to get the file
Anuncio
COMUNICACIONES MÓVILES
P Características generales
¾ Introducción. Sistemas y Servicios de comunicaciones móviles. Bandas de
frecuencias. Evolución y perspectivas.
P Propagación en comunicaciones móviles.
¾ Caracterización del canal móvil. Desvanecimientos rápidos, lentos,
ensanchamiento del retardo.
¾ Modelos de pérdidas del camino.
P Sistemas de telefonía móvil privada.
¾ Sistemas de despacho, Sistemas buscapersonas.
¾ Sistemas Trunking
P Sistemas celulares.
¾ Estructura geométrica.
¾ Planificación celular.Tráfico
P Sistema GSM
P Otros sistemas digitales.
¾ Tetra, DECT, UMTS-IMT2000
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 1
Características generales
P Comunicaciones móviles:
¾ Radiocomunicación entre dos terminales en la que al menos uno de ellos es
capaz de moverse (Estación móvil “MS”), mientras que el otro suele ser fijo
(Estación base “BS”).
¾ Sistemas limitados por el ruido/Sistemas limitados por Interferencia.
¾ Diferentes servicios y aplicaciones.
¾ Elevada demanda de recursos espectrales.
¾ Planificación de tráfico y movilidad
P Mecanismos complejos de propagación
¾ Modelos del canal.
¾ Modelos de predicción de pérdidas.
¾ Técnicas de mejora de la calidad.
P Estructuras celulares.
CANALRADIO
Pn
PRA
Tx
Deseado
¾ Reutilización de frecuencias
¾ Control de las interferencias.
¾ Requieren una detallada planificación.
Radiocomunicación
Rx
Pint
Tx
Interferente
C/N
C/I
SINAD
BER
Comunicaciones móviles 2
Radiocomunicaciones móviles.
P UIT: Servicio de radiocomunicación entre estaciones móviles y
estaciones terrestres fijas o entre móviles únicamente.
Transmisión de información útil (tráfico) y de otra adicional (señalización)
necesaria para el establecimiento, liberación y supervisión de la llamada.
La señalización puede intercalarse con el tráfico (señalización asociada) o
utilizando recursos específicos (señalización por canal común).
La zona de cobertura es la superficie geográfica dentro de la cual los
terminales pueden establecer comunicación.
P Composición de un sistema de radiocomunicaciones móviles privado.
Estaciones fijas:
¾ Estaciones de base (BS).
Enlace descendente (DL: downlink): BS ¹ MS
¾ Estaciones de control.
MS ¹ BS
¾ Estaciones de repetidora (RS). Enlace ascendente (UL: uplink):
Estaciones móviles (MS) (Terminales).
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 3
Estructura de un Sistema de C. M.
P Técnicas de Modulación
Acceso
¾ Analógica: FM
¾ Digital: FSK, FFSK,
GMSK, π/4 π/8 PSK
BS
Tránsito
P Técnicas de Acceso.
Explotación
CONTROL
MS
¾ Simplex, Semiduplex
¾ Duplex: Frecuencia
Tiempo
RED
BS
Multiacceso:
¾ FDMA, TDMA, CDMA.
P Zona de cobertura
MS
Zona donde el valor medio de la intensidad de campo o potencia
recibida es superior al valor mínimo utilizable (dependera de la
sensibilidad del receptor, del margen de protección y de las
interferencias existentes) durante un % de tiempo y % de ubicaciones.
¾ Cobertura normal: 90% t, 90 % u Calidad superior: > 95 % t 95 % u
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 4
Modos de operación
P En función del número de frecuencias utilizadas y de la capacidad de
transmisión y recepción simultaneas.
F1
F1/F2
Tx
Rx
BS
F1
Tx
Rx
Tx
Rx
MS
BS
Simplex a una/dos frecuencias
Tx
Rx
BS
F2
F2
Tx
Rx
Semiduplex a dos frecuencias
MS
F1 (T1)
F1
D
P
X
D
P
X
D
P
X
Tx
Rx
Tx
Rx
MS
BS
Duplex a dos frecuencias (FDD)
F1 (T2)
Tx
Rx
MS
Duplex en dos intervalos de tiempo (TDD)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 5
Servicios móviles
P Servicios móviles marítimos, aeronáuticos y terrestres.
P Sistemas móviles privados: (“PMR”)
Sistemas de despacho (comunicaciones con una flota de vehículos).
¾ Heterofrecuenciales.
¾ Isofrecuenciales.
Sistemas troncales con compartición de canales. (“trunking”)
P Sistemas de buscapersonas (“paging”).
¾ Radiomensajería unidireccional. Bidireccional (Two way)
P Sistemas telefonía sin hilos (“cordless”)
Teléfonos inalambricos, centralitas sin hilos.
P Sistemas celulares.
Sistemas de radiotelefonía con acceso a las redes públicas.
P Sistemas personales/universales.
Unión de diferentes sistemas y servicios de comunicaciones móviles
multimedia
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 6
Bandas de frecuencias
P Ondas hectométricas y decamétricas
¾ Servicios móviles marítimos y aeronáuticos. Su uso actual es muy limitado
P Ondas métricas (VHF).
Banda I
¾ 30 - 47 MHz
¾ 68 - 87,5 MHz
Telemando, Telemedida, Telefonía sin hilos (CT0, CT1)
Radiotelefonía privada de despacho.
Banda III
¾ 136 -174 MHz
¾ 230-399 MHz
Paging (148, 174), móvil aeronáutico, telefonía privada.
Rasdiotelefonía privada, trunking analógico.
P Ondas centimétricas (UHF)
¾
¾
¾
¾
¾
¾
406 .. 470 MHz
862 - 970 MHz
1430 .. 1660 MHz
1670 .. 1990 MHz
1800 .. 2200 MHz
2400
Radiotelefonía privada, trunking digital. (TETRA)
Móvil celular, analógico, GSM.
Móvil por satélite.
Telefonía sin hilos DECT, GSM 1800/1900
UMTS-IMT2000.
ISM, IEEE 802.11, Bluetooth,
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 7
Evolución de las comunicaciones móviles
Sistemas
de despacho
Paging
Cordless
CT-0-1
Celular
Trunking
analógico
POGSAG
CT-2 CT-3
TACS, NMT,
AMPS
DECT
GSM 900/1800
IS-136 (DAMPS)
IS-95 (CDMA)
TETRA
IEEE 802.11,15
WiFi, WiMax …
ERMES
MOVIL
SATÉLITE
UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SISTEM (UMTS)
INTERNATIONAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS (IMT-2000)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 8
Radiotelefonía móvil privada (PMR). (I)
P Los sistemas PMR son redes de comunicaciones móviles no
conectadas a la Red Telefónica Pública, que se utilizan en tareas de
despacho para la gestión y control de la actividad de flotas de
vehículos.
30,005 – 47
P Las características básicas son:
Banda VHF
“baja”
Cobertura local o regional.
Acceso rápido a y de los terminales móviles.
Llamadas a grupos y llamadas generales.
Simplex o semiduplex con PTT.
– 74,8
– 87,5
Banda VHF
“alta”
146
– 149,9
MHz
150,05 – 156,7625 MHz
156,8375 – 174
MHz
223
– 235
MHz
Banda III
(Trunking)
273
335,4
– 322
– 399,9
MHz
MHz
Banda UHF
“baja”
406,1
440
– 430
– 470
MHz
MHz
Posibilidad de llamadas de móvil a móvil.
Llamadas frecuentes y de corta duración.
68
75,2
Conexión a través de centrales privadas (PABX).
Radiocomunicación
MHz
MHz
MHz
Comunicaciones móviles 9
Radiotelefonía móvil privada (PMR). (II)
P Sistema básico de despacho.
Heterofrecuencial
Isofrecuencial
¾ Todas las estaciones base trabajando
en la misma frecuencia.
