08/02/2014 1 Telefonia Digital Slide

08/02/2014

1

Telefonia Digital

Comunicação Celular Móvel

1. Introdução à Telefonia Celular (Mobilidade)

Prof. Flávio Augusto Barrella

2014-1 06/02/2014

Slide

Telefonia Digital 2

SISTEMAS CELULARES

[SMC/SMP]

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Comunicação Móvel Celular

• Os três componentes básicos de um

Sistema Celular são:

• Central de Comutação e Controle (CCC)

• Estação Rádio Base (ERB)

• Terminal do Assinante (Móvel)

• A CCC é responsável, além das funções de

Comutação, pelas funções de Controle do

Sistema Celular.

• A Estação Rádio Base é responsável pela

conexão do Móvel ao Sistema.

• O Terminal de Assinante é o meio de

acesso à rede

SISTEMA CELULAR

CCC

ERB

Móvel


D

r

f

f

D

rN 3*

r => Raio da célula

D => Distância mínima entre duas células

N => Taxa de reutilização das freqüências

Reuso de Freqüências

Exemplo de células teórica e real

Célula Teórica Célula Real

f

f'

f''

f''' f

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Banda A (Célula <- Móvel) Banda B (Célula <- Móvel)

Banda A (Célula -> Móvel) Banda B (Célula -> Móvel)

Célula <- Móvel (Recepção)

Célula -> Móvel (Transmissão)

991-1023 1-312 313-333 334-354 355-666 667-716 717-799

voz controle voz

1023991)00,870)1023(*03,0(

7991)00,870*03,0(

)(

1023991)00,825)1023(*03,0(

7991)00,825*03,0(

)(Re

NNFr

NNFr

oTransmissãMóvelCélula

NNFr

NNFr

cepçãoMóvelCélula

para

para

para

para

onde: Fr é a freqüência expressa em MHz

N é o número do canal [adimensional]

Bandas de Freqüências – Celular (A e B)

C -> M

M -> C

DOWNlink

UPlink

BA

C -> M

M -> C

DOWNlink

UPlink

BA

416 canais

395 canais de voz e

21 canais de controle


Distribuição de canais da Banda "A"

Arranjo de 21 grupos (ou 3x7 grupos)

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A

D

A A

A A

A

A

B

B

B

B

C

C

C

C

D

D

D

C

D C B

D

B

B

D C

A

B

B

C

D

E

E

F

F

G

G

B

C

G

F

C

D

E

D

11

6

3 3

11 11

1

3

9

8

7

9

6

4

2

10

5

2

12

10

2

5

9

7

10

7

4

Reuso de Freqüências

Reuso com N=4

Reuso com N=12

Reuso com N=7

Telefonia Digital

PROJETO DE RF

O Projeto de RF é realizado

num processo interativo com:

as definições dos parâmetros;

a verificação dos resultados e

a re-definição dos

parâmetros.

Definição dos

Parâmetros

Resultados

Processamento

Verificação Fim OK Ñ OK

Dados de

Entrada

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Telefonia Digital

PROJETO DE RF (DADOS)

• Tráfego

o Os dados de tráfego são utilizados para determinar-se a

quantidade de canais necessárias para se atender a

demanda. Devido a distribuição desta demanda e

limitações das ERBs refletem diretamente na quantidade

ERB do sistema.

• Mapas digitalizados da área objeto

o Estes mapas podem ter diversas camadas (layers),

podendo ter desde somente as curvas de níveis, até a

definição das principais construções, tipo de terreno, etc.

Telefonia Digital

PROJETO DE RF (DEFINIÇÕES SISTÊMICAS)

Projeto Inicial Final

ERBs Poucas e Espaçadas Muitas e Próximas

Torres Altas Baixas

Potências Irradiada Altas Baixas

Nível de Sinal Médio Baixo Alto

Cobertura por ERB Grandes Áreas Pequenas Áreas

Cobertura Total Outdoor Outdoor/Indoor

Sombra Muitas Sombras Poucas Sombras

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Telefonia Digital

PROJETO DE RF (PARÂMETROS)

• Localização das ERBs (Coordenadas Geográficas)

• Plano de Freqüências (Taxa de Reuso)

• Potência Irradiada (Cobertura)

• Altura das Antenas (Altura das Torres)

• Tipo de Antenas (OMNI/Setorizada) / Ganho

• Azimute / Tilt


Projeto Teórico Localização das ERBs

Resultado Real

Localização

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Tilt (Inclinação)

Altura

N Azimute

Alguns Parâmetros das Antenas

Antena Setorizada (Diretiva)

Telefonia Digital

PROJETO DE RF (Ferramentas - Processamento)

• Programas de Predição

o Calculam o valor do sinal em cada ponto da área

objeto, levando em consideração, os dados de

topologia e os parâmetros definidos

• Vistorias de RF

o Vistorias aos locais candidatos à ERBs para verificação

de condições não previstas no projeto.

• Surveys

o Testes com fontes de RF nos locais candidatos à ERB e

medições dos sinais na área objeto

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Telefonia Digital

PROJETO DE RF (Resultados)

• Cobertura

o Plot de Cobertura na área objeto de estudo. Para cada caso

se admite valores diferenciados de cobertura para efeito

de aceitação dos resultados. (out/indoor, contínua, etc.)

• Melhor Servidor

o Plot que designa qual ERB é a que tem o melhor sinal em

cada ponto da área objeto de estudo. Deve ser levado em

conta a demanda de tráfego para cada ERB.

• Interferência

o Plot que explícita as regiões onde a relação sinal /

interferente é maior que o valor definido em projeto.


P >= -65 dBm

-65 dBm < P <= -80 dBm

-80 dBm < P <= -95 dBm

COBERTURA

P < -95 dBm

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Comunicação Móvel Celular Telecomuni

cações II 17


cações II 18

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11


cações II 21


cações II 22

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ERB 1

ERB 3

ERB 2

ERB 1

ERB 2

ERB 3

BEST SERVER

Telefonia Digital

BEST SERVER

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Telefonia Digital

BEST SERVER

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Telefonia Digital

CENÁRIOS

26

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Telefonia Digital

CENÁRIOS

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each pixel represents one UE the color indicates which

cell the UE is associated to association based on

highest geometry SINR with 1dB handover margin

shadowing, LoS/NLoS, O-to-V penetration loss cause

distortions wraparound makes cells on opposite edges

neighbors leading to handovers between these cells

Geometry distribution21 cells UMa scenario (7 sites)

Best server map57 cells UMa scenario (19 sites)

each pixel represents one EU the color indicates

the geometry SINR of that EU shadowing,

LoS/NLoS, O-to-V penetration loss cause

distortions wraparound makes cells on opposite

edges neighbors leading to strong interference

between these cells

Geometry distribution57 cells UMa scenario (19 sites)

Best server 21 células UMa scenario (7 sites)


C/I >= 15 dB

C/I < 15 dB

INTERFERÊNCIA

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Telefonia Digital

OTIMIZAÇÃO DE RF

• O processo de otimização de sistemas é contínuo e deve ser exercido alimentados pela coleta de dados sistêmicos advindos da operação, de reclamações de assinantes e usuários e do levantamento diário de informações através de observações, drive-tests etc.

• Muitas ações podem ser efetivadas para a mitigação dos problemas sistêmicos encontrados, entre elas pode-se destacar a setorização, split de células, introdução de células em overlay, além de alterações de parâmetros individuais em células, até a completa reformulação do plano de freqüências.

Telecomunicações II

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Otimização (SETORIZAÇÃO)

Setorização 120

60

20

20

20

A1

A2

A3

B1

B2

B3

B1

B2 B3

C1 C2

C3

D1

D2

D3

E1

E2

E3

E1

E2 E3

F1

F2

F3

F1

F2 F3

G1

G2 G3

G1

G2

G3

B1

B2 B3

C1

C2

C3 G1 G2

G3

F1

F2 F3

C1

C2

C3

D1

D2

D3

E1

E2

E3

D1

D2

D3

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Telefonia Digital

OTIMIZAÇÃO - Setorização

Telecomunicações II

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B D

C

G E

F

A B

C D

E F

G B

D

C

G E

F

A

B C

D

E F

G

B D

C

G E

F

A

Otimização de Sistemas (SPLIT)

Splits

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cações II 33

A

B

Otimização de Sistemas

Overlay


C1

Sistema Celular Mínimo

C2 HLR

VLR

HLR

VLR

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ESTAÇÃO RÁDIO BASE (ERB – BTS)

CCH

Link com a CCC

Duplexer

LCH

VCH

PA PA

Antena

Tx/Rx

Fonte CC

(Regulação)

Combiner

Antena

Rx


ESTAÇÃO RÁDIO BASE (ERB – BTS)

Diagrama de blocos dos principais componentes de uma ERB: • Antena, Interface entre a onda guiada e o meio aéreo; • Duplexer, Circulador, direcionamento dos sinais de RF “de” e “para” as Antenas; • Combiner, responsável pela combinação dos sinais de RF saídos dos PAs; • PA - Power Amplifier, Amplificador de Potência em RF; • CCH - Control Channel, Canal de Controle da ERB; • LCH - Locate Channel, Canal de Localização; • VCH - Voice Channel, Canal de Conversação; • Link, responsável pela comunicação entre a ERB e a CCC (n x E1, n x T1); • FCC (regulação), Fonte regulada de energia.

CCH

Link com a CCC

Duplexer

LCH

VCH

PA PA

Antena Tx/Rx

Fonte CC

(Regulação)

Combiner

Antena Rx

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1. Quando um móvel é ligado ele faz a varredura dos

canais de controle.

2. Uma vez detectado o canal de controle da Estação, o

móvel se registra enviando sua identificação.

3. A informação da Estação que o móvel está vai para a

Central (1) cuja estação está filiada e fica armazenada no

HLR, caso o móvel pertença à Central (1), ou no VLR caso o

móvel seja de outra Central (2).

4. Ainda se for de outra Central (2), a Central (1) avisa a

outra Central (2) que o móvel está em sua área.

5. A Central (2) armazena esta informação no HLR da

Central (2).

REGISTRO AUTOMÁTICO

C1

C2

HLR

VLR

HLR

VLR


1. Quando a chamada chega na Central, ela verifica

seu HLR para saber em qual Estação o móvel foi

registrado mais recentemente.

2. Através do canal de controle da Estação em que o

móvel fez o último registro faz um paging, para saber

se o móvel ainda se encontra lá.

3. Caso haja resposta do paging, a Central envia um

comando através do canal de controle da estação para

que o móvel ocupe um determinado canal de voz.

4. O móvel sintoniza-se no canal indicado e a

conversação se inicia..

5. Caso não seja obtida a resposta ao paging, a

Central pode fazer paging nas estações adjacentes.

6. Caso o HLR indique que o móvel está em outra

Central, ela desvia a chamada e o processo se repete

na outra Central.

PROCESSAMENTO DE CHAMADA

HLR

VLR

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1. Quando o móvel se afasta da Estação seu sinal

diminue e é sentido pela Central.

2. A Central solicita das estações adjacentes que

meçam o sinal daquele móvel.

3. De posse das respostas recebidas das estações

a Central decide e envia via canal de voz uma

ordem para o móvel fazer a re-sintônia no novo

canal.

4. O móvel re-sintoniza e continua a conversação

sem interrupção.

HANDOFF

Telefonia Digital

Projeto Celular • Calcular o valor de implantação de uma rede celular numa área de

aproximadamente 70 km2. Para isso foi feito um estudo de demanda de

assinantes e a área em questão foi sub-dividida em quadrículas (hexágonos)

onde estão assinalados o número médio de assinantes por quadrícula.

• Levar em consideração o valor de equipamentos (ERB-Canais) e infra-estrutura

(altura da torre/raio de cobertura)

• O valor do equipamento mantém uma relação direta de custo com o número

de canais

• O valor da infra-estrutura (torre, prédio, ar condicionado, energia, ...) mantém

uma relação direta de custo com a altura da torre/área de cobertura

• Determine o custo da implantação em três casos:

1. Raio de cobertura da celular ~ 500 m (1 quadrícula)

2. Raio de cobertura da celular ~ 1.000 m (4 quadrículas)

3. Raio de cobertura da celular ~ 1.500 m (7 quadrículas)

• COMENTE OS RESULTADOS OBTIDOS

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Projeto Celular

100

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

100

300

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

300

300

400

500

400

500

400

400

400

400

400

500

400

400

400

400

300

300

400

500

400

500

400

400

400

400

400

400

400

400

400

400

300

300

400

400

400

400

400

400

400

300

300

300

300

300

300

300

100

100

300

300

300

300

300

300

300

Quadrícula => raio ~ 500 m

ERB

Canais Custo

12 Canais KR$ 220

30 Canais KR$ 400

48 Canais KR$ 580

Torre

Altura Raio Custo

30 m 500 m KR$ 100

50 m 1.000 m KR$ 150

70 m 1.500 m KR$ 200

Assinante => 15 mErl

GOS = 2%

Telefonia Digital 42

TECNOLOGIAS

• Analógica (FDM) => AMPS

o Banda de freqüência por canal 30 KHz

o Uma conversação por Rádio [30Khz/convers]

• Digital

o TDMA

Banda de freqüência por canal 30 KHz (3 time-slots)

Três conversações por Rádio [10Khz/convers]

o GSM

Banda de freqüência por canal 200 KHz (8 time-slots)

Oito conversações por Rádio [25Khz/convers]

o CDMA

Banda de freqüência por canal 1,25 MHz por canal

Capacidade de 10 a 20 vezes do AMPS [3Khz/convers]

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cações II 43

FDMA

Frequency Division Multiple Access

1

2

3

B

T t

f

f1

f2 f3


cações II 44

A B C

B

T t

f

TDMA

Time Division Multiple Access

B

C

A

Burst A Burst B Burst C

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23


cações II 45

CDMA

Code Division Multiple Access

B

T t

f

x o

x

o

x

o

o

x


cações II 46

C1

PADRONIZAÇÃO

C2

VLR

HLR

VLR

AMPS

TDMA => IS 136 / GSM

CDMA => IS 95

IS 41

MAP

IS 634

SS7

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