If you can't read please download the document
Upload
lebao
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
1
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
1. Noiuni i procedee de lucru n comunicaiile celulare Reutilizarea frecvenelor.
- principiul reutilizrii frecvenelor (canalelor radio)
- perturbaiile care apar ntre staiile care folosesc acest canal (interferena
cu acelai canal = interferen co-canal, Co-channel Interference, (CI) s
fie sub o valoare impus.
mprirea n celule.
- celula - zon acoperit din punct de vedere radio de ctre o staie de
baz (sau mai multe);
- fiecrei celule i se aloc un numr de canale radio (un set de canale
radio).
- Celule vecine folosesc seturi diferite.
Zona de acoperire
Figura 1
Zone de acoperire
Amplasament (site)
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
2
Perturbaii n sistemele celulare de comunicaie.
- perturbaii co-canal (CI);
- perturbaii datorate interferenei cu un canal vecin;
- perturbaii datorate intermodulaiilor (de ordinul trei)
Zona de reutilizare (cluster).
- numr de celule, N.
- dimensiunile zonei de reutilizare - capacitatea de trafic;
Transferul (Handover, Handoff) i circulaia liber (roaming)
Aspect specific comunicaiilor mobile - mobilitatea .....
Preluarea unui apel n desfurare de ctre o alt staie de baz atunci cnd
este cazul;
Variante:
- transfer ntre celule diferite;
- transfer intracelular,
Figura 2
Strategii de transfer:
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
3
a. Transfer controlat de reea.
- Staiile de baz fac msurtori, centrala decide;
- staiile mobile nu intervin; se pierde influena condiiilor locale;
b. Transfer asistat de mobil.
- Staia mobil msoar; centrala ia decizia;
- n acest caz reeaua pstreaz controlul legturilor;
c. Transfer controlat de staia mobil.
- Msurtori - staia mobil i staia de baz,
- Decizia de transfer o ia staia mobil;
Ultimele dou strategii - transferul se face mai rapid.
Circulaia liber sau roaming-ul extindere la reele diferite;
convenie ntre operatori;
existena unor baze de date unde se stocheaz informaii cu privire la
activitatea staiei mobile; etc.
Alocarea canalelor radio ctre staiile de baz.
canal radio = frecvena purttoare + banda alocat + echipamente;
Alocarea canalelor radio = repartizarea canalelor radio disponibile ctre
staiile de baz din reea.
Variante:
- Alocare fix (static)
- Alocare dinamic
- Alocare hibrid
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
4
2 Analiza geometric a reelelor celulare
2.1 Aspecte generale cu privire la abordarea reelelor celulare Caracteristicile sistemelor celulare:
teritoriul n care lucreaz reeaua de comunicaie este integral acoperit
cu un numr oarecare de celule.
o celul real nu trebuie s aib o form regulat.
pentru proiectare se prefer o form geometric simpl.
Proiectarea reelelor celulare:
1. Conceperea unei reele teoretice de baz;
2. Analiza factorilor care determin corecii sau msuri de protecie;
3. Efectuarea unor corecii n structura reelei ca urmare a unor
msurtori i observaii efectuate asupra unei prime variante.
1. Conceperea reelei teoretice de acoperire:
Ipoteze:
- suprafaa plan, fr forme de relief, construcii, vegetaie;
- celulele: de acelai tip i cu dimensiuni identice;
- acoperire fr suprapuneri (suprapuneri minime);
- caracteristica de radiaie a antenelor omnidirecional;
- puterea aparent radiat = o constant a reelei.
Pe reeaua teoretic se atribuie canale (seturi de canale) radio ctre celule;
n acest scop este necesar alegerea unor reguli de reutilizare a canalelor radio
(grupurilor de canale radio);
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
5
Etapa 2 se desfoar pe baza unor hri ridicate la o scar adecvat i a altor
observaii i msurtori;
Etapa 3: se realizeaz o reea de acoperire ct de aproape posibil de cea
teoretic;
se efectueaz msurtori i apoi coreciile care se impun;
Forma celulei: cerc sau poligoane inscriptibile n cerc;
cea mai convenabil soluie: hexagonul.
Figura 3 2.2 Zona de reutilizare (cluster); caracteristici
n fiecare celul se amplaseaz o staie de baz;
canalele se aloc pe principiul reutilizrii frecvenelor;
perturbaiile sunt minime dac se asigur echidistana ntre amplasamentele
care folosesc acelai canal;
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
6
Rezult c centrele zonelor de reutilizare formeaz hexagoane.
se va parcurge o prim faz de studiu: determinarea relaiei existente ntre
distana de reutilizare, d i numrul de celule pe cluster, N.
reeaua are caracteristicile puse n eviden n figurile 5 i 6.
