Introducción a las Comunicaciones Móviles Digitales
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Comunicaciones Móviles Digitales 1. Introducción. 9 9 9 9 Evolución, Elementos y técnicas. Modelos de propagación y tráfico Sistemas de Radiotelefonía Móvil Privada. (PMR). Sistema TETRA. Planificación Celular. Prácticas. 1. Análisis espectral de las bandas para comunicaciones móviles. Identificación de Sistemas y técnicas 2. Caracterización de equipos de transmisión y medidas de propagación en comunicaciones móviles. Bibliografía. 9 9 9 9 Comunicaciones móviles digitales. Rafael Herradón. EUITT, 2005 Comunicaciones Móviles J. M. Hernando., 2ª ed. C.E. Ramón Areces, 2004. Guiones de prácticas. Material auxiliar en la plataforma Moodle Comunicaciones móviles digitales Introducción 1 Aspectos Generales. Evolución Crecimiento exponencial. 9 Nº de usuarios. Celular: 1990: 11 millones 2008:3000 millones. 9 GSM: 2500 millones. Supera a las líneas fijas. Transmisión de SMS 3000 Nº móviles 2500 Móviles GSM-3GSM 2000 1500 35000 500 30000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 M illone s de S M S 1000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1999 Comunicaciones móviles digitales 2000 2001 Introducción 2 2002 Evolución Tecnológica. Radiocomunicación: Marconi 1900. Sistemas de Telefonía móvil clásicos. PMR, Paging --> Trunking. Celulares Trunking analógico TETRA Cordless CT-0-1 AMPS NMT CT-2 CT-3 DAMPS IS-54, IS 136 GSM 900 DECT/PHS PCS 1800 IS-95 (CDMA) GSM 1800 GPRS/EDGE UWC136 Cdma 2000 (WCDMA) UMTS (IMT-2000) Comunicaciones móviles digitales MÓVIL SATÉLITE IEEE 802.11 HIPERLAN Introducción 3 Evolución Tecnológica. Transmisión de datos. Servicios multimedia SMS ----->, ¿3ª generación? HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) GPRS (General Packet Radio System). EDGE. UMTS, HSDPA, 4ª generación (2010) WLAN: IEEE 802.11 Hiperlan Velocidad binaria kb/s 10 M 4ª GENERACIÓN HSDPA HSPA 2M paquetes 1M UMTS 100 k 64 k 10 k 1k EDGE circuitos 9.6 SMS HSCSD 14.4 1998 2000 GPRS 2002 2004 2006 2008 2010 tiempo Comunicaciones móviles digitales Introducción 4 Bandas de frecuencia. Espectro es un recurso escaso Asignación de servicios por la UIT en las CAMR. Zona I, II y III. Atribución, a operadores y tecnologías por los gobiernos. 850 950 1400 1500 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2400 2500 5100 5200 5300 5400 5500 5600 5700 2010 Asignación UIT para 3G Europa 1885 GSM 900 GSM 1800 DECT ... ... 880 925 915 960 Japón IMT 2000 1880 1918 940 956 1429 1477 1453 1501 .. 2170 Hiperlan Hiperlan ... 2412 2472 1895 MSS 5350 5150 5470 5725 High Speed Wireless Access MSS 2483 2160 2402 869 2480 IMT 2000 IMT 2000 PCS 824 MSS 1980 2402 2473-95 PHS USA UMTS UMTS 1710 1785 1805 2110 2170 Home RF Bluetooth IEEE 802.11 PDC PDC 810 826 2025 MSS IMT 2000 Reserved MSS MSS 5150 2480 5250 U-NII U-NII IEEE 802.11 2410 2462 Comunicaciones móviles digitales 5150 5725 5825 5350 Introducción 5 Bandas de frecuencia. Up Link MS ÆBS Down link BS Æ MS 824 - 849 MHz 869 - 894 MHz Sistemas Celulares Analógicos EE.UU. 824 - 849 MHz 1850 -1910 MHz 869 - 894 MHz 1930 -1990 MHz GSM 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 Troncales TETRA 380-385 MHz P Teléfonos sin Hilos 390-395 MHz P 864/868 MHz 944/948 MHz 410 -470 MHz (TDD) CT2 DECT WLAN/ PAN 410 –470 MHz 1880-1900 MHz (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 GHz IEEE 802.11 a