conceptos basicos de tecnologÍas de acceso a sistemas moviles. terminologia empleada amps: sistema...

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


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

http://web.bham.ac.uk/eee1roj8/wbe/this

http://web.bham.ac.uk/eee1roj8/wbe/wstats.htm

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.


Alcance Potencia

por canal

Tipo

> 1000 m.

10-50 WMacrocelda

<500 m. >120 mW

Microcelda

Interiores < 100 mW

Picocelda


MTX

PSTN

MS

RBS: RadiobaseMS: Estación MóvilMTSO,MTX: Centro de Conmutación de Servicios MóvilesPSTN: Red Pública de Telefonía

RBS

RBS

RBSRBS

Elementos Básicos


Conceptos Básicos

Celda

MTXRBS

RBS

RBSRBS

RBS

RBSRBS

Área de Servicio de MTX

Macro, Micro y Picoceldas


Alcance Potencia

por canal

Tipo

> 1000 m.

10-50 WMacrocelda

<500 m. >120 mW

Microcelda

Interiores < 100 mW

Picocelda


Sector vs. Omnidireccional

RBSRBS

Omnidireccional Sectorizada

335 cc356377398419440461482503524545566587608629650721742763

342 cc363384405426447468489510531552573594615636657728749770

349 cc370391412433454475496517538559580601622643664735756777

335356377398419440461482503524545566587608629650721742763784


Handoff

Celda A

Celda B

Móvil

RBS-A

RBS-B

Señaldeteriorada

Señal conmayor

potencia

MTX


Roaming

Celda A

Celda B

Móvil

RBSMTX-H

RBSMTX-V

Señaldeteriorada

Señal conmayor

potencia

MTX-H MTX-V

Planificación Celular

Bandas de Frecuencias

A B

333 333

1 313

333

334

354

Espectro Original

Canales de Control Dedicado

824 825 835

869 870 880

666

845

890

Espectro Extendido

A’A’

33

991

1023

A’’A’’ B’B’

50 83

717

667

716

799

546.5

891.5 894 MHz

849 MHzUP-LINK

DOWN-LINK


Grupos 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 G3

Control 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354

2 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375

3 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396

4 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417

5 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438

6 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459

7 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480

8 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501

9 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522

10 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543

11 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564

12 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585

13 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606

14 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627

15 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648

16 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 717 718 719

17 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740

18 741 742 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761

19 762 763 764 765 766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 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 H3

Control 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357

2 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381

3 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405

4 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429

5 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453

6 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477

7 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501

8 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525

9 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549

10 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573

11 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597

12 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621

13 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645

14 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 717 718 719

15 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 743

16 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765 766

17 766 767 768 769 770 771 772 773 774 775 776 777 778 779 780 781 782 783 784 785 786 787 788 789

18 789 790 791 792 793 794 795 796 797 798 799


Reuso de Frecuencias

A

A

A

A

A

A

A

22 jjiiN

i=2

j=1

N=7


Relación 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

SS

SLog

IC

.10

Condición: C/I > 18 dB


Expansión Celular

B

C

A

G

D

E

F

f

g

bc

d

e


Regiones de Transición

G1

G2

F1

D1

A2

D2

F3

E1

A3

E3

E2

D3

D2

D3

F2D1

D2A1

E3

G3

B2B1

B3E2

E1D3

D1

B

CB

E


Etapas 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 Radioeléctrica

Potencia 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

d

LogLfs4

*20donde:

Lfs=Perdida en espacio libre

d=distancia

=longitud de Onda


Multitrayectoria

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)


Ditribución 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

RM

S=-

50dB

m

CU

RVA

DE

RAY

LEIG

H

1% de la señal

por debajo de

-100 dBm


Antenas

•Ganancia

•Apertura Vertical y Horizontal

•Tilt (Eléctrico y Mecánico)


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


Modelo de Lee

Inte

nsid

ad d

e S

eñal

(dB

m)

Distancia desde Tx.


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) =


Corrección por Análisis de Perfil

Condición sin Obstrucción

hbhe

Logg .20



Condición con Obsrucción

2

1

1

12

rrhv p

)(.20 vLhbhe

Logg



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


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.

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