90
Tema: Noţiuni generale şi particularităţile sistemei de comunicaţii mobile. Necesitatea de comunicare oriunde cu oricine şi în orice timp a oamenlior ca rezultat a dezvoltat sistemele de comunicaţii mobile. Dezvoltarea comunicaţiilor mobile în ultimii ani se datorează utilizării rezultatelor microelectronicii, microprocesoarelor, elaborării şi implimentării procedurilor şi algoritmelor eficiente de compresie şi prelucrare a informaţiei precum şi utilizarea unor protocoale flexibile de telecomunicaţii. PSTN(Public Switched Telephone Network) legătura finală cu abonatul individual se realizează tradiţional printr-o pereche de fire torsate care au terminaţia la aparatul de telefon fix instalat acasă, în birou,etc. Aparatul de telefon este fix, de aceea comunicaţia prin acest telefon se numeşte comunicaţie fixă. Realizarea scopului „comunicaţie cu oricine, oriunde şi în orice timp” presupune posibilitatea abonatului de a efectua concomitent comunicaţii, asemanea fapt nu poate nu poate fi realizat în sistemul de comunicaţie fixă, ci doar în sistemul de telefonie mobilă în care abonatul are posibilitatea deplasării globale cu facilitatea comunicaţiei continue. Acest fapt prezintă particularitatea specifică a sistemelor de comunicaţie mobilă. Altă particularitate o prezintă faptul că legătura cu abonatul mobil se realizează prin intermediul intrafeţei radio(unde radio). Necesitatea utilizării unui spectru de frecvenţă şi didrijarea resurselor radio(putere, bandă, numărul de canale, etc.) este cerinţa primordială a sistemelor de comunicaţie mobilă faţă de sistemul PSTN. Comunicaţiile prin unde radio pot fi efectuate prin următoare tipuri de echipamente: 1) Fix- dacă antena echipamentului nu-şi schimbă poziţia. 1

Comunicatii Mobile

Embed Size (px)

Citation preview

Tema: Noţiuni generale şi particularităţile sistemei de comunicaţii mobile.

Necesitatea de comunicare oriunde cu oricine şi în orice timp a oamenlior ca rezultat a dezvoltat sistemele de comunicaţii mobile. Dezvoltarea comunicaţiilor mobile în ultimii ani se datorează utilizării rezultatelor microelectronicii, microprocesoarelor, elaborării şi implimentării procedurilor şi algoritmelor eficiente de compresie şi prelucrare a informaţiei precum şi utilizarea unor protocoale flexibile de telecomunicaţii. PSTN(Public Switched Telephone Network) legătura finală cu abonatul individual se realizează tradiţional printr-o pereche de fire torsate care au terminaţia la aparatul de telefon fix instalat acasă, în birou,etc. Aparatul de telefon este fix, de aceea comunicaţia prin acest telefon se numeşte comunicaţie fixă. Realizarea scopului „comunicaţie cu oricine, oriunde şi în orice timp” presupune posibilitatea abonatului de a efectua concomitent comunicaţii, asemanea fapt nu poate nu poate fi realizat în sistemul de comunicaţie fixă, ci doar în sistemul de telefonie mobilă în care abonatul are posibilitatea deplasării globale cu facilitatea comunicaţiei continue. Acest fapt prezintă particularitatea specifică a sistemelor de comunicaţie mobilă. Altă particularitate o prezintă faptul că legătura cu abonatul mobil se realizează prin intermediul intrafeţei radio(unde radio). Necesitatea utilizării unui spectru de frecvenţă şi didrijarea resurselor radio(putere, bandă, numărul de canale, etc.) este cerinţa primordială a sistemelor de comunicaţie mobilă faţă de sistemul PSTN. Comunicaţiile prin unde radio pot fi efectuate prin următoare tipuri de echipamente:

1) Fix- dacă antena echipamentului nu-şi schimbă poziţia.2) Portabil- dacă antena echipamentului este fixă în timpul comunicaţiilor, dar

poate fi deplasată între două servicii de telecomunicaţii.3) Mobil- dacă antena echipamentului poate fi în mişcare şi în timpul

comunicaţiilor.

În dependenţa de amplasarea abonaţilor şi a componentelor sistemei de comunicaţii mobile ultimele pot fi:

1) Terestre – cînd toţi abonaţii sistemei de comunicaţii mobile sunt instalate pe sol

2) Maritime – cînd cel puţin o parte a echipamentelor sistemei de comunicaţii mobile este a,plasată pe apă

3) Satelite – dacă cel puţin unul din abonaţi este plasat pe obiecte zburătoare4) Cosmice/spaţiale

O reţea mobilă diferă substanţial de cea fixă prin:a) Mobilitatea abonaţilorb) Utilizarea interfeţei radio pentru accesul multiplu al abonaţilor la reţea

1

De aceea în reţelele mobile apare necesitatea utilizării a 2 funcţii specifice de gestiune:

1) Mobilitatea abonaţilor2) Resursele radio ale reţelei

Funcţiile de tipul 1) se referă la localizarea abonaţilor şi efectuează direcţionarea apelului către un abonat mobil doar în celula în care la momentul dat se află abonatul mobil. Funcţiile de tipul 2) controlează stabilirea şi eliberarea conexiunii dintre oarecare abonat apelant şi abonatul mobil, realizează gestiunea traficului şi transfer de convorbire dintr-o celulă în alta. Ca urmare a posibilităţii deplasării abonaţilor a sistemei de comunicaţii mobile se definesc următoarele funcţii:

1. Rouming (mobilitatea)2. Localizarea3. Transferul legăturii (hand over / hand off)

1. Rouming – orice telefon mobil care este oprit (adică este deconectată alimentarea) este considerat de către reţea ca detaşat şi el nu se „vede” în reţea şi nimic nu se ştie despre poziţia lui sau dacă el este sau nu este în reţea. Cînd telefonul este pornit (adică este conectată alimentarea) el este considerat de reţea ca ataşat şi în dependenţă de metoda de localizare poate fi ştiută şi poziţia lui în reţea. Poziţia telefonică în reţea nu înseamnă cunoaşterea coordonatelor geografice, ci doar grupul de celule în care el se află.

În condiţiile de ataşare a telefonului există 2 regimuri de lucru:1) Inactiv / pasiv / de aşteptare(stand by) – în această stare telefonul în regimul

automat efectuează măsurări de nivelul semnalului emiţătoarelor staţiilor de bază pentru a putea determina semnalul cu o calitate mai bună (adică semnalul la care raportul semnal/zgomot este mai mare) şi a alege ca staţia de bază la care să se conecteze emiţătorul să aibă cel mai mare semnal.

2) Activ / ocupat – regimul în care se vorbeşte la telefon; aici telefonul şi staţia de bază măsoară în continuu nivelul semnalului pe canalul de trafic şi nivelul semnalului de la staţiile de bază vecine pentru a aprecia faptul de a continua legătura în curs de canalul care s-a început sau de a efectua schimbu legăturii pe alt canal: în cazul cînd nivelul semnalului pe canalul de trafic scade sub un nivel dat.

Posibilitatea de mişcare a abonatului şi schimbarea conectării pe interfaţa radio în starea inactivă a telefinului mobil se numeşte – rouming sau moblilitate.

Noţiunea de mobilitate se referă în caz general la:a. Mobilitatea terminalelor – permite accesarea de către abonaţi a reţelei mobile

cu ajutorul terminalelor mobile în orice loc şi în orice moment de timp. Se presupune că abonatul mobil poate deplasa cu el terminalul mobil de telefon.

2

Reţeaua mobilă trebuie să dispună de mijloacele de localizare, de identificare şi accesare a ei din partea terminalelor mobile.

b. Mobilitatea abonaţilor(persoanelor) – reprezintă posibilitatea unui utilizator de a accesa reţeaua de la orice terminal mobil în baza unui cod sau parole (sau ambele)

c. Mobilitatea serviciilor – reprezintă posibilitatea unui utilizator de a ccesa serviciile reţelei mobile indiferent de locul unde se află şi care sunt reţelele intermediare utilizate.

Gradul de mobilitate poate fi următoarele tipuri:a) Mobilitatea intrareţea – cînd abonatul mobil se deplasează doar pe

teritoriul unei singure reţeleb) Mobilitatea intereţea – cînd abonatul poate să se deplaseze pe teritoriul

mai multor reţele mobile din orice locc) Mobilitatea naţională – cînd 2 sau mai multe operatori ale serviciilor

mobile acoperă după înţelegere teritorii diferite ale unei ţări şi abonatul din orice punct al ţării poate accesa abonaţii de pe tot teritoriul ţării.

În punctele b) şi c) pentru a efectua convorbiri este necesar ca: Să existe o înţeşegere între operatori de deservire reciprocă a

abonaţilor Să existe o interfaţă radio comună

d) Mobilitatea în spaţiu GSM – permite utilizatorului să se deplaseze pe teritoriul unei sau mai multe ţări unde se utilizează sistemul GSM.

2. Localizarea în reţeaua PSDN – abonatul tot timpul este conectat doar la un singur comutător. Apelul adresat unui abonat concret tot timpul va fi direcţionat către acest comutător. În reţele mobile abonatul poate fi „conectat” la diferite comutătoare în dependenţă de locul aflării lui la momentul sosirii apelului şi pentru a putea direcţiona acest apel către abonatul dat este necesar de ştiut poziţia acestui abonat, adică pe teritoriul cărei celule sau grupului de celule el se află, aceast funcţie se numeşte – localizare. Teoretic există 3 tipuri de localizare:

1) Localizarea la nivel de celulă – cînd reţeaua „ştie” în permanenţă în ce celulă se află abonatul şi la sosirea unui apel direcţionează acest apel în celula dată.

2) Localizarea la nivel de reţea – cînd se „ştie” doar că abonatul se află în reţea, dar nu se „ştie” pe teritoriul cărei celule şi la apariţia unui apel el este trimis în toată reţeaua.

3) Localizarea la nivelul unui grup de celule – cînd se „ştie” că abonatul se află într-una din celulele unui grup şi la apariţia apelului el este trimis în grupul dat de celule.

Primul tip – localizarea la nivel de celulă – are următorul dezavantaj: că în reţeaua în permanenţă se ocupă canalele de semnalizare, deoarece mobilul trebuie să informeze reţeaua în permanent despre poziţia sa; dar are avantajul că apelul către abonatul este trimis direct în celula dată şi nu ocupă alte canale de apel

3

Al doilea tip – localizarea la nivel de reţea – are următorul dezavantaj: că la apariţia unui apel el se transmite în toată reţeaua şi aceasta poate duce la multe situaţii de imposibilitate de a forma mai multe apeluri concomitent; dar are avantajul că nu se ocupă canalele de semnalizare în permanenţă şi nu se consumă energie de la sursa telefonului mobil în starea lui de aşteptare. Al treilea tip – localizarea la nivelul unui grup de celule – reprezintă un compromis între primele două tipuri.

3. Transferul de legătură ( hand off / hand over ) – este o procedură de gestiune a resurselor radio necesare acestei proceduri, reesă din posibilitatea de mişcare a abonatului în timpul desfăşurării unei convorbiri. Această funcţie permite de a menţine legătura pe toată perioada convorbirii, chiar dacă abonatul traversează teritoriul mai multor celule. Datorită mobilităţii calitatea transmisiei scade pe măsura ce abonatul se îndepărtează de emiţătorul staţiei de bază şi se apropie de emiţătorul altei staţiei. Procedura de transfer automat a unei convorbiri dintr-o celulă în alta şi de pe un canal pe altul se numeşte – transferul de legătură ( hand off / hand over ). Pentru realizarea hand over-ului sunt necesare următoarele condiţii:

a) Monitorizarea permanentă a calităţii transmisiei convorbirii în curs.b) Monitorizarea permanentă a calităţii semnalelor recepţionate de la

emiţătoarele celulelor vecine.c) Definirea unei proceduri de decizie de schimbare a legăturiid) Definirea unei proceduri de cimutare rapidă a conexiunii de pe un canal dintr-

o celulă pe alt canal în altă celulă (sau aceeşi celulă).