¾ f1 = f2 = f3
¾ f’1=f’2=f’3
f’2
f’1
f1
MS
BS1
f2
MS
f4
CONTROL
BS2
f’3
MS
f3
MS
BS3
Plan de frecuencias.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 10
Radiotelefonía móvil privada (PMR). (III)
P Redes con repetidores.
Tx f1
CONTROL
Enlace
f1
Rx f’1
f’1
f1
Tx f1
Tx f’1
Rx f’1
Rx f1
f2
RS2
f’1
f’2
ZONA - 2
f’1
f1
Tx f’1
f’1
Rx f1
DX
DX
f1
Enlace
RS1
ZONA - 1
Tx f1
Tx f’1
Rx f’1
Rx f1
RS3
DX
f3
f’3
ZONA -3
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 11
Señalización en PMR
P Por tonos.
En redes con pequeño número de terminales que comparten frecuencia
formando grupos cerrados.
Para evitar la escucha de comunicaciones entre grupos se asigna a cada
uno de ellos un tono de audio situado por debajo del límite inferior de la
banda de audio (300 Hz), denominado tono subaudio.
¾ El tono se genera en el Tx y se transmite con la voz.
¾ El Rx lleva un decodificador, que al detectarlo, abre los circuitos de audio del
Rx, dejando pasar la voz al amplificador.
¾ Las frecuencias de los tonos subaudio están normalizadas, existiendo 33
tonos distribuidos en dos grupos.
P Sistemas de llamada selectiva.
Redes con muchos terminales y alto tráfico. Evita que el mensaje sea
recibido por todos los móviles de la red.
Permite encaminar una comunicación a un terminal móvil, identificado
por su código constituido por una combinación de tonos.
Existen tres modalidades de llamada:
¾ Individual. Grupo. General.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 12
Sistemas de Radiobúsqueda. (I)
P Transmisión en el sentido base ¸ móvil. (Paging, bipper)
Aviso óptico acústico.
mensajes alfanuméricos.
Sistemas con voz
Acceso mediante llamada selectiva.
En Europa estándar POCSAG.
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
f1
Rx1
Codificador
Rx2
Tx
Hasta 8.000.000 de terminales.
Transmisión de mensajes alfanuméricos.
Canalización de 12.5 y 25 KHz.
Velocidad de transmisión de 521 y 1200 bits/sg.
Modulación FSK.
Palabras de 32 bits (21 de información y 11 de redundancia).
Número nacional de abonado
Rxn
P Sistemas bidireccionales (Two Way)
P Nuevo estándar europeo: ERMES
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 13
Sistemas troncales (TRUNKING) (I).
P Sistemas de concentración de enlaces (TRUNKING).
Utilización compartida de recursos--> Aumento de la capacidad
Concentración de canales con multiacceso.
¾ Asignación de un canal sólo durante su utilización.
¾ Sistema de señalización complejo.
¾ Posibilidad de nuevos servicios:
T Transmisión de datos, mensajes de estado, prioridades en las llamadas...
Deja de ser un sistema de autoprestación para pasar a un operador.
Sistema trunking analógico
¾ MPT 13XX. Interfaz radio MPT1327
T modulación FM para voz, FSK para datos.
T Protocolo ALOHA ranurado con trama de longitud variable.
Sistemas trunking digitales.
¾ TETRA, TETRAPOL y APCO 25.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 14
Sistemas Trunking (II)
("Network Managemant Center"). Centro de gestión de red
("Recording Information Unit"). Unidad de grabación de información
("Customer Care"). Centro de administración
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 15
Sistema TETRA
Modo V+D
Duración media de la llamada
Tráfico por usuario
Grado de servicio
Calidad de la voz
Tiempo de establecimiento de llamada.
Retardo de tránsito para PDO
Régimen binario neto
Longitud de los mensajes
Número de mensajes/hora/usuario
30 seg.
20 mE
5%
Mejor que en los sistemas analógicos
Conmutación de circuitos < 300 mseg
Conmutación de paquetes < 2 seg.
Orientados a conexión < 500 mseg, (100 octetos)
No orientados 3,5 o 10 s, según prioridad
Hasta 19,2 Kbits/s.
Cortos, 100 octetos Largos, 10.000 octetos
Cortos 20/hora
Largos 0,5/hora
Modo PDO
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 mseg
Tasa de errores BER
< 10-10
Número de mensajes
25 por usuario, en la hora cargada
Longitud del mensaje:
MS Æ BS: 80 octetos BS Æ MS: 300 octetos
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 16
Propagación en comunicaciones móviles
P Modelo de canal (Modelos físico - estadísticos)
Desvanecimientos rápidos (multitrayecto).
¾ Dispersión en frecuencia. (Ensanchamiento Doppler).
Desvanecimientos lentos. (Shadowing).
¾ Variaciones del nivel medio de potencia causados por los cambios producidos
en el entorno.
Dispersión temporal.
¾ Cada uno de los trayectos sufre un retardo diferente.
¾ Desvanecimientos selectivos en frecuencia. Interferencia entre símbolos.
¾ Ancho de Banda de Coherencia (Bc).
P Pérdidas del trayecto.
Atenuación mediana con la distancia.
Modelos de propagación.
¾ Teóricos. (Espacio libre, tierra plana)
¾ Empírico-Estadísticos (Exteriores, Interiores).
¾ Determinísticos (OG + GTD ).
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 17
Modelo de canal (I)
P Caracterización física.
Aspectos de la propagación.
¾
¾
¾
¾
Atenuación. Expansión de las ondas.
Reflexión. Tierra, obstáculos naturales, edificios.
Difracción. Esquinas, tejados, ventanas.
Dispersión. Objetos o rugosidades < λ
Efectos debidos a la movilidad.
¾ Desplazamientos Doppler para cada uno de los
componentes multitrayecto.
Modelo físico de dispersores.
v
f di = cos α i
λ
v
n
CALLE
1
¾ Ecos causados por la presencia de dispersores discretos.
D
D
N −1
Z PB = ∑ a i ( t ) u PB ( t − τi ( t )) exp (− jωc τi ( t ) + θi ( t ) )
i =0
Radiocomunicación
Tx
Rx
D
Comunicaciones móviles 18
Modelo de canal (II)
P Caracterización empírica
-50
(dBm)
-55
-60
(dBm)
-65
-70
-60
-75
-80
-65
-85
-90
-70
-95
0
200
400
-75
600
800
1000
1200
1400
1600 1800
Muestras
2000
Multitrayecto
-80
desvanecimiento lento
-85
-90
Pérdidas del camino
-95
-100
0
50
100
150
200
250
Radiocomunicación
300
350
400
450
500
(m)
Comunicaciones móviles 19
Desvanecimientos Rápidos (I)
P Desvanecimientos rápidos (multitrayecto).
¾ Desvanecimientos aleatorios de gran magnitud en la amplitud de señal
recibida con una frecuencia de aparición proporcional a la velocidad del móvil
¾ Campo total es la suma vectorial de ondas planas
¾ Dependiente del movimiento, la frecuencia y el entorno.
¾ Existencia de desvanecimientos profundos.
¾ Variaciones rápidas de amplitud y fase.
¾ Dispersión en frecuencia. (Ensanchamiento Doppler).
¾ Gran influencia en la calidad de la señal.
¾ Caracterización estadística:
T Distribuciones Rayleigh, Rice, Weibull, Nakagami.
Necesidad de técnicas de mejora de la calidad.
¾ Diversidad.
¾ Códigos de protección contra errores.
¾ Entrelazado de bits.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 20
Desvanecimientos Rápidos (II)
P Modelo de dispersión
¾ N ondas planas, con una amplitud aleatoria y una fase también aleatoria,
afectadas por el desplazamiento Doppler.
