Radiocomunicaciòn movil

Profesor: Fernando Ulloa VásquezProfesor: Fernando Ulloa Vásquez

Universidad Tecnológica Metropolitana

Departamento de Electricidad

Escuela de Electrónica

Curso Avanzado Radio de Comunicación Digital

COMUNICACIONES MOVILES.

11 Propagación y planificación celular Propagación y planificación celular (8h)(8h)(modelado, tráfico, optimización capacidad)(modelado, tráfico, optimización capacidad)

22 Comunicaciones móviles celulares Comunicaciones móviles celulares (8h)(8h)(acceso, MAC, LLC, movilidad, localización).(acceso, MAC, LLC, movilidad, localización).

33 Sistemas móviles celulares Sistemas móviles celulares (8h)(8h)(GSM, IS(GSM, IS--95, IS95, IS--136)136)

44 Sistemas de telefonía privada Sistemas de telefonía privada (8h)(8h)(MPT 1326, TETRA, TETRAPOL, Servicios)(MPT 1326, TETRA, TETRAPOL, Servicios)

55 Bucle de abonado vía radio Bucle de abonado vía radio (8h)(8h)(DECT, B(DECT, B--CDMA, LDMS)CDMA, LDMS)

COMUNICACIONES MOVILESCOMUNICACIONES MOVILES

•• Coberturas y modelados de propagación.Coberturas y modelados de propagación.•• Estadística de segundo orden y Estadística de segundo orden y

caracterización en banda ancha.caracterización en banda ancha.•• Comunicaciones móviles celulares.Comunicaciones móviles celulares.•• Herramientas de planificación celular.Herramientas de planificación celular.

COBERTURA Y MODELOS DE COBERTURA Y MODELOS DE PROPAGACION.PROPAGACION.

•Introducción modelos de propagación. •Modelo tierra plana y modelo de egli. •Modelos empíricos (Okumura-Hata).•Desvanecimientos lentos (lognormal).

PROPIEDADES DEL CANAL MOVILPROPIEDADES DEL CANAL MOVIL

•Introduce pérdidas.•Existencia de múltiples caminos de propagación.•El medio es variante con el tiempo.•CARACTERIZACION ESTADÍSTICA.•BANDA ESTRECHA:

• baja velocidad de transmisión .•(BW señal < BW coherencia).

•BANDA ANCHA :•elevada velocidad de transmisión .•(BW señal > BW coherencia).

PARAMETROS DE BANDA PARAMETROS DE BANDA ESTRECHAESTRECHA

-65

300-85

-45

-25

100 150 200 250

Distancia (m)Pote

ncia

rec

ibid

a no

rmal

izad

a (d

b)

•.Zona de cobertura determinada por: - ley decaimiento de potencia.-desvanecimientos lentos.

•Probabilidad de error determinada por:- desvanecimientos rápidos (pdf Rayleigh/Rice).

MODELOS DE PROPAGACIONMODELOS DE PROPAGACIONAtenuación depende de:Atenuación depende de:•• atmósfera (refracción).atmósfera (refracción).•• suelo (reflexión).suelo (reflexión).•• obstáculos (difracción).obstáculos (difracción).•• edificios y vegetación (edificios y vegetación (clutterclutter).).•• conductividad (suelo).conductividad (suelo).•• polarización onda.polarización onda.•• Frecuencia.Frecuencia.

TIPO MEDIO RURAL MEDIO URBANOcurvas fórmulas curvas fórmulas

empíricos Bulligton Egli Okumura Hata LeeCCIR Langley - Rice

Semiempiricos Perfiles ikegamiEMP Walfish

Wilkerson COST231Epstein&Peterson

Electromagnéticos GTD/UTD

MODELO DE TIERRA PLANAMODELO DE TIERRA PLANA•• Relación campo Relación campo -- potenciapotencia

2 2 2

0 02 2 4R

R R RE E GP WS S λη η π

= = =

h1

d1 d2

h2

h1,h2 << d ;r=-1 ; f pequeña

2 20 0

2 2 220

0

1 2 1 22 2

2 1 2*42 4

T

RR

h h h hE E Sin Ed d

E G h hPd

π πλ λ

λ πη π λ

⎛ ⎞= ≅⎜ ⎟⎝ ⎠

⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

*atenuación proporcional a d

*no depende f

*doblar h depende 6dB de aumento en la potencia recibida

4

2

4P P G GR T T R d

λπ

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

2

2P P G GR T T R d

λ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

• Limitaciones (medidas)

- la potencia disminuye según

- doblar la base incrementa en 3 dB la potencia

- Atenuación crece con coeficiente depende del entorno.

MODELO DE EGLI•Ley empírica: coeficiente de atenuación con d (a=2 en espacio libre, 4 modelo Tierra Plana, 3-5 zona urbana, etc).

1 2f −

2

2

2 40( )

P P G GR T T R f mhZdλ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠

MODELO TIERRA PLANA (Otros MODELO TIERRA PLANA (Otros entornos)entornos)

•• BD terreno (perfil con ordenador)BD terreno (perfil con ordenador)•• Peores condiciones de propagación (K=0.6)Peores condiciones de propagación (K=0.6)•• Visibilidad (Visibilidad (FresnelFresnel)?(0.6r1))?(0.6r1)•• Atenuación?max(e.libreAtenuación?max(e.libre, tierra plana), tierra plana)

Promediar la altura del terreno cada 100 Promediar la altura del terreno cada 100 -- 200m definiendo la altura 200m definiendo la altura media de la tierra y las alturas equivalentes de antenas (si unamedia de la tierra y las alturas equivalentes de antenas (si una antena antena queda por, utilizar la altura real)queda por, utilizar la altura real)

•• Añadir la dependencia con f (Añadir la dependencia con f (EgliEgli))

1 240 , 3 , , 100 2 , 50T T RP dBm G G dB h h y m d Km= = = =

PR f = 400 Mhz F = 150 Mhz

Espacio libre -72.5 dBm - 64 dBm

Terra plana -96 dBm -96 dBm

T. Plana + Egli -116 dBm -107.8 dBm

cobertura (-110 dB m) 35 Km 50Km

Por ejemploPor ejemplo

MODELO EN OBSTRUCCIONMODELO EN OBSTRUCCION•Teoría de la difracción de Fresnel - Kirchoff

•Obstaculos de dimensiones >> longitud de onda

•Atenuación respecto la condición del espacio libre

hp

d1 d2

( )2

2 1 121 21

( ) 6.4 20log 1

hpv hpd dr

j dB v v

λ⎛ ⎞= = +⎜ ⎟⎝ ⎠

= + + +

•Aproximación para obstaculización (móviles)por ejemplo: obstáculo a 6 km. de la base y 4.5 del móvil. Altura del obstáculo por encima de la recta que une las antenas 30m. Pt=40 dBm y G=3 dB

Frecuencia f = 400 Mhz F = 150 Mhz

U -0.966 0.59

Atenuación 14 dB 10.5 dB

Potencia recibida (e.l) -58 dBm -49 dBm

potencia recibida (obstáculo) -72 dBm -60 dBm

DIFRACCION POR MULTIPLES DIFRACCION POR MULTIPLES ARISTASARISTAS

•Modelos: Millington, Deygout, Epstein & Peterson.-Se utiliza Epstein & Peterson (pesimista).

d1 d2 d4d3RT

O1

O2

O3

•Modelo Epstein & Peterson.- línea T-O2, atenuación O1 con altura efectiva.- línea O1-O3 atenuación O2 con altura efectiva.- línea O2-R atenuación O3 con altura efectiva.- atenuación total = suma de atenuaciones (en dB).

( )max ,F PTotal DL L L L= +

MODELOS EMPIRICOS : OKUMURAMODELOS EMPIRICOS : OKUMURA--HATAHATA• Zonas urbanas / suburbanas.

Lp(dB) =(1.1log(f)-0.7)hm-(1.56log(f)-0.8) ciudad pequeña/media.28{log(1.54hm)}2-1.1 f < 200 Mhz ciudad grande3.2{log(11.75hm)}2-4.97 f > 400 MHz

T T RR

P

P G GPL

=

[ ]

44.9 6.55log Coeficiente de atenuacion con la distancia

222 log 5.4 4.78 log 19.33log( ) 40.94

28

69.55 26.16log 13.82log ( )

B hB

fC D f f

A f h a hmB

′=

⎡ ⎤⎛ ⎞= + = − +⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦′′= +

Lp(dB) =A+B log d urbanaA+B log d-c suburbanaA+B log d-D rural

Parámetros: 150 < f <1500 MHz 30 < ht < 200 m1 < hm < 10m 1< d < 20Km

•hay que añadir la atenuación por difracción.