Tema: Conceptele de bază ale sistemelor de comunicaţii mobile.

Bebzile de frecvenţă alocate sistemei de comunicaţii mobile se saturau rapid din cauza creşterii numărului de abonaţi de aceea pentru a putea satisface cerinţile crescînde de comunicaţii mobile era necesitatea de următoarele:

1) Sau să aloce benzile de frecvenţă noi2) Sau să găsească nişte principii de organizare ale sistemei de comunicaţii

mobile, ce ar permite creşterea nelimitată a capacităţii sistemei(adică creşterea numărului de abonaţi) fără a lărgi spectrul de frecvenţe(în limita benzii date)

Au fost propuse mai multe principii însă au fost utilizate doar cîteva concepte revoluţionale. 1. Coneptul multiplixării – ce permitea transmisiunea simultană pe acelaşi canal radio a mai multor abonaţi. Suplimentar la acest concept au fost utilizate mai multe metode de acces multiplu, ce permitea de asemenea accesul simultan a unui canal radio de către un număr mare de abonaţi (FDMA,TDMA,PRMA,CDMA)

4

2. Conceptul celular – ce a fosr elaborat în 1974 la Bell Laboratories şi care constă în divizarea ariei de acoperire în suprafeţe mai mici, numite – celule. Fiecare din ele avînd amplasate în centrul geometric un emiţător-receptor (numit - transiever) şi care deservea toţi abonaţii, ce se aflau pe teritoriu acestei celule. Acelaşi canal radio putea fi utilizat simultan în oricare din celulele sistemei cu condiţia că aceste celule să fie amplasate una faţă de alta la o distanţă oarecare pentru evitarea interferenţei reciproce.3. Conceptul de divizare a celulelor (cell split) – în cazul cînd într-o reţea, ce se află de un timp în expluatare, apare necesitatea măririi capacităţii într-o regiune dată astfel se utilizează procedura de divizare a celulelor în aşa fel ca suprafaţa acoperită de oarecare antenă de emisie recepţie sa se micşoreze.

De exemplu, dacă la o celulă cu o antenă omnidirecşională a crescut brusc numărul de abonaţi, capacitatea celulei creşte de trei ori

Divizarea celulei are ca urmarea creşterea capacităţii de atîtea ori în cîte părţi ea a fost divizată.4. Conceptul reutilizării frecvenţei principale – ce constă în utilizarea simultană al unuia şi aceluiaşi canal radio de către mai mulţi abonaţi în zone geografice suficient îndepărtate pentru excluderea apariţiei intefeţelor izocanal. Distanţa minimă între 2 staţii de bază (BS) ce utilizează acelaşi set de canale se numeşte – distanţa de reutilizare (D)

Acest concept este cunoscut în televiziune şi în radiodifuziune unde cu ajutorul unui emiţător puternic se stăruie să acopere o suprafaţă mai mare ţi cerinţa de bază este că la hotarile ariei de acoperire nivelul semnalului să fie mai jos decît un nivel dat. În sisteme de comunicaţii mobile se utilizează emiţătoare de putere mică sau foarte mică şi cerinţa principală constă în faptul că la hotarile ariei de acoperire nivelul semnalului nu trebuie să depăşească un nivel dat. În principiu distribuirea emiţătorului pe aria de acoperire nu trebuie să fie regulată, iar celulele nu trebuie să aibă o formă sau mărime anumită.

§ Dimensiunile şi formele celulelor.

În dependenţă de dimensiunile geometrice celulile se clasifică în:1) Picocelule – cu raza de acţiune de 10÷20m şi se utilizează la

întreprinderi(birouri) sau locuri unde se adună mulţi abonaţi(gară, aeroport)2) Microcelule – cu raza de acţiune de 100m.

5

n

n

n

12

3

3) Celule medii – cu raza de acţiune de 100-200m.4) Celulele macro – cu raza de acţiune în dependenţă de sistem de la 2 la 10km5) Celulele umbrelă – care acoperă o arie deja acoperită de mai multe celule.

Luînd în consideraţie faptul că antena BS este omnidirecţională, aria de acoperire are forma unui cerc cu BS amplasată în centrul geometric, dacă mediu de propagare este omogen în toate direcţiile. Pentru evitarea unor probleme ce pot apărea în cazul, aşa numitor suprafeţe cu „probleme” de tipul 1 sau 2

Ca rezultat pentru proiectarea şi descrierea s-a hotărît de a utiliza forme de celule ce au forme geometrice regulate, cum sunt:

1) Triunghi echilateral2) Dreptunghi3) Pentagon4) Hexagon

§ Elemente de bază ale sistemului de comunicaţii mobile celulare

6

Celula umbrelă

BS

BS

BS

Tipul 1 – se suprapun 2 celule

Tipul 2 – se suprapun 3 celule

MSC 1

PSTN

Elementele de bază sunt: ME – Mobile Equipment – echipament mobil şi poate fi portabil sau

transportabil BS – Base Station –staţia de bază MSC – Mobile Switching Centre – centru de comutaţie mobilă LC – linii de conexiune Radiointerfaţa

ME – reprezintă un transiver ce funcţionează pe un canal radio duplex. În sistemul GSM ME conţine cartela SIM(Subscriber Identity Number) – modulul de identitate a abonatului. Funcţia de bază ME este legătura finală cu abonatul mobil (poate fi analogică sau digitală) BS – reprezintă elementul ce efectuează legătura cu ME prin interfaţa radio, conţine, de obicei, 2 antene de recepţie şi 1 de emisie sau antena de emisie este una din antenele de recepţie. Pentru excluderea elementului fading, BS conţine cîteva receptoare şi tot atîtea emiţătoare egale cu numărul de canale utilizate în celulă. Funcţiile de bază a BS constau în efectuarea legăturii finale cu abonatul, dirjarea resurselor radio, împerună cu MSC efectuează procesele de hand over. MSC – comutarea canalelor în MSC reprezintă o centrală telefonică electronică automată. Funcţiile de bază a MSC sunt efectuarea urmărirei generale a situaşiei în sistemele de comunicaţie mobile, dirijarea resurselor radio şi procedurilor de hand over, efectuarea legăturii dintre BS şi PSTN, realizînd în acest fel o reţea globală, ce conţine toate bazele de date din reţea.

Reţea de telefonie mobilă PLMN – Public Land Mobile Network.

LC – există 1 tipuri de linii de conexiune:1) Efectuează legătura dintre MSC şi BS, poate fi realizat prin cablul, fibră

optică, undă radio.2) Efectuează legătura permanentă între MSC şi PSTN, se divizează prin cablu

sau fibră optică.

7

PSTN

MSC 1 MSC 2

LC LC

Funcţia de bază este transmiterea informaţiei pe diferite sectoare.

Radiointerfaţa – în dependenţă de sistemul se utilizează diferite interfeţe radio. Funcţia de bază constă în transmiterea informaţiei de la BS la ME şi invers.

Tema: Mecanisme de acces multiplu la interfaţa radio.

§ Noţiuni generale

Organizarea sistemei celulare a comunicaţiilor mobile a fost impusă de necesitatea creşterii numărului de abonaţi ce pot fi deserviţi simultan, utilizînd doar banda de frecvenţă alocată. Eficienţa utilizării spectrului de frecvenţă se caracterizează prin numărul de abonaţi simultan deserviţi sau prin numărul de canale ce pot fi formate în această bandă. Un rol deosebit în funcţionarea sistemei mobile îl au metodele de acces multiplu a unui canal de comunicaţie. Sistemele în care pentru schimbul de informaţie dintre abonaţi se utilizează un canal comun de comunicaţie la care are acces liber fiecare abonat se numeşte – sistem cu acces multiplu. Se presupune că informaţia fiecărui abonat, fiind introduse într-un loc de acces a canalului, poate fi separată în alt loc de acces a canalului; cerinţa de bază de către canal este de a transmite informaţia fără a o schimba şi fără a permite acţiunea altor semnale de perturbaţii. Forma generală a unui sistem cu acces multiplu este:

Unde SI – este sursa de informaţieTi – este emiţătorulRx – este receptorulDI – este destinatarul de informaţie

Modul de alocare a canalelor permite de a realiza 2 tipuri de sisteme cu acces multiplu:

8

SI 1

SI 2

SI N

S1(t)

S2(t)

SN(t)

Ti 1

U1(t)

U2(t)

UN(t)

U∑(t)

Rx Tx

SI N

Ti 2

Ti N

Rx 1

Rx 2

Rx N

U '∑(t)

U '1(t)

U '2(t)

U 'N(t)Canalul comun de

perturbaţii şi acţiuni externe

DI 1

DI 2

DI N

1) Necontrolate – cînd fiecărui abonat i se alocă permanent pentru utilizarea un canal de comunicaţie, la apariţia necesităţii transmiterii informaţiei abonatul transmite informaţia prin canalul alocat fără a acţiona asupra transmiterii altor informaţii. Neajunsul constă în faptul că spectrul de frecvenţe nu se utilizează eficient fiind că un abonat nu ocupă tot timpul canalul. Avantajul constă în faptul că abonatul în orice moment de timp poate transmite informaţia.

2) Controlate – cînd canalele nu sunt fixate, fiecărui abonat, ei sunt gestionate de o sistemă centrală de control, care duce evidenţa permanentă a stării fiecărui canal şi la apariţia unei cereri de apel(acces) din partea unui abonat sistema centrală de dirijare alocă unul din canalele libere, abonatul ocupă acest canal pe perioada comunicaţiei după care canalul se consideră liber şi poate fi din nou alocat altui abonat. Neajunsul constă în necesitatea utilizării unui sistem central de control cu fiabilitate foarte mare şi cu viteză de lucru crescută. Avantajul constă în creşterea eficienţii utilizării spectrului de 10-15ori faţă de acces necontrolat.

În sistemele de comunicaţii mobile se utilizează mai mult mecanisme de acces multiplu, cele mai răspîndite sunt:

1. FDMA – Frequency Division Multiple Acces2. TDMA – Time Division Multiple Acces3. CDMA – Code Division Multiple Acces4. PRMA – Pachet Reserve Multiple Acces

§ FDMA – accesul multiplu cu divizare în frecvenţă

FDMA se caracterizează prin faptul că un canal radio poate fi folosit la un moment dat de un singur utilizator, un alt utilizator va putea utiliza acelaşi canal radio la eliberarea lui de alt utilizator. Principiu FDMA poate fi lămurit prin următoare schemă:

Dacă unui sistem de comunicaţie mobilă i se alocă o bandă de frecvenţă F1÷F2, această bandă se împarte în sectoare care se numesc canale cu Δfc, formîndu-se n canale. Între 2 canale vecine există o bandă de gardă pentru ca semnalul canalelor vecine să nu influenţeze reciproc unul pe celalt.

9

Canalul 1

Canalul 2

Canalul 3

F

F 2

f1f2f3f4

F 1t

Δfc

Δf3

Neajunsurile:1) Necesitatea existenţei benzii de separare duce la micşorarea numărului total

de canale2) Numărul de comunicaţii simultane este redus deoarece o purtătoare poate

deservi un singur abonat Avantajul constă în faptul că se pot defini canalele de bandă îngustă în care fadingul este plat (adică neselectiv în frecvenţă) Canalele de comunicaţie trebuie să asigure transmiterea informaţiei în 2 direcţii.