EoCn amplitud de la onda n-ésima
N
ωc pulsación de la portadora
E = Eo ∑ Cn cos (ωc t + ω n t + θ n )
ωn desplazamiento Doppler
n =1
θn fase aleatoria
5
(dBm)
0 dBm
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600 1800
Muestras
2000
Variaciones de amplitud de la envolvente.
Radiocomunicación
fc - fd fc fc + fd
Espectro Doppler.
Comunicaciones móviles 21
Desvanecimientos Rápidos (III)
P Caracterización estadística
¾ La función densidad de probabilidad de la envolvente corresponde a una
distribución Rayleigh.
⎧ r
⎛ r2 ⎞
donde σ2 es la potencia media
⎪ 2 exp⎜⎜ − 2 ⎟⎟ r ≥ 0
Pr (r ) = ⎨ σ
r2/2 es la potencia instantánea de la señal
⎝ 2σ ⎠
⎪0
r<0
⎩
⎛ R2 ⎞
Pr (r ≤ R ) = 1 − exp⎜⎜ − 2 ⎟⎟
¾ La función distribución de probabilidad
⎝ 2σ ⎠
¾ Valor medio, cuadrático medio, varianza y mediana son
π
E {r 2} = 2 σ2
2
2
2⎛4-π⎞
⎟ r M = 2 σ2 ln 2
σr = σ ⎜
⎝ 2 ⎠
E {r} = σ
fdp Rayleigh
¾ La fase de la señal recibida (t)
está uniformemente distribuida
en el intervalo [0, 2]
pθ (θ) =
1
2π
)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 22
Desvanecimientos Rápidos (IV)
P Existencia de una componente dominante
¾ La función densidad de probabilidad de la envolvente es una distribución RICE.
⎛ r 2 + A 02 ⎞ ⎛ r A 0 ⎞
r
⎟⎟ I 0 ⎜ 2 ⎟
Pr (r ) = 2 exp ⎜⎜ −
2
σ
2
σ
⎝
⎠ ⎝ σ ⎠
Para A0 = 0 se obtiene una Rayleigh
y para A0 >> 2σ2 tiende a una Gaussiana
¾ En la distribución Rice se usa un parámetro K que expresa la
relación entre la potencia del componente dominante y la señal
difusa multitrayecto.
k0
S (f)
E
z
⎛ A 02 ⎞
K = 10 log ⎜⎜ 2 ⎟⎟
⎝ 2σ ⎠
A
0
kx 1
k=1
2
E0
4% f m
)
A
fc - fm
fc
fc + fa
fc + fm
0
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 23
f
Desvanecimientos Rápidos (V)
P Estadísticos de segundo orden
¾ Parámetros que nos indican la tasa de aparición y la duración promedio de los
desvanecimientos de una profundidad determinada.
¾ Tasa de cruces por un nivel(LCR).
¾ Duración media del desvanecimiento por debajo de un nivel (AFD).
T
t
t
t
1
1
t
2
2
t
3
3
n
4
4
5
Radiocomunicación
6
n
Comunicaciones móviles 24
Desvanecimientos Rápidos (VI)
P Tasa de cruces por nivel
Velocidad a la cual la envolvente
cruza por un nivel de señal
especificado R en el sentido positivo.
2
NR/fd
ρ
NR = 2 π f d ρ e
ρ=
P Duración media de los desvanecim.
Tiempo total en que la señal está por
debajo de un valor dividido por el
número de desvanecimientos, en T.
R
R rms
τ fd
∑ τi
τ=
NR T
τ=
ρ2
e -1
ρfd 2π
20·log (R/Rrms) dB
20·log (R/Rrms) dB
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 25
Desvanecimientos lentos
P "shadowing".
¾ Factor de variabilidad del valor mediano de la señal
¾ Fluctuaciones por cambio de entorno en decenas de longitudes de onda.
¾ Distribución log-normal, desviaciones que dependen del entorno, rugosidad
del terreno, densidad de edificación (4-12 dB).
P x (x) =
x
⎡ 2 ⎛ x ⎞⎤
⎢ ln ⎜ m ⎟ ⎥
1
⎝ ⎠⎥
exp ⎢2
⎢ 2 σn ⎥
2 π σn2
⎥⎦
⎢⎣
fdp
¾ que expresada en dB, y con σ=σn10/ln10,
aparece como una distribución gaussiana:
¾ donde y = 10 log(x) y σ y μ están en dB.
m
x
⎡ (y - μ )2 ⎤
exp ⎢P y (y) =
2 ⎥
2
2
σ
2πσ
⎣
⎦
1
μ
Radiocomunicación
y
Comunicaciones móviles 26
Ensanchamiento del retardo temporal
P La señal llega con diferentes retardos y amplitudes. Dispersión temporal.
¾
¾
¾
¾
En sistemas de banda ancha cada símbolo se ensancha sobre los adyacentes.
Existencia de interferencia entre símbolos (ISI).
Desvanecimiento selectivo en frecuencia. Ancho de banda de coherencia. Bc.
Modelo como filtro lineal variante en el tiempo. Funciones de Bello.
Función del ensanchamiento del retardo de entrada. h(t,τ)
N −1
¾ Respuesta impulsiva
h ( t , τ) = a i ( t ) δ( t − τi ( t )) exp (− jωc τi ( t ) + θi ( t ) )
variante en el tiempo.
i =0
¾ Modelo físico del ensanchamiento del retardo. Permite la simulación
dB rms
∑
+
+
h(t, Δτ)
u(t)
Δτ
h(t,2 Δτ )
Δτ
h(t,iΔτ)
Δτ
+
+
h(t,n-1 Δτ)
Δτ
h(t, nΔτ)
Δτ
τ (μs)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 27
Z(t)
Perfil de potencia retardo (PDP)
0
P Power Delay Profile
(dB)
-5
¾ Estudio del canal
mediante variaciones
temporales de las
atenuaciones y de la
dispersión temporal.
-10
σ (t)
-15
IP
-P
-20
-25
∞
∫ τP (τ)dτ
-35
-100
100
0
h
Δ=
Wq
q/2
-30
Parámetros del PDP.
¾ Retardo de
propagación
medio.
Δ (t)
200
∫ P (τ)dτ
h
0
∞
∫ (τ − Δ) P (τ)dτ
2
400 τ (ns) 500
¾ Separación de frecuencias que
tienen un coeficiente de
correlación de 0,5.
h
0
300
Ancho de banda de coherencia
0
∞
¾ Ensanchamiento
del retardo.
σ rms =
(Delay
spread)
q/2
∞
∫ P (τ)dτ
h
Bc =
1
2πσ
0
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 28
Modelos de predicción de pérdidas (I)
rd
P Modelo de Tierra plana.
hT
⎛ h + hr ⎞
β = tg ⎜ t
⎟
d
⎝
⎠
−1
[
β
Δl = d 2 + (h t + h r )
] − [d
2 1/ 2
[
2
+ (h t − h r )
]
E = E 0 1 + ρ + 2· ρ ·cos(Δφ + θ)
2
]
2 1/ 2
2h · h
≈ t r
d
1/ 2
Para una tierra perfectamente reflectora
rr
hR
β
d
Δφ =
4πh t · h r
λd
ρ = −1 ρ = 1 θ = π
Δφ
≈ E 0 ·Δφ
2
2
2
⎛ hthr ⎞
⎛ λ ⎞
2
Pr = G T G R PT ⎜
⎟ [Δφ] = G T G R PT ⎜ 2 ⎟
⎝ 4πd ⎠
⎝ d ⎠
2
2
Pendiente de pérdidas con la distancia:
2
⎛
⎞
4
d
π
d
⎛
⎞
Espacio libre: 2
A el = ⎜
⎟⎟
A p = ⎜⎜
⎟
⎝ λ ⎠
Tierra plana: 4
⎝ hthr ⎠
E = E 0 [ 2(1 − cos(Δφ))] = 2E 0 sen
1/ 2
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 29
Modelos de predicción de pérdidas (II)
P Modelo de EGLI
¾ Factor corrector al modelo de tierra plana A 50%
P Modelo de Edwards y Durkin.
