1

Comunicaciones AIREComunicaciones AIRE--TIERRATIERRA

Basadas en WBasadas en W--CDMACDMA

2

W-CDMA: Ventajas

Reducción de la densidad espectral de potencia. Elevada resolución temporal.Protección frente a interferencias de banda estrecha. Protección frente a interferencias de banda ancha.Privacidad de información.Baja probabilidad de que interfiera con demás sistemas de baja emisión radioeléctrica.Mayor velocidad de transmisión.Control de potencia, ajustándose dinámicamente a las necesidades puntuales de transmisión de los usuarios.

Contribución al Estudio de la Capacidad de Sistemas W-CDMA en Sistemas Aire

Tierra

3

Comunicaciones Aire-Tierra mediante HAPs

4

Motivaciones • Investigar la capacidad de voz y de datos que admite un sistema de

comunicaciones empleando HAPs tanto en UL como en DL.

Definición • HAPs es el nombre de una tecnología que proporciona servicios de

telecomunicación inalámbricos de banda estrecha y de banda ancha.• Concebidos como plataformas para la provisión de servicios de

telecomunicación, vía alternativa para la sustitución de los actuales sistemas de tercera generación inalámbricos IMT-2000.

• Es capaz de comunicarse con usuarios dentro de una célula vía FDMA, TDMA, CDMA, o bien comunicarse a la red de comunicaciones existente por medio de una estación de tierra, a satélites y a otro/s HAPs.

• Permite lograr una gran superficie de cobertura, por lo que una gran multitud de usuarios pueden usar simultáneamente el mismo HAPs ya que atiende al mismo tiempo a muchas células terrestres.

5

6

Ejemplos comerciales de empresas

StratSat(Grupo de Tecnología Avanzada (ATG)) SkyTower aircraft

Sistema de ARCO Sistema de plataforma japonés estratosférico

7

Descripción del Sistema:

Escenario General del HAPs

8Modelo con ventana de Chebyshev con Rec. ITU-R221.

Descripción del Sistema: Antena de HAPs Descripción del Sistema: Antena de HAPs

9

Capacidad del Enlace Ascendente

[ ] [ ]upTotalrecpupob IPGNENEb

=∝0/

10

Resultados de SimulaciónVoz

Caso General

• Altura de HAPs de 18 Km.• α= 0.66• Frecuencia 1.95 GHz• Ancho de banda de 5 MHz• Ganancia del proceso =256• NF de 5 dB.• = 6 dB. • Potencia de 100 mW.

0/ NEb

73,1 usuarios/celda para R=1 Km.80,2 usuarios/celda en R=1.5 Km. 84,1 usuarios/celda para R= 2 Km.

11

Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda18 1 73,1 18 1,5 80,219 1 72,4 19 1,5 7920 1 71,3 20 1,5 78,421 1 70,6 21 1,5 77,422 1 69,8 22 1,5 76,6

Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda18 2 84,119 2 83,420 2 82,621 2 81,622 2 81,4

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Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 2 71,810 2 82,8

100 2 84,11000 2 ídem

Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 1 70,510 1 72,8100 1 73,11000 1 ídem

Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 1,5 74,410 1,5 79,6

100 1,5 80,11000 1,5 ídem

13

DatosCaso General• α= 1• Ganancia del proceso =32• Eb/No = 3 dB

• Conclusiones:

12,2 u/c para R=1 Km.13,2 u/c en R=1.5 Km.

13,8 u/c para R= 2 Km.

14

La capacidad máxima por celda se sitúa en:

76,5 usuarios de voz por celda.12,6 usuarios de

datos por celda.

15

ENLACE DESCENDENTEResultados de SimulaciónVoz

Caso General

• Altura de HAPs de 18 Km.• α= 0.66• Frecuencia 2.14 GHz• Ancho de banda de 5 MHz• Ganancia del proceso =256• NF de 5 dB.• = 6 dB. • Potencia de 100 mW.

0/ NEb

30,6 u/c para R=1 Km.41,1 u/c en R=1.5 Km. 46,4 u/c para R=2 Km.