În FDMA există 2 tehnici de organizarea canalului duplex:

1. FDD (Frequency Duplex Division) – este o bandă de frecvenţă alocată de la F1÷F2 ce se divizează în 2 benzi egale, separate între ele, cum este prezentat în următoare figură:

Fiecare bandă f1, f2 şi f3, f4 se sapară în canalele şi fiecare bandă se uilizează doar pentru semnalul sau informaţia transmisă într-o singură direcţie. În sisteme de comunicaţii mobile banda de jos se utilizează pentru transmiterea în direcţia ME→BS, iar cea de sus pentru transmiterea inversă BS→ME. Canalul duplex 2 este prezentat pe aceiaşi schemă(partea de jos).

ΔFd – este departajarea în frecvenţă a canalului simplex în canalul duplex.

2. TDD (Time Duplex Division) are următoare formă:

Funcţionare în timp a unui canal format prin FDMA pentru duplexarea TDD se organizează împărţind timpul de lucru în nişte intervale mici de timp cu durata T, în

10

BS→MEME→BS

F 1 F 2F

1 2 n 1 2 n

f1 f2 f3 f4

2 2

ΔFd

F

t

F

f1

f2

t t+T/2 t+T t+3/2T t+2T

ME→BS BS→ME

şa mod că în prima jumătate a perioadei T se efectuează transmiterea informaţiei într-o direcţie, de exemplu ME→BS, iar în următoare jumătate a perioadei T se efectuează transmiterea în direcţia inversă, adică BS→ME, după care ciclul se repetă periodic cu perioada T. Dacă banda canalului simplex este B, atunci la FDD banda canalului duplex va fi 2B, în cazul TDD banda B a canalului se împarte în secvenţe egale de timp, iar vitezele de transmitere vor fi de 2 ori mai mici ca în cazul FDD.

§ TDMA – accesul multiplu cu diviziune în timp

Sensul TDMA constă în miltiplexarea în timp a mai multor comunicaţii pe unul şi acelaşi canal(pe una şi aceeaşi purtătoare de frecvenţă). Principiul TDMA poate fi lămurit prin următoare figură:

Un cadru TDMA constă din S1...Sn sloturi, in slot de timp are următoare formă:

Canalul i format prin procedura FDMA se se împarte în nişte secvenţe mai mari de timp, numite cadre TDMA, care la rîndul său se împart în n sloturi(ferestre) de timp Sn (n este diferit pentru diferite sisteme de comunicaţii mobile). În fiecare slot de timp poate fi trensmisă sau recepţionată informaţia doar unui singur abonat, iar celelalte sloturi de timp sunt ocupate de către alţi abonaţi, rezultă că pe acelaşi canal pot lucra concomitent n abonaţi, faptul constă doar în aceea că acest canal i este alocat fiecăruia din n abonaţi doar pe intervalul de timp Si. Un slot de timp are constă din:S – biţi de startSYN – biţi de sincronizareDATA – secvenţe pentru transmiterea sau recepţia informaţiei utileP – secvenţa în timpul căreia se efectuează măsurarea parametrilor canaluluiF – secvenţa de finalizare a sloturilorG – secvenţa de separare între 2 sloturi vecine. Cel mai mare volum de timp este ocupat de secvenţele DATA, care practic la jumătatea acestor secvenţe se introduce o procedură de măsurare a calităţii semnalului.

11

S1 S2 S3 Si Sn....... .......

T

F

F2

F1

t

Garda de protecţie

S SYN DATA P DATA F G

Canalul duplex în TDMA se obţine prin FDD sau TDD(mai rar).

Avantajele TDMA sunt:1) Cerşterea eficienţii utilizării spectrului2) Simplificarea echipamentului BS(pentru utilizator se utilizează un receptor

sau emiţător)3) Micşorarea consumului de energie de către staţia mobilă4) Sloturile în care nu emite staţia mobilă se folosesc pentru măsurarea cîmpului

Dezavantajele TDMA sunt:1) Formarea sloturilor de timp presupune referinţa unui segment de timp şi

sincronizarea tuturor abonaţilor2) Datele trebuie transmise prin interfaţa radio de n ori mai repede pentru a avea

aceeaşi viteză ca şi în cazul utilizării unui canal de către un utilizator3) Într-un moment de timp un slot poate fi accesat de un singur utilizator, în caz

contrar apar coliziuni de accesare şi toţi abonaţi primesc refuz de accesare.

Principalele tehnici de acces ale sloturilor Si în sistemele de comunicaţii mobile sunt:

a) Acces aleator sincron – în acest caz fiecare utilizator emite la momentul apariţiei necesităţii de transmitere(aleator), dar numai la începutul ferestrei de timp(sincron)

b) Acces de detectarea stării canalului – accesul unui canal de către un utilizator se efectuează doar în cazul cînd utilizatorul „ascultă” eterul şi detectează un canal liber, dacă nu apar coliziuni se efectuează transmisia şi acest slot se menţine ocupat atîtea cadre TDMA, cît timp poate dura transmiterea; după terminarea comunicaţiei sistemul detectează lipsa informaţiei în slotul corespunzător şi el poate fi ocupat de alt utilizator.

§ PRMA – accesul multiplu cu rezervarea pachetelor

PRMA este utilizat în special în sistemele de comunicaţii mobile pentru transmiterea datelor care sunt orgamizate în pachete (o consecutivitate de date care conţine informaţia despre destinatar(începutul de pachet), sursa unde trebuie trimisă informaţia(sfîrşitul pachetului) şi nişte informaţii de servicii despre pachet). O întrabare importantă este alegerea lungimii pachetului, din punct de vedere al eficienţii transmiterii informaţiei utile secvenţele cu această informaţie în pachet trebuie să fie cît mai mari, iar secveţele cu informaţia auxiliară (adresa, sincronizarea, începutul şi sfărşitul) trebuie să fie cît mai mici, din acest punct de vedere pachetul trebuie să aibă o lungime cît mai mare, însă din cauza necesităţii de retransmitere a pachetelor lungimea lor nu poate fi foarte mare. Astfel în fiecare segment al pachetelor se găseşte un compromis.

12

Transmiterea prin pachete permite de a comprima informaţiile utile şi pe unul şi acelaşi canal pot fi transmise pachetel ale utilizatorului. În comunicaţie vocală activitatea vocală constituie aproximativ 38% din convorbire, ocuparea unui canal de către un utilizator indică la o lungime de 38%, în cazul organizării comunicaţiei vocale în pachete se transmit doar pachetele ce conţin informaţii utile, iar în timpul rămas pot fi transmise pachete de date sau de alţi abonaţi. Principală caracteristică a PRMA costă în rezervarea unui slot temporal pe durata transmisiei, acesta se efecuează prin efectuarea unui schimb de informaţii între BS şi utilizatori. BS transmite în regiunea de difuziune(pentru toţi abonaţii din aria de acoperire) semnale despre sloturi ocupate şi lebere. Abonaţii care au formate pachete pentru transmitere adresează un apel sau cerere de ocupare a unui pachet într-un slot dat şi dacă nu există alţi abonaţi se tranmite cîte un pachet în fiecare slot, în caz contrar toţi abonaţi primesc refuz şi în cadrul următor acest pachet este indicat ca pachetul liber. Modul de funcţionare a PRMA este prezentat în următoare figură:Cadrul K

Cadrul constă din 8 sloturi. În cazul K+1: S3, S4 sunt libere, abonatul 4 se adresează cu cerere de acces. În cazul K+2: la S3 se adresează abonatul 12, abonatul 4 primeşte slotul 4.

Utilizarea PRMA are un neajuns şi anume: laun trafic intens un pachet poate aştepta in timp foarte îndelungat pentru şi dacă el ar fi transmis cu o reţinere mare în comunicaţiile vocale ar apărea un discomfort legat cu apariţia unor intervale nedorite de lipse de semnal, de aceea pachetele cu o întîrziere mai mare de 0,01ms sunt excluse de emisie de către sistem, ce duce la pierderea unei părţi a unui sunet sau a sunetului întreg ce este mai suportabil în comunicaţiile mobile. Transmiterea prin PRMA are un avantaj ce constă în faptul că hand over-ul în interiorul unei celule sau dintr-o celulă în alta devine mult mai simplu şi se efectuează daor în intervalele în transmiterea dintre 2 pachete, adică la finalizarea unui slot, dar mai multe cazuri la finalizarea unui cadru.

13

Cererile pentru adresăriR11 R5 L R3 R1 R8 L R2

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

11 5 4,6 _ 1 8 _ 2

R11 R5 L L R1 R8 L R2

11 5 _ 4 1 _ 6 2

K+1

R11 R5 L R4 R1 L R6 R2

11 5 12 4 1 _ 6 2

K+2

§ CDMA – accesul multiplu cu divizarea în cod

În lume există peste 270mln. de abonaţi CDMA, 68% din ei au acces la serviciile 3G, semestrial aproximativ 17mln. de abonaţi devin abonaţii CDMA. În Asia penetrarea CDMA atinge nivelul de 43% din toţi abonaţii telefoniei mobile, din ei 79% au acces la servicile CDMA(datele anului 2000) Numărul total de abonaţi în Asia este aproximativ de 120mln.

Tehnica CDMA face parte din familia mai generală a transmisiilor cu spectrul extins. Principiul sistemului cu spectrul extins poste fi lămurit prin următoarea figură:

Idea principală a sistemului cu spectrul exstins constă în faptul că semnalul util ce poate fi transmis într-o bandă de frecvenţă cu lăţimea Δf şi avînd energia E, iar E/ Δf (densitatea spectrală a energiei) se extinde în banda cu frecvenţa ΔF, care este mult mai largă decît Δf cu condiţia păstrării invariabile a nivelului de energie E a semnalului. Acesta duce la faptul că nivelul total al semnalului în spectrul extins se află la nivelul zgomotului şi nu poate fi interceptat de oarecare abonat, doar dacă nu se cunosc procedurile de „extragere” a acestui semnal din semnalul de zgomot. Metoda de extindere a spectrului permite de a exclude bruiajul semnalului util. Metodele de extindere a spectrelor de frecvenţă urmăresc:

Extinderea în conformitate cu un cod Necesitatea sinconizării transmisiunilor între abonaţi Necesitatea utilizării unui dispozitiv ce ar exclude „înecarea” unui semnal

mai slab de către un semnal mai puternic Necesitatea efectuării codificării informaţiei şi a canalului de transmisie

pentru optimizarea performanţei globale şi maximizărea cantităţii de informaţie transmisă în sistem.

Există 2 metode de bază de extindere a spectrului în sistemele de comunicaţii mobile:

1) FH/SS – Frequency Hopping / Speed Spectrum (extinderea spectrului prin salt de frecvenţă)

2) DS/SS – Direct Sequence / Speed Spectrum (extinderea spectrului prin secvenţa directă)

În cazul FH/SS comunicaţia este comutată succesi pe toate canalele sistemului extins prin saltul de frecvenţă. Consecutivitatea salturilor de frecvenţă trebuie să fie aceeaşi cît la emisie, atît şi la recepţie.

