Imprimir el Libro CompletoImprimir el Libro Completo

Redes de Celulares

Sitio: Facultad de Ingeniería U.Na.M.
Curso: Comunicaciones 2 ET544
Libro: Redes de Celulares
Imprimido por: Invitado
Día: miércoles, 4 de diciembre de 2024, 23:42

Tabla de contenidos

1. Principios de Redes de Celulares.

  • La Telefonía móvil inicia en 80s.

  • No había Estándar!

  • El sistema de Redes Celulares se desarrolló para aumentar la capacidad disponible para servicio de radiotelefonía móvil.

  • ¿Como?

    • Sistemas con poca potencia y corto alcance.

    • uso de muchos Tx/Rx.

  • Cada Celda tiene una Estación Base ( BS)

  • Cada BS tiene un conjunto de Frecuencias en las que Tx/RX.

  • Las celdas son adyacentes para dar continuidad al servicio ( Handoff)

2. Celdas

  • ¿Que formato de la Celda elegimos para cubrir un área?

    • Cuadrada (teórico)

    • Hexagonal (teórico)

  • Se descarta Cuadrada. (los vecinos no están tan equidistantes d y \sqrt[2]{2}*d

  • En Hexagonal \sqrt[2]{3}*d => BS equidistantes.

    • Facilita el cálculo de BS mas cercana

  • Distancias R= 6.5 a 13km

2.1. Ejemplo

Supóngase un sistema de 32 celdas con un radio de celda de 1,6 km, un ancho de banda total en frecuencias que soporta 336 canales de tráfico y un factor de reutilización de \small \mathsf{N=7}. Si existen 32 celdas,

  1.  ¿qué área geográfica se cubre?
  2. ¿cuántos canales existen por celda? 
  3. ¿cuál es el número total de llamadas concurrentes que pueden ser gestionadas? 


Repítase también para un radio de celda de 0,8 km y 128 celdas.

La Figura (a) muestra un patrón aproximadamente hexagonal. 

El área de un hexágono de radio R es \small \mathsf{A=1,5R^2 \sqrt{3}}. 

Un hexágono de radio 1,6 km tiene un área de 6,65 km2 y

(1) el área total cubierta es \small \mathsf{6,65 \times 32 = 213 km^2}. 

Para N = 7, el

(2) número de canales por celda es (cantidad de canales/ cantidad de frecuencias reutilizadas)  \small \mathsf{336/7=48}, con una 

(3)capacidad total de canales de \small \mathsf{48 \times 32=1536} canales.

Para la composición mostrada en la Figura (b), el área cubierta es \small \mathsf{1,66 \times 128 = 213 km^2}. El número de canales por celda es \small \mathsf{336/7=48}, con una capacidad total de canales de \small \mathsf{48 \times 128=6144} canales.

3. Reutilización de Frecuencias

El objetivo es utilizar la misma frecuencia en otras celdas cercanas (pero no adyacentes).


N número de Celdas a partir de las que puedo reutilizar frecuencias.







  • Mucha potencia => mayor alcance y no puedo reutilizar la frecuencia , N aumenta.

  • Poca potencia => no cubro mucha área.

Con un Patrón Hexagonal:


4. Aumento de Capacidad

  • Aumento de Canales

  • Préstamo de Frecuencias

  • División de Celdas.

  • Celdas mas pequeñas =>Menos potencia.

  • Handoff desafío.

    (1.5 km, pensar en Partido de Futbol/ Estadio)

  • Sectorización de Celdas. 

    • Antena Direccional ej. Barrio Suburbano

  • Microceldas.

  • Edificios, Shopings, Rutas

  • menos potencia

  • Esquema del Sistema de Red Celular.



5. Operación de la Red Celular

Dos tipos de canales.

  • de Control (señalización con la BS mas cercana)

  • de Tráfico (voz entre usuarios) 

Funcionamiento.


  • MTSO: Movile Telecomunications Switching Office.
  • Paggin : Buscapersonas.
  • Handoff: Traspaso




5.1. Efectos en la Propagación.

Potencia de la Señal.(Signal strength)

  • Varía. Fuerte para tener calidad S/N, pero no tanto para no afectar a otros canales.

  • La potencia varia con el desplazamiento del móvil.

  • Interferencias.

Desvanecimiento (Fading).

Variación de la potencia de la señal el recorrer el medio.


5.2. Perdidas en el camino.

Se determinan de manera empírica

  • 1ro. Okumura et al.(Japón)

  • 2do. Hata (Japón)

Se definen varios escenarios y para cada uno de ellos hay una expresión que permite calcular las Perdidas en el camino.


Escenario Urbano:

Escenario Pequeña o mediana ciudad:


Escenario Gran Ciudad:

Escenario Sub Urbano:

Escenario Áreas Abiertas:


5.3. Efectos del Movimiento



Al propagarse aparecen 3 efectos

  • Reflexión , Reflection. (Objeto o Superficie > Longitud de Onda)

  • Difracción, Diffractión  (Objeto a Superficie ~ Longitud de Onda)

  • Dispersión, Scattering Objeto o Superficie < Longitud de Onda






5.4. Multipropagación

ISI : Interferencia Intersímbolo.

  • Misma onda recorre distintos caminos.
  • Misma onda llega desfasada en el tiempo y Atenuada
LOS: Line of Sight , Línea de vista.


Se necesita un procesamiento de señal importante para eliminar este efecto, ya que hay que determinar con cual señal quedarse.


5.5. Tipos de Desvanecimientos.

Desvanecimiento Rápido.

Cambio brusco, afecta móviles en automóviles o personas caminando, dado que recorren el largo de una longitud de onda, pueden llegar a 20 o 30 dB.

Desvanecimiento Lento.

Se da en distancias mas largas. Existe un cambio en la potencia media recibida.

Desvanecimiento Plano.

También denominado no selectivo, es un tipo de desvanecimiento en el que todas las componentes en frecuencia de la señal recibida fluctúan en la misma proporción 

simultáneamente.

Desvanecimiento Selectivo.

Afecta desigual a las distintas componentes espectrales de una señal de radio.



5.6. Mecanismos de Compensación de Errores

Forward error correction

+ reundancia => +Overhead , de 2 a 3 veces mas bits redundantes.


Adaptive equalization

Analógicas, mas sencilla o sofisticados circuitos digitales  y algoritmos de procesamiento de señales.


Diversity.

Cada canal tiene un desvanecimiento distinto

  • Múltiples canales para Tx y Rx.

  • La técnica NO elimina el error, pero lo minimiza.


6. Generaciones de Celulares

Desde 1980 las redes de Celulares evolucionaron

Por conveniencia, la industria y los organismos de normalización agrupan los avances técnicos en
“generaciones”





Vemos cada uno de ellas.mas en detalle.


6.1. 1er Generación o 1G.

El sistema 1G más implementado fue el Teléfono Móvil Avanzado Servicio (AMPS

Desarrollado por AT&T. Este enfoque también era común en

  • Nuestra Zona ( América del Sur)

  • Estados Unidos

  • Australia 

  • China.

2 Bandas de 25MHz.

  • Tx 869-894 MHz

  • Rx 824-849 MHz.

Cada una de esas bandas de 25MHz se dividía en 2 de 12.5MHz para alentar la competencia de operadores. (FDMA)


Canales Separados por 30KHz, total 416 canales por operador.

21 Canales para Control dejando 395 (=416-21) para llamadas.

Voz modulada en Frecuencia




6.2. 2da. Generación 2G

Se buscó que el diseño provea

  • alta calidad señal.

  • mayor tasa de transferencia para servicios digitales.

  • mayor capacidad.

Diferencias entre 1G y 2G.

  • Canales Digitales

  • Cifrado

  • Detección y corrección de Errores.

Canales compartidos entre usuarios por 

  •  TDMA (acceso múltiple por división de tiempo) 

  •  CDMA (código acceso múltiple por división).



6.3. 3ra. Generación 3G

Se buscó que el diseño provea


  • Alta Velocidad.

    • Multimedios
    • Datos.
    • Videos
    • Voz por supuesto.

Características.

  • Calidad de voz comparada con la red pública de telefonía.
  • 144 kbps de tasa variable para los usuarios en movimiento ( automóvil).
  • 384 kbps para personas caminando o moviéndose lentamente.
  • 2084 Mbps para uso de oficina ( sin movimiento)
  • Tasas de Transmisión Simétricas y Asimétricas.
  • Soporta conmutación de paquetes y de circuitos.
  • Uso más eficiente del espectro disponible en general
  • Soporte para una amplia variedad de equipos móviles
  • Flexibilidad para permitir la introducción de nuevos servicios y tecnologías.

  • Usa 3 esquemas de CDMA (código acceso múltiple por división)

    • Ancho de Banda: hasta 5MHz.
    • Chip Rate  ( Mega Ciclos por Segundo Mcps). Cada Chip tiene una tasa . Recordar que en CDMA la información a tX es mayor, ya que el Código tiene una tasa mayor que la señal digital de entrada.
    • Multi Rate varias tasas fijas en canales lógicos.


6.4. 4ta Generación.


Se buscó que el diseño provea

  • Proporcionar acceso a Internet de banda ultraancha para una variedad de dispositivos móviles, incluidos portátiles, teléfonos inteligentes y tabletas. 
  • Las redes 4G admiten acceso web móvil y Aplicaciones de gran ancho de banda, como TV móvil de alta definición, videoconferencias móviles.
  • Juegos

Requerimientos.

  • Conmutación de paquetes basada en IP.!!
  • Soporta picos de hasta 100 Mbps.
  • Se comparte dinámicamente.( mas usuarios por celda, mas funciones).
  • Admitir transferencias fluidas entre redes heterogéneas (1G, 2G, 3G)
  • Admitir alta calidad de servicio para aplicaciones multimedia de próxima generación.


BWA :Board Wireless Access.


6.5. LTE-Advanced.

Dos candidatos para lograr una Estandarización de 4G:

  • 3GPP (Asociación para el proyecto de 3era Generación) Un consorcio de Asia, Europa y América del Norte, esta propuesta se conoce como LTE. Este usa OFDMA en el descendente (downlink) y en el ascendente  otra técnica.
  • IEEE 802.16, que ha desarrollado estándares para operaciones inalámbricas fijas de alta velocidad conocidas como WiMAX. Este usa OFDMA en enlace ascendente como descedente.

Ganó LTE, por lo tanto LTE se vuelve el estandar para 4G.


LTE viene de Long Term Evolution

LTE NO es lo mismo que LTE-Advance.

LTE comenzó en la era de 3G, y con el tiempo sus mejoras que se toman para 4G, que se conoce como 4G+ y se conocen como LTE-Advance.







6.6. FDD , TDD


U: Up o Ascendente
D: Down o Descendente

LTE Advanced puede utilizar OFDMA en el enlace descendente y puede implementarse tanto con FDD como con TDD en el enlace ascendente, dependiendo de la configuración de la red.

AT&T y Verizon han adoptado una versión de LTE basada en división de frecuencia dúplex (FDD).

China Mobile, ha adoptado una versión de LTE basada en dúplex por división de tiempo (TDD).

LTE-FDD se utiliza en sistemas donde las frecuencias de transmisión y recepción son diferentes, lo que significa que hay canales separados para enviar y recibir datos. Se usa en enlaces Ascendentes (Móvil a BS)

LTE-TDD, por otro lado, utiliza la misma frecuencia para transmitir y recibir datos, pero en diferentes momentos, TDD-OFDMA tanto en la banda descendente como en la banda ascendente. Esto se conoce como LTE-TDD.