CONCEPTOS BASICOS DE TECNOLOGÍAS DE ACCESO A SISTEMAS MOVILES. TERMINOLOGIA EMPLEADA
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CONCEPTOS BASICOS DE TECNOLOGÍAS DE ACCESO A
SISTEMAS MOVILES.TERMINOLOGIA EMPLEADA
• AMPS: Sistema telefónico Móvil Avanzado• NADC: Celular digital de Norte América• GSM: Sistema global para comunicaciones móviles• NAMPS: AMPS de banda estrecha• Organismos de standarización ETSI (Europa), ARIB (Japón)• PDC: Comunicación Digital Personal• Técnicas de Acceso:
– CDMA: Acceso múltiple por división de código– TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo– FDMA: Acceso múltiple por división de frecuencia
• TACS: Sistemas de comunicación de acceso total
Telefonía Móvil Celular
MTX
PSTN
MS
RBS: RadiobaseMS: Estación MóvilMTSO,MTX: Centro de Conmutación de Servicios MóvilesPSTN: Red Pública de Telefonía
RBS
RBS
RBSRBS
Elementos Básicos
Una Vision de las Comunicaciones Móviles
Personales • Hoy día: • El Mayor tráfico telefónico hace
uso de enlaces fijos • Los Móviles son una extension de
la red pública fija (PSTN)• En el Sector Teléfonica la Móvil es
la de mayor crecimiento (hasta 25 % por año)
• Ventajas: Teléfono móvil económico Un único número de Contacto Gran Cobertura en el mundo
industrializado
En el Futuro: Un Sistema multimedia
terrestre/satelital Los Enlaces Satelite Tierra son puenteados a las redes
fijas a través: cables
Fibras Opticas Enlaces de radio
Las Estaciones Radio Base Celular proveen la
comunicación a usuarios vehiculares, móviles, equipos,
usuarios residenciales
Un solo equipo para: Residencia, Vehículo, Oficina, otros lugares
Ruta desde un Movil a un usuario fijo: Usuario Móvil , Radio Base Celular, Enlace de Microondas Intercambio Móvil – Fijo, Teléfono derectamente conectado a la Red Fija
Telefonía Móvil Celular
Alcance Potencia
por canal
Tipo
> 1000 m.
10-50 WMacrocelda
<500 m. >120 mW
Microcelda
Interiores < 100 mW
Picocelda
La tecnología Móvil involucra alta calidad en los Circuitos de Radio y una gran aumento de control y
procesamiento digital
Un diagrama circuital muy simplificado del Telefono muestra Sus componentes básicos: Micrófono - mouthpiece Carga - earpiece Conmutador de descolgado Conmutador de Repique Sus principales acciones : Repicar el telefono para alertar al ususario y soportar la conversación
" You will also see some differences between our circuit and that of a modern phone. For instance, the hook switch and ringing switch will both be operated by the handset. They are separated here to give you a better insight into the operation. Modern phones don't contain a battery, the current to ring the bell and operate the earpiece are today supplied by the exchange, in what is called a local loop circuit. There is no facility in the circuit shown for selecting the number of the user you want to call. Our example is a one to one connection so it is not needed. However, the keypad is placed approximately where the ringing switch is and sends pulses or tones to the exchange to route the call to the distant user. "
Simple Conmutación:Si por ejemplo realizamops una conexión de la siguiente forma: 1 switch conecta 2 teléfonos 3 switches conectan 3 teléfonos 6 switches conectan 4 teléfonos s switches conectan n teléfonos
" La serie consiste de términos que contienen el número de switches en cada columna del dibujo, por ejemplo, n-1para el primero y así sucesivamente. " s=(n-1)+(n-2)+...+1" La serie es (n-1) + (n-2) + ... + 1 . " s=(n-1)*n/2" la solución es s = ( n - 1 ) * n / 2 . " " Si por ejemplo calculamos cuántos switches se necesitan para un determinado grupo se obtiene que para una pequeña oficina con un bloque de 100 teléfonose necesita un equivalente de 4950 switches. Uno de los problemas más importantes consiste en como diseñar la interconexión de los usuarios para reducir el número de conmutadores. Para resolver debe estudiarse la forma en la cual los usuarios utilizan el servicio telefónico. "
Si se quiere derivar una expresión para el número de conmutadores s que conecten n teléfonos.
