Capitulo 03 - Consideraciones Para El Diseno

8/14/2019 Capitulo 03 - Consideraciones Para El Diseno

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AREA DE TRANSFERENCIA DECONOCIMIENTOS

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POSTGRADO A DISTANCIA:INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

Consideraciones para el Diseño deun Sistema Celular

CAPÍTULO 03: CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA CELULAR

OBJETIVOS

Describir aspectos técnicos de planificación y diseño de redes de sistemas móviles, considerandoparámetros de transmisión de las estaciones bases, coberturas, área de servicio y frecuenciaempleada, así como la técnica de división celular para incrementar la capacidad de la celda paraatender un mayor número de usuarios con la misma cantidad de canales asignados.

SUMARIO

3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROBLEMA. .................................................................. 3 3.1.1 Número máximo de llamadas por hora por celda. ...................................................... 3 3.1.2 Número máximo de canales de frecuencia por celda. ................................................ 4

3.2 CONCEPTO DE CANALES CON REHÚSO DE FRECUENCIAS. .................................... 5 3.2.1 Planes de Rehúso de Frecuencia. ............................................................................. 6 3.2.2 Distancia de Rehúso de Frecuencia .......................................................................... 6 3.2.3 Número de clientes en el sistema .............................................................................. 8

3.3 FACTOR DE REDUCCIÓN DE INTERFERENCIA CO-CANAL. ....................................... 8 3.4 C/I DESEADO EN UN CASO NORMAL DE UN SISTEMA DE ANTENAOMNIDIRECTIONAL. ................................................................................................................ 10

3.4.1 Solución analítica ..................................................................................................... 10 3.4.2 Solución obtenida por simulación ............................................................................ 13

3.5 MECANISMO HANDOFF ............................................................................................... 14 3.6 DIVISIÓN DE CELDAS. .................................................................................................. 15

3.6.1 ¿Por qué dividir? ...................................................................................................... 15 3.6.2 ¿Como dividir?......................................................................................................... 15

3.7 CONSIDERACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LOS SISTEMAS CELULARES ........ 16 3.7.1 Antenas ................................................................................................................... 17 3.7.2 Equipo conmutador .................................................................................................. 17 3.7.3 Enlace de Datos ...................................................................................................... 17

ENLACES ..................................................................................................................................... 18




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INTRODUCCIÓN

La planificación de redes móviles celulares es una etapa muy importante en la provisión futura delservicio, porque permitirá dimensionar la red a diseñar, en función del área de servicio a cubrir, eltráfico generado por los posibles usuarios, así como los niveles de interferencia que pueden

presentarse por efecto de fuentes externas, y aspectos de multitrayectos de la señal.

En este módulo se analizará la ubicación de las celdas co-canales, su interrelación con celdasvecinas utilizando frecuencias diferentes, y la influencia de estas en la celda en estudio.




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DESARROLLO DEL CAPÍTULO

3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROBLEMA.

Basado en el concepto de utilización eficiente del espectro, el diseño de un sistema de radio móvilcelular puede estropearse por varios factores, y cada factor puede ser analizado y relacionado conlos otros. Los elementos importantes a considerar son:

1. El concepto de canales con reutilización de frecuencias2. Reducción del factor de interferencia co-canal3. La relación optima deseada Portadora-Interferencia.4. El mecanismo de Handoff5. División de Células.

El propósito de este módulo es presentar una metodología simple que permita entender mejor;como cada elemento, afecta un sistema celular de radio móvil.

Dado que la limitación principal en el sistema es el recurso de frecuencia, el desafío es servir a ungran número de abonados con una calidad específica del sistema. Para ello podemos hacernostres preguntas:

1. ¿Cuántos clientes podemos atender en la hora cargada?2. ¿Cuántos abonados podemos servir en nuestro sistema?3. ¿Cuántos canales de frecuencia necesitamos?

3.1.1 Número máximo de llamadas por hora por celda.

Para calcular el número estimado de llamada por hora por celda “Q” en cada célula, es necesario

saber el tamaño de la celda y las condiciones de tráfico en la celda. El número de llamadas porhora por celda está basado en que tan pequeño es el tamaño teórico de la celda, a menor tamañoes posible atender a un número mayor de llamadas. El control de la cobertura de celdas pequeñasestá basado en el grado de desarrollo tecnológico del sistema.

