En )2
2
dE =e E /
E = E / dE = dE / = = E = E En e min
E min En
1 22
e
E2 2 dE
e E /
1 2
eE dE =1
1 2
e E dE = 1 G (e E / )
P = P (E > Emin ) = { k (P )
P e E / } = 1 G (k (P )) k (P ) = G 1 1 100
Para una 0 y P dadas e E = k (P )P(E )
Nivel necesario
Pb de recibir seal mayor que EminPara potencia sera igual!
eE
Emin
En = Emin + e E
E (dB)
9.157
9.13 Proyectos de sistemas del Servicio Mvil Cobertura Zonal y PerimetralPara pasar de cobertura perimetral L (%) a zonal Z (%) supuesta una variacin de las prdidas bsicas de propagacin de la forma
lb (d ) = k d n se puede utilizar la siguiente expresin
2xy + 1 erfc x + 1 Z = L + 50 exp 2 y y Donde
k (L) x = 2n y = 3, 071 L2
Nota: [email protected]
erfc(z ) =
z
et dt
2
L%
Z%9.158
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Digitales: campo mediano necesarioSuele trabajarse en trminos de potencia recibida ms que en intensidad de campo. En trmino de la Intensidad de campos 2 / Ro Eb Eb 1/Tb c w = = = = N0 kTfs 1/Tb kTfs vb kTfs vb
s 2 = w kTfs Ro vb
Para Ro = 50 -174dBm+-10*log10(1e3)+10*log10(50)+20*log10(1e6)=-67
dBm a dBWY
dB a dB
S (dB) = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) 67
Ntese que las figuras de Eb/No incluyen ya las correcciones por ruidomultitrayecto, por lo que se aplica directamente* E n (dB ) = Em (dB ) + e E = S (dB ) + 20 log f ( MHz ) Gd (dB ) 32 + e E
9.159
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles Digitales: potencia mnima necesariaEn trminos de potencia quedara La sensibilidad
Cm (dBm) = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) 174 La potencia mnima necesaria
Cn (dBm) = Cm (dBm) + Ce = W (dB) + 10 log10 Vb (bit/s) + Fs (dB) 174 + EeDonde se ha utilizado
Ce = EeY la W=Eb/N0 incluye el efecto del ruido-multitrayecto
9.160
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: Clculos de CoberturaLa cobertura depende de los equipos: configurables las condiciones de propagacin.
Dos vertientes Clculo de una cobertura para una configuracin dada Clculo de una configuracin para alcanzar una cobertura
Los valores de campo que se utilizan son valores medianos en sentido estadstico En los sistemas celulares tenemos adems del ruido la interferencia. Una opcin a la hora del diseo es dividir el objetivo global de calidad entre Ruido C/N clculo de cobertura=potencia clculo de la distancia de reutilizacin Interferencia C/I
Dnde no hay cobertura?En qu % de emplazamientos C/I o C/N no se [email protected] 9.161
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: Clculo de cobertura=potencia1. Seleccin de emplazamientos 2. Anlisis general del tipo de zona: urbana, rural, mixta Para aplicar el modelo de prediccin adecuado
3. Calculo qu potencia/campo necesito en el Rx 4. Calculo las prdidas (prdida compensable) que tengo en la propagacin A) Mtodos empricos B) Modelos ms rigurosos (trazado rayo)
Tema 7 5. Despejo la potencia necesaria en Tx para alcanzar sensibilidad o campo en Rx Lb(d) En sistemas analgicos: PMR y TMA analgicos: En PRA Lb(d) PIRE En sistemas TMA digitales: SNota: tambin es posible estimar d a partir de PRA/PIRE y En/S
Problemas Tema [email protected] 9.162
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso1, EmplazamientosPlan nominal para una ciudad:Plan terico: sites cada 500 m colocados regularmente
9.163
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso1, EmplazamientosRetocar el plan: acercar los sites a las calles ppales o edificios importantes
9.164
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso1, EmplazamientosResultado: la altura de edificios no es homognea, no siempre se puede contratar donde se desea...
9.165
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso2, Clasificacin Zonasclutters
9.166
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso 4: Prdida compensable (I)A) Aplico mtodo emprico: figuras o frmulas
No se requiere perfil del terreno A veces se incluyen datos acerca dela ondulacin del terreno la altura efectiva de las antenas,..