LB: 5,150-5,250 GHz; MB: 5,250-5,350 GHz; UB: 5,725-5,825 GHz HIPERLAN 2 LB: 5,150-5,350 GHz; MB: 5,470-5,725 GHz; UB: 5,725-5,875 GHz Comunicaciones móviles digitales Introducción 6 Elementos y Técnicas en los S. Móviles Digitales Objetivos 9 Proporcionar determinados servicios. Telefonía, televisión, datos, multimedia (voz, textos, imágenes y datos) 9 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 9 a un coste aceptable Abaratamiento Terminales Servicios. Sistemas complejos: 9 Aspectos de Red. Conmutación, Interfaces, Señalización. 9 Aspectos de Sistemas de Transmisión. Elementos RF, Propagación,... Comunicaciones móviles digitales Introducción 7 Modelo de red Nombre de la unidad de intercambio Capa Protocolo de aplicación 7 Aplicación Aplicación APDU Presentación PPDU Sesión SPDU Transporte TPDU Interfaz Protocolo de presentación 6 Presentación 5 Sesión Protocolo de sesión Interfaz Protocolo de transporte 4 Transporte 3 Red Red Red Red 2 Enlace Enlace Enlace Enlace Trama 1 Física Física Física Física Bit Subred de comunicaciones Host A Router Router Paquete Host B Protocolos Host-Router Protocolos internos Comunicaciones móviles digitales Introducción 8 Modelo de red OSI (Open Systems Interconexion). Estructura de capas (layers): 9 Capa física. Transmisión de bits sobre el medio de comunicación. Describe las características eléctricas y mecánicas de la comunicación. 9 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). 9 Capa de red. Realiza el “enrutado” y direccionamiento de paquetes de datos entre los puntos de origen y destino de la comunicación (routing). 9 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). 9 Capa de sesión. Controla la comunicación a nivel de terminales, incluyendo funciones de identificación de los mismo, tarificación, etc. 9 Capa de presentación. Transforma las estructuras de datos en un formato estándar. Proporciona también servicios de compresión y encriptado. 9 Capa de aplicación. Representa el interfaz para el usuario o para un proceso de una aplicación. Comunicaciones móviles digitales Introducción 9 Modelo de Sistema de transmisión: INFORMACION CODIFICACIÓN FUENTE ENCRIPTADO CODIFICACIÓN DE CANAL MULTIPLEXADO MODULACION ACCESO MULTIPLE TRANSMISOR SINCRONIZACIÓN RUIDO INTERFERENCIAS CANAL RECEPTOR DECODIFIC. INFORMACION FUENTE DESENCRIP. DECODIF. DE CANAL DEMULTIPLEX. Comunicaciones móviles digitales DEMODULACION ACCESO MULTIPLE Introducción 10 Modelo Sistema de Transmisión 9 Información. Analógica, digital. Características de la misma, ancho de banda, velocidad binaria, funciones de probabilidad, etc. 9 Codificación fuente. Digitalización y compresión. PCM, DPCM, APC, subbanda, transformada, LPC (RPE-LPC en GSM), compresión de datos. 9 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. 9 Codificación de canal. Protección contra errores. ARQ y FEC. Códigos de paridad, códigos cíclicos, códigos convolucionales, turbocódigos, entrelazado. 9 Multiplexado. Multiplexado por división en el tiempo. PDH, SDH, ATM. 9 Sincronización. de frecuencia, de reloj, de trama, etc. 9 Modulación. MPSK, PI/n PSK, FFSK, GMSK 9 Acceso múltiple. FDMA, TDMA, CDMA (DS, FH ,..), híbridos, aleatorios. 9 Transmisores y receptores. Potencia, frecuencia. Técnicas de duplexado: en frecuencia (FDD), en el tiempo (TDD). 9 Adaptación al medio. Cables, conectores, antenas. 