14

f

Δf

ΔF

| D(f) |

E/Δf

E/ΔF

Δf

ΔF

f 1 2 3 ... i ... n

| D(f) |

Se cunosc 2 variante ale metodei FH/SS: lentă şi rapidă În varianta rapidă se realizează 2 sau mai multe salturi de frecvenţe pentru fiecare simbol transmis. În varianta lentă fiecare simbol transmis ocupă 2 sau mai multe salturi de frecvenţă. În metoda FH/SS condiţia de canal de bandă îngustă din punct de vedere al interferenţei intersimbol se reduce la micşorarea benzii de modulaţie faţă de banda de coerenţă, acesata duce la o distribuire neuniformă a puterii în banda de emisie(ΔF), însă are dezavantajul că emiţătorul şi receptorul ME şiBS să efectueze salturi sau comutări sincrone conform aceluiaşi cod la viteză mărită. FH/SS are 3 variante de implimentare:

1. ortogonală2. aleatorie3. combinată

La varianta ortogonală fiecărui utilizator i se repartizează o secvenţă din V salturi de frecvenţă în aşa mod ca în fiecare moment de timp dat fiecare utilizator(abonat) utilizează salturi de frecvenţe diferite; capacitatea totală a sistemei creşte în comparaţie cu tehnicile FDMA şi TDMA aproximativ de 3÷4 ori, însă este limitată de numărul N de salturi. La varianta aleatorie fiecare utilizator activ are de asemenea un set de salturi de frecvenţă, însă aceste seturi nu sunt corelate între ele şi în aşa mod într-un moment de timpdat 2 sau mai mulţi abonaţi pot utiliza concomitent acelaşi salt de frecvenţe. Acest fapt duce la apariţia interfeţei dintre semnalele diferitor abonaţi, însă în rezultat poate fi brusc mărită capacitatea sistemei. Există metode de restabilire a semnalului perturbat sau bitul de informaţie perturbat poate fi aruncat(ignorat) aceasta poate duce la apariţia unor erori în comunicaţie, doar nivelul lor este foarte mic. În varianta combinată fiecărei celule îi este repartizat un set de secvenţe ortogonale, acelaşi set utilizîndu-se doar în celulele aflate la o distanţă foarte mare decît distanţa de realizare. Specefic este faptul că nu se efectuează sincronizarea secvenţelor în sistem şi aceste secvenţe sunt necorelate.

15

Abonatul1 1 5 9 40 13 4 70Abonatul 2 8 13 17 62 4 ... ...

Saltul de frecvenţăpe fiecare bandă de frecvenţă

Interfaţa izocanal apare numai în celule amplasate mai departe decît distanţa de reutilizare(D). Suplimentar această interfaţă se micşorează datorită necorelării secvenţelor, adică saltul de frecvenţe se efectuează în diferite celule în timp diferit. Statistica arată că ecvenţele identice din celulele diferite pot avea aceeaşi purtătoare de frecvenţă, doar o singură dată pe perioada secvenţei. Metoda DS/SS constă în multiplicarea fiecărui bit de informaţie cu o consecutivitate de cod foarte lungă (64 biţi). Aceste consecutivităţi prezintă aşa numitele funcţii Walsh(succesiuni de „0” şi „1”). La aceeaşi viteză de transmiterea informaţiei este necesară o viteză de bit mult mai mare şi un canal cu o bandă mult mai largă. Acest principiu se utilizează pe larg în sistemele de comunicaţii mobile şi constă în faptul că informaţia utilă se transmite în eter fiind multiplexată cu una sau cîteva secvenţe ortogonale; este important faptul că emiţătorul şi receptorul să fiu sincronizaţi. Schema-bloc a principiului DS/SS este:

Tema: Proiectarea reţelei de comunicaţii mobile

§ Scopurile proiectării

La proiectarea unei reţelei de comunicaţii mobile este necesar de efectuat următoarele proceduri:

1) divizarea teritoriului care este necesar de „acoperit” şi aflarea locului amplasării staţiilor de bază a fiecării celule

2) repartizarea canalelor sistemei între celulele3) optimizarea parametrilor sistemei în timpul proiectării şi expluatării4) calculul infrastructurii reţelei

Etapele proiectării unei reţelei de comunicaţii mobile pot fi prezentate astfel:

1. – Planificarea acoperirii2. – Planificarea capacităţii

16

+ + +++ +

SI x+A x+A+B x+A+B x+A

A B C C B A

x+A+B+C

Secvenţe de extensie

DI

Semnalul util x Destinatar de informaţie

sau sursa de informaţie

1

2

3 4

3. – Planul de frecvenţe 4. – Analiza şi optimizarea

La planificarea acoperirii se efectuează calculul cîmpului pe teritoriul fiecărei celule, posibilitatea interferenţei pe celule şi posibilitatea înlăturării lor. La planificarea capacităţii se efectuează calculul numărului de celule şi posibilitatea realizării canalelor reeşind din numărul total de abonaţi, traficul prognozat şi probabilitatea de refuz a chemării a sistemei(în sisteme de comunicaţii mobile probabilitatea de refuz de obicei nu depăşeşte 2%).

§ Repartizarea seturilor de canale între celulele sistemului

Set de canal utilizat într-o celulă reprezintă un număr de canale nevecine(nu sunt amplasate pe frecvenţe alături). Vom studia procedura de repartizare a seturilor de canale în celule de forma hexagonală utilizînd 2 factori: i şi j, care se mai numesc factori(parametri) de deplasare. Procedura constă din:

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 i se 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.

5. Procedura se termină atunci cînd toate celulele cuprinse între celulele cu setului 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).

De exemplu: i=2; j=1 (i≠j; i>j)

Pe teritoriul acoperit se formează grupul de celule numite clustere (ce constă din 7 celule, şi se indică cu o linie mai groasă) Numărul de celule în cluster se calculează conform următoarei formuleŞ

17

1

23

45

6

71

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

1

23

45

6

7

k= i2 + ij + j2 = 22 + 2*1 + 12 = 7 (pentru cazul dat) Distanţa minimă dintre centrele a 2 celule ce utilizează acelaşi set de canale este numită distanţa de reutilizare şi se notează prin D, se calculează conform formulei:

Unde R este raza celulei Distanţa de reutilizare D dintre celulele ce utilizează acelaşi set de canale mai poate fi calculată după formula:

- sunt coordonatele punctelor între care dorim să

aflăm distanţa de reutilizare. Cel mai des utilizate sunt valorile k = 4, 7, 12 şi D = 3,46R; 4,58R; 6R. Valorile mici a lui k se utilizează în zonele rurale şi posibil suburbane, iar k cu valorile mari(12,19) în zonele urbane cu trafic intens. Dacă toate celulele emit semnale de aceeaşi putere în timp ce creşterea lui k dice la creşterea D, pe de altă parte creşterea luui k reduce probabilitatea apariţiei interferenţei izocanal. Pentru mărirea valorii D este necesar de a minimiza distanţa de reutilizare a frecvenţei din acest punct de vedere se cere găsirea celei mai mici valori lui k ce corespunde cerinţelor de capacitate în lipsa interferenţei.

§ Algoritme de repartizarea a canalelor între staţiile de bază

Există un număr mare de algoritme de repartizare a canalelor în calulele sau BS; cele mai des aplicate sunt următoarele: 1. Algoritmul de alocare fixă a canalelor între BS – în acest caz numărul total de canale se calculează după formula:

este spectrul de frecvenţe alocat sistemei este banda unui canal(cînd nu există benzi de gardă între canale)

Toate acestea canalese reparizează uniform între toate BS. Pentru aceasta nimărul total de canale se împarte la numărul total de celule din cluster şi se află numărul de canale ce revine fiecărei BS.

Cînd nu este un număr întreg primile celule din BS vor avea cu un canal mai mult De exemplu: dacă în sistem se utilizează 50 canale: M=50, k=9 atunci repartizarea canalelor este dată de următorul tabel:

1 2 3 4 5 6 7 8 91 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 1819 20 21 22 23 24 25 26 2728 29 30 31 32 33 34 35 3637 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48 49 50

18

La prima celulă se referă setul ce constă din canalele 1,10,19,28,37,46 La a doua celulă se referă setul ce constă din canalele 2,11,20,29,38,47 La a treia, a patra şi a cincea celulele se refer seturile ce conţin cîte 6 canale La a şasa, a şaptea, a opta şi a noua celule se refer seturile ce conţin cîte 5

canale Neajunsul algoritmului constă în faptul că banda de frecvenţă a canalelor nu se utilizează efectiv. De exemplu, dacă într-o celulă sunt ocupate toate canalele şi mai apare un apel, acest apel ve primi un refuz necătînd la faptul că în celule vecine există canale libere. Avantajul acestui algoritm constă în faptul că alocarea canaului la apariţia apelului este cea mai rapidă.

2. Distribuirea dinamică a canalelor – constă în faptul că toate canalele se află într-un fond de rezervă a sistemei şi la apariţia unui apel în orice celulă se alocă un canal din fondul de canale după terminarea comunicaţiei cu canalul dat el este returnat în fondul de canale şi poate fi utilizat pentru convorbiri la alte celule. Avantajul acestui algoritm constă în faptul că se utilizează efectiv canalele, însă alocarea unui canal pentru un apel necesită un timp mai mare. Pentru a mări eficienţa utilizării canalelor şi posibilităţii apariţiei între canale, această procedură utilizează un mecanism de comutare permanentă a convorbirilor de pe un canal pe altu pentru a respecta valoarea D.

3. Algoritmul de repartizare impusă a canalelor – aici fiecare celulă utilizează 2 tipuri de canale:

a) Canale de bază(nominale) şi la apariţia apelului în celulă se utilizează la început toate canalele nominale

b) Canale secundare care pot fi utilizate doar cînd sunt ocupate cele nominale

Alocarea canalelor secundare în celula dată se efectuează controlînd lipsa apariţiei interferenţei între canaşeşe secundare şi cele nominale(din celula dată secundară şi celula vecină nominală)

19

A(B,C)B(A,C)

C(A,B)B(A,C)

C(A,B)

A – canale nominale (se utilizează prioritar)B,C – canale secundare (se utilizează cînd sunt utilizate toate canalele nominale)

În cazul utilizării canalelor la apariţia canalelor nominale libere se efectuează transferul legătura de pe canal secundar ocupat pe cel nominal liber.

4. Algoritmul de repartizare hibridă – fiecare celulă are cîte un număr mic de canale repartizate fix şi aceste canale pot fi utilizate dar în celula dată şi există o rezervă de canale, fiecare din aceste canale poate fi utilizată în orice celulă.

Tema: Canalul radio în sisteme de comunicaţii mobile. Modelarea lui.

§ Noţiuni generale

Canalul în sisteme de comunicaţii mobile reprezintă banda de frecvenţă utilizată pentru transmiterea semnalului(în ambele direcţii) şi mediu de propagare a semnalelor. În sisteme clasice de telecomunicaţii sub noţiune de canal se subînţelege totalitate de echipamente pentru pregătirea şi introducerea semnalelor în mediu de propagare şi echipamente de recepţie a semnalelor din mediu de propagare. În sisteme de comunicaţii mobile se utilizează semnale în banda de frecvenţă de 150MHz ÷ 3GHz, canalul prezintă un radio canal şi în dependenţă de amplasarea BS şi a abonatului există următoarele medii de propagare:

1) Plan deschis – cînd între antena de emisie şi recepţie nu există nici un obstacol şi transmiterea are loc prin unda directă.

2) Zonele rurale – se caracterizează prin faptul că nu există abstacole masive.3) Zonele suburbane – se caracterizează prin construcţii relativ dense4) Zonele urbane – se caracterizează prin clădiri înalte şi foarte înalte amplasate

foarte des.

§ Unde electromagnetice şi moduri de propagare

Clasificarea undelor electromagnetice poate fi prezentată de următoare schemă

Unde radio

Unde directe se utilizează în celule cu rază foarte mare şi în picocelule. Unde reflectate se utilizează în zone urbane.

20

ionosferice terestre troposferice

spaţiale(prin eter) directe reflectate refractate

prin suprafaţă

Unde refractate se utilizează într-o mică parte a semnalului din antena telefonului mobil.

§ Propagarea undelor în aer liber(zone deschise). Pierderi de propagare.