Tráfico de Red El número de personas que interactúa simultáneamente en la red telefónica varía a lo largo del día: El pico se encuentra entre las 2.30 y 3.30pm. Sin embargo en estas horas solo el 20% de los usuarios potenciales pueden estar usando sus teléfonos. Esto implica que la red no requiere de la capacidad total para conectar simultáneamente a todos así que el número de conmutadores en la red puede reducirse.
Multiplexaje Número de canales necesarios será comúnmente igual al número de lamadas simultláneas. El enlace puede ser a través de cable, microondas o fibra optica
Para evitar posibles interferencias entre distintos sistemas, las frequencias se regulan a través de organismos internacionales. La UIT define frecuencias y hace recomendación de otros aspectos como por ejemplo potencia de transmisión. Las Frecuencias son escogidas a través de un compromiso entre: Costo Apropiado de equiposRelación Usuario - Demanda Adecuado soporte tecnológico
Standarización de los sitemas. Para cada Sistema se definen: Bandas de Frecuencia Especificas Método de MultiplexajeAncho de banda de los canales de voz Tipo de Modulación, etc.
La capacidad de los Sistemas puede resumirse: Total ancho de banda disponible = ancho de banda saliente + ancho de banda entrante El ancho de banda requerido para un usuario = Espaciamiento de la portadora x 2 (Nota: el espaciamiento de la portadora es equivalente al ancho de banda de la voz con su modulación apropiada y sus respectivas bandas de guarda) Cual es la capacidad de los usuarios de ETACS?
El parámetro más importante en cualquier sistema de comunicación personal es la capacidad, o número de conversaciones simultáneas que el sistema puede manejar. Tal como se observa en la figura la localización del sistema dentro del espectro está dividido en un número de canales. La capcidad puede ser calculada: Para ETACS el ancho de banda total del sistema es la suma del ancho de banda saliente y el entrante. El ancho de banda requerido por un usuario es el doble del espaciamiento de la portadora. El espaciamiento de la portadora es equivalente al ancho de banda de la voz después del proceso de modulación más las bandas de guarda.
Asignación de frecuencias" Las frecuencias de cada grupo son asignados a una celda la cual constituye un área física en la tierra que puede tener un radio que puede ir deste 1km hasta 10km. Se dibuja como un hexágono aunque en la práctica su forma puede ser irregular dependiendo de como se propagan las ondas de radio. "
Los Grupos de celdas forman un cluster el cual contiene todas las frecuencias del sistema" En el ejemplo el espectro de la frecuencia está dividido en 7 grupos. Por lo tanto se tiene un cluster de 7 celdas. "
Repetición de cluster a lo largo del area a ser cubierta " El Cluster puede repetirse tantas veces como se requiere la cobertura de un país. "
Distancia de reuso en frecuencia Las mismas frecuencias no se utilizan en celdas adyacentes. Sseparación es llamada distancia de reuso Depende del número de celdas deln cluster Controles de Interferencia entre usuarios de la misma frecuencia
Demanda de UsuarioEjemplo ¿Cual es la capacidad de un sistema celular ETACS en Malasia? Se asumen celdas circulares con 10km de radio y se considera el Area de Malaysia (table
Es posible calcular la capacidad aproximada de un sistema celular asumiendo forma circular con un radio de 10km. Conociendo el área total de un país determinado se obtiene el número de celdas necesarias. Se obtiene el número de usuarios por celdaNumero de celdas = area of país / pi * r2
" Donde r es el radio de la celda. " Capacidad por celda (número de usuarios por celda) = Número total de canales en el sistema / número de celdas por cluster.
Telefonía Móvil Celular
Alcance Potencia
por canal
Tipo
> 1000 m.
10-50 WMacrocelda
<500 m. >120 mW
Microcelda
Interiores < 100 mW
Picocelda
Telefonía Móvil Celular
MTX
PSTN
MS
RBS: RadiobaseMS: Estación MóvilMTSO,MTX: Centro de Conmutación de Servicios MóvilesPSTN: Red Pública de Telefonía
RBS
RBS
RBSRBS
Elementos Básicos
Telefonía Móvil CelularConceptos Básicos
Celda
MTXRBS
RBS
RBSRBS
RBS
RBSRBS
Área de Servicio de MTX
Macro, Micro y Picoceldas
Telefonía Móvil Celular
Alcance Potencia
por canal
Tipo
> 1000 m.
10-50 WMacrocelda
<500 m. >120 mW
Microcelda
Interiores < 100 mW
Picocelda
Telefonía Móvil CelularSector vs. Omnidireccional
RBSRBS
Omnidireccional Sectorizada
335 cc356377398419440461482503524545566587608629650721742763
342 cc363384405426447468489510531552573594615636657728749770
349 cc370391412433454475496517538559580601622643664735756777
335356377398419440461482503524545566587608629650721742763784
Telefonía Móvil CelularHandoff
Celda A
Celda B
Móvil
RBS-A
RBS-B
Señaldeteriorada
Señal conmayor
potencia
MTX
Telefonía Móvil CelularRoaming
Celda A
Celda B
Móvil
RBSMTX-H
RBSMTX-V
Señaldeteriorada
Señal conmayor
potencia
MTX-H MTX-V
Planificación CelularBandas de Frecuencias
A B
333 333
1 313
333
334
354
Espectro Original
Canales de Control Dedicado
824 825 835869 870 880
666
845890
Espectro Extendido
A’A’
33
991
1023
A’’A’’ B’B’
50 83
717
667
716
799
546.5891.5 894 MHz
849 MHzUP-LINKDOWN-LINK
Planificación CelularGrupos de Frecuencias
GRUPO 7_21 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3Control 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354
2 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 3753 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 3964 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 4175 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 4386 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 4597 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 4808 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 5019 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522
10 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 54311 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 56412 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 58513 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 60614 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 62715 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 64816 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 717 718 71917 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 74018 741 742 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 76119 762 763 764 765 766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 78220 783 784 785 786 787 788 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799
8_24 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 H1 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 H2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 H3Control 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357
2 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 3813 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 4054 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 4295 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 4536 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 4777 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 5018 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 5259 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 54910 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 57311 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 59712 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 62113 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 64514 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 717 718 71915 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 74316 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765 76617 766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 78918 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799
Planificación CelularReuso de Frecuencias
A
A
A
A
A
A
A
22 jjiiN
i=2
j=1
N=7
Planificación CelularRelación C/I (Portadora- interferencia)
Relación existente entre la señal más fuerte y las otras señales que comparten el mismo grupo de frecuencias.
[dB]
Donde:
Sj= Intensidad de Señal más fuerte (W)
Si=Todas las señales con el mismo canal de control que Sj (W)
ji
j
SSS
LogIC .10
Condición: C/I > 18 dB
Planificación CelularExpansión Celular
B
C
A
G
D
E
F
fg
bc
d
e
Planificación CelularRegiones de Transición
G1
G2
F1
D1
A2
D2
F3
E1
A3
E3
E2
D3
D2
D3F2
D1D2
A1E3
G3
B2B1
B3E2
E1D3
D1
B
CB
E
Planificación CelularEtapas de Diseño
Definición del Área de Servicio
Predicción de Cobertura
¿ResultadoEsperado?
¿ResultadoEsperado?