16

DatosDatosCaso GeneralCaso General•• α= 1α= 1•• Ganancia del proceso =32Ganancia del proceso =32•• = 3 dB= 3 dB

Conclusiones: Conclusiones:

0/ NEb

5,2 u/c para R=1 Km.6,9 u/c en R=1.5 Km. 7,8 u/c para R= 2 Km.

17

La capacidad máxima por celda se sitúa en:

35,50 u/c de voz.5,95 u/c de datos.

18

Sistemas Tridimensionales Celulares Aire-Tierra

19

Motivaciones • Investigar la capacidad de voz y de datos que admite un sistema de

comunicaciones Aire-Tierra clásico empleando W-CDMA en UL y DL.

Aspectos de Capacidad La capacidad es dependiente de:• El comportamiento de los usuarios.• El instante en el que se produzca la comunicación.• El ambiente en el que se desenvuelvan y también de la

interferencia con su propia red y la red espectral adyacente.• El número máximo disponible de códigos y de los recursos

hardware.

20

KmGHzp dfdBL )(log20)(log2045.92)( 1010 ++=

Fuentes de interferencia

Interferencia entre símbolos (IES)

Interferencia intracelularInterferencia extracelularPotencia de salida de portadoras

adyacentes en el mismo sistema.Interferencia debida a otros

sistemas, como por ejemplo, GS, WCDMA, TDD, CDMA2000, etc.

Interferencia de otras fuentes no controlables.

21

22

Escenarios de vueloEscenarios de vuelo

23

Resultados de SimulaciónENLACE ASCENDENTE

VOZCaso General ENR

• Altura de estación base de 20 m.• Altura de avión de 45 Kms.• α = 0.66.• f=5 GHz.• Ancho de banda de 5 MHz.• Factor de ortogonalidad de 0.05• Gp=256, Geb =15 dB, Gavión=2 dB.• Ganancia de la antena sectorizada= 2,4. • NF=5 dB.• Eb/No = 6 dB.• Potencia de transmisión de 35 dBm.• Potencia de ruido de -100 dBm.

CONCLUSIONESCONCLUSIONESR=100 Km. 111 usuarios por celda.R=250 Km. 180 usuarios por celda.R=400 Km. 225 usuarios por celda.

24

R(km) Capacidad 0 R< 88 233,75 88 R<100 233,53≤≤

Caso General TMA

CONCLUSIONES

25

Caso Altura EB ENR

Caso Altura EB TMA

26

Caso Altura Avión ENR

Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 100 12011 100 11712 100 115

Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 250 19611 250 19112 250 187

Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 400 23211 400 23112 400 229

27

Caso Altura Avión TMA

28

Caso Potencia Avión ENRR(km) Pavión(dBm) Capacidad

100 30 111250 30 179400 30 222

R(km) Pavión(dBm) Capacidad100 35 111250 35 181400 35 225,3

R(km) Pavión(dBm) Capacidad100 40 111250 40 181400 40 226,3

29

Caso Potencia Avión TMA

30

ENLACE ASCENDENTEDATOS

Caso General ENR• α = 1.• Gp=32.• Eb/No = 3 dB.

CONCLUSIONESR=100 Km. 18,2 u/c.R=250 Km. 29,4 u/c.R=400 Km. 36,2 u/c.

31

Caso General TMA

CONCLUSIONES38 usuarios/celda

para cualquier R.

32

ENRLa capacidad máxima por celda se sitúa en:

160 usuarios de voz.25,8 usuarios datos.

0 5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

120

140

160

Relacion de capacidad de usuarios de voz frente a datos en UL

Capacidad de usuarios de datos

Capa

cida

d de

usu

ario

s de

voz

33

TMALa capacidad máxima por celda se sitúa en:

234 usuarios de voz.

38 usuarios datos.

34

ENLACE DESCENDENTE

hRLOS ⋅≈ 1.4

aviónbaseestación hhh += _

aviónbaseestación hhh += _

35

ENLACE DESCENDENTEVOZ

Caso General ENR• Altura de EB de 20 m.• Altura de avión de 10 Km.• α = 0.66.• f = 2.14 GHz.• Ancho de banda de 5 MHz.• Número de 36 células interferentes.• Factor de ortogonalidad de 0.05• Gp=256• Geb =15 dB y Gavión=2 dB.• NF = 5 dB. CONCLUSIONES• Eb/No= 6 dB. Para 100<=R<107 Km. 97,8 u/c.• Potencia de transmisión de 200 W. Para 107<R<=118 Km. 102 u/c.• Potencia piloto de 20 W. Para 118<=R<161 Km. 115 u/c.