Dispersin media del error 10-12 dB Si se utiliza Mtodo Okumura (Fig 3.57 3.58), para obtener
Ec(d):
Ec (d ) = E n PRA(dBK )Se despeja directamente la potencia necesaria
Tal como se vi en Tema 7, se puede
calcular la distancia para un campo dado o ver que campo tengo para una distancia dada [email protected] 9.167
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso 4: Prdida compensable (II)B) Modelo riguroso: Trazado de rayos radiales (separados 1)
Complicado pero slo 3-6 dB de dispersin900 1800
9.168
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso 4: Prdida compensable (III)B) Modelo riguroso (pxeles): modelos urbanos
9.169
9.170
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: cobertura=potencia: Paso 5 potencia entregadaDespejo la potencia necesaria en Tx. En sistemas analgicos: PMR y TMA analgicos
En
Lb(d)
PRA
Lb (d ) = 109.4 + PRA(dBW ) + 20 log10 f (MHz) E n (dB )
PRA = Pet (dBW) Ltt Lat + Gt (dBd )
En sistemas TMA digitales
S
Lb(d)
PIRE
Lb (d ) = PIRE S + Gr (dBi ) Ltr Lar PIRE = Pet (dBW) Ltt Lat + Gt (dBi)Nota: Aqu [email protected] 9.171
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: Clculo de cobertura=distancia de reutilizacinNecesarios dos datos de partida Valor umbral de la relacin de proteccin Rpth(dB) Calidad de cobertura perimetral L(%)
Relacin de proteccin y Distancia de reutilizacin
pt / k R n c ( D R) n 1/ n rpth = = = D = R [1 + (6rpth ) ] n n 6 i 6 pt / k ( D R ) 6REn sentido estadstico Hay que asegurar un valor en un tanto por ciento de las ubicaciones, con lo que se utiliza para la relacin de proteccin
' R p (dB) = R pth + k ( L) L ' L =
2 L
D = R [1 + (6r p )
1/ n
]9.172
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles:DANGER
Un transceptor (TRX) es un equipo que permite transmitir y recibir un par de frecuencias. En GSM permitira tener 8 canales de usuario: 8 slots en el UL y 8 en el DL
Una operadora de GSM con 36 canales tiene 36 pares de frecuencias de 200 KHz disponibles a repartir entre las celdas de una agrupacin. Cuando se reparten portadoras (TRXs) entre celdas se hace de forma entera De forma que en GSM se reparten bloques completos de 8 slots entre celdas
Cuando hay sectorizacin cada sector es una nueva celda=BTS. Un conjunto de celdas sectorizadas que transmiten desde el mismo poste es un emplazamiento. En los departamentos tcnicos de las operadores se suele tambin denotar por estacin base al emplazamiento.
Si no se indica lo contrario se asigna un canal de sealizacin por celda Esto es, un canal de usuario (1 slot)
9.173
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: SectorizacinDos posibilidades para sectorizacin Se calcula el patrn de reutilizacin, J, con sectorizacinTeniendo en cuenta que slo 2 3 celdas cocanales interfieren.
Mtodo 1: cada celda se subdivide en sectores.Se reparten canales a las J celdas Y en cada celda hexagonal a los sectores: si tengo 3 sectores queda 3 rombos
Mtodo 2: cada sector es una nueva celdaSe reparten los canales a los J sectores Si tenemos 3 sectores: celdas hexagonales Si tenemos 4 sectores: celdas cuadradas Problema 1, slo algunas configuraciones son posibles si se quiere que todos los racimos sean iguales: Configuracin 3/9, 4/12,(X emplazamientos/Y sectores en total) 2 Problema 2, la frmula J 1 1 + ( 3 rp )1/ n no es exactamente vlida.3
(
)
Ventaja, ms cercano a la realidad
9.174
9.13 Proyectos de Sistemas Mviles: Ejemplos SectorizacinProblema: Una operadora de GSM tiene 70 canales, utiliza sectorizacin de 120, Rp=14dB y el exponente de prdidas es n=3.8. Cuntos canales de usuario hay para trfico por sector? Qu trfico oferta una agrupacin? Solucin Mtodo 1: 2 f1 2J1/ n 1 1 + ( 2 rp ) 3
R
(
) = 1 (1 + ( 2 25.1) ) = 4.8 J = 7 31/3.8
En cuanto al trfico 70 / (7 3) 8 1 = 23R2 3 3 Ao = 21 B (23, p) = 330.75E = Ad = A 7 21
f2
f3
Solucin Mtodo 2: Tomamos un 3/911/ n 1 J 1 + ( 2 rp ) 3
(
) (2
1 1/3.8 = 1 + ( 2 25.1) 3
)
2
= 4.8 J = 7
R
f1 f3 f29.175
R2 3 3 Ao = 9 B (55, p) = 404.1E = Ad = A 9 2
70 / 9 8 1 = 55
Tema 9. Sistemas Comunicaciones MvilesParte VI:Nuevos sistemas europeos de comunicaciones mviles :
DCS1800, DECT, ERMES, TETRA, UMTS
9.176
Parte V: Nuevos sistemas europeos decomunicaciones mviles9.14 Nuevos sistemas europeos de comunicaciones mviles DCS1800 DECT ERMES TETRA UMTS
9.177
9.14 Nuevos sistemas europeos de comunicaciones mvilesSe propone introducir los sistemas DCS1800: Digital Cellular SystemsSistema GSM en 1800 (Dual) Terminales Potencias reducidas (0.25 y 1 W) Banda 1710-1785 y 1805-1880 MHz PCN (Personal Comm. Networks)
DECT : acceso a redes pblicas o privadas fijas desde equipos mviles TFTS: comunicaciones pblicas con aeronaves en vuelo TETRA:Telefona Privada (PMR) ERMES: European Radio Messagerie System, Sistema de Mensajera: envio de mensajes, datos ofreciendo gran seguridad y capacidad de almacenamiento y recuperacin.... UMTS: Sistema PCS/TMA de 3 [email protected] 9.178
9.14 Nuevos Sistemas Europeos de comunicaciones mviles: DECTDECT Digital (European) Enhanced Cordless Telecommunications (19871992) Sistema de acceso a la red telefnica pblica y/o redes privadas desde equipos porttiles Alcance