9 Canal de transmisión. Interferencias, ruido, distorsión, multitrayecto. Comunicaciones móviles digitales Introducción 11 Técnicas en los sistemas de Comunicaciones Móviles Método de Acceso M. Duplex Modulación Ancho del canal Velocidad datos 25/30 KHz 30 KHz 1250 KHz 200 KHz 200 KHz 200 KHz 5 MHz ** 9,6 Kbit/s 64 (56) Kbit/s 9,6 Kbit/s 160 (50) Kbit/s 384 (115) Kbit/s 2 Mbit/s (144) Kbit/s 144 (130) Kbit/s 100 KHz 1,728 MHz 300 KHz 72 Kbit/s 1.152 Kbit/s 384 Kbit/s 1 MHz 1, 25 MHz OFDM: 20 MHz OFDM: 20 MHz 721 kbit/s 1, 2, 11 Mbit/s 5.5- 54 Mbit/s 6-54 Mbit/s Sistemas Celulares Analógicos TDMA. IS 54/136 CDMA. IS 95 A/B GSM GPRS EDGE UMTS CDMA 2000 FDMA TDMA/FDMA CDMA/FDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA WCDMA/FDMA/ TDMA CDMA/FDMA FDD FDD FDD FDD FDD FDD FM π/4 DQPSK QQPSK/OQPSK GMSK GMSK 8-PSK FDD/TDD Q-PSK FDD Q-PSK Teléfonos sin Hilos CT2 DECT PHS TDMA/FDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA TDD TDD TDD GFSK GFSK π/4 DQPSK WLAN/ PAN Bluetooth IEEE 802.11 b IEEE 802.11 a HIPERLAN 2 Frec. Hopping CSMA/CA CSMA/CA TDMA TDD TDD TDD TDD FM conformado GFSK DQPSK OFDM: QAM OFDM: QAM Comunicaciones móviles digitales Introducción 12 Caracterización canal: Propagación. Pérdidas del camino. 9Modelos Desvanecimientos. 9Rápido. Rayleigh. Rice. Nakagami 9Lento. Lognormal. -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 2000 Muestras Multitrayecto -80 desvanecimiento lento -85 -90 Pérdidas del camino -95 -100 0 50 100 150 Comunicaciones móviles digitales 200 250 300 350 400 450 500 (m) Introducción 13 Caracterización canal: Propagación Ensanchamiento retardo temporal. 9 Respuesta impulsiva variante con el tiempo N−1 h (t, τ) = ∑ a i (t) δ(t − τi (t)) exp (− jωcτi (t) + θi (t)) i =0 Pr/RMS (dBm) N: Número de ondas planas consideradas ai: amplitud de la onda i-ésima ωc: 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) Comunicaciones móviles digitales Introducción 14 Enlace Radio. Conceptos básicos. 9 9 9 9 9 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) Comunicaciones móviles digitales Introducción 15 Modelos de pérdidas del camino. Entornos rurales. 9 Espacio libre o Tierra plana + difracción. 9 Longly-Rice, método por ordenador con modelos digitales del terreno. Entornos urbanos. 9 Método de Okumura-Hata. 150<f<1500 MHz. 30<ht<200 m. 1<hm<10 m. 1<d<20 Km. Ab(50%) = 69,55 + 26,16· logf −13,82·log h b − a (h m ) + (44,9 − 6,55·logh b )·logd 1,5 - 2 GHz , d < 20 Km A b (dB) = 46.3 + 33.9logf (MHz) −13.82logh b (m) − a(h m ) + [44.9 − 6.55logh b (m)]logd + c m Modificaciones, para distintos tipos de entornos. cm: 3 dB en grandes urbes, 0 en ciudades medias y zonas suburbanas. 9 Otros métodos más complejos: COST 231, Xia. Etc. Comunicaciones móviles digitales Introducción 16 Modelos de pérdidas del camino. Microceldas. 9 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 Xp = 2 π hB hm λ Interiores, Picoceldas. 9 Modelo COST 231. A b = A 0 +10·p·logd + N ∑k WiA Wi + Af ⋅ n[(n+2)/(n+1)−b] i=1 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 respectivamente n número de suelos o techos atravesados Af las pérdidas correspondientes de cada uno de paredes, b es un factor empírico Modelos basados en trazado de Rayos. GO y UTD. Comunicaciones móviles digitales Introducción 17 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 congestión N: nº de canales de tráfico en la célula. A: tráfico ofrecido por los móviles. Sistema con espera: 9 Probabilidad de esperar t > W segundos N: nº de canales de tráfico en la célula. A: tráfico ofrecido por los móviles. ⎡ (N − A)·W0 ⎤ GOS(N, A) = C(N, A)·exp⎢− ⎥ H ⎣ ⎦ Tiempo medio de espera. M·L·H 3600 AN B( N , A ) = N ⎛ Ak N!