proiect avram

23
MINISTERUL EDUCAŢIEI AL REPUBLICII MOLDOVA UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI FACULTATEA RADIOELECTRONICĂ ŞI TELECOMUNICAŢII CATEDRA RADIOCOMUNICAŢII Proiect de an la disciplina “Reţele inteligente de comunicaţii” Tema: Proiectarea unei reţele inteligente celulare de comunicaţii mobile

Upload: gaidau-radu

Post on 08-Aug-2015

418 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Proiect AVRAM

MINISTERUL EDUCAŢIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI

FACULTATEA RADIOELECTRONICĂ ŞI TELECOMUNICAŢII

CATEDRA RADIOCOMUNICAŢII

Proiect de an

la disciplina “Reţele inteligente de comunicaţii”

Tema: Proiectarea unei reţele inteligente celulare de comunicaţii mobile

A elaborat:st. gr. IMTC-081 FR Matiuţa Constantin

A verificatconf. univ. dr Avram Ion

Chişinău 2012

Page 2: Proiect AVRAM

Cuprins

1. Sistemul GSM – 1800

1.1. Reţele GSM – 1800.Introducere.

1.2. Dezvoltarea sistemului GSM

1.3. Parametrii tehnici principali ai sistemului GSM

2. Proiectare unei reţele inteligente de comunicaţii mobile

2.1 Calculăm numărul total de canale în reţea

2.2 Calculăm numărul de celule într-un cluster

2.3 Repartizăm canalele în celule conform metodei tabelare

2.4 Calculam numarul de canale de trafic intr-o celula cluster

2.5 Repartizarea celulelor în cluster

2.6 Calculăm distanţa de reutilizare a frecvenţei după 2 metode

2.7 Reprezentarea planului de frecvenţe

3. CONCLUZIE

4. BIBLIOGRAFIE

2

Page 3: Proiect AVRAM

1.Sistemul GSM – 1800

1.1. Reţele GSM – 1800.Introducere.

GSM-1800 (DCS-1800) - Global System for Mobile Communications - Sistem Global de

Comunicaţii Mobile. Acesta este un standard digital cu o gamă de frecvenţe 1710-1880

MHz.Modificarea a GSM-900. Caracteristicile speciale ale acestui standard sunt enumerate mai

jos:

1. Puterea maximă radiată de telefonul mobil în GSM-1800 - 1W (pentru comparaţie cu GSM-

900 - 2W) de înaltă protecţie împotriva interceptării şi utilizarea ilegală a numerelor.;

2. Capacitatea reţelei mare, ceea ce este important pentru oraşele mari;

3. Distanţa maximă de la staţia de bază până la abonatul - 5-6 km.

4. Codificare sistem de semnalizare şi de utilizare a cartelei SIM este similar cu standardul

GSM-900.

Standardul GSM este strâns legat cu toate standardele moderne de reţele digitale, în special

cu ISDN (Integrated Services Digital Network) şi IN (Inteligent Network). Principalele

elemente funcţionale ale GSM sunt acum incluse în elaborarea unui standard internaţional de

comunicaţii mobile globale UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

La începutul anilor 1980 a început o dezvoltare rapidă a sistemelor celulare analogice de

comunicaţii mobile a Europei, în special în Scandinavia, Marea Britanie, Franţa şi

Germania.Fiecare ţară şi-a dezvoltat propriul sistem, care era absolut incompatibil cu altul atât

în echipament cât şi în serviciile oferite. Prin urmare, fiecare ţară îşi folosea echipamentul

numai în cadrul graniţelor sale naţionale, având o piaţă de desfacere foarte limitată. Astfel, a

devenit necesar pentru a crea un standard unic european. În 1982 CEPT (Conferinţa Mesaje

europene şi Telegraf), în scopul de a studia şi de a dezvolta un sistem pan-european de telefonie

mobilă celulară de utilizare în comun a creat un grup de lucru, cunoscut sub numele de GSM

(Groupe Special Mobile) Sistemul elaborat trebuia să îndeplinească următoarele criterii:

1. Transmisie de înaltă calitate a datelor de tip voce;

2. Preţ redus de echipament şi a serviciilor oferite;

3

Page 4: Proiect AVRAM

3. Capacitatea de a sprijini echipamentul mobil al abonatului;

4. Suportul de noi servicii şi echipamente;

5. Eficienţă spectrală;

6. Compatibilitate cu ISDN;

7. Suport pentru servicii internaţionale de roaming, posibilitatea abonatului de a utiliza

telefonul mobil atunci când se mută la o altă reţea GSM;

1.2. Dezvoltarea sistemului GSM

Apariţia şi dezvoltarea GSM a devenit necesară deoarece sistemele de comunicaţii mobile ale

anilor 1980÷1990 (NMT, AMPS, TACS etc. denumite şi sisteme de comunicaţie mobilă de

generaţia 1) nu mai reuşeau să facă faţă cererii de mijloace de comunicaţie în domeniu şi nici

solicitărilor la care erau supuse din partea noilor servicii, în special a celor de transmisii de

date. Pentru a face faţă noilor solicitări şi ţinând seama de progresele realizate în tehnicile de

comunicaţie şi în tehnologia circuitelor, pentru realizarea GSM s-a apelat la prelucrarea digitală

(numerică) a semnalelor. Aceasta oferă numeroase avantaje tehnice în raport cu tehnicile de

prelucrare a semnalelor folosite de sistemele de generaţia 1 de comunicaţii mobile. În acest mod

GSM se încadrează, împreună cu alte sisteme de comunicaţii, în generaţia a doua de sisteme de

comunicaţie.

Principalele etape în dezvoltarea GSM sunt:

1979 - Alocarea domeniilor de frecvenţă pentru serviciul de comunicaţii celulare;

1982 - Constituirea grupului GSM;

1986 - Formarea grupului permanent GSM;

1989 - GSM devine comitet tehnic în ETSI;

1990 - Faza 1 de standardizare GSM şi începe procesul de definire pentru DCS 1800;

1991 - Intră în funcţiune experimentală primul sistem GSM;

1992 - Începe faza comercială de exploatare a sistemului GSM;

1993 - Sunt acoperite cu reţele GSM marile oraşe din vestul Europei;

- GSM depăşeşte graniţele Europei, fiind adoptat în Australia;

- Primul sistem DCS 1800 devine operaţional în Marea Britanie;

1995 - Sunt realizate acoperiri extinse şi coridoare de comunicaţie;

4

Page 5: Proiect AVRAM

1996 - Se definitivează standardele GSM faza 2;

-În România intră în exploatare două reţele GSM 900;

1997 - Continuă lucrările de standardizare pentru faza 2+ şi pentru încadrarea

sistemelor GSM în sistemul de telecomunicaţii mobile universal UMTS.

2000 - În România intră în exploatare o reţea GSM 1800 (DCS 1800).

Astfel, GSM s-a dezvoltat în trei etape principale, denumite faza 1, faza 2 şi faza 2+. În

faza 1 s-au pus bazele funcţionale ale GSM, fiind oferite servicii de transmisii de voce şi de

date pe circuite comutate, cu viteze de transmisie de până la 22,8 kbit/s etc. Faza 2+ a însemnat

îmbogăţirea conţinutului de servicii oferit de GSM care, în faza iniţială oferea doar servicii de

comunicaţie vocală şi servicii de transmisii de date pe canal de utilizator, cu viteze de ordinul a

9,6 kbit/s. Prin introducerea în exploatare a specificaţiei GSM pentru faza 2+ au devenit

operaţionale o serie de facilităţi şi servicii care vor fi preluate şi de către UMTS:

1.transmisii de date comutate în mod circuit, de mare viteză;

2.codec "full rate";

3.facilităţi de reţea inteligentă;

4.servicii ASCI;

5.cartele SIM cu pachete de servicii prestabilite;

6.suport pentru optimizarea rutării.

