Comunicaciones Móviles Digitales - OCW...

Comunicaciones móviles digitales Introducción 1

Comunicaciones Móviles Digitales1. Introducción.

Evolución, Elementos y técnicas.Modelos de propagación y tráficoSistemas de Radiotelefonía Móvil Privada. (PMR). Sistema TETRA.Planificación Celular.

Prácticas.1. Análisis espectral de las bandas para comunicaciones móviles.

Identificación de Sistemas y técnicas2. Caracterización de equipos de transmisión y medidas de propagación

en comunicaciones móviles.Bibliografía.

Comunicaciones móviles digitales. Rafael Herradón. EUITT, 2005Comunicaciones Móviles J. M. Hernando., 2ª ed. C.E. Ramón Areces, 2004.Guiones de prácticas.Material auxiliar en la plataforma Moodle


Crecimiento exponencial.Nº de usuarios. Celular: 1990: 11 millones 2008:3000 millones.GSM: 2500 millones. Supera a las líneas fijas.

Transmisión de SMS

Aspectos Generales. Evolución

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1999 2000 2001 2002

Mill

ones

de

SM

S

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Nº móviles

Móviles GSM-3GSM


Radiocomunicación: Marconi 1900.Sistemas de Telefonía móvil clásicos. PMR, Paging --> Trunking.Celulares

Evolución Tecnológica.

Trunkinganalógico

TETRA

CordlessCT-0-1

CT-2 CT-3

DECT/PHS

NMT

MÓVILSATÉLITE

UWC136 Cdma 2000 (WCDMA) UMTS(IMT-2000)

AMPS

DAMPSIS-54, IS 136

PCS 1800IS-95 (CDMA)

GSM 1800GPRS/EDGE

GSM 900

IEEE 802.11HIPERLAN


Transmisión de datos. Servicios multimediaSMS ----->, ¿3ª generación?HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)GPRS (General Packet Radio System). EDGE.UMTS, HSDPA, 4ª generación (2010)WLAN: IEEE 802.11 Hiperlan

Evolución Tecnológica.

10 k

100 k 64 k

1 M 2 M

1 k 1998 2000 2002 2004 tiempo

EDGE

UMTS UMTS

GPRS

GPRS

HSCSD HSCSD

9.6 9.6

SMS SMS

14.4 14.4

circuitos

paquetes

20 0 6

10 M

HSDPAHSPA

4ª GENERACIÓN

2008 2010

Vel

ocid

ad b

inar

ia k

b/s


Espectro es un recurso escasoAsignación de servicios por la UIT en las CAMR. Zona I, II y III. Atribución, a operadores y tecnologías por los gobiernos.

Bandas de frecuencia.

USA

1900 2000 2100 2200

Asignación UIT para 3G

ropaEu

Japón

1885 2025

IMT 2000

UMTSDECT MSS

1880 1980

MSS

MSSIMT 2000

PHS

PCS

2010

IMT 2000

MSSUMTS

MSSReserved

MSSIMT 2000

2160

2110

1895

19182170

2170

17001500 1800

GSM 1800

1710 17851805

1400 950

PDC

1429 1453

1477 1501

...... ..

850

GSM 900

PDC

810 826

940956

824 869

880915

925960

5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700

5350 5470 5725 5150

Hiperlan Hiperlan

53505150

U-NII

5825725

U-NII

5

52505150

High Speed Wireless Access

...