· ∑ ⎜⎜ k = 0 ⎝ k! ⎞ ⎟⎟ ⎠ AN C(N, A) = k ⎛ A ⎞ N−1⎛ A ⎞ N A + N!·⎜1− ⎟· ∑⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ N ⎠ k=0 ⎝ k! ⎠ W = C( N , A ) Comunicaciones móviles digitales A= H N−A Introducción 18 Dimensionamiento por Tráfico 0.05 Erlang B: N: Número de canales 9 A partir de A y N obtener Pt: probabilidad de congestión por tráfico o GOS Pt = B(N - NS ,A) 9 A partir de N (A) y Pt obtener A ( N): tráfico total en la célula ( Nº de canales) Pt = B-1(N - NS , Pt). 9 NS : canales señalización 9 A partir de la densidad de tráfico (E/Km2) ----> A/Sc 9 Ejemplo: 0.04 10 5 15 20 25 30 35 0.03 0.02 40 0.01 0 0 5 10 15 20 25 30 A (Erlangs) N= 36/(4·3)*8 = 3*8 =24 canales, NS = 2 A = 16,6 E/sector, ms= A/a= 666 mov./sect mc = 720·3 = 1998 móviles/célula. Células de 1 Km radio. Superficie total: 400 Km2. Cluster de 4 células, 3 sectores. (4/12) SC =3· 3 R 2 / 2 = 2,6 Km 2 C: 36 portadoras. Densidad tráfico = 16,6·3/2,6 = 19,15 E/Km2 GOS= Pt = 3%, Nº emplazamientos: 400/2.6 = 154 Tráfico por móvil: 25 mE nº móviles totales = 154·1998 = 307.692 Comunicaciones móviles digitales Introducción 19 Modelos de Tráfico y Movilidad. Sistemas multimedia: Diferentes modelos/tipos de tráfico Conversacional: 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. Comunicaciones móviles digitales Introducción 20 Sistemas de Radiotelefonía Móvil Privada (PMR). Sistemas PMR (Private Mobile Radio). (Sistemas de despacho) 9 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. 9 Cobertura local o regional. Lo más amplias posibles. Altas potencias, y emplazamientos elevados. 9 No conectadas a la red pública. Si a PABX 9 Distribución de recursos de forma fija Asignación de canales: 25 KHz --> 12,5 KHz. Saturación del espectro. 9 Llamadas frecuentes, de corta duración y en régimen de espera. 9 Funcionamiento en simplex o semiduplex. 9 Estructura: Puesto de control Estaciones base, repetidores (En modo heterofrecuencia o isofrecuencia). Estaciones móviles Comunicaciones móviles digitales Introducción 21 Sistemas de Radiotelefonía Móvil Privada (PMR). Sistemas de concentración de enlaces (TRUNKING). 9 Utilización compartida de recursos--> Aumento de la capacidad 9 Concentración 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. 9 Sistema trunking analógico. MPT 13XX. Interfaz radio MPT1327 9 Sistemas trunking digitales. TETRA, TETRAPOL y APCO 25. Bandas de frecuencias en PMR. Banda VHF “baja” 30,005 – 47 68 – 74,8 75,2 – 87,5 MH z MHz MHz 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 Comunicaciones móviles digitales Introducción 22 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. ΔL = (k ( L)·σ L )2 + (k (t )·σ t )2 E =E +Δ + Δ n u R L 9 Æ PIRE o PRA, distancia de cobertura. Planificación de frecuencias. P =P +Δ + Δ n u R L P (dBm) = PIRE(dBm) + G − A n R b Canales para cada emplazamiento, Productos de intermodulación. Comunicaciones móviles digitales Introducción 23 Características y Estructura de TETRA "Trans European Trunked RAdio", o "TErrestrial Trunked RAdio” 9 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…. 