proiect avram
TRANSCRIPT
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Figura 1. Harta amplasării celulelor şi repartizarea celulelor în cluster
2.6 Calculăm distanţa de reutilizare a frecvenţei după 2 metode
12
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
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]
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
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