Figura 1. Área considerada para establecer la capacidad de tráfico proveniente de un mapageográfico (Los Angeles).




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Para nuestro estudio asumimos que la celda puede reducirse a unos 2 Km/celda, lo cual significauna celda de 2 Km de radio. Una celda de 2 Km en algunas áreas puede cubrir muchascarreteras, y en otras áreas esta celda puede cubrir sólo algunas carreteras.

Para un área de alto tráfico de 12 Km de radio son convenientes siete celdas de 2 Km. Por

ejemplo, la celda de tráfico más pesado puede cubrir 4 autopistas y 10 calles, como se muestra enel figura 1. Una longitud total de 64 Km de 2 autopistas de ocho carriles, 48 Km de 2 autopistas deseis carriles, y 588 Km de 43 caminos de cuatro vías, incluyendo los 10 caminos importantes, sonobtenidos de la fig.1. Si asumimos que el promedio de espacio entre automóviles es de 10 mdurante períodos ocupados, podemos determinar que el número total de automóviles es mayor a70,000 unidades. Si la mitad de los automóviles tienen los teléfonos de automóvil, y de ellos el 80% realizan una llamada (nc=0.8) durante la hora cargada, hay 28,000 llamadas por hora, estobasado en el promedio de una llamada realizada por automóvil.

El máximo número de llamadas predecido por hora por 2 Km de la celda “Q”, se deriva delescenario de arriba. Este puede ser un caso irreal. Sin embargo, muestra como es posible calcular“Q” para diferentes escenarios y aplicar este método para encontrar los diferentes “Q” endiferentes áreas geográficas.

3.1.2 Número máximo de canales de frecuencia por celda.

El número máximo de canales de frecuencia por celda “N” está estrechamente relacionado a unpromedio de tiempo de llamada en el sistema. La norma de los hábitos de llamadas de losusuarios puede cambiar como resultado del valor de la razón de carga del sistema y el perfilgeneral de ingreso de los usuarios. Si el promedio de tiempo de llamada T es 1.76 minutos y lasllamadas máximas por hora por celda Qi obtenido en la Sec.3.1.1, entonces la carga ofrecidapuede obtenerse como:

erlangsT Q A i

60 (1)

Asumiendo que la probabilidad de bloqueo está dada, es posible encontrar fácilmente el númerorequerido de canales de radio en cada celda.

Ejemplo 1 Las llamadas máximas por hora Qi en una celda son 3000 y el promedio de tiempo dellamada T es 1.76 minutos. La probabilidad de bloqueo B es 2 %. Podemos entonces usar Q de laEq. (1) para encontrar la carga ofrecida A:

8860

76.13000 x

A E

Con la probabilidad de bloqueo B=2%, el número máximo de canales puede encontrarse en laTabla de Erlang B como N=100.

Ejemplo 2 Si tenemos Qi = 28000 llamadas por celda por hora, basado en el escenario mostradoen la Sec.3.1.1, B=2%, y T=1.76 minutos. ¿Cuántos canales de radio se necesitan?. La cargaofrecida A se obtiene como:

821

60

76.128000 x A

E

Al emplear los datos anteriores en la Tabla de Erlang B, encontramos que N=831 canales porcelda.




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Ejemplo 3 Si hay 50 canales en una celda para manejar todas las llamadas, y el promedio es 100segundos por llamada, ¿cuántas llamadas pueden ser manejadas en esta celda con unaprobabilidad de bloqueo del 2% ? Para N=50 y B=2%, la carga ofrecida es:

A = 40.3 E

El número de llamadas por hora en una celda es:

1451100

36003.40 xQi

llamadas por hora

Ejemplo 4 Si el número máximo de llamadas por hora por celda es 1451 y se tiene un patrón derehúso de siete celdas en el sistema (K=7), y asumiendo que B=2% y T=100 s como en el ejemplo3, entonces N=50. El número total de canales requeridos para un sistema con rehúso K=7 es:

Nt = 50 x 7 = 350 radio canales

Si un área grande es cubierta por 28 celdas, Kt=28; el número total de clientest k

i it M M 1 en

el sistema aumenta. Por lo tanto, podemos presumir que el número de suscriptores por celda Mies de alguna manera relativo al porcentaje de los teléfonos usados en automóviles en las horasocupadas (nc), y el número de llamadas por hora por celda Qi como:

),( cii nQ f M (2)

Donde el valor Qi es una función de la probabilidad de bloqueo B, el promedio del tiempo dellamada T, y el número de canales N.

