מערכות תקשורת ניידות ותאיות

Dr. Moshe Ran/ 11תקשורת ניידת ותאית – פרק

מערכות תקשורת ניידות ותאיות

"ר משה רןד

. אין לצלם, לשכפל או להעתיק בכל צורה שהיא . MostlyTek Ltdכל הזכויות שמורות לחברת ללא קבלת אישור בכתב מד"ר משה רן

Dr. Moshe Ran / 22 - פרק תקשורת ניידת ותאית

תוכנית הקורסשעות[6 מבוא למערכות תקשורת אלחוטיות: ]

מערכות תקשורת להעברת מידע, מקור מידע אנלוגי/ספרתי. סכימת מערכת תקשורת ומרכיביה, מערכות תקשורת אנלוגיות מול ספרתיות – השוואה, סווג ערוצי תקשורת )קווי, אלחוטי(, ספקטרום תדרים, ייצוג אותות בזמן ובתדר,

יחידות. תהליכים וכווני התפתחות ברשתות גישה מהירה, מערכות תקשורת אלחוטיות – סקירה, סוגיית התדרים במערכות אלחוטיות. מגמות עיקריות

בהתפתחות מערכות אלחוטיות בפס רחב. מערכות דור ראשון, דור שני, שלישי ורביעי בתקשורת ניידת תאית.

פרק 1

שעות[6עקרונות יסוד ושיקולי תכנון של מערכות תקשורת תאיות: ], העיקרון התאי, (ITU-R M.1225)אבני בנין של טכנולוגיית תמסורת רדיו

מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית, אבני הבנין העיקריות של מערכת תאית: תחנת בסיס, תחנת מנוי, מערכת בקרה וקישוריות עם מערכות

תשתית. ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור, הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה.

ACI( , הקצאת תדרים, הפרעות , frequency-reuseשימוש חוזר בתדרים ),CCI וקיבול מערכת, ריבוב סטטיסטי ומושג Erlang , GOS ומדדים

לאכות שירות, שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות. מבוא לטכניקות ( handoffהעברת שליטה )

פרק 2

שעותLarge Scale [ 9]מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות- מנגנוני יסוד 3מבוא להתפשטות גלי רדיו, מודל התפשטות בחלל חופשי,

(, פיזור diffraction(, דיפרקציה )(reflectionבהתפשטות גלי רדיו: החזרה (scattering( חיזוי הפסדי נתיב במודל עם קוו ראיה , )LOS הפסדי נתיב במערכות , )

( כולל outdoor(, מודלים מעשיים להתפשטות מחוץ לבניינים )NLOSללא קוו ראיה ) cost231,Okumura, Hata Walfish and Bertoni תכנון מאזן ערוץ למערכת תאית

בהתבסס על חיזוי הפסדי נתיב, קביעת אחוז כיסוי שטח , מודלים להתפשטות בתוך Ray Tracing models(, חדירה של אותות לתוך בנינים, Indoorבנינים )

פרק 3


תוכנית הקורס Small Scale 9( מודלים להתפשטות גלים במערכות תאיות-

שעות( גורמים המשפיעים על מודלים לטווח קצר, מדידות של מודל החזרות

(multipath פרמטרים עקרוניים של ערוצים עם דעיכות והחזרות: רוחב סרט ,) מודלים Doppler spread, זמן קוהרנטי- delay spreadקוהרנטי –

Saleh and Valenzuelaסטטיסטיים לערוצים עם דעיכות והפרעות, מודל ITU-B, מודל SUI(, מודל Indoorלהתפשטות בתוך בנינים )

4פרק

שעות(3טכניקות אפנון וגילוי למערכות תקשורת ניידות: ) סוגי אפנון – ייצוג סכמתי לאותות מאופננים )אנלוגי, ספרתי(,

, אפנון פס צד DSB(, אפנון פס צד כפול AMאפנון ליניארי: אפנון תנופה ) SSBיחיד

(. FM(, אפנון תדר )PMאפנון לא-לניארי: אפנון זווית ), PPM, אפנון מיקום PDM, אפנון משך PAMאפנוני פולסים: אפנון עוצמה

(Delta Modulation, אפנון דפרנציאלי )PCM, אפנון מקודד PFMאפנון תדר

5פרק

,BPSK: שעות(6שיטות אפנון ספרתי ליניאריות נפוצות )

DPSK, QPSK, O-QPSK ,שיטות אפנון ספרתי עם עוטפת קבועה: FSK,

MSK, GMSK .שיטות אפנון מסדר גבוה: M-PSK, M-QAM, M-FSK .Spread-Spectrum(. מבוא לשיטות מרחיבות סרט OFDMאפנון רב-טוני )

6 פרק


תוכנית הקורס שעות[6טכניקות ריבוי גישה במערכות תקשורת אלחוטיות ]

(, שיטת ריבוי גישה בהתבסס על Multiple Accessמבוא לריבוי גישה ), ריבוי גישה TDMA ריבוי גישה בחלוקת זמן FDMAחלוקת תדר

, שיטות CDMA ובשיטת FHMAבטכניקות של הרחבת ספטרום . השוואת ביצועים של OFDMA, MC-CDMAמודרניות לריבוי גישה

שיטות ריבוי גישה והיבטים טכנולוגיים.

7פרק

שעות(6דוגמאות מסכמות )(, תכנון תאי. קיבול מול כיסוי במערכות תאיות.Link Budgetמאזן ערוץ )

8 פרק


רשימת מקורות לפרק

“Theodore S. Rappaport ”Wireless Communications - Principle and Practice", Chapter 1, 2, IEEE Press 1996

Rec. ITU-R M.1225, “Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for IMT-2000. Question ITU-R 39/8, 1997.

" The Mobile Communications Handbook" , Ed. Jerry D. Gibson., IEEE Press 1996

J.S. Lee and L.E. Miller, “ CDMA System Engineering Handbook”, Artech House 1998.

T. Ojanpera and R. Prasad Ed. “ Wideband CDMA for Third generation Mobile Communications”, Artech House 1998.


עקרונות הנדסה תאית ועקרונות יסוד של 2.0מערכות תקשורת תאיות

של טכנולוגיית תמסורת רדיו - המלצה אבני בניין M.1225 ITU

העיקרון התאי , מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית ( , הקצאת תדרים, frequency-reuse שימוש חוזר בתדרים )

וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCI הפרעות , הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה.

ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור,( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה )

ומדדים לאכות שירות, Erlang , GOS ומושג Trunking ריבוב סטטיסטי, שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות.

( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה )


-ITU הכוללת טכנולוגיית הרדיו כחלק ממערכת הטלקומינקציהM.1225

Telecommunication system

Environment ,

market, regulation

Customer care

Total quality mng.

Telecom mng. Network OAM

Network Infrastructure

Radio transmission technology

Market impact, environment impact, customer perception,

measurable performance

RTT=radio transmission technology

MA modulation ECC

RF channel Duplexing Framing

PHY channel structure and MUX


מבנה הררכי למימשק הרדיו במערכת תקשורת

Physical layer (PHY)

Medium Access Control layer (MAC)

Link Access control layer

Layer 1

Layer 2

Layer 3

Transmission dependentTransmission interdependent

Network layer: call control, mobility management, radio resource mng.


