RCMV Tema 2.3 Concepto Celular

Radiocomunicaciones Mviles: T1. Fundamentos de los sistemas mviles 1

ndice

I. Introduccin

II. Fundamentos de la interfaz radio.

III. Arquitectura de los sistemas de comunicaciones mviles.

IV. Concepto celular

V. Planificacin y dimensionamiento.

VI. Aspectos operacionales


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I. Introduccin II. Fundamentos de la interfaz radio. III. Arquitectura de los sistemas de comunicaciones

mviles. IV. Concepto celular Justificacin y concepto bsico. Reutilizacin de frecuencias. Modelo geomtrico. Sectorizacin y divisin celular.

V. Planificacin y dimensionamiento. VI. Aspectos operacionales


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mviles. IV. Concepto celular Justificacin y concepto bsico. Reutilizacin de frecuencias. Modelo geomtrico. Sectorizacin y divisin celular.



Justificacin

El nacimiento de la telefona mvil no parta de un concepto celular.

Se usaba un sistema FDMA duplex (un radiocanal = 2 frecuencias) con: Una antena alta y de mucha potencia con tantos transceptores

como radiocanales se queran obtener. Con esto se cubra el enlace descendente.

Un enlace satlite que permitiera captar la seal del enlace ascendente.

La sealizacin era muy reducida.

Se saturaron muy rpido.


Justificacin

En 1947, D. H. Ring ide el concepto celular: Divisin de la zona de cobertura en clulas de tamao variable

segn el trfico. Reutilizacin de frecuencias. ndice de reutilizacin: nmero de

radiocanales ofrecidos / nmero de frecuencias disponibles.

A A

A A

B B

B B

C

C C

C

D D

D D

Cada estacin tiene k canales.

Canales totales: k4 (la MS debe tenerlos todos pero ahora su potencia ya es menor)

Radiocomunicaciones Mviles: T1. Fundamentos de los sistemas mviles

Concepto bsico de red celular

Clulas / celdas

Estacin base

Localizacin del usuario

Handover / handoff

Interferencia

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Ejemplo 1.8.

Se desea establecer una red con una nica antena en una zona circular de radio 10 Km en torno al centro de la ciudad. La probabilidad de bloqueo deseada es de 1%. Por limitaciones de espacio y tcnicas el mximo nmero de transceptores de esa antena es de 40. Si no hay canales dedicados a sealizacin y cada MS tiene un trfico de 25 mE:

1. Cul es la densidad de mviles mxima que puede soportar el sistema en mviles/km2? 2. Si queremos disear el sistema para 20 mviles/km2, cul sera la probabilidad de

bloqueo? 3. Si lo que queremos es mantener una probabilidad de bloqueo del 1% para 1 E/Km2,

cuntos canales seran necesarios?

Supongamos ahora que la zona se divide en clulas circulares de 1,5 Km de radio:

4. Si fuera posible reutilizar la frecuencia en clulas adyacentes, cuntos canales se utilizaran en total para 1 E/km2?

5. Supongamos ahora que debido a las interferencias esto no es posible, y su utilizan agrupaciones de 7 clulas. Cuntos canales son necesarios ahora? Cuntas veces se reutilizara cada frecuencia?


Caractersticas de las redes celulares

Requisitos: Gran capacidad, de varios miles

de abonados (o incluso millones). Uso eficiente del espectro:

licencias muy caras. Cobertura nacional. Adaptacin a la densidad de

trfico. Prestacin del servicio con

telfonos de pequeo tamao. Amplia gama de servicios. Calidad de explotacin similar o

superior a la red telefnica fija.

Facetas de la calidad global: Cobertura. Capacidad (n de usuarios). Movilidad. QoS.


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mviles. IV. Concepto celular Justificacin. Reutilizacin de canal. Modelo geomtrico. Sectorizacin y divisin celular.



Introduccin

Actividad compleja con muchos factores. Los ms destacados son: Cobertura radioelctrica. Limitacin de frecuencias. Movilidad de los usuarios. Distribucin del trfico. Introduccin de nuevos servicios. Balance econmico.

Tareas: Desarrollo de modelos de trfico, movilidad y hbitos de consumo. Eleccin del tamao y tipo de clulas. Diseo de la red o malla celular. Eleccin de los sistemas radiantes. Ajuste de ubicaciones de BS. Determinacin de cobertura bsica y tratamiento de puntos dudosos y

especiales. Medidas radioelctricas (y apoyo al ajuste de ubicaciones). Asignacin de frecuencias a cada BS. Evaluacin de SIR propia. Reajustes. Evaluacin SIR total. Reajustes. Planes de interconexin y transmisin entre estaciones base y controladores y

centros de conmutacin.

La planificacin inicial parte de hiptesis sencillas y un modelo geomtrico simple, por lo que es terico informacin preliminar que sirve de patrn para el despliegue. Se consideran elementos elctricos iguales y terreno homogneo.


Geometra de las redes celulares

Si la BS tiene antena omni zona de cobertura circular para una primer planificacin se utilizan aproximaciones con polgonos: Tringulo: Cuadrado: Hexgono: El hexgono es el de mayor rea.

La geometra celular proporciona: Ubicaciones. Datos necesarios para los clculos de interferencias, tamao

de la agrupacin y distancia de reutilizacin.


Modelo geomtrico Modelo geomtrico derivado del hexgono: retcula de

planificacin.