¾ Utiliza los perfiles del terreno
⎛ 40 ⎞
⎟⎟
β = ⎜⎜
f
(
MHz
)
⎝
⎠
2
A = max (A el ; A p )+ A Dif dB
[
P Modelo de Blomquist-Ladell
2
⎛ d ⎞
⎟⎟ ·β
= ⎜⎜
⎝ hthr ⎠
2
A = A el + (A'p − A el
¾ Utiliza los perfiles del terreno
¾ A’p: tierra plana modificada por la curvatura de la tierra
) +A ]
2
2
Dif
dB
P Modelo de Longley- Rice
¾ Método por ordenador. Incluye las altura de las antenas, la difracción en la
superficie de la tierra, el radio efectivo de la misma, constantes del suelo y
climáticas y parámetros específicos del camino
P Modelo de la UIT-R. Rec. 529, 1146
¾ Curvas de propagación que nos dan la E (dB/μv/m) para una determinada PRA.
¾ Factores de corrección por ondulación del terreno Δh, altura de la antena
receptora, vegetación y porcentajes de ubicaciones y tiempo
A b =109,4 + PRA (dBW) + 20·log f (MHz) − E (dB / μV / m)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 30
Modelo empírico general
P Modelo de pendiente de pérdidas con la distancia.
Los modelos empíricos siguen en general un ley proporcional al log de la
distancia.
Aplicable a Macroceldas, microceldas y picoceldas.
Asociado a una variable aleatoria log normal (variabilidad)
¾ relacionada con el desvanecimiento lento
¾ con la inexactitud del modelo de predicción
¾ La desviación típica de la variable es una medida de la precisión del modelo.
A(d) = A(d 0 ) + 10· n·log (d / d 0 ) + χ σ
¾ n: pendiente de pérdidas.
¾ A(d0) pérdidas a una distancia de referencia
T 1 Km para macrocélulas
T 100 m para microcélulas.
T 1 m para picocélulas (indoor)
¾ χσ: variable aleatoria con distribucción lognormal (gaussiana en dB)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 31
Modelo de Okumura Hata
P Modelo empírico de predicción Zonal
A b ( 50%) = 69,55 + 26,16· log f −13,82·log h b − a (h m ) + (44,9 − 6,55·log h b )·log d
¾
¾
¾
¾
Frecuencia.
Altura de la estación base.
Altura del móvil.
Distancia
150 < f ≤ 1500
MHz
30 ≤ hb ≤ 200 m
1 ≤ hm ≤ 10
m
1 < d ≤ 20
Km
Corrección de la altura del móvil (si es distinta de 1,5 m)
T Ciudad pequeña
a (h m ) = (1,1· log f − 0,7)·h m − (1,56· log f − 0,8)
T Gran ciudad
T f ≤ 200 MHz
T f ≥ 400 MHz
a (h m ) = 8,29· [log (1,54·h m ) ] −1,1
2
a (h m ) = 3,2· [log (11,75·h m ) ] − 4,97
Corrección para otras áreas no urbanas
2
( 28)
2
¾ Área suburbana
A bs = A b − 2· log f
¾ Área abierta
A ba = A b − 4,78· log (f ) + 18,33· log (f ) − 40,94
− 5,4
2
P No tiene en cuenta las características específicas del terreno.
¾ Distintas modificaciones. Akeyama, Ericcsson, etc
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 32
Modelo COST-231. (I)
P Modelo empírico geométrico
ESTACION BASE
α
hB
MOVIL
ΔhB
ΔhR
hR
hm
w
b
d
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
hB: altura (suelo) antena EB (m)
hm: altura (suelo) antena móvil (m)
hR: altura media edificios (m)
w: anchura de la calle del móvil (m)
b: ancho entre centros de edificios (m)
d: distancia EB-móvil (Km)
α: ángulo de inclinación del rayo (º)
ϕ: ángulo rayo / eje de la calle (º)
ΔhB: hB - hR
ΔhR: hR - hm
Márgenes de aplicación
¾
¾
¾
¾
800 ≤ f ≤ 2000
4 ≤ hB ≤ 50
1 ≤ hm ≤ 3
0,02 ≤ d ≤ 5
Edificios
MHz
m
m
Km
móvil
ϕ
Valores por defecto medio urbano
¾
¾
¾
¾
hR: 3·(nº de pisos) + ático (m)
w: b/2
b: 20 - 50 m
ϕ: 90º
Onda
incidente
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 33
Modelo COST-231. (II)
A b = A el + A rts + A msd
P Pérdida básica de propagación
A el = 32,45 + 20· log f + 20·log d
Ael: Pérdida del espacio libre
Arts: Pérdida por difracción tejado calle
A rts = − 16,9 −10· log w + 10· log f + 20·log Δh R + A ori Si A rts ≤ 0 ⇒ A rts = 0
¾ Aori: tiene en cuenta el ángulo ϕ
A ori
Amsd: Difracción multiobstáculo.
⎧ − 10 + 0,3571·ϕ
⎪
= ⎨2,5 + 0,075·(ϕ − 35º )
⎪⎩ 4 − 0,114·(ϕ − 55º )
0 < ϕ < 35º
35 ≤ ϕ < 55º
55 ≤ ϕ < 90º
A msd = A bsh + k a + k d · log d + k f · log f − 9·log b
A bsh = − 18 · log (1 + Δh b )
Si Δh b < 0 ⇒ A bsh = 0
Δh B ≥ 0
⎧ 54
⎪
k a = ⎨54 − 0,8·Δh B
Δh B < 0 y d ≥ 0,5
⎪⎩54 − 0,8·Δh B ·d / 0,5 Δh B < 0 y d < 0,5
⎧ 18
⎪
k d = ⎨18 −15· Δh B
⎪⎩
hR
Δh B ≥ 0
Δh B < 0
− 4 + 0,7 (f / 925 − 1) sub. urbano medio
k f = ⎧⎨
⎩− 4 + 1,5 (f / 925 − 1) urbano denso
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 34
Modelos de propagación para microceldas
P Modelo de bidimensional
Diamantes alargados en la calle principal
(
A = 10·log A + B·d 2 + C·d 4
)
−1
P Modelo de dos pendientes y punto de ruptura
A1 = A 0 + 10· n1 log d d ≤ X p
[
]
A 2 = A 0 + 10· n1 log (X p ) + 10· n 2 log d − log (X p ) d > X p
¾ Donde A0 es la atenuación a una distancia de referencia (normalmente 100 m).
¾ n1 y n2 las pendientes antes y después del punto de ruptura (n1≈ 2 y n2 ≈ 4)
¾ Xp : punto de ruptura (breakpoint).
Xp =
2 π hB hm
λ
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 35
Modelos de propagación para interiores
P Modelo de Pérdidas con Factores de Atenuación por Suelo y Pared.
Modelo Motley-COST-231 para Indoor
I
J
i =1
j=1
L = L o + 10 ⋅ n log d + ∑ K wi L wi + ∑ K fjL fj
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Lo = pérdidas de referencia a 1 m. (consideradas como las del E.L.)
n = pendiente de pérdidas con la distancia (normalmente cercano a 2).
d = distancia entre el transmisor y el receptor.
I = número de categorías de paredes.
Kwi= número de paredes de la categoría i. Material
Pérdidas (dB)
Lwi= pérdidas de la pared tipo i.
Ladrillo
2,5
J = número de tipos de suelos.
Yeso
1,3
Kfj = número de suelos de tipo j.