9 Modalidades básicas de funcionamiento. Modo voz m ás datos 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 paquetes optimizados PDO Se soportan los mismos tipos de equipos que en V+D, salvo los te rminales 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 Comunicaciones móviles digitales Introducción 24 Arquitectura de TETRA Z o nas d e cobe rtura MS BS A IR In terface M SC M SC IS I In te r-S yste m Interface T E I T erm inal É q u ip m en t In te rfa ce IS D N PSTN X 25 M SC N M C ("N e tw ork M ana ge m an t C en ter"). C C ("C usto m e r C are "). R IU ("R eco rdin g Inform a tion U n it"). D M O D irect M o d e O pe ra tio n Comunicaciones móviles digitales Introducción 25 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, 9 Estructura jerárquica de tramas. Tramas de los enlaces ascendente y descendente desplazadas en 2 intervalos Comunicaciones móviles digitales Introducción 26 Canales lógicos Canales de control (CCH) mensajes de señalización 9 BCCH (Broadcast Control Channel) BS Æ 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. 9 LCH (Linearisation Channel) MS ÅÆ BS. Linealización de los transmisores. 9 SCH (Signalling Channel). Señalización común. con mensajes concretos para una MS o un grupo de ellas. Al menos un SCH por BS. 9 AACH (Access Assignment Channel) BS Æ MS. Asignación para cada canal físico de los intervalos de trama, ascendente y descendente. 9 STCH (Stealing Channel) MS ÅÆ 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 ÅÆ BS 9 TCH/S. transmisión de voz. 9 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). Comunicaciones móviles digitales Introducción 27 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. 9 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. 9 TP (Traffic Physical channel). Para canales TCH. 9 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. 9 Tramas 1 a 17 para tráfico y la 18 para señalización asociada. Comunicaciones móviles digitales Introducción 28 Ráfagas. Siete tipos de ráfagas con diferentes estructuras y contenidos, aplicables a los enlaces ascendentes y descendentes. Comunicaciones móviles digitales Introducción 29 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 FUENTE CODIFICACIÓN DE CANAL ENTRELAZADO MULTIPLEXADO RÁFAGAS MODULACION TRANSMISOR 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. Comunicaciones móviles digitales Introducción 30 Canal radio. Modulación. 9 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). S(k ) = S(k − 1) exp[ jDφ(k )] Señal binaria a la entrada B(n). Las transiciones de fase. B (2k – 1) B (2k) Dφ(k) 1 0 0 1 1 1 0 0 - 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: S( t ) = Re[s( t ) exp( j2πf 0 + φ 0 )] k s( t ) = ∑S(k ) ⋅ g ( t − kT ) k =0 g(t- kT) se corresponde con la respuesta impulsiva de un filtro en coseno alzado. Comunicaciones móviles digitales Introducción 31 Canal radio. Características de los transmisores. Clase de Potencia Potencia por portadora (W) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25 25 20 6,3 4 2,5 2,6 1 0,6 9 Estaciones base. 9 Estaciones móviles. Clase de Potencia Potencia por portadora (W) 1 2 3 10 3 1 Características de recepción. 9 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, HT200 Clase Q. especificaciones estrictas para redes cuasi-síncronas. TU50 QS200. 9 Calidad. En función del equipo y del entorno de propagación Tipo de receptor Sensibilidad Estática Sensibilidad Dinámica 9 Sensibilidad Æ Estación base -115 dBm. -106 dBm. Estación móvil -113 dBm. -104 dBm 9 Relación de protección: Cocanal C/Ic = 19 dB. Adyacente C/Ia = -45 dB. Estación portátil Comunicaciones móviles digitales -112 dBm. -103 dBm. Introducción 32 Sistemas celulares. Constitución del sistema básico: 9 Unidades móviles. 