),,( N T B f Qi (3)

Si se usa el modelo de rehúso de frecuencia con K=7, el número total de canales requeridos en elsistema es Nt = 7xN. Debemos darnos cuenta que el número máximo de llamadas por celda Qi esel que determina el número total de canales requeridos Nt, no el número total de suscriptores Mt.

En este caso (Kt=30 y K=7), el número total de canales Nt es usado cuatro veces en el sistema.

3.2 CONCEPTO DE CANALES CON REHÚSO DE FRECUENCIAS.

Un canal de radio consiste de un par de frecuencias, una para cada dirección de transmisión queutilizado para operación full-duplex. Un canal particular de radio F1, usado en una zona geográficapara llamar a una celda C1, con un radio de cobertura R puede ser usado en otra celda con elmismo radio de cobertura a una distancia D.

El concepto de rehúso de frecuencia es el núcleo del sistema celular de radio móvil. En estesistema de rehúso de frecuencia, los usuarios ubicados en diferentes zonas geográficas (celdasdiferentes) pueden utilizar simultáneamente el mismo canal de frecuencia (ver Fig.2). El sistemade rehuso de frecuencia puede aumentar drásticamente la eficiencia del espectro, pero si el

sistema no está diseñado adecuadamente, pueden ocurrir serias interferencias. La interferenciadebido al uso común del mismo canal se llama interferencia co-canal y es nuestro mayor interésen el concepto de rehúso de frecuencia.




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Figura 2. La razón D/R

3.2.1 Planes de Rehúso de Frecuencia.

El concepto de rehúso de frecuencia puede usarse en el dominio del tiempo y del espacio. Elrehúso de frecuencia en el dominio del tiempo resulta en la ocupación de la misma frecuencia enranuras diferentes de tiempo (time-slot). Esto es llamado Multiplexación por División de Tiempo(TDM). El rehúso de Frecuencia en el dominio del espacio puede ser dividido en dos categorías:

1. La misma frecuencia asignada en dos áreas geográficas diferentes, tal como las estacionesde radio AM ó FM que usan la misma frecuencia en ciudades diferentes.

2. La misma frecuencia es usada repetidamente en un área común en un sistema - el plan seusa en sistemas celulares. Hay muchas celdas co-canales en el sistema. La distribucióntotal de espectro de frecuencia se divide en K patrones de rehúso de frecuencia, como seilustra en la Fig. 3 para K = 4, 7, 12 y 19.

3.2.2 Distancia de Rehúso de Frecuencia

La distancia mínima para el rehúso de frecuencia dependerá de muchos factores, tal como elnúmero de celdas co-canal en la vecindad de la celda central, el tipo de contorno geográfico deterreno, la altura de antena, y la potencia de transmisión de cada cell-site.

La distancia D para el rehúso de frecuencia puede determinarse por:

K R D 3 (4)

Donde K es la frecuencia de rehúso del patrón mostrado en la Fig.2, entonces:




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Figura 3. Patrón de rehúso de N celdas

Patrón de rehúso de 12 celdas para iniciar la configuración. Parámetros de salto i = 3, j = 2

Si todos las cell-site transmiten la misma potencia, entonces K aumenta y la distancia de rehúsode frecuencia D aumenta. Este aumento D, reduce la posibilidad que ocurra una interferencia co-

canal.

Teóricamente se desea un valor de K grande. Sin embargo, el número total de canales asignadoes fijo. Cuando K es demasiado grande, el número de canales asignados por celda llega a serpequeño. Esto es siempre cierto si el número total de canales se




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divide en K celdas. Cuando K aumenta, la capacidad de atención de llamadas por célula resultaineficiente. El mismo principio se aplica a la ineficacia de espectro: si el número total de canalesse dividen en dos sistemas de red que sirven en la misma área, se incrementa la ineficacia deespectro.