Nodos situados en:

u = id

v = jd

dist(P,Q) = (i2 + j 2 + i j)d2 i = m kj = n l

Con P(m,n) y Q(k,l) la distancia entre dos puntos P y Q es:


Agrupamiento de clulas (clustering)

Dd

2

= m2 + n2 + m n = N

A los valores de N que cumplen esta condicin se les llama nmeros rmbicos.

m n N

0 1 1 1 -1 -1 2 0

2 1 2 3 2 3 2 3

4 3 7

13 3 7

12 9

f1 f2

f3

f4 f5

f6 f7

f1 f2

f3

f4 f5

f6 f7

f1 f2

f3

f4 f5

f6 f7

D es la distancia de reutilizacin, que es la distancia entre estaciones base que transmiten a la misma frecuencia, por lo que es til para calcular las interferencias cocanal.

Sistemas limitados por interferencia mnimo SIR aceptable (relacin de proteccin) distancia de reutilizacin clustering.


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Agrupamiento de clulas (clustering)

N coincide con el nmero de celdas que tiene un cluster, por lo tanto:

En la geometra hexagonal se cumple que D/R viene determinado nicamente por el nmero de celdas que tiene un patrn:

Dd

2

= N D2 = Nd2

Scluster = NScel

Dd

2

= N

DR

= 3N

D/R es un factor muy importante para determinar la interferencia cocanal.


Resumen del modelo geomtrico 1. rea de un hexgono:

2. Nmero de celdas de un cluster (N), tiene que cumplir:

3. Superficie del cluster:

4. Relacin entre la distancia de reutilizacin y el radio celular:

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Dd

2

= m2 + n2 + m n = N

Scluster = NScel

DR

= 3N


Ejemplo de cluster N = 13: m = 1 (un hexgono a la derecha), n = 3 (tres hacia "arriba").

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Ejemplo 1.9

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A un operador de telefona mvil se le ha otorgado un ancho de banda total de 33 MHz, en los que utiliza un sistema FDD celular. Cada radiocanal est formado por dos canales simplex de 25 KHz para proporcionar acceso full-duplex ms canales de control. Calcular el nmero de canales disponbiles en cada clula si el sistema utiliza patrones de reutilzacin de (a) 4 clulas, (b) siete clulas, (c) 12 clulas.

Si 1 MHz del total de ancho de banda debe ser utilizado para canales de control, determinar la distribucin equitativa de canales de control y de canales de voz en cada clula para los tres casos anteriores


Reutilizacin de canal

En la planificacin el parmetro de entrada suele ser el radio de la clula R (calculado con el balance de enlace y el dimensionamiento del trfico) :

Por ejemplo, para 7 clulas: D = 4,6R.

Si el rea total a cubrir es ST, el nmero de clusters ser:

Q tambin es el ndice reutilizacin, por lo que si el nmero de canales asignados a la red es k, la red dispondr de Qk canales en total.

D2 = 3R2N N = 13DR

2

Q = ST3D2 2

+1


Reutilizacin de canal en sistemas CDMA

En los sistemas CDMA, el acceso mltiple (UL) y la multiplexacin (DL) se llevan a cabo mediante cdigos diferentes.

Todas las clulas pueden utilizar la misma frecuencia.

Para separar usuarios dentro de la misma clula es habitual utilizar cdigos CDMA ortogonales.

Para disminuir la interferencia intercelular, todas las comunicaciones de una clula son adems codificadas mediante un cdigo no-ortogonal.

En este caso, la distancia de reutilizacin vale uno. 19


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mviles. IV. Concepto celular Justificacin. Reutilizacin de frecuencias. Modelo geomtrico. Sectorizacin y divisin celular.



Divisin Celular

Al establecer un sistema celular: Poca demanda de trfico cobertura, clulas de gran tamao. Pocas interferencias.

Al crecer el nmero de usuarios: Necesidades de capacidad. Ms canales por clula se divide la clula en otras ms pequeas y as, para

una densidad de trfico dada y un nmero de canales dado, el trfico ofrecido es menor y baja la prob. de bloqueo.

As las redes celulares se adaptan. Primera divisin: sectores. Segunda divisin y resto: mitades,

Se reduce R a la mitad. Se multiplica por cuatro, aproximadamente, el nmero de clulas. Aumenta la capacidad en un factor de 4. Se requiere mayor precisin en las ubicaciones. Aumenta la probabilidad de trnsito. Ms trfico de sealizacin. Aumento de los costes.


Cobertura sectorizada Si no usamos antenas omnidireccionales, dividimos cada clula en

sectores, y le asignamos una antena con directividad adecuada.

Vector de directividad: marca la direccin del lbulo principal.

Se denominan N/M: N nmero de emplazamientos y M nmero total de clulas por agrupacin (llamando ya clulas a los sectores).

En un solo emplazamiento obtenemos 3 (o ms) sectores.

Es beneficioso en trminos de interferencia.

Cmo es el diagrama de radiacin?


Ejemplo 21/7

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Ejemplo de divisin celular

Se comienza con 7 clulas grandes de 500 Km2 y un radio aproximado de 14 Km. Primera fase: sectorizacin en tres sectores por clula. Segunda fase: divisin por mitades.

Tamaos: Macroclulas. Microclulas. Picoclulas. Femtoclulas.

Las clulas grandes pueden seguir teniendo sus frecuencias (a modo de clula paraguas), y asignar nuevas frecuencias a las clulas pequeas: estructura multicapa que proporciona mayor flexibilidad.

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