Para 161<=R<215 km. 150 u/c.Para 215<=R<400 km. 205 u/c.

36

Caso General TMA

ConclusionesR=1 Km. 4.212 u/c.R=50 Km. 4.120 u/c.R=100 Km. 3.854 u/c.

37

Caso Frecuencia ENR

R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 1 97,8107 R<118 1 102118 R<161 1 115161 R<215 1 150215 R<400 1 201

≤≤≤≤≤

R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 2,14 97,8107 R<118 2,14 102118 R<161 2,14 115161 R<215 2,14 150215 R<400 2,14 205

≤≤

≤≤

≤

R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 5 97,8107 R<118 5 102118 R<161 5 115161 R<215 5 150215 R<400 5 205,1

≤≤≤≤≤

38

Caso Frecuencia TMA

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1002600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

4200

4400

Radio de celda en Kms

Num

ero

de u

suar

ios

de v

oz e

n D

L

Numero de usuarios de voz para distintas frecuencias

Capacidad para f=5 GHzCapacidad para f=2.14 GHzCapacidad para f=1 GHz

39

Caso Altura EB ENR

R(km) Heb(m) Capacidad100 R<107 20 97,8107 R<118 20 102118 R<161 20 115161 R<215 20 150215 R<400 20 205

≤≤≤≤≤

R(km) Heb(m) Capacidad100 R<107 30 97,8107 R<119 30 102119 R<163 30 115163 R<216 30 150216 R<400 30 205

≤≤≤≤≤

40

Caso Altura EB TMA

41

Caso Células Adyacentes ENRR(km) Nº células Capacidad

100 R<107 20 102107 R<118 20 104118 R<161 20 115161 R<215 20 150215 R<400 20 205

≤≤≤≤≤

R(km) Nº células Capacidad100 R<107 30 99107 R<118 30 102118 R<161 30 115161 R<215 30 150215 R<400 30 205

≤≤≤≤≤

R(km) Nº células Capacidad100 R<107 40 97,5107 R<118 40 102118 R<161 40 115161 R<215 40 150215 R<400 40 205

≤≤

≤≤≤

R(km) Nº células Capacidad100 R<107 50 97,5107 R<118 50 102118 R<161 50 115161 R<215 50 150215 R<400 50 205

≤≤

≤≤≤

R(km) Nº células Capacidad100 R<107 60 97,5107 R<118 60 102118 R<161 60 115161 R<215 60 150215 R<400 60 205

≤≤≤≤≤

42

Caso NF ENR

43

Caso NF TMAR(km) NF(dB) Capacidad

1 4 421250 4 4140

100 4 3923

R(km) NF(dB) Capacidad1 5 4212

50 5 4116100 5 3855

R(km) NF(dB) Capacidad1 6 4212

50 6 4092100 6 3772

R(km) NF(dB) Capacidad1 7 4212

50 7 4060100 7 3672

44

ENLACE DESCENDENTEDATOS

Caso General ENR• α=1• Gp=32• Eb/No = 3 dB

CONCLUSIONES

R(km) Capacidad100 R<107 16107 R<118 16,7118 R<161 19161 R<215 25215 R<400 34

≤≤≤≤≤

45

Caso General TMA

CONCLUSIONESR=1 Km. 695 u/cR=50 Km. 680 u/cR=100 Km. 636 u/c

46

0 5 10 15 20 250

20

40

60

80

100

120

140

160Relacion de capacidad de usuarios de voz frente a datos en DL

Capacidad de usuarios de datos

Capa

cida

d de

usu

ario

s de

voz

ENRLa capacidad máxima por celda se sitúa en:

150 usuarios de voz.24 usuarios datos

47

100 200 300 400 500 600 7000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500Relacion de capacidad de usuarios de voz frente a datos en DL

Capacidad de usuarios de datos

Cap

acid

ad d

e us

uario

s de

voz

TMALa capacidad máxima por celda se sitúa en:

4.116 usuarios de voz.

677 usuarios datos