Ahora, el objetivo es obtener el número más pequeño de K que puede mantener nuestrosrequerimientos para el desempeño del sistema. Esto involucra estimar la interferencia co-canal yseleccionar la mínima distancia de frecuencia de rehúso “D” para reducir la interferencia co-canal.

El valor más pequeño de K es K=3, obtenido colocando i = 1, j = 1 en la ecuación K = i2 + ij + j2(ver figura.3).

3.2.3 Número de clientes en el sistema

Cuando se diseña un sistema, las condiciones de tráfico en el área durante una hora cargada, sonalgunos de los parámetros que ayudarán a determinar los tamaños de las diferentes celdas y elnúmero de canales en ellas.

El número máximo de llamadas por hora por celda se establece por las condiciones de tráfico decada celda particular. Luego, se determina el número máximo de canales de frecuencia por celda,entonces el número máximo de llamadas por hora puede calcularse cuidadosamente en cadacelda. Ahora, tomamos el número máximo de llamadas por hora en cada celda Qi y sumamostodas las celdas.

Asumamos que el 60% de los teléfonos de automóvil se usarán durante la hora cargada, enpromedio, una llamada por teléfono (nc = 0.6) si es que el teléfono se usa. Por lo tanto, se obtieneel tráfico total permitido por suscriptor Mt.

Ejemplo 5 Durante una hora cargada, el número de llamadas por hora Qi por cada 10 celdas es2000, 1500, 3000, 500, 1000, 1200, 1800, 2500, 2800, 900. Asuma que el 60% de los teléfonos deautomóvil se usarán durante este período (nc = 0.6) y que una llamada se realiza por el teléfonodel automóvil. Sumando todo los Qi da el Qt total:

10

1

200,17t

it QQ

llamadas por hora

con nc = 0.6, el número de clientes en el sistema es :

667,286.0200,17t M

3.3 FACTOR DE REDUCCIÓN DE INTERFERENCIA CO-CANAL.

Rehusar un canal de frecuencia idéntica en diferentes celdas, está limitado por la interferencia co-canal entre celdas, y esta interferencia co-canal puede llegar a ser un problema crítico. Aquíquisiéramos encontrar la distancia mínima para el rehúso de frecuencia a fin de reducir lainterferencia co-canal.

Asumiendo que el tamaño de todas las celdas es aproximadamente el mismo, el tamaño de la

celda es determinado por el área de cobertura de la señal fuerte en cada celda. Mientras eltamaño de celda es fijo, la interferencia co-canal es independiente de la potencia de transmisiónde cada celda. Esto significa que el nivel umbral del receptor de la unidad móvil se ajusta altamaño de la celda. Realmente, la interferencia co-canal es una función de un parámetro “q”




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definido como:

R

Dq

(5)

El parámetro “q” es el factor de reducción de interferencia co-canal. Cuando la relación “q” seincrementa, la interferencia co-canal disminuye. Además, la separación D en la Eq. (5) es unafunción de KI y C/I,

)/,( I C K f D I (6)

Donde KI es el número de interferencia co-canal de las celdas en la primera hilera y C/I es larelación portadora-interferencia recibida deseada para el receptor móvil.

I K

k

k I

C

I

C

1 (7)

En un sistema celular totalmente implementado con celdas en forma hexagonal, hay siempre seisceldas con interferencia co-canal en la primera hilera, como se muestra en la Fig.4; esto es, KI = 6.

El número máximo de KI en la primera hilera puede mostrarse como seis (es decir, 2πD/D 6).

La Interferencia Co-canal puede ser experimentada en ambas cell-site y en unidades móviles en lacélula. Si la interferencia es mucho mayor; entonces la relación portadora-interferencia C/I para lasunidades móviles ocasionada por las seis cell-site que generan interferencia (en promedio) es

igual que el C/I recibido en el cell-site central y ocasionado por la interferencia de las unidadesmóviles ubicadas en las seis celdas.

