Sistemi i servisi mobilnih

telekomunikacija

Predavanje 1

Dr. sc. Kemal Huseinovi, dipl. ing.

2

Sadraj predavanja

1. Evolucija sistema mobilnih telekomunikacija .................................................................... 3

1.1. Prva generacija mobilnih sistema (engl. First Generation, 1G) .................................. 3

1.2. Druga generacija mobilnih sistema (engl. Second Generation, 2G) ........................... 4

1.2.1. 2.5 G ..................................................................................................................... 5

1.3. Trea generacija mobilnih sistema (Third Generation, 3G) ........................................ 6

1.4. etvrta generacija mobilnih sistema (Fourth Generation, 4G) ................................... 7

2. Tehnoloka osnova celularnih mobilnih sistema ................................................................ 7

2.1. Arhitektura i geografska struktura celularnih mobilnih sistema ................................. 7

2.2. Celularni (elijski) koncept mobilnih sistema ........................................................... 10

2.2.1. Proces planiranja elija ....................................................................................... 11

2.2.2. Elementi i faktori koji utiu na rezultat planiranja elijskog sistema ................ 12

Popis skraenica ....................................................................................................................... 17

3

1. Evolucija sistema mobilnih telekomunikacija

Pod mobilnom radio komunikacijom podrazumijeva se komunikacija u kojoj je jedan od dva

sudionika u uspostavljenoj vezi mobilan. U mobilnim komunikacijama korisnik ostvaruje

vezu upotrebom pokretnog terminala. Sistemi, odnosno mree mobilnih komunikacija

odreuju nain transporta informacije, obradu poziva, pruanje servisa, dok servisi opisuju

posebne i dodatne mogunosti komuniciranja (govor, podaci, text, video, SMS (engl. Short

Message Service), EMS (engl. Enhanced Messaging Service), MMS (engl. Multimedia

Message Service), itd.). U protekla tri desetljea razvijeni su brojni standardi za analogne i

digitalne sisteme mobilnih komunikacija grupisani u etiri skupine (generacije). Na slici 1.1

prikazana je evolucija sistema mobilnih komunikacija.

Slika 1.1 Evolucija sistema mobilnih komunikacija

1.1. Prva generacija mobilnih sistema (engl. First Generation, 1G)

Prva generacija mobilnih sistema predstavlja analogne sisteme koji su se poeli razvijati

krajem 1970-tih godina. Na to su uticali nagli tehnoloki napredak s jedne i zahtjevi trita s

druge strane. Prvi komercijalni analogni sistem bio je AMPS (engl. Advanced Mobile Phone

Services), koji je koristio opseg od 800 MHz. U Evropi se koristio sistem pod nazivom

Nordijska mobilna telefonija (engl. Nordic Mobile Telephone, NMT), koji je radio u opsegu

od 450 MHz. Kasnije je ovaj sistem preao na opseg od 900 MHz i nazvan je NMT900.

Nakon NMT-a razvijen je sistem sa potpunim pristupom (engl. Total Access Communication

System, TACS) i takoer je radio u opsegu od 900 MHz. TACS je ustvari modifikovana

verzija AMPS sistema. AMPS, NMT i TACS su glavni sistemi mobilne telefonije prve

generacije i jo uvijek su u upotrebi.

Sistemi prve generacije koriste FM (engl. Frequency Modulation) modulaciju sa 666

dupleksnih kanala. Mobilni terminali za pristup baznoj stanici koriste tehniku viestrukog

pristupa sa frekvencijskom raspodjelom (engl. Frequency Division Multiple Access, FDMA).

U ovom sluaju za svaki kanal, koji se dodjeljuje korisnicima, rezervie se opseg od 30 kHz.

4

Neki od kanala, kao npr. kontrolni kanali, su rezervisani za prenos kontrolne signalizacije,

dok su tzv. govorni kanali, rezervisani za prenos glasa, odnosno za konverzaciju. U ovim

sistemima se prvi put poeo koristiti elijski koncept. Povrina pokrivanja se dijeli na manje

elije, pri emu se koritenjem frequency reuse koncepta poveava kapacitet sistema. Mobilni

sistem prve generacije sastoji se od mobilne i bazne stanice, te mobilnog komutacijskog

centra koji upravlja cjelokupnom mreom. to se tie servisa, ovi sistemi omoguavaju

prenos analognog govora i veoma spor prenos podataka.

1.2. Druga generacija mobilnih sistema (engl. Second Generation, 2G)

Za razliku od sistema prve generacije koji su analogni, sistemi druge generacije su digitalni.

Upotreba digitalne tehnologije dovodi do nekoliko unapreenja, ukljuujui vei kapacitet,

veu sigurnost od zloupotreba i pruanje novih naprednih servisa (SMS, Internet male brzine).

Na unapreenju je raeno u Evropi, Americi i Japanu. Traena su, a i naena razna

poboljanja i to na planu:

Kompatibilnosti analognih i digitalnih sistema,

Poveanja kapaciteta mrea,

Rjeenja za uvoenje servisa ISDN (engl. Integrated Services Digital Network) tipa,

Poboljanja kvaliteta usluga i

Poveanja stepena sigurnosti prenosa informacija.