Deoarece GSM realizează prelucrarea şi transmiterea semnalelor în formă digitală, se

poate oferi o serie de servicii de transmisii de date cu diferite viteze, pe un canal alocat

transmisiei vocale. Aceste transmisii se pot realiza pentru utilizatorii POTS, ISDN, PSPDN şi

CSPDN, cu folosirea unor metode şi protocoale de acces adecvate cum sunt X25 sau X32.

Serviciile de transmisii de date oferite de GSM în faza 1 de dezvoltare sunt:

1.serviciul facsimil;

2.servicii asincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de transmisie de 300,

1200, 2400, 4800, 9600 biţi/s precum şi 1200/75 biţi/s;

3.servicii sincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de 1200, 2400, 4800 sau

9600 biţi/s;

4.servicii de transmisii asincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 300,

1200, 2400, 4800, 9600 biţi/s sau 1200/75 biţi/s;

5

Page 6: Proiect AVRAM

5.servicii de transmisii sincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 2400,

4800 sau 9600 biţi/s.

Generaţia 2+ a GSM reprezintă în concepţia europeană o punte de trecere către reţelele

de comunicaţii mobile digitale terestre, mai complexe şi cu posibilităţi sporite, de generaţia a

treia, 3G. În sistemele 2+, se introduc trei tipuri noi de sisteme, derivate şi compatibile GSM:

1. GPRS,

2. HSCSD,

3. EDGE.

1.3. Parametrii tehnici principali ai sistemului GSM

O reţea de comunicaţie conţine reţeaua propriu-zisă şi utilizatorii acestei reţele. În caz

particular, reţeaua de comunicaţie poate fi GSM . Utilizatorii se conectează la reţea cu

echipamente specifice, de utilizator, denumite în cazul GSM ca echipamente mobile.

Utilizatorii pot să comunice între ei doar prin intermediul reţelei şi nu direct. În cazul cînd

utilizatorul 1 comunică cu utilizatorul 2, ambii fiind conectaţi la reţeaua GSM. În cazul în care

reţelele de comunicaţii acceptă conectarea între ele, un utilizator dintr-o reţea poate comunica

cu un utilizator din altă reţea. Această “altă” reţea poate fi o reţea GSM, o reţea telefonică, o

reţea de transmisiuni de date etc. În această situaţie este necesar ca între cele două reţele să se

realizeze o punere de acord a modului de transmisie precum şi a semnalizărilor folosite.

O legătură a unui utilizator cu o reţea de comunicaţie se face printr-un canal de

comunicaţie. În cazul comunicaţiei bilaterale, adică în situaţia în care fiecare dintre utilizatori

poate să şi transmită şi să şi recepţioneze în acelaşi interval de timp, pentru realizarea unei

comunicaţii sunt necesare două canale. Aceasta este situaţia în cazul reţelelor telefonice, al

reţelelor GSM etc. Fiecare reţea este compusă din mai multe entităţi constructive sau elemente

constructive, cu funcţiuni specifice în cadrul reţelei. Utilizatorii comunică cu reţeaua la care

sunt conectaţi.

Sistemul de comunicaţii mobile GSM este realizat în trei variante constructive care se

deosebesc între ele, în funcţie de banda de frecvenţe în care funcţionează. Cele trei variante

constructive sunt:

GSM 900, cu două subvariante, P şi E; 6

Page 7: Proiect AVRAM

GSM 1800, cunoscut şi sub denumirea echivalentă de DCS 1800;

GSM 1900, cunoscut şi sub denumirea echivalentă de PCS 1900.