Atenuarea semnalului reprezintă fenomenul de micşorare a puterii semnalului în rezultatul degajării energiei pe elemente parazite. Sub noţiunea de pierderi (path loss) a nivelului semnalului utilizat, mai ales în semnale radio, se subînţelege micşorarea puterii semnalului la propagarea lui la o distanţă mare din cauza micşorării densităţii de forţă a cîmpului de unde. În cazul general pierderile în canalul radio a sistemelor de comunicaţii mobile pot fi calculate astfel:

(1)

La propagarea în aer liber puterea semnalului în antena receptorului poate fi:

(2)

- reprezintă cîştigul antenei de emisie şi recepţie, Substituim formula (1) în (2) şi obţinem:

(3)

şi nu se schimbă în timpul comunicaţiei , putem constata că pierderile semnalului în aer liber au pantă de 20dB pe decadă în dependenţă de distanţă.

§ Pierderi prin reflecţie

Deoarece antena telefonului mobil se află în apropierea sdolului, practic în antenă nimeresc unde refelctate. În punctul de reflecţie unda suferă o modificare a direcţiei de propagare şi a fazei. În dependenţă de valoare unghiului de incidenţă faza undei reflectate se schimbă, însă pentru valoarile mici a unghiului de incidenţă această fază este egală ce -180º. Amplitudinea undei reflectate la fel depinde de unghiul de incidenţă şi poate lua valorile de la 0÷5÷6 de la unda incidentă. Modul de propagare prin unde de reflexie este următorul:

Cînd în antena de recepţie nimeresc unde reflectate şi directe calculul pierderilor se face prin formula (3). În cazul lipsei undei directe pierderile se calculează astfel:

21

φ φ

re

rr

d(directă)

r(reflectată)

hr

he

d

undaincidentă

undareflec-tată

(4)

Substituim formula (4) în formula (1), în cazul cînd avem pierderi de propagare în unde de reflexie, şi obţinem următoare formulă:

(5) cînd şi [m] << [cm] rezultă că pierderile prin reflexie au o bandă de 40dB pe decadă în dependenţă de distanţă.

§ Pierderi prin difracţie

În zonele urbane foarte des sunt întîlnite cazurile cînd antena receptorului se află în spatele unui obstacol masiv şi unda directă nu poate nimeri în antena abonatului mobil şi dacă în spatele obstacolului nu există alte obstacole ce pot forma unde reflectate, atunci în antena ME nimeresc doar unde refractate sau difractate.

Schema utilizată în acest caz este următoarea:

În acest caz pentru calculul pierderilor este necesar de a afla coeficientul Fresnel-Kirghhoff, care se găseşte prin următoare formulă:

(6)

(7)

(8)

22

h

he

hr

de dr

D

R0

h

0

Dhe hr

de dr

(9)

(10) funcţie impară

(11) funcţie pară

Modelarea a canalului radio în sisteme de comunicaţii mobile este aflarea nivelului semnalului într-un punct A dat amplasat la o distanţă d de antena BS sau a pierderilor semnalului în acest punct. Punctul A poate fi amplasat în orice loc al spaţiului unei celule. Se mai utilizează noţiunea de dirictivitate sau diagrama de dirictivitate ce se calculează după formula:

(10)

unde este puterea unitară, iar este puterea emisă.

Tema: Metode de predicţie

§ Noţiuni generale

Se utilizează 2 categorii de predicţie a valorii medii a nivelului semnalului(sau a pierderilor) în orice punct al sistemelor de comunicaţii mobile, şi anume:

1) Impirice(globale)2) Semiteoretice(locale)

Indiferent de metoda utilizată este necesară cunoaşterea profilului terenului în lungul căii de propagare pentru determinarea factorilor de corecţie pierderilor de difracţie produse de obstacole.

Predicţie – este calculul sau prognizarea nivelului semnalului sau a pierderilor în punctul amplasării abonatului mobil.

§ Metode de predicţie locale

Metoda Durkin-Edwards – se utilizează în banda de frecvenţă 80-460MHz, căile de propagare a semnalului sunt clasificate în:

a) Căi optice sau directeb) Căi obturate sau indirecte

În ambele cazuri pentru calculul nivelului semnalului pierderilor se calculează hef a emiţătorului BS, şi anume:

23

- este înălţimea locală a antenei emiţătorului, prezintă înălţimea antenei emiţătorului fţă de sol în locul amplasării

- este parametrul legăturii de ondulaţie a solului - este coeficientul ce depinde de tipul căii de propagare

Pentru căile de propagare optice pierderile semnalului sunt:

- sunt pierderile prin cale optică - sunt pierderile semnalului la propagare în spaţiu liber - este atenuarea de difracţie din cauza pămîntului care este presupus plan. Valorile parametrului reprezintă o funcţie tabelată, care depinde de frecvenţa şi înălţimea locală a antenei emiţătorului. Pentru calea de propagare obturată se calculează şi alţi parametri suălimentari şi , şi în acest caz atenuarea semnalului este:

- este coeficientul de pondere impiric - sunt pierderile suplimentare datorită difracţiei semnalului de la obstacole dintre

BS şi ME.

Particularităţile metodei: Diferenţa dintre valorile calculate şi măsurate ale nivelului

semnalului(pierderi) poate ajunge pînă la 3dB, deoarece metode nu consideră unda reflectată

Pentru distanţa dintre BS şi ME mai mică de 20km nu este necesară considerarea formei sferice a pămîntului(se consideră plan)

Pentru frecvenţe mai mari de 85dB este necesar de luat în consideraţie ondulaţiile terenului mai mari de 1m pentru calcularea coeficientului de corecţie.

Metoda Lee – se utilizează în sistemele cu celule normale (raza cărora este mai mare de 1km) şi pentru picocelule(10÷20m). Abaterea dintre valorile precise şi cele măsurate ale semnalului nu depăşesc 2÷3dB. Metoda utilizată pentru tipuri de profiluri ale căii de propagare a semnalelor diferite componente ale formulei de calcul.

Calea propagării

Pmed recept.

Influenţaconstrucţii teren

Factor de corecţie

Optică Pr=

Obturată Pr=

Peste apă Pr=

Sol-apă Pr=

24

- este distanţa=1km - este nivelul semnalului la =1km de la BS

- este distanţa de la BS pînă la punctul la care se calculează nivelul semalului - este panta de pierderi a semnalului - este lingimea de undă -sunt pierderi în spaţiu liber

- este suma factorilor de corecţie datoriţi abaterii lor de la condiţiile de referinţă

Corecţiile rezultante din abaterile faţă de condiţiile de referinţă sunt date de următorul tabel:

Se deosebesc 4 situaţii în dependenţă de profilul şi tipul căii de propagare a semnalului:

Propagarea optică:

Condiţii Corecţie

'5 rG

25

he ef

he

hr

Unda directă Unda reflectată

În acest caz se obţine factorul de cîştig de înălţimea antenei de emisie

Propagarea obturată:

În acest caz pierderile semnalului se calculează în dependenţă de un parametru ce ia în consideraţie distanţa de la BS pînă la obstacol şi de la obstacol pînă la ME.

Propagarea de asupra unei pînze de apă: În acest caz se consideră următoarlele unde:

1) Unda directă2) Unda reflectată de la o suprafaţă de apă3) Unda reflectată de la sol din apropierea abonatului mobil

Abonatul se află pe apă:

Capitolul 2: Sisteme de comunicaţii mobile

Tema: Sisteme de radiopaging

§ Structura reţelei de radiopaging. Caracteristicile de bază.

26

he

he

hr

d1’ d2

d,km

h,m

he

hr

1)

2) 3)

1)

2)he

hr

Radiopaging- este un sistem mobil unilateral pentru transmiterea unor mesaje scurte. Sistem unilateral înseamnă că ME a abonatului, care se mai numeşte pager, conţine doar partea de recepţie(n-are parte de emisie), iar BS conţine doar partea de emisie(n-are parte de recepţie). Canalul utilizat în sistemul de radiopaging este un canal duplex cu sistem de transitere a informaţiei de la BS la ME. SR(sisteme de radiopaging) pot tranmsite următoarele tipuri de mesaje:

Mesaje sonore Succesiune de simboluri numerice Succesiune de simboluri alfanumerice Informaţie vizuală Combinaţie de mesaje menţionate anterior

ME(pager) au diferită structură şi diferită formă de prezentare a informaţiei. O SR are următoare structură:

Unde:C – colectorT – tastaturaMD – modulatorDM – demodulatorLT – linie de transmisiuneRR – radioreleu

Subsistemul reţelei realizează interfaţa între PSTN şi echipamentul ce formează semnalul pentru transmisiune paging; cele mai importnate funcţii a subsistemului reţelei sunt:

a. Verificarea autentificării abonatului (fiecare abonat are un cod special)b. Returnarea semnalului de supervizare către reţeaua PSTN pentru a informa că

apelul a fost preluat şi prelucratc. Generarea semnalelor modulătoared. Utilizarea unor coduri conform standardelor internaţionale sau naţionale

Subsistemul radio are funcţia de recepţie a semnalului modulator, demodularea lui şi generarea semnalului purtător. Semnalulu purtător este modulat cu semnalul recepţionat de la subsistemul reţelei. Serviciile de radiopaging se consideră „бедный родственник” a sistemului de comunicaţii mobile din cauza că spectrul de servicii este foarte limitat şi nu poate fi

27

Codor

Codor

Codor

T

T

C

C

C

C

Con

vert

or d

e co

d

MD

MD

RR RR DM

DMLT

Subsistemul radioSubsistemul reţelei

PS

TN

transmise decît mesaje scurte, însă SR sunt mult mai ieftine, ocupă o bandă de frecvenţă mult mai îngustă, utilizarea canalului sipmlex, echipamentele ME şi BS sunt mult mai simple, acumulatoarele ME servesc un timp mult mai îndelungat şi costul echipamentelor ME şi BS este mult mai redus. În dependenţa de modul în care se colectează, se prelucrează şi se transmite mesajul SR utilizează următoarele moduri de operare:

1) Formarea de apleluri către un terminal comun, în acest caz un număr telefonic format în PSTN este dirijat către terminalul comun pentru a fi prelucrat în mesaj paging.

2) Formarea de apeluri folosind semnalezări speciale, de exemplu: DTMF(Dual Tone Multiple Frequency) către un terminal comun, în acest caz terminalul recepţionează biţii formaţi de abonaţi şi se adaugă biţii ce indică adresa abonatului căutat şi este transmis către terminalul comun.

3) Formarea de apeluri către un operator uman, în acest caz operatorul preia apelul şi formează mesaje la tastatură.

Din punct de vedere al teritoriului acoperit se pot deosebi serviciile paging: Locale – pe teritoriul unei întreprinderi Pe teritorii relativ de strînse deservite de o singură BS şi care acoperă

teritoriul unei localităţi sau o parte a acesteia Pe arii extinse – una sau cîteva BS acoperă teritoriul unei ţări sau o

parte a ei Există sisteme care se numesc:

a. Paging in house – se utilizează în locuri de odihnă(plaje, restaurante), utilizează mesajele vocale

b. Voice mail box

§ Performanţele sistemului de radiopaging

Cea mai mare performanţă a SR constă în faptul că banda de frecvenţă se utilizează foarte efectiv, de obicei, un singur canal de transmisiune paging poate deservi pînă la 10000 de abonaţi. În restul sistemelor de comunicaţii mobile pe un canal maximum de 20000 abonaţi. SR mai prezintă şi alte avantaje cum sunt:

a) Echipametul simplub) Mesajele pot fi transmise în timp real, cît şi la un moment stabilitc) Mesajele pot fi repetated) Timpul necesar pentru transmitere este relativ scurte) Banda de frecvenţă este mult mai îngustă

Luînd în consideraţie faptul că SR au fost printre primele sisteme de comunicaţii mobile şi au fost ieftine ele au căpătat o dezvoltare mare în primii ani. În prezent SR sunt utilizate cel mai frecvent în Asia(China,Japonia) se consideră că un abonat mobil să aibă şi un singur pager. Avantajele menţionate din alt punct de vedere se consideră dazavantaje.