Hormigón
10,8
Lfj = pérdidas del suelo de tipo j.
Pared fina
2,31
Pared gruesa
15,62
Suelo
23,62
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 36
Modelos deterministas (I)
P Aplicar las leyes del electromagnetismo al cálculo de la propagación
de las ondas radio mediante programas de simulación en ordenador.
¾ Técnicas de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD)
¾ Técnica de óptica geométrica (GO), y teoría uniforme de la difracción (UTD).
GO: ondas incidentes, reflejadas y
transmitidas al incidir un rayo en
un medio separador
¾ Leyes de Snell y coeficientes de
reflexión y transmisión.
¾ Reflexión difusa
¾ permitividad eléctrica,
conductividad y grosor de la pared,
permitividad compleja (εr’ + j εr’’).
Material
Pared gruesa
Pared fina
Pladur
Panel de partículas
Madera
Cristal
Librería
εr’
9
2
6
3
2,5
6
2,5
εr’’
0,9
0,5
0,6
0,2
0,03
0,05
0,3
d (cm.)
25-35
10-15
2 x 1,3
2 x 1,3
3-5
2 x 0,3
30
UTD: difracción aristas
¾ Coeficientes de difracción de Luebbers para aristas de conductividad finita
Permiten determinar no sólo las pérdidas de propagación, sino también
las variaciones a corto y largo plazo y la respuesta impulsiva.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 37
Modelos deterministas (II)
P Trazado de Rayos (Ray Tracing) (RTM).
¾ Imágenes de la localización de la antena transmisora relativa a todas las
superficies del entorno.
¾ Se trazan todos los rayos desde el receptor hacia las imágenes hasta que el
rayo intercepte con la pared, y desde ese punto hasta el transmisor.
¾ La cantidad de operaciones crece exponencialmente cuando se aumenta el
orden de las reflexiones.
k
¾ Nº caminos MI, reflexiones de orden k, nº de paredes N
i −1
M I = 1 + ∑ N(N − 1)
¾ Necesidad de algoritmos más eficientes
i =1
P Lanzamiento de Rayos (RLM)
¾ Rayos lanzados desde la antena transmisora en direcciones específicas.
¾ Para 2D separación angular fija. Para 3D separación angular uniforme,
dividiendo la superficie esférica en poliedros geodésicos o conos.
¾ Para cada rayo se determina su intersección con una pared y se divide el rayo
en dos, uno transmitido y otro reflejado. Cada nuevo rayo es trazado hasta la
próxima intersección y así sucesivamente hasta un umbral.
¾ Cuando un rayo pase cerca del receptor, (esfera centrada en el receptor de
radio proporcional a la distancia que lo separa del transmisor), se supone que
es una contribución a la señal. En caso contrario se rechaza ese rayo.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 38
Cálculos de calidad (I)
P Analógicos (SINAD), Digitales (BER)
¾ Sensibilidad en tensión (ej. S = 0,35 - 1,41 μV)
¾ Sensibilidad en potencia (ej. Pu= -116 a -104 dBm)
¾ Campo mínimo utilizable:
S (dBμV) = 107 + Pu (dBm)
R = 50 Ω
E u (dBμV / m) = S (dBμV) + 20·log f (MHz) + G d (dB) − 32 R = 50 Ω
¾ Campo (Potencia) mediano necesario
¾ Δ R: corrección por multitrayecto y ruido:
10-20 dB. Menor con técnicas de
protección (cod. Canal, entrelazado,..)
¾ Δ L: corrección estadística por variabilidad
en ubicaciones/tiempo (fading lento).
σL= 4 - 10 dB; σT= 2 - 4 dB.
¾ Se considera un porcentaje para
localizaciones (L) y tiempo (t) del 90- 95%
para el borde de cobertura, sabiendo que
para el interior es superior.
Radiocomunicación
En = Eu+ ΔR + ΔL
Pn = Pu + Δ R + Δ L
ΔL =
P%
50
75
90
95
99
(k (L)·σ L )2 + (k ( t )·σ t )2
k (P)
0
0,67
1,28
1,64
2,32
Comunicaciones móviles 39
Cálculos de calidad (II)
P Balance del enlace.
Cálculo de la cobertura o radio de la célula.
¾ A partir del campo o de la potencia medianos necesarios se calcula la
atenuación básica mediana de propagación:
Ab = 109,4 + PRA(dBW ) + 20·log f ( MHz ) − En (dBμV / m)
Ab = PIRE (dBm) + GR − Pn (dBm)
¾ Mediante alguno de los modelos de predicción de pérdidas se determina la
distancia de cobertura para los parámetros utilizados.
Cálculo de la PRA (o de otro parámetro).
¾ Mediante el modelo de pérdidas se calcula la Atenuación básica para la
distancia, frecuencia, altura de las antenas y el resto de parámetros necesarios.
¾ Con las fórmulas anteriores y para un nivel mínimo de señal necesario se
determina la PRA.
¾ Cualquier otro parámetro se obtiene a partir de las mismas fórmulas
despejando adecuadamente.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 40
Sistemas celulares (I).
P Aumento de la capacidad de servicio.
¾ Los sistemas clásicos no celulares pretenden cubrir el mayor área posible
mediante potencias y alturas de las antenas elevadas. Un canal ¥ un usuario.
¾ Los sistemas celulares utilizan menos potencia y menor altura de antenas ¤
menor cobertura ¤ célula con determinados canales
¾ A determinada distancia se podrán reutilizar los mismos canales en otra célula
¾ Utilización espectral mucho más eficiente. Los canales se pueden reutilizar
muchas veces.
¾ Mejora de las prestaciones de servicio en capacidad y calidad.
P Parámetros de los sistemas celulares.
Reutilización de canales.
Interferencia cocanal.
¾ Parámetro que limita la calidad y cobertura del sistema celular.
Utilización de cluster o racimo.
¾ Conjunto de células adyacentes con diferentes frecuencias.
¾ Se repite para cubrir todo el área de servicio.
División celular.
Transpaso entre células (Handover)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 41
Sistemas celulares. (II)
P Constitución del sistema básico:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
CCTM: Oficina central encargada de coordinar las BS.
Estaciones base (BS) en cada célula.
Unidades móviles.
Enlaces.
Central de telefonía fija
Abonado de la red fija/móvil
5
4
«
6
1
2
3
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 42
Geometría celular. (I)
P Recubrir el espacio mediante una estructura repetitiva
Células con polígonos regulares.
No existe solapamiento. (Teselar)
Células circulares.
Solapamiento.
R
R
R
R
Círculos
SC = π R
Triángulos.
2
3· 3R 2
ST =
4
Cuadrados.
SCu = 2R
Radiocomunicación
Hexágonos.