2400 2500

2412

2410

2483

2480

2462 IEEE 802.11

Home RF Bluetooth

IEEE 802.11

2472

2402

2480 2402

2473-95


Up Link MS BS Down link BS MSSistemas Celulares

Analógicos 824 - 849 MHz 869 - 894 MHz

EE.UU. 824 - 849 MHz 1850 -1910 MHz 869 - 894 MHz 1930 -1990 MHzGSM 880 - 915 MHz 1710 -1785 MHz 925 - 960 MHz 1805 -1880 MHz

UMTS 1920 -1980 MHz TDD: 1900-1920 2010-2025 MHz 2110 -2170 MHz

Sistemas TroncalesTETRA 380-385 MHz P 410 –470 MHz 390-395 MHz P 410 -470 MHz

Teléfonos sin Hilos (TDD)CT2 864/868 MHz 944/948 MHz

DECT 1880-1900 MHz

WLAN/ PAN (TDD)Bluetooth 2,402-2,480 GHz : 79 canales FH (*España: 2,447 – 2,473 GHz, Francia, Japón)

IEEE 802.11 b América (12 canales): 2,41-2,462 GHz : Europa (13 canales): 2,412 – 2,472 GHzIEEE 802.11 a LB: 5,150-5,250 GHz; MB: 5,250-5,350 GHz; UB: 5,725-5,825 GHzHIPERLAN 2 LB: 5,150-5,350 GHz; MB: 5,470-5,725 GHz; UB: 5,725-5,875 GHz

Bandas de frecuencia.


Elementos y Técnicas en los S. Móviles Digitales

Objetivos Proporcionar determinados servicios.

Telefonía, televisión, datos, multimedia (voz, textos, imágenes y datos)con la mayor calidad y fiabilidad posible .

QoS (Quality of Service): velocidad, retardos, tiempos de espera.Calidad de la comunicación:

Analógicos: Relación Señal a ruido, S/N Digitales: Tasa de bits erróneos, BER

Disponibilidad: Porcentaje de tiempo en que se puede establecer la comunicación

a un coste aceptableAbaratamiento

TerminalesServicios.

Sistemas complejos:Aspectos de Red. Conmutación, Interfaces, Señalización.Aspectos de Sistemas de Transmisión. Elementos RF, Propagación,...


Modelo de red

Aplicación7

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

6

5

4

3

2

1

Capa

Interfaz

Interfaz

Host A

Nombre de la unidad de intercambio

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace

Física

Host B

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

Paquete

Trama

Bit

Protocolo de presentación

Protocolo de aplicación

Protocolo de sesión

Protocolo de transporte

Subred de comunicaciones

Red Red

Enlace Enlace

Física Física

Router Router

Protocolos Host-Router

Protocolos internos


Modelo de red

OSI (Open Systems Interconexion). Estructura de capas (layers):Capa física. Transmisión de bits sobre el medio de comunicación. Describe las características eléctricas y mecánicas de la comunicación.Capa de enlace de datos (data link layer DLC). Proporciona una transmisión de datos segura, mediante la estructuración en bloques (tramas), y control de su transmisión (flow control).Capa de red. Realiza el “enrutado” y direccionamiento de paquetes de datos entre los puntos de origen y destino de la comunicación (routing).Capa de transporte. Transporte de datos end-to-end, mediante segmentación y reensamblado de mensajes y control del flujo. Enlace entre las capas dependientes del tipo de red (1-3) y las independientes (5-7).Capa de sesión. Controla la comunicación a nivel de terminales, incluyendo funciones de identificación de los mismo, tarificación, etc.Capa de presentación. Transforma las estructuras de datos en un formato estándar. Proporciona también servicios de compresión y encriptado.Capa de aplicación. Representa el interfaz para el usuario o para un proceso de una aplicación.


Modelo de Sistema de transmisión:

TRANSMISOR

INFORMACIONFUENTE

ENCRIPTADO

DECODIFIC. FUENTE

CODIFICACIÓN DE CANAL

MULTIPLEXADO MODULACION ACCESOMULTIPLE

RECEPTOR

INFORMACION

CODIFICACIÓN

DESENCRIP.DECODIF.