28

§ Benzile de frecvenţă utilizate în radiopaging

În legătură cu necesitatea realizării radiopaging în condiţiile diverse şi utilizarea comună împreună cu alte sisteme de comunicaţie a benzii de frecvenţă se recomandă utilizarea următoarelor benzi:

26,1÷ 50MHz 68÷88MHz 146÷174MHz 450÷470MHz 806÷960MHz

Pentru alegerea unei benzi anumite de frecvenţe pentru radiopaging este necesar de avut în vedere mai mulţi factori, cum ar fi:

a. Condiţiile de propagareb. Disponibilitatea benzii de frecvenţe în regiunea datăc. Nivelul de zgomot la recepţie, ce poate fo format de diferite sistemed. Valoarea anumită ale puterii de emisie şi nivelul estimat al traficului

Practic au fost estimate posibilităţile diferitor benzi de frecvenţă în radiopaging. Din punct de vedere al construirii unei sisteme paging cu capacitate mare în care să nu acţioneze nivelul de zgomot s-a constatat că cea mai convinabilă bandă este banda de frecvenţă cuprinsă între 80÷160MHz. Mai protejate contra zgomotelor şi pentru acoperirea unor arii mari sunt benzile de frecvenţă de la 450MHz şi în sus. Pentru diferite benzi de frecvenţă se observă un nivel diferit de penitraţie în interiorul clădirilor. A fost găsit nivelul pierderilor:

F,[MHz] 150 250 400 800

L,[dB] 22 18 18 17

Capacitatea sistemei de paging este condiţionată de codul utilizat pentru transmiterea mesajelor. Cel mai des sunt utilizate:

1) Codul secvenţional – Golay2) Codul POCSAG (Post Office Code Standart Advisory Group)

Codul Golay a început să fie utilizat în 1973, permite realizarea sistemei cu capacitatrea aproximativ de 4000 de adrese inidviduale. Codul POCSAG a fost inventat în Marea Britanie la începutul anilor ’70, permite realizarea sistemei cu capacitatea aproximativ de 1mln de adrese individuale.

§ Sistemul radiopaging ERMES – European Radio MEssage System

29

A fost dezvoltat de un grup de ţări europene în anii ‘85÷’90 ca un sistem pan-european. Acest serviciu prezintă o serie de facilităţi dintre care pot fi menţionate:

Asigură servicii suplimentare ce pot fi introduse de utilizator Permite deplasarea abonatului şi recepţia informaţiei pe teritoriul controlat

de diverşi operatori între care există o înţelegere de deservire Permite să utilizeze spectru de frecvenţe efectiv Realizează compatibilitatea cu ISDN

Sistemul ERMES poate fi constituit din una sau mai multe reţele de operator, fiecare reţea poate deservi o zonă specială sau aceste reţele pot fi suprapuse. Structura de principiu a sistemei ERMES este următoare:

Unde :OMC – Operation and Mentenance CenterPNC – Pager Network ControllerPAC – Pager Area ControllerI1÷I6 – interfeţe

OMC – centru ce dirijează activitatea întregei reţele de paging, în caz de necesitate efectuează dezvoltarea sau reparaţia reţelei. PNC – controlul reţelei de paging – recepţionează toate tipurile de mesaje şi le prelucrează la forma necesară de transmitere în reţea, este elementul de interconectare cu alte reţele, serveşte ca element de dirijare operativă a reţelei. PAC – primeşte mesajele de la PNC, repartizează mesajele primite de diverse arii de transmietre, gestionează prioritatea mesajelor, transmite mesajele către staţiile de bază concrete, supervizează funcţionalitatea BS. BS – funcţia de bază constă în transmiterea mesajelor pe aria de acoperire. PE – echipament de pager – recepţionează mesajele primite.

§ Configuraţia subsistemului radio a reţelei ERMES

Subsistemul radio al reţelei ERMES are diferite regiuni de lucru.

30

OMC

PNC PAC

BS

BS

..... .....

PE

PE

I5 I3 I2 I1

I4

Alte reţele

I6

Mesaje tonale

Mesaje automateMesaje controlate de operator

Mesaje PSTN

Mesajele reţelei PC

Sistemul ERMES face parte din categoria sistemelor de comunicaţii cu reutilizarea frecvenţei pe baza unei structuri celulare de acoperire a teritoriului, fiind constituit ca un sistem pan-european se subînţelegea că toată Europa va fi acoperită cu sistemele de paging dirijate de deferiţi operatori din diverse ţări, pentru a evita perturbaţiile diverşilor operatori au fost propuse spre utilizare 3 tipuri de construire a sistemului paging.În sistemul ERMES se utilizează 16 purtătoare de frecvenţă. Un operator poate primi pentru utilizare una sau mai multe frecvenţe. Se pot realiza 3 tipuri de structuri ale reţelei:

1) Cu divizare în frecvenţă2) Cu divizare în timp3) Cu divizare în frecvenţă şi timpî

1) Cu divizare în frecvenţă – în acest caz grupul de frecvenţe purtătoare se împarte în 3 subgrupe fiecare din ele fiind utilizate într-o celulă a grupei de celule e reţelei ERMES, în acest caz se utilizează aceeaşi frecvenţă alocată reţelei date.

2) Cu divizare în timp – în acest caz în toate celulele se utilizează toată banda de frecvenţă acordată sistemei, însă în intervale diferite de timp, se utilizează cînd traficul de transmisie nu este prea intens şi permite acoperirea teritoriilo mari.

3) Cu divizare în frecvenţă şi timp – se utilizează conform următoarei tabele:

Δt1 Δt2 Δt3

A f1 f2 f3

B f2 f3 f1

C f3 f1 f2

§ Protocolul de transmitere a mesajelor paging

Poate fi exprimat prin următoare schemă:

0 1 2 3 4

31

00 01 02 ......... i .......... 58 59

Preambul(30dB)

Sincro-nizarea (30db)

Cod ţară(7b)

Codarie(6b)

Codoperator(3b)

Antet(3b)

Informaţieadiţională(1÷7)

Mesaje(120)

A B C D E F G H 1 I K L M N O P

Tot timpul de funcţionare a reţelei ERMES este împărţit în secvenţe cu durata de 60min cu 60 cicluri. Fiecare ciclu are o durată de 1min şi conţine 5 subsecvenţe, fiecare cu durata de 12sec. Fiecare subsecvenţă este împărţită în 16 pachete numerotate cu literele (A, B, C, ...), iar fiecare pachet cu lungimea de 0,75sec conţine 4 tipuri de informaţie: sinconizare, despre sistem, adrese, mesaje propriuzise. Pentru identificarea unui abonat în sistemul ERMES se utilizează un cod de identitate radio cu următoare structură:

Pe fiecare canal din toate cele 16 canale posibile se efectuează activarea unei grupe de utilizatori în intervale diferite de timp alocate pe perioada unei secvenţe egale cu 12 sec

(subsecvenţa). Procedura de activare a grupei pe canalele corespunzătoare se face în corespundere cu următorul tabel:

1 A B C D E F G H 1 I K L M N O P A3 P A B C D E F ...5 O P A B C D E F ...7 N O P A B C D E F ...9 M N O P A B C D E F ...

Sincronizare Sistem Adrese Mesaje

Codzonă3 biţi

Codţară

7 biţi

Codoperator

3 biţi

Adresainiţială18 biţi

Numărulde grup4 biţi

32

Identitatea operator Adresa locală

11 L M N O P A B C D E F ...13 K L M N O P A B C D E F ...15 I K L M N O P A B C D E F ...16 1 I K L M N O P A B C D E F ...14 H 1 I K L M N O P A B C D E F ...12 G H 1 I K L M N O P A B C D E F G10 E G H 1 I K L M N O P A B C D E F8 F E G H 1 I K L M N O P A B C D E6 D E F G H 1 I K L M N O P A B C D4 C D E F G H 1 I K L M N O P A B C2 B C D E F G H 1 I K L M N O P A B

Apelarea grupurilor de abonaţi permite de a exclude recepţionare a unui abonat de un mesaj de 2 ori de la 2 BS vecine.

Tema: Sisteme de telefonie fără fir

§ Noţiuni generale

În ultimul timp au apărut sisteme de comunicaţie ce permit realizarea pentru abonaţii reţelei PSTN unele facilităţi de mobilitate limitată. Sistemele de telefonie fără fir fac parte anume din această clasă. Principiul funcţionării sistemei fără fir poate fi lămurit după următoare schemă de structură:

În această schemă Baza reprezintă un echipament ce permite de a efectua comunicaţie cu abonenţii reţelei PSTN dintr-o parte la frecvenţă joasă şi pe de altă parte de a efectua comunicaţie cu ME prin interfaţa radio la frecvenţă înaltă. Există o mare deosebire între sistemele fără fir(cordless) şi sisteme celulare de comunicaţii mobile şi anume:

În sistemele cordless se utilizează doar picocelulele Numărul de abonaţi deserviţi de Bază este mult mai mic Puterea de emisie a Bazei şi ME este mult mai mică

Cele mai răspîndite sisteme cordlee sunt CT2(Cordless Telephony), DECT(Digital European CT), PHS(Personal Handyphone System).

§ Sistemul de telefonie fără fir CT2

Sistemul dat este realizat în 2 variante:

33

t

BazăPSTN

Analogice (vom studia) Digitale

Accesul mutiplu se realizează după FDMA. CT2 are următoarele caracteristici de bază:ΔF(ME→BS) = 914÷915MHzΔF(BS→ME) = 959÷960MHzΔFd = 45MHzΔfc = 25kHzN = 40Pemisie(BS,ME) = 10mV

Alocarea canalelor radio se face la cererea echipamentelor ce se iniţializează la convorbire. Distanţa la care acţionează CT2 este d=50(în interiorul clădirii) şi d=200m(în afara ei). Numărul maxim de combinaţii pentru adresa abonatului este n=104. Schema de structură a sistemului cordless CT2(BS→ME) este următoarea:

Schema constă din următoare elemente: SF – sintezator de frecvenţă E – emiţător R – receptor D – duplexor Difuzor, microfon Ocuparea canalelor radio poate fi iniţializată de oarecare paret de BS sau ME. În cazul iniţierii unei convorbiri de ME, ME efectuează scanarea canalelor pentru găsirea canalului liber(în cazul cînd ME recepţionează semnalele de la mai multe BS ME selectează canalele libere după cea mai mare relaţie semnal/zgomot) şi emite pe acest canal un semnal cu identificarea sa. BS recepţionează acest semnal cu identificarea ME şi pe canalul corespunzător simpex transmite un semnal de posibilitate de interconectare. La recepţia acestui semnal încetează de a mai emite semnalele de identificare şi poate fi permisă culegerea numărului abonatului apelat şi se efectuează convorbirea.

34

Interfaţa

Controler de semnal

E

SF

R

D

PSTN LA

BS

E

SF

R

D Controler de semnal

I Cod

ME

Întreruperea legăturii se face cînd unul din abonaţii „pune telefonul în furcă”. Una din aplicaţiile sistemului CT constă în realizarea serviciului telepoint(se instalează una sau mai multe BS în locurile aglomerate de abonaţi, cum sunt gara, aeroport).

§ Sistemul de telefonie fără fir DECT

Noţiuni de bază. Caracteristicile tehnice. Sistemul DECT permite realizarea următoarelor aplicaţii:

Telefonul fără fir pentru abonatul privat Sisteme telefonice la întreprinderi (unde pot fi mai multe BS) Centrale telefonice automate la întreprinderi conectate fără fir Serviciile telepoint Acces fără fir la LAN

Sistemul DECT are următoarele caracteristici principale:Metoda de acces multiplu de tipul TDD-TDMABanda de frecvenţă – 1880 ÷ 1900MHzNumărul de frecvenţe purtătoare – N = 10 canaleEcartul dintre canalele – Δfc = 1,728MHzCadrul DECT-TDMA conţine 24 de sloturi temporale din care primele 12 sunt destinate transmiterii ME→BS, celelalte invers BS→MEPuterea maximă de emisie a ME şi BS este de 250mWDurata unui cadru este de 10msecViteza de transmisiune a informaţiei este de 1152kbpsViteza de trafic pe slot este de 34kbpsViteza de transmisiune de semnalizare şi control este de 6,4kbpsDistanţa de acţionare în interiorul încăperii este de 50m, iar în exteriorul de 200mTimpul de lucru al fiecărui canal se divizează în nişte secvenţe de timp numite cadre DECT-TDMA cu durata de 10msec.