Tabelul 1. 1 Parametrii tehnici principali ai sistemelor de radiocomunicaţii digitale din familia

GSM

Caracteristici GSM

900 P

GSM

900 E

GSM 1800 GSM 1900

Benzi de emisie

[MHz]

Staţia

de bază

935÷960 921÷960 1805÷1880 1930÷199

0II

Staţia

mobilă

890÷915 876÷915 1710÷1785 1850÷191

0II

Separare duplex [MHz] 45 45 95 80

Banda canalului RF [kHz] 200 200 200 200

Număr canale RF 124 174 374 298

Modul de acces TDMA/

FDMA

TDMA/

FDMA

TDMA/

FDMA

TDMA/

FDMA

Canale vocale pe o purtătoare

RF 8I 8I 8I 8I

Număr canale vocale 992 1492 2992 2384

Codare semnal vocal RPE /

LTP

RPE /

LTP

RPE / LTP RPE / LTP

Tipul de modulaţie GMSK GMSK GMSK GMSK

Viteza de transmisie pe canal

RF [kbit/s]

270,833 270,833 270,833 270,833

Viteza de transmisie pe canal

vocal [kbit/s]

13 13 13 13

Viteza de ieşire la vocoder

[kbit] 22,8V 22,8V 22,8V 22,8V

Durata unui cadru [ms] 4,615 4,615 4,615 4,615

Puterea maximă [W] / Staţia 320 / 3 320 / 3 20 / 20; 10; 20 / 20; 10;

7

Page 8: Proiect AVRAM

trepte de putere de

bază

dB min

2,5IV

dB min

2,5IV

5; 2,5IV 5; 2,5IV

Staţia

mobilă

20 / 20;

8; 5; 2;

0,8

20 / 20;

8; 5; 2;

0,8

1 / 1; 0,25 1 / 1; 0,25

Raza maximă a celulei [km] 35III 35III 20 20

2. Proiectare unei reţele inteligente de comunicaţii mobile

Facem verificarea pentru a vedea dacă în ambele benzi de frecvenţă pot fi formate acelaşi

număr de canale simplex

│∆F1│=│∆F2│

ME→BS│∆F1│=│1765 - 1715│=50 MHz

BS→ME│∆F2│=│1860 - 1810│=50 MHz

│50│=│50│

2.1 Calculăm numărul total de canale în reţea

N=

ΔF 1

Δf c=ΔF2

Δf c (1)

N=50

0,2=250 (canale )

Doar pentru sistemul GSM din totalitatea de canale se ia un canal pentru banda de

protecţie a sistemului

Ntr=N – 1=250 – 1=249 (canale de trafic)

8

Page 9: Proiect AVRAM

2.2 Calculăm numărul de celule într-un cluster

k=i2+ij+ j2 (2)

k=32+3∙0+02=9(celule)

Cluster este un gup de celule in care se utilizeaza doar o singura data toate canalele din

sistem.

2.3 Repartizăm canalele în celule conform metodei tabelare

Există mai multe algoritme de repartizare a canalelor în celule, dintre care cel mai des se

utilizează - algoritmul de alocare fixă a canalelor între celule, ce constă în aceea că toate

canalele de trafic pe teritoriul unei celule într-un moment de timp pot fi ocupate, în acest caz la

apariţia unui apel el primeşte refuz chiar dacă în celulele vecine pot fi canale libere. Avantajul

metodei tabelare este că alocarea canalului la cerere este cea mai rapidă faţă de alte algoritme.

Tabelul 1 Repartizarea canalelor în seturi pe celule

1 2 3 4 5 6 7 8 91 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18  20                29                38                47                56                65                74                83                92                101                110                119              

9

Page 10: Proiect AVRAM

  128                137                146                155                164                173                182                191                200                209                218              

226 227 228 229 230 231 232 233 234235 236 237 238 239 240 241 242 243244 245 246 247 248 249      

2.4 Calculam numarul de canale de trafic intr-o celula cluster

Numărul de canale ce revine fiecărei celule,care este 1.26 canale. Dacă numărul de canale

dintr-o celulă nu este întreg, atunci în unele celule vor utiliza 28 canale, iar cele rămase vor

utiliza cîte 27 canale.

Adica in celulele 1 – 6 ale clusterului vor fi cîte 28 de canale, iar în celulele 7–9 ale clusterului

vor fi cîte 27 de canale.Setul de canale 2 conţine canalele: 2, 11, 20, 29, 38,

47,56,65,74,83,92,101,110,119,128,137,146,155,164,173,182,191,200,209,218, 227,236,245.

