GSM Global System for Mobile Communications
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Interfaz de radio GSM Global System for Mobile Communications Javier Pereira [email protected] Instituto de Ingeniería Elétrica Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República Uruguay 5 de octubre de 2011 Interfaz de radio Agenda Problemas Consideraciones generales Pérdida de camino Fast Fading Shadowing Slow Fading Dispersión en el Tiempo Time Alignment Paliativos AMR Interleaving Diversidad de Antena Ecualización Adaptiva Frecuency Hopping Timming Advance Handover Interfaz de radio Agenda Problemas Consideraciones generales Pérdida de camino Fast Fading Shadowing Slow Fading Dispersión en el Tiempo Time Alignment Paliativos AMR Interleaving Diversidad de Antena Ecualización Adaptiva Frecuency Hopping Timming Advance Handover Interfaz de radio Problemas • 1. Consideraciones generales • 2. Pérdida de camino • 3. Fast Fading (Fading de Rayleigh) • 4. Shadowing • 5. Slow Fading • 6. Dispersión en el tiempo • 7. Time Alignment Interfaz de radio Generalidades • Los canales inalámbricos presentan gran variabilidad, tanto en el tiempo como en frecuencia • El grado de esta variabilidad se incrementa cuando se considera la movilidad de los usuarios • Para poder obtener una buena performance sobre este tipo de canales se debe realizar un gran esfuerzo • Por ejemplo, en GSM, aproximadamente el 20 % de los encabezados se destina para la estimación de canal • En este caso, el canal es estimado 250 veces por segundo, lo que significa que si un auto se mueve a 100 km h con alguien utilizando un movil adentro el canal se evalúa aproximadamente cada 11 cm Interfaz de radio Propagación • Los distintos métodos de propagación de las señales inalámbricas son: (a) (b) (c) (d) Reflexión Transmisión Difracción Scattering Interfaz de radio Pérdida de camino • Es la atenuación que impone el medio de acceso intrínsicamente • Se toma como modelo la pérdida en espacio libre • Aumenta con el cuadrado del producto entre la frecuencia y la distancia entre la BTS y el móvil Interfaz de radio Pérdida de camino Interfaz de radio Fast Fading • El móvil recibe señales provenientes de caminos distintos • La señal total es la suma de dichas señales, las cuales llegan con distinta fase y amplitud • La contribución de las señales puede ser contructiva o destructiva • Cambios rápidos • A 900Mhz recorriendo 30 cm se puede llegar a cambiar la fase de 0 a 2π Interfaz de radio Fast Fading • Las señales componentes de la señal total tienen una distribución U[0, 2π] (distribución de Rayleigh) • Este tipo de distribución se asocia cuando no hay línea de vista entre la antena y el móvil (NLOS) Interfaz de radio Shadowing • Es una atenuación de la señal debido a objetos que se encuentran entre el transmisor y el receptor • Las variaciones de la señal debido al shadowing ocurren para distancias intermedias (10-100m) • Dichas variaciones se encuentran relacionadas con el largo de los objetos obstructores Interfaz de radio Slow Fading • Debido a la presencia de grandes obstáculos (cerros, contrucciones, etc) entre la antena y el móvil • Las variaciones de la señal debido al shadowing ocurren para distancias largas (100-1000m) • Produce una variación del valor medio del Fast Fading • Dicha variación sigue una distribución logarítmica Interfaz de radio Dispersión en el Tiempo • Al igual el Fast Fading es debido a los caminos múltiples • Producido por obstáculos lejanos • Introduce ISI • Ejemplo: • 1 bit en GSM ”ocupa” 3, 7µs de tiempo • Por lo tanto en el período de un bit la señal viaja 1km • Si la señal resultante proviene de una que viaja directamente mas otra que rebota en un objeto muy lejano al sumarse se produce ISI • Dicho efecto se nota mayormente en áreas rurales Interfaz de radio Time Alignment • Ocurre cuando la información que envía el móvil llega a la BTS fuera del TS que le corresponde • Esto causa interferencia con el móvil que transmite en su TS correspondiente • Este efecto ocurre cuando el móvil se encuentra lejos de la BTS Interfaz de radio Esquema Interfaz de radio Agenda Problemas Consideraciones generales Pérdida de camino Fast Fading Shadowing Slow Fading Dispersión en el Tiempo Time Alignment Paliativos AMR Interleaving Diversidad de Antena Ecualización Adaptiva Frecuency Hopping Timming Advance Handover Interfaz de radio Soluciones Propuestas • AMR • Interleaving • Diversidad de antena • Ecualización adaptiva • Frecuency Hopping • Timing Advance • Handover Interfaz de radio AMR Adaptative Multi Rate • Sistema de codificación adaptativa • Dependiendo del nivel de C I el sistema cambia de codec • En la medida de lo posible agrega o disminuye la cantidad de bits de redundancia disminuyendo o aumentando la calidad de la voz Interfaz de radio Interleaving • Dadas las características del acceso, los errores ocurren en ráfagas • La idea es separar los bits consecutivos • Si ocurre un error en vez de perder una trama entera pierdo pocos bits de muchas tramas, por lo que después puedo reconstruir la información sin problemas Interfaz de radio Diversidad de Antena • Se colocan dos antenas receptoras a cierta distancia (dependiendo de la frecuencia de trabajo) • Mejora el nivel de la señal recibida (hasta en 3dB) • Existen dos variantes: • Dos antenas físicamente distintas • Una antena con polarización doble Interfaz de radio Ecualización Adaptiva • Contrarresta la dispersión en el tiempo • Utiliza una secuencia de entrenamiento periódica • El receptor recibe la secuencia deformada y la compara con la que debería haber recibido • El receptor utiliza su conocimiento para corregir los datos del usuario suponiendo que a todos los datos les ocurrieron los mismos problemas Interfaz de radio Frecuency Hopping • Consiste en hacer cambiar de frecuencias en la BTS y el móvil según una secuencia determinada • Las caídas de nivel de señal ocurren en diferentes lugares para cada frecuencia • Combate el Fast Fading Interfaz de radio Timming Advance • Solución diseñada para contrarrestar los efectos nocivos del Time Alignment • Se instruye al móvil a que transmita su ráfaga antes o después de lo que lo haría normalmente • De este modo la ráfaga llega a la BTS en el TS correspondiente Interfaz de radio Handover • Por medio de información que viaja en el SACCH se evalúa la información del estado de la celdas vecinas • En base a dicha información se puede decidir cambiarse hacia otra celda con nivel de señal superior
