1

Mobilne telekomunikacije

Principi ćelijskog pristupa

UvodCilj dizajniranja prvih mobilnih radio sistem je bio da se postignepokrivanje velike teritorije korišćenjem jednog predajnika velike snage sa antenom koja je visoko postavljena iznad zemlje.Ovaj pristup je obezbeđivao veoma dobru pokrivenost ali je takođe onemogućavao ponovno korišćenje frekvencija u sistemu pošto je ponovna upotreba istih frekvencija dovodila do interferencije.Pošto državne regulatorne agencije nisu mogle da dodele veći opseg frekvencija koji bi pratio razvoj zahteva za korišćenjem mobilne telefonije, počelo se sa razmišljanjem kako da se reorganizuje sistem tako da se postigne veći kapacitet sistema sa ograničenim radio spektrom a da se pri tom pokrije što veća teritorija.Ćelijski pristup je predstavljao glavno unapređenje u rešavanju ovog problema zagušenja spektra i kapaciteta sistema.

2

Ćelijski pristupĆelijski pristup predstavlja koncept na sistemskom nivou u kome je jednan predajnik velike snage (velika ćelija) zamenjen sa mnogo predajnika manje snage (malih ćelija). Ovi predajnici obezbeđuju pokrivenost u okviru male geografske površine. Svakoj baznoj stanici je dodeljen deo od ukupnog broja kanala, tako da su svi raspoloživi kanali dodeljeni relativno malom broju susednih baznih stanica. Susednim baznim stanicama su dodeljene različite grupe kanala tako da je interferencija između baznih stanica i mobilnih korisnika pod kontrolom bazne stanice svedena na minimum. Sistematskim rasporedom baznih stanica i njima pripadajućim grupama kanala na celom području tržišta mobilne telefonije moguće je koristiti iste grupe kanala mnogo puta a da se pri tom interferencija drži na odgovarajućem nivou.Ovaj fundamentalni princip je osnova za sve moderne bežične sisteme pošto obezbeđuje da se sa fiksnim brojem knala opsluži proizvoljno veliki broj korisnika tako što će se koristiti tehnika višestrukog korišćenja frekvencija.

Višestruko korišćenje frekvencijaĆelijski radio sistemi se oslanjaju na inteligentnu dodelu i višestruko korišćenje frekvencija u celom području koji se pokriva.Svakoj ćelijskoj baznoj stanici je dodeljena grupa radio

kanala koja će se koristiti u malom geografskom području koje se zove ćelija. Bazne stanice u susednim ćelijama imaju dodeljene frekvencije koje su potpuno različite. Antene baznih stanica su dizajnirane da postignu željenu pokrivenost u odrđenoj ćeliji. Proces dizajniranja, selektovanja i dodele frekvencije baznim stanicama se zove frekvencijsko planiranje.

3

Višestruko korišćenje frekvencija

Slika 3.1

N ćelija koje zajedno koriste ukupan skup frekvencija se zove klaster. Svaka od ovih ćelija koristi različit skup frekvencija. Zajdeno koriste sve raspoložive frekvencije.

PrimerPosmatrajmo ćelijski sistem koji ima ukupno S dupleks kanala na raspolaganju za korišćenje. Ako se svakoj ćeliji dodeli grupa kanala k (k<S) i ako se S kanala deli između N ćelija u jedinstvene grupe kanala koje se ne preklapaju i ako svaka ćelija ima isti broj kanala ukupan broj kanal može da se prikaže kao S=kNN ćelija koje zajedno koriste ukupan skup frekvencija se zove klaster. Ako se klaster ponavlja M puta u jednom sistemu ukupan broj dupleks kanala C može da se koristi kao mera kapaciteta i iznosi C=MkN=MSKapacitet ćelijskog sistema je direktno proporcionalan broju ponovljenih klastera u fiksnom području uslge. Faktor N se zove veličina klastera i tipično je 4, 7 ili 12.

Kako se smanjuje N potrebno je da M raste kao bi se pokrila istapovršina. Ako je S konstantno onda za manje N imamo veći kapacitet sistema. Odnosno zahteva se minimalna veličina klastera kako bi se maksimizirao kapacitet sistema.

4

Primer N=3, N=4, N=7

Organizacija ćelijskog sistema sa šestougaonom geometrijom

Da bi se bez razmaka povezale susedne ćelije broj ćelija u klasteru N može da ima samo sledeće vrednosti

Gde su i nenegativni celi brojevi.Da bi se našli najbliži istokanalni susedi potrebno je: pomeriti se ćelija duž svakog od šest lanaca šestougaonika oko originalne ćelije i zatim se pomeriti ćelija duž lanca za 60˚ u smeru suprotnom od smera kazaljke na satu.

22 jijiN ++=

22 jijiN ++= 22 jijiN ++= 22 jijiN ++=

i

ji

j

5

Lociranje istokanalnih ćelija u ćelijskom sistemu

N=19,i=3j=2

Primer Ako je ukupan opseg od 33 MHz dodeljeno FDD ćelijskom telefonskom sistemu koji koristi dva 25 kHz simpleks kanala da bi obezbedio potpuni dupleks govorne i kontrolne kanale. Izračunajte broj kanala koji su na raspolaganju po ćeliji ako sistem koristi a)N=4 veličinu klasterab)N=7 veličinu klasterac)N=12 veličinu klasteraAko je 1 Mhz od dodeljenog spektra je posvećen kontrolnim kanalima, odrediti raspodelu kontrolnih kanala i govornih kanala za svaku ćeliju u sistemu.

6

Vrste komunikacije

simpleks (simplex)- signali se prenose (predaju) samo u jednom smeru; jedna stanica je predajnik, a druga prijemnik. polu-dupleks (half-duplex) - obe stanice mogu vršiti

predaju/prijem po istom kanalu, ali ne istovremeno, (kada je jedna predajnik druga je prijemnik i obratno).potpuni dupleks (full-duplex) - obe stanice mogu

istovremeno vršiti predaju koristeći posebne kanale po jedan za svaki smer prenosa.

Strategije dodele kanalaFiksneSvakoj ćeliji je dodeljeno određeni predefinisani skup govornih kanala. Svaki pokušaj da se ostvari poziv u ćeliji je moguć samo ako postoje neiskorišćeni kanali u toj ćeliji. Ako su svi knali zauzeti poziv je blokiran i korisnik ne može da ostvari uslugu. Postoji nekoliko varijanti fiskne strategije dodele kanala. U jednom pristupu ćelija može da pozajmi kanal iz susedne ćelije ako su svi kanali zauzeti. MSC (mobile switching center – mobilni komutacioni centar) nadzire proceduru pozajmljivnja kanala i obebeđuje da pozajmljivanje kanala ne poremeti rad u ćeliji koja pozajmljuje kanal.

7

Strategije dodele kanala

DinamičkeU dinamičkoj dodeli kanala govorni kanali nisu dodeljeni različitim ćelijama permanentno. Umesto toga, svaki put kada se uputi zahtev a ostvarivanje poziva, BS zahteva kanal od MSC-a, MSC onda dodeljuje kanal ćeliji.MSC dodeljuje kanal ako se on ne koristi ni u jednoj ćeliji u okviru odgovarajuće minimalne površine koja obebeđuje da ne dođe do interferencije.Prednosti: smanjuje verovatnoću blokiranja pozivaNedostaci: opterećuje MSC dodatnim skladištenjem i obradom podataka. Potrebno je zanti: zauzeće kanala, raspodelu saobraćaja i jačini signala u realnom vremenu.

Preuzimanje poziva (handoff, handover)

Kada mobilna stanica prelazi iz područja pokrivanja jedne ćelije u područje pokrivanja druge ćelije dok je razgovor u toku MSC automatski prebacije poziv na novi kanal koji pripada novoj BS. Ova operacija preuzimanja poziva pored potrebe za identifikovanjem nove BS zahteva i i da govorni kontrolni signalima budu dodeljeni kanali u području nove BS.Veoma važan proces: često ima veći prioritet nego uspostavljanje novog poziva. Odnosno smatra se da je neugodnije za korisnika da poziv bude prekinut nego nemogućnost ostvarivanja poziva.

8

HandoffSistem treba da se dizajnira tako da Preuzimanje poziva bude uspešno, što ređe i da bude nevidljivo korisniku.Treba odrediti optimalni nivo signla pri kom treba započeti preuzimanje signalaJednom kada se definiše najmanji nivo signala koji obezbeđuje prihvatljiv kvalitet govora u BS ) uobičajeno je između -90dBm i -100 dBm), nešto malo veći nivo signala se uzima za prag pri kojem se inicira handoff.Margina data razlikom nivoa signala kod preuzimanja i zahtevanog minimalnog nivoa signala ne sme biti ni prevelika ni premala.

Handoff

9

HandoffMargina za iniciranje hendoff-a Δ = Phandoff threshold - Pminimum usable signal dBMora biti pažljivo odabranaprevelika → nepotrebni handoff → MSC preopterećenpremala → nema dovoljno vrmena za handoff → poziv

prekinutPrekid poziva Nema dovoljno vremena da se ostvari handoff

Veliki saobraćaj opterećuje MSC što može da dovede do kašnjenja u procesiranju handoff-a

Nema raspoloživih kanala u novoj ćeliji

Odluka o Handoff-uNivo signala opada zbog

Trenutnog fedinga → nije potreban handoffMS se udaljava od BS → handoff

Potrebno je nadgledati nivo signala MS u nekom vremenskom intervalu

Vreme potrebno da se izvrši handoff zavisi od brzine kretanja MS.

10

Handoff1. Generacija ćelijskih mobilnih sistema

Primljena jačina signala je merena od strane BS (pod supervizijom MSC) Poseban prijemnik se koristi u BS da nadgleda jačinu signala u susednim ćelijama.Ovaj prijemnik daje informacije MSC-u koji određuje da li je potreban handoff ili ne.

2. generacija ćelijskih mobilnih sistema U današnjim sistemima odluke o handoff-u se donose na bazi izveštaja moblinih stanca korisnika (Mobile Assisted Handoff (MAHO) )

MAHOSvaka mobilna stanica meri primljenu snagu od BS i kontinualno izveštava o rezultatima merenja BS. Handoff se inicira kada je snaga signala primljenja od susedne BS počne da biva veća od snage primljene od trenutne BS za određeni iznos i za određeni vremenski interval.MAHO metod omogućava da se rastereti MSC i znatno brže handoff-e i naročito je dobra za mikroćelije gde je preuzimanje češće.U toku trajanja poziva, ako se mobilni korisnik kreće iz jednog celularnog sistema u drugi koji je kontrolisan sa drugim MSC onda je neophodan inter-MSC handoff. MSCMSC započinje inter MSC handoff kada signal mobilne stanice postane slab u odgovarajućoj ćeliji a MSC ne može da nađe ćeliju pod svojom kontrolom kojoj može da prebaci poziv. Postoji mnogo stvari koje treba uzeti u obzir prilikom ovakvog preuzimanja poziva. Na primer lokalni poziv može biti takav da korisnik prelazi u roaming odnosno u mrežu drugog operatera. Takođe kompatibilnost između dva MSC-a može biti određena pre nego što se nastavi handoff.

11

Preuzimanje sa prioritetomJedan način da se da prioritet preuzimanju poziva jeste da se deo kanala rezerviše samo za zahteve za preuzimanjem. Kada se koristi ovaj način onda se umanjuje ukupan broj kanala koji su na raspolaganju u ćeliji za pozive. Ali ovj način je pogodan kada se koristi dinamička dodela kanala, pošto ova dodela kanala minimizira broj kanala koji se rezervišu jer predstavlja efikasnu dodelu kanala na bazi zahteva za dodelom kanala.Drugi metod je stavljanje zahteva za preuzimanje u red za čekanje, na ovaj način se smanjuje verovatnoća terminiranja poziva usled manjka slobodnih kanala. Stavljanje zahteva za preuzimanjem u red za čekanje je moguće pošto postoji neki vremenski interval od iniciranja preuzimanja dokse singla ne padne ispod praga ispod koga dolazi do prekida poziva zbog suviše niskog nivoa singala. Kašnjenje i veličina reda za čekanje se određuje na osnovu saobraćaja u određenoj ćeliji.