NUEVAS ESTRUCTURASNUEVAS ESTRUCTURAS

• MICROCELULAS metropolitanas)metropolitanas)-- Cobertura: < 1Km (baja pot.) Cobertura: < 1Km (baja pot.) -- usualmente en LOS . usualmente en LOS . -- BS a baja altura. BS a baja altura. -- Propagación guiada.Propagación guiada.

• PICOCELULAS ((indoorindoor).).-- fuerte obstaculización.fuerte obstaculización.-- estaciones bases en cada estaciones bases en cada planta.planta.-- cobertura de unos 100 m cobertura de unos 100 m (baja pot.).(baja pot.).

Móvil unit

NLOS

Móvil unit

LOS Base statio

base

Thik wall thin wall

OTROS MODELOSOTROS MODELOS•IKEGAMI : hay LOS hasta los edificios próximos al móvil.

•MODELO COST 231 (walfish Ikegami modificado).- aplicable a celulas de hasta 3 KM y microcélulas.-aplicable para antenas por debajo de los tejados.

Parámetros del método y margen de validezaltura tx 4-50m altura rx 1-3 m distancia 0.02-3Kmaltura edificios anchos de calles ángulo rayo - callefrecuencia 800 - 2000 MHz

•WALFISH-BERTONI:NLOS desde Tx al edificio móvil.

PROPAGACION DE MICROCELULASPROPAGACION DE MICROCELULAS

•LOS (Line Of Sight)

( ) ( )( )

log( ) d<Xp1 0 1L 10 log( ) 10 log log d > Xp2 1 1 2

L dB L dB n d

dB L n Xp n d Xp

= +

= + + −⎡ ⎤⎣ ⎦

Xp es el turning point (150 - 300 m)

• NLOS (Non Line Of Sight)

igual pero añadiendo un factor K de atenuación asociado as la pérdida de visibilidad (doblar una esquina) aproximadamente de 20 dB.

MODELO DETERMINISTAMODELO DETERMINISTALOS: - Rayo directo (Eo,ro).

- Reflexión en el suelo (Eg, rg).- Reflexión en edificios (Ern, rn).

( ) ( )-jk r -r -jk r -rr rg 0 g 00 0E=E 1+ R e + R eg n0 r rg n

⎡ ⎤⎢ ⎥

∑⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

Rg coeficiente reflexión suelo, Rn producto de n coeficiente reflexión en edificiosNLOS - Difracción en edificios.

-Combinaciones de difracción y reflexión.

Ed (s) = Ei (Qd) * D * A (s) * E-jks

el campo incidente en el punto de difracción Qd, s distancia entre Qd y el punto de observación, A(s) variaciones de amplitud en el camino difractado.

DESVANECIMIENTOS LENTOSDESVANECIMIENTOS LENTOS

• Provocados por zonas de sombra (shadowing)

• La variación lenta de potencia posee una función densidad de probabilidad lognormal (normal o gaussiana si se expresa en dB)

normal en dBm lognormal en mW

•Caracterización:p = 10 log Pm = K ln Pm K=10/ln10=4.343

normal lognormal

( ) ( ) ( )( )2

221 2

p p

mm

Kf P f P f p eP

σ

σ π

− −

= = Todo en dB

• potencia media según modelos de predicción.•desviación típica de potencia (7 - 10 dB).•aplicación: limites zona de cobertura para asegurar que un % de ubicaciones reciben correctamente.

( ) ( ) 1 12 2 2

IIII

PII

P Pprob p P f P dP erfσ

∞ −⎛ ⎞> = = −∫ ⎜ ⎟⎝ ⎠

Todo en dB

Ex: Pot. Media -100 dBm, Pot. Umbral -110 dBm(sensibilidad), desv. Típica prob de 0.84.Es decir: para todos los puntos con un nivel de pot. Media recibida de -100 dBm, el 84 % recibe correctamente (nivel > sensibilidad)

ESTADISTICA DE SEGUNDO ESTADISTICA DE SEGUNDO ORDEN Y CARACTERIZACION EN ORDEN Y CARACTERIZACION EN

BANDA ANCHABANDA ANCHA

Desvanecimientos rápidosDesvanecimientos rápidosEstadística de segundo ordenEstadística de segundo ordenParámetros de banda anchaParámetros de banda ancha

DESVANECIMIENTO RAPIDOSDESVANECIMIENTO RAPIDOS

• Provocados por la propagación multicamino

• MT inciden rayos con diferente retardo, amplitud y fase

CANAL MOVIL:lineal variante y dispersivo en frecuencia.

MODELO A ESTUDIAR MODELO A ESTUDIAR (DOPPLER)(DOPPLER)

αφi

d

R

X

Y

Eiej(ωt) Frente de onda iésimo

Vel móvil constante

• Punto R de la trayectoria d = vt cos (φi - α).• Contribución del frente de onda iésimo al campo:

( ) ( ) ( )2 cos i-0 00j t d j f fj t j vt di

i i iE e E e e E eω β πω β θ α− −−= =

•Campo total (N frentes de onda):( ) ( )2 2 ,2 20 0 00

11

NN j f f t j f tH tj f t j f tdi dii iR

iiE E e e E e eπ π ωπ π− −

=== = + =∑∑

Ei: V.a.indep., con fases uniformes 0 - 2π.•frecuencia Doppler.

( ).cos idi

vf θ αλ

−=

ESTADISTICA SEÑAL RECIBIDAESTADISTICA SEÑAL RECIBIDA

• N grande teorema central del límite.•H proceso aleatorio gaussiano (media onda)H (ω0t) = Re{HO} + j Im {HO}= x(t) + jy(t) V.a. Gaussianas• Señal recibida : s (t) = Re {ER} = Re {(x (t) + jy (t)) ejωot}

s (t) = r (t)cos (ω0t + φ (t) )

• envolvente r (t) Rayleigh.

•fase independiente de r (t) uniforme entre 0 y 2π.•Frecuencia instantánea depende de r (t). MOD. PARASITA DE

FRECUENCIA .

( ) ( )2 2 1 ( )( ) ( )( )

y tr t x t y t t tgx t

θ −= + =

2

222

( ) ( )r

rrf r e U rσ

σ

−=

APLICACIONAPLICACION•ENVOLVENTE.

•Fase.- no se pueden utilizar modulaciones angulares FSK,

PSK.•Frecuencia instantánea.

- tasa de error irreducible.

INFLUENCIA DESVANECIMIENTO INFLUENCIA DESVANECIMIENTO RAYLEIGHRAYLEIGH

•Variación envolvente Variación de SNR

( ) Exponencials t Rayleigh γ→ →2

00

0

se demuestra considerando y= x ( ) ( )

1 x v.a Rayleigh, y v.a exponecial f ( ) ( 0)

y xf y dy F x dx

con eγγ

γ

α

γ γγ

−

→ =

= ≥

2 22

0 0 0

( ) ( ) log/ 2

bEs t T s t MN T N N

γ = = =

2

00

( )2 /s tN T

γ =•Relación señal/ruido media

•Probabilidad de error ( ) ( )

0P P f dbb γ γ γγ

∞= ∫

Canal gaussiana

PROBABILIDAD DE ERROR (QPSK, RAYLEIGH)PROBABILIDAD DE ERROR (QPSK, RAYLEIGH)•• Canal Canal GaussianoGaussiano

•• Canal Canal RayleighRayleigh

•• InteresaInteresa

( )⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+−=

0

21

1121

γ

γbP

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

221 γγ erfcPb

( ) ( )1x 2

1x1 21111

21

21

000

<<−≅+=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−⇒ −

→∞

xPb γγγ

• Variación lineal !! (mejorar Variación lineal !! (mejorar PbPb un orden de magnitud,incremento de 10 un orden de magnitud,incremento de 10 dBdB en en γγ))

( )