Según ambos, el teorema de reciprocidad y la conclusión estadística de propagación de radio, losdos valores C/I pueden ser próximos. Asumiendo que el ruido local es mucho menor que el nivelde interferencia, este puede ser despreciado. El C/I entonces será expresado como:

I K

k k D

R

I

C

1 (8)

donde es la pendiente de pérdida de propagación determinada por el ambiente real del terreno.

En un medio de radio móvil, comúnmente se asume 4, K I es el número de celdas de interferenciaco-canal y es igual a 6 en un sistema totalmente desarrollado, como se muestra en la Fig.4.

Las seis celdas de interferencia co-canal en la segunda hilera ocasionan interferencia más débilque los de la primera hilera (ver Ejemplo 6 al final de la Sec. 3.4.1).

Por lo tanto, la interferencia co-canal de la segunda hilera de celdas de interferencia esinsignificante. Sustituyendo la Eq. (5) en la Eq. (8) tendremos:




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I I K

k

k

K

k

k q R

D I

C

11

11

(9)

Figura 4. Seis celdas de interferencia efectiva hacia la celda 1.

donde qk es el factor de reducción de interferencia co-canal con la k-esima celda de interferenciaco-canal.

R

Dq k k

(10)

3.4 C/I DESEADO EN UN CASO NORMAL DE UN SISTEMA DE ANTENA

OMNIDIRECTIONAL.

3.4.1 Solución analítica

Hay dos casos para ser considerado:

1. La señal y la interferencia co-canal recibida por la unidad móvil y2. La señal y la interferencia co-canal recibida por la cell-site.

Ambos casos se muestran en la Fig. 5. Nm y Nb son ruidos locales para la unidad móvil y la cell-site, respectivamente.

Usualmente Nm y Nb son pequeños y pueden ser despreciados frente al nivel de interferencia.




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Figura 5. Interferencia co-canal producida por 6 interfernecias. (a) Recepción en la cell-site, (b)Recepción en la unidad móvil.

El efecto de la interferencia co-canal sobre los sistemas de eficiencia de espectro se explicarádespués.

Mientras la relación portadora-interferencia recibida en ambas unidades móviles y la cell-site sonla misma, el sistema es llamado un sistema balanceado. En un sistema balanceado, podemosescoger uno de los dos casos para analizar el requerimiento de sistema; los resultados de un casoson el mismo para el otro.

Asuma que Dk es el mismo para simplificar, como se muestra en la Fig.4;

entonces D=Dk, y q = qk , y :

66

q

D

R

I

C

(11)

Por lo tanto:

I C q 6

(12)

y1

6 I

C q

(13)

En la Eq.(13), el valor de C/I está basado en el desempeño requerido de un sistema y el valorespecifico de basado en el ambiente del terreno. Con los valores de C/I y , se puede determinar

el factor de reducción de interferencia co-canal “q”. En la práctica, C/I puede ser 18 dB o más.

Este C/I de 18 dB es medido por la aceptación de la calidad de voz desde receptores móvilescelulares.




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Esta aceptación implica que ambas multitrayectorias de radio móvil desaparezcan y lainterferencia co-canal llegue a ser ineficaz a este nivel. La pendiente de pérdida de propagaciónes aproximadamente igual a 4 en el ambiente de radio móvil.

41.41.636 4

1

R Dq (14)

El 90 % del área total se puede cubrir aumentando la potencia de transmisión en cada celda;aumentando la misma cantidad de potencia de transmisión en cada celda el resultado de la Eq.(14) no cambia.

Esto es porque el valor de “q” no está en función de la potencia de transmisión. La simulación porcomputadora descrita en la siguiente sección encuentra el valor de q = 4.6, que está muy cercadel valor hallado en la Eq. (14).

El factor “q” se puede relacionar con un conjunto finito de celdas “K” en un sistema celular de

forma hexagonal por:

K q 3 (15)

Sustituyendo “q” de la Eq. (14) en Eq. (15) dando:

K=7 (16)

La ecuación (16) indica que un patrón de rehúso de siete celdas necesita de un C/I de 18 dB. Elpatrón de rehúso de siete celdas se muestra en el Fig.3.

Basado en q = D/R, la obtención de “D” se realiza eligiendo un radio “R” en la Eq. (14).

Usualmente es deseable un valor de “q” mayor del que se da en la Eq. (14). El mayor valor de “q”,disminuye el valor de la interferencia co-canal.