Un cadru DECT-TDMA are următoare structură:

35

0 ..... 23 0 ..... 23

10msec

Cadru DECT-TDMA

n n+1

t

F,[MHz]

F1

F2

Canalul i

0 1 ...... 10 11 12 13 ......... 22 23

32b 392b 56b

1slot=416,7μsec=480

Sincro-nizare

Date Controlul sistemei

48b 16b 320b 4 4

cîmp A cîmp B X Z

392biţi

BS→ME ME→BS

Fiecare cadru conţine cîte 24 sloturi de timp cu durata 416,4μsec.Cîmpul A se utilizează pentru semnalizare (efectuarea legăturii şi menţinerea ei).Cîmpul B este un cîmp de trafic de transmitere a datelor utile.Cîmpul X este un cîmp de detectarea erorilor.Cîmpul Z este un cîmp de corecţie a erorilor

Sistemul DECT funcţionează conform modelului OSI-ISO.

§ Schema de structură a reţelei DECT şi principiul de funcţionare

O reţea DECT funvţionează pe baza unei centrale telefonice proprii sau dedicate.

Schema de structură a reţelei DECT este următoarte:

36

I1

I2

I3

I4

I5

TD

PABX

ISDN

PSTN

ID

ID

ID

PC

Magistrala

BS

ME

BS

ME

BS

ME

Schema costă din următoarele componente:CTD – centrala dedicatăTD – terminalul de dateISDN – reţeaua de bandă largăI1÷I5 – intefeţe pentru conectarea CTD cu diferite utilizatoriPC – procesorul centralID – interfaţa DECT, permite conectarea CTD cu BS

BS poate fi amplasată de la CTD la o distanţă <800m, fiecare BS poate intreţine comunicaţii cu un trafic pînă la 5Erlangi. Un abonat în mediu poate genera un trafic pînă la 0,2Erlangi, astfel rezultă că BS poate deservi pînă la 25 abonaţi. Înainte de a se conecta în reţea ME analizează situaţia mediului şi selectează semnalele cele mai bune(la care raportul semnal/zgomot este cel mai bun) şi este gata de a efectua comunicaţia pe pe canalul ce corespunde acestui semnal. Întotdeauna în DECT, ca şi în multe sisteme de comunicaţii mobile, prioritatea DECT de selectare a canaului de comunicaţie aparţine ME. În DECT alocare canalelor este dinamică, ce permite de a mări capacitatea sistemului de la 4 la 8 ori. În sistemul DECT există nişte particularităţi efectuării procedurii de hand over, ce constau în următoarele: după începerea comunicaţiei ME efectuează în continuu scanarea semnalelor de la canalele libere şi la momentul apariţiei unui canal cu un semnal mai bun(ce poate fi de la aceeaşi BS ce menţine comunicaţia în curs sau de la BS vecină) se decide de a efectua hand over-ul, pentru aceasta pe canalul nou găsit se începe comunicaţia concomitent cu comunicaţia pe canalul vechi, în acest moment de timp ME recepţionează semnalul util de pe 2 canale diferite. Peste un timp se deconectează canalul iniţial şi comunicaţia continuu pe canalul nou găsit. BS e reţelei DECT are următoare scheme de structură simplificată:

37

R

C

E

I

SF

ERCTD

BS

Schema constă din R – receptorE – emiţătorI – intrefaţa SF – sintezator de frecvenţăC – comutatorER – echipamente radio

Schema de structură a ME este:

Schema constă din:D,M – difuzor, microfonSF – sintezator de frecvenţăAC – audio codecAD PCM modem – adaptiv digital PCMLGP – modulul de logică şi generare de pacheteMC – microcontroler (cu 2 tipuri de memorie)P – panou de dirijareI – indicator şi tastaturăSD – sistem digitalModulatorul GMSKE,R – emiţător, receptorC – circulator sau comutatorFRF – filtru de radio frecvenţă

Tema: Sitemul de telefonie celulară AMPS - Advanced Mobile Phone System

§ Noţiuni generale. Caracteristicile tehnice.

38

ACAD PCMmodem LGP

I PMC

RAM ROM

ModGMSK

SF

E

R

FRFC

SD ER

AMPS – este unul din sistemele analogice de telefonie mobilă, ce a fost inventat în SUA şi a devenit fucţionabil în 1983 în Chicago, împreună cu NMT şi sistemul C a fost unul din primele sisteme de telefonie celulară.

AMPS are următoarele parametrii:ΔF1 = 825÷845MHz (ME→BS)ΔF2 = 870÷890MHz (BS→ME)ΔF1 = ΔF2 = 20MHzΔfc = 30kHz = 0,03MHzN = ΔF1/Δfc = 666

Planul de frecvenţe a sistemului AMPS este următor:

Iniţial AMPS a fost proiectat pentru un număr nu prea mare de utilizatori de aceea clusterul pentru sistemul AMPS era preconizat să fie format din 7 celule, din aceste considerente şi din perspectiva dezvoltării sistemului seturile de canale pentru fiecare celulă au fost formate după următorul principiu:

a) au fost formate 7 grupe de seturib) au fost formate 3 tipuri de seturi pentru fiecare celulă, de aceea repartizarea

seturilor de canale pentru fiecare celulă se efectuează prin următorul tabel:

1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 .....

43

.....

631

652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666

În fiecare celulă iniţial se utilizau seturile de canale ale grupeiA,iar în continuate în aceeaşi celulă puteu fi utilizate seturile de canale corespunzătoare grupelor B şi C.

§ Structura sistemului AMPS şi funcţionarea lui.

Schema de structură simplificată a sistemului AMPS este următoarea:

39

1 2 ....... 666 1 2 666 MHz

fp1 = 825,015MHz fp2 = 870,015MHz

ME→BS BS→ME

MHz1 1

ΔFd = 45MHz

Canal duplex 1

825 845 870 890

Elementele de bază a sistemului AMPS sunt: MTX – Mobile Telephone Exchange – reperzintă o centrală telefonică pentru abonaţii mobili, ce are legătură cu abonaţii PSTN prin LE – Local Exchange – care la rîndul său reprezintă o centrală locală şi utilizînd TE – Transit Exchange – care reprezintă o centrală de tranzit. BS care pot fi conectate la MTX printr-o linie individuală sau comună. ME – echipament mobil. MTX reprezintă o centrală telefonică pentru abonaţii mobili şi efectuează comutarea corespunzătoare. Funcţionarea sistemului se efectuează sub controlul unui procesor central a MTX. Schema de structură a mtx şi legăturii BS este următoarea:

Elementele componente ale schemei sunt:PC- procesorul centralSC – sistem de comutaţieTD – terminal de dateSL – supervizarea liniilorUC – unitatea centrală a BSÎ/T – întîrzierea / testarea

40

LE TE MTXBS BS

LE MTX

BS

BS

…P

ST

N

PC

SC TD

SL UC

Î/T TDP

MTX

E/R1 E/R2 E/Rn.....

Ar2Ar1 Aen

Ae2Ae1...

BS

PSTN

TDP – transmiterea datelor pozitiveE/R – emisie/recepţie

Fiecare BS utilizează 2 antene de recepţie pentru înlăturarea efectului fading şi n antene de emisie. În sistem de telefonie mobilă se observă fenomenul de scădere a nivelului recepţionat a ME, care se numeşte efectul fading. Există 2 tipuri de efect fading:

a) fading rapid – se datorează faptului că semnalul sumar în antena ME este format semnale ce parcurg diverse căi

b) fading lent – este legat de fptul că ME nimereşte în „umbre” unui obstacol.

ME AMPS conţine următoarele părţi componente:

IU – interfaţa utilizatorului (tastatura, LED-uri, ecran, etc.)UL – unitatea logicăE/R – emiţător/receptor

Schema de structură a unui echipament mobil în forma mai detaliată este:

41

IU UL

E/R

Ae-r Ar

FTBR SD2 FTBR C FTBE ARFMFM6

CP

MX

M6

ARFSF1

SC/6(666)

MNSAFI1SF2

OL

AFI2 DMF DMx

UL

Ext

Rx date

Mute

34,3MHz

45MHz

10,7MHz

Ae-rAr

FTBR – filtru trece bandă de recepţieSD 2 – selector de diversitate 2C – circulatorARF – amplificator de radiofrecvenţăSF 1,2 – Mixer de frecvenţăAFI 1,2 – amplificator de frecvenţăOL – oscilator localDMF – demultiplexor de fazăMNS – măsurător nivelului de semnalDMx – demultiplexorExt – extensorM6 – multiplicator de frecvenţă la 6FTBE – filtru trece bandp de emisieARFP – amplificator de radiofrecvenţă de putereMF – multiplexor de fazăSC/6 – sintezator de canaleCP – copmresorMx – multiplexorUL – unitatea logicăMute – acordarea fără zgomot la canalRx date linia de transmisiune de date

Calea de emisie – semnalul vocal nimereşte în microfon, unde este trasnsformat în semnalul electric după ce este compresat în blocul CP, multiplexat cu datele de la UL în Mx şi transferat în blocurile M6 şi MF, unde se efectuează o modulaţie în frecvenţă a purtătoarei canalului simplex de emisie, apoi semnalul se amplifică în ARFP, care are 4 trepte de reglare a semnalului. Acest semnal de reglare a puterii de emisie este generat de către UL în rezultatul analizei nivelului de semnal recepţionat de blocul MNS. Semnalul de emisie nimereşte în FTB emisie şi prin circulator trece în antena de emisie.

Calea de recepţie – în ME pentru AMPS se utilizeazăpentru recepţie 2 antene diferite: una lucrează permanent la recepţie (cea din stînga) şi a doua lucrează şi la

42

emisie şi la recepţie. Unul şi acelaşi semnal de recepţie nimereşte la antena de recepţie şi prin FTBR se aplică la selector de diversificare SD2. În SD2 se selectează semnalul cel mai puternic care este aplicat la ARF, care la rîndul său îl amplifică, iar apoi nimereşte în primul multiplexor, în rezultatul căruia se obţine prima frecvenţă intermediară egală cu 45MHz, care este amplificată de AFI 1 şi ca rezultat frecvenţa serveşte pentru măsurarea nivelului semnalului recepţionat. La SF2 se aplică un semnal al oscilatorului loca cu frecvenţa de 34,3MHz şi se obţine a doua frecvenţă intermediară egală cu 10,7MHz, care este amplificată de AFI 2. Frecvenţa intermediară se aplică la DMF, iar după ceea la DMx, unde se face separarea semnalului vocal de semnalul de date. Semnalul vocal prin EXT se aplică difuzorului, iar datele la UL. Pentru acordul fără zgomot pe un canal, cît şi pentru trecerea de pe un canal pe altul se utilizează legătura Mute, ce deconectează pe această perioadă semnalul sonor.