DE CANAL DEMULTIPLEX. DEMODULACION ACCESOMULTIPLE

CANALRUIDOINTERFERENCIAS

SINCRONIZACIÓN


Modelo Sistema de Transmisión

Información. Analógica, digital. Características de la misma, ancho de banda, velocidad binaria, funciones de probabilidad, etc. Codificación fuente. Digitalización y compresión. PCM, DPCM, APC, subbanda, transformada, LPC (RPE-LPC en GSM), compresión de datos.Encriptado. Sistemas simétricos (una clave) y asimétricos (dos claves). En los primeros como distribuir la clave y el número de estas. En los segundos una clave pública y una privada. Algoritmos propietarios (En GSM: A3, A5, A8). Algoritmos públicos: DES, RSA.Codificación de canal. Protección contra errores. ARQ y FEC. Códigos de paridad, códigos cíclicos, códigos convolucionales, turbocódigos, entrelazado. Multiplexado. Multiplexado por división en el tiempo. PDH, SDH, ATM.Sincronización. de frecuencia, de reloj, de trama, etc.Modulación. MPSK, PI/n PSK, FFSK, GMSKAcceso múltiple. FDMA, TDMA, CDMA (DS, FH ,..), híbridos, aleatorios.Transmisores y receptores. Potencia, frecuencia. Técnicas de duplexado: en frecuencia (FDD), en el tiempo (TDD). Adaptación al medio. Cables, conectores, antenas.Canal de transmisión. Interferencias, ruido, distorsión, multitrayecto.


Técnicas en los sistemas de Comunicaciones Móviles

Método de Acceso M. Duplex Modulación Ancho del canal Velocidad datosSistemas Celulares

Analógicos FDMA FDD FM 25/30 KHz **TDMA. IS 54/136 TDMA/FDMA FDD π/4 DQPSK 30 KHz 9,6 Kbit/sCDMA. IS 95 A/B CDMA/FDMA FDD QQPSK/OQPSK 1250 KHz 64 (56) Kbit/sGSM TDMA/FDMA FDD GMSK 200 KHz 9,6 Kbit/sGPRS TDMA/FDMA FDD GMSK 200 KHz 160 (50) Kbit/sEDGE TDMA/FDMA FDD 8-PSK 200 KHz 384 (115) Kbit/s

UMTS WCDMA/FDMA/TDMA FDD/TDD Q-PSK 5 MHz 2 Mbit/s

(144) Kbit/sCDMA 2000 CDMA/FDMA FDD Q-PSK 144 (130) Kbit/s

Teléfonos sin HilosCT2 TDMA/FDMA TDD GFSK 100 KHz 72 Kbit/sDECT TDMA/FDMA TDD GFSK 1,728 MHz 1.152 Kbit/sPHS TDMA/FDMA TDD π/4 DQPSK 300 KHz 384 Kbit/s

WLAN/ PANBluetooth Frec. Hopping TDD FM conformado 1 MHz 721 kbit/sIEEE 802.11 b CSMA/CA TDD GFSK DQPSK 1, 25 MHz 1, 2, 11 Mbit/sIEEE 802.11 a CSMA/CA TDD OFDM: QAM OFDM: 20 MHz 5.5- 54 Mbit/sHIPERLAN 2 TDMA TDD OFDM: QAM OFDM: 20 MHz 6-54 Mbit/s


0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-100

-95

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50(dBm)

(m)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-95

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

Muestras

(dBm)

Pérdidas del camino

Multitrayecto

desvanecimiento lento

Pérdidas del camino.Modelos

Desvanecimientos.Rápido.

Rayleigh.Rice.Nakagami

Lento.Lognormal.

Caracterización canal: Propagación.


Caracterización canal: Propagación

Ensanchamiento retardo temporal. Respuesta impulsiva variante con el tiempo

( ))t()t(jexp))t(t()t(a),t(h iici

1N

0ii θ+τω−τ−δ=τ ∑

−

=

N: Número de ondas planas consideradasai: amplitud de la onda i-ésimaωc: pulsación de la portadora (2·π·f);

f: la frecuencia.ωi: desplazamiento Doppler (v/λ · cos α);

v: velocidad del móvil; λ: longitud de onda α: ángulo entre la dirección del móvil y la componente i-esima de la onda

θi : fase aleatoria de la componente i.τi : retardo de la componente i.