En un ambiente real, la Eq. (9) siempre es cierta, pero la Eq. (11) no es.

La Eq. (14) se deriva de la Eq. (11), el valor “q” puede no ser demasiado grande para manteneruna relación portadora-interferencia de 18 dB. Esto es particularmente cierto en el peor de loscasos.

Ejemplo 6: Compare la interferencia proveniente de la primera hilera de 6 interferencias con la

proveniente de la interferencia doce. (primera y segunda hilera) (ver Fig.4).De la primera hilera.

66

41

41

41

6

1

a

D

R

I

C

I

C

ii

(Ec 18)

De la primera y segunda hilera,

42

41

6

121

61

aa I I

C I C

iii

(Ec 19)




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Se tiene establecido a1 = 4.6, entonces de la segunda hilera,

a2 = D2 /R1 2D1 /R1 = 2 a1 = 9.2.

Sustituyendo a1 y a2 en las Eqs. (Ec 18) y (Ec 19), respectivamente, obtendremos:

dB I

C

hilerara

72.181

dB I

C

hilera y dara

46.1821

Se encuentra una cantidad insignificante de interferencia añadida por la contribución de seisinterferencias de la segunda hilera.

3.4.2 Solución obtenida por simulación

El factor de reducción co-canal “q” requerido, también puede ser obtenido mediante simulación.

Para la simulación se ubica un sitio de la célula principal y en las seis posibles interferencias co-canal que se despliegan en un patrón tal como se muestra en la Fig.4.

La distancia “D” de la celda central hasta la celda que genera interferencia co-canal, en lasimulación es variable. D = 2R puede usarse inicialmente y ser incrementada cada 0.5R como:

D = 2R, 2.5R, 3R. Para cada valor particular de “D”, se genera un conjunto de los datos desimulación.

La ubicación de cada unidad móvil en su propia celda es generada al azar por un generadoraleatorio.

Se obtiene entonces la distancia Dk de cada una de las seis unidades móviles interferidas al cell-site central (asuma K1 = 6).La señal móvil deseada así como también los seis niveles de interferencia recibidas al centro delcell-site, puede ser generada aleatoriamente siguiendo la regla de propagación radio móvil depérdidas de trayectoria, que es 40 dB/dec, conjuntamente con una desviación standard log-normalde 8 dB en su valor medio.

Resumiendo todos los datos de seis interferencias simuladas, se obtiene:6

1

I K

k k I I

y dividiendo esto por la portadora principal simulada, el valor de C llega a ser C/I.

Este C/I es para un D particular, la distancia entre el centro del cell-site y los cell-site co-canal(interferencia co-canal).

Repetir este proceso, 1000 veces, para cada valor particular de “D” (75% de los usuarios dicen

que la calidad de voz es buena u óptima en un 90% del total del área cubierta). De acuerdo con laopinión del 75% de los usuarios, la C/I=18 dB necesita obtenerse para un valor apropiado de “D”.

Asumiendo que las ubicaciones de las unidades móviles se eligen aleatoriamente y




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uniformemente, entonces el 90% del área corresponde a 900 de 1000 ubicaciones de unidadesmóviles.

Para encontrar un valor apropiado para “D”, asociamos cada ubicación de la unidad móvil con suC/I recibido. Algunos valores C/I son altos y otros bajos. Esto significa que los valores más bajos

de C/I deberían descartarse. El valor principal C/I debería obtenerse de los restantes 900 valoresde C/I, asociando un particular C/I para una particular separación D.

Repetir este proceso para valores diferentes de “D”, se determina el correspondiente valor de C/I.La curva C/I versus D puede trazarse, dando C/I=18 dB correspondiendo al D = 4.6R.Entonces:

6.4 R

Dq

(17)

Comparando los valores de “q” obtenidos de la solución analítica mostrados en la Eq. (14) y “q”obtenida de la solución simulada mostrada en la Eq. (17), los resultados son sorprendentementecercanos.

Aunque una simulación (estadística) se aproxima bastante a una situación real, ésta no provee uncuadro físico claro. Las dos soluciones convenientemente ilustradas en esta sección prueban queel método analítico simple es implementable en un sistema celular basado en celdas hexagonales.