( )

bb 0

b

0 00

00

P P 0

E1 1 1 1BPSK 1 =2 2 4 N1 1/

1 1 1 1 / 2 1 2 2 21 2 /

erfc

QPSK erfc

γ γ

γ γγγ

γγγ

>>

⎡ ⎤−⎢ ⎥

+⎢ ⎥⎣ ⎦⎡ ⎤−⎢ ⎥

+⎢ ⎥⎣ ⎦

( )

( )

b

0

b

0 00

- b

0 0 0

2E =N

2E1 1 1 1 / 4 1 =2 2 N1 4/

E1 1 1 =2 2 1+ 2 N

DQPSK erfc

DPSK e γ

γ

γ γγγ

γγ γ

⎡ ⎤−⎢ ⎥

+⎢ ⎥⎣ ⎦

ESPECTRO DE POTENCIAESPECTRO DE POTENCIA

( )

( ) ( ) ( )∑

∑∑

=

+++

=

+

=

=+

==

N

i

tjjiR

N

i

tjji

N

i

tfjiR

eeEtE

eeEeEtE

ii

i

1

cos

1

2

1

2

0

00

τωαβεϕ

πϕπ

τ

( ) 1

1

~ ϕjN

iiR eEts ∑

=

=

αi T+τ

ε=Vτ

t

t

• Señal recibida en t

• Señal en t + τ ( ) ( )iijN

iiR eEts αβεϕτ cos

1

~ +

=∑=+

• Autocorrelación ( ) ( ) ( ){ } { } { } ( ) { } ( )∑ ∑= =

===+=N

i

N

ii

ji JEEJeEEEstsER i

1 1

20

20

cos2 21~*~ σβεβεττ αβε

Caminos estadísticamente

Independientes e incorrelados

{ } ( )( ){ }

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

=≠

=

≠=

−

ji 1j1 0

ji 0*

ijj

ji

eE

EEE

ϕϕ

ESPECTRO DE POTENCIAESPECTRO DE POTENCIA

( )

( )

( )⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

≥+⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +−

≤⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−

−

−

mmm

mmm

s

ff

fff

ff

fff

fG

0

2/1

2

20

2

0

2/1

2

20

2

ff 12

f-f 12

πσ

πσ

0 f0 f0+fm

Gs(f)

• Espectro de banda estrecha (fm << fo)

- fm es la frecuencia Doppler máxima v / l

- (a 1 GHz y 90 Km/h la fm es de 83 Hz)

• El espectro se concentra alrededor de f. Doppler máxima

- (se ha considerado la dirección de llegada de los frentes de onda uniformemente distribuida).

AUTOCORRELACION DE AUTOCORRELACION DE ENVOLVENTEENVOLVENTE

( ) ( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ += τβπστ vJRr

20

2

411

2

( ) ( )m4.13f

1c 20

≅≅ ττ τr

crRR

• Indica el ritmo de variación de los desv. Rápidos.

• Interpretación dominio espacial: correlación baja si ε/γ > 0.5 (separación entre antenas para tener DIV. EN ESPACIO efectiva en el móvil)(17 cm a 900 MHz).

•Interpretación dominio temporal: TIEMPO DE CoHERENCIA (a 900 MHz y 90 Km/h es de 3.2 mseg).

Si continua normalizado

fmτ=ε/λ

APLICACIÓN: MATRIZ DE APLICACIÓN: MATRIZ DE ENTRELAZADOENTRELAZADO

• Obj: romper las ráfagas de errores.

• Mét: reordenar la información antes de transmitir.

•(símbolos consecutivos separados > tC ).

0 1 2 3… M-1

M….. 2M-1

2M………..

.

.

(N-1)M… NM-1

• Escribir por filas (según llegada)

• Leer columnas (al canal)

1M, 2M,…. N-1, 2, …………….

t > tC

• En el receptor se reordena (matriz).

•Retardo : 2MN < máximo retardo tolerado.

•Los bits perdidos pertenecen a distintas palabras (decodificador puede corregir los errores).

PARAMETROS DE BANDA ANCHA PARAMETROS DE BANDA ANCHA ((multicaminomulticamino))

• Señales con amplitudes, fases, retardos distintos

• Canal variante (mov. Entorno y vehículos).

•Ensanchamiento temporal (delay spread) produce: - dispersión temporal- desvanecimientos selectivos en frecuencia.

• Ensanchamiento Doppler (Doppler spread) produce:- Dispersión de frecuencia- Desvanecimientos selectivos en tiempo

(1ms. Equivale a 300 m, en zonas urbanas el retardo máximo es de 2-5 ms, GSM tolera 16 y f. Doppler de 210 Hz)

DELAY POWER PROFILEDELAY POWER PROFILE( ) ( )( ) ( ) ( )( )

( ) ( )ττ

τττ

ω

,~*~),(~,

~Re 0

thtstr

tstatretsts

nn

tj

=

−=

=

∑

( ) ( ) ( ){ } ( ) ( )2112121 ,,,*~,, ττδτττττ −Δ=Δ+=Δ tRtththEtR cC

( ) ( ) ( ) ( )( )∑ −= − tetath ntj

nn ττδτ τω0,~

• Señal transmitida

• Señal recibida

• Respuesta impulsional canal

• Autocorrelación respuesta impulsional (estacionari sentit amplidepende de Δt)(incorrelacion entre caminos)

• Per Δt = 0 potencia mitja del canal

( ) ( ) 22,~,~ ththE ττ =<

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

DELAY POWER PROFILE

DELAY SPREAD Y BANDA DE DELAY SPREAD Y BANDA DE COHERENCIACOHERENCIA

( )ττ ueD

tp sD/1)( −=

( ) ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −= ∫

+∞

∞−dttpDtDs

2

• Power Delay Profile : proming N mesures

• Delay Spread (Valor tipics: ms per exteriors ins en interiors).

•Ample de banda de coherencia (maxima vel. Sense distorsió, sense esvaimentsselectius en freq.).

•Temps de coherencia (esv. Selectiu en frec., no introdueix distorsión).

( ) ( ){ } 2

1B 211

css DfDj

tpFfPππ

≅→+

==

FUNCIONES DEL SISTEMAFUNCIONES DEL SISTEMA• temporales: (retardo t’ tiempo t)

•Frecuenciales (frecuencia f, desplaz. Doppler V)

•Canal variante (procesos estocásticos)

Dispersión de retardo Desv. Selectivo en f

Dispersión frecuenciaDesv. Selectivo en t

FT(t)

Doppler DelaySpread Function

DDSF S(t’,v)

FT(t’)

Input Delayspread functionIDSF h(t’,t)

output DelayApread functionODSF H(f,v)

FT(t’)

FT(t)

Time Variable

Transfer Function

TVTF T(f,t)

IFT(v)

IFT(f)

IFT(f)

IFT(v)

CLASIFICACION DE CANALESCLASIFICACION DE CANALES

VelVel((KmKm/h)/h)

Fd(HzFd(Hz)) TcTc ((msms))

1010 8.38.3 21.521.5

5050 41.741.7 4.34.3

100100 83.383.3 2.12.1

Comparación BT (banda y tiempo de símbolo) con ancho de banda y t. de coherencia del canal.

1. No es posible la transmisión pues BT debe ser > 0.5

2. Canal plano en tiempo y frecuencia (sin desvío selectivo)

3. Canal plano en frecuencia (desvío selectivo en el tiempo)

4. Canal plano en tiempo (desv. Selectivo en frecuencia)

5. Canal no plano (ambos tipos de desvanecimientos)

EntornoEntorno DelayDelaySpreadSpreadμμss

BcBc ((KmsKms))

RuralRural 0.20.2 796796

SuburbanoSuburbano 0.50.5 318318

urbanourbano 33 5353

54

2 3

1

Bc

Tc

COMUNICACIONES MOVILES COMUNICACIONES MOVILES CELULARESCELULARES

•• Sistemas Sistemas precelularesprecelulares..•• Sistemas celulares.Sistemas celulares.•• Sectorización y eficiencia.Sectorización y eficiencia.•• Nuevas estructuras (micro y pico celdas).Nuevas estructuras (micro y pico celdas).•• Traspaso de llamada (Traspaso de llamada (handoverhandover).).•• Tráfico y capacidad del sistema.Tráfico y capacidad del sistema.

SISTEMAS PRECELULARESSISTEMAS PRECELULARES

•• Gran zona de Gran zona de cobertura:potencias cobertura:potencias elevadas.elevadas.

•• Reinicio de llamadas al Reinicio de llamadas al cambiar de cambiar de celulascelulas..

•• LimitacionLimitacion en el número en el número de usuarios activos.de usuarios activos.

CaracterísticasCaracterísticas-- Baja capacidad.Baja capacidad.-- Elevada prob. De bloqueoElevada prob. De bloqueo-- Pobre eficiencia espectral.Pobre eficiencia espectral. )(ch/km 1*1* 2Hz

BsBB

BsN

T

R

T

T

==

SISTEMAS CELULARESSISTEMAS CELULARES

•Sistemas basados en la reutilización de frecuencias.

•Cobertura dividida en celulas (baja potencia).

•Hexágonos (permiten teselación con área similar al círculo).

- Tamaño de la célula depende del tráfico.

- Estaciones base interconectadas.

- Agrupación de células en clusters.

REUSO DE FRECUENCIASREUSO DE FRECUENCIAS

•• En un cluster se utilizan todos lo En un cluster se utilizan todos lo radiocanalesradiocanales..•• Usuarios de distintos clusters usan simultáneamente el mismo Usuarios de distintos clusters usan simultáneamente el mismo

radiocanalradiocanal (aumenta eficiencia).(aumenta eficiencia).•• La estructura se diseña para reducir la interferencia La estructura se diseña para reducir la interferencia cocanalcocanal..

•• K: factor de K: factor de reusoreuso (num. Células/cluster).(num. Células/cluster).

•• HANDOVER (traspaso de canal al cambiar la célula) Automático (sHANDOVER (traspaso de canal al cambiar la célula) Automático (sin el in el usuario) incremento de señalización consumeusuario) incremento de señalización consume tiempo.tiempo.

( )2./.*1**1*// mHzch

KN

BKN

SN

BNSKNC C

T

C

TC

η===

CALCULO CIRCALCULO CIR

( )

α

α

α

β

β⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

−

== 11

1

RD

RD

RPPCIR

I

u

RPunto con las peores condiciones de CIR

D: distancia de reuso

α Factor de atenuación con la distancia (2-5)

α

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −== 1

61

RD

PPCIR

I

u

RELACION ENTRE K Y CIRRELACION ENTRE K Y CIR

•• No todos los valores de K son No todos los valores de K son implementablesimplementables (existen valores para los (existen valores para los que la distancia de reutilización no se que la distancia de reutilización no se mantiene, CIR variable).mantiene, CIR variable).

•• Debe cumplirse : K=(uDebe cumplirse : K=(u11))22+(v+(v11))22+u+u11v con un v con un uu11 y vy v1 1 enterosenteros

RELACION ENTRE K Y CIRRELACION ENTRE K Y CIR

( ) ( )RdvuvuK

RKDKDvDvDuOP

32D

3sincos

11121

21

12

112

1111

==++=

==++= αα

( )αα

13611

61

−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −= K

RDCIR ( )( )2/161

31 αCIRK +=

SECTORIZACION Y EFICIENCIASECTORIZACION Y EFICIENCIA

( )( )2/1131 αnCIRK +=

( )22 Hz.m \ ch. 1*11*

//

KBRBNSKNC

RTC π==

• SECTORIZACION (antenas direccionales 120 º)

n= n. células interferentes : A. Omidir. n=6

A. sectoriales (120º) n=2

- Cambio de sector handover

-Se usa en zonas de tráfico elevado

EFICIENCIA

-Reducir el tamaño de la célula (aumenta el handover)

-Reducir ancho de banda del radiocanal

-Reducir K: - sectorización (aumenta el handover)

- disminuir CIR (modulaciones digitales)

CLASIFICACION TIPOS DE CLASIFICACION TIPOS DE CELULASCELULAS

•• MACROMACRO--CELULASCELULAS•• MICROMICRO--CELULASCELULAS•• PICOPICO--CELULASCELULAS

•• CELULA MULTICAPACELULA MULTICAPA

300kb/s 1-2 Mb/s

2+Mb/s

0.1-0.5km0.5-100Km

0.01-0.1KmCity – Urban – Rural

Macro-cellMetropolitan

Micro-cell

In building pico - cell

Microcell

Macrocell

Global cell by Mobile Satelite

TRASPASO DE LLAMADA TRASPASO DE LLAMADA (HANDOVER)(HANDOVER)

•• EL HANDOVER permite a garantizar la comunicación cuando el MT EL HANDOVER permite a garantizar la comunicación cuando el MT se desplazase desplaza

•• Cuando la calidad del enlace con la BS en curso es insuficiente,Cuando la calidad del enlace con la BS en curso es insuficiente, se se transfiere la comunicación:transfiere la comunicación:

-- a la BS de otra célula (a la BS de otra célula (intercellintercell –– Handover)Handover)-- a otro canal de la misma BS (a otro canal de la misma BS (intracellintracell HandoverHandover))

•• Calidad de enlace:Calidad de enlace:RSSI (C+I: Radio RSSI (C+I: Radio signalsignal StrengthStrength IndicatorIndicator))

BBERERRelación (C/I)Relación (C/I)DistanciaDistanciaTráficoTráfico

HANDOVER BASADO EN RSSIHANDOVER BASADO EN RSSI

Señal Recibida de BS2

Distancia

Señal recibida de BS1

HARD HANDOVERHARD HANDOVER

Antes

Durante

después

•La red construye un camino nuevo previo a la conmutación de canal.

Utilizado GSM. Siempre se ocupa a lo sumo un canal

SEAMLESS HANDOVERSEAMLESS HANDOVER

Antes

Durante

después

•Se establecen en paralelo dos caminos, cada uno con su canal

•Se utiliza en DECT

TRAFICO Y CAPACIDAD DEL TRAFICO Y CAPACIDAD DEL SISTEMASISTEMA

( )

( )

∑=

=

=

m

k

K

m

B

C

T

Km

mmP

KBBm

01

1

!/

!/

ch./célula •Eficiencia DEL SISTEMA (TRÁFICO)

•Gos o probabilidad de bloqueo

•Se despeja m1=f(m,PB) en Erlangs/célula

mm

m1m1

Ch/célula o ch/sector si hay sectorización

Ts (seg) duración media de una llamada, Q n. llamadas/usuario en la hora cargada

m2 = m1/(πR2) erlangs/Km2

m3 = m23600/Ts llam./h./Km2

m4 =m3/Q us./Km2 m5=m4πR2 us.célula

HERRAMIENTAS DE HERRAMIENTAS DE PLANIFICACION CELULARPLANIFICACION CELULAR

IntroducciónIntroducciónAlgoritmos de asignación de frecuencias Algoritmos de asignación de frecuencias (FCA,DCA)(FCA,DCA)Técnicas de optimización de capacidad Técnicas de optimización de capacidad (MRP, DTX, PX, FH)(MRP, DTX, PX, FH)Balance de potencias y cálculo de Balance de potencias y cálculo de interferencias.interferencias.

INTRODUCCIONINTRODUCCION

•• Planteamiento del problema:Planteamiento del problema:-- Elevado número de usuariosElevado número de usuarios-- Espectro disponible limitadoEspectro disponible limitado-- Tráfico no homogéneoTráfico no homogéneo-- Estructura celular irregularEstructura celular irregular

•• Objetivos:Objetivos:-- Reducir el nivel de interferenciasReducir el nivel de interferencias-- Utilización eficiente del espectroUtilización eficiente del espectro-- Aumentar la capacidad de la redAumentar la capacidad de la red

ASIGNACION FRECUENCIAL OPTIMAASIGNACION FRECUENCIAL OPTIMA

INTRODUCCIONINTRODUCCION¿Qué es una asignación frecuencial?

Distribución de las frecuencias disponibles en todas las estaciones base de la red.

Ejemplo

CELL A(3)

CELL B(2)

CELL D(2)

CELL E(3)

CELL C(4)


No se puede utilizarse estrategias de No se puede utilizarse estrategias de macroceldasmacroceldas(estructura regular?, clusters?, dist. De (estructura regular?, clusters?, dist. De reusoreuso?)?)

--imprescindible medir u obtener modelos que imprescindible medir u obtener modelos que caractericen el entorno y permitan generar la caractericen el entorno y permitan generar la matriz de interferencias (porcentaje CIR)matriz de interferencias (porcentaje CIR)

--asignación asignación frecuencialfrecuencial óptimaóptima


Limitaciones- BW limitado-Δ usuarios-Tráfico no hom.-Estruct. Irreg.

Objetivos:- Reducción interferencias-Uso eficiente de BW-Incremento de capacidad.

Asignaciónfrecuencial

Algoritmos de asignación de frecuencias

Solución

Mét

odos

trad

icion

ales

ALGORITMOS DE ASIGNACION DE ALGORITMOS DE ASIGNACION DE FRECUENCIASFRECUENCIAS

•• Técnicas de asignación fija de frecuencias Técnicas de asignación fija de frecuencias •• -- algoritmo geométricoalgoritmo geométrico•• -- algoritmo heurístico iterativoalgoritmo heurístico iterativo•• --algoritmo heurísticoalgoritmo heurístico•• Técnicas de reducción de interferenciasTécnicas de reducción de interferencias•• técnica de saltos de frecuenciatécnica de saltos de frecuencia•• calidad de la asignacióncalidad de la asignación•• resultados en entornos realesresultados en entornos reales•• Optimización de una asignación : Optimización de una asignación : SimulatedSimulated AnnealingAnnealing

ALGORITMOS DE ASIGNACION DE ALGORITMOS DE ASIGNACION DE FRECUENCIASFRECUENCIAS

•• Modelos de asignación fija (FCA)Modelos de asignación fija (FCA)-- no se adaptan a tráfico variableno se adaptan a tráfico variable

•• Modelos de asignación dinámica (DCA)Modelos de asignación dinámica (DCA)-- se adaptan a la demanda de tráficose adaptan a la demanda de tráfico

•• Modelos de asignación híbrida (HCA)Modelos de asignación híbrida (HCA)-- combinación de los dos métodos anteriorescombinación de los dos métodos anteriores

No permitidos por GSM DescartadosNo permitidos por GSM Descartados

Permitidos

DATOS GENERALESEspectro disponibleCanales bloqueadosSep. Cosite/co-cell/handoverNiveles mín/máx interf.

DATOS CELULASIdentificador célulaSitio al que pertenece Num. CanalesCanales bloq/preasig.Ubicación geográfica

SALIDAAsignaciónCoste (tota/frec/banda)Num. IteracionesNum. frecuencias

RELACIONES ENTRE CELULASPosibilidad de handoverSeparación adicionalInterf. Co canal y c. adyacente

Asignación previa?

Parámetros.

ASIGNACION FIJAASIGNACION FIJA- A. Geométrico (regular)

- A. Heurístico iterativo

- A. Herístico no iterativo

Descartado

Considerado

•Asignación según interferencias

•Tráfico no homogéneo

•Partición de espectro (MRP)

•DXT y PC

•Coste: paramétro de calidad

•Frequency Hopping

Mejoras

A. Geométrico (1/4)A. Geométrico (1/4)• Matriz de frecuencias (4 emplazamientos A,B,C;D; con tres células cada emplazamiento)• 36 canales consecutivos (2.37)• Req.: sep. Mínima 3 en misma célula, mayor que 2 en vecinas y mayor que 1 en colindantes.

1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 32 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

A B C D A B C D A B C D

F

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

• Sep. Entre canales de la misma célula 12 (n células)

• Sep. Entre canales de C. Vecinas 4

• Células colindantes? (3A y 2D)

A. Geométrico (2/4)A. Geométrico (2/4)1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 32 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

A B C D A B C D A B C D

F

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

•Matriz C de colindancias (1 vecinas y colindantes, A* para dimensionar la matriz correctamente)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1*1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 12 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 13 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 11 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 02 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 13 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 01 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 02 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 13 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 11 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 02 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 03 1 1 0 1

A A A B B B C C C D D D AAAABBB

CCCCDDD

=

0 0 0 1 0 1 1 1 11* 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1A

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

A. GEOMETRICO (3/4)A. GEOMETRICO (3/4)

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

015926103711481210481592610371154043152261379840731622513213704815926106513404315226

109518407316227226137048159762251340431511106295184073143152261370488731622513404

1211731062951840

D

•Matriz D de diferencias dij=lf1i-f1jl (si i, j= M+1 se toma el número de la fila 2 de columna 1)

•Matriz V de verificación (vij = cij*dij) ( diferencia de n radio canales en las células vecinas/colindantes)

•4 submatrices de 3x3 en la diagonal indican la dif. De radiocanales entre las células de cada emplazamiento.

•Requisitos: > 3 en la submatrices diagonales, > 1 en toda la matriz.

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

01002600704812104805000107011040430500610008400306205002030048059001065034043000010005084070062600060370480507002500404300

11106090084003040150060300488700002503404

1211001060050840

V

A. GEOMETRICO (4/4)A. GEOMETRICO (4/4)

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

3536373432233130292827262324252220211918171615141112131089765432

321321321321

1

DDDCCCBBBAAA

F

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

030025007048123036020008059030340400520006300408205002040038059001052043054000070040850900620000804906100707002500604305

10850900104003040250060300488500002703404

129001070050840

1v

• Debido a regularidad de radiocanales solo ha sido necesario efectuar el cálculo para la primera fila de F.

• Si no método bastante tedioso.

• Nueva asignación

A. HEURISTICO ITERATIVO (1/4)A. HEURISTICO ITERATIVO (1/4)

•• Matriz a de compatibilidad (Matriz a de compatibilidad (aaijij indica indica la separación de canales entre las la separación de canales entre las células i y j)células i y j)

•• Matriz de canales MC (número de Matriz de canales MC (número de radiocanalesradiocanales disponibles para la disponibles para la asignación)asignación)

•• Matriz de preasignación PA (Matriz de preasignación PA (aaijij indica indica que el radio canal representado por que el radio canal representado por dicho número debe asignarse como dicho número debe asignarse como frecuencia frecuencia iésimaiésima a la célula a la célula jésimajésima))

•• Matriz de frecuencias prohibidas FP Matriz de frecuencias prohibidas FP ((radiocanalesradiocanales que no pueden que no pueden asignarse a una célula concreta).asignarse a una célula concreta). ⎥

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

033321112122303312112211332021221211121133122112212203211112121130211221112222033121112211303212221111330121122212121033211112212303211121121330

A


•• Características Características -- Numero de iteraciones Numero de iteraciones -- Método de asignación (alternado)Método de asignación (alternado)

BandaCélulasParte inferior BW canal 1

Parte superior BW canal 2

- Denials: conjunto de canales en lo que no se ha podido asignar una frecuencia.

A. HEURÍSTICO ITERATIVO (3/4)A. HEURÍSTICO ITERATIVO (3/4)

Esquema

1ª solución Asiganación de dificultad

Reordenación

Denials > 0

Denials > 0

Denials = 0

FIN

Nueva solución

Denials = 0 o fi iteracions


•• Matriz de canales Mc = Matriz de canales Mc = [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10

•• Matriz de preasignación (canales 3 Matriz de preasignación (canales 3 y 7 a células 6 y 11 y 7 a células 6 y 11 respectivamente)respectivamente)

•• PA = [0,0,0,0,0,3,0,0,0,0,70PA = [0,0,0,0,0,3,0,0,0,0,70•• Matriz de prohibiciones (canales 2 Matriz de prohibiciones (canales 2

y 9 prohibidos en células 3 y 12 y 9 prohibidos en células 3 y 12 respectivamente y los 1 y 4 en la respectivamente y los 1 y 4 en la célula 5)célula 5)

•• El resultado se obtiene tras 5 El resultado se obtiene tras 5 iteracionesiteraciones

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

000000100000900000400200

FP

EstEst 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212

CanalCanal 1111 1414 44 99 66 33 1212 88 22 1010 77 11

A. HEURISTICO NO ITERATIVO A. HEURISTICO NO ITERATIVO (1/5)(1/5)

-- Partiendo del límite inferior de BW Partiendo del límite inferior de BW Proporcionan el límite superior BWProporcionan el límite superior BW-- Cálculo del grado de dificultad de una célula Cálculo del grado de dificultad de una célula

N: n. total de célulasN: n. total de célulasddii: grado de la célula i: grado de la célula immjj: n de canales de la célula j: n de canales de la célula jCCijij : separación de frecuencia entre células i, j.: separación de frecuencia entre células i, j.

N i 1 1

≤≤−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= ∑

=ii

N

jijji ccmd

•• Ordenación de células:Ordenación de células:

-- Grado del nodo: orden decreciente en función del Grado del nodo: orden decreciente en función del grado.grado.

-- Color del nodo:Color del nodo:Célula con menor grado Célula con menor grado posición Nposición NRecalcular grados de NRecalcular grados de N--1 restantes1 restantesCélula con menor gradoCélula con menor grado posición Nposición N--11Recalcular grados de NRecalcular grados de N--22



•• Ordenación de canales:Ordenación de canales:•• -- se disponen en una matriz se disponen en una matriz N*mmaxN*mmax•• (num. Células * máximo n canales asociados a una célula)(num. Células * máximo n canales asociados a una célula)•• Ejemplo: ordenación de las Ejemplo: ordenación de las célulescélules (4,2,3,1)(4,2,3,1)

•• Lectura de los canales de la matriz:Lectura de los canales de la matriz:-- Filas: por célulasFilas: por células-- Columnas: de forma alternadaColumnas: de forma alternada

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1131

21434241

aa

aaaa

dA N: nº células

Mmax: nº máximo de canales

•• Métodos de asignación:Métodos de asignación:-- Exhaustiva en frecuencia: asignar a cada canal la menor Exhaustiva en frecuencia: asignar a cada canal la menor

frecuencia, consistente con asignaciones previasfrecuencia, consistente con asignaciones previas-- Exhaustiva en requerimientos: Asignar frec. 1 al máximo número Exhaustiva en requerimientos: Asignar frec. 1 al máximo número

de canales, repetir con frec. 2 y así sucesivamente.de canales, repetir con frec. 2 y así sucesivamente.


2 M. Ord. Células grado (D) o color (C) del nodo

2 Ord. Canales por filas (R) por columna (C)

2 M. asignación ex. Frecuencia (F) ex. Requerimientos R

8 algoritmos: DRF, DRR, DCF, DCR, CRF, CRR, CCF, CCR


•• Ejemplo: N=4 células, m=(1,1,1,3) vector de Ejemplo: N=4 células, m=(1,1,1,3) vector de requerimientorequerimiento

•• Matriz de separacionesMatriz de separaciones•• Grado de dificultad d = (4,7,6,13)Grado de dificultad d = (4,7,6,13)•• Ordenación según grado de nodos (Ordenación según grado de nodos (celcel. 4,2,3,1). 4,2,3,1)•• Ordenación según color de nodos (Ordenación según color de nodos (celcel. 4,3,2,1). 4,3,2,1)

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1121

31434241

aa

aaaa

cA

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1131

21434241

aa

aaaa

dA

••AAdd según filas (a41,a42,a43,a21,a31,a11), EF (1,6,11,2,3,6), ER (1según filas (a41,a42,a43,a21,a31,a11), EF (1,6,11,2,3,6), ER (1,6,11,5,3,1),6,11,5,3,1)••AAd d según columnas o según columnas o AAcc EF(6,2,3,1,6,11), ER(1,5,3,1,6,11)EF(6,2,3,1,6,11), ER(1,5,3,1,6,11)

5 4 0 04 5 0 10 0 5 20 1 2 5

c

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

TECNICAS DE OPTIMIZACION DE TECNICAS DE OPTIMIZACION DE CAPACIDADCAPACIDAD

• Multiple Reuse Pattern (MRP):

•Dividir el espectro en subbandas

BCCH TCH1 TCH2 TCHn

M-KK

• BCCH: control y señalización (por convenio es el primero)

•TCH: tráfico

•Reducción del nivel de interferencia y enfatizar la protección de los canales BCCH

• Niveles MIN y MAX de interf, (BCCH/TCH)

- Dadas dos células, hay dos valores:

-Medida de interferencia cocanal (CO)

-Medida de interferencia por canal adyacente (ADJ)

-Hay tres casos:MIN MAX

ADJ CO

ADJ CO

ADJ CO

Reuso

Separación 2

Separación 1

• Protección de BCCH mediante pesos disitintos.

MIN=MIN/PES MAX=MAX/PES

Pesos considerados : 1, 4,8

• Transmisión discontínua (DTX)-La interferencia se reduce en el factor de actividad de voz (0.4) y se reparte por igual entre todos los usuarios activos.

• Control de potencia (PC)-Factor de reducción de interferencia de 0.5

• Saltos de Frecuencia (Frequency Hopping)

•Arrays antenas adaptativos-imponer un cero en la dirección de la señal interferente.-Inconveniente: costo y tamaño

•Carga funcional

- asignar más banda de la necesaria + algoritmo de control de admisión (asignación dinámica).

TECNICAS DE SALTOS DE TECNICAS DE SALTOS DE FRECUENCIAFRECUENCIA

Cambio de frecuencia en cada ráfaga transmitida Cambio de frecuencia en cada ráfaga transmitida ((SlowSlow FH) o para cada símbolo (FH) o para cada símbolo (FastFast FH)FH)

•• TIPOS:TIPOS:•• Sintetizado (SFH): cada TRX puede sintetizar todas Sintetizado (SFH): cada TRX puede sintetizar todas

las frecuenciaslas frecuencias•• Banda base (BBH): cada TRX emite una sola Banda base (BBH): cada TRX emite una sola

frecuencia.frecuencia.

•• Secuencia de salto:Secuencia de salto:•• RandomRandom: secuencias PN : secuencias PN incorreladasincorreladas•• Cíclica: saltos según secuencia predeterminada Cíclica: saltos según secuencia predeterminada

Frequency Hopping (2/3)

• Diversidad frecuencial : combate las ráfagas de errores (apoya al entrelazado y códigos) para móviles a baja velocidad.

•Diversidad de interferencias: la interferencia se reparte entre todos los móviles del sector (uniformiza la calidad).

-El sistema tolera más interferencias, permite un reuso más agresivo, aumenta la capacidad.

Frequency Hopping (3/3)

• Ganacias:- Hopgain: Ganancia asociada a la diversidad en frecuencia.- Loadgain: Ganancia asociada a la diversidad por interferencias (solo en el caso de utilizar FH sintetizado).

Lg= # TRXs teáfico/(# TRXs tráfico + #f. salto)

Ejemplo: BCCH +2TCH + 2 freq.salt. SFH

LG=2/4=0.5 (3 dB)

CALIDAD COSTE DE ASIGNACIONCALIDAD COSTE DE ASIGNACION•• Medida del nivel de interferencia de una asignaciónMedida del nivel de interferencia de una asignación•• Coste es la suma Coste es la suma sobretodassobretodas las frecuencias las frecuencias

utilizadas (i) y utilizadas (i) y sobretodassobretodas las células (a9 del coste de las células (a9 del coste de utilizar la frecuencia i en la célula a.utilizar la frecuencia i en la célula a.

K,m sumas sobre las células que K,m sumas sobre las células que cocanalcocanal o adyacentes o adyacentes a la célula a.a la célula a.

adj.adj.: protección por c. adyacente (0.015 asociado a : protección por c. adyacente (0.015 asociado a reducción de 18 reducción de 18 dBdB))

JJkaka es la interferencia en la célula a debida a la célula k es la interferencia en la célula a debida a la célula k Load y Load y HopHop: factores de reducción de interferencias : factores de reducción de interferencias asociado al FHasociado al FH

∑∑=i a

CostCost level(ia)

∑∑ +=m

maka aHopJmLoadadjaHopJkLoadCost )()(*)()(a)level(i, k

•• Nº CélulasNº Células•• Nº Nº TRXsTRXs•• EspectroEspectro•• Canales prohibidosCanales prohibidos•• Separación Separación coco--sitesite•• Separación Separación coco--cellcell•• Separación por Separación por handoverhandover•• Nivel mínimo Nivel mínimo interfinterf..•• Nivel máximo Nivel máximo interfinterf..

•• SIEMENS2SIEMENS2•• 254254•• 977(254 BCCH + 727 TCH977(254 BCCH + 727 TCH•• [42,124][42,124]•• 4646--5252•• 22•• 33•• 2 2 2 22 2 2 2•• Variable 1,0.08,0.04,0.01Variable 1,0.08,0.04,0.01•• 11

RESULTADOS EN ENTORNOS RESULTADOS EN ENTORNOS REALESREALES

Escenario utilizado:

• Algoritmo heurístico iterativo: Resultados

•Resultados sin MRP ni FH

NivNiv. . MinimoMinimo IteracionesIteraciones Coste totalCoste total Coste BCCHCoste BCCH

Siemens2Siemens2 1*1* 11 195195 5656

0.080.08 22 8383 2424

0.040.04 1010 6464 1717

0.010.01 150150 4343 11.211.2

* Separación 1111 para handover

Optimo:

Coste total 43, parcial (11.2, 9.7, 10.14, 9.91,2.19, 0.16)

Coste medio por TCH 6.42

Número de asignaciones (254, 248, 220, 211, 39,5)

Coste medio por TCH (ponderado):9.5

•• Algoritmo heurístico iterativo:Algoritmo heurístico iterativo: ResultadosResultados-- Partición óptima para los canales de BCCH:Partición óptima para los canales de BCCH:

-- Dividir el espectro en dos partes (BCCH + TCH)Dividir el espectro en dos partes (BCCH + TCH)-- Reducir el coste de los canales de BCCHReducir el coste de los canales de BCCH-- Asignar distintos pesos (penalización BCCH)(1,4 y 8)Asignar distintos pesos (penalización BCCH)(1,4 y 8)

•• Optimo:Optimo:Peso 8, partición (42Peso 8, partición (42--74) 26 canales para BCCH 74) 26 canales para BCCH Coste total46Coste total46Parcial (6,13,12,12,3,0.2)Parcial (6,13,12,12,3,0.2)Coste medio por TCH 8.04Coste medio por TCH 8.04Número de asignaciones (254, 248,220,211,39,5)Número de asignaciones (254, 248,220,211,39,5)Coste medio por TCH (ponderado):11.77Coste medio por TCH (ponderado):11.77

Resultados con partición y pesos Resultados

IterIter PesoPeso FF--BCCHBCCH CostCost CC--BCCHBCCH

1010 -- (42(42--124)124) 6464 1717

2727 11 (42,70)22(42,70)22 5858 1212

1313 11 (42,71)23(42,71)23 5555 1212

4040 11 (42,72)24(42,72)24 5757 1212

7171 44 (42,71)23(42,71)23 5454 99

3838 44 (42,72)24(42,72)24 5454 88

4141 44 (42,73)25(42,73)25 5353 88

8282 44 (42,74)26(42,74)26 5656 77

5252 88 (42,73)25(42,73)25 5454 77

102102 88 (42,74)26(42,74)26 5252 66

120120 88 (42,75)27(42,75)27 5252 77

9797 88 (42,76)28(42,76)28 5555 66

236236 8*8* (42,74)26(42,74)26 4646 66

(*)Resultados con niveles 0.02-1 (6,13,12,12,3,0.2)

Coste medio 8.04

(el resto con 0.04-1

Representación gráfica (Siemens2): Resultados

• Se observa un desplazamiento del mínimo hacia la derecha al aumentar el peso.

• Aumenta la partición (num. Canales asociados al BCCH) al aumentar el peso.

• Introducción de FH Sintetizado: Resultados

•Simulaciones para distintos niveles de interferencias

1-1TCH 0.01 -1 TCH

1-1BCCH 0.005 -0.125 BCCH

1-1SFH 0.01 -1 SFH

•Handover 111.

•SFH (random) con:

Load Gain = 0.5BCCH

TCH

SFH

Factor de carga = 1 (todos los canales ocupados)

•• Introducción de Introducción de fhfh sintetizadosintetizado ResultadosResultados

IterIter.. nivniv. . InterInter F_BCCHF_BCCH COSTCOST CC--ParcialParcial

1212 1(TCH)1(TCH)1(BCCH)1(BCCH)1(FH)1(FH)

(42(42--124)124) 102102 (30,15,11,11,1.9,0.2,11,10,8,1,0.1)(30,15,11,11,1.9,0.2,11,10,8,1,0.1)

3232 0.080.08--110.0050.005--0.1250.1250.080.08--11

(42,71)23(42,71)23 8787 (8.9,14,13,10,2,0.1,13,119,1,0.1)(8.9,14,13,10,2,0.1,13,119,1,0.1)

2626 0.040.04--110.0050.005--0.1250.1250.080.08--11

(42,71)23(42,71)23 8181 (9.3,13.1,11.9,9.9,2.24,0.1,12.3,11,9,2,0.1)(9.3,13.1,11.9,9.9,2.24,0.1,12.3,11,9,2,0.1)

3939 0.010.01--110.0050.005--0.1250.1250.020.02--11

(42,71)23(42,71)23 6161 (9.3,8,7.9,6.8,1.8,0.1,8.8,8,7.7,2,0.1)(9.3,8,7.9,6.8,1.8,0.1,8.8,8,7.7,2,0.1)

7878 0.010.01--110.0050.005--0.1250.1250.010.01--11

(42,71)23(42,71)23 5656 (8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.1)(8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.1)

• 1700 canales a signar (BCCH+TCH+SFH).

• El coste es total es màs elevado pero el coste medio no.

•• Introducción de FH Sintetizado Introducción de FH Sintetizado ResultadosResultados

•• Optimo :Optimo :

Partición (42Partición (42--71) 23 canales para BCCH71) 23 canales para BCCHCotas interferencias: Cotas interferencias: 0.010.01--1TCH1TCH

0.0050.005--0.125 BCCH (penalización)0.125 BCCH (penalización)0.010.01--1SFH1SFH

Coste total 56,Coste total 56,Parcial (8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.19)Parcial (8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.19)Coste medio por TCH 4.78Coste medio por TCH 4.78N. N. AsigAsig. (254,248,220,211,39,5,248,220,211,39,5). (254,248,220,211,39,5,248,220,211,39,5)Coste medio por TCH (ponderado): 7.04Coste medio por TCH (ponderado): 7.04

ResultadosResultados

•• SFH permite aumentar la capacidad del sistema: la disminución deSFH permite aumentar la capacidad del sistema: la disminución del l coste permite aumentar el número de coste permite aumentar el número de TRXsTRXs hasta volver al coste hasta volver al coste inicial.inicial.

COSTE INICIALREDUCCION DE

COSTE

AUNMENTO DE COSTE

(Coste inicial)

SFH TRXs

ResultadosResultados

Sin FSH, sin MRP: Sin FSH, sin MRP: NumNum TRX 977, Coste total 43,parcial TRX 977, Coste total 43,parcial (11.2,9.7,10.14,9.91,2.19,0.16) coste medio (11.2,9.7,10.14,9.91,2.19,0.16) coste medio ponderado por TCH 9.5ponderado por TCH 9.5

Sin SFH, con MRP: Sin SFH, con MRP: NumNum TRX 977, Coste total 46,parcial TRX 977, Coste total 46,parcial (6,13,12,12,3,0.2) coste medio ponderado por TCH (6,13,12,12,3,0.2) coste medio ponderado por TCH 11.7711.77

Con SFH, MRP: Con SFH, MRP: NumNum TRX 977+723, coste total 56 parcial TRX 977+723, coste total 56 parcial (8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.1) coste medio ponder(8.4,8.2,7.8,6.6,1.8,0.1,7.7,7.1,6.8,1.6,0.1) coste medio ponderado ado por TCH 95por TCH 95

Incremento capacidad = 248 nuevos/977=25.38%(TRX)Incremento capacidad = 248 nuevos/977=25.38%(TRX)== % % ErlangsErlangs

• Algoritmo heurísticos no iterativo: Resultados

EspectroEspectro Coste totalCoste total Coste BCCHCoste BCCH

CRF*CRF* [42,141][42,141] 124,0124,0 30.330.3

CRRCRR [42,114][42,114] 147,2147,2 35.235.2

CCFCCF [42,109][42,109] 149,1149,1 36.836.8

CCRCCR [42,110][42,110] 146,9146,9 35.235.2

DRF*DRF* [42,133][42,133] 125,7125,7 29.029.0

DRRDRR [42,116][42,116] 135,7135,7 34.334.3

DCFDCF [42,109][42,109] 149,4149,4 38.938.9

DCRDCR [42,112][42,112] 150,0150,0 39.239.2

* Asignaciones no validas (excesiva banda)

• Req. Más efeciente espectralmente, Freq. Menor coste

• Coste elevado que con el método iterativo

• Coste BCCH ˜ ¼ * C. total (254 células, 977 canales)

MRP (pesos 4 y 8): Resultados

•Reducción del coste al aumentar el peso

SIMULATED ANNEALINGSIMULATED ANNEALING• Objetivo: minimizar el coste

Gen. Nueva solución x’

Acepta con p =1

Acepta con p =eΔC/T

Actualizar T

Criterio de fin?

FIN

C(x’)>c(x)

C(x’)<c(x

)

nosi

Fi Iteracions

•• Procedimiento:Procedimiento: SimulatedSimulated AnnealingAnnealing•• Generación de nuevas soluciones:Generación de nuevas soluciones:

-- escoger una célula escoger una célula aleatoriamentealeatoriamente-- cambiar el canal más interferido por otrocambiar el canal más interferido por otro-- lista ordenada de frec. (coste creciente)lista ordenada de frec. (coste creciente)

•• Aceptar nueva solución con probabilidad:Aceptar nueva solución con probabilidad:-- P=1 si el coste se reduceP=1 si el coste se reduce-- BernoulliBernoulli si el coste se incrementasi el coste se incrementa

•• enfriamiento del sistema:enfriamiento del sistema:-- T disminuye exponencialmente (T’=T*eT disminuye exponencialmente (T’=T*eΔΔC*T/s)C*T/s)

•• Criterio de finalizaciCriterio de finalizacióón:n:-- r< 5% (nr< 5% (nºº de soluciones aceptadas)de soluciones aceptadas)

SimulatedSimulated AnnealingAnnealing

• Resultados:

EscenEscen.. T T iniini C C iniini T finT fin C finC fin ΔΔCC rfinrfin

11 0.10.1 60.860.8 0.0090.009 12.112.1 80.1%80.1% 4.55%4.55%

22 0.10.1 101.6101.6 0.0070.007 41.241.2 59.5%59.5% 4.72%4.72%

Simulated Annealing• Coste por frecuencia antes de optimizar:

• Coste por frecuencia despues de optimizar:

• Verifica alg. Heurístico

• Valor medio = 1.413

• Desv. Mínimo = 95%

• Desv. Máximo = 144%

• Reparto uniforme

• Valor medio = 0.281

• Desv. Mínimo = 26%

• Desv. Máximo = 26%

HERRAMIENTAS DE HERRAMIENTAS DE PLANIFICACION CELULARPLANIFICACION CELULAR

IntroducciónIntroducciónAlgoritmos de asignación de frecuenciaAlgoritmos de asignación de frecuencia(FCA, DCA)(FCA, DCA)Técnicas de optimización de capacidadTécnicas de optimización de capacidad(MRP, DTX,PX,FH)(MRP, DTX,PX,FH)Balance de potencias y cálculo de Balance de potencias y cálculo de

interferenciasinterferencias

BALANCE DE POTENCIAS Y BALANCE DE POTENCIAS Y CALCULO INTERFERENCIASCALCULO INTERFERENCIAS

•• Una vez ubicadas las BS hay que estimar las coberturas Una vez ubicadas las BS hay que estimar las coberturas (mapas digitales + (mapas digitales + herramientoasherramientoas informáticas)informáticas)

•• Cobertura de una célula: mejor Cobertura de una célula: mejor cervidorcervidor•• Cobertura zonal: superficie para la cual el p% de Cobertura zonal: superficie para la cual el p% de pixelespixeles

tiene una potencia >sensibilidad receptor más los tiene una potencia >sensibilidad receptor más los márgenes establecidosmárgenes establecidos

•• Estadísticas de CIR entre cada dos Estadísticas de CIR entre cada dos BSsBSs (servidor e (servidor e interferente). Se calcula el % de interferente). Se calcula el % de rebasamientorebasamiento de la de la relación de protección.relación de protección.

•• Este valor se utiliza en los programas de asignación de Este valor se utiliza en los programas de asignación de frecuenciasfrecuencias

•• Potencia total interferente es la suma de Potencia total interferente es la suma de todas las potencias interferentes todas las potencias interferentes consideradas (consideradas (incorrelaciónincorrelación).).•• Enlaces descendente(considerado, BS fijas)Enlaces descendente(considerado, BS fijas)•• Enlace ascendente (no se estudia, Enlace ascendente (no se estudia, habriahabria que que

considerar todas las posiciones posibles de los considerar todas las posiciones posibles de los móviles de las otras células y promediar)móviles de las otras células y promediar)

•• Calculo del CIR:Calculo del CIR:•• Método deterministaMétodo determinista•• Método estadísticoMétodo estadístico

Cálculo de CIR

•• Células hexagonales, sin sectorización:Células hexagonales, sin sectorización:(en el (en el estremoestremo de la célula)de la célula)

•• En cualquier otro punto se calculan según distancias reales normEn cualquier otro punto se calculan según distancias reales normalizadas.alizadas.(K,l) coordenadas célula interferente,(K,l) coordenadas célula interferente,(i,j) coordenadas del punto en el que se calcula la interferenci(i,j) coordenadas del punto en el que se calcula la interferenciaa

•• Con sectorización g() valor relativo de Con sectorización g() valor relativo de ganaciaganacia de antena en la dirección interferente de antena en la dirección interferente (<1)(<1)

α

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−== 1

61

RD

IPuP

CIR

Cálculo de CIR:M Determinista

( ) 1

6

1∑=

−=

nnn dg

CIRαφ

( )

jl

dCIR

l

lklk

nn

−=ΔΔ

ΔΔ+Δ+Δ==

=

=

−∑

3d 1

i-KK

22k6

1

α

•• C,I y el CIR se modelan como v. aleatorias. Se calcula la probabC,I y el CIR se modelan como v. aleatorias. Se calcula la probabilidad de que ilidad de que CIR < umbral.CIR < umbral.

•• Normalmente se utiliza estadística Normalmente se utiliza estadística lognormallognormal (en (en microcélulasmicrocélulas RayleighRayleigh o o Rice).Rice).

•• Interferencia Interferencia LognormalLognormal simple (hay una int. Claramente dominante) c e I simple (hay una int. Claramente dominante) c e I v.a.gaussianasv.a.gaussianas

P es la carga de tráfico del canal, A tráfico ofrecido, K númeroP es la carga de tráfico del canal, A tráfico ofrecido, K número de canales por de canales por celda.celda.

Cálculo de CIR:M Estadístico

[ ]

KAKPAp

RCIRerfcpRCIRprobpp

RDICCIR

b

ppo

ICCIR

//)1(

22

)/log(10222

≅−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=<⋅=

+=

=−=

σ

σσσ

α

•• Interferencia Interferencia lognormallognormal múltiple: cada I es múltiple: cada I es lognormallognormal ((gaussianagaussiana en lineal), la en lineal), la potencia total potencia total interfinterf. No es . No es lognormallognormal. Se aproxima por una . Se aproxima por una gaussianagaussiana de de media y varianza que se asemeje en los extremos (es donde se media y varianza que se asemeje en los extremos (es donde se cálculacálcula la la prob. De corte). Método prob. De corte). Método SchwarszSchwarsz y y YehYeh (SY).(SY).

K=4.343, el valor medio de Y1 > valor medio Y2 K=4.343, el valor medio de Y1 > valor medio Y2 G1,G2;G3 desarrollados G1,G2;G3 desarrollados polinómicospolinómicos


( )

( ) ( ) ( )

( )w

YYYww

wwwwwwYY

ww

KYYm

mGmGpmG

mkGyy

yyyy

σσσσσ

σσσσσ

σ

122

21

221

232

121

211

21

p /

,,2,

),(

loglog

=+=−=

+−−=

+=

+==

•• N variables se ordenan según valores medio en sentido descendentN variables se ordenan según valores medio en sentido descendente Y1 > e Y1 > Y2..YN. Se combinan las dos primeras, la variable resultante se Y2..YN. Se combinan las dos primeras, la variable resultante se ordena con el ordena con el resto y se repite el procedimiento.resto y se repite el procedimiento.

•• Aplicación a sistemas celulares (IN señal interferente ).Aplicación a sistemas celulares (IN señal interferente ).

p probabilidad de canal ocupadop probabilidad de canal ocupadop(n) probabilidad de n fuentes activasp(n) probabilidad de n fuentes activaspn)probpn)prob. Corte con todas las fuentes activas.. Corte con todas las fuentes activas.


( )[ ]( )∑

=

−

=

=N

n

nn

npnpp

dgI

100 )(

log10 αφ

nn

CIR

p

ppnp

PCIRFnP

−−=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −−=

1

0

)1()(

1)(σ

Radiocomunicaciòn movil

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