Frame structures Duplexing

technologyRF –Channel parameters

MA technology

PHY channel def. and multiplexing

RTT ConsiderationsRadio transmission technologies

modulationtechnology

Sync. Requirements Spectrum efficiency requirements

Source Coder

Channel coding ECC

BNI and SNI interfaces(Interworking)

Radio Transmission Technology (RTT) Considerations

מרכיבים פונקציונליים של טכנולוגיית תמסורת הרדיו במערכת תקשורת תאית לפי M.1225

( החלקים בסגול הינם מרכיבים של טכנולוגיית תמסורת הרדיו)


אבני בנין המשפיעים על תמסורת הרדיו והקשרים ביניהם

MA: TDMA/FDMA/CDMAריבוי גישה 1.

הפרעות LOS, NLOS: תלויה בתווך התקשורת (טכניקת המודולוציה2.מצרכנים אחרים ברשת) והדרישות על הנצילות הספקטרלית.

בתווך ההתפשטות (אפיון דעיכות), תלויה בחירת שיטת קידודקידוד ערוץ: 3.הנצילות הספקטרלית, והדרישות לאכות בכל אחד מהשרותים (דיבור,

נתונים, ווידאו וכו') . במערכת עם תאים גדולים (לווינות, מערכת תאית ) Interleavingמוגבלת הספק) נידרש בד"כ קוד חזק לתיקון שגיאות. שזירה (

היא חלק מקידוד הערוץ ויוצרת השהיה. משפיעה על רוחב סרט ערוץ, FDD\TDD: בחירה בין Duplexingשיטת 4.

למשל משתמש בערוץ בודד TDDגודל המסגרת ודרישות הסנכרון. המשתמש בזוג ערוצים.FDDלשידור/קליטה, לעומת

.radio freq(: הערוץ הפיזי מבנה הערוץ הפיזי ושיטת הריבוב5.channel(.מוגדר ע"י תיחום בזמן, בתדר או בקוד

duplexing: תלוי בריבוי הגישה, Framingמבנה המסגרת 6..7RF channel parameters הגדרת רוחב סרט ערוץ, הקצאת ערוץ, מרווח :

בין הערוצים


)RTT(שיקולים בבחירת טכנולוגיית תמסורת רדיו

Spectrum efficiency נצילות ספקטרלית בערוץ - / bps/HzbR B

חשוב לא פחות הפרמטר:

, בהנחה שיש מערכת תאית עם תפוסה מלאה. יחידות מערכתיתנצילות ספקטרלית 2bps/Hz/km

Coverage efficiency.נצילות כיסוי שטח :

מספר תחנות הבסיס הנידרש כדי לתת מענה לדרישות תעבורה בתחום שטח נתון הינו פרמטר חשוב. ככל שמספר תחנות הבסיס קטן יותר נצילות כיסוי שטח גבוהה

יותר. Coverage (range): יש שיקול מרכזי לנצילות כיסוי שטח בעומס נמוךefficiency. במקרה ) capacity(: יש חשיבות גדולה יותר לנצילות ספקטרלית בעומס גבוה

interference limitedזה המערכת התאית תהיה מוגבלת ע"י ההפרעות –

. )capacity(נצילות ספקטרלית קשורה במישרין למושג קיבול

Power efficiency במערכות תקשורת לוויניות, הספק הוא המשאב היקר. ניצול :יעיל של ההספק כדי לתת מענה לדרישות עומס נתון הינו הפרמטר החשוב. (הגדרה זו

לנצילות הספק פחות רלוונטית חמערכות תאיות קרקעיות).


של מספר )Access( ארכיטקטורה של מערכת תקשורת אלחוטית לגישהצרכנים

) קישור בין רשת המנוי לרשת אזורית גדולה MAN, WWW('וכו

ממשק האוויר מוגדר בין שתי הישויות: משדר/מקלט תחנת בסיס )BTS משדר/מקלט בתחנות מנויים ()STS(

רשת אפשריות: קונספטים של טופולוגיות

) PMP (point-to-multipoint

point-to-point (P2P)

multipoint-to-multipoint (“mesh”)

Ad-hoc networking רשתות מזדמנות" ללא") BTS מנוי יכל להצטרף ,מוקדם, מבנה רשת יכל להשתנות בצורה דינמית) תאום ללא


?!LAN לרשת מקומית ) Access(מה בין רשת גישה

ACCESSLAN

קישור לרשת גדולה שימוש , WWWכמו

PSTN

קישור בין צרכני הרשת

-1"פס רחב" כיום קצבים2Mbpsלמשתמש

10Gbpsמגיעים עד ל

מוגבל מרחק עשרות מרחקים גדוליםטווחמטרים


)Access(צואר בקבוק ברשתות גישה


Base station – BS

תחנת בסיס מרכזת את התעבורה בתא, מקצה

משאבי שידור, מתזמנת את הצרכנים

לפי עדיפויותMobile Terminal

MTMSC מרכזיית -

מיתוג של המערכת התאית ודרכה החיבור

PSTNל

מבנה מערכת תקשורת תאית ניידת

Mobile Switching Center

)MSC(

BS

BS

MT MT

מרכזיית מיתוג טלפון PSTNאזורית -

MTערוץ עולה

קו אלחוטי קווי

ערוץ יורד )CELL(תא


מרכיבי רשת תקשורת תאית ניידת מרכיבים עיקריים העובדים יחדיו על 4הרשת התאית כוללת בתוכה

מנת להעניק שרותי תקשורת ניידת תאית למנויים:מרכזייה קווית- Public Switched Telephone Network PSTN=

מהווה המימשק בין המערכת התאית למערכות התשתית הקוויות

מתג - mobile telephone switching office MTSO=

MSC =Mobile Switching Center נקרא גם שיחות בו"ז ומנהל את 5000 מנויים, 100000 תומך בסדר גודל של

בקרת תקשורת, וניהול החשבונות הכרוך בכך.אתר - BS (Base Station) cell site with antenna system

טלפון נייד, מסוף נייד..( ציוד המנוי( mobile subscriber unit= MS MT=Mobile Telephone, Mobile Terminal נקרא לו גם


MTSOתפקידי המתג

לחבר שיחות טלפון למרכזיות אחרות

עריכת חשבונות

ביצוע בדיקותשומר נתוני שיחה

העברת שיחות

בדיקת "חוקיות" הלקוח

ייצור דוחו"ת


( BS)תחנת בסיס אתר

האתר משרת מספר רב של מנויים בו זמנית. מכיל כמות גדולה שלמשדרים/מקלטים, אנטנות וציוד רדיו המאפשרים תקשורת דו-כוונית

עם המנויים. בו"ז בהרבה ערוצי תדר כל ערוץ יכל לשמש מספר אפיקי דיבור )שלושה בIS-136 ושמונה ב

GSM ) כל ערוץ עושה שימוש בשני תדרים - ריבובFDD (uplink/downlink) המימשק בין תחנת הבסיס למנויים )טלפון נייד( מנוהל בעזרת ערוצי

בקרה מתאימים. FCC= Forward Control Channel ערוץ בקרה בכוון מתחנת בסיס לתחנה ניידת

RCC=Reverse Control Channel


הטלפון הנייד , וגירסאות המשך מתקדמות...



מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית , העיקרון התאי( , הקצאת תדרים, frequency-reuse שימוש חוזר בתדרים )





Supercell (point-to-point, point-to-multipoint)

–Multiple cell (point-to-point, point-to-multipoint)

•macrocell

•Microcell

•Picocell

–Mesh, Ad-Hoc ((multipoint-to-multipoint

טופולוגיות אפשריות למערכות תקשורת אלחוטיות תאיות נייחות וניידות


Supercell - Topology

תא יחיד "ענק" המכסה את כלתחום העניין של מפעיל המערכת

80-300(אנטנת בסיס גבוההm( 8-15(אנטנות צרכן – גבוהותm(LOSבין בסיס לתחנות קצה 50תחום כיסוי רחב עדkm ערכים אופיינייםC/N = 30dB מודולציות עם הרבה רמות

QPSK, 16QAM, 64QAM

Base station

)BS(

CPE

CPECPE

CPE


Supercellדוגמאות למערכות בתצורת

מערכות ניסיוניות דור ראשון שלFBWA -

US ב MMDS 2.5-2.7GHzלתחומי

בעולם 3.5GHz תחום WLL לתחומי . הנחה זו אינה )LOS(חסרון עיקרי: נשענות על הנחה שיש קוו ראיה –

מאפשרת כיסוי שטח שיטתי בסביבה עירונית (דרישה טיפוסית: מעל כיסוי שטח). 80%

מהגגות בסביבה עירונית טיפוסית (ת"א 60%תוצאות ניסיוניות: רק ל – BSלמשל) יש קוו ראיה ל

מערכות דור ראשון לא עומדות בביצועים נדרשים בסביבה אורבנית – החזרות גורמות לדעיכות סלקטיביות מהירות, NLOSצפופה :

מערכותpager מערכות מבוססות לווין ,

למה לא משתמשים בטופולוגיה כזו למערכות ניידות תאיות...?!

?! HAP אולי בעתיד


מערכות ב"תצורה תאית" – ריצוף השטח בהרבה תאים עם חזרה על תדרים

macrocell : ק"מ)15 (רדיוס תא עד : כל מבנה תאי עם שימוש חוזר בתדרים–

אות בתא מייצגת קבוצת תדרים. מותר לחזור על התדרים בתאים מספיק רחוקים

– כוללת את המבנה )cluster(הקבצה –הבסיסי בו עושים שימוש בס"ה תדרי

N=7המערכת. בדוגמא גודל הקבצה )BS(במרכז כל תא יש תחנת בסיס –

לכל תחנות הקצה המשדרת 30-80mגובה אנטנות בסיס (נייח) – 1-8mגובה אנטנות מנוי (נייח) – NLOSהתפשטות גלי רדיו –ומתאים )ACI(הפרעות מתאים שכנים –

)CCI(המשתמשים באותם התדרים

CPE= customer premises equipment, with possibly mobility (e.g., MS)BS=base station

A

B

C

D

E

F

G

A

B

C G

העקרון התאי – ישים וקריטי בתקשורת התומכת במספר גדול מאוד של משתמשים...


נייחות מול ניידותmacrocellמערכות

) mobile(במקרה הנייד – )omni(הצרכן עם אנטנה כלל כוונית • ) effect Doppler( צריך להתחשב באפקט התנועה במודל הערוץ•הגלים צריכים לחדור בנינים, אין בד"כ קו ראיה•

)fixed(במקרה נייח – קיים אך בד"כ זניחDopplerאפקט •אנטנות מחוץ לבית•

)15dBi (למשל כווניות עם הגבר–

הבעיה-התקנה מחוץ לבית יקרה – ולממש מערכות רחבות פס M-QAMניתן להשתמש במודולציות –

)BWA=broadband wireless access(אנטנות בתוך הבית – •

mobileמודל דומה ל –microcellרדיוס תא קטן יותר ומתאים יותר ל –


Microcell, Picocell Systems

מערכות עם קונספט תאי בדומה לmacrocell אך לטווחים קצרים יותר

–Microcell 1kmטווחים של פחות מ –

BS אנטנות נמוכות ב CPE, אנטנות כלל כווניות ב –

NLOS התפשטות גלים –

WLANדוגמאות: מערכות –

–Picocell100m קטנים מ טווחים –)Bluetooth(דוגמא אופיינית מערכת "השן הכחולה" –

באופן עקרוני – ניתן ע"י הקטנת רדיוס התא להגדיל את מספר המנויים לתא שטח (כלומר, להגדיל את הקיבול של המערכת).


יצוג התא במערכת תאית

IDEAL ACTUAL

ANALYTICAL MODEL



העיקרון התאי , מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית

( , הקצאת frequency-reuseשימוש חוזר בתדרים ) , תדרים





ניצול חוזר של תדרים – מושגי יסוד

ריצוף" של המישור הוא כיסוי כל המישור ללא קרעים או" חפיפות. ניתן מתמטית לרצף עם

משולש שווה-צלעות, מלבן, משושה משוכלל.–

Rמבין הצורות לעיל המשושה קרוב הכי קרוב לעיגול עם רדיוס –

R

R/2

3

2R

2

20.785

(2 ) 4

R

R

המשיקים אחד לשני Rכיסוי עם עיגולים ברדיוס 0.785אינו מלא. הצפיפות של הכיסוי היא רק


Frequency Reuse תדרים תדרים מיחזור

השיטה – חלוקת האזור למספר הקבצות(clusters) .מצומצם כל הקבצה מורכבת מN תאים אשר ביחד מנצלים את כל התדרים של

המערכת, כאשר בכל תא בהקבצה משדרים קבוצת תדרים שונה. .קבוצת התדרים בתא מסוים - חוזרת על עצמה בהקבצה שכנה

( Co-Channels) בין התאים עם אותה קבוצת תדרים Dהמרחק הפיזי גדל. Nגדל ככל ש

ה ע"י העתקתcluster לאזור גיאוגרפי אחר מקבלים כיסוי רחב יותר של השטח.

D



:הגדרות

– Wsys רוחב סרט כולל של המערכת– Mמספר תדרים (ערוצים פיזיים) במערכת – Wc רוחב ערוץ בודד – m גורם הריבוי של ההקבצה )multiplicity( –

כמה פעמים חזרה ההקבצה בשטח הכיסוי של המערכת? ( פעמים כל תדר m, ניתן ל"נצל " m (זא – כל תדר במערכת מופיע עם ריבוי

– k מספר התדרים )radios (בכל תא

M מספר תדרים במערכת הוא M k N

C m k N mM

ואת ניצול התדרים. אולם אז ההפרעות reuse (גודל ההקבצה) מגדילה את ה Nהקטנת קרובים יותר. co-channelגדלות – כי תאים מסוג

sys cW M W

מגדיל mהשימוש בתדרים עם גורם ריבוי ערוצים "לוגיים" Cאת מספר הערוצים. יש

Cמודד את קיבול המערכת התאית הכולל


ניצול חוזר של תדרים – דוגמא

33

25 2 50

33 / 50 660

sys

c

W MHz

W KHz simplex kHzDuplex

M M k

בד"כ – לוקחים לטובת בקרה חלק מהספקטרום, ומפזרים את ערוצי הבקרה בין קטן יותר – מספר הערוצים לתא גדל.Nהתאים. ככל ש

ערוצים בתאk=M/N~165 יש N=4 למשל -

N=7 94 k=M/N~ערוצים בתא



משפט:

מספר התאים בהקבצה בהנחת גיאומטריה של תאי –משושה וריצוף המישור חייב לקיים את המשוואה

2 2N i j ij , integers, i j i j

i,jN

1,01

1,13

2,04

2,17

3,09

2,212

3,113

4,016

3,219

איך מגיעים במערכת תאית למשל, תרגיל ב"ניווט":N=7 תאי 6 ממרכז תא אל Co-Channels ?