Funcţionarea: în AMPS se utilizează un număr de canale doar pentru efectuarea procesului de căutare şi acces, cît şi pentru semnalizarea, aceste canale se umesc S canale şi, de obicei, se utilizează ultimele 21 de canale din 666(cîte un canal S pentru fiecare set de canale ca minimum), aceste canale se utilizează în ambele sensuri şi doar pe un timp foarte scurt pînă la atribuirea canalului de trafic liber. Pentru utilizarea eficientă a spectrului de frecvenţe utilizarea canalelor S în ambele sensuri, şi anume în cazul iniţierii unui apel de către ME pe canalul S din calula dată, se transmite un semnal special. Această procedură se numeşte porcedură de acces. Şi la apariţia a două sau mai multe proceduri de acces de către abonaţii aceleeaşi BS se utilizează o procedură specială pentru evitarea apariţiei conflictelor la acăpărarea unui cana liber. Această procedură constă în următoarele: cînd ME transmite spre BS semnal de iniţiere a unei convorbiri pe canalul S iniţial BS nu eliberează mimental un canal liber de trafic, doar la apariţia peste un timp aleator de timp aceluiaşi semnal de la ME la BS, BS eliberează un canal de trafic şi în acest moment eliberează şi un canal S. Dacă doi sau cîţiva abonaţi iniţiază un apel în acelaşi moment de tmip, datorită faptului că fiecare ME repetă acest semnal peste un timp aleator primul va primi canalul de trafic ME care are timpul repetare mai mic. În AMPS procedura de acces şi căutare se efectuează pe acelaşi canal. Procedura de căutare este o procedură prin care o BS iniţiază o legătură cu unul din abonaţii mobili aflaţi pe teritoriul calulei pe durata legăturii BS şi MTx supraveghează calitatea comunicaţiei şi dacă este necesar se declanşează procedura de hand over intra sau inter celulară. La închierea convorbirii ME semnalizează acest lucru cu un semnal special şi BS consideră în continuare canalul de trafic utilizat în convorbire ca canali liber. În regimul de aşteptare (stand by) ME se află permanent pe un canal S deservit de altă BS. ME schimbă acest canal S. Există cazuri cînd ME recepţionează de la BS comenzi de a se transfera necondiţionat de pe un canal S pe altul, aceasta are loc cînd într-o celulă este depistat un număr mare de abonaţi, care dacă ar iniţia o convorbire sau ar fi apelaţi BS nu ar face faţă acestui trafic. Distanţa între BS ţi ME poate varia de la 0 la cîţiva zeci de km, de aici rezultă o variaţie în limitele foarte mari a nivelului semnalului recepţionat. La o scădere a

43

cestui nivel sub nivelul limită BS şi ME întreprind măsuri legate de ridicarea calităţii prin mărirea în 4 trepte a puterii de emisie. Această procedură se utilizează pentru a exclude posibilitatea apariţăei interfeţelor în cazul utilizării semnalului maxim de emisie.

§ Supervizarea şi controlul reţelei AMPS

Supervizarea reţelei AMPS urmăreşte următoarele:1. controlul permanent al calităţii legăturii2. efectuarea procedurii de căutare ME3. accesul ME în reţea4. rezolvarea conflictelor la acăpărarea unui canal

Supervizarea calităţii legăturii: în PSTN sub noţiune de supervizarea calităţii lagăturii se subînţelege procesul de aflare a stării terminalului aparatului(dacă receptorul este în furcă sau nu). În AMPS noţiunea de supervizare cuprinde:

urmărirea stării abonatului menţinerea cîmpului semnaluli de recepţie la un nivel corespunzător

Pentru aceasta AMPS utilizează 2 tipuri de semnal:a) semnalul SAT – Supervisory Audio Toneb) semnalul ST – Signalization Tone

Pentru semnalul SAT sunt alocate 3 frecvenţe:

SAT 1 SAT 2 SAT 3

5600Hz 6000Hz 6400Hz

Acest semnal este în afara benzii canalului tonal şi se separă uşor de această bandă printr-un filtru trece sus. Fiecare BS poate utiliza doar unul din aceste semnale SAT şi ME recepţionînd aceste semnale poate concluziona pe teritoriul a cărei BS se află şi care este următoarea BS cea mai apropiată. Fiecare ME recepţionaeză semnalul SAT corespunzător şi fără prelucrări suplimentare îl transmitespre BS, iar BS recepţionînd semnalul SAT de la ME efectuează următoarele:

hotărăşte că legătura cu abonatul mobil are o buclă închisă (canalu este controlat)

apreciază distanţa relativă de la BS la ME

44

Sistemul AMPS a fost primul sistem de telefonie celulară cu extinderea pe arii mari. În acest sistem s-au depistat nişte neajunsuri legată de dirijarea prea centralizată a funcţionării sistemului, aceasta a dus la:

a. imposibilitatea utilizării celulelor cu raza mai mică de o milă, acesat s-a întîmplat din cauza că la deplasarea abonaţilor mobili era necesar de a efectua foarte des procedurile hand over, ce se primeau la nivelul MTx

b. neamplasarea BS în locul găsit conform calculului a condus la apariţia unor situaţii cînd o parte din abonaţi nu puteau efectua o legătură calitativă de la BS pe teritoriul căreia celule erau amplasaţi şi erau deserviţi de BS vecine, care nu întodeauna efectuau o comunicaţie calitativă. Însă în majoritate cazurilor BS era amplasată la o distanţă de 20÷25% de la cea care era calculată.

Tema: Sistemul de telefonie celulară NMT- Nordic Mobile Telephone

§ Noţiuni generale. Caracteristicile de bază ale sistemului NMT.

Există 2 variante de realizare a sistemului NMT: NMT 450 şi NMT 900.

Sistemul NMT este primul sistem complet automatizat în care a fost efectuată decentralizarea parţială a funcţiilor de bază. NMT – este un sistem analogic cu utilizarea tehnologiei de acces FDMA.

Caracteristicile tehnice de bază a NMT 450 sunt:ΔF1 = 453÷457,5 MHzΔF2 = 463÷467,5 MHzΔF = 4,5MHzΔFd = 10MHzΔfc = 25(20)kHzN1 = ΔF1 / Δfc = 180 canaleN2 = ΔF2 / Δfc = 225 canale

Caracteristicile tehnice de bază a NMT 900 sunt:ΔF1 = 890÷915 MHz = 25MHzΔF2 = 935÷960 MHz = 25MHzΔFd = 45MHzΔfc = 25(12,5)kHzN1 = ΔF1 / Δfc = 1000 canaleN2 = ΔF2 / Δfc = 2000 canale

45

Iniţial sistemul NMT a fost implimentat şi inventat în 1978, însă din cauza creşterii mari a numărului de abonaţi acest sistem s-a „săturat” foarte repede şi de aceea în 1986 a fost implimentat sistemul NMT 900, care în afară de numărul mărit de canale permitea de a realză şi o parte de funcţii noi.

§ Structura sistemului NMT. Principalele unităţi şi funcţiile lor

Schema bloc simplificată a sistemului NMT este:

Elementele componente ale schemei sunt:CT – centrala de tranzitCL – centrala localăI – interfaţa MSC – centrul de comutaţie a abonaţilor mobiliAT – arie de trafic

Sistemul NMT constă din:1) MSC2) BS3) ME4) Linii de legătură:

a. între MSC şi PSTN, care sunt realizate prin cablub. între MSC şi BS în care se utilizează semnalul de frecvenţă înaltă, care

se realizează prin cablu alectric sau fibră optică

Schema bloc a MSC simplificată este următoare:

46

CT MSC 1

BS1BS2 BS3

ME

AT1

CL CT MSC 2 BS4 BS5 BS6

ME

AT3

AT2

AT4 AT5

PSTN PLMN

I

PSNT PLMNTSS GSS MTS CP

care constă din:TSS – Telephony Subsystem GSS – Group Switched SubsystemMTS – Mobile Telephone Subsytem

Funcţia de bază a MSC o efectuează GSS, unde se realizeată comutaţiile necesare. Blocurile TSS şi MTS reprezintă interfeţe TSS cu PSTN, MTS cu PLMN. În TSS (şi din TSS) sunt aplicate semnale de frecvenţă joasă ale reţelei PSTN. În MTS (şi din MTS) se aplică semnale de frecvenţă înaltă pe purtătoare utilizate şi de BS. BS asigură comunicarea radio cu ME, subcoordonarea MSC, efectuează modularea semnalelor primite de la MSC şi emiterea lor în eter; demodularea semnalelor primite de la ME şi transmiterea lor spre MSC, căutarea ME, alocarea canalelor de trafic, subcoordonarea de către MSC. Fiecare BS poate utiliza 1÷40 canale de trafic şi unul sau două canale de căutare. Teritoriul deservit în sistemul NMT se împarte în arii de trafic, fiecare din ele poate coţine 4÷64 BS. Un MSC poate deservi 1÷8 arii de trafic. Pentru fiecare canal radio BS conţine emiţător/receptor ce funcţionează la o antenă comună. BS conţine echipamente de supraveghere şi control parţial al funcţionării. O BS poate acoperi celule cu razele între 1÷40km pentru NMT 450 şi 0,5÷20km pentru NMT 900.

Se pot utiliza următoarele tipuri de ME: care funcţionează în regim normal ce funcţionează cu priorităţi portabile în regim de telefon public

§ Funcţionarea sistemului NMT

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 markate cu un semnal special de canale de căutare.

3. Canale de acces – (numai la NMT 900) sunt canalecare au rolul de a transmite un apel de la ME spre BS pentru obţinerea unui canal de trafic după

47

recepţia semnalului MSC. Selectează canalul de trafic îl transmite la BS care-l ordonă pe ce canal să se acordeze.

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 conţine informaţia temporară despre abonaţii ce se află pe o perioadă de timp pe teritoriul dat.

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

§ Supervizarea şi controlul reţelei

Supervizarea calităţii legăturii: se efectuează pe parcursul derulării conversaţiei şi consată din 2 proceduri:

1. măsurarea la BS a nivelului semnalului recepţionat de la ME

48

MSC-H

MSC-V

AT AT

AT

Standby ME-MSC

Urmarirea

Conversaţie Sfîrşt de convorbire

MSC → →ME

Hand over

Întreruperia forţată convorbirei

ON OFF

2. măsurarea raportului semnal/zgomot pentru un semnal special transmis de la BS spre ME şi iîntors 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 canal poate fi sau în celula dată, sau în alta şi în rezultat se efectuează hand over-ul

3) Nu se ia nici o măsură şi convorbirea continue pînă la întreruperea forţată

Semnalul special transmis pe canalul de trafic de către BS spre ME este unic pentru BS dată, însă diferit pentru BS vecine, semnalul dat este Δφ şi are următoare valori:

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 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 continue 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 al 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

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-n 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

49

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 posibilitate de accesare a serviciului, şi se eliberează un canal de trafic după care procedura de apel este transmisă sau spre PSTN, sau spre PLMN. În cazul legăturii cu abonatul PLMN preventiv se află poziţia lui pentru a determina aria de trafic în care va fi transmis apelul.

Localizarea, actualizarea poziţiei, rouming, controlul identităţii ME: Localizarea – este procedura de aflare a pozoţiei ME pentru a determina aria de transmitere a paelului. Pentru localizare se transmite un apel special cu un identificator al ME apelate pe aria de trafic în care se află ME. Dacă informaţia despre aria de trafic lipeşte, atunci apelul este transmis în aria MSC. ME recepţionează apelul cu un număr de identificare al său ce răspunde către BS, dacă peste un timp oarecare către MSC nu provine nici un răspuns de la ME prin BS corespunzătoare apelul se repetă. Această procedură poate avea 3÷5 încercări. Dacă răspunsul nu apare apelul este refuzat. Actualizarea poziţiei – constă în menţinerea informaţiilor despre schimbarea actuală a poziţiei ME în reţeaua PLMN. Această procedură se efectuează automat în regimul stad by al ME. Rouming – toate datele dspre abonatul înregistrat în reţeaua se păstrează în MSC-H. ME se poate deplasa pe teritoriul întregii reţele şi în cazul cînd nimereşte pe o arie deservită de MSC-V oarecare prin schