C/I en redes hexagonales regulares
Sector cocanal h
P (iP, jP)
dh
(i, j)
d
Caso sectorizado
ah
iP =0, jP = 2/3
dp
Condiciones:
Células con forma arbitraria en función del terreno.
Ubicaciones limitadas por la disponibilidad de emplazamientos.
Número de frecuencias diferente en cada célula o sector.
Células o sectores de diferentes tamaños.
No hay un patrón de reutilización regular.
Los parámetros radio (potencias, número de sectores, orientación de antenas, …) pueden ser diferentes en cada base.
Se utilizan herramientas software con mapas digitales y modelos de propagación más detallados.
Se realiza el cálculo de C/I en toda la zona cubierta: mapa de C/I.
Se comprueba si en un porcentaje p del área cubierta se supera Rp, o bien Rp + M’.
Cálculo realista
El objetivo es saber cuántos canales (intervalos de tiempo o portadoras) se necesitan en una célula o sector.
Hipótesis:
Las llegadas siguen un proceso de Poisson (válido cuando hay muchos usuarios: aproximación de población infinita).
El tiempo de servicio sigue una distribución exponencial.
Un solo tipo de servicio, por conmutación de circuitos.
Tratamiento de la congestión:
Sistemas de bloqueo o pérdidas (PLMN):GoS = Pr [ llamada bloqueada ] = PB
Sistemas de espera (PMR, PAMR):GoS = Pr [ espera > tiempo de referencia ].
Modelo de tráfico
Debido a la movilidad (traspaso), la llamada se divide en “segmentos”, dando lugar a varias “llegadas” (nuevas o traspasos).
El tráfico generado por cada usuario se reparte entre varias células.
Modelo de tráfico
Usuario 1
Célula B
Usuario 2
Usuario 3
Célula A
llegada (nueva)
llegada (traspaso)
llamada
segmento
Tráfico ofrecido en la célula (sector), A: número medio de canales ocupados suponiendo que todas las llegadas son aceptadas.
Tráfico ofrecido por usuario, a: porcentaje de ocupación que genera un usuario, suponiendo que todas sus llegadas son aceptadas.
El tráfico ofrecido por célula (sector), A, puede calcularse como el tráfico ofrecido por usuario, a, por el número medio de usuarios en la célula (sector), M.
Tráfico ofrecido
Tsegmento: duración media de un segmento
Tentre llegadas: tiempo medio entre llegadas a la célula (nuevas o traspasos)
l: tasa de llegadas a la célula. l = 1/Tentre llegadas a la cél./sec.
m: tasa de servicio en la célula. m = 1/ Tsegmento
Tentre llamadas individuales: tiempo medio entre llamadas por usuario
Tllamada: duración media de la llamada, suponiendo que no hay caídas
Tráfico cursado en la célula (sector), Ac: número medio de canales ocupados en la célula (sector).
Puede medirse:
Tráfico cursado
Sistemas de bloqueo: Ac = A(1-PB) < A
Sistemas de espera: Ac = A
1 0 1 0 1 0 1 2 1 2 ···
Media: Ac
n:
Resultados: sistemas de bloqueo
B(Nc,A): función Erlang-B
PB coincide con Pr[Nc canales ocupados] debido a la hipótesis (aproximación) de población infinita.
La probabilidad de bloqueo para traspasos, Ph, es, en principio, igual a PB (el sistema trata por igual todas las llegadas).
Puede modificarse el sistema para Ph a costa de aumentar PB; por ejemplo, reservando canales para traspasos.
Nc: número de canales de tráfico en la célula/sector
Erlang-B
(Gp:) 0
(Gp:) 2
(Gp:) 4
(Gp:) 6
(Gp:) 8
(Gp:) 10
(Gp:) 12
(Gp:) 14
(Gp:) 16
(Gp:) 18
(Gp:) 20
(Gp:) 0
(Gp:) 2
(Gp:) 4
(Gp:) 6
(Gp:) 8
(Gp:) 10
(Gp:) 12
(Gp:) 14
(Gp:) Nc
(Gp:) A
(Gp:) 1%
(Gp:) 2%
Resultados: sistemas de espera
C(Nc,A): función Erlang-C
Nc: número de canales de tráfico en la célula/sector
Capacidad en sistemas celulares
El dimensionamiento se hace por célula, o por sector si es una red sectorizada.
d: densidad de usuarios (usuarios/km2)
S: superficie de la célula o sector
r: densidad de tráfico (E/km2): r = d·a
Dados Nc y PB, puede determinarse A = B-1(PB,Nc)
Para poder atender una mayor densidad de tráfico (r) puede recurrirse a reducir el tamaño de las células o sectores.
Eficiencia espectral (E/km2/MHz):
Btotal: ancho de banda total del sistema
Capacidad: ejemplo
GSM 900 MHz: radiocanales de 200 kHz, 8 canales/radiocanal (TDMA)
Btotal = 12,5 MHz (para cada sentido)
2 canales para señalización en cada célula.
PB = 1%.
r = 20 E/km2.
Estructura celular:
1) omnidireccional con N = 7
2) sectorizada con N = 4, m = 3.
Se supone que ambas cumplen los requisitos de C/I.
¿S, h?
¿Densidad de emplazamientos?
Capacidad: ejemplo
1) Hay 12,5/0,2 = 62 radiocanales en total.
Pueden asignarse 62/7=8,9 ? 8 radiocanales por célula (redondeo pesimista).
Nc = 8*8-2 = 62 canales de tráfico por célula.
A = 48,8 E por célula.
Scélula = A/r = 2,4 km2.
h = 56,1 / (12,5·2,8) = 1,6 E/km2/MHz = r / Btotal.
Densidad de emplazamientos = 1/Scélula = 0,42 km-2.
2) Pueden asignarse 62/(4*3) ? 5 radiocanales por sector.
Nc = 5*8-2 = 38 canales de tráfico por sector.
A = 27,3 E por sector.
Ssector = A/r = 1,365 km2.
h = r / Btotal=1,6 E/km2/MHz (igual que en el caso anterior).
Densidad de emplazamientos = 1/(m·Ssector) = 0,24 km-2.
La estructura sectorizada con N=4, m=3 es más interesante que la omnidireccional con N = 7, pues requiere menos emplazamientos para la misma capacidad (r).
Arquitectura general
Controlador de bases
Base
Móvil
Resto de la red
Red de acceso radio
Núcleo de red
Red fija
Interfazradio
Funciones relacionadas con la movilidad
Registro/desregistro del móvil en la red (attach/detach).
Actualización de posición:
Área de localización (location area, LA): conjunto de células.
La red conoce en todo momento la LA del móvil.
Aviso al móvil (paging): se hace en la LA en que se encuentra.
Reselección de célula:
El móvil sin llamada en curso elige la célula “mejor” en cada momento.
La elección se basa en medidas hechas sobre un canal piloto transmitido por cada base, y en información de la red.
Traspaso (handover, o handoff)
Cambio de célula con llamada en curso.
Suele ser controlado por la red, usando información enviada por el móvil.
Autentificación, cifrado:
Son necesarios por seguridad, sobre todo en la interfaz radio.
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