"צעדים" דרך מרכזי המשושים בכוון i=2ת: הולכים צעדים j=1הולכים 60o ב CCWכלשהו; מסתובבים

.Co-Channelעד למרכז התא. הגעת לתא


frequency)עיקרון השימוש החוזר בתדרים reuse)

1

23

45

6

7

)a(

1

23

45

6

7 1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7 1

23

45

6

7

)b(

7-cell cluster

)cluster(הקבצה 7מכילה בדוגמא תאים. בכל תא

1/7מופיעים מהתדרים של

המערכת . co-channelהם תאים מסוג התאים עם אותו מספר

פתרון גרפי לחידת הניווט משקף קודם.


Frequency reuse – בכל תא שטחBS המהווה מרכזת, והרבה

. כל תא מקבל קבוצת MTתחנות ניידות- תדרים

הקבצה)cluster( בגודל N היא קבוצה בת N תאים בהם מופיעים כל תדרי המערכת פעם

אחת בדיוק כל תדר משודר בערוץ תקשורתWc [Hz]

1/N נקרא - reuse factor כלומר, איזה חלק מס"ה התדרים במערכת (מקיבול

המערכת) מנוצלים בתא בפועל, התאים אינם משושים. משושה

מאפשר כיסוי שטח בלי קרעים ונוח להמחשה מתמטית.

BS120 … עם אנטנות כווניותo,90o, 60o, 45o -סקטורים לתא.…3,4,6,8ובהתאמה

cell-3מבנה

cell-4מבנה



העיקרון התאי , מבנה אופייני של רשת תקשורת תאית ( , הקצאת תדרים, frequency-reuseשימוש חוזר בתדרים )

וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCIהפרעות , הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה.




ACI, CCIהפרעות במערכת תאית -

7 תאים במבנה21מבנה-cell

חזרות על ההקבצה 3יש בשטח הכיסוי . זא – יש תאים

החוזרים על אותם תדרים בדיוק. תאים אלה נקראים

co –channel הם יוצריםCCIהפרעה קשה הנקראת

Co-Channel-InterferenceCo-channel

לכל תא יש ששה שכנים המשתמשים בקבוצות תדרים שונות. שכנים אלה נקראים

adjacent channels התאים השכנים ACI= Adjacentגורמים להפרעה

Channel Interference

Co-channel

תאים שכנים


הפרעות וקיבול ערוץ של מערכת תאית

מערכות תאיות מסוג Multiple-cell הןInterference limited

Noise limited שהן Supercell לעומת מערכות

במערכות Noise limited

– (S/Nיחס הספק אות להספק רעש ברוחב סרט הערוץ) קובע ביצועים ולשפר יחס אות לרעש. Sניתן להגדיל –

במערכות Interference limited

–S/I יחס הספק אות להספק הפרעות קובע ביצועים –I במכנה הוא הפרעות מתאים דומים )co-channel(וגם מתאים שכנים

)adjacent channel(CCI=co-channel Interference

ACI=adjacent channel Interference

, ולא את S/I במערכת תאית – לא משפרת Sהגדלת הספק אות –הביצועים !!

co-channel יוצרת הפרעות לתאים Sכי הגדלת


CCIתכנון תאי להקטנת

הקטנת הפרעה מתאים דומים נעשית ע"י הרחקה פיזית של תאי

channel co- .במידת האפשר נסמן

Dמרחק בין שני תאים דומים

R רדיוס תא D

R

co-channel Reuse Ratio

DQ

R

Co-Channel משתפר כי המרחק בין שני תאי Q גדול יותר - Nככל שגודל ההקבצה גדל !!

? נראה בהמשך.S/I וליחס Q מה הקשר המדויק בין גודל ההקבצה ליחס



כמה שיותר ?! Nש: למה לא להגדיל את

הקטנת ) הוא CCI (והקטנת ההפרעות Nת: המחיר של הגדלת . כלומר, פחות תדרים בכל frequency – Reuse - 1/Nפקטור

תא.

Frequency-Reuse =1, N=1השאיפה במערכות מודרניות כל התדרים של המערכת חוזרים על עצמם בכל תא. משמעות:

מחייב טכנולוגיות "חדשות" כמו: CCIהטיפול בהפרעות

CDMA

smart antennaאנטנות חכמות



3D

Q NR

Nעבור גיאומטריה של תאים משושים, ומערכת תאית עם גודל הקבצה : משפטמתקיים

1: תרגיל בית הוכחה

S/I? ובין N? מה הקשר בין Q ובין S/Iמה היחס בין

0

1

i

ii

S S

I I

לתא co-channelמספר התאים מסוג i0 - נניחi0=6 מתקיים N=7נתון. למשל עבור

Sיורד הספק אות רצוי בערוץ

I הספק כולל של אותות מפריעים מתאי

co-channel


(המשך)CCI תכנון תאי להקטנת

נניח –

Rx לאנטנה קולטתTx בין אנטנה משדרת dמרחק

P0 מדידת יחוס מכוילת של הספק נקלט במרחק יחוס d0

00

( )n

r

dP d P

d

נתון ע"י d>d0 במרחק Pr(d)אזי – הספק נקלט

”path loss exponent“הוא פרמטר הנקרא n כאשר

- קוו ראיהLOS מתאים למקרה של n=2למשל:

n=4 סביבה עירונית מתאים להתפשטות גלים ללא-קוו ראיה

0 0( )P P d

ברישום לוגריתמי -

10

10

dBW 10log Watts

dBm 10log1

P P

PP

mW

00

( ) ( ) 10 logr

dP dBm P dBm n

d

0 01 macrocell, d 100 microcelld km m


(המשך)CCI תכנון תאי להקטנת

- נתייחס למקרה בו

BS מ Rנמצא במרחק מנוי –

Ii עם הספק D אחרים במרחק BS אותות מפריעים הם–

n מקדם של הפסדי נתיב כל האותות עם אותו –

DR

0

1( )

n

n

i

ii

S R

I D

נפשט עוד ונניח –

כל המפריעים הם מהקליפה של תאים (הקליפה הראשונה)Dדומים במרחק

כל המפריעים בעוצמה זהה

0 0

( / ) ( 3 )n nS D R N

I i i


S/Iדוגמא לחישוב

מה גודל ההקבצה שיבטיחS / I > 18dBn=4הנח הפסדי נתיב עם מקדם הפסדי נתיב – co-channel ששה שכנים בתאי –

:פתרון

1.8

4

/ 18 10 63

( 3 )63 6.48

67

SS I dB

I

NN

N


ACIתכנון תאי להקטנת הפרעה מתאים שכנים

ערוצים בתאים סמוכים או ערוצים סמוכים בתא עצמו (בעייתNear-Far – ( להפרעות בקליטת תחנה ניידת רצויהBSיכולים לגרום ל

נניחf1,d1 מרחק, תדר של תחנה רצויה

f2, d2מרחק, תדר של תחנה מפריעה

f1

f2

אזי האות המפריע בתדר סמוך יכול להופיע בעוצמה גבוהה מאות רצוי, כלומר:

S/I יכל להיות שלילי

d1

d2

1 1 1

2 22

( )