A6
A2
A1
A3
A5
Figura 5
A4
y
xh2
A2
d nh2
A1(m,n)
A(0,0)
A6
mh1
h1
Figura 6 Se observ c:
h1=r3/2; h2=3r/2,
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
7
)h(n+)h(m=d 22212 (1)
Aria unui hexagon elementar este:
2
r33=2h6r=S
21
1 (2)
42
r33 Nd43=S
22
AAA1 = (3)
3Nr=d (7)
nlocuind n relaia (1) rezult
4
rn9+4
rm3=r 3N2222
2 (8)
de unde:
4
n3+m=N22
(9)
numerele N, m, n trebuie s fie ntregi.
deci m i n sunt fie ambele pare, fie impare astfel c suma m+n este
ntotdeauna un numr par.
2=n+m (10)
Se deduce:
m+m3-3=4
)m-3(2+m=N
n+n-=4n3+)n-(2=N
2222
2222
(11)
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
8
Tabelul 2 Determinarea valorilor posibile pentru N
m 1 3 2 5 4 3 6 2 7 5 4 1 8 7
N 1 1 2 1 2 3 2 4 1 3 4 5 2 3
Q 1 2 2 3 3 3 4 3 4 4 4 3 5 5
N 1 3 4 7 7 9 12 13 13 13 16 19 19 19
.
Figura 8 Exemple de reele hexagonale
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
9
3 Administrarea canalelor radio n reelele celulare
3.1 Aspecte generale Trebuie concepui algoritmi pentru:
repetarea n reea a unui canal (grup de canale);
distribuirea n reea a canalelor radio disponibile;
gruparea mai multor (canale) n vederea formrii unui grup care va fi
utilizat n acelai amplasament.
criteriu de baz: realizarea de perturbaii minime n reea.
n prima etap se determin numrul de celule, N, care formeaz o zon de
reutilizare;
Obiective:
utilizarea eficient a spectrului;
minimizarea perturbaiilor co-canal;
Ipoteze simplificatoare:
spectrul atribuit este o band continu de frecvene.
canalele au benzi alocate egale,
canalul poate fi luat n eviden prin numrul de ordine (figura 9).
f = lrgimea de band a unui canal .
M= numrul de canale radio care se pot constitui n banda alocat;
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
10
Fig. 4.9 Constituirea canalelor radio: a) simplex, b) duplex.
compatibilitatea ntre canale = compatibilitatea ntre numerele de ordine
corespunztoare.
3.2 Stabilirea numrului N de celule care formeaz o zon de
reutilizare. Ipotezele simplificatoare menionate la nceput:
emitoare amplasate n centrele celulelor elementare;
antene de emisie omnidirecionale;
puteri aparent radiate egale ntre ele;
teritoriul perfect plan;
toate celulele hexagonale au aceleai dimensiuni.
staia perturbat ... staiile perturbatoare (figura 10).
sunt analizate numai perturbaiile co-canal.
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
11
1
1
1
1
1
1
1
Fig. 10 Perturbaii co-canal
se definete factorul de reutilizare Q=d/r.
. . . . .++ II
S=IS
kK
1=kk
K
1=k
21
(33)
I
S=IS
k
6
1=k
(34)
Pentru calcul se amintete semnificaia pantei atenurii de propagare pentru
reprezentarea logaritmic:
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
12
dlog-dlog
)Plog-10(log=tg21
12' P= (35)
Fig. 11 Zone urbane , cldiri mici i medii, banda 800-900MHz.
n continuare cu notaia = '/10, rezult:
ps rIrS (37)
Sunt interesante dou cazuri:
1. antene omnidirecionale att la staia de baz ct i la staia mobil ;
2. antena de emisie directiv la staia de baz i omnidirecional la staia
mobil.
1. Antene omnidirecionale
6
Q=d6r=
IS
-
-
(38)
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
13
)SI(6=Q
1 (39)
Raportul S/I se evalueaz prin msurtori subiective;
pentru sisteme analogice:
- S/I18 dB, canale Ba = 30 kHz;
- S/I24 dB, canale Ba = 15 kHz;
- S/I30 dB, canale Ba = 7,5 kHz.
Pentru sisteme digitale - S/I13 dB, ;
Pentru S/I=18dB rezult:
4,41=)63,1(6=Q deci 41
63,1=IS (40)
3N=Q (42)
Pentru cazul analizat se obine N=7.
Deci modelul cu 7 celule asigur un raport S/I de 18dB n centrul zonei utile.
Situaia cea mai dezavantajoas apare la marginea celulei;
Fig. 12 Perturbaiile co-canal la marginea celulei.
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
14
Urmrind figura 12, se poate deduce relaia:
Q1+
)41-Q(
)21-(Q+)
21+(Q
+)1-Q(
)1-(Q+)1+2(Q
1=
=)r+(d+)
2r+(d+d+)2
r-(d+)r-2(d
r=IS
22
-----
-
(43)
Numeric se obine un raport de 17 dB......
Se va analiza cazul N=9.