I u drugoj generaciji su razvijane razliite tehnologije. Tri najuspjenije tehnologije su:

privremeni standard 136 (IS 136), globalni sistem mobilne telefonije (engl. Global System for

Mobile Communication, GSM) i IS-95 CDMA (engl. Code Division Multiple Access).

IS-136

IS-136 je imao dvostepenu evoluciju baziranu na AMPS sistemu. Prvi korak u digitalizaciji

bio je uvoenje digitalnih kanala za prenos glasa. Ovaj korak se izvodi na osnovu

multipleksiranja sa vremenskom raspodjelom (engl. Time Division Multiplexing, TDM), tako

da je svaki kanal za glas podijeljen u vremenske odsjeke (slotove). Na taj nain se

omoguava uspostavljanje simultane konverzacije po istom RF kanalu. Ovaj korak u evoluciji

poznat je pod imenom IS-54B (takoer poznat i kao Digitalni AMPS ili DAMPS (engl.

Digital AMPS)). IS-54B daje znaajan napredak po pitanju kapaciteta u poreenju sa AMPS

tehnologijom.

GSM

U Evropi je postojalo nekoliko nekompatibilnih analognih sistema zbog ega se javila potreba

za jedinstvenim evropskim digitalnim sistemom. Iz tog razloga je 1982. godine oformljena

Evropska konferencija za potu i telekomunikacije (engl. The Conference of European Postal

and Telecommunications Administration, CEPT). Zadatak ove grupe bio je da radi na razvoju

novog digitalnog standarda. Nakon toga je formiran Evropski institut za standarde u

telekomunikacijama (engl. European Telecommunications Standard Institute, ETSI) 1989.

5

godine. ETSI je zavrio i izdao skup tehnikih specifikacija za GSM. Prva GSM mrea

lansirana je 1991. godine.

GSM je elijski mobilni sistem baziran na kompletno digitalnom prenosu. GSM je prije svega

sistem za prenos govora brzinama od 12.2 kbps. Govor se kodira linearno prediktivnim

koderom, nakon ega se nosilac, na frekvencijama od 900 do 1800 MHz, modulie GMSK

(engl. Gaussian Minimum Shift Keying) modulacijom. Mobilni terminali pristupaju baznim

stanicama po TDMA principu. 2G sistemi su bazirani na komutaciji krugova (jedan govorni

kanal po korisniku), pri emu su omoguene male brzine prenosa (podaci 9.6 kbps).

IS-95 CDMA

Paralelno sa razvojem GSM-a u SAD-u se razvio novi sistem baziran na CDMA tehnikom

rjeenju koje koristi principe rairenog spektra (engl. Spread Spectrum). Koritenje tehnike

rairenog spektra predstavlja sutinski napredak u razvoju beinih digitalnih komunikacija,

jer je time prvi put u javnom komunikacionom sistemu uveden kodni multipleks. Prvi

standard se pojavio pod nazivom cdmaOne i dalje je evoluirao kroz W-CDMA, CDMA2000,

CDMA2000 1xEV-DO (engl. Evolution Data Optimized), CDMA2000 1xEV-DV.

Standardna brzina za govor (u IS-95) je 9.6 kbps, dok su za podatke mogue brzine od 1.2 do

14.4 kbps.

1.2.1. 2.5 G

Sistemi druge generacije stvoreni su zbog mnogih nedostataka koje je imala prva generacija.

Sistem prve generacije bio je ogranien po pitanju kapaciteta, imao je veoma slabu zatitu od

prislukivanja i mogao je ponuditi veoma mali broj naprednih servisa. Sistemi druge

generacije napravljeni su da bi prevazili sve ove nedostatke. Meutim, oni su optimizirani za

prenos glasa i nemaju ba velike mogunosti po pitanju prenosa podataka. Zbog toga su

uvedeni sistemi 2.5 generacije i to HSCSD (engl. High Speed Circuit Switched Data), GPRS

(engl. General Packet Radio Service) i EDGE (engl. Enhenced Data for Global Evolution).

HSCSD

HSCSD sistem je baziran na komutaciji krugova. Omoguava kombinaciju vie vremenskih

slotova, maksimalno 4, pri emu se poveava brzina prenosa maksimalno na 57.6 kbps.

GPRS

Razvoj Interneta stvorio je potrebu da se GSM sistem unaprijedi za prenos podataka bri od

9.6 kbps. Zbog toga je kreiran GPRS sistem koji koristi paketski orijentisani prenos, tj.

komutaciju paketa, pri emu se dinamiki dijele radio resursi. GPRS se dominantno oslanja na

komunikacionu infrastrukturu GSM-a. Teorijska brzina prenosa je do 144 kbps, a praktino se

ostvaruje 56 kbps, to je sasvim dovoljno za e-mail i pretraivanje Interneta. GPRS

omoguava slanje i primanje informacija mobilnom mreom uz nekoliko novih mogunosti i

to: velika brzina prenosa podataka, krae vrijeme za konekciju i stalni pristup Internetu,

6

jednostavnija naplata usluge prenosa podataka zasnovana na koliini prenesenih podataka, a

ne na trajanju konekcije, te mogunost primanja poziva i tokom pregledanja Internet sadraja.