( )

nn

n

P d d d

P d dd

שינחיתו מהר אותות בתדרים סמוכיםBS ? - ע"י מסננים חדים ב ACIאיך פותרים

"חכם" בו בתאים סמוכים מרשים תדרים - ע"י תכנון תדרים מתחת לסף נסבל של ACIרחוקים מספיק, ואוסף התדרים הנבחר לתא מקטין

בין כל זוג של ערוצים אפשריהפרעה


:נניח דוגמא n=4 מאות מפריע20וכן האות הרצוי רחוק פי

- המשך ACIתכנון תאי להקטנת הפרעה מתאים שכנים

1 1 1

2 22

( )20 52

( )

nnn

n

P d d ddB

P d dd

מעל האות. אולם 52dB יקלוט אות רצוי עם הפרעה שיכולה להגיע עד BSכלומר – המפריע לא משדר באותו התדר של האות הרצוי. MTה

ערוצים לפחות. Xתכנון מקובל – להרחיק את התדר הכי קרוב למרחק ספקטרלי של 6 מספיק להרחיק תדר בקרוב – 20dB/octav) הוא IFאם שיפוע מסנן הגלאי (מסנן

. SIN=0dBערוצים כדי לקבל

לכן – נדרשת בתוך התא הפרדה של יותר מששה ערוצים בין כל זוג תדרים.

Channel allocation תכנון מסוג כזה נקרא


הקטנת הפרעות ע"י בקרת הספק

יש מנגנון בקרת הספק על השידורים בערוץ העולה בפועל -)US ( מתחנות ,

. BSהקצה ל

במערכות דור שניCDMA בעיית Near-Far קשה מאוד –

של רשת פלפון).IS-95 (דוגמא:

Re-use factor =1 הסיבה: יש שימוש חוזר בכל התדרים בכל תא.

.פתרון לבעיה – בקרת הספק בקצב מהיר

BSמתאימות של שולט דרך הוראות Media Access Control = MAC

בעוצמה הרגעית שבו כל תחנה משדרת, תוך ניסיון להקטין למינימום הספק

משודר בערוץ העולה.


הקטנת הפרעות ע"י בקרת הספק

מערכת בקרת הספק אידיאלית: דרישות על יהיו בעוצמה שווה בלי תלות בBS להביא לכך שכל האותות הנקלטים ב

מרחק מתחנת בסיס ומיקומן הפיזי של התחנות הניידות–

תנועת תחנות ניידות –הפסדי הנתיב ודעיכות בשל התפשטות הגלים; לכל תחנת קצה יש מסלול –

BSשונה אל

בקרת הספק שיטותתחנה ניידת מודדת הספק נקלט של אות יחוס ומכוונת את חוג פתוח: –

על בקרת ההספק BSלעוצמה רצויה. אין משוב מ הספק אות משודרתחנת בסיס משלימה את פעולת הבקרה תוך הפעלת שיקולים חוג סגור: –

, עוצמות נקלטות מתחנות אחרות). SNR , BERיותר מדויקים (ובהתאם לכך – נשלחת הודעת בקרת הספק לתחנה הניידת בערוץ היורד.


אות יחוסpilot נשלח בערוץ יורד לכל התחנות תחנה ניידת מודדת עוצמה

ומשערכת pilotנקלטת של בערוץ העולה את הערוץ.

תחנה ניידת מכוונת עוצמתשידור בקרוב לפי

בקרת הספק חוג פתוח:

1level= pilot strength estimatexT

התהליך יכל לחזור על עצמו עד למצב בו הושגהעוצמה רצויה

1.5 תהליך מהיר, דיוקים של עדdB בבקרת עם מדרגות תיקון של 30dB הספק, תחום דינמי של כ

4dB דור ראשון) G1(


בקרת הספק חוג סגור

בנוסף למנגנוןPilot בו משערכת תחנה ניידת את הערוץ היורד ומכוונת : שערוך הערוץ העולה BSעוצמת שידור בערוץ העולה, קיים מנגנון נוסף ב

).pilots (האות יכל לכלול גם ישירות מהאות הנקלטBS מחשב הפסדי נתיב בערוץ העולה ושולח הודעת MAC .עם בקרת הספק ביטי בקרת הספק עוברים מסלול עיבוד אות שונה בד"כ ממסלול הדיבור /

) ECC (בד"כ – ללא נתונים:גורמים משפיעים על ביצועים

קצב דעיכות מהיר מדי–

השהיה סופית במערכת בקרת הספק–

שערוך ערוץ לא אידיאלי–

המעבירה פקודת בקרת הספק MACשגיאות בהודעת –

תחום דינמי מוגבל של המערכת–




וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCI הפרעות ,

(roaming)הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור,

( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה ) ומדדים לאכות שירות, Erlang , GOS ומושג Trunking ריבוב סטטיסטי,

שיטות להגדלת קיבול במערכות תאיות.


יוזם שיחה יוזם שיחהMSMSתהליך הוצאת שיחה: תהליך הוצאת שיחה:

5%. )כ BS המשודרים מ FCC)) סריקת ערוצי בקרה 1.מהערוצים במערכת מיועדים לבקרה והשאר לשיחות. ערוצי

הבקרה של תאים סמוכים שונים((. BSהטלפון בורר מתוך הערוצים את החזק ביותר )ננעל על 2.MSC – בדיקת חוקיות המנוי ע"י ORIGשליחת 3.

,ESN=Electronic Serial Number MIN=Mobile Identification Number

אחרי שהמתג בודק שהמנוי אכן חוקי, האתר שולח הודעה 1.( ובה מודיע למנוי על Broadcast)כמו Page בערוץ משותף

איזה ערוץ תתנהל השיחה. מתג יוצר קישוריות. מתג אחראי HOלרציפות הקשר, ואם צריך – עושה

תחילת שיחה – הטלפון ננעל על הערוץ והשיחה מתחילה.2.


תרשים זרימה: שיחה ביוזמת טלפון נייד אל טלפון נייח (בזק)MSC מקבל מBS

מוודא הרשאה MIN,ESN

מנחה את FCC של BS

להקצות ערוץ FD

יוצר קשר בין נייד למספר

שחויג ב PSTN

Base

Station

pageשולח לנייד לעבור לערוץ דבור

מקבל בקשה לאתחול שיחה,

MIN ,ESN

מתחיל שליחה

מתחיל קבלה

Mobile

pageמקבל עם הנחיה

לערוץ

שולח בקשה לאתחול שיחה,

MIN מספר ,מבוקש

מתחיל קבלה

מתחיל שליחה

FCC

FCC

RCC

RCC

Time

FVC

RVC

FVC

RVC


ע"י מנוי נייד ע"י מנוי ניידPSTNPSTNתהליך קבלת שיחה ביוזמת תהליך קבלת שיחה ביוזמת

הMT כאשר אינו עסוק בשיחה( סורק את קבוצת ערוצי הבקרה( FCC ערוצי הבקרה מוגדרים בתקינה גם בין ומחפש וננעל על חזק ביותר. ][. מפעילים שונים באותה עיר/מדינה

הMSC שולח הודעה המופצת לכל ה BS במערכת התאית המכילה את מפיצים את ההודעה בקווי BS. ה (MIN)נתוני הזיהוי של המנוי הנייד

ושומע FCC מאזין לMT . ה ( Page) כהודעה ( FCC)הבקרה שקוראים לו. הוא מאשר שהוא הנקרא, ושולח את פרטי הזיהוי שלו

(MIN, ESN) דרך ערוץ הבקרה החוזר RCC. הBS מעביר ל MSC את פרטי המנוי לבדיקת הרשאות. ה MSC מוודא

להקצות זוג אפיקים )שידור/קליטה( פנוי . BSומנחה ה BS שולח הודעת נתונים ל MT לעבור לזוג אפיקי דיבור מסוימים

במערכת הMT .מקבל את ההודעה, עובר לאפיקים שהוקצו לטובת השיחה ה MSC מבצע קישור בין השיחה מבחוץ דרך ה PSTN לנייד. מתחילה

השיחה בזוג האפיקים שהוקצו לטובת השיחה.