Praktični aspekti pilikom preuzimanja poziva

U praktičnim sistemima dolazi do problema kada sistem treba dizajnirati za veliki broj korisnika koji se kreću velikim različitim brzinama.

12

Interferencija i kapacitet sistema

Interferencija je glavni ograničavajući faktor u radu ćelijskog sistema. Dva najbitnija tipa interferencije koja su uzrokovana sistemom su istokanalna (co-channel ) interferencija i interferencija koja potiče od susednih kanala.

Istokanalana (co-channel) interferencija -zbog višestrukog korišćenja kanala postoje ćelije koje koriste isti skup frekvencija. Interferencija koja potiče od ovih ćelija je istokanalna interferencija.Interferencija koja potiče od susednih kanala (Adjacent channel Interference)

Istokanalana interferencija (co-channel interference)

Kada je veličina ćelije približno ista i kada BS emituju istu snagu, istokanalna intereferencija je nezavisna od emitovane snage i postaje funkcija radijusa ćelije (R) razdaljine između centara najbližih ćelija koje koriste isti skup kanala (D). Povećanjem odnosa D/R, prostorno razdvajanje između istokanalnih ćelija u odnosu na razdaljinu pokrivanja ćelije se povećava. Odnosno, interferencija se smanjuje zbog povećane izolacije RF energija koje se emituju od istokanalnih ćelija. Parametar Q, koji se zove normalizovano rastojanje ponovnog korišćenja frekvencija (cochannel reuse distance) zavisi od veličine klastera. Za šestougaonu geometriju to je

NRDQ 3==

13

Normalizovano rastojanje ponovnog korišćenja frekvencija (cochannel reuse distance)

Istokanalna interferencija (co-channel interference)

U realnim situacijama, određivanje broja ćelija u klasteru se vrši na osnovu istokanalne interferencije. Interferencija se opisuje pomoću odnosa nosilac-interferencija C/I.Ako broj ćelija u klasteru raste povećava se odnos D/R a

samim tim povećava se C/I tj. Interferencija opada. Sa druge strane smanjenjem ćelija u klasteru, efekti interferencije postaju izraženiji.Neka je i0 broj istokanalnih ćelija. Tada je odnos signal interferencija (SIR – signal to interference ratio) za mobilnog korsinika može da se izrazi

∑=

=0

1

i

iiI

SIS

14

Istokanalna interferencija (co-channel interference)

Merenja propagacije signala u mobilnom radio kanalu pokazuju da je srednja primljena jačina signala opada sa rastojanjem od predajnika po stepenom zakonu. Srednja primljena snaga Pr na razdaljini d od predanika je približno

Kada je snaga BS ista i eksponent opadanja snage isti na celom području S/I se može aproksimirati izrazom

n

r ddPP

−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

00 ( ) ( ) ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

00 log10

ddndBmPdBmPr

∑=

−

−

=0

1)(

i

i

ni

n

D

RIS

Istokanalna interferencija i kpacitet sistema

Uzimajući u obzir sam prvi nivo ćelija koje stvaraju interferenciju, ako su BS koje stvaraju interferenciju na jednakom rastojanju od željene BS i ako je ova razdaljina jednaka razdaljini D između centara ćelija onda imamo:

Iz ove jednačine vidimo da S/I zavisi od veličine klastera N, a N određuje ukupan kapacitet sistema.

∑=

−

−

=0

1)(

i

i

ni

n

D

RIS

( ) ( )00

3/iN

iRD

IS

nn

==

15

PrimerZa AMPS ćelijski sistem koji koristi FM i 30 kHz kanale, subjektivni testovi kvaliteta primljenog govora govore da je za zadovoljavajući kvalitet potrebno S/I od 18 dB .Uzimajući u obzir 6 najbližih ćelija koje stvaraju interferenciju i uzimajući da je n=4 (eksponent slabljenja) dobijamo:

096.63dB18 =>IS( ) ( )

00

3/iN

iRD

IS

nn

==

( ) 096.636

3>

nN 7,49.6 min => NN

Susedno-kanalna interferencija

Interferencija koja potiče od signala koji su susedni po frekvencijama koje koriste. Susedno-kanalna interferencija potiče od nesavršenosti

filtara u prijemniku koji dozvoljavaju da signali iz susednih kanala prodru u kanal korisnika. Problem je naročito izražen ako su korisnici koji koriste susedne kanale blizu. Susedno-kanalna interferencija se može umanjiti pažljivim filtriranjem i pažljivom dodelom kanala.Umesto da se jednoj ćeliji dodele kanali iz kontinualnog dela opsega, kanali se dodeljuju tako da je frekvencijski razmak između kanala u jednoj ćeliji što veći.

