introduction to gsm/dcs - sistemas de comunicaciones ...universidad nacional experimental...

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice-rectorado Puerto Ordaz

Tema 2

Objetivos

• Elementos del sistema de comunicación celular.

• Re-Uso de Frecuencias

• Distancia de Re-Uso de frecuencias

• Capacidad de Clientes en un Sistema Celular

• Interferencia Co-Canal

• Reducción de la Interferencia Co-Canal

• Handoff o Handover

• Tipos de Handoff

• Algunos conceptos sobre antenas en telefonía celular.


Numero de Clientes en un Sistema Celular.

Máximo Numero de Llamadas Por Hora


Número de Clientes en un Sistema Celular


Máximo Numero de Llamadas por Hora en una Celda.

Cuando un sistema es diseñado, las condiciones de trafico del

área durante la hora pico es parámetro que va ayudar a

determinar el tamaño de la celda y el numero de canales

necesarios en el diseño.

El máximo Numero de Llamadas es calculado de forma

independiente para cada celda. Luego el numero de canales de

frecuencia es asignado de acuerdo al Número de Llamadas x

Hora estimado anteriormente.

Canales de Frecuencia por Celda



Qi= Máximo Numero de Llamadas por Hora por Celda.

Radio de Cobertura de la Celda.

Cantidad Estimada de Clientes: Normalmente basada en

promedios estadísticos de campo o en datos estimados en áreas

puntuales como C.C., autopistas, avenidas, centros de trabajo ,

etc.

Porcentaje de Penetración Celular: en la zona o área a servir.

Porcentaje de Mercado por Operador.

Promedio de Usuarios: en Horas picos




Consideremos el caso particular el de la próxima apertura

de un gran C.C. en la Ciudad “Orinokia”. Estamos

interesados en estimar la máxima cantidad de llamadas en

una hora pico.

Para lo cual por estadísticas tenemos que el C.C: tendrá una

capacidad máxima de 21.000 visitantes a la vez. Asumamos

según estadísticas de Conatel que la penetración celular en

el país era de 90 % , y asumamos que el marcado esta

dividido en partes iguales, tendremos entonces 18.000

llamadas en total y 6.000 por operador.



Máximo Numero de Canales por Celda



Si 5 de cada 10 personas usaran el celular en la hora pico,

con un tiempo promedio Tp de llamada estimado en 105

segundos; tendremos:

Llamadas x Hora Qi = 3.000.

Se requiere que la probabilidad de bloqueo sea del 5 %.

Calculemos entonces el numero de canales que necesitamos

para cubrir esta demanda en la hora pico.

A= (Qi*Tp)/3600= (3.000*105seg)/3.600= 87,5.

De la tabla de Erlangs encontramos que se requieren

92 canales.



Re – Uso de Frecuencia


REUTILIZACIÓN DE CANALES DE FRECUENCIA

Concepto base para el funcionamiento eficiente de la

tecnología celular, consistente en que diferentes usuarios

ubicados en diferentes áreas geográficas (celdas) pueden

utilizar la(s) misma(s) frecuencias al mismo tiempo.

Este proceso ayuda a incrementar significativamente la

eficiencia de utilización del espectro, siempre y cuando se

haga el diseño correcto porque en caso contrario puede ocurrir

la interferencia co-canal, la mayor preocupación en la

aplicación de este concepto.



Q es la relación entre D y R



Esquemas de reutilización de frecuencias: Las dos

modalidades de Re-uso o reutilización de frecuencias pueden

aplicar en el tiempo y en el espacio.

En el dominio del Tiempo juega papel el concepto de

Multicanalización por División en Tiempo (TDM), en el cual

se ocupa la misma frecuencia pero en diferentes ranuras o

“slots” de tiempo.



En el Espacio la reutilización se divide en dos (2) categorías:

1. La misma frecuencia utilizada en diferentes áreas geográficas

al igual que una estación de radio en AM y FM, es decir, la

misma frecuencia a utilizar en diferentes ciudades.

2. La misma frecuencia utilizada repetidamente en un área

general como parte de un sistema, el cual es el esquema

seguido por las redes celulares.



Un Canal de Radio en un Sistema Celular consiste de un par

de frecuencias , Una en cada dirección de Transmisión, que

conocida como una operación de Full – Dúplex.

Los Canales que van desde la Celda o BTS a el Móvil son

conocidos como canales Forwards (hacia adelante.

Los canales que van desde la unidad Móvil hacia la Celda

(BTS) son conocidos como canales Reverses (hacia atrás).


Grafico de Spread Spectrum

Reverse Channel

Foward Channel


Calculo de la Distancia de Re-uso de Frecuencias


Distancia de Re-Uso de Frecuencia

1 23

4 5

7 8

9

6

•

1 23

4 5

7 8

9

6

•

1 23

4 5

7 8

9

6

•

1 23

4 5

7 8

9

6

•

1 23

4 5

7 8

9

6

•1 23

4 5

7 8

9

6

•

• •

•

•

•

•

•

• •

•

“D”


•

•

(0,0)

•

•

••

• •

•

•

•

•

•

• •

•

d = paso de la celda

R = Radio de la Celda

D(i,j) = Distancia de Reuso

S = Superficie de la Celda

i,j = Coordenadas de los

Ejes oblicuos a 60°

(1,0)

(2,0)

(2,1)

d

R

D

Distancia de Re-Uso de Frecuencia


(i.d,0)

•

•(0,0)

•

•

••

• •

•

•

•

•

•

• •

•

D ² (i,j)= d² (i²+j²+2.i.j . Cos 60°)

D ² (i,j)= d² (i²+j²+i.j)

D ²/ d² = (i²+j²+i.j)

d = R√3

D ²/ d² = 1 (D/R)² = (i²+j²+i.j)

3

K= 1 (D/R)²

3

D = [√(3 K)] R

(1,0)(2,0)

(2,1)

Distancia de Re-Uso de FrecuenciaGeometría Celular

(0,j.d)

(i.d,j.d)



Geometría Celular

Área de un Rombo Sr = D² √3

2

Área de un Hexágono Sh = R² 3√3

2

K = Numero Rómbico

K = Sr/Sh = = (i²+j²+i.j)



Distancia de reutilización de frecuencias: Este factor

como valor mínimo, dependerá del número de celdas co-

canal en la vecindad de la celda central, el contorno del

terreno, la altura de la antena y de la potencia de

transmisión en el sitio de celda.

D = [√(3 K)] R



K es el patrón de reutilización y mostrado según la figura

resulta:

3,46 R K = 4

4,6 R K = 7

D = 6 R K = 12

5,19 R K = 9

7,55 R K = 19

Si todos los sitios de celda transmiten a la misma potencia, el

factor K se incrementa, por lo tanto D, lo cual reduce la

posibilidad de la interferencia co-canal. Sin embargo, un K

demasiado grande, implica reducción del número de canales

por celda, lo cual hace ineficiente la troncalización.


REUTILIZACIÓN DE CANALES DE FRECUENCIAEl reto ahora es disponer del valor de K más pequeño que sea

suficiente para cumplir con los requerimientos de desempeño, lo

cual obliga a la estimación de la interferencia co-canal, y

seleccionar la mínima D de reutilización de frecuencias para

reducir la misma.

El valor más pequeño es K = 3, obtenido por la fijación de i = 1

y j = 1, en la ecuación:

K = i² + ij + j²

Los valores anteriores están relacionados con las coordenadas

establecidas en la geometría celular al trabajar con el arreglo

hexagonal.


Interferencia Co-Canal



Interferencia Co-Canal: Es aquella producida por un canal

de la misma Frecuencia que se encuentra en otra celda cercana

.


Esta interferencia es la que se conoce en sistemas celulares

como interferencia Co-Canal.

Re-usar idénticas frecuencias en diferentes celdas es una

opción limitada que podría convertirse en un problema si no

es aplicada correctamente.

Ahora queremos encontrar la mínima distancia para el Re-Uso

de frecuencias que nos permita de reducir la interferencia Co-

Canal.




A B


En un sistema completo con 6 celdas adyacentes, la

Interferencia Co-Canal es recibida desde los seis (6)

interferidores en dos puntos:

A : Recibidas en el sitio de celda (BTS).

B : Recibidas en la unidad (es) móvil (es).

Para los caculos siguientes de la interferencia Co-Canal

vamos a asumir que el tamaño de la huella de las 6 celdas

es aproximadamente el mismo.



El valor de la interferencia Co-Canal es independiente de la

potencia de trasmisión y esto significa que el umbral de

potencia del Móvil, es ajustado a nivel de potencia de la Celda

(BTS).

De acuerdo con estas consideraciones entonces la factor de

interferencia Co-Canal viene dado por la ecuación:

q = D/R

Donde el parámetro “q” es el factor de Reducción de la

interferencia Co-Canal . Ósea cuando “q” incrementa,

entonces la Interferencia Co-Canal disminuye.



Adicionalmente , la separación D puede ser expresada en

función de Ki y C/I ,

D = f (KI ,C/I ), Donde

KI es el numero de Co-Canales interfiriendo

pertenecientes a la primera hilera de celdas adyacentes y

C/I es la relación portadora / interferencia medida en el

receptor del móvil en evaluación.Ki

C / I = C / ( ∑ Ik ) (1)

K=1



En un sistema celular

completo de formas

hexagonales, existen

siempre seis (6) celdas

interferentes co-canal

en la primera hilera, es

decir, Ki = 6.

Ki

C/I = C / ∑ Ik (1)

K=1

FACTOR DE REDUCCIÓN DE INTERFERENCIA CO-CANAL


En un entorno real de una red para móviles, la pendiente de la

perdida por propagación varía según:

−γ −γ

C ∝ R = αR (2)Donde :

C = Portadora recibida

R = Distancia medida del transmisor al receptor

α = constante

γ usualmente se encuentra entre 2 y 5 dependiendo de las

condiciones topográficas. Por supuesto, γ nunca será menor de

2 que es la perdida en el espacio libre.



Si se asume que el ruido local en la celda es mucho menor que

la interferencia co-canal y por lo tanto despreciable, entonces

la ecuación de C/I puede expresarse usando (2) de forma

aproximada como :

- γ Ki - γ

C / I = ( R ) / ( ∑ Dk ) (3)

K=1



Donde “γ” es una pendiente de pérdidas en la trayectoria

de propagación determinada por el ambiente real del

terreno. En este ambiente se asume el parámetro

usualmente como γ = 4 y Ki = 6 en un sistema celular

completamente equipado. Por supuesto las seis (6) celdas

co-canal interferentes en la segunda hilera causan una

interferencia más débil en comparación con la primera

hilera, por lo tanto, es despreciable.

Relación portadora/interferencia (C/I) en un

sistema con antena omnidireccional


Relacionando y sustituyendo en las dos ecuaciones (2) y (3) , se

tiene en general:

Ki - γ Ki - γ

C / I = 1 / ∑ ( Dk / R ) = 1 / ∑ ( qk )

K=1 K=1

Donde “qk” es el factor de reducción de interferencia co-canal

para K en cualquier celda co-canal interferente.

qk = Dk / R

Relación portadora/interferencia (C/I) en un



Reducción de interferencia Co-Canal en un



FACTOR DE REDUCCIÓN DE INTERFERENCIA CO-CANAL

Valor C/I Deseado en una Antena

Omnidireccional :

Analicemos ahora cual sería el valor de Nivel C/I ideal que

hace que la interferencia Co-Canal u otras como los

Desvanecimientos Multitrayectoria (Fading Multipath ó

Rayleight Fading), sean tan pequeñas que puedan

considerarse despreciables.

De igual forma tratemos de encontrar la mínima distancia de

reutilización de frecuencias para reducir la Interferencia Co-

Canal.


Por simplicidad se asume que todos los Dk son iguales, por lo

tanto, D = Dk y q = qk.

De acuerdo a esto tenemos que :

-γ -γ γ

C / I = R / 6D = q / 6

Despejando:

γ

q = 6 (C / I)

Es decir:

1/γ

q = 6 (C / I ) C / I en mW

Reducción de Interferencia Co-Canal en un



El valor de C / I está basado en el desempeño requerido del

sistema, y el valor de γ se basa en las características del

terreno. Con los valores de C / I y de γ se determina el factor

de reducción de interferencia co-canal.

La práctica normalizada es especificar valores de C / I en 18

dB (63,1 mW) o más basado en chequeos subjetivos y en los

criterios de desempeño que definen la calidad del sistema.

(PdB/10)

PmW = 10




Partiendo que el valor aceptado de 18 dB, se mide de acuerdo

a la calidad de la voz captada en los móviles en operación, lo

que implica que dicho valor hace inefectiva la interferencia

co-canal y el desvanecimiento multitrayectoria en esos

niveles.

La pendiente de pérdidas en la trayectoria γ es igual a 4

aproximadamente en el ambiente de radios móviles, entonces:

¼

q = D / R = (6 x 63,1) = 4,41




El incremento de la potencia transmitida en cada celda, lo cual

debería alcanzar hasta el 90% de cobertura de la misma, no

afecta el resultado de la ecuación anterior, ya que “q” no es

función de la potencia transmitida.




El factor “q” puede relacionarse a un conjunto finito de celdas

en un sistema de forma hexagonal definido por la Eq. :

q = √3K, es decir, para q = 4,41 implica K = 7

Lo anterior implica que un patrón de Re-uso de 7 celdas es el

necesitado para mantener la C/I en 18 dB.