EDGE

Potreba za jo veim brzinama prenosa podataka uslovila je unapreenje GPRS sistema u

EDGE sistem. Cjelokupni EDGE sistem predstavlja nadogradnju postojee komunikacione

infrastrukture GSM-a i GPRS-a. Za razliku od GSM-a, EDGE sistem koristi 8 PSK (engl.

Phase Shift Keying) modulaciju zahvaljujui kojoj se ostvaruju vee brzine prenosa (do 384

kbps), ali se smanjuje oblast pokrivanja u odnosu na GSM. Takoer, 8 PSK modulacija nema

konstantnu obvojnicu to zahtjeva koritenje skupljih, linearnih izlaznih pojaavaa.

1.3. Trea generacija mobilnih sistema (Third Generation, 3G)

Zahtjevi korisnika u pogledu brzine prenosa i dodatnih servisa (posebno multimedijalnih

servisa) doveli su do razvoja tree generacije mobilnih sistema. Predstavnici ove generacije

sistema su UMTS (engl. Universal Mobile Telecommunication System) ili WCDMA (engl.

Wideband CDMA) i HSPA (engl. High Speed Packet Access) i standardizirani su od strane

3GPP-a (engl. Third Generation Partnership Project). Prve komercijalne 3G mree pokrenute

su 2001. godine u Japanu i 2003. godine u Evropi. 3G sistemima dodjeljen je 2GHz dio

frekventnog spektra.

UMTS (ili WCDMA)

UMTS sistem je nasljednik GSM-a. Nastanak ovog sistema dominantno je bio uslovljen

velikim uspjehom GSM mobilne telefonije, aktuelnim tehnolokim dostignuima CDMA

tehnike i sveprisutnim zahtjevima za to veim brzinama prenosa. Meutim, nedostaci CDMA

tehnike doveli su do toga da je napravljen potpuno nov sistem, koji se nije oslanjao na

postojeu GSM infrastrukturu.

U osnovi 3G je WCDMA koji je kasnije unaprijeen uvoenjem TDD (engl. Time Division

Duplexing) umjesto FDD-a (engl. Frequency Division Duplexing) i sinhronizacijom uplink-a

(SCDMA (engl. Synchronous CDMA)). WCDMA je ustvari tehnologija irokopojasnih

digitalnih radio komunikacija namjenjenih Internetu, multimediji i sl. Pri radu na UMTS

mrei brzina slanja podataka ka baznoj stanici (uplink 64 kbps) manja je od brzine

preuzimanja podataka od bazne stanice (downlink do 384 kbps), pri emu se koriste 5 MHz

kanali.

3G sistemi nisu doivjeli uspjeh koji se oekivao iz nekoliko razloga. Zbog nedovoljnih

brzina prenosa (predvieno 14 Mbps, u praksi 384 kbps) multimedijalni servisi su bili veoma

slabog kvaliteta. Pored toga, licence za 3G sisteme su bile veoma skupe, tako da je usljedio i

komercijalni neuspjeh. Pored toga, UTMS je zahtjevao izgradnju potpuno nove infrastrukture.

Danas se 3G najee koristi kao proirenje kapaciteta GSM mobilne mree, a pravi uspjeh

postie se nadogradnjom UMTS-a u vidu HSPA sistema.

7

HSPA

Kako bi se prevaziao tehniki i trini neuspjeh 3G sistema realizovana je njihova

nadogradnja u vidu HSPA sistema. Postoje dva oblika HSPA sistema i to HSDPA (engl.

Speed Downlink Packet Access) i HSUPA (engl. High Speed Uplink Packet Access). Prednost

HSPA sistema u odnosu na UMTS je znatno vea brzina prenosa, maksimalno 7.2 Mbps, a

tipino 1.4 Mbps. Dobre perfomanse sistema su postignute tehnikim unapreenjima, kao to

je koritenje fast packet scheduling, adaptivnost modulacija i kodiranja, upotreba HARQ

(engl. Hybrid Automatic Repeat Request) tehnike za upravljanje retransmisijom, itd.

HSPA sistem, odnosno njegovo unapreenje (Evolucija brzog paketskog pristupa (engl. High

Speed Packet Access Evolution, HSPA+), sa brzinama prenosa do 42 Mbps) bio je prvi korak

ka razvoju mobilnih sistema etvrte generacije.