τ(μs)

Pr/RMS (dBm)


Enlace Radio.

Conceptos básicos.Potencia Transmitida: PT: watios (dBW)Ganancia antenas: Diagrama de radiación, Ganancia. g(veces), G (dB)PIRE: potencia isotrópica radiada equivalente: PIRE (dBW) = PT + GT - α

PRA: potencia radiada aparente: PARA (W) = PT ·gd PIRE = PRA + 2.15

Pérdidas básicas de propagación:Pr = PT + GT -Ab + Gr - Lt (elementos)Ab(dB) = 32.45 + 20 lg f (MHz) + 20 lg d (Km)


Modelos de pérdidas del camino.

Entornos rurales.Espacio libre o Tierra plana + difracción.Longly-Rice, método por ordenador con modelos digitales del terreno.

Entornos urbanos.Método de Okumura-Hata.

150<f<1500 MHz. 30<ht<200 m. 1<hm<10 m. 1<d<20 Km.

1,5 - 2 GHz , d < 20 Km

Modificaciones, para distintos tipos de entornos. cm: 3 dB en grandes urbes, 0 en ciudades medias y zonas suburbanas.

Otros métodos más complejos: COST 231, Xia. Etc.

d)·logh·log55,69,44()h(ah·log82,13flog·16,2655,69A bmb%)50(b −+−−+=

( ) ( )[ ] mbmbb cdlogmhlog55.69.44ha)m(hlog82.13)MHz(flog9.333.46)dB(A +−+−−+=


Modelos de pérdidas del camino.

Microceldas.Modelo de dos pendientes y punto de ruptura.

Interiores, Picoceldas.Modelo COST 231.

Modelos basados en trazado de Rayos. GO y UTD.

[ ] pp2p102

p101

Xd)X(logdlogn·10)X(logn·10AA

Xddlogn·10AA

>−++=

≤+=

λπ

= mBp

hh2X

( ) ( )[ ]∑=

−++⋅+++=N

1i

b1n/2nfWiWi0b nAAkd·logp·10AA

A0 son las pérdidas de referencia a 1 m (consideradas como las del espacio libre)p es la pendiente de pérdidas (normalmente cercana a 2)kWi y AWi tipo de paredes y la pérdida de penetración de cada tipo respectivamenten número de suelos o techos atravesados Af las pérdidas correspondientes de cada uno de paredes, b es un factor empírico


Modelos de Tráfico.

Intensidad de tráfico: (Erlang)M: nº de móviles.L: nº medio de llamadas/móvil, hora cargada.H: Duración media de la llamada.

Sistema de pérdidas: Probabilidad de congestiónN: nº de canales de tráfico en la célula.A: tráfico ofrecido por los móviles.

Sistema con espera: Probabilidad de esperar t > W segundos

N: nº de canales de tráfico en la célula.A: tráfico ofrecido por los móviles.

3600H·L·MA=

∑=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

N

0k

k

N

!kA!·N

A)A,N(B

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−=

HW)·AN(exp)·A,N(C)A,N(GOS 0

∑−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=1N

0k

kN

N

!kA·

NA1!·NA

A)A,N(C

ANH)A,N ( C W−

=Tiempo medio de espera.


Dimensionamiento por Tráfico

Erlang B:A partir de A y N obtener Pt: probabilidad de congestión por tráfico o GOS

Pt = B(N - NS ,A)A partir de N (A) y Pt obtener A ( N): tráfico total en la célula ( Nº de canales)

Pt = B-1(N - NS , Pt).NS : canales señalizaciónA partir de la densidad de tráfico (E/Km2) ----> A/Sc

Ejemplo: Células de 1 Km radio.Superficie total: 400 Km2.Cluster de 4 células, 3 sectores. (4/12)C: 36 portadoras. GOS= Pt = 3%,Tráfico por móvil: 25 mE

N= 36/(4·3)*8 = 3*8 =24 canales, NS = 2A = 16,6 E/sector, ms= A/a= 666 mov./sectmc = 720·3 = 1998 móviles/célula.