9 Estaciones base (BS) en cada célula. Emplazamientos (sites) Elementos radio: Transmisores, Antenas, orientación, torres Elementos de control 9 CCTM: Oficina central encargada de coordinar las BS. 9 Enlaces. Red externa CC BS MS Comunicaciones móviles digitales Introducción 33 Sistemas celulares. Reutilización de canales: Estructura Hexagonal Coordenadas oblicuas, u,v Agrupamiento.”cluster” J. Distancia de reutilización Rombo cocanal 9 9 9 9 9 (D ) 2 2 2 = (i + j + i· j)·d 2 D D 2 ⎛ D⎞ 2 2 ⎜ ⎟ = 3· (i + j + i· j) ⎝ R⎠ 3 2 D 2 SR 1⎛ D ⎞ 2 J= = = ⎜ ⎟ SH 3 3 2 3 ⎝ R ⎠ R 2 D D D d R v J = i 2 + j2 + i· j 60º u 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)... Comunicaciones móviles digitales Introducción 34 Sistemas celulares. Interferencia cocanal, C/I: 9 Para antenas omnidireccionales 6 células cocanal en la 1ª corona 12 Células cocanal en la 2ª corona. 9 Sectorización de células. Antenas direccionales, 2 sectores cocanal para una división en tres 1 sector cocanal para una división seis C = IT KR −α ∑ 1⎛ D⎞ ≈ ⎜ ⎟ KD i −α 6 ⎝ R ⎠ +α i ⎛ D⎞ ⎜ ⎟ = 3J ⎝R⎠ 1 ⎛ C⎞ J = ·⎜ 6 ⎟ 3⎝ I ⎠ 2α α = pendiente de pérdidas con la distancia del modelo de propagación Comunicaciones móviles digitales Introducción 35 Sistemas celulares. Patrones celulares: 9 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. 9 GSM, relación C/I de 9dB, la misma pendiente de pérdidas: J= 3. 9 Sistemas reales. Proceso de planificación mucho más complicado. 9 Sectorización 7/21 (utilizada en comunicaciones móviles analógicas). 4/12 (utilizada en el sistema GSM). 3/9 (utilizada sobre todo para salto en frecuencia). 9 Diferentes tamaños de células. División de células Comunicaciones móviles digitales Introducción 36 Estructura de células. Distintos tipos de celdas y coberturas. Distintos tipos de capacidades. Picocélula Megacélula Macrocélua rural Macrocélua Urbana In-Building Microcélula Home-Cell Micro - Comunicaciones móviles digitales Introducción 37 Proceso de planificación celular. Proceso complejo. Sigue una serie de pasos. 9 Paso 1: Análisis de trafico y cobertura. Demanda de tráfico y su distribución geográfica (datos demográficos). GoS Cálculo del número de emplazamientos: capacidad y cobertura . Datos Resultados 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 Æ16,6 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 Comunicaciones móviles digitales Introducción 38 Proceso de planificación celular. 9 Paso 2: Plan celular nominal. Representación gráfica de la red, patrón celular sobre un plano. Herramientas de análisis por ordenador. Comunicaciones móviles digitales Introducción 39 Proceso de planificación celular. 9 Paso 3: Inspecciones. Localización de emplazamientos. Espacio para equipamiento, casetas, antenas Contrato de arrendamiento. Medidas radio, mediante equipos de prueba. 9 Paso 4: Diseño del sistema. Dimensionamiento de estaciones base y elementos de red de conmutación. Realización del plan definitivo Comunicaciones móviles digitales Introducción 40 Proceso de planificación celular. 9 Paso 5: Implementación del sistema y ajuste. Monitorización continua y optimización de la red. 9 Paso 6: Crecimiento del sistema. Nuevo proceso de planificación Comunicaciones móviles digitales Introducción 41