En Una simulación por computador a describir posteriormente,

se encuentra un valor de q = 4,6 ; el cual es muy cercano al

resultado de la ecuación.




Solución obtenida de la simulación computacional:

Partiendo del patrón seleccionado de 7 celdas a reutilizar. Se tiene

la definición clara que el valor de D en la simulación es una

variable establecida como D = 2R, la cual puede iniciar la

distancia e ir incrementándose cada 0,5R, es decir, D = 2R; 2,5R;

3R. Para cada valor de D se genera un grupo de datos de

simulación.

Se genera aleatoriamente la localización de cada móvil dentro de

la celda. Se obtiene una distancia Dk desde cada una de las seis (6)

unidades móviles al centro de la celda, asumiendo un Ki = 6.




La señal deseada del móvil, así como los seis (6) niveles

interferentes al centro del sitio de celda también se generan

aleatoriamente siguiendo la regla de pérdidas en la trayectoria de

propagación del radio móvil, la cual es de 40 dB/década, en

conjunto con a desviación estándar log-normal de 8 dB en su

valor medio.

Se suman todos los datos de las interferencias simuladas, y se

obtiene:

Ki = 6

I = ∑ Ik

K=1




El valor anterior se combina con el valor de la portadora

principal simulada C y se obtiene la C / I.

El valor de C/I será para una D específica, la cual es la distancia

entre el centro del sitio de celda y los sitios de celda co-canal

interferentes.

Este proceso se repite unas 1000 veces para cada valor de D,

siguiendo el criterio establecido anteriormente, en que el 75% de

los usuarios establecerán una calidad de voz como “buena” o

“excelente” en el 90% del área de cobertura.




Se busca entonces que del 75% de la opinión de los usuarios se

logre una C / I de 18 dB con el valor apropiado de D. Asumiendo

que las localizaciones escogidas de los móviles son aleatorias y

uniformes, entonces un 90% corresponde al área de cobertura

para 900 móviles.

Se asocia cada localización de unidad móvil con su C / I recibido

para encontrar el valor particular de D. Algunos valores de C / I

son altos y otros bajos, implica que se descartan los 100 valores

más bajos.




Entonces el valor principal de C / I debería derivarse de los 900

valores remanentes, el cual asociará un valor particular de C/I con

un valor particular de D. Este proceso se repite para diferentes

valores de D, encontrándose los valores medios de C/I.

Puede plotearse una curva C/I vs D. En la publicación de los

laboratios BELL en relación a esta publicación se obtuvo la

correspondencia del valor C / I de 18 dB con un D = 4,6R.

Entonces: q = D / R = 4,6.




Interferencia Co-Canal. Peor Caso



q = 4.6 normal interferencia.

K = 7 patron de Celdas.

Asumiendo Condiciones Ideales de Terreno:

La Distancia de todas las 6 celdas “Interferidoras” se pueden asumir

en el mejor de los casos como equidistantes, ósea 2 distancias D-R,

2 Distancias D y 2 distancias D+R.


-γ -γ γ

C / I = R / 6D = q / 6

1/γ

q = 6 (C / I ) C / I en mW



R

2(D − R) + 2(D) + 2(D + R)

1

2(q − 1) + 2(q) + 2(q + 1)

Substituyendo q = 4.6

C/I = 54 mW o 17 dB, Aproximado18 dB.

C/I =

C/I =

−4

−4 −4 −4

−4 −4 −4



Pero estimar el Peor Caso seria cuando la distancia sea: D-R para

los 6 interferidores.

R

6(D − R)

1

6(q − 1)

28 mW = 14.47 dB

−4

−4C/I =

C/I =

C/I =

−4



Pero estimar el Mejor Caso seria cuando la distancia sea: D-R para

los 6 interferidores.

R

6(D + R)

1

6(q + 1)

163,68 = 22.14 dB

−4

−4C/I =

C/I =

C/I =

−4



En la realidad debido a las imperfecciones de sitio donde se ubica la

Celda y las variaciones geográficas naturales del terreno la C/I

Recibida es siempre peor que 17 dB y puede llegar hasta 14 dB y

menos.

Y esto puede ocurrir más fácilmente en una Celda de Tráfico pesado.

Por eso el sistema debe ser diseñado con una C/I alrededor del peor

caso. Y en ese caso un factor q = 4,6 es insuficiente.

Así que en una Celda Omnidireccional , un K = 9 o K = 12 podrían

ser más apropiados.