Aici d=3r3, deci:
6
)3(3=)36(3r
r=IS
-
-
(46)
d2+)4
3r-(d+)4
3r+(d+)2
3r+(d+)2
3r-(d
r=IS
-----
-
(47)
Numeric: S/I=20,8 dB i S/I=20,4 dB.
n concluzie, pentru reelele analogice, cu lrgimea de band a canalului de
25-30 kHz, N 9;
pentru reele digitale, N poate fi mai mic dect 7.
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
15
3. Antene directive.
Uzual, limea lobului principal de radiaie de 120o sau 60o (figura 13, N=7).
d
d
d+0.7rd+0.7r
d+r/2
Figura 13
120o:
60o:
)
2r+2(d
r=IS
-
-
(44)
)0,7r+(d
r=IS
-
-
(45)
Numeric:
pentru 120o S/I=25,3 dB;
pentru 60oS/I=29 dB .
Deci se poate alege N=3;
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
16
3.3 Criterii pentru alocarea canalelor ctre celulele elementare Caracteristicile de selectivitate ale filtrelor utilizate la echipamentele de
recepie duc la restricii cu privire la:
distana ntre canalele utilizate n celula analizat
distana ntre canalele utilizate n celule vecine.
Cea mai restrictiv condiie este cea care se refer la canalele folosite n
aceeai celul;
cea mai defavorabil situaie (figura 15):
)dd(=)
IS(
1
2 (48)
Figura 15
MSu
MSp
d2/d1 = raport terminal apropiat/terminal deprtat.
Se noteaz:
(49) 1,2,...=i pentru f-f=f oi1+io,
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
17
p
)dd(10
=p
)SI(
=n 12
10
o
log (50)
2B n|>f-f=|f ooiopm (51)
f
Bn=ff
=D om
2 (52)
Pentru canale din celule vecine
SBu
SBp
Figura 16
dB 0 =)dd(=
IS
1
2 (53)
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
18
3.4 Analiza intermodulaiilor de ordin 3
(54-a) fn+...+fn+fn=f KK2211i
(54-b) |n|+...+|n|+|n=|o K21
ff iu (54-c)
Intermodulaii de ordin 3 apar dac la intrarea sistemului analizat poate aprea
o combinaie de forma:
mkji cu ;f-f=f-f mkji (55-a)
mki cu ;f-f2=f kmi (55-b)
(46-a) C-C=C-C mkji
(56-b) C-C2=C kmi
3.5 Atribuirea canalelor radio ctre celulele elementare 1. Minimizarea perturbaiilor co-canal a dus la valoarea lui N;
2. Minimizarea perturbaiilor produse de canalele adiacente folosite ntr-o celul:
distana ntre dou canale succesive, mai mare sau egal cu D=fm/f canale;
3. Minimizarea intermodulaiilor de ordinul 3;
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
19
4. Minimizarea interferenelor ntre canale vecine folosite n celule vecine.
Variante:
- alocarea fix;
- alocarea dinamic;
- alocare hibrid.
Se analizeaz alocarea fix n ipoteza c se accept c:
1. traficul este uniform repartizat;
2. distribuia de trafic este evaluat prin studii experimentale sau prin
predicie;
Funcie de aceast opiune:
1. celulele primesc acelai numr de canale
2. fiecrei celule i se repartizeaz un numr variabil de canale funcie de
traficul specific.
Se consider primul caz;
Se dispune de M canale:
)f
BInteger( a
=M (57)
Deci fieccrei celule i revin m/m+1 canale:
)NMrest(=M );N
Minteger( r=m rMNMm +=
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
20
Cel mai simplu algoritm: n prima faz se aplic relaia:
(59)
1,m-=j pentru1]-M[0,i 1;m-
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
21
Generalizare: sj = deplasarea efectuat n grupul j de canale.
Este evident relaia:
1-Ns0 j (60)
Cu aceasta numrul de ordine al canalului j din celula i poate fi scris:
(61) modNi]+)s-[(N+Nj=C jij
Pentru fI, fJ, fK, trei frecvene aparinnd aceleiai staii de baz cu condiia:
(62) f
REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE
22
Tabelul 5 Exemplu de alocare a canalelor radio ntr-un sistem cu: M=72, D=6, N=9.
Celula(i) 0
1
2
3
4
5
6
7
8
sj
Nr. ordine canal n celul(j)
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 9 10 11 12 13 14 15 16 17 0 2 26 18 19 20 21 22 23 24 25 1 3 35 27 28 29 30 31 32 33 34 1 4 42 43 44 36 37 38 39 40 41 3 5 51 52 53 45 46 47 48 49 50 3 6 59 60 61 62 54 55 56 57 58 4 7 68 69 70 71 63 64 65 66 67 4
Fig. 17 Numerotarea celulelor ntr-o zon de reutilizare radio cu 9 celule.
0
7
4
3
6
6
8 5
1
0
1
3
2
5 8 8
4 1
7