5-ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Cellular Networks

8/18/2019 5-ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Cellular Networks

1/23

Κυψελοειδή δίκτυα

4η ΟΣΣ


2/23

Κινητό Κέντρο Μεταγωγής-Mobile Switching Center(MSC)

BSC

MSC

GMSC

Ελεγκτής ΣταθμώνΒάσης- BaseStationController (BSC)

GatewayMobileSwitchingCenter(GMSC)

Σταθμός βάσης-Base Station (BS)

BSC

BSC

BSC

BSC

MSCMSC

Προς δημόσιο τηλ. δίκτυο

Κυψέλη

Οργάνωση κυψελωτών δικτύων


3/23

• Κάθε κυψέλη-> διαφορετικά συχνοτικά κανάλια από γειτονικές

• Μέσα σε κάθε κυψέλη, οι συσκευές μοιράζονται το διαθέσιμοεύρος ζώνης με FDM-TDMA• Ανωφερές κανάλι: από τερματικό σε κυψέλη

• Κατωφερές κανάλι: από κυψέλη σε τερματικό

• Οι κυψέλες για απλότητα συχνά συμβολίζονται ως εξαγωνικές

• MSC: συντονίζει τις ενέργειες μέσα σε ένα αριθμό κυψελών • ανάθεση καναλιών στις κυψέλες,

• δρομολόγηση κλήσεων

• χειρισμό πληροφορίας για τη γεωγραφική θέση των χρηστών,

• ασφάλεια,

• χρέωση,

• μεταμπομπές (handoff)

• GMSC: πύλη διασύνδεσης του κυψελωτού δικτύου με τα δίκτυα

σταθερής τηλεφωνίας

Οργάνωση κυψελωτών δικτύων FDM/TDMA


4/23

• Η ιδέα του κυψελωτού δικτύου κατηγορίας FDM/TDMAβασίζεται στην επαναχρησιμο-ποίηση συχνοτήτων σε κυψέλεςπου απέχουν περισσότερο ενός ορίου, τέτοιο ώστε οιπαρεμβολές μεταξύ τους να είναι μικρές

• Το όριο αυτό ονομάζεται απόσταση επαναχρησιμοποίησης

(reuse distance)

Επαναχρησιμοποίηση συχνότητων


5/23

• Η ομάδα Ν κυψελών που μοιράζονται τα S κανάλια του

συστήματος ονομάζεται ομάδα ομόσυχνων κυψελών μεγέθους Ν • Το N είναι πάντοτε τέτοιο ώστε N =i2+ij+ j2, i, j ακέραιοι >=0.

• Μεγάλο N ->μικρές παρεμβολές, μικρότερος αριθμός καναλιών, καθώς γιατο ίδιο μέγεθος κυψέλης υπάρχουν λιγότερα συνολικά κανάλια στηνπεριοχή εξυπηρέτησης του συστήματος

• Μικρό Ν ->μεγάλες παρεμβολές, μεγαλύτερος αριθμός καναλιών. Ηεξήγηση παρόμοια με το άνω

• Κάλυψη περιοχής μεγαλύτερης από αυτή της μιας ομάδας,επιτυγχάνεται με αντιγραφή της ομάδας

• όπου D η απόσταση μεταξύ γειτονικότερων ομόσυχνων(εξαγωνικών) κυψελών, R η ακτίνα της κυψέλης


N R D 3


6/23

Ομάδα μεγέθους N=7

Για να βρούμε τις κυψέλες στις οποίες επαναχρησιμοποιείται ένα συχνοτικό κανάλι τηςτρέχουσας: •Μετακινούμαστε i κυψέλες προς μια κατεύθυνση. •Αλλαγή κατεύθυνσης πάντοτε κατά 60 (ή 240 μοίρες). •Μετακινούμαστε j κυψέλες προς τη νέα κατεύθυνση.

•Στο παραπάνω παράδειγμα: N=7=4+1*2+1=>i=2, j=1.

i=2 j=1


7/23

• Για να λειτουργήσει αποδοτικά το σύστημα θα πρέπει σε κάθε

κυψέλη, ο λόγος SIR, να είναι κάτω ενός ορίου • Ο λόγος SIR σε μια δεδομένη κυψέλη (για ίδια ισχύ εκπομπής ανά

κυψέλη) είναι:

• όπου N ι το πλήθος κυψελών ίδιας συχνότητας, R η ακτίνα της κυψέλης, n

ο εκθέτης διάδοσης, Di η απόσταση της i κυψέλης που παρεμβάλλει

• Θεωρούμε σταθμό-βάση και τερματικά στο κέντρο της κυψέλης

• (not the worst case scenario)

• Θεωρώντας μόνο τις γειτονικές κυψέλες, η παραπάνω σχέση γίνεται:

11

11

1

N

i

n

i

N

i

n

i

n

R

D

D

RSIR


6

3

6

1nn

N

R

DSIR


8/23


Χείριστη περίπτωση κατωφερούς παρεμβολής:

MS βρίσκεται στο όριο της κυψέλης

Χείριστη περίπτωση ανωφερούς παρεμβολής: τα

ομόσυχνα MS βρίσκονται στα κοντινότερα προς τη εν

λόγω BS άκρα των κυψελών τους


9/23

•Διάσπαση κυψελών

•Προκειμένου να αυξήσουμε τη χωρητικότητα σε μια περιοχή με μεγάλη ζήτηση,μπορούμε να αντικαταστήσουμε τις κυψέλες της με περισσότερες, μικρότερηςεμβέλειας •Θα πρέπει οι νέες κυψέλες να μη παραβιάζουν την απόσταση επαναχρησιμοποίησης •Προβλήματα: Περισσότεροι σταθμοί βάσης, αυξημένος ρυθμός μεταπομπών,αυξημένη σηματοδοσία λόγω μεταπομπών

•Πρέπει στην άκρη της κυψέλης να φτάνει η ίδια ισχύς με πριν • Αν επομένως η ακτίνα της κάθε μικρής κυψέλης είναι R/ j, j>1, όπου R η ακτίνα τηςμεγάλης, και n το path loss exponent, τότε θα πρέπει P border_old =P border_new=>P transm_old R

-n

=P transm_new(R/ j)-n =>P transm_new= j

-n P transm_old•Π.χ για j=2 και n=4, P transm_new=Ptransm_old /16

•Τμηματοποίηση • Αντικατάσταση omnidirectional κεραίας σταθμού-βάσης με >1 κατευθυντικές • Χωρίζει τη κυψέλη σε αντίστοιχα τμήματα •Το σύνολο των καναλιών της κυψέλης μοιράζεται στα τμήματα αυτά •Προβλήματα: μικρότερος αριθμός καναλιών σε κάθε τομέα ->μείωση

αποδοτικότητας συγκανάλωσης



10/23


Διάσπαση κυψελών Τμηματοποίηση


11/23


Χείριστη περίπτωση κατωφερούς παρεμβολής:

MS βρίσκεται στο όριο της κυψέλης

Χείριστη περίπτωση ανωφερούς παρεμβολής: τα

ομόσυχνα MS που μπορύν να παρεμβάλλουν στη BS

βρίσκονται στα κοντινότερα προς τη εν λόγω BS άκρα

των τομέων τους


12/23

• Χρήσιμη παράμετρος ποιότητας υπηρεσίας :

•Η πιθανότητα μπλοκαρίσματος μιας αίτησης εγκατάστασηςκλήσης •Η θεωρία συγκανάλωσης (trunking theory) μας δίνει

χρήσιμες εκτιμήσεις για το Βαθμό Εξυπηρέτησης (GOS)•GOS: εκφράζει τη πιθανότητα να απορριφθεί μια αίτηση για κλήση

• Ένταση κίνησης•ο μέσος αριθμός καναλιών που είναι κατειλημμένα κατά τηδιάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου

• Aδιάστατη ποσότητα•Συμβολική μονάδα μέτρησης: Erlang •Κανάλι κατειλημμένο πλήρως έχει μεταφερόμενη κίνηση 1Erlang (αυτός είναι ο ορισμός του Erlang)•Π.χ . Κανάλι κατειλημμένο πλήρως 30 min ανά 1 ώρα έχει

μεταφερόμενη κίνηση 1/2 Erlang

Θεωρία συγκανάλωσης


13/23


14/23


15/23

BTS Base transceiver stationBSC Base station controllerBSS Base station subsystem (BTS+BSQ)MSC Mobile switching center

GMSC Gateway MSC

MS Mobile stationHLR Home location registerVLR Visited location registerEIR Equipment identity register

AUC Authentication center

BTS

BTS

BTS

MS

BSC

BSC

MS

MS

MSC

EIRAUC

HLRVLR

GMSC

PSTNISDNPDN

GSM


16/23

Κινητός σταθμός (MS). Αποτελείται από το τερματικό (ΤΕ) και μια «έξυπνη»κάρτα γνωστή ως Subscriber Identity Module (SIM)

Η SIM παρέχει ανεξαρτησία από συγκεκριμένο ΤΕ

Το ΤΕ αναγνωρίζεται μοναδικά από το International Mobile EquipmentIdentity (IMEI) του

Η SIM περιέχει το International Mobile Subscriber Identity (IMSI) που

αναγνωρίζει το συνδρομητή στο δίκτυο, κρυφό κλειδί για πιστοποίηση κτλ

IMEI Type Approval Code (TAC). Δίδεται στο ΤΕ μετά από έλεγχο ποιότητας Final Α ssembly Code (FAC). Αναγνωρίζει περιοχή κατασκευής/

συναρμολόγησης

ΤΕ serial number 1 ψηφίο κρατημένο μελλοντική χρήση

IMSI Mobile Country Code (MCC). Αναγνωρίζει τη χώρα λειτουργίας. Mobile Netwok Code (MNC). Αναγνωρίζει τον provider (δίκτυο) Mobile Subscriber Identification Code (MSIC). Αναγνωρίζει τον πελάτη