10 20 30

A (Erlangs)

N: Número de canales

5 15 25

35

40

0 5 10 15 20 25 300

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

22C Km6,22/R3·3S ==

Densidad tráfico = 16,6·3/2,6 = 19,15 E/Km2

Nº emplazamientos: 400/2.6 = 154nº móviles totales = 154·1998 = 307.692


Modelos de Tráfico y Movilidad.

Sistemas multimedia: Diferentes modelos/tipos de tráficoConversacional: retardos pequeños y de carácter simétrico. Ejemplos: voz, videotelefonía.Streaming: retardos y variaciones mayores que el tráfico conversacional, de naturaleza no simétrica. Ejemplos: vídeo bajo demanda.Interactivo: se requiere información de un servidor o equipo remoto. Ejemplo: página web.Diferido: transferencia de información sin respuesta inmediata. Ejemplos: correo electrónico, descarga de archivos vía FTP, Telnet.

Modelos de movilidad. (Traspasos)Entorno de interiores. Usuarios aleatoriamente distribuidos en oficinas y pasillos. Un usuario puede estar quieto o en movimiento. No hay movilidad entre plantas. Entorno microcelular. Desplazamientos rectilíneos con posibilidad de giros a izquierda o a derecha. La velocidad se ajusta a una gaussiana.Entorno macrocelular Modelo predictivo, considerando variaciones limitadas de la dirección de desplazamiento. Los terminales se distribuyen de forma aleatoria y uniforme por todo el área.


Sistemas de Radiotelefonía Móvil Privada (PMR).

Sistemas PMR (Private Mobile Radio). (Sistemas de despacho)Servicios:

Gestión de flotas; mantenimiento de servicios de distribución de agua, gas, electricidad; servicios de emergencia, ambulancias, policía, protección civil, bomberos; control de tráfico, etc.

Cobertura local o regional.Lo más amplias posibles. Altas potencias, y emplazamientos elevados.

No conectadas a la red pública. Si a PABXDistribución de recursos de forma fija

Asignación de canales: 25 KHz --> 12,5 KHz. Saturación del espectro.

Llamadas frecuentes, de corta duración y en régimen de espera.Funcionamiento en simplex o semiduplex.Estructura:

Puesto de controlEstaciones base, repetidores (En modo heterofrecuencia o isofrecuencia).Estaciones móviles


Sistemas de Radiotelefonía Móvil Privada (PMR).

Sistemas de concentración de enlaces (TRUNKING).Utilización compartida de recursos--> Aumento de la capacidadConcentración de canales con multiacceso.

Nuevos servicios: Transmisión de datos, prioridades en las llamadas...Deja de ser un sistema de autoprestación para pasar a un operador.

Sistema trunking analógico. MPT 13XX. Interfaz radio MPT1327 Sistemas trunking digitales. TETRA, TETRAPOL y APCO 25.

Bandas de frecuencias en PMR.Banda VHF“baja”

30,005 – 47 MHz68 – 74,8 MHz75,2 – 87,5 MHz

Banda VHF“alta”

146 – 149,9 MHz150,05 – 156,7625 MHz156,8375 – 174 MHz223 – 235 MHz

Banda III(Trunking)

273 – 322 MHz335,4 – 399,9 MHz

Banda UHF“baja”

406,1 – 430 MHz440 – 470 MHz


Planificación de Sistemas Trunking.

Capacidad:Tráfico esperado en el sistema.Objetivos de grado de servicio (GoS): probabilidad de que una llamada tenga que esperar un cierto tiempo t0 para ser atendida. Número de canales: Erlang C y exponencial.

Cobertura.Sistema limitado por ruido. Sensibilidad (BER, modulación, canal).

Eu (S = 0,35 - 1,41 mV), Pu (-116 a -100 dBm).