Medición en campo
si
¿ResultadoEsperado?Inicio de Construcción
si
Revisión del Diseño
si
Definición del Perfil de Tráfico
Selección del Patrón de Reuso de Frecuencias
Ubicación y Configuración de ERB
no
no
no
Propagación RadioeléctricaPotencia recibida por una Antena
2S
S
Area efectiva
de la antena,
Ae
Potencia=P Potencia=P/4
Angulo Sólido ()
Antena Transmisora
Area=4xAe
Potencia =P
dLogLfs 4*20
donde:
Lfs=Perdida en espacio libre
d=distancia
=longitud de Onda
Propagación RadioeléctricaMultitrayectoria
Edificio
Lago
RBS Unidad Móvil
Trayectoria Directa
TrayectoriaReflejada
TrayectoriaReflejada
X, en longitudes de onda
99.99
63
9
1
0.1
10
0
-10
-20
-30
Señal bajo
el nivel
especificado
(%)
Nivel deSeñalrespectoal valorRMS
(dB)
Propagación RadioeléctricaDitribución de Rayleigh
Pro
babi
lidad
de
Am
plitu
d<A
bsci
sa
Pro
babi
lidad
de
Am
plitu
d>A
bsci
sa
Nivel de Señal dBm
RMS=-100dBm
RMS= -80dBm
RMS=
-50d
Bm
CURVA
DE
RAYL
EIGH
1% de la señal
por debajo de
-100 dBm
Propagación RadioeléctricaAntenas
•Ganancia •Apertura Vertical y Horizontal•Tilt (Eléctrico y Mecánico)
Propagación Radioeléctrica
Modelos de Predicción
Un modelo de predicción, es un conjunto de algoritmos, ecuaciones y condiciones expresadas matemáticamente o en gráficos empíricos, que permiten predecir con algún grado de exactitud el comportamiento que tendrá la propagación de las ondas electromagnéticas portadoras de la información, en un ambiente y entorno geográficos específicos
Modelos Seleccionados para cálculo sobre terrenos lisos:
•Lee
•Okumura-Hata
•Walfish - Ikegami
Propagación Radioeléctrica
Modelo de Lee
Inte
nsid
ad d
e S
eñal
(dB
m)
Distancia desde Tx.
Propagación Radioeléctrica
Modelo de Okumura-Hata
Area Urbana:
Lp= 69.55 + 26.16 Log(fc) - 13.82 Log(hb) -a(hm) + (44.9 - 6.55.Log(hb)). Log(R) [dB]
Area Suburbana:
Lp=Lp(Urbana) - 2(Log(fc/28))2 -5.4 [dB]
Area Abierta:
Lp=Lp(Urbana) -4.78.(Log(fc))2 + 18.33.Log(fc)-40.94 [dB]
donde:
(1.1.Log(fc)-0.7).hm - (1.56.Log(fc)-0.8) para ciudades pequeñas
3.2.(log(11.75.hm)2 -4.97 para ciudades grandes y fc>400 MHz
8.29.(log(1.54.hm)2 -1.1 para ciudades grandes y fc 400 MHz
fc: Frecuencia en MHz
hb: Altura de la antena de la Estación Base
hm: Altura de la antena de la estación móvil
R: Distancia (Km)
a(hm) =
Propagación Radioeléctrica
Corrección por Análisis de Perfil
Condición sin Obstrucción
hbheLogg .20
Propagación Radioeléctrica
Corrección por Análisis de Perfil
Condición con Obsrucción
21
112
rrhv p
)(.20 vLhbheLogg
Propagación Radioeléctrica
Corrección por Análisis de Perfil
Atenuación en función del despeje Normalizado
L(v)
L= 0 dB para 1 v )62.05.0(20 vLogL para 0 v < 1
)5.0(20 95.0 veLogL para -1 v < 0
))38.01.0(1184.04.0(20 2 vLogL para -2.4 v < -1
vLogL 225.020 para v < -2.4
Propagación Radioeléctrica
Cálculo de Intensidad de Señal Recibida
Pr=Pt – Lfeed + Gant + G(,) – Lp – Kp + Gadic
Donde:Pr= Potencia recibida en el móvil con ganancia de antena unitaria.Pt=Potencia de Transmisión de la estación base.Lfeed= Pérdidas en combinadores + alimentador.Gant=Máxima ganancia de la antena transmisora.G(,)=Diferencial de ganancia en una dirección dada.Lp=Pérdida por propagación en función del modelo seleccionado.Kp=Factor de corrección por topografía.Gadic=Ganancia adicional para ajustes de la desviación promedio.