REŢELE CELULARE DE COMUNICAŢII MOBILE 03 retele celulare.pdf · REŢELE CELULARE DE COMUNICAŢII MOBILE 3 a. Transfer controlat de reţea. - Staţiile de bază fac măsurători,

REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE

1


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)


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:


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


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);


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;


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,


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)


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


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;


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.


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:


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)


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.


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.


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;


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,


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)


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;


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 +=


20

Cel mai simplu algoritm: n prima faz se aplic relaia:

(59)

1,m-=j pentru1]-M[0,i 1;m-


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


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

Documents

REŢELE CELULARE DE COMUNICAŢII MOBILE 03 retele celulare.pdf · REŢELE CELULARE DE COMUNICAŢII MOBILE 3 a. Transfer controlat de reţea. - Staţiile de bază fac măsurători,