Márgenes por ruido, multitrayecto, ... ΔR: 5-20 dB

Modelo de propagación. variabilidad Δ L: σL= 4 - 10 dB; σt= 2 - 4 dB.

PIRE o PRA, distancia de cobertura.

Planificación de frecuencias. Canales para cada emplazamiento, Productos de intermodulación.

LΔRΔuPnPLΔRΔuEnE ++=++=( ) ( )22 )·()·( tLL tkLk σσ +=Δ

bARGPIRE(dBm)(dBm)nP −+=


Características y Estructura de TETRA

"Trans European Trunked RAdio", o "TErrestrial Trunked RAdio”ETSI, ( ETS 300 392: TETRA V+D, ETS 300 393: TETRA PDO ...

Servicios: control de flotas; sistemas de información; aplicaciones en ferrocarriles, servicios de agua, gas, de policía y seguridad….

Modalidades básicas de funcionamiento.

Duración media de la llamada 30 seg.Tráfico por usuario 20 mEGrado de servicio 5 %Calidad de la voz Mejor que en los sistemas analógicosTiempo de establecimiento de llamada. Conmutación de circuitos < 300 mseg

Conmutación de paquetes < 2 seg.Retardo de tránsito para PDO Orientados a conexión < 500 mseg, (100 octetos)

No orientados 3,5 o 10 s, según prioridadRégimen binario neto Hasta 19,2 Kbits/s.Longitud de los mensajes Cortos, 100 octetos Largos, 10.000 octetosNúmero de mensajes/hora/usuario Cortos 20/hora Largos 0,5/hora

Modo voz m ás datos V+D

Se soportan los mismos tipos de equipos que en V+D, salvo los terminales móviles de voz.Retardo de tránsito a través de la interfaz radio < 100 msegTasa de errores BER < 10-10

Número de mensajes 25 por usuario, en la hora cargadaLongitud del mensaje: MS BS: 80 octetos BS MS: 300 octetos

Modo paquetes optimizados PDO


Arquitectura de TETRA

AIR Interface

BS M S

M SC M SC

IS I Inter-System Interface

ISDN PSTN X25

M SC

NM C ("Network M anagem ant Center"). CC ("Custom er Care"). RIU ("Recording Inform ation Unit").

TEI Term inal Équipm ent Interface

DM O Direct M ode O peration

Zonas de cobertura


Estructura de Trama y Canales de TETRA

Tres niveles OSI. Nivel de Red, de enlace (LLC + MAC) y físico.Técnica de acceso Múltiple: TDMA/FDMA

4 intervalos temporales o ráfagas por trama. (TN1 – TN4)Intervalo: 510 bits con una duración igual a 14,166 ms (85/6) --> 36 Kbit/s. Radiocanales con un ancho de banda de 25 KHz,

Estructura jerárquica de tramas.Tramas de los enlaces ascendente y descendente desplazadas en 2 intervalos


Canales lógicos

Canales de control (CCH) mensajes de señalizaciónBCCH (Broadcast Control Channel) BS MS. Difusión para todas las MS

BNCH (Broadcast Network Channel). información sobre la red y las BS.BSCH (Broadcast Synchronization Channel). Sincronización de frecuencia, tiempo y secuencias de aleatorización.

LCH (Linearisation Channel) MS BS. Linealización de los transmisores.

SCH (Signalling Channel). Señalización común. con mensajes concretos para una MS o un grupo de ellas. Al menos un SCH por BS.

AACH (Access Assignment Channel) BS MS. Asignación para cada canal físico de los intervalos de trama, ascendente y descendente.

STCH (Stealing Channel) MS BS. Canal sustraído. señalización urgente asociada a cada llamada, sustrayendo bits de información de una ráfaga TCH.

Canales de Tráfico (TCH). Voz,datos conmutación de circuitos. MS BSTCH/S. transmisión de voz.Canales mixtos.

TCH/7,2 TCH/4,8 TCH/2,4 (velocidades netas 7,2 4,8 y 2,4 Kbit/s).Mayores velocidades agrupando hasta 4 intervalos (28,8 kbits/s).