1.4. etvrta generacija mobilnih sistema (Fourth Generation, 4G)

Kao odgovor na slab uspjeh sistema tree generacije 3GPP organizacija se odluila za razvoj

novog sistema koji e se u potpunosti bazirati na postojeem GSM-3G sistemu. Kao rezultat

toga kreirana je tehnologije pod nazivom Dugorona evolucija radio mobilne mree, odnosno

TE (engl. Long Term Evolution). Cilj TE sistema u pogledu servisa vezan je za snanu

podrku VoIP-u (engl. Voice over Internet Protocol) sa brzinama prenosa veim od 100 Mbps

i malim kanjenjem (manjim od 10 ms). TE sistem ukljuuje evoluiranu pristupnu radio

mreu EUTRAN (engl. Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) i evoluirano jezgro

mree (engl. Evolved Packet Core, EPC) koje je bazirano na SAE (engl. System Architecture

Evolution) arhitekturi. Kljune tehnologije kojima se omoguava postizanje visokih brzina

prenosa ukljuuju koritenje OFDM (engl. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)

tehnike na radio intefejsu, upotrebu vieantenskih rjeenja (engl. Multiple Input Multiple

Output, MIMO), te fleksibilnost upotrebe frekvencijskog spektra.

2. Tehnoloka osnova celularnih mobilnih sistema

Tehnoloka osnova celularnih mobilnih sistema se moe posmatrati kroz sljedeih pet cjelina:

Arhitektura elemenata celularnog mobilnog sistema,

Geografska struktura celularnog mobilnog sistema,

elija u celularnom mobilnom sistemu,

Faktori mobilnosti u celularnom sistemu,

Poveanje kapaciteta u celularnom mobilnom sistemu.

2.1. Arhitektura i geografska struktura celularnih mobilnih sistema

Budui da se mobilni sistemi novih generacija (3G, 4G) baziraju na osnovama mobilnog

sistema druge generacije (2G), arhitektura elemenata celularnog mobilnog sistema ukratko e

se opisati na primjeru GSM sistema kao osnovnog predstavnika mobilnih sistema druge

generacije. Arhitektura GSM sistema detaljno e se obraditi u Predavanju 3. Slika 2.1

prikazuje referentnu arhitekturu GSM sistema.

8

Slika 2.1 Referentna arhitektura GSM sistema

Arhitekturu GSM sistema ine:

Mobilna stanica (engl. Mobile Station, MS) - predstavlja jedinstvenu cjelinu koja se sastoji

od: mobilne opreme ili terminala (engl. Mobile Equipment, ME) i pretplatnikog

identifikacionog modula (engl. Subscriber Identity Module, SIM). SIM je pametna kartica

koja identificira terminal.

Podsistem baznih stanica (engl. Base Station Subsystem, BSS) - povezuje mobilnu stanicu sa

mrenim komutacionim podsistemom. Ovaj podsistem je zaduen za prenos i prijem, a sastoji

se od:

Bazne primopredajne stanice (engl. Base Transceiver Station, BTS) - BTS odgovara

prijemnicima i antenama postavljenim u svakoj mrenoj eliji u okviru koje se

koritenjem radio kanala obavlja prenos informacija od mobilne stanice i obratno.

Kontrolera baznih stanica (engl. Base Station Controller, BSC) - kontrolie grupu

baznih stanica i upravlja njihovim radio resursima. BSC je prvenstveno zaduen za

obavljanje funkcije handover-a (ukoliko se isti obavlja na podruju BSC-a), zatim za

upravljanje radio kanalima i izlaznim snagama mobilnih stanica.

Mreni komutacioni podsistem (engl. Network Switching Subsystem, NSS) - Osnovna uloga

ovog podsistema je da upravlja komunikacijom izmeu mobilnih korisnika i drugih korisnika

kao to su ISDN korisnici, korisnici fiksne telefonije itd. Mreni komutacioni podsistem NSS

se sastoji od sljedeih komponenti:

Mobilni komutacioni centar (engl. Mobile Switching Centre, MSC) - predstavlja

centralnu komponentu NSS podsistema koja podrava funkcije komutacije, kontrolie

pozive prema i od drugih telefonskih sistema i sistema za prenos podataka, odnosno

mrea (PSTN (engl. Public Switched Telephone Network), ISDN, PLMN). MSC je

takoer odgovoran za uspostavljanje poziva, rutiranje, nadgledanje veze kao i za

tarifiranje.

9

Registar domaih korisnika (engl. Home Location Register, HLR) - predstavlja vrlo

vanu bazu podataka u koju se pohranjuju podaci o pretplatnicima koji se nalaze na

podruju pokrivenosti jednog MSC-a.

Registar gostujuih korisnika (engl. Visitor Location Register, VLR) - Osnovni

podaci koji se pohranjuju u V R bazu podataka su podaci o gostujuim korisnicima

na podruju koje pripada MSC-u. VLR se uvijek implementira zajedno sa MSC-om,

tako da je podruje pod kontrolom MSC-a ujedno i podruje pod kontrolom V R-a.

Jedinica za prenos govornih poziva i optimizaciju govornog saobraaja (engl.

Transcoding and Rate Adaption Unit, TRAU),

Registar za identifikaciju opreme (engl. Equipment Identity Register, EIR) - baza

podataka u koju se smjetaju podaci o identitetu opreme (mobilnih stanica).