M=

N trk

M=2499

=27 ,6 (canale in celula ) (3)

2.5 Repartizarea celulelor în cluster

Repartizarea celulelor în clustere se realizează cu ajutorul lui „i” şi „j”

1. Se alege o celulă de pe teritoriul acoperit cu celule şi acestei celule i se atribuie

un set de canale şi un număr.

2. Pentru a afla poziţia celulei cu acelaşi set de canale numai că din alt cluster avem

nevoie de i şi j.

10

Page 11: Proiect AVRAM

3. Se deplasează perpendicular pe fiecare latură a celulelor vecine cu i unităţi şi

contra acelor de ceasornic sub un unghi de 600 cu j unităţi.

4. Procedura se termină atunci când toate celulele au primit câte un set de canale.

5. Pe teritoriul acoperit se formează grupuri de celule numite clustere a căror hotare

se indică cu o linie mai accentuata.

Notă: În celulele vecine nu se permite utilizarea seturilor de canale vecine,între celulele cu

setul iniţial de canale nu trebuie sa existe celule ce nu au primit un set de canale şi nu

trebuie să existe celule ce au primit două sau mai multe seturi de canale.

11

Page 12: Proiect AVRAM

Figura 1. Harta amplasării celulelor şi repartizarea celulelor în cluster

2.6 Calculăm distanţa de reutilizare a frecvenţei după 2 metode

12

Page 13: Proiect AVRAM

Pentru repartizarea celulelor se alege o oarecare celulă de pe suprafaţa ce trebuie acoperită

şi acestei celule i se atribuie un oarecare set de canale.

Cele mai apropiate 6 celule a celor 6 clustere din jurul clusterului cu celula iniţială ce vor

utiliza acelaşi set de canale se determină prin deplasarea din centru celulei iniţiale perpendicular

pe fiecare din laturile celulei iniţiale cu i unităţi (o unitate este distanţa dintre centrele a 2 celule

vecine), apoi cu un unghi pozitiv (contra acelor ceasornice) de 60° se deplasează cu „j” celule.

Astfel celulei obţinute „i” se atribuie acelaşi set iniţial de canale.

Apoi se alege o altă oarecare celulă ce se află între celulele ce au primit deja un set de

canale şi se repetă principiul de repartizare a celulelor în cluster şi în afara lui. Acest proces

continuă pînă cînd toate celulele vor conţine cîte un set de canale şi nu vor exista spaţii libere

între celule.

Pentru a evita interferenţa canalelor, oricare două celule vecine, nu trebuie să aibă seturi de

canale vecine.

D=R √3k ( km ) (5)

D=4√3⋅9=4⋅3√3=12√3 ( km )

D=R √3 [( x1−x2)2+(x1−x2) ( y1− y2)+ ( y1− y2)2] (6)

P1 (x1 , y1)=(2 ;4 )

P2 (x2 , y2 )=(5 ;1 )

D=4√3 [ (2−5 )2+(2−5 )⋅(4−1 )+(4−1 )2 ]=4√3 [ 9−9+9 ]=4√3⋅9 =4⋅3√3=12√3 ( km )

13

Page 14: Proiect AVRAM

2.7 Reprezentarea planului de frecvenţe

Figura 2.

Planul de frecvenţe, canalul duplex şi setul de canale 2 sunt arătate frecvenţele de emisie şi

recepţie ale canalului 2 şi diferenţa dintre aceste frecvenţe,care este de 95MHz.