K es el patrón de reutilización:

3,46 R K = 4

4,6 R K = 7

D = 6 R K = 12

5,19 R K = 9

7,55 R K = 19

C/I = 84.5 (=) 19.25 dB K = 9

C/I = 179.33 (=) 22.54 dB K = 12


Handoff o Handover


Mecanismo de Handoff ó Handover


En la figura anterior, se verifican dos (2) esquemas, en el

primero dos celdas co-canal utilizando una frecuencia F1

separadas una distancia D, donde dicho parámetro y el radio de

la celda son gobernados por el factor “q”.

Ahora debe llenarse con canales de frecuencia F2, F3 y F4 entre

las dos celdas anteriores para completar el sistema, ya que las

frecuencias son asignadas a sus correspondientes C2, C3 y C4 de

acuerdo al mismo valor de “q”.



Suponiendo que una unidad móvil inicia una llamada en la

celda C1 y después se mueve a C2, la llamada puede

deshabilitarse y reiniciarse en la misma celda, conmutando

las frecuencias de F1 a F2. El proceso de conmutación de

frecuencias es automático sin la intervención del usuario y es

conocido como Handoff ó Handover.

Este proceso es una actividad clave en la operación de las

redes de Telefonía Celular.



Las preguntas que surgen para garantizar el correcto desempeño

son:

1) ¿Cómo hacer que los procesos de handoff sean exitosos?

2) ¿Cómo reducir los handoffs innecesarios en el sistema?

3) ¿Cómo es controlada la capacidad de tráfico en una celda

individual por la alteración causada por el algoritmo handoff?



Básicamente el handoff requiere en dos (2) situaciones en las

cuales la estación base recibe señales débiles desde el móvil:

1)Cuando el móvil llega al límite de la celda, donde cae la

señal bajo un límite aceptable, típicamente -100 dBm en un

ambiente de ruido limitado.

2)Cuando la unidad móvil cae en uno de los “huecos” u

“hoyos” de intensidad de señal encontrados en la celda,

como se verifica en la siguiente figura.



La implementación del mecanismo va a depender de la

supervisión constante en el canal de voz controlado en la estación

base, de la calidad de la señal en la radio transmisión,

chequeándose lo siguiente (no necesariamente los dos en dicha

operación):

1) Intensidad de la señal

2) Relación C / I en el tono de supervisión de audio (SAT)

Lo anterior establece entonces dos (2) tipos de handoff.



Basado en la intensidad de la señal

El nivel umbral para la ocurrencia del handoff en un sitio con

ruido controlado es de -100 dBm y de -95 dBm en un sitio con

interferencia limitada.

Operación de fácil implementación. El localizador del receptor

mide todas las intensidades de señal de todos los receptores en la

estación base. Sin embargo, esta señal llamada RSS en los

sistemas Analógicos, es decir, intensidad o rigidez de señal

recibida de sus siglas en inglés, incluye interferencia.



Tenemos entonces que:

RSS = C + I, ósea la intensidad de señal recibida

donde es sabido que C = potencia de portadora

e I la interferencia.

Si se establece un nivel umbral para la RSS, puede darse

que el mismo se encuentre por encima del umbral debido a

la presencia de la I, la cual puede ser muy potente. Lo

anterior debería implicar la ocurrencia de un handoff pero

no es así.



Si se tiene una situación donde la I tiene poca intensidad

pero también lo es el RSS, puede implicar que la calidad de

voz sea buena aunque se tenga un RSS bajo, lo cual puede

producir un handoff innecesario.

Lo anterior establece la facilidad de la implementación pero

no da una buena precisión en a toma de decisión.



Basado en la C / I:

El valor de la C / I para que ocurra un handoff en este caso

se establece en 18 dB en el límite de celda en general, a fin

de garantizar calidad de voz, aunque a veces se puede

implementar en niveles menores por consideraciones de

capacidad.

La unidad de canal de voz genera un tono continuo (SAT),

el cual se adiciona a la señal transmitida, éste no interfiere

con la misma porque su frecuencia está por encima de las

frecuencias de voz, aunque en algunos sistemas se utilizan

los dos niveles combinados para implementar el handoff.



El handoff se controla a partir de la C / I, obtenida desde:

(C + I) / I ≈ C / I

Se puede establecer el nivel basado en C, el cual depende

de la distancia de propagación, que no es el caso de la I.

Entonces al dependerse del valor de C / I, el cual al

disminuir puede deberse al incremento de la distancia o del

valor de la I, implica una necesaria ocurrencia del handoff,

en cualquiera de los dos casos.