Centar za autentikaciju (engl. Authtication Centre, AuC) - pohranjuje ifre i

algoritme za autentikaciju i kriptovanje podataka. Podaci pohranjeni u AuC bazi

podataka se koriste za provjeru korisnikog identiteta.

Podsistem za rad i podrku (engl. Operation and Support Subsystem, OSS) - Osnovna uloga

OSS podsistema je povezivanje komponenti NSS podsistema sa BSC-om u cilju vrenja

kontrole i praenja GSM sistema. Ovaj podsistem je takoer zaduen za kontrolu

saobraajnog optereenja na BSS podsistemu. Meutim, povean broj baznih stanica (BTS)

tokom razvoja celularnih mrea za posljedicu ima prebacivanje nekih zadataka odravanja na

BTS. Ovaj prenos je znatno smanjio trokove odravanja samog sistema. Svi elijski sistemi

se dijele u razliite oblasti ili povrine, a naziv i veliina tih povrina zavisi od sistema. Na

slici 2.2 su prikazana geografska podruja GSM sistema.

Slika 2.2 Geografska podruja GSM sistema

Kao to se vidi sa slike geografsku strukturu GSM sistema ine:

elija - dio lokacijske oblasti (engl. Local Area, A). elija predstavlja povrinu pokrivenu

jednom baznom stanicom, pod jednim ili vie kontrolera baznih stanica i povezana je sa samo

jednim MSC-om/VLR-om.

10

Lokacijska oblast (LA) - dio servisne oblasti (engl. Service Area, SA), koju ine vie elija,

najee pokrivena jednim BSC-om, kontrolirana jednim MSC-om. Unutar LA oblasti

mobilna stanica se kree slobodno bez mjenjanja informacija u V R-u.

Servisna oblast (SA) - dio PLMN (engl. Public Land Mobile Network) mree, pokrivena

jednim MSC-om, MS dostupna im je registrovana u V R-u.

PLMN mrea - dio GSM mree, ine je jedna ili vie servisnih oblasti MSC-a. P MN mrea

najee predstavlja mreu jednog operatora.

2.2. Celularni (elijski) koncept mobilnih sistema

Razvoj celularnog koncepta predstavlja veliki pomak u rjeavanju problema vezanih za

ogranienost spektra i korisnike kapacitete. Ovaj koncept nudi visoke kapacitete u

ogranienom alociranom spektru bez veih promjena tehnologije. Ideja celularnog koncepta

se zasniva na zamjeni jedne velike elije (velike predajne snage) sa vie manjih elija (manje

predajne snage), od kojih svaka prua pokrivenost samo malog podruja servisne oblasti

(SA). Dakle, osnovu celularnog koncepta ini elija koja se moe definisati kao podruje

(povrina) pokrivenosti jedne bazne stanice (BTS) radio signalom. elija predstavlja najmanji

gradivni blok u mobilnoj mrei, i to je upravo razlog zbog kojeg se mobilne mree esto

nazivaju elijske, odnosno celularne mree.

Veliina elije je ograniena odreenim tehnikim uslovima. Teorijski, komunikacija izmeu

mobilne i bazne stanice na udaljenostima veim od 35 km je neprihvatljiva, zbog toga to bi

kanjenje prijemnog signala postalo isuvie veliko. Upravo zbog ovog razloga veliina elija,

odnosno njen prenik se kree od 1 do 30 km. U praksi, maksimalno rastojanje izmeu

mobilne i bazne stanice je ogranieno na 10 km zbog slabljenja snage emitovanog signala.

Stvarni oblik elije je nepravilan i u velikoj mjeri zavisi od karakteristika posmatranog terena,

lokacije antena, uslova prostiranja i drugih faktora. Idealno bi bilo predstaviti oblast

pokrivenu signalom sa jedne bazne stanice pomou elije u obliku kruga prenika R, u ijem

centru se nalazi bazna stanica. Za potrebe projektovanja, aproksimativno se moe uzeti da

elija ima oblik trougla, kvadrata, heksagona (estougla) i sl. Prilikom planiranja pokrivenosti

najee se koristi heksagonalni oblik elije zbog slinosti sa krunim oblikom. Prema

poloaju bazne stanice elije se djele na:

Omnidirekcione elije - Kod ovog tipa elija bazna stanica (odnosno antenski sistem)

je locirana u samom centru elije i ona prenosi jednako u svim smjerovima (360 ).

Sektorske elije - Sektorska elija predstavlja podruje pokrivenosti antene bazne

stanice koja prenosi samo u jednom datom smjeru. Kod ovog tipa elija antenski

sistem se nalazi na samom rubu elije. Bazna stanica sektorskih elija moe biti

opremljena sa tri antenska sistema od kojih svaki pokriva povrinu zahvaenu uglom

od 120 . Drugim rijeima, jedna bazna stanica pokriva tri sektorske elije (naravno,

sa tri seta opreme).

11

Obino, omnidirekcione elije se koriste za poveanje pokrivenosti signalom, a sektorske

elije se koriste za poveanje kapaciteta. Na slici 2.3 je prikazan heksagonalni oblik elije,

kao i poloaj baznih stanica (antena) u sluaju omnidirekcionih i sektorskih elija.

Slika 2.3 Grafiki prikaz oblika elije, omnidirekcione i sektorske elije

2.2.1. Proces planiranja elija

elijsko planiranje se ukratko moe opisati kao proces koji ukljuuje aktivnosti odreivanja

geografskih lokacija za radio opremu, zatim odreivanje opreme koja se koristi i njeno

konfigurisanje. Kako bi se osigurala prihvatljiva pokrivenost signalom i izbjegle mogue

interferencije (smetnje), svaka celularna mrea odnosno sistem treba planiranje. Proces

elijskog planiranja se sastoji od razliitih aktivnosti koje su od krucijalne vanosti za

ispravno funkcionisanje posmatranog sistema. Glavne aktivnosti ukljuene u proces elijskog

planiranja su prikazane na slici 2.4.

Slika 2.4 Proces elijskog planiranja

Sistemski zahtjevi (analiza prometa i pokrivenosti signalom) - predstavljaju prvi korak

procesa elijskog planiranja. Analiza sistemskih zahtijeva treba rezultirati informacijama o

12

geografskom podruju i o oekivanom potrebnom kapacitetu. Ovom analizom je potrebno

pokazati potrebu za pokretnom mreom. Razliiti tipovi podataka prikupljeni u ovom koraku

procesa su: trokovi, kapacitet, pokrivenost, GoS (engl. Grade of Service), dostupne

frekvencije, kvaliteta govornog signala, sposobnost rasta sistema itd.

Zahtjevani promet (predstavljen brojem pretplatnika koji imaju pristup sistemu i koliinom

prometa koju oni generiu) predstavlja osnovu u procesu elijskog planiranja. Geografska

distribucija zahtjevanog prometa se moe izraunati koritenjem demografskih podataka kao

to su: raspodjela populacije, pokrivenost podruja i brojni drugi faktori.

Nominalni elijski plan - Kombinacijom podataka dobivenih analizom sistemskih zahtjeva

nastaje nominalni elijski plan. Nominalni elijski plan je grafika reprezentacija mree

prikazane kao mapa elijskih uzoraka. U ovoj fazi planiranja se obino izvodi predvianje

pokrivanja i interferencije koje predstavlja trei korak procesa prikazanog na slici 2.4.

Detaljnija ispitivanja u konkretnim uvjetima - Nakon kreiranja nominalnog elijskog plana

i grubog procjenjivanja moguih interferencija potrebno je izvriti detaljna ispitivanja u

konkretnim uvjetima, koja podrazumjevaju posjeivanje lokacija za postavljanje radio opreme

i vrenje odreenih radio mjerenja. Ovaj korak je veoma bitan zbog potrebe utvrivanja da li

je odreeno okruenje pogodno za smjetanje baznih stanica. Takoer, doprinos ovog koraka

je u tome to se mogu dobiti bolja predvianja na osnovu mjerenja snage signala mobilne

stanice u njenom stvarnom okruenju.

Dizajniranje sistema - Nakon optimizacije i generisanih predvianja koritenjem alata za

planiranje izvodi se dimenzionisanje sistema, odnosno opreme (BSC, MSC itd.). Ovaj plan se

kasnije koristi u procesu instaliranja sistema.

Instaliranje sistema, putanje u pogon i testiranje se izvodi praenjem konanog procesa

elijskog planiranja i dizajna sistema.

Sistem tuning - Nakon instaliranja sistema, isti se neprestalno ocjenjuje kako bi se odredilo

koliko dobro taj sistem ispunjava postavljene zahtjeve. Ovaj proces se naziva tuning i

ukljuuje: 1) provjeru uspjenosti implementiranja konanog elijskog plana, 2) provjeru i

procjenu korisnikih albi, 3) provjeru prihvatljivosti mrenih performansi i 4) promjenu

parametara i poduzimanje drugih mjera ukoliko je potrebno.

Razvoj sistema - Proces elijskog planiranja je proces koji se kontinuirano odvija. Ukoliko se

mrea (sistem) mora proiriti zbog poveanog prometa ili zbog promjena u okruenju,

operatori moraju ponovo izvriti proces elijskog planiranja poevi sa novom analizom

prometa i pokrivenosti signalom, dakle razmatranjem sistemskih zahtjeva. Iz ovoga se vidi da

je proces elijskog planiranja kontinualni proces koji se mora izvravati ponovo pri svakoj

promjeni sistemskih zahtjeva ili okruenja.

2.2.2. Elementi i faktori koji utiu na rezultat planiranja elijskog sistema

Na rezultat planiranja elijskog sistema utiu sljedei elementi i faktori:

13

Ponovno koritenje frekvencija (engl. frequency reuse)

Mobilnim sistemima je dodijeljen ogranien frekventni spektar na koritenje, a od njih se trai

da opslue to vei broj korisnika sa zadovoljavajuim kvalitetom, odnosno da omogue sto

procentno pokrivanje odreene povrine kvalitetnim signalom, uz minimalno troenje

raspoloivih resursa. Kako bi se zadovoljili ovi zahtjevi u mobilnim sistemima se primjenjuje

koncept ponovnog koritenja frekventnih kanala. Osnovna ideja ovog koncepta se bazira na

tome da elije koje se nalaze na dovoljnoj udaljenosti jedna od druge mogu koristiti iste

frekvencije. Upravo iz tih razloga, ista frekvencija se moe upotrijebiti vie puta ime se

poveava kapacitet sistema. Frequency reuse se realizuje tako to se elije koje sadre sve

frekvencije dodjeljene sistemu grupiu u klaster. Klaster se potom ponavlja onoliko puta

koliko se eli poveati kapacitet sistema. Na taj nain korisnici na razliitim geografskim

lokacijama (u razliitim elijama) mogu istovremeno koristiti isti radio kanal. Na slici 2.5 je

prikazan koncept frequency reuse-a.

Slika 2.5 Koncept ponovnog koritenja frekvencija

Minimalna udaljenost istokanalnih elija

Da bi se omoguila ponovna upotreba frekventnih kanala potrebno je odrediti minimalnu

udaljenost istokanalnih elija D, odnosno udaljenost na kojoj se ponovo smije upotrijebiti ista

frekvencija. Minimalna udaljenost je prvenstveno funkcija interferencije, a zavisi i od profila

terena, visine predajne antene i predajne snage bazne stanice.

Udaljenost D odreuje se iz relacije:

RKD 3

gdje je K broj elija koje se ponavljaju u modu ponovnog koritenja frekvencija, a R radijus

elije.

Pri konstantnom radijusu R udaljenost istokanalnih elija zavisi od broja elija (K) u

elijskom klasteru. To u sutini znai da je D funkcija broja istokanalnih elija u prvom redu

oko elije u kojoj se razmatra uticaj interferencije i eljenog odnosa C/I (engl. Carrier to

Interference ratio, odnos signal/inteferencija) na mjestu mobilne stanice. Na slici 2.6

prikazana je minimalna udaljenost istokanalnih elija.

14

Slika 2.6 Minimalna udaljenost istokanalnih elija

Ako sve elije emituju signal istom snagom tada K raste i udaljenost na kojoj se moe

upotrijebiti ista frekvencija raste. To poveavanje minimalne udaljenosti smanjuje mogunost

istokanalne interferencije. Teoretski velik broj elija u klasteru je poeljan. Meutim, ukupan

broj dodijeljenih kanala za jedan sistem je konaan. Kada je K prevelik, broj kanala

dodijeljenih svakoj od K elija postaje mali. Zadatak koji se namee je dakle odrediti najmanji

broj K koji e udovoljiti traenim performansama sistema.

Faktor redukcije istokanalne interferencije

Pomo u odreivanju minimalne udaljenosti D daje faktor redukcije istokanalne interferencije

q, koji se definie kao q = D/R. S poveavanjem q smanjuje se istokanalna interferencija, jer

ista zavisi od K, a to je vee K to je vee i q.

Zapravo, interferencija najvie zavisi od broja elija u prvom redu oko elije u kojoj se

odreuje interferencija i njihovog uticaja. S poveanjem broja elija K smanjuje se broj

kanala po eliji to ima za posljedicu reduciranje spektralne efikasnosti. A to, naravno, nije

dobro. Zato se pri realnom planiranju elija nastoji zadrati manje K, a istovremeno izvriti

sektorizacija, dakle vriti kompletan proraun, odnosno izbor broja, rasporeda i oblika elija

pri emu dobro doe koritenje faktora redukcije istokanalne interferencije.

Optimalan broj i raspored elija

Za teorijsko odreivanje optimalnog broja i rasporeda elija, uz idealizovane uslove vezane za

antenski sistem i teren (snaga zraenja, ekvivalentna visina antene, propagacija i dr.), kruni

dijagrami zraenja zamijenjeni su estouglovima, koji su postali simbol za grafiko

predstavljanje elija u mobilnoj radio celularnoj mrei.

Broj elija u klasteru predstavlja jedan od osnovnih parametara znaajnih za projektovanje

mobilne radio mree s obzirom da on odreuje broj raspoloivih kanala u svakoj eliji. Pri

odreenom broju frekvencijskih kanala koji su na raspolaganju, ako je broj elija u klasteru

manji, onda broj kanala u jednoj eliji moe biti vei, a samim tim i kapacitet jedne elije

raste.

Broj elija po klasteru je K, i njihov raspored odreuje se iz relacije:

22 jjiiK

15

gdje su i i j koordinate parametara pomaka (i >= j).

K je osnovni parametar sistema jer uvjetuje broj raspoloivih kanala svake elije pa tako i

kapacitet mree. Treba voditi rauna o injenici da se smanjenjem veliine klastera smanjuje

rastojanje izmeu elija koje koriste isti skup frekvencija i time se poveava mogunost

nastanka interferencije. Slika 2.7 pokazuje raspored elija koji omoguava formiranje mree s

minimalnom interferencijom i maksimalno efikasnim koritenjem frekvencijskog spektra.

Slika 2.7 Optimalan broj i raspored elija

Minimalni broj kanala, koji omoguava pokrivanje nekog ireg podruja, gdje je nuno

postavljanje veeg broja vorita je dva. Ako se u nekom podruju eli poveati kapacitet,

mogue je jednostavno dodavanje dodatnih sektora preko ve postojeih. Razmak frekvencija

je u tom sluaju takoer dva. Isto bi trebalo vrijediti i u sluaju postojanja drugih operatora.

Ravnomjernim rasporedom elija postie se minimalno potreban broj elija za pokrivanje

specifine, odreene povrine. Trokutovi koji se formiraju spajanjem centara triju susjednih

omni elija, sa razliitim skupom frekvencija, u ovom sluaju su jednakostranini. To isto

treba biti kada su u pitanju elije u kojima se koriste iste frekvencije.

Dolazi se do zakljuka da je prilikom planiranja elijskog sistema potrebno pronai

kompromis izmeu smanjenja efekta interferencije (to znai da klasteri trebaju biti to vei) i

poveavanja kapaciteta (klasteri to manji).

Interferencija

Ponovnom upotrebom iste frekvencije moe se drastino poveati efikasnost spektra, ali ako

se sistem dobro ne dizajnira ozbiljne probleme moe uzrokovati interferencija. Postoje tri

vrste interferencije:

Kokanalna interferencija - Interferencija uzrokovana koritenjem istog kanala od veeg

broja korisnika, u razliitim elijama. Ona predstavlja faktor o kojem najvie treba voditi

rauna u toku planiranja elijske mree. Uticaj kokanalne (istokanalne) interferencije

ocjenjuje se preko odnosa nivoa nosioca korisnog signala i nivoa ometajueg signala iste

16

frekvencije i oznaava se sa C/I. Numerika vrijednost ovog odnosa u GSM sistemu mora

biti vea od 12 dB ako se ne koristi frekventni hopping, a ako se koristi vea od 9 dB.

Interferencija susjednih kanala - Predstavlja interferenciju od preostalih kanala, kanala

drugih frekvencija. Ona nije od nekog naroitog uticaja i o njoj se ne vodi rauna kao o

istokanalnoj interferenciji u procesu planiranja elija. Njen uticaj se sagledava preko odnosa

nivoa korisnog i ometajueg signala tj. C/I. Numerika vrijednost ovog odnosa u GSM

sistemu mora biti vea od 9dB.

Near and far end interferencija - Takoer, predstavlja interferenciju od preostalih kanala.

Nju, na baznoj stanici, uzrokuju snani signali mobilnih stanica koje su vrlo blizu bazne

stanice. Da bi se izbjegla ova vrsta interferencije potrebna je separacija od pet irina kanala

izmeu dva susjedna nosioca, koji se koriste u istoj eliji. To je i razlog to se u jednoj eliji u

GSM sistemu mogu koristiti maksimalno 24 kanala/nosioca.

17

Popis skraenica

1G First Generation

2G Second Generation

3GPP Third Generation Partnership Project

4G Fourth Generation

AMPS Advanced Mobile Phone Services

AuC Authtication Centre

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Transceiver Station

C/I Carrier to Interference ratio

CDMA Code Division Multiple Access

CEPT The Conference of European Postal and Telecommunications Administration

DAMPS Digital AMPS

EDGE Enhenced Data for Global Evolution

EIR Equipment Identity Register

EMS Enhanced Messaging Service

EPC Evolved Packet Core

ETSI European Telecommunications Standard Institute

EUTRAN Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network

EV-DO Evolution Data Optimized

FDD Frequency Division Duplexing

FDMA Frequency Division Multiple Access

FM Frequency Modulation

GMSK Gaussian Minimum Shift Keying

GoS Grade of Service

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communication

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request

HLR Home Location Register

HSCSD High Speed Circuit Switched Data

HSDPA Speed Downlink Packet Access

HSPA High Speed Packet Access Evolution

HSUPA High Speed Uplink Packet Access

ISDN Integrated Services Digital Network

LA Local Area

TE Long Term Evolution

ME Mobile Equipment

MIMO Multiple Input Multiple Output

MMS Multimedia Message Service

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Centre

NMT Nordic Mobile Telephone

18

NSS Network Switching Subsystem

OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

OSS Operation and Support Subsystem

PLMN Public Land Mobile Network

PSK Phase Shift Keying

PSTN Public Switched Telephone Network

SA Service Area

SAE System Architecture Evolution

SCDMA Synchronous CDMA

SIM Subscriber Identity Module

SMS Short Message Service

TACS Total Access Communication System

TDD Time Division Duplexing

TDM Time Division Multiplexing

TRAU Transcoding and Rate Adaption Unit

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice over Internet Protocol

WCDMA Wideband CDMA