Canales físicos

Un radiocanal (dos frecuencias portadoras, una para DL y otra para el UL) y un intervalo de tiempo (TN).

Frecuencia superior para el enlace ascendente

Canales físicos.CP (Control Physical channel). Para canales CCH.

Canal principal de control, en TN1 de la portadora principal de la célula.Canal de control ampliado, para más capacidad de señalización.

TP (Traffic Physical channel). Para canales TCH.UP (Unallocated Physical channel). Difusión y mensajes de relleno

Canales lógicos de control en canales físicos.La información de correspondencia la da la BS por el canal AACH. AACH se añade al bloque de difusión (BBK) de cada enlace descendente.

Canales lógicos de tráfico en canales físicos. Tramas 1 a 17 para tráfico y la 18 para señalización asociada.


Ráfagas.

Siete tipos de ráfagas con diferentes estructuras y contenidos, aplicables a los enlaces ascendentes y descendentes.


Canal radio.

Especificaciones.Multiacceso: TDMA con 4 intervalos por trama. Canalización: 25 KHz.Modulación: π/4 QPSK α= 0,35. Velocidad de transmisión: 36 Kbit/seg.Retardo de multitrayecto máximo: 5 µ seg. Relación C/I cocanal: =19 dB.

Codificación de voz: Codec vocal CELP (Code Excited Linear Prediction). 4,8 Kbit/s Entrada: voz digitalizada PCM. Fm: 8 KHz y 16 bits por muestra. Salida: tramas de voz de137 bits cada 30 ms.

Codificación de canal entrelazado y aleatorización.Código externo de bloque e interno convolucional con puncturing.Entrelazado: se escribe en una matriz por filas y se lee por columnas.Aleatorización para aumentar el secreto de la transmisión.

FUENTEENTRELAZADO

CODIFICACIÓN DE CANAL MULTIPLEXADO RÁFAGAS

CODIFICACIÓN MODULACION TRANSMISOR


Canal radio.

Modulación.π/4-DQPSK, basada en la modulación Offset-QPSK.

Eficiencia espectral, demodulación sencilla, pero necesidad de linealización.Los símbolos S(k) modulados mediante un desplazamiento Dφ(k) a los previos S(k-1).Señal binaria a la entrada B(n). Las transiciones de fase.

[ ])k(jDexp)1k(S)k(S φ−=

B (2k – 1)

1001

B (2k)

1100

Dφ(k)

- 3π/4+ 3π/4 + π/4 - π/4

La expresión de la señal modulada es:

donde: Φ0 una fase arbitraria, y s(t) la envolvente compleja de la señal modulada, dada por:

g(t- kT) se corresponde con la respuesta impulsiva de un filtro en coseno alzado.

( )[ ]00f2jexp)t(sRe)t(S φ+π=

)kTt(g)k(S)t(sk

0k∑=

−⋅=


Canal radio.

Características de los transmisores.Estaciones base.Estaciones móviles.

Clase de Potencia Potencia por portadora (W)

123456789

2525206,34

2,52,61

0,6

Clase de Potencia Potencia por portadora (W)

123

1031

Características de recepción. Tres clases de equipos

Clase B. para zonas urbanas, buena calidad con TU50, (urbana, 50 Km/h)Clase A. optimizados para zonas urbanas y terreno montañoso, TU50, HT200Clase Q. especificaciones estrictas para redes cuasi-síncronas. TU50 QS200.

Calidad. En función del equipo y del entorno de propagaciónSensibilidad Relación de protección:

Cocanal C/Ic = 19 dB. Adyacente C/Ia = -45 dB.

Tipo de receptor Sensibilidad Estática Sensibilidad DinámicaEstación base -115 dBm. -106 dBm.Estación móvil -113 dBm. -104 dBm

Estación portátil -112 dBm. -103 dBm.


Sistemas celulares.