Número de handoffs por llamada:

Mientras menor sea el tamaño de la celda, donde se

mantenga un K que implica que se tangan más canales por

área de cobertura, mayor será la



Número de handoffs por llamada:

Mientras menor sea el tamaño de la celda, donde se

mantenga un K que implica que se tangan más canales por

área de cobertura, mayor será la cantidad promedio de

handoffs por llamada, la cual será relativo al tamaño de la

celda.



De acuerdo a los diversos procesos de simulación de señal se

tiene como base:

1) 0 a 2 handoffs por llamada en celdas de 16 a 24 Km.

2) 1 a 2 handoffs por llamada en celdas de 3,2 a 8 Km.

3) 3 a 4 handoffs por llamada en caldas de 1,6 a 3,2 Km.



Inicialización del handoff:

Partiendo que en la estación base siempre se monitorea la

intensidad de la señal a través de los canales inversos de voz

(RVC), cuando éste llega aun nivel de handoff (mayor que el

nivel umbral para la mínima calidad de voz requerida), la

estación base envía a la MTSO un pedido para la ejecución del

handoff en la llamada.

En las estación base se realizan operaciones para que la gestión

del handoff sea exitosa y no se caiga en el caso de pedir un

handoff apresurado que puede ser innecesario, o uno fallido

cuando la decisión de pedido fue tardía.



Si se tiene que el nivel umbral en el límite de la celda -100

dBm. Se establece el valor de ocurrencia del handoff en -100

dBm + ΔdB.

Si el valor de ΔdB es fijo y grande, el tiempo para ir de -100

dBm a -100 dBm + ΔdB es mayor, pueden ocurrir muchos

eventos en ese tiempo como por ejemplo que el móvil se

regrese a la estación base o se



detenga, es decir, no se cae debajo de los -100 dBm, que

implica que muchas decisiones de handoff sean apresuradas

e innecesarias. Si el valor de ΔdB es muy bajo, entonces no

habrá tiempo para las conmutaciones y se pierden las

llamadas mientras se está en el proceso.

El ΔdB se ajusta de acuerdo a la pendiente de pérdidas por

propagación de la señal y por la relación o proporción de

cruce de nivel (Level Crossing Rate-LCR) de a intensidad

de la señal.



Hay dos casos donde se necesita

el handoff pero es imposible

ejecutarlo:

1) Cuando el móvil se localiza

en un “hueco” o “sombra” de

intensidad de señal dentro de

la celda pero no en el límite

2) Cuando el móvil se aproxima

al límite de la celda pero no

hay canales disponibles en la

nueva celda



En el primer caso las llamadas deben ser mantenidas en la

frecuencia del antiguo canal hasta que se caiga por un nivel

de señal insostenible.

En el segundo caso la nueva celda debe reasignar una de las

frecuencias de sus canales dentro de un período

razonablemente corto o a llamada se caerá.

• Algoritmo de dos (2) niveles para el handoff:

Utilizado en general para mejorar la oportunidad de obtener

un handoff exitoso.



En el gráfico anterior se dispone de un comportamiento que

se graba en el indicador de RSS, llamado ahora RSSI,

instalado en cada receptor de a estación base. Cuando la

señal cae bajo el primer nivel de handoff, se inicia una

petición del mismo.

Si el móvil se encuentra en una sombra o todos los canales

de una celda vecina están ocupados, el handoff es pedido

periódicamente cada cinco (5) segundos.



En el primer nivel de handoff, se realiza el mismo si la

nueva señal es más fuerte (caso I de la figura), sin embargo,

si se alcanza el segundo nivel la transferencia es directa

(caso II de la figura).

La MTSO siempre dará prioridad al handoff en relación al

inicio de una nueva llamada, por consideraciones de

comodidad al usuario.



Si no hay celdas vecinas con canales disponibles cuando se

alcanza el segundo handoff, la llamada continúa hasta que

se alcanza el umbral límite y se cae la misma. Si el móvil

no envía un SAT en los cinco (5) segundos subsiguientes el

MTSO apaga el transmisor de la estación base.

La ventaja de tener dos (2) niveles de handoff, es que hay

más garantía que el mismo se ejecute en el sitio adecuado y

se eliminen posibles interferencias en el sistema. En el caso

I de la figura el primer handoff ocurre prácticamente en el

límite entre las dos celdas (A y B), si solo se utilizara el

segundo nivel de handoff, el mismo se haría ya muy inserto

en la celda B.



En el caso II, el proceso ocurre entre las celdas A y C.

Debido a la separación de las mismas, el primer handoff es

imposible operarlo.