Unde:

ΔF d− distanţa în frecvenţă între purtătoarele canalelor simplex în canalul duplex,

Δf pME−BS , Δf p

BS−ME− sunt frecvenţele purtătoare pentru fiecare canal;

Ntr – numarul de canale de trafic disponibile in retea;

K – numarul de celule intr-un cluster;

M – numarul de canale folosite intr-o celula a clusterului;

14

ME BS

fp1 = 897.5 [MHz]

ME BS

fp2 = 897.7 [MHz]

ME BS

fp3 = 897.9 [MHz] ME BS

ME BS fp62 = 907.7 [MHz]

fp4 = 898.1 [MHz]

BP1 0.5 canal x 0.2 [MHz] = 0.1 [MHz] – nu se utilizeaza

BP 2

ME BS 897.3 910 f [Mhz]

                                                                        BS        ME                   

                                                                         fp1                  = 942.5 [MHz]

                                               BS        ME                  

                                                                                                                                                     fp2                 = 942.7 [MHz]            0.5 canal x 0.2 [MHz] = 0.1 

                                                                                                                                                                                                                       [MHz] – nu se utilizeaza 

                                                   BS        ME       

                                                                                                                              fp3                 = 942.9 [MHz]

                                                                   BS        ME 

                                                                                                                   fp4           =943.1  [MHz]

                                                                                                                                                                                                              BS      ME

                                                                                                                               BP1                                                                                         fp62              = 954.7 [MHz]

                                                                                                                                                                                                                       BP2                               

                                                                                   942.3                                                                                                    f[MHz]

1 2 3 462

1 2 3 4 62  BS        ME

                                                                                                                                                   f[MHz] 

Canalduplex

4 4    Fd=45 [MHz]

Page 15: Proiect AVRAM

N – numarul de canale de trafic intr-o retea;

F1 – reprezinta banda de frecventza pe care ME face legatura cu BS;

F2 – reprezinta banda de frecventa pe care BS face legatura cu ME;

D – distanta de reutilizare a frecventei dintre doua clustere vecine;

R – raza celulei;

x1 si y1 – sunt coordonatele unei celule care se afla într-un cluster;

x2 si y2 – sunt coordonatele unei celule a unui cluster vecin .

3. CONCLUZIE

Efectuând acestă lucrare am făcut cunoştinţă cu sistemul GSM – 1800, cu apariţia, evoluţia şi

funcţionarea lui, cu avantajele şi dezavantajele acestui sistem faţă de altele.Am observat că

principiul de amenajare şi funcţionare a unei reţele de tipul lui GSM – 1800 nu difera în mare

parte de sistemul GSM – 900 şi anume:

1. Puterea maximă radiată de telefonul mobil în GSM-1800 - 1W (pentru comparaţie cu GSM-

900 - 2W) de înaltă protecţie împotriva interceptării şi utilizarea ilegală a numerelor.;

2. Capacitatea reţelei mare, ceea ce este important pentru oraşele mari;

3. Distanţa maximă de la staţia de bază până la abonatul - 5-6 km.

În partea a doua a lucrării am proiectat o reţea inteligentă de comunicaţii mobile. Am

construit celule şi după datele iniţiale am format clustere.Am aflat numărul celulelor în fiecare

cluster şi respectiv setul de canale pentru fiecare celulă.Am calculat distanţa de reutilizare a

frecvenţei şi am observat că poate fi calculată după două metode.

15

Page 16: Proiect AVRAM

4. BIBLIOGRAFIE

1. Ilie Andrei (2006), Tehnica transmisiei informaţiei, Bucureşti: Editura Printech

2. Tatiana Rădulescu (2002), Reţele de telecomunicaţii, Bucureşti: Editura Thalia

3. Ion Bossie, Mircea Wardalla (1997), Măsurări speciale în telecomunicaţii, Bucureşti:

Editura Romtelecom.

4. Guran Marius (2001),Sistem de indicatori pentru evaluarea stării societăţii

informaţionale.Studiu cuprins în Proiectul prioritar “Societatea Informaţională – Societatea

cunoaşterii” al Academiei Române

5. Adrese INTERNET :

www.en.wikipedia.org/wiki/Telephone _exchange , 05.05.2009

www.networkdictionary.com/telecom/pstn.php , 10.05.2009

www.en.wikipedia.org/wiki/Telephone_exchange , 21.05.2009

http://www.catvservice.com , 06.05.2009

http://www.arrl.org/tis/info/catv-ch.html , 17.05.2009

16