תרשים זרימה: שיחה ביוזמת טלפון נייח אל טלפון ניידMSC מקבל שיחה

PSTNמה- MINשולח

BSלכל ה

מוודא MIN, ESN

BSמנחה להקצות לנייד זוג

אפיקי דיבור פנויים

MTמקשר בין ובין טלפון דרך

PSTN

Base S

T

A

T

I

O

N

pageשולח לנייד עם

NINהזיהוי

שולח מידע למנוי לעבור לזוג אפיקים

פנוי

,MINמקבל ESN

ומעביר ל MSC

מתחיל שידור דבור

מתחיל קליטת דבור

MT,

MS

pageמקבל MINעם

משווה עם שלו

מקבל נתונים לעבור לזוג

אפיקים פנוי

MINמאשר ESNשולח

מתחיל קליטת דבור

מתחיל שידור דבור

FCC

FCC

RCC

RCC

Time

FVC

RVC

FVC

RVC


) Roaming(נדידה

.שירות המאפשר למנוי לעבוד באזורי כיסוי שונים מהאיזור הביתי שלולמשל: עיר/מדינה אחרת.

– !?איך זה עובד

.1MT יכל לעבוד מול FCC .בכל מקום, גם של ספקי שירות אחרים

.2 MSC שולח דרך ערוצי הבקרה )FCC( בצורה מחזורית בקשות למנויים הלא רשומים במערכת להזדהות.

.RCC דרך ) MIN,ESN( שולחים פרטי זיהוי MTה 3.

משתמש בפרטי הזיהוי כדי לקבל דו"ח לחיוב מבסיס נתונים MSCה 4.HLR=Home location Register המכיל מידע של כל MT .נודד

חוקי, MT "רושם" את הנודד כ MSCאם יש הרשאה לחיוב - ה ומרשה לו לשלוח/לקבל שיחות.

אינפורמציית החיוב מנותבת אוטומטית לספק השירות המקומי של 5.אותו מנוי.





ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור, ( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה )



רשת תאית – תקשורת דו כוונית

Downlink )Forward(

Uplink )Reverse(

FVC= Forward Voice Channel

RVC=Reverse Voice Channel

FCC=Forward Control Channel

RCC=Reverse Control Channel


ריבוב שני ערוצי השיחה בטלפון הניידריבוב שני ערוצי השיחה בטלפון הנייד

מכשיר רדיו המשדר וקולט ריבוב השידור/קליטה נקרא

Duplexing

במערכות דור ראשון, שני – הריבוב בתדר:

FDD=frequency division duplexing

מה"צ בד"כ)45)כלומר, שני ערוצים נפרדים עם הפרדה

במערכות דור שלישי מרשים גם ריבוב בזמן

TDD=time division duplexing




וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCI הפרעות , אבני הבנין העיקריות של מערכת תאית: תחנת בסיס, תחנת מנוי, מערכת

בקרה וקישוריות עם מערכות תשתית )"מתג"(.הקמת שיחה, יצירת קשר.

, ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור( handoffמבוא לטכניקות העברת שליטה )



HAND OFFHAND OFF

, מהו ?HAND OFFתהליך ה-

אלגוריתם שפותח לצורך מעברשל טלפון נייד בין איזורי כיסוי של סקטורים תוך שמירה על

רציפות השיחה

כאשרHO נכשל מתנתקת שיחה בד"כ


Hand OFFHand OFF

Hand Off

Cell A Cell B


)Handoff, HO(אסטרטגיות העברת שליטה

אלגוריתם הכרחי במערכות ניידות, לא נחוץ בכלל במערכות נייחותשמירה על "רצף" בשיחה כאשר המנוי הנייד עובר מתא לתא תהליךHO:כרוך ב

זיהוי מעבר תא–BSזיהוי תחנת הבסיס החדשה – החדשBSהקצאת ערוץ דיבור, בקרה חדשים ב –

במערכות ניידות דורI שניות10 –תהליך ארוך כ שניה)1 קצר בהרבה (GSM במערכות דור שני - כמו

Soft Handoff – אלגוריתם ייחודי CDMA במערכות מסוג שאלות לגבי מימוש האלגוריתם

? MT, או MSC, BSמי אחראי: –HO – על סמך מה מחליטים להפעיל HOמה המטריקה להפעלת – בלי לפגוע באיכות שרות ללקוח?HO איך עושים –


)Handoff, HO(אסטרטגיות העברת שליטה (המשך)

מתכנן מגדיר רמת סף אופטימלית בה יתחיל תהליךHO

רמת הסף לHO הנה מעט מעל לסף רגישות הקליטה של המקלט

אסור ש יהיה גדול מדי: אז הרבה HO וקיבול המערכת קטן

אסור ש ,יהיה קטן מדי: לא יהיה זמן לבצע את המיתוג קשר יתנתק

, ,minr HO rP P

HO לא טוב

,r HOP

B עוצמת סיגנל נקלט בנקודה

,r HOP

t

A BRSSI=Received Signal Strength

Aעוצמת סיגנל נקלט ב

HOרמת סף ל סף קליטה

,minrP


)Handoff, HO(אסטרטגיות העברת שליטה (המשך)

HO :מוצלח BS2 לקח את מנוי

התייחס אליו השיחה לא נותקה

A B

Prעוצמת קליטה

Bעוצמת סיגנל נקלט ב


t

BS1 BS2


HOמדיניות טיפול ב

בד"כ – יש עדיפות לבקשתHO על פני בקשה לשיחה רגילה

)) blocking כמו סיכוי ל חסימת שיחה- HOאחרת – הסיכוי לאי הצלחת מבחינת מנוי – קטיעת שיחה באמצע חמורה יותר מאי קבלת שירות (רשת

עמוסה) מתן עדיפות לHO:על שיחה רגילה ע"י

–Guard channels חלק קבוע מהערוצים בכל תא נשמרים לטובת "אורחים" מתאים שכנים

: המיתוג לוקח זמן סופי עד שעוצמת סיגנל יורדת מתחת HOתורים ל – עד לסף קליטה. בזמן הזה ניתן לשלוף תדר מתוך "תור" שגודלו HOלסף

HOוהסדר בו נקבע מתוך התעבורה באזור בו צריך לבצע


HOבעיות אופייניות ב

צרכנים הנעים מהר – גורמים הרבהHO .ומקטינים קבול תא

איך מטפלים? בניית "תא מטריה" . מגדל גבוה מטפל ב"מהירים" על פני –.macrocell מגדלים נמוכים ל microcell "עבור מנוי "איטי


HOבעיות אופייניות ב

Cell dragging :

תאית במצב בו יש קוו ראיה בעיה המתעוררת בתקשורת)LOS( בין MT . התחנה הניידת נקלטת היטב גם כאשר עברה לתא אחר. BSלבין

HO.לא קורה, התחנה הניידת האורחת "מפריעה" לתחנות אחרות

ACI .גדול מהתכנון המקורי – כי המרחק קטן יותר

A BRSSI=Received Signal Strength

Aעוצמת סיגנל נקלט ב


t


Handoff אלגוריתמים של העברת שליטה

NCHO= Network Controlled HO

MAHO=Mobile assisted HO

MCHO=Mobile Controlled HO

Inter system HO תהליך בו צרכן נייד עובר בין אזורי כיסוי :

בהם יש מערכות שונות.