2
3· 3R 2
SH =
2
Comunicaciones móviles 43
Geometría celular. (II)
P Ejes oblicuos
v
d: paso de red
(i,j)
d = 3R
R: radio de la célula
S: superficie de una célula
D
60º
(2,1)
u
3· 3R 2
3 2
SH =
=
d
2
2
i,j: coodenada en ejes oblicuos a 60º
d
D: distancia a otra célula
R
D (i, j) = d i 2 + j2 + i· j
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 44
Geometría celular. (III)
P Número rómbicos
Sr: superficie de un rombo
3 2
D
2
i,j: cocanal, D: distancia a otra célula cocanal
D
2
D
D
Sr =
D
2
1⎛D⎞
⎛D⎞
2
2
⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ = i + j + i· j = J
3⎝ R ⎠
⎝d⎠
⎛D⎞
⎜ ⎟ = 3J
J: es un número rómbico
⎝R⎠
D
i 0 1 0 1 2 0 1
j 1 1 2 2 2 3 3
J 1 3 4 7 12 9 13
d
R
J: número de células por racimo
3 2
D
Sr
2
=
= i 2 + j2 + i· j = J
SH
3 2
d
2
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 45
Estructuras Celulares
P J = 3; (i,j) = (1,1)
P J = 4; (i,j) = (2,0)
6
P J = 7; (i,j) = (2,1)
Asignación de 6
frecuencias
5
5
7
1
4
4
3
5
6
5
1
2
6
7
4
7
3
2
3
5
1
4
1
2
6
7
4
3
6
5
2
3
6
5
7
1
4
1
2
P Geometría real
7
5
7
1
4
7
1
4
6
2
3
2
3
2
3
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 46
Interferencia
P Interferencia cocanal
Sistemas limitados por interferencia
¾ 6 Células cocanal en la 1ª corona
¾ 12 Células cocanal en la 2ª corona
Reutilización (D/R)
Agrupamiento (Cluster) J
⎛D⎞
⎜ ⎟ = 3J
⎝R⎠
Calidad relacionada con C/I
¾ Modelo de propagación de una
pendiente α
¾ Suma de potencias interferentes
¾ Ejemplo simple: 1ª corona, todos
los Tx con la misma potencia, en
el peor punto:
c
=
iT
KR − α
1⎛D⎞
≈
⎜ ⎟
−α
6
⎝R⎠
∑ KDi
+α
Analógico: C/I = 17 dB, α = 3,8 ¸ D/R = 4,49; J = 6,7 ¸ 7
Digital: C/I = 9dB, α = 3,8 ¸ D/R = 2,76; J = 2,5 ¸ 3
i
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 47
División de células
P Para aumentar la capacidad de tráfico del sistema.
Se disminuye el radio de la célula
Válido hasta un límite.
¾ Precisión de ubicaciones
¾ cambios continuos de células
¾ Mayor número de emplazamientos.
R’ = R/2
SH’ = SH/4
Tráfico x 4
Microcélulas
P Microcélulas
Zonas urbanas densa
Cobertura de calles
Cobertura 100m a 1Km
Superpuestas con células clásicas
Picocélulas
P Picocélulas /Indoor
Edificios comerciales y de oficinas
Célula: planta (s) o habitaciones
Decenas de metros. Tridimensional
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 48
Sectorización de células
P Para aumentar la capacidad de tráfico y mejorar la relación C/I.
Se divide la célula en varios sectores.
¾ Utilización de antenas direccionales 60, 120 º
¾ Varios tipos de geometrías sectoriales
Hexagonal
+80░
+70░
Rómbica
+90░
+80░
Triangular
+70░
+60░
+60░
+50░
+50░
+40░
+40░
+30░
+30░
+20░
+20░
+10░
+10░
0░
-10
-20
-30
-30
-20
-10
0░
-10░
-10░
-20░
1ª corona sector interferente
1ª corona sector no interferente
2ª corona sector interferente
-20░
-30░
-30░
-40░
-40░
-50░
-50░
-60░
-60░
-70░
-80░
-90░
-80░
-70░
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 49
Distribución de frecuencias
P Estructura omnidireccional (7), (12)
Racimos de 7 o 12 células
¾ Células rurales
P Estructura (7/21)
racimos de 7 células
3 sectores
21 grupos de frecuencias
18
16
9
21
P Celulas
14
16
13
15
10
12
14
9
8
17
18
2
1
5
7
16
7
6
3
19
P Estructuras (3/18)
Racimos de 3 células
6 sectores
18 grupos de frecuencias
21
20
17
11
2
P Estructuras (3/9), (4/12)
Racimos de 3 o 4 células
3 sectores.
9 o 12 grupos de frecuencias
4
3
10
4
11
2
9
1-20 Km de radio
25 - 75 canales
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 50
Asignación de canales
P Fija.
Mediante estudios de tráfico y dimensionamiento de las celdas
Los canales de una célula dentro de un racimo sólo los usa esa célula
P Dinámica.
Todos los canales pueden ser usados por todas las células en función
de las necesidades de tráfico.
Algoritmos complejos para controlar los niveles de interferencia y las
pérdidas de llamadas por indisponibilidad de canales.
P Hibrida.
Cada célula tiene unos canales fijos y el resto se asignan
dinámicamente.
P Prestamo.
Sistema de asiganción fija pero pérmite realizar prestamo de canales
entre células adyacentes.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 51
Traspaso de llamadas
P Handoff (Handover)
Conmutación automática de una llamada en curso, a otra célula
¾ Mediante medidas de nivel y calidad se determina la necesidad de realizar un
transpaso.
¾ Algoritmos para el control de traspasos.
¾ Margen (fluttering) para evitar efectos ping-pong en el borde de una célula.
¾ Se informa a la central de conmutación de telefonía móvil.
¾ Se asigna nueva estación base y nuevo canal de tráfico
También puede realizarse intracélula
El control del traspaso puede ser:
¾ Centralizado (CCTM; o EB)
¾ Distribuido (ayudado o decidido en el móvil.
P Roaming
Traspaso a otra central distinta
¾ Del mismo operador
¾ Diferente operador.
¾ Otro país. (Internacional)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 52
Tráfico en sistemas con pérdida (I)
P Si existe congestión. Llamada pérdida
P Probabilidad de congestión Pt = B(N,A)
N: nº de canales de tráfico en la célula.
A: tráfico ofrecido por los móviles.
B(N,A) distribución Erlang B:
B( N, A) =
AN
N
⎛ Ak
N!· ∑ ⎜⎜
k = 0 ⎝ k!
⎞
⎟⎟
⎠
P Probabilidad de perder una llamada: (congestión y cobertura 1-10% )
p = 1 - (1 - pt) ·(1 - pc)
P Nº de canales por célula: N = C / J (J = nº de células por racimo)
P Tráfico ofrecido a cada célula: A = a · m (Erlang)
¾
¾
¾
¾
a = tráfico / móvil: a= H·L/3600 (Erlang) ≈ 25-30 mE
H= duración media llamada (sg)≈ 90-110 s.
L = nº de llamadas por móvil en la hora cargada ≈ 1
m = nº de móviles/celda.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 53
Tráfico en sistemas con pérdida (II)
P Erlang B:
A partir de A y N obtener Pt:
probabilidad de congestión
por tráfico o GOS
¾ Pt = B(N - NS ,A)
A partir de N (A) y Pt obtener
A ( N): tráfico total en la
célula ( Nº de canales)
¾ Pt = B-1(N - NS , Pt).
NS : canales señalización
A partir de la densidad de
tráfico (E/Km2) ----> A/Sc
0.05
N: Número de canales
0.04
10
5
15
25
20
30
35
0.03
0.02
40
0.01
0
0
Ejemplo:
¾ Células de 1 Km radio.
¾ Superficie total: 400 Km2.
¾ Cluster de 4 células, 3 sectores.
¾ C: 300 canales. GOS= Pt = 3%,
¾ Tráfico por móvil: 25 mE
5
10
15
20
25
30
A (Erlangs)
N= 300/(4·3) = 25 canales, NS = 1
A = 18 E/sector, ms= A/a= 720 mov./sect
mc = 720·3 = 2160 móviles/célula.
SC =3· 3 R 2 / 2 = 2,6 Km 2
Densidad tráfico = 18·3/2,6 = 20,7 E/Km2
nº móviles totales = 400·2160/2,6 = 330.000
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 54
Tráfico en sistemas con espera
P Si existe congestión. Llamada en cola FIFO
Grado de servicio (GOS): probabilidad cualquier llamada de esperar>W0 s
⎡ ( N − A )·W0 ⎤
GOS ( N, A ) = C ( N, A )· exp⎢−
⎥
H
⎣
⎦
¾ N: nº de canales de tráfico del sistema
¾ A: Intensidad de tráfico ofrecido al sistema (Erlangs)
velocidad de las llamadas (nº de llamadas por hora cargada) x su duración media
A=
M ·L·H
3600
M: nº de móviles.