3.5 MECANISMO HANDOFF

Es una característica única que permite a los sistemas celulares operar tan efectivamente comose demostró en el uso actual. Para describir claramente el concepto handoff, es fácil usando unailustración unidimensional como se muestra en la Fig.6, aunque una real configuración celular de

dos dimensiones puede cubrir un área con celdas. El concepto handoff es aplicado para un casounidimensional, puede también ser aplicado para casos bidimensionales.

Figura 6. Mecanismo de Handoff. (a) Reducción del valor “q” de la interferencia cocanal (b) Llenado




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de frecuencias.

Dos celdas co-canal usando la frecuencia F1 separadas por una distancia “D” se muestran en laFig.6a. El radio “R” y la distancia el “D” son gobernados por el valor de “q”. Ahora tenemos queocupar con otros canales de frecuencia tales como F2, F3, y F4 entre dos celdas co-canal a fin de

proveer un sistema de comunicación en toda el área.

Las frecuencias ocupadas F2, F3, y F4 se asignan también a sus correspondientes celdas C2, C3,y C4 (ver Fig.6b) según el mismo valor de “q”.

Suponiendo que una unidad móvil está iniciando una llamada en la celda C1 y se mueve a C2. Lallamada puede ser bajada y reinicializada en el canal de frecuencia F1 a F2 mientras la unidadmóvil se mueve de la celda C1 a la celda C2.

Este proceso de cambio de frecuencias puede hacerse automáticamente por el sistema sin laintervención de los usuarios. Este proceso de handoff es llevado a cabo en el sistema celular.

El esquema de procesamiento handoff es una tarea importante para cualquier sistema exitoso decomunicación móvil. ¿Qué se requiere para que cualquier handoff sea exitoso? ¿Cómo se reducea un mínimo los innecesarios handoffs en el sistema? ¿Cómo es la capacidad de tráfico de unacelda individual controlada por la alteración del algoritmo handoff?

3.6 DIVISIÓN DE CELDAS.

3.6.1 ¿Por qué dividir?

La motivación principal al implementar un sistema móvil celular es el de mejorar la utilizacióneficiente del espectro. El plan de reutilización de frecuencias es un concepto, y la división de

celdas es otro concepto a tomar en consideración. Cuando la densidad de tráfico comienza aelevarse y la frecuencia de canal Fi en cada celda Ci no puede proveer suficientes llamadasmóviles, la celda original puede ser dividida en pequeñas celdas. Usualmente el nuevo radio es lamitad del radio original (ver Fig.7). Hay dos maneras de dividir: En la Fig.7a, el cell-site original noes usado, mientras en la Fig.7b, se muestra que si es usado.

Nuevo radio de celda = antiguo radio de celda (18)2

Entonces basado en la Eq. (18), la ecuación siguiente es:

Nueva área de celda = antigua área de celda (19)4

Cada nueva celda lleva la misma carga máxima de trafico de la celda antigua; entonces, en lateoría,

Nueva carga de tráfico = 4 x Carga de tráficoUnidad de área Unidad de área

3.6.2 ¿Como dividir?

Hay dos de tipos de técnicas de división de celdas:

1. División Permanente. La instalación de cada nueva celda dividida tiene que ser planificadaantes de tiempo; se tiene que considerar el número de canales, la potencia de transmisión,las frecuencias asignadas, la selección del cell-site, y el tráfico a cursar. Cuando todo estalisto, la división de célula se fija en la hora de menos tráfico, usualmente a la media nochede un fin de semana. Felizmente, solo unas cuantas llamadas




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pueden cortarse a causa de este “cut-over” (corte de servicio), dado que el período deindisponibilidad del sistema está dentro del lapso de 2 horas.

2. División Dinámica. Este plan está basado en la utilización de la eficiencia del espectroasignado en tiempo real. El algoritmo para la división dinámica de cell-sites es un trabajo

tedioso ya que no podemos garantizar que una celda no está siendo utilizada durante ladivisión de celdas a horas de alto tráfico.

Figura 7. División de Celda.

3.7 CONSIDERACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LOS SISTEMAS CELULARES

Los elementos de diseño de un sistema celular de radio móvil han sido mencionados en lassecciones previas.