NCHO =Network Controlled HO

כלBS מודד ברציפות RSSIומשערך את מיקומן – של תחנות ניידות BSביחס אל

כלBSלמדידת פותח ערוץ RSSIבתאים שכנים ע"י מקלט

locator matrix מבוקר ע"י - MSC MSC מחליט על סמך קריאות מקלטיlocator של ה BS מי יעשה HO

דור ראשון – של מערכות תאיות ניידות – על אלפי ערוצים monitoring עושה MSCשניות למיתוג כי 10 –

נפילות מורגשות בהספק אות –


MAHO=Mobile assisted HO

במערכות עם ריבוי גישה שלTDMA (דור שני נייד) – תחנה ניידת מסייעת HOלתהליך

MT מודד הספקים אל BS שכנים – ומדווח ל BS שלו מדידות אלה תהליךHO מתחיל כאשר עוצמת BS יורדת מתחת לסף HO הירידה ,

מקיימת קריטריונים (לא דעיכה רגעית...) החלטתHO נעשית ב BS

לא מעורבMSCתהליך מהיר כי – (מיקרו-תאיות)HOיעיל במערכות בהן יש הרבה –


MCHO=Mobile Controlled HO

טכניקה מהירה במיוחד בה התחנה הניידת מחליטה ומבצעתHO ל BS

מאוד גבוההHOאמינות 100ms,הקרוב. זמני מיתוג קטנים מ

תוכנן במקור למערכות כמוDECT איכות הערוץ נמדדת במשותף בBS וב MT תוצאות משודרות ל – MT MT מחליט על סמך מדידות עם איזה BSלעבוד




וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCI הפרעות ,

הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה.

, ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה )

Erlang , GOS ומושג Trunkingריבוב סטטיסטי, ומדדים לאכות שירות,



Trunking Theory

Erlang :עסק בבעיה המתמטית של מתן 19מהמאה ה מתמטיקאי דני .שירותים לאוכלוסייה ע"י מספר קטן של ספקי שרות. היום המושג

Erlang(בעיקר – ערוצי דיבור צרי סרט) מתייחס ליחידות של עוצמת תעבורה 1Erlang= 1 call-hour per hour 33:דוגמאmErlang

שיחה בת שתי דקות. מייצג עוצמת תעבורה בה בממוצע יש בכל שעהGOS (Grade Of Service) מודד את טיב השרות שיכל לקבל צרכן -

במצב הכי עמוס שלה. זהו מדד לביצועים נדרשים trunkingבמערכת עם ניתן כמספר המודד את GOSממערכת.

, אוblocked call( - Erlang B( הסתברות חסימת שיחה–

הסתברות שהשיחה תהיה גדולה מפרק זמן מסוים של שהייה בתור–

)Erlang C(

.16-18 במערכת תקשורת ניידת תאית – המדידה נעשית ביום ה' בין


Erlang עוצמת תעבורה , ריבוב סטטיסטי

קונספט שלtrunking – ( עירוק", כווץ")

מספר גדול של מנויים מקבל גישה למספר קטן של ערוצים–

סטטיסטית המנויים לא מנצלים כל הזמן את הערוץ, לכן מספר המנויים –יכל להיות גדול בהרבה ממספר הערוצים

צריך לספק למנוי גישה למערכת תוך עמידה בקריטריון איכות שרות –)QoS=Quality Of Service(

איך לתכנן מערכת תאית כך שכמות ערוצים נתונהC תשרת U?צרכנים

U C :עקרונות מתמטיים

theory trunking

queuing theory תורת התורים


המשך

תכנון תאי : כדי ) traffic(מעריכים את עוצמת התעבורה הנדרשת , כמה תעבורה –

לענות על דרישות הצרכנים? וכנגד צריך להקצות מספר מתאים של ערוצים תוך עמידה בדרישות –

איכות שירות (ובאילוצים הנדסיים רבים נוספים...). מושגים והגדרות מתורתtrunking

Set-Up time :זמן נדרש להקצאת ערוץ רדיו בתגובה לבקשת מנוי Holding Time, H[sec] :משך ממוצע של שיחה .

Blocked Call : שיחה שלא ניתן להשלימה, או להתחיל אותה בשל עומס במערכת. נקראת גם שיחה אבודה.) congestion(יתר

Traffic Intensity per channel, Ac : עוצמת תעבורה, מדד לאחוז ניצול ערוץ או קבוצה של ערוצים

A עוצמת ביקוש לתעבורה)traffic (לערוץ מצד מנוי בודד : LOAD, A עוצמת תעבורה על כל הרשת

Request rate, קצב ממוצע של בקשות ליצירת קשר ביחידת זמן : [1/sec]


המשך

[ ביקוש של מנוי[ Erlang נקבע ממדידות של משך שיחה ממוצעת, וקצבבקשות ליצירת קשר

ביקוש כוללA – המנוייםU סכום כל הביקושים של

)total offered traffic( רוצים "למכור " תעבורה כוללת שלA[Erlang] אולם במערכת יש רק

. עוצמת התעבורה המוצעת U>>C של ערוצים פיזיים. בד"כ Cמספר נתון לאפיק הנה

הקיבול המקסימלי האפשרי הואC[Erlang] כאשר הביקוש עולה על . המקסימום האפשרי התעבורה נפגעת.

:1מערכת דור ראשון דוגמאG מתוכננת ל - GOS=2% ,כלומר מתוך מאה שיחות יחסמו 2הקצאת הערוצים לתאים נעשית כך שבממוצע

כתוצאה ממערכת עמוסה.

A H

A UA

c

UA AA

C C


Erlang-Bמודל

הנחות –

.1GOS הוא הסתברות לחסימת שיחה. כאשר שיחה נחסמת – המנוי רשאי – לגשת שוב לרשת ולבקש הקצאת ערוץ.

) set-up time=0(אין תור לבקשות – ההקצאה מיידית 2.

מניחים מספר מנויים לא מוגבל ( אינסופי ), מספר ערוצים סופי.3.

מודל פואסוני לבקשות שיחה. 4.

חוסר זיכרון – כל הצרכנים כולל אלה שנחסמו רשאים לפנות בכל זמן לבקש 5.ערוץ. כל הערוצים במאגר זמינים להקצאה, עד למצב בו כולם תפוסים.

הסתברות למשך שיחה יורד בצורה אקספוננציאלית בתלות במשך השיחה.6.

0

!GOS Pr[blocking]

!

C

kC

k

ACAk


(המשך)Erlang-Bמודל

CGOS=0.01GOS=0.005GOS=0.002GOS=0.001

20.1530.1050.0650.046

40.8690.7010.5350.439

51.361.130.9000.762

104.463.963.433.09

2012.011.110.19.41

2415.314.213.012.2

4029.027.325.724.5

7056.153.751.049.2

10084.180.977.475.2

כפונקציה של A : עוצמת תעבורה כוללת מוצעת Erlang-Bקיבול של מערכת GOS ואיכות שרות C מספר ערוצים


Erlang-Bהערות על מודל

להבדיל מהמודל – במציאות מספר סופי של צרכנים, המודל נותן חסם עליון ל

GOSכלומר, איכות שרות אפילו טובה מהחיזוי . .

נוח להשתמש בגרפים – לחיזויA כאשר נתון GOS ומספר הערוצים C

Erlang-B הוא המודל בו משתמשים בפועל בהרבה מקרים. האלגוריתם

M/M/m או גם Blocked Calls Clearedנקרא

דוגמא – שימוש בגרפים למציאת

GOS(A,C)

( , ), ( , )A f GOS C C f GOS A


Erlang-Cמודל

כאן מרשיםset-up time ויש תור גישה לרשת. אם אין ערוץ פנוי משהים – גישה לפרק זמן נתון. בזמן זה מחכים בתור עד שערוץ במאגר יתפנה.

Blocked calls Delayed נקרא Erlang C אלגוריתם איכות שרותGOS נמדדת ע"י הסתברות שההשהיה תהיה גדולה יותר -

מסף נתון של שרות. מעבר לו השיחה נחסמת. נוסחתErlang-C קובעת את הסבירות שבקשת שיחה תענה לאחר השהיה

גדולה מאפס.

1

0

Pr[ 0]!(1 / )

!

c

kCc

k

Adelay

AA C A C

k


Erlang-Cהערות על

לקבל ביטוי להסתברות שבקשת שיחה תענה לאחר כדיt שניות – צריך ונוסחת הסתברות מותניתErlang-Cלהתחשב בהסתברות לפי

[wait |delayed ]C A

tH

rP t e

הסתברות לשיחה שידוע שהושהתה

שניות tלחכות בתור למשך לפחות

-

r

[wait > t]= [delay>0] [ | delay>0]

=P [delay>0]e

r r r

C At

H

P P P wait t

שניות tהסתברות לחכות בתור מעל

0

Pr[ 0]

Pr[ 0]

C At

HD delay e dt

Hdelay

C A

ההשהיה הממוצעת לכל השיחות(חלקן זכה להקצאה מיידית)

ההשהיה הממוצעת לשיחות ממתינות H/(C-A)בתור:


Trunking efficiency

מהגרפים מתברר ש

GOS=0.01 עם trunking Erlang-B ערוצים במערכת עם 10 –

4.46Erlang תמיכה ב עוצמת תעבורה של –

GOS=0.01 עם Erlang-B ערוצים במערכת עם 5של 2 –2x1.36=2.72Erlangתמיכה בעוצמת תעבורה של –

יותר מאשר 60% נתון ב GOS ערוצים תומכת ב 10מסקנה: מערכת עם – באופן כללי יותר: . ערוצים5מערכת עם שתי מערכות עם

גדלה כאשר מספר אפיקים במאגר גדל trunked נצילות מערכת – מוגדרת כיחס בין עוצמת התעבורה בפועל נצילות A ביחידותErlang לעוצמת

Erlang Cהתעבורה המרבית שהיא

A

C נצילות




וקיבול מערכת תקשורת תאיתACI ,CCI הפרעות , אבני הבנין העיקריות של מערכת תאית: תחנת בסיס, תחנת מנוי, מערכת

בקרה וקישוריות עם מערכות תשתית )"מתג"(.הקמת שיחה, יצירת קשר, נדידה.

, ערוץ יורד וערוץ עולה, שרשרת קליטה, שרשרת שידור( handoff מבוא לטכניקות העברת שליטה )

ומדדים לאכות שירות, Erlang , GOS ומושג Trunking ריבוב סטטיסטי,



שיטות להגדלת קיבול מערכת תאית

?איך להגדיל את כמות התעבורה ליחידת שטח

2system spectral efficiency [bps/Hz/km ]

טכניקות לשיפור קיבול ערוץ של מערכת תאית

Cell splitting :פיצול תא לתאים קטנים ).microcell( הגדלת .BSקיבול על חשבון הגדלת מספר

Sectoring : שימוש באנטנות כווניות ב BS להקטנת הפרעות - . השיפור נפגם C/I. הגדלת קיבול ע"י שיפור re-use factorוהגדלת

trunkingבשל ירידה בנצילות

Coverage Zone Concept : שיפור הכסוי התאי ע"י מתן מענה ספציפי לאזורים הקשים לכיסוי בתא.

Cell splitting, Coverage Zone אינן מורידות נצילות – trunking יש להן יתרון , . ניתן לשמור על תכנון התדרים המקורי עם גידול הדרגתי בקיבולHOמבחינת

2Channels/km

קיבול מערכת תאית


Cell splitting

A

ג

ג

ג

ג

ג

ג

ג

A

B

C

D

E

F

G

ג

ג

ג

ג

ג

ג

ג

דוגמא: פיצול תא לשלושה תאים. . שומרים 2הרדיוס קטן בפקטור

על תוכנית התדרים. מקטינים הספק משודר בתאים הקטנים

41 1

2 16

nn

בלי לפגום ביחס Rבס"ה: שיפור בקיבול (יותר ערוצים ליחידת שטח) ע"י הקטנת D/R


Sectoring

שימוש באנטנות כווניות – בBS מאפשר הקטנת CCI בלי להקטין בהכרח את הספקי השידור.

הקטנתCCI מאפשרת N קטן יותר, ולפיכך מגדילה את frequency reuse.כלומר, יותר תדרים (ערוצים) בתא-

המחיר: הגדלת קצבHO פגיעה בנצילות , trunking


I שיטות להגדלת קיבול מערכת תאית

Sector reuse :

תדרים ס"ה. בכל תא יש רק שני 6במערכת יש ABABABתדרים במבנה

פעמים. 3כל תדר בתא מופיע

)sector reuse=3(

תאים. N=3כל הקבצה מכילה

Cell reuse= (1/N) (sector reuse)=1

מגדיל את קיבול המערכת "ליניארית". מספר הערוצים sector-reuseמסקנה: הוא ) cluster(הכולל הזמין להעברת מידע בכל הקבצה

(sector reuse factor)N


Coverage Zone Concept

שיטה שהוצעה ע"יLEE להקטנת כמות HOומגדילה את בסביבה עירונית במקרים מסוימים ויותר2קיבול מערכת תאית בפקטור

אשר בהם מיקום שיפור הכיסוי התאי מושג ע"י חלוקה לאזורי פעילות האנטנות - במעטפת החיצונית של התא (ראה ציור). צרכן נייד מקבל שירות

מהאזור בו האות הנקלט הכי חזק.

השיטה מחלקת תא לאזורים)ZONES ( + המקושרים לאותו ציוד רדיו במעבר מאזור HO. אין ZONE selector דרך BSמקלטים (מודם) של (מנוי פעיל יוצר יש הקטנה של הפרעות. sectoringלאזור, אך בדומה ל

Rzבכל רגע נתון הפרעה רק באזור שלו ולא בכל התא, לכן רדיוס אפקטיבי יותר טוב) S/I" גדול, CCI "דיכוי D/Rשל האזור קטן, יחס

3אפקטיבית – מערכת בנויה על עקרון זה יכולה לעבוד ב-cell ולהרגיש . cell-7הפרעות כאילו הייתה


Microcell Zone Concept

Zone

Selector

point-to-pointערוץ

סיב אופטי או מיקרוגל

R

Rz

מערכות תקשורת ניידות ותאיות

Documents