GSM


17/23

Κεντρικό κομμάτι του υποσυστήματος δικτύου είναι το Mobile

Switching Center (MSC)

Το MSC κάνει μεταγωγή κλήσεων, εγγραφή, πιστοποίηση -ενημέρωση θέσεως (location updating), handovers

Επίσης διασυνδέει το δίκτυο GSM με σταθερά δίκτυα, πx PSTN-ISDN

Home Location Register (HLR). Περιέχει πληροφορίες για τουςσυνδρομητές εγγεγραμένους στην περιοχή ελέγχου της MSC

Visitor Location Register (VLR). Περιέχει πληροφορίες γιατους “roamers” στην περιοχή ελέγχου της MSC

GSM


18/23

270.8 Kbps σε κάθε 200 KHz GSM channel

Το συνολικό εύρος ζώνης στο GSM χωρίζεται σε 124 κανάλια των 200 KHz

Κάθε κανάλι χωρίζεται σε 8 σχισμές (slots)

8 slots αποτελούν 1 TDMA πλαίσιο (frame)

Χρήση συνδυασμού TDMA/FDMA για εξυπηρέτηση εως 8 χρηστών σε κάθε συχνοτικό κανάλι

Ανάθεση μόνο 1 slot/ χρήστη=>ωφέλιμο data rate/χρήστη ~13Kbps

GSM


19/23


20/23

• Υπάρχουν δύο είδη λογικών καναλιών μεταξύ κινητώνμονάδων και σταθμών βάσης:

• Τα κανάλια κίνησης δεδομένων (traffic channels) • μεταφέρουν φωνή ή δεδομένα

• Τα κανάλια ελέγχου (control channels) • έλεγχος κλήσεων, του δικτύου, σηματοδοσία κτλ

• Κατά την αίτηση για κλήση, εγκαθίστανται δύο κανάλια

δεδομένων: ένα με κατεύθυνση από τον σταθμό βάσηςπρος το κινητό (που downlink ή forward link) και έναμε κατεύθυνση από το κινητό προς τον σταθμό βάσης(up link ή reverse link)

GSM-Λογικά κανάλια


21/23

Χρησιμοποιείται έλεγχος ισχύος για μεταβολή ισχύοςεκπομπής του τερματικού

Ασυνεχής εκπομπή (DTX): Aυτόματη, προσωρινή διακοπή τηςεκπομπής του GSM τερματικού

Πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια παύσεων που ανιχνεύονταιστην ομιλία

Απαιτείται Voice Activity Detector

Μέτρηση θορύβου του περιβάλλοντος και διάκριση μεταξύ φωνήςκαι θορύβου υποβάθρου

GSM-Εξοικονόμηση ενέργειας


22/23

• Είναι η αλλαγή του καναλιού που χρησιμοποιεί ένα κινητός

σταθμός

• Πιθανές αιτίες: μετατόπιση σε γειτονική κυψέλη (Πτώση ισχύος σήματος από τρέχων σταθμό βάσης), προσπαθεια ανακατανομής καναλιών του δικτύου, κτλ

• Συνήθεις μέθοδοι απόφασης • με βάση την ισχύ του λαμβανόμενου σήματος (RSS type): Ανάλογα με μετρήσεις

λαμβανόμενης ισχύος, αποφασίζεται ή όχι η μεταπομπή σε κανάλι άλλου σταθμού βάσης

• με βάση την ισχύ του λαμβανόμενου σήματος συν περιθώριο (RSS plus margintype): Αν η ισχύς στο κινητό από τον τρέχον σταθμό βάσης είναι κατά h μικρότερη από την ισχύ άλλου σταθμού βάσης τότε πραγματοποιείται το handoff

• με βάση την ισχύ του λαμβανόμενου σήματος συν όριο(RSS plus threshold type):όπως παραπάνω, αλλα επιπλέον θα πρέπει η λαμβανόμενη ισχύ από τον τρέχον

σταθμό βάσης να είμαι μικρότερη από ένα όριο

Μεταπομπή (handoff)


23/23

• Με βάση την οντότητα που λαμβάνει την απόφαση: • Μεταπομπές ελεγχόμενες από το κινητό τερματικό (Mobile-

Controlled Handoff, MCHO)

• Μεταπομπές ελεγχόμενες από το δίκτυο (Network-ControlledHandoff, ΝCHO)

• Μεταπομπές υποβοηθούμενες από το κινητό τερματικό(Mobile-Assisted Handoff, MAHO)

• Με βάση τη συνδεσιμότητα: • Σκληρή μεταπομπή (hard handoff)

• Μαλακή μεταπομπή (soft handoff)

• Μαλακότερη μεταπομπή (softer handoff)

Είδη μεταπομπής

Documents

5-ΣΔΥ50 - ΟΣΣ4 - Cellular Networks