Aquí debemos considerar también los componentes de los sistemas celulares, tales como radiosmóviles, antenas, controlador cell-site, y MTSO.

Estos afectarían nuestro diseño del sistema si no fueron seleccionados adecuadamente. La vistageneral del sistema celular se muestra en el Fig.8.

Aunque la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas) y la FCC han especificado normas para losequipos de radio en los cell-sites y los sitios móviles, es necesario tener en cuenta los equipos.

Los puntos que afectan la elección de antenas, equipos de conmutación y enlaces de datos, sonbrevemente descritos aquí.




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Figura 8. Vista general de un sistema de telecomunicaciones celulares.

3.7.1 Antenas

El modelo de antena, su ganancia, la inclinación, y altura afectan totalmente los cálculos en eldiseño del sistema celular. El modelo de antena puede ser omnidireccional, direccional, ocualquier forma en ambos planos vertical y horizontal. La ganancia de antena compensa laspérdidas de potencia transmitida. Se deben de considerar diferentes modelos de antena yganancia en los cell-site y en las unidades móviles por la incidencia en el desempeño del sistema.

Los modelos de antena vistos en los sistemas celulares son diferentes a los modelos vistos enespacio libre. Si una unidad móvil viaja alrededor de un cell-site en áreas con muchos edificios, laantena omnidireccional no garantiza un patrón omnidireccional. Adicionalmente, si la relaciónfront-to-back de una antena direccional se encuentra en 20 dB en el espacio libre, ésta solo seráde 10 dB en el cell-site.

La inclinación de la antena puede reducir la interferencia de las celdas vecinas y mejorar los

puntos débiles en la celda. También la altura de la antena del cell-site puede afectar el área yforma de la cobertura en el sistema.

3.7.2 Equipo conmutador

La capacidad del equipo conmutador en sistemas celulares no está basado en el número depuertos conmutados, sino en la capacidad del procesador asociado con los conmutadores. En unsistema celular de gran tamaño, el procesador debe ser grande, esto también porque los sistemascelulares son diferentes a otros sistemas.

El tiempo de vida de servicio del equipo conmutador no es determinado por el ciclo de vida delequipo si no por cuánto tiempo le lleva alcanzar su máxima capacidad. Si el equipo conmutador es

diseñado en módulos, o como conmutadores distribuidos, mayor cantidad de módulos puedenagregarse para incrementar la capacidad del equipo. Los sistemas conmutados digitalesdescentralizados pueden ser más apropiados, donde la tendencia futura parece ser la utilizaciónde sistemas handoff. Esto significa que el equipo conmutador puede enlazar a otro equipoconmutador, de tal manera que una llamada puede realizarse desde un sistema conmutador a otrosistema sin que la llamada se pierda.

3.7.3 Enlace de Datos

Los enlaces de datos se muestran en el Fig.8. Aunque ellos no son afectados directamente por elsistema celular, son importantes en el sistema. Cada enlace de datos pueden llevar múltiplescanales de datos (10 kbps de datos transmitidos por canal) desde la cell-site al MTSO. Sinembargo, los bancos de datos, los dispositivos de enlace son necesarios y pueden sermultiplexados, donde muchos canales de datos pueden transmitirse a través de un par físico conportadora T1/E1 o mediante un enlace de radio de microonda donde la frecuencia es mucho másalta que 850 MHz.




ENLACES

Telefonía Celular: Documen to q ue detalla la reuti l ización de frecuenc ias, divis ión de celd as, asign ación de canales, eficienc ia esp ectral, Hando ff, etc.

http://www.espe.edu.ec/portal/files/sitiocongreso/congreso/c_electronica/Articulo_cabrera_olmedo_leon.pdfhttp://v6.yucatan.com.mx/especiales/celular/comofunciona.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Red_de_celdascatarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/.../capitulo1.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Telef%C3%B3nico_M%C3%B3vil_Avanzadohttp://msanchez.usach.cl/lcc/introtelefoniacelular.pdf

Sistemas Celulares

http://www.clubse.com.ar/news/news11/notas/nota02.htmhttp://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/TL03204M.pdf

Capitulo 03 - Consideraciones Para El Diseno

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