L: nº medio de llamadas/móvil, hora cargada.
H: Duración media de la llamada (s) ≈ 20 s
C (N,A) distribución Erlang C:
probabilidad de que cualquier
llamada tenga que esperar
Tiempo medio de espera
C( N, A ) =
AN
N −1⎛ k
A
⎛ A⎞
A + N!·⎜1 − ⎟· ⎜
⎝ N ⎠ k =0⎜⎝ k!
N
W = C( N , A )
Radiocomunicación
∑
⎞
⎟
⎟
⎠
H
N−A
Comunicaciones móviles 55
Sistemas celulares analógicos
Sistema
Banda de frecuencias
Nº de canales
Ancho de banda canal
Velocidad señalización
AMPS
800 MHz
666
30 KHz
10 Kb/s
TACS
900 MHz
1000
25 KHz
8 Kb/s
NMT
450 MHz
180
25 KHz
1,2 Kb/s
HCATS
900 MHz
1000
25 KHz
300 b/s
P TACS (Total Access Communication System)
¾ Sistema de telefonía móvil público analógico de primera generación en la
banda de 900 MHz.
¾ Deriva del sistema americano APMS (Advanced Mobile Phone System)
La transmisión de voz utiliza modulación de FM
Señalización digital: 40 bits (28 datos + 12 paridad). modulación FSK
¾ Canales específicos SIG (descendentes y ascendentes)
¾ Asociada a una comunicación en curso, con una breve interrupción de la
señal vocal (200 a 300 ms), apenas es percibida por el usuario.
Una serie de tonos.
¾ SAT: Uno de tres tonos (5970, 6000 y 6030),
¾ ST: Tono de señalización a 8 KHz enviado por el MS ocasionalmente.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 56
Arquitectura de la red TACS (I)
Centro de Operación
y Mantenimiento
Centro de
Conmutación
de Móviles
OMC
PSTN
MSC
MSC
PSTN
Unidad de c. remota
RSU
Estaciones Base: BS
BSC: Controlador
BTS: Transceptor
Enlaces de voz
PSTN
Enlaces de datos
(señalización y control)
BSC/BTS
BS
BS
BS
Células: omnidireccional: 1; Sectorizadas: 3,6
PMS
Estaciones Móviles: Portable
MS
Móvil
AI: interfaz aire
PS
Portátil
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 57
GSM. Global System for Mobile communications
P GSM (Global System for Mobile Communications)
¾ Sistema de telefonía móvil público digital de segunda generación en las
bandas de 900 MHz, 1800 MHz (DCS) y 1900 MHz (PCS-USA).
¾ Creado como un sistema Paneuropeo, se ha convertido en estándar
mundial.
¾ La transmisión de voz utiliza modulación digital GMSK y el empleo de
técnicas digitales para mejora de la calidad.
¾ La señalización es compleja y se estructura en diferentes tipos de canales.
P Evolución. www.gsmworld.com
1982. Se crea el grupo de trabajo GSM (Groupe Special Mobile) en el CEPT cuyo
objetivo era elaborar un estándar paneuropeo con roaming internacional.
1987. Se firma un MOU (memorandum of understanding). entre
administraciones y operadores de 12 países europeos.
1991. Inicio de las operaciones en, permitiendo la entrada de países no
europeos
1993. Cobertura de las capitales Europeas, y de las principales rutas en 1995.
(1991-93) Especificación e introducción del DCS-1800 (actualmente GSM-1800).
1998. 256 redes comerciales GSM en 110 países, con 70 millones de usuarios.
2003. 1000 millones de suscriptores GSM en 190 países. 30.000 millones de
mensajes SMS mensuales.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 58
Arquitectura del sistema GSM.
Entidades funcionales
Interfaces
Subsistema de conmutación (SS)
Subsistema de operación
y supervisión
Otras MSC
E
RTC
RDSI
C
Central de
conmutación
móvil
UI
B
D
AUC
HLR
Centro de
Operación y
Mantenimiento
D
VLR
GMSC/MSC
RPCP
OMC
EIR
A
Q3
Centro de
Explotación
de RED
A
Subsistema Radio
BSC: Controlador
BST: Transceptor
BSC
A-bis
BTS
BTS
Subsistema de Estaciones Base:
MS
NMC
BSC
BTS
BSS
Um
MS
MS
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 59
Entidades del Subsistema de Conmutación.
P Central de Conmutación Móvil (MSC). (GMSC)
¾ La MSC constituye el interfaz inteligente entre el sistema de estaciones
base y las redes de conmutación y señalización.
P Registro de Posición Base (HLR). Base de datos
¾ Almacena información de suscripción y localización de los abonados
permitiendo el seguimiento (roaming):
¾ El Identificativo Internacional de Abonado Móvil (IMSI). El Número RDSI
Internacional de la Estación Móvil (número de abonado), (MSISDN)
P Registro de Posición Visitado (VLR ).
¾ Se inscribe temporalmente un abonado cuando está fuera de la zona de
servicio de su central. El VLR interrogará al HLR en el momento en que un
nuevo abonado móvil aparece en su área.
P Centro de Autenticación (AUC ).
¾ Datos necesarios para la autentificación de los usuarios que acceden al
sistema.
P Registro de Identificación de Equipos (EIR ).
¾ Identidades de los equipos móviles (IMEI)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 60
Entidades del Subsistema Radio .
P Sistema de Estación Base (BSS ).
¾ Entidad responsable del establecimiento de las comunicaciones con las
estaciones móviles que se encuentran dentro de su área de influencia.
Controlador de Estación Base (BSC).
¾ Maneja todas las funciones radio de la red GSM. Gestión de canales en los
enlaces BSC-MSC y de canales de radio.
Tranceptor de Estación Base (BTS ).
¾ Equipos de procesado, Radiofrecuencia y antenas.
P Estación Móvil (MS).
Entidad que establece la unión entre el usuario y el sistema fijo de la
red GSM a través del interfaz Um
P Módulo de identificación del usuario (SIM).
Información necesaria para la función de autenticación del usuario
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 61
Estructura geográfica de la Red GSM.
P Área de Servicio GSM:
Área de Servicio GSM
donde un subscriptor GSM puede tener
acceso.
P Área de Operador GSM:
Área de operador GSM
Área de MSC
Área de localización
donde un operador ofrece cobertura y
acceso a su red.
Célula
P Área de MSC:
Parte geográfica controlada por una
MSC
P Área de localización (LA):
grupo de células en que el sistema tiene
localizado a las MS.
P Área de cobertura de una célula:
Zona geográfica cubiera por una célula.
Radiocomunicación
LA1
LA3
MSC
LA4
Cel1
LA2
Cel3
Cel4
Cel5
Cel6
Cel7
Cel2
Comunicaciones móviles 62
Especificaciones GSM.
P Bandas de frecuencias. TACS por debajo del canal 46 (899,2 MHz)
GSM-900
E-GSM
GSM-1800
GSM-1900
Frecuencias (MHz)
Móvil-Base
Base-Móvil
890-915
935-960
880-915
925-960
1710-1785
1805-1880
1850-1910
1930-1990
Distancia deDuplexado
45 MHz
45 MHz
95 MHz
80 MHz
Ancho de banda total M
( Hz)
25 + 25
35 + 35
75 + 75
60 + 60
Ancho de banda radiocanal
200 (KHz)
200(KHz)
200 (KHz)
200 (KHz)
124
174
374
299
Parámetro
Número de portadoras
P Canalización: 200 KHz (100 KHz de guarda en cada extremo)
GSM-900: FMS (N) = 890,2 + 0,2·(n-1); n= 0,1,2,.... 124
FBS (N) = FMS + 45 MHz
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 63
Características de transmisión.
P Conversión A/D.
Muestreo, Cuantificación y Codif.: 8 KHz/s x 13 bits m. (104 Kbits/s)
P Codificación de voz
Vocoder RELP. (Regular Pulse Excited-Long Term Prediction
Velocidad del canal vocal: 13 Kbit/s.
P Codificación de Canal. Vb = 13·(456/260) = 22,8 kbit/s
(C. Conv 1:2 (C. Bloque (50 Clase Ia, 53) + 132 Clase Ib+ 4 b. cola)
+ 78 Clase II) = 456 bits Æ Interleaving (Entrelazado)
P Modulación:
GMSK. (Gaussian Minimum Shift Key). Velocidad 270,8 Kbit/s
P Técnica de Acceso Múltiple:
TDMA/FDMA. (8/16 canales temporales por portadora)
SFH (217 saltos/s)
P Planificación celular:
Radio de la célula. 1 - 35 Km. (urbano - rural), extendido: 70 Km
Relación C/I: 9 dB; Factor de reutilización: 3/9, (4/12)
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 64
Procesos de transmisión/recepción.
Antena
Transmisor
Modulador
Receptor
Demodulador
33,8 Kb/s
Ecualización
Adaptativa
Ráfagas
Cifrado
Descifrado
Entrelazado
22,8 Kb/s
Datos
Desentrelazado
Codificación Canal
13 Kb/s
Decod. Canal
Codificación Voz
8 KHz
Micrófono
Datos
Decodificación Voz
13 bits
Conversor D /A
Conversor A/D
Radiocomunicación
Altavoz
Comunicaciones móviles 65
Construcción de Ráfagas (burst)
1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (120/26=4,615 ms)
0
1
2
3
4
5
6
7
BS: BITS DE INICIO PARADA
BG: BITS DE GUARDA
1 CANAL = DURACION 156,25 Bits (0,577 ms)
RAFAGA NORMAL
(DUMMY)
1 Bit, DURACION 3,69 µs
BS
BITS ENCRIPTADOS
3 58 bits (57 de voz y 1 de bandera)
ENTRENAMIENTO
26
BITS ENCRIPTADOS
58 bits (57 de voz y 1 de bandera)
BS B G
3 8,25
RAFAGA DECORRECIÓN DE FRECUENCIA
BS
3
BITS FIJOS
142
RAFAGA DE SINCRONIZACIÓN
BS
3
BITS ENCRIPTADOS
39
(todos a 0)
BS B G
3 8,25
Información del número de Trama y el código de identificación de la BS
ENTRENAMIENTO
64
BITS ENCRIPTADOS
39
BS B G
3 8,25
RAFAGA DE ACCESO
BS
8
SINCRONIZACION
41
BITS ENCRIPTADOS
36
Radiocomunicación
BS
3
GUARDA EXTENDIDA
68,25
Comunicaciones móviles 66
Canales Lógicos.
C.
C.LÓGICOS
LÓGICOS
C.
C.CONTROL
CONTROL
BCH
BCH
SCH
SCH
FCCH
FCCH
Ráfaga
Ráfaga de
de
Sincronizac.
Sincronizac.
Slot temporal 0
Portadora C0
BCCH
BCCH
PCH
PCH
Ráfaga
Ráfaga de
de
corrección
corrección
frecuencia
frecuencia
C.
C.TRÁFICO
TRÁFICO
Slot temporal 1
CCCH
CCCH
AGCH
AGCH
Ráfaga
Ráfaga
normal
normal
DCCH
DCCH Portadora C0
RACH
RACH
SDCCH
SACCH FACCH
FACCH
SDCCH SACCH
Ráfaga
Ráfaga
dummy
dummy
Radiocomunicación
Half
Half
rate
rate
Full
Fullrate
rate
&&EFR
EFR
Ráfaga
Ráfaga
Acceso
Acceso
Comunicaciones móviles 67
DECT.
P Digital Enhanced (European) Cordless Telecommunication
Servicios: vocales, datos. Acceso a la red conmutada, RDSI y datos.
Tecnología de acceso a la red (requiere una red soporte: GSM. RTC)
P Interfaz radioeléctrico:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
concentrador
Subbanda de 1880 a 1900 MHz
Voz codificada: ADPCM 32 Kb/s.
concentrador
A red (RTC,
Señalización: 6,4 Kbits/s
GSM)
Velocidad del radiocanal: 1152 Kbit/s
Modulación: GFSK. B·T = 0,5
Separación de radiocanales: 1728 KHz
Base de
Técnica de Acceso Múltiple: TDMA/FDMA/TDD. datos
10 portadoras, 24 intervalos/portadora (12 canales duplex)
Selección dinámica de canal (DCS)
10 portadoras
Handover
Capacidad: 10000 erlangs/Km2
MS ---> BS
BS ---> MS
P Seguridad:
1
¾ Autentificación, encriptado de voz
Radiocomunicación
12
1
Sync SN Voz Dat
EB
EB
EB
EB
12 12 slost
Sync SN Voz Dat
Comunicaciones móviles 68
UMTS
Frecuencia mínima por operador 2x20 MHz
• Año 2002 : 2x20 MHz
• Año 2005 : 155MHz + 70 MHz GSM 900 + 150 MHZ
GSM 1800 + 20 MHz DECT = 395 MHz
• Año 2010 : 395MHz + 185 MHz Adicionales = 580 MHz
Terrestre
1880 1900
Sat.
1980
IMT-2000
2010 2025
Terrestre Sat.
2110
2170 2200
UMTS
Requisitos según servicios:
• MM alta interactividad
• MM media & alta interactividad
• Datos conmutados
• Mensajes sencillos
• Voz
• Total
V. Binaria
128 Kbits/s
2.000 Kbits/s
14,4 Kbits/s
14,4 Kbits/s
16 Kbits/s
• Total (contando con la división espectral)
Descripción de alto nivel:
P
P
P
Exterior rural:
Exterior suburbano:
Interior/Exterior de bajo alcance:
Max. Tasa Bit
44 Kbits/s
384 Kbits/s
2.048 Kbits/s
Radiocomunicación
2005
2010
22 MHz
113 MHz
12 MHz
2 MHz
220 MHz
369 MHz
82 MHz
241 MHz
9 MHz
2 MHz
220 MHz
554 MHz
406 MHz
582 MHz
V. Max.
500 Km/h
120 Km/h
10 Km/h
Cobertura
Macro
Micro y Macro
Pico y Macro
Comunicaciones móviles 69
UMTS
P Interfaz radio
¾ Modulación de datos: QPSK.
Modo FDD
¾ Tecnología de acceso múltiple : CDMA de banda ancha (WCDMA).
¾ Mínimo ancho de banda requerido: 2x5MHz. Separación duplex: 130 MHz.
¾ Protección del canal adyacente (ACP) entre 35 y 40 dB. Aislamiento entre Tx y
Rx será de 50 dB.
¾ Ancho de banda bajo demanda posible.
¾ El nivel del suelo de ruido BER para servicios de voz debe ser menor de 10-3 y
para servicios de datos deber ser menor de 10-6.
¾ El máximo desplazamiento doppler tolerable es de 1.000Hz, lo cual para una
frecuencia de portadora de 2 GHz corresponde a una velocidad de unos
500Km/h.
Modo TDD
¾ Tecnología de acceso multiple: TDMA/CDMA de banda ancha. Trama de
10ms con 16 slots de 625μs. Multitrama compuesta de 24 tramas.
¾ Ancho de banda requerida mínimo: 5 MHz.
¾ Ancho de banda bajo demanda posible por la asignación de mas de un código
y varios slots de tiempo de transmisión.
¾ Control de potencia para limitar la interferencia entre células.
Radiocomunicación
Comunicaciones móviles 70
