Proiect de An Final [PDF]

Zitiervorschau

INTRODUCERE

Dezvoltarea telefoniei mobile, în special în deceniul 1980-1990, a condus la apariția a numeroase sisteme (NMT - in tarile nordice, TACS - in Marea Britanie, AMPS - in SUA) și la creșterea numărului de abonați (la începutul lui 1990 existau aproximativ 1 milion de abonați în Europa). Principala problema, aparută încă de la începutul anilor '80, a fost incompatibilitatea între sisteme mobile diferite: de exemplu, un abonat al sistemului NMT își putea folosi telefonul mobil numai pe teritoriul țărilor care aveau rețea mobilă NMT. Odată intrat într-o țară cu un alt sistem mobil, diferit de NMT, telefonul sau mobil devenea inutilizabil. Cauzele trecerii la radiotelefonia celulară cu transmisie digitală, ca soluţie comună pentru un acces general:  Incompatibilitatea dintre normele de radiotelefonie celulară cu transmisie analogică folosite în Europa; 

deplasările frecvente ale utilizatorilor pe continent.

Este evident că trecerea de la telefonia mobilă analogică spre telefonia mobilă digitală s-a realizat cu rapiditate, datorită compatibilităţii la nivel european şi plusului de convorbiri simultane care au devenit posibile cu ajutorul tehnologiei de multiplexare TDMA.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

4

I PARTEA TEORETICĂ 1.1 Noțiuni.Telefonia celulară Legătura telefonică “fără fir” (wireless): 

oferă avantajul flexibilităţii obţinut prin mobilitate, ceea ce lipseşte unui post

telefonic fix. 

acest tip de legătură foloseşte ca suport pentru comunicaţie proprietatea

undelor radio de a se propaga în mediul înconjurător. Propagarea semnalului radio caracterizat de o anumită frecvenţă şi amplitudine, se face de la o antenă de emisie spre o antenă de recepţie cu păstrarea frecvenţei şi micşorarea progresivă a amplitudinii pe măsură ce creşte distanţa. Datorită micşorării amplitudinii undelor radio odată cu creşterea distanţei faţă de antena de emisie, există o zonă în care recepţia este optimă, o altă zonă în care recepţia este dificilă şi o a treia zonă (restul) în care posibilitatea de recepţie dispare. Atenuarea (micşorarea amplitudinii) este de asemenea dependentă de valoarea frecvenţei şi anume creşte proporţional cu frecvenţa. Prin urmare diametrul zonei de recepţie optimă, pentru o aceeaşi putere de emisie, se micşorează pe măsură ce frecvenţa undei radio de emisie creşte. Telefonia mobilă destinată populaţiei a trebuit să depăşească: - obstacolul determinat de necesitatea unui număr cât mai mare de convorbiri simultane; -

constrângerea care provine de la un număr finit de benzi disponibile de frecvenţă. Într-adevăr, o convorbire prin unde radio presupune 2 frecvenţe purtătoare şi în

consecinţă 2 benzi de frecvenţă, care ar trebui să fie proprii fiecărei convorbiri. Numai când legătura este “duplex” (cu două sensuri de transmisie) se pot realiza comunicaţii simultane în ambele sensuri. Deoarece fiecare emiţător este constrâns să fie recepţionat numai de receptorul propriu, fără să producă interferenţe altor

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

5

convorbiri, rezultă necesitatea unei separări de siguranţă între benzile de frecvenţă şi ca urmare o limitare a numărului de convorbiri simultane. Banda disponibilă a frecvenţelor radio rezervate radiotelefoniei mobile a constituit de la început un obstacol în dezvoltarea acestui mijloc de comunicare. Telefonia mobilă analogică a depăşit acest obstacol prin două inovaţii : 1. - alocarea dinamică a frecvenţelor purtătoare ; 2. - împărţirea în celule a zonei deservite (acoperită radio). Împărţirea în celule este permisă de existenţa zonelor de recepţie optimă pentru fiecare emiţător cu o putere stabilită. Prin urmare, un emiţător este recepţionat optim numai în celula sa, în celulele învecinate fiind recepţionat accidental, iar în celulele îndepărtate recepţia fiind nulă. În fiecare celulă există o staţie fixă de emisie-recepţie, care comunică numai cu telefoanele mobile din celula respectivă. Odată cu divizarea în celule, puterea de emisie a staţiilor fixe a trebuit să fie diminuată. Această inovaţie (împărţirea în celule) face posibil ca benzile de frecvenţă (existente în acelaşi număr finit), să fie reutilizabile în alte celule. Alocarea dinamică a frecvenţelor purtătoare semnifică faptul că într-o celulă frecvenţele necesare unei convorbiri nu sunt stabilite pentru totdeauna, ci sunt repartizate de către calculatorul ce gestionează emiţătorul celulei, în funcţie de disponibilităţile de la un moment dat, disponibilităţi ce se schimbă permanent deoarece unele convorbiri încep, altele se încheie. Când un abonat transmite o cerere de apel, staţia fixă îi atribuie o frecvenţă de emisie. Dacă abonatul trece în altă celulă, va fi controlat de alt emiţător, care îi va atribui o nouă frecvenţă, iar frecvenţa utilizată anterior va deveni liberă. Fiecare celulă este asociată cu o staţie radio fixă de emisie-recepţie. Teoretic, o celulă are o formă hexagonală şi reprezintă suprafaţa pe cuprinsul căreia comunicaţia dintre telefonul mobil şi staţia radio asociată se realizează în condiţii de calitate. Dacă se are în vedere că puterea de emisie a unui telefon mobil este limitată, se ajunge la concluzia că şi distanţa de comunicare este

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

6

limitată. Prin urmare, o reţea care acoperă un spaţiu întins va necesita un număr mare de celule şi, în mod implicit, un număr mare de staţii radio asociate. Deoarece o emisie radio de putere mică va deservi o zonă limitată, este posibil ca aceeaşi frecvenţă de emisie să fie reutilizată şi într-o altă zonă suficient de depărtată. În telefonia celulară aria celulei reprezintă unitatea elementară care stă la baza divizării unui spaţiu, pe suprafaţa fiecărei celule utilizându-se la un moment dat un anumit grup de frecvenţe radio. Cu cât celulele au o suprafaţă mai mică, cu atât numărul frecvenţelor ce pot fi utilizate simultan în cadrul reţelei este mai mare. Această posibilitate tehnică este folosită intens în spaţiile dens populate. Exploatarea simultană a aceloraşi frecvenţe radio în două celule diferite necesită respectarea unei distanţe minime, aceasta fiind egală de regulă cu dublul diametrului unei celule. În figura 1.1 se reprezintă schematic cum este respectată condiţia explicată mai sus în cazul reutilizării frecvenţei “F1”.

F1

F1

F1

F1

Figura 1.1 Reutilizarea frecvențelor (frecvenţa F1) Fiecare staţie radio asociată unei celule are alocat un număr de frecvenţe purtătoare, în funcţie de traficul estimat în celula respectivă. Frecvenţele nu sunt stabilite “pentru totdeauna”, ci sunt atribuite în mod dinamic, de către un calculator de supervizare a comunicaţiilor din reţea.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

7

1.2 Standardul NMT-900

NMT (Nordic Mobile Telephone) a fost adoptat în Norvegia, Finlanda, Suedia, Danemarca, Belgia, Olanda, Franţa, Spania, România, etc. Funcţionează în banda de 450 MHz, sau 900 MHz, având o lărgime de 25 KHz pentru fiecare canal radio; publicului încă din anul 1981. Transmisia de tip analogic foloseşte modulaţia de frecvenţă a unei purtătoare din banda frecvenţelor alocate reţelei NMT. Există două variante ale normei : -- NMT 450, cu banda de frecvenţe “uplink” de la 451 MHz la 457,5 MHz, iar banda frecvenţelor “downlink” de la 463 MHz la 469,5 MHz ; -- NMT 900, cu banda de frecvenţe “uplink” de la 890 MHz la 915 MHz, iar banda frecvenţelor “downlink” de la 935 MHz la 960 MHz . Tipuri de canale radio utilizate Legătura abonaţilor mobili cu BS se efectuează pe canalele radio alocate. În dependenţă de funcţiile realizate aceste canale se clasifică în: 1. Canale de trafic – sunt canalele ce se utilizează pentru transmiterea informaţiei utile după realizarea legăturii. Întotdeauna într-o celulă trebuie să existe un canal de trafic ce este marcat ca un canal liber. 2. Canale de căutare – sunt acelea pe care BS transmite un semnal de apel către abonatul mobil. Pentru urmărirea poziţiei abonatului mobil în reţea în starea lui de aşteptare şi pentru comunicaţii de trafic în cazurile unui trafic intens, sunt marcate cu un semnal special de canale de căutare. 3. Canale de acces – (numai la NMT 900) sunt canale care au rolul de a transmite un apel de la ME spre BS pentru obţinerea unui canal de trafic după recepţia semnalului MSC. Selectează canalul de trafic îl transmite la BS care-l ordonă pe acel canal să se acordeze.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

8

4. Canale combinate de trafic şi căutare – se utilizează pentru transmiterea apelului de la BS la ME la regim de trafic intens, se utilizează ca canale de trafic. Canalel de căutare şi acces formează canal de apel. Legătura între BS şi MSC poate fi realizată prin fire electrice, fibra optică, unde radio. Realizarea legăturilor de comunicaţie Dirijarea funcţionării sistemului NMT se efectuează de către MSC. În NMT există 2 tipuri de MSC: 1) MSC-H(Home) – MSC de apartenenţă – reprezintă acele MSC în care se realizează înregistrarea abonaţilor daţi. 2) MSC-V(Visited) – MSC vizitat – reprezintă acel MSC pe teritoriul căreia se află într-un moment dat abonaţii înregitraţi la alt MSC. În MSC-H se păstrează toate informaţiile despre abonaţii înregistraţi în această arie şi toate apelurile ce sunt adresate abonaţilor adresaţi în MSC-H iniţial nimeresc aici. În MSC-V se conţine informaţia temporară despre abonaţii ce se află pe o perioadă de timp pe teritoriul dat.

AT

AT

MSC-H

MSC-V

AT

Figura 1.2 Dirijarea funcţionării sistemului NMT

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

9

Modul de stabilire şi funcţionare a legăturii în NMT poate fi reprezentat prin următoare schemă:

ON OFF

Standby

Urmarirea

ME-MSC

Conversaţie

MSC → →ME

Hand over

Sfîrşt de convorbire Întreruperia forţată convorbirei

Figura 1.3 Schema de funcționare a legăturii în NMT

Supervizarea calităţii legăturii: se efectuează pe parcursul derulării conversaţiei şi constă din 2 proceduri: 1. măsurarea la BS a nivelului semnalului recepţionat de la ME 2. măsurarea raportului semnal/zgomot pentru un semnal special transmis de la BS spre ME şi întors de la ME spre BS pe canalul de trafic. În ambele cazuri în dependenţă de rezultatele măsurărilor există 3 variante: 1) Conversaţia contiunuă (nivelul semnalului normal în ambele cazuri) 2) Cînd se caută un canal de trafic „mai bun”, în acest caz BS transmite către MSC un semnal de alarmă în care se identifică canalul pe care se efectuează o convorbire curentă a abonatului mobil dat şi se cere de a se găsi un canal pentru hand over, asemenea canalul poate fi sau în celula dată, sau în altă celulă şi în rezultat se efectuează hand over-ul 3) Nu se ia nici o măsură şi convorbirea continuie pînă la întreruperea forţată

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

10

Semnalul special transmis pe canalul de trafic de către BS spre ME este unic pentru BS dată, însă diferite pentru BS vecine, semnalul dat este Δφ şi are următoarele valori: Tabelul 1.1 Valorile semnalului Δφ Δφ1

Δφ2

Δφ3

Δφ4

3955Hz

3985Hz

4015Hz

4045Hz

Transferul legăturii (hand over): în NMT transferul de legătură are un specific ce constă în faptul că hand over-ul se face în 2 nivele de alarmă: 1) Nivelul 1 – la care se stabileşte necesitatea efectuării hand over-ului prin analiza rezultatelor măsurării semnalului de trafic sau Δφ, în acest caz BS transmite către MSC semnalul de alarmă. Nivelul 1 reprezintă o fază pregătitoare pentru hand over. 2) Nivelul 2 – la care MSC realizează căutarea unui canal liber de trafic mai bun şi dacă un aşa canal este găsit se realizează hand over-ul, astfel convorbirea continuie pînă la pierderea lagăturii sau întreruperea ei. Accesul şi căutare în NMT: Accesul – reprezintă obţinerea unui canal de trafic cînd apelul este iniţiat de abonatul mobil. Căutarea – reprezintă obţinerea unui canal de trafic pentru comunicaţie cînd apelul este adresat către un abonat mobil. În reţeaua NMT se desting 2 situaţii de iniţiere a apelului către un abonat mobil şi anume:  Cînd apelul este iniţiat de către un abonat al reţelei PSTN  Cînd apelul este iniţiat de către un abonat al reţelei PLMN

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

11

În primul caz sunt posibile 2 variante: 1) Semnalul de apel de la abonatul fix se transmite prin centrala locală şi de tranzit şi nimereşte în MSC-H, care dirijează apelul către MSC-V a reţelei date sau altei reţele pe teritoriul căreia se află în momentul dat abonatul mobil. 2) Semnalul de apel de la abonatul PSTN se transmite prin centrala locală şi de tranzit şi nimereşte în PLMN prin orice MSC, şi anume prin MSC-G (MSC-Gateway-de intrare), MSC-G contactează cu MSC-H şi află în acest moment abonatul apelat, după ce transmite către MSC-V şi mai departe către abonat. În cazul apelului de la PLMN la ME abonatul mobil formează numărul necesar, se declanşează procedura de proces în care se efectuează identificarea ME şi dacă ME are posibilitatea de accesare a serviciului, şi se eliberează un canal de trafic după care procedura de apel este transmisă spre PSTN, sau spre PLMN. În cazul legăturii cu abonatul PLMN preventiv se află poziţia lui pentru a determina aria de trafic în care v-a fi transmis apelul.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

12

II PARTEA TEORETICĂ

Datele inițiale: i=4 j=3 R = 7 km Sistemul– NMT-900 ΔF1 = 900,8-915 MHz ΔF2 =945,8-960 MHz Δfc = 0,025 MHz Canal duplex,set de canale 4 Prima condiție necesară de îndeplinit este condiția (1). |

|

|

|

(1)

|

|

|

|

MHz

|

|

|

|

MHz

|

|

|

| [MHz]

2.1 Calculul numărului total de canale de trafic Nt 

F F 1 2 f c f c

(2)

Unde ∆fc - frecvenţa canalului, ∆fc =0,025 MHz; F - diapazonul de frecvențe ME către BS; 1 F -diapazonul de frecvențe BS către ME. 2

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

13

F F 1 2  14,2  568 [canale ] Nt   f c f c 0,025

Se vor utiliza 568 de canale.

2.2 Calculul numărului de celule într-un cluster Se calculează conform formulei (3): K  i  i j  2

j

2

Unde: K-numărul de celule în cluster i-vector de deplasare j-vector de deplasare

K  i 2  i  j  j 2  42  4  3  32  37 [celule] Vom avea un cluster format din 37 de celule. Utilizînd numărul total de canale de trafic şi numărul de celule într-un cluster calculăm numărul de canale într-o celulă : N N t K N

(4)

568  15,35 [canale] 37

În celule trebuie de utilizat un număr întreg de canale. Deci în unele din ele se vor utiliza cîte 15 canale, în altele cîte 16 canale. 2.3 Calcularea distanţei de reutilizare a frecvenţei - două metode Distanţa de reutilizare a frecvenţei se numește distanţa minimă dintre centrele a 2 celule cu acelaşi set de canale din clustere vecine şi ea se calculează prin 2 metode:

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

14

1 metodă: Avînd raza celulei și numărul total de celule într-un cluster,înlocuim în formula (5): D  R 3K

(5)

Unde: D-distanța de reutilizare a frecvenței R-raza celulei [km] K-numărul de celule într-un cluster

D  R 3K  7 3* 37  7 111  73,75 [km] 2 metodă: În urma plasării geometrice a celulelor,conform figurii 2.1, am obținut coordonatele punctelor P1 și P2. Plasîndu-le în formula (6), obţinem: P1(x1,y1) = P1(8, 7) P2(x2,y2) = P2(15, 4)

D  R 3  [( x  x )2  ( x  x )( y  y )  ( y  y )2 ] 1 2 1 2 1 2 1 2

(6)

Unde: R-raza celulei [km] D-distanța de reutilizare a frecvenței x1,x2,y1,y2-coordonatele punctelor P1 și P2

D  7 3[(8  15)2  (8  15)(7  4)  (7  4)2 ]  7 3 * 37  11 111 =73,75 [km]

2.4 Repartizarea canalelor în seturi pe celule Vom construi tabelul unde vom numerota consecutiv numărul celulei și în liniile de mai jos,numărul canalului,de asemeni consecutiv (vezi tabelul 2.1).

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

15

Tabelul 2.1 Repartizarea canalelor în seturi pe celule

2.5 Repartizarea celulelor în cluster şi în afara lui (7 clustere) Repartizarea seturilor de canale între celulele clusterului constă în : 1. Se alege o celulă oarecare de pe teritoriul ce trebuie acoperit şi acestei celule iniţiale i se atribuie un oarecare set de canale. 2. Cele mai apropiate 6 celule care vor utiliza acelaşi set de canale. Se determină deplasîndu-se din centru celulei iniţiale perpendicular pe fiecare din laturile celulei iniţiale cu i unităţi (sub unitate se subînţelege distanţa dintre 2 celule vecine). 3. Sub un unghi pozitiv în sens geometric(de la o linie contra acelor de ceasornic) de 60º se deplasează cu j celule.Celulei obţinute se va atribui setul iniţial de canale 1. 4. Se alege o oarecare celulă ce se află între celulele ce au primit deja un set de canale şi se repetă 1÷3. Procedura se termină atunci cînd toate celulele cuprinse între celulele cu setul 1 au primit cîte 1 set de canale (toate seturile trebuie să fie diferite; diferite seturi de canale nu pot utiliza unul şi acelaşi canal). Repartizarea celulelor în cluster şi în afara lui (7 clustere) este arătată în figura 2.1.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

16

2 2 6

y

10 13

21

29

31

8 10 13

4

26 29

15

12

20

34

24

16

36

5

14

7

8

6

13

31

4 21

11 7

3 9

27

10 13

18

15

14 11

7 3

9 27

29

7

36

5

21

16 23

19

4

26

34

24

2

20 32

31

8

6

30

28

12 14

18 22

1

37

33 P 230 29 33 22 15 35 15 35 P 130 20 D 25 1 25 1 32 17 28 34 17 28 34 16 37 31 37 31 23 12 24 36 12 24 36 14 8 19 8 19 11 5 7 5 7 3 3

8

26

23

19 5

35

17

9 27

33

25

16

36

26

15

32

4 21

29

20

34

24

2

10

1

37

13

22

2 6

10

18

30

28

12

11

3

25

7

9

33

14 11

3

27

35

17

23

19

29

36

5

21

16 23

19

4

26

15

32

31

8

18

30

28

10

34

24

2

20 32

31

8

6

13

22

1

37

3

27

35

11

30

28

12

18 22

1

37

14

7

9

33

25 17

5

21

23

19

35

17

9 27

33

25

16

36

26

15

32

4 21

29

20

34

24

2

22

1

37

13 18

30

28

12

9

33

25

10

27

35

17

6

4

26

15

6

18 22 20 32 16 23 14 11

x

16

14

6

13

5

11

12

10

4 8

3

9

7

2

5

6

4

1 2

3

1

Figura 2.1 Repartizarea geometrică celulelor

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

17

2.6 Planul de frecvențe

1 2 3 4

F1

….

568

900,8

f,[MHz]

915

….

1 2 3 4

F2

568

945,8

Canalul duplex 4

4

960

f,[MHz]

4 f,[MHz]

Figura 2.2 Formarea planului de frecvențe a sistemei NMT-900 Distanța de departajare în frecvență se calculează după formula (7). (7) Obținem: [MHz] 2.7 Capacitatea rețelei proiectate în NMT -900 Calculăm suprafața unei celule conform formulei (8). (8) unde R-raza unei celule n-numărul de laturi a poligonului ( în cazul nostru n va fi egal cu 6) La introducerea datelor în formula (8), obținem: [

]

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

18

Suprafața totală a unui cluster va fi : (9)

Drept rezultat, numărul de clustere necesare pentru a deservi teritoriul Republicii Moldova după formula (10) va fi: (10)

-numărul de clustere pentru deservirea teritoriului Republicii Moldova

unde

33 700

=

[clustere]

Calculăm capacitatea rețelei C (formula 11) . În sistemul NMT,un canal deservește un singur abonat . Ca urmare capacitatea rețelei va fi calculată în felul următor:

C=

(12)

Deci,obținem: C=568*7,15*1=4 061 [abonați] Rețeaua data proiectată în sistemul NMT-900 poate deservi 4 061 de abonați.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

19

CONCLUZII În cadrul acestui proiect de an am avut sarcina de a proiecta o rețea de comunicații mobile inteligentă în cadrul sistemului NMT-900. În prima parte a proiectului am descris succint proprietățile sistemului, parametrii de bază, printre care se enumeră banda de frecvenţe “uplink” de la 890 MHz la 915 MHz, iar banda frecvenţelor “downlink” de la 935 MHz la 960 MHz, având o lărgime de 25 KHz pentru fiecare canal radio. În cadrul părții a doua, numită și partea practică, am efectuat calculul parametrilor rețelei, inclusiv capacitatea acesteia. Deci, în banda de frecvențe ΔF1 = 900,8-915 MHz și ΔF2 =945,8-960 MHz cu banda canalului Δfc = 0,025 MHz, am calculat numărul total de canale de trafic, obținînd o valoare de 568 canale. În continuare, cunoscînd vectorii de deplasare i=4 și j=3, am calculat numărul de celule într-un cluster, acestea fiind în număr de 37 celule. Conform algoritmului tabelar de alocare a canalelor, am distribuit

canalele între celulele clusterului

conform tabelului 2.1. Avînd drept sarcină setul de canale și canalul duplex 4, am format planul de frecvențe prezentat în punctul 2.6, cap.II, figura 2.2. Iar distribuirea geometrică a celulelor este prezentată în figura 2.1. În final, am calculat capacitatea rețelei, calculînd consecutiv suprafața unei celule, a unui cluster și respectiv numărul total de clustere necesar pentru a deservi întreg teritoriul R.Moldova de 33 700 km2. Valoarea capacității C este de 4 061 abonați deserviți concomitent. Deci, referitor la partea teoretică pot afirma că NMT 900 Mhz a permis lărgirea capacităţii de prestare a serviciului de telefonie mobilă . Iar rețeaua proiectată în acest proiect de an poate fi utilizată în zonele suburbane, cît și urbane, avînd un număr mare de abonați deserviți și o rază mică a celulelor.

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

20

BIBLIOGRAFIE 1 http://www.msqe.ase.ro/Documente/retelemobile(2).pdf 2 http://protlc.net/category/comunicatii-mobile/page/10/ 3 http://en.wikipedia.org/wiki/Nordic_Mobile_Telephone 4 http://www.comm.pub.ro/_curs/cmt/cursuri/CMT%2001%20introducere.pdf

Coala Mod

Coala

№document

Semnat

Data

UTM 525.2 101 023 PA

21