Handoff forzado:

Es el que se evita cuando debería ocurrir, o se que ejecuta

aunque no se necesite.

La estación base puede asignar un valor umbral más bajo y

hace que se mantenga el móvil operando más tiempo dentro

de la celda o incrementa el nivel umbral, haciendo que se

produzcan handoff antes de llegar a los límites de la celda.



Handoff forzado:

La MTSO puede ejecutar handoff aunque no haya recibido

pedidos para ello, esto se hace cuando verifica celdas

demasiado congestionadas, entonces le pide a las estaciones

base incrementar los niveles umbral para ejecutar la

conmutación a otra celda adyacente, el cual sería

anticipado, comparándolo con la operación normal .



Cola de espera de handoff:

Mecanismo más eficiente que el algoritmo de dos (2) niveles. La

MTSO pone en cola de espera los pedidos de handoff en vez de

rechazarlos cuando la nueva celda a conmutar está ocupada. Por

supuesto la eficiencia es factible cuando los pedidos de handoff

vienen en grupos. Ya que si vienen solos no tiene sentido

ponerlos en espera.

Hay reducción de bloqueo para las llamadas iniciadas al

utilizarse la cola de espera, sin embargo la misma constituye más

riesgosa para las llamadas en handoff aunque si se ponen en cola

de espera solo las llamadas en handoff si hay reducción de la

probabilidad de bloqueo.



Handoff o Handovers

En resumen vamos a conseguir dos Causas que generan un Handoff o Handovers

Handover por razones de trafico

• Cuando la capacidad de la celda esta cerca del máximo, un Móvil en la periferia de la celda puede realizar un handover a una celda vecina con bajo tráfico.

• La MSC inicia el procedimiento.

Handover debido a Calidad de Señal.• Cuando un Móvil se mueve durante la comunicación puede pasar de una celda

a otra.

• Los recursos de frecuencia de la celda previa no pueden seguir usándose mas.

• El Móvil es atendido por una celda nueva .

• BSC que controla la celda actual toma la decisión de realizar el handover.


Tipos de Handoffs o Handovers


Intra Cell - Intra BSC Handover

Air A

TCBTS

BSC

New Channel

Old Channel


Inter Cell - Intra BSC Handover

Air A

TCBTS

BTS

BSC

Old Cell / BTS New Cell / BTS


Inter Cell - Inter BSC Handover

Air A

BTS

Old Cell / BTS

New Cell / BTS

BTS

BSC TC

BSC TC

VLRMSC


Inter MSC Handover (1)

Air A

BTS

Old Cell / BTS

New Cell / BTS

BTS

BSC TC

BSC TC

VLRMSC

VLRMSC


División de Celdas - Splitting


• ¿Por qué la división de celdas?

El objetivo de esta operación es al igual que el reuso de

frecuencias, optimizar la utilización del espectro radio

eléctrico.

Cuando la densidad de tráfico comienza a crecer y los canales

de frecuencia F1 en cada celda C1 no pueden soportar la carga,

se puede dividir la celda original en celdas más pequeñas,

donde en general el nuevo radio es la mitad de la celda

original.

Hay dos (2) maneras de hacer la división, donde el sitio

original no es utilizado y la otra en la cual si se considera.



• ¿Cómo dividir?:

Dos técnicas clásicas de división de celdas:

1) División Permanente:

Gestión que es planificada de antemano, estableciendo el

número de canales, sitio geográfico, donde juegan papel las

consideraciones futuras de carga de tráfico.

Cuando la planificación está definida el punto de arranque o

corte se establece desde los momentos de tráfico más bajos,

usualmente a la medianoche de un Domingo, donde la

estimación esperada es pocas llamadas fallidas debido a

este corte, asumiendo que el tiempo fuera de servicio de la

celda es como máximo dos (2) horas.



2) División dinámica:

Basado en la utilización eficiente del espectro localizado en

tiempo real.

Es un algoritmo bastante difícil de implementar, sobre todo

por las consideraciones en que no puede lograrse tener un

simple sitio de celda desocupado durante la división de

celda en las horas de alto tráfico.

Pero una vez que se ha establecido el procedimiento, se

aplica vía software, obteniéndose resultados esperados.



ELEMENTOS PARA EL DISEÑO DE UN

SISTEMA CELULAR

División o partición de celdas (splitting)


Observando el gráfico anterior se puede analizar un ejemplo de

partición dinámica, en el cual se establece un área que necesita

incrementar su capacidad de tráfico y se recurre a la división

dinámica asignándole canales de frecuencia adicionales que

corresponden a otro sector en el cual no hay mucha demanda de

servicio al momento.



• Limitaciones del tamaño de la división o partición y manejo

del tráfico:

La división de celdas depende de dos (2) factores:

1) El aspecto del radio. Donde el tamaño de la celda depende

del control efectivo del patrón de cobertura y de la exactitud de

conocimiento en la ubicación de los móviles.



2) La capacidad del procesador de conmutación.

Mientras más pequeñas las celdas, mayores handoffs

ocurrirán y mientras más división de celdas se implemente,

mayor potencia de procesamiento es necesaria.

Los puntos anteriores de alguna manera pueden limitar los

alcances de las particiones.



• Efecto de las divisiones:

Cuando se da el proceso de división, a fin de mantener la

relación “q” en el sistema, se tienen dos (2)

consideraciones:

1) La división de celdas afectan celdas vecinas. Causan

un desbalance en la potencia de transmisión y en la

distancia de reuso de frecuencias, lo cual implica la

necesidad de tener también celdas más pequeñas divididas

en las celdas vecinas, es como un “efecto dominó”.



2) Ciertos canales deben usarse como barreras. Para que

las mismas celdas extensas, grandes y pequeñas puedan

aislarse seleccionando un grupo de frecuencias, las cuales

serán usadas solamente en las celdas localizadas entre las

celdas grandes en un lado y en las celdas pequeñas en otro

lado para evitar la interferencia que sea transmitida desde

celdas grandes a celdas pequeñas.



Ejemplo de División de Celdas:

Nuevo radio de celda = Viejo radio de celda / 2

De acuerdo a la ecuación anterior:

Nueva área de celda = Vieja área de celda / 4

Si cada nueva celda va a llevar la nueva carga de tráfico de la

original

Entonces:

(Nueva carga de tráfico / área unitaria) = 4 x (Carga de

tráfico / área unitaria)



Antenas en Telefonía Celular


Configuración de Antenas - BTSOmnidirectional BTS

f1,f2, f3

3 sectores x BTS

2 sectores x BTS

f2f1, f2

f5, f6

f1

f3, f4


• Antenas:

Todos los parámetros para el dimensionamiento de la antena

como son: el patrón de radiación, ganancia, inclinación y

altura afectan el diseño del sistema.

Los patrones pueden ser omnidireccionales y direccionales,

sea en plano vertical u horizontal. La ganancia de antena

contribuye a compensar a potencia transmitida.

Los diferentes patrones de antena y ganancias en sitio de

celda y en unidades móviles afectarán el desempeño del

sistema.



Los patrones típicos de antenas en el espacio libre son

diferentes a los disponibles en las redes celulares. Si una

unidad móvil viaja alrededor de una celda en un área con

muchos edificios, la antena omnidireccional, no duplica lo

que llaman el omni- patrón. En consecuencia si la relación

“front-to back” (frente-espalda) en una antena direccional es

de 20 dB en el espacio libre, va a ser de solo 10 dB en el sitio

de celda.



Lo anterior se debe a la posible cercanía de estructuras altas de

edificios al frente radiante de la antena direccional que hará

altamente reflectante la señal transmitida y bajará la relación de

ganancias front to back inclusive a valores de 6 dB en

comparación a los 20 dB cuando se aplica una antena

direccional estándar en el espacio libre, es decir, sin estructuras

importantes al frente de radiación.



Relación Frente-Espalda de

una antena direccional en un

ambiente de radio móvil



Ejercicios



Datos:

Area de Cobertura: 12 Kms, con 6 celdas de radio 2 Kms

Una Autopista, dos avenidas,




Estadio Cachamay, partido semifinal Copa America

Argentina vs Mexico. 45.000 personas. Nivel de

penetración 80 %, repartidos entre operadoras por igual. Si

6 de cada 10 personas usaran el celular en la hora pico, con

un tiempo promedio Tp de llamada estimado en 40

segundos; Se requiere que la probabilidad de bloqueo sea

del 2 %.

Calcular Llamadas x hora y el numero de canales que

necesitamos para cubrir esta demanda en la hora pico.



Diseñar ejercicios por grupos de ejemplos en Oriente

Upata

Complejo Jose

Maturin

Ejms: de casos puntuales o de diseños nuevos.

.




i 0 1 0 1 2 0

j 1 1 2 2 2 3

K

K = Numero Rómbico



i 0 1 0 1 2 0

j 1 1 2 2 2 3

K 1 3 4 7 12 9

K = Numero Rómbico

introduction to gsm/dcs - sistemas de comunicaciones ...universidad nacional experimental...

Documents