Constitución del sistema básico:Unidades móviles.Estaciones base (BS) en cada célula. Emplazamientos (sites)

Elementos radio: Transmisores, Antenas, orientación, torresElementos de control

CCTM: Oficina central encargada de coordinar las BS.Enlaces.

CC

Red externa

MSBS

CC

Red externa

MSBS


Sistemas celulares.

Reutilización de canales:Estructura HexagonalCoordenadas oblicuas, u,vAgrupamiento.”cluster” J.Distancia de reutilización Rombo cocanal

D

dR

DD

D

D

D

dR

DD

D

D

u

v

60º

( ) )j·iji(·3RDd)·j·iji(D 22

22222 ++=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛++=

j·ijiJRD

31

R2

33

D23

SSJ 22

2

2

2

H

R ++=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛===

J= 1,3, 4,7, 9, 12,...para los siguientes valores de i y j: (1,0); (1,1); (2,0); (2,1); (3,0); (2,2)...


Sistemas celulares.

Interferencia cocanal, C/I:Para antenas omnidireccionales

6 células cocanal en la 1ª corona 12 Células cocanal en la 2ª corona.

Sectorización de células.Antenas direccionales, 2 sectores cocanal para una división en tres 1 sector cocanal para una división seis

α+

α−

α−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛≈=

∑ RD

61

KD

KRIC

iiT

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

2

IC6·

31JJ3

RD

α = pendiente de pérdidas con la distancia del modelo de propagación


Sistemas celulares.

Patrones celulares:Sistema analógico con una relación C/I de 17 dB. Pendiente de pérdidas : α = 3,8 D/R = 4,49 y J = 6,7. ----> J = 7.GSM, relación C/I de 9dB, la misma pendiente de pérdidas: J= 3.Sistemas reales. Proceso de planificación mucho más complicado.Sectorización

7/21 (utilizada en comunicaciones móviles analógicas).4/12 (utilizada en el sistema GSM).3/9 (utilizada sobre todo para salto en frecuencia).

Diferentes tamaños de células.División de células


Estructura de células.

Distintos tipos de celdas y coberturas.Distintos tipos de capacidades.

Megacélula

rural Macrocélua

Urbana

Micro

In-Building

Picocélula

-

Home-Cell

Macrocélua

Microcélula


Proceso de planificación celular.

Proceso complejo. Sigue una serie de pasos.Paso 1: Análisis de trafico y cobertura.

Demanda de tráfico y su distribución geográfica (datos demográficos). GoSCálculo del número de emplazamientos: capacidad y cobertura .

Número de abonados 100.000

Superficie a cubrir 100 Km2 ~ 5,6 Km radio

Frecuencias disponibles 36

Patrón celular. Frecuencias por sector 4/12. (Tres sectores). 36 / 12 = 3

GOS 3 %

Tráfico por abonado 25 mE

Canales de tráfico por sector 3 x 8 - 2 (canales de control)= 22 TCH

Trafico por sector (ERLANG B) 22 TCH, 3% GOS 16,6 Erlang/sector

Número de abonados por sector 16,6 E / 25 mE = 666 abonados/sector

Número de células (sectores) necesarios 100.000 / 666 = 150 células

Número de emplazamientos 150 / 3 = 50.

Área cubierta por cada emplazamiento 100/50 = 2 Km2. Radio de cobertura

Resultados

Datos


Proceso de planificación celular.Paso 2: Plan celular nominal.

Representación gráfica de la red, patrón celular sobre un plano.Herramientas de análisis por ordenador.



Paso 3: Inspecciones.Localización de emplazamientos. Espacio para equipamiento, casetas, antenasContrato de arrendamiento.Medidas radio, mediante equipos de prueba.

Paso 4: Diseño del sistema.Dimensionamiento de estaciones base y elementos de red de conmutación.Realización del plan definitivo



Paso 5: Implementación del sistema y ajuste.Monitorización continua y optimización de la red.

Paso 6: Crecimiento del sistema. Nuevo proceso de planificación

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