16

Kontrola snageU praktičnim ćelijskim radio sistemima , BS kontroliše nivo snage koju emituju korisnici.Na ovaj način se obezbeđuje da svaki korisnik emituje najmanjom snagom a da se pri tom održi odgovarjući kvalitet primljenog signala.Kontrola snage pored toga što produžava trajanje baterije mobilnog uređaja takođe služi i za smanjenje interferencije na povratnom linku (od MS ka BS) Kontrola snage je naročito važna za CDMA sisteme kod kojih svi korisnici dele isti radio kanal

Analiza saobraćajaĆelijski radio sistemi se oslanjaju na trunking tehniku kako bi opslužili veliki broj korisnika u okviru ograničenog radio spektra.Kod ove tehnike veliki broj korisnika deli kanale u ćeliji tako što se na zahtev korsinika dodeljuje tom krosiniku jedan od kanala iz ukupnog skupa kanala koji su na raspolaganju. Odnosno korisniku je dodeljen kanal u toku poziva, po završetku poziva ovaj kanal se vraća u skup raspoloživih kanala. Ova tehnika koristi statističke zakone u ponašanju korisnika tako da fiksan broj kanala može da opsluži veliki broj korisnika.Postoji kompromis između broja raspoloživih kanala i verovatnoće da neće biti raspoloživih kanala da opsluže sve korsnike u času glavnog opterećenja.

17

Erlang i kvalitet servisa (Grade of Service)

Osnove za analizu sistema koji koriste trunking tehniku dao je Erlang. Jedinica za intenzitet saobraćaja nosi njegovo ime.Jedan Erlang predstavlja intenzitet saobraćaja koji prenosi kanal koji je potpuno zauzet (npr. prenosi jednominutne pozive svakog minuta).Kvalitet servisa (Grade of Service GOS) je mera mogućnosti da korisnik pristupi sistemu u toku časa glavnog opterećenja (busiest hour)U radio sistemima GOS predstvalja verovatnoću blokiranja poziva (zagušenja sistema)

Intenzitet saobrraćajaProsečan intenzitet saobraćaja koji generiše korisnik (u Erlanzima) je

- prosečan broj poziva u sekundiH - prosečno trajanje poziva u sekundamaPrimer u času glavnog opterećenja korisnik generiše 2 poziva prosečnog trajanja 90 sProsečan broj poziva Prosečno trajanje poziva Prosečan saobraćaj

HAu λ=

41056.53600

2 −⋅==λ

λ

sH 90=

mErl50901056.5 4 =⋅⋅== −HAu λ

18

Intenzitet saobraćajaUkupni intenzitet U korisnika je

Ako se koristi sistem sa C kanala i ako je saobrćaj jednako raspodeljen između kanala intenzitet saobrćaja po kanalu je A je zahtevani saobraćaj koji ako prevazilazi kapacitet sistema doći će do toga da neki korisnici neće moći biti opsluženi, odnosno doći će do blokiranja poziva.Npr u AMSP sistem je dizajniran za GOS od 2% verovatnoću blokiranja poziva. Što znači ta će u času najvećeg opterećenja 2 od 100 poziva biti blokirano.Maksimalni intenzitet saobraćaja u sistemu je jednak broju kanala C u Erlanzima.

uAUA ⋅=

CAUA u

c⋅

=

Verovatnoća blokiranja - Erlang B formula

Erlang B formula daje verovatnoću blokiranja poziva u sistemu u kome nema stavljanja poziva u red za čekanje. Korisniku se ili odmah dodeljuje kanal ako ima raspoloživih kanala ili se poziv blokira.

Gde je C broj kanala a A je ukupan ponuđen saobraćaj.U izvođenju formule podrazumevalo se da pozivi pristižu prema Poisson-ovoj raspodeli, da trajanje poziva ima ekposnencijalnu raspodelu, da ima beskonačno mnogo korsinika i da svi korisnici mogu da zatraže kanal u svakom trenutnutku.

[ ]∑=

= C

k

k

C

r

kA

CA

blockingP

0 !

!

19

Primer 1Koliko korsinika može biti opsluženo za 0.5% verovatnoću blokiranja ako je broj kanala a) 5 b)10 c) 20 d)100 , ako svaki korisnik generiše 0.1 Erlang saobraćaja.a) Iz tabele ili sa grafika za 0.5% GOS i odgovarajući broj kanala nalazimo ukupan kapacitet .1) C=5 GOS=0.5% Au=0.1 , A=1.13Erl U=A/Au=1.13/0.1=11

2) C=10 GOS=0.05 Au=0.1A=3.96 U=A/Au=3.96/0.1=39

3) C=10, A=3.961, U=A/Au=394) C=20, A=11.9 U=A/Au=1195)C=100, A=80.91 U=A/Au=809

20

Primer 2Gradsko područje ima 2 miliona stanovnika. Tri konkurentske mobilne mreže (A,B,C) obezbeđuju usluge u ovom području. Sistem A ima 394 ćelije sa po 19 kanala, sistem B ima 98 ćelija sa po 57 kanla i sistem C ima 49 ćelija sa po 100 knala. Naći broj korsinika koji mogu da opsluže svaki od ovih sistema ako je verovatnoća blokiranja poziva 2% i ako svaki korsinik prosečno ima 2 poziva po satu i prosečna dužina trajnja poziva je 3 minuta. Sistem A Pr(blokiranja)=0.02, C=19, Au=2*3/60=0.1 ErlA=12, U=A/Au=12/0.1=120Ukupan broj korsisnika 394x120=47280

Primer 2

Sistem BPr(blokiranja)=0.02, C=57, Au=2*3/60=0.1 ErlA=45, U=A/Au=45/0.1=450Ukupan broj korsisnika 98x450=44100Sistem CPr(blokiranja)=0.02, C=100, Au=2*3/60=0.1 ErlA=88, U=A/Au=88/0.1=880Ukupan broj korsisnika 49x120=43120

21

Verovatnoća blokiranja – Erlang C formula

Ova formula daje verovatnoću blokiranja poziva kod sistema kod kojih se poziv koji je blokiran stavlja u red za čekanje. GOS je sada verovatnoća da je poziv blokiran pošto je čekao u redu određeno vreme.Verovatnoća da poziv neće imati trenutni pristup kanalau je

A verovatnoća da poziv koji je zakašnjen čeka više od t sekundi je

[ ]∑−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=> 1

0 !1!

0Pr C

k

kC

C

kA

CACA

Adelay

[ ] [ ] [ ][ ] ( )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−>=

>>>=>

HtACdelay

delaytdelaydelaytdelay

exp0Pr

0Pr0PrPr

22

PrimerAko se koristi šestougaoni ćelijski sistem sa faktorom ponovnog korišćenja frekvencija 4 i radijusom 1387 km. Ukupno u celom sistemu se korsiti 60 kanala. Ako je sabraćaj po korisniku 0.029 Erlanga i srednji broj poziva po satu je 1 poziv/satu za Erlang C sistem sa verovatnoćom da poziv bude zakašnjen 5% odrediti:A) koliko korisnika može da opsluži ovaj sistem po kvadratnom kilometru?B) Koja je verovatnoća da zakašnjen poziv mora da čeka 10s C)Koja je verovatnoća da će poziv biti zakašnjen za više od 10 s

RešenjeR=1.387 kmP=2.598·(1.387)2=5 km2

N=4, Ctot=60 C=60/4=15 kanala po ćelijiZa 0.5% verovatnoću da će poziv morati d i C=15 iz Erlang C tabele nalazimo da je

intnzitet sobraćaja A=9.044.U=A/Au=9/0.029=310 korisnika310 korisnika/5 km2=62 korisnika po km2

b) λ=1, H=Au/λ=0.029h =104.4 s

C)

[ ] ( ) %29.56exp0Pr =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=>>

HtACdelaytdelay

[ ] [ ] [ ][ ] ( ) %81.2562.005.0exp0Pr

0Pr0PrPr

=⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−>=

>>>=>

HtACdelay

delaytdelaydelaytdelay

23

Načini za povećanje pokrivenosti i kapaciteta u ćelijskom sistemu

Kako potreba za uslugama bežičnih mreža raste, broj knala dodeljen ćeliji postaje nedovoljan da bi se udovoljilo zahtevima tržišta. U ovom trenutku neophodno je da tehnike dizajniranja ćelijskih sistema obezbede više kanala po jedinici pokrivene površineKoriste se tehnike kao što jedeljenje ćelija,

sektorizacija (korišćenje usmerenih antena)

Podela ćelija (cell splitting) Podela ćelija predstavlja podelu ćelija sa velikim saobraćajem u manje ćelije, svaka sa svojom BS i odgovarajućom smanjenjem visine antene i snage predajnika. Primer:Originalana BS A je okružena

sa šest novih mikroćelija. Manje ćelije su dodate tako da

se zadrži plan višestrukog korišćenja frekvencija

Na primer mikroćelijska BS označena slovom G je stavljena na pola puta izmeđudveju većih BS koji koriste istiskup frekvencija kao i stanica G.

24

Podela ćelija (cell splitting)

Kao što se vidi sa slike podela ćelija samo skalira geometriju klastera.Da bi nove ćelije bile manje, mora se smanjiti i snaga predajnika. Nova snaga predajnika za ćeliju čiji je radijus upola manji od originalne ćelije se može naći tako što ćemo posmatrati primljenu snagu na granicama novih i starih ćelija i obezbediti da su ove snage iste. Ovo je neophodno da bi se očuvalo da plan za višestruko korišćenje frekvencija novih mikroćelija bude isti kao i za originalne ćelije.

Ako je n=4 dobijamo

Odnosno predajna snaga mora da se smanji za 12 dB

ntr RPcelijestaregranicinaP −∝ 1][

161

2t

tPP =

( ) ntr RPcelijenovegranicinaP −∝ 2/][ 2

Podela ćelijaPrednosti:Potrebno je primeniti samo za ćelije sa velikim saobraćajem.Odnosno kada je kvalitet servisa (npr. Verovatnoća blokiranja poziva) ispod dozvoljene vrednosti. Kapacitet može da se povećava postepeno kako rastu zahtevi.Nedostaci:Broj handover-a po jedinici površine raste. Moguće je da će biti potrebne kišobran ćelije za korisnike koji se brzo kreću. Potrebno je više baznih stanica što povećava troškove.Komlikuje se dizajn sistema. Na primer: Obično ne dolazi do potpune podele ćelija na nekoj teritoriji tako da koegzistiraju ćelije različitih veličina. Ovo može dovesti do problema sa interferencijom. Jedno rešenje je da se koriste različite grupe kanala u manjim i većim ćelijama.

25

Sektorizacija ćelijaIstokanalana interferencija se može umanjiti zamenom omnidirekcione antene u BS sa nekoliko usmerenih antena od kojih svaka zrači u okviru jednog sektora. Ova tehnika se naziva sektorizacija ćelija. Koliko se umanjuje istokanalna interferencija zavisi od usmerenosti antena. Ćelija se uobičajeno deli na 3 ili 6 sektora.Kada se upotrebljava podela ćelija na sektore, kanali se dele u grupe koje odgovaraju različitim sektorima.Istokanalna interferencija se smanjuje zbog toga što samo deo istokanalnih ćelija zrači u pravcu ćelije koja se posmatra.

Sektorizacija ćelija

26

Primer

Umesto 6 imamo da samo 2 najbliže istokanalne ćelije stvaraju interferenciju

Sektorizacija ćelijaKako se povećava kapacitet:Sektorizacija povećava S/I što povećava kvalitet primljenog signala iznad nivoa koji je zahtevan.Pošto je sanjena istokanalna interferencija sada je moguće smanjiti veličinu klastera N, što znači da se povećava kapacitet sistema.Prednosti sektorizacije: manje skupo od podele ćelijaNedostaci: zahteva podelu kanala između sektora što smanjuje efikasnost trunking tehnike, mora da se isplanira sektorizacija već kod dizajniranja mreže i odabira N. Ne može da se postepeno povećava kapacitet kao kod podele ćelija. Više handoff-a.

27

Zadatak 1

Ako je dodeljeno 20 MHz bežičnom dupleks ćelijskom sistemu i ako svaki simpleks kanal ima širinu od 25 kHz naći:a) broj dupleks kanalab)ukupan broj kanala po ćeliji ako je faktor

ponovnog korišćenja frekvencija N=4. .

Zadatak 2

Ćelijski sistem može da toleriše odnos signal interferencija 15 dB. Naći optimalnu vrednost N za

a) omnidirekcione antene b) kada se koriste sektorske antene s

uglom zračenja 120 stepeni c) 60 stepeni.Eksponent slabljenja na trasi je n=4.

28

Zadatak 3Mobilna stanica se kreće duž prave linije između BS1 i BS2 brzinom od 80 km/h kao što je prikazano na slici. Razdaljina između BS1 i BS2 je D=2000m. Ako modelujemo primljenu snagu u BS kao

Gde je di razdaljina između MS i i-te BS (i=1,2). P0 je primljena snaga na razdaljini d0 od MS (P0=0 dBm , d0=1m i n=2.9).Minimalna snaga korisnog signala za prihvatljivi kvalitet govora na prijemu je i nivo praga za iniciranje handoff-a je .Smatrati da MS opslužuje BS1 i da se MS kreće ka BS2. Vreme potrebno da se završi handoff od trenutka kada nivo signala padne ispod praga za iniciranje handoff-a je .

( ) ( ) 2,1dBmlog100

0, =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= i

dd

nPdP iiir

dBm88min, −=rP

dBm88min, −=rP

HOrP ,

HOrP ,

st 5.4=Δ

Zadatak 3 nastavak

Odrediti minimlnu marginu koja će obezbediti da se signali ne prekinu zbog toga što signal opadne ispod u toku handoff-a.Smatrati da su visine antena BS zanemarljive u odnosu na razdaljinu između MS i BS.Opisati uticaj koji ima odabir margine na performanse sistema.

min,, rHOr PP −=Δ

dBm88min, −=rP

29

Zadatak 4Ukupan spektar od 24 MHz je dodeljen ćeliskom sistemu FDD koji koristi dva 30 kHZ simpleks kanala da obezbedi dupleks komunikacu. Ako svaki korisnik generiše 0.1 Erlanga saobraćaja (i koristi se Erlang B sistem) odrediti:a) broj kanala u svakoj ćeliji za faktor ponvonog korišćenja

frekvencija N=4b) ako je ponuđeni saobrćak u ćeliji jednak 90% od maksimuma,

naći maksimalni broj korisnika koji može da bude opslužen u ćeliji kada se koriste omnidirekcione antene.

c) Kolika je verovatnoća blokiranja poziva u sistemu sa maksimalnim brojem korisnika (izračunatim pod b)

d) Ako svaka ćelija koristi podelu na 3 sektora koliki je maksimalni broj korisnika u ćeliji za istu verovatnoću blokiranja poziva. (izračunatu pod b)

e) Ako svaka ćelija pokriva 5 kvadratnik km koliko korisnika može da se posluži u gradskom području veličine 50x50 km za slučaj da se koriste omnidirekcione antene.

Zadatak 5

Za N=7 , verovatnoću blokiranja poziva 1% , prosečnu dužinu trajanja poziva od 2 minuta, i prosečan broj poziva je 1 pozv po satu naći gubitak u broju korisnika kod sistema sa 57 kanala kada se omniirekcione antene zamene usmerenim antenama sa uglom zračenja od 60 stepeni. Podrazumevati da se koristi sistem bez stavljanja poziva u red za čekanje ( korisniku se ili odmah dodeljuje kanal ako ima raspoloživih kanala ili se poziv blokira).

30

Literatura

1. Wireless Communications, Principles and Practice, Theodore S. Rappaport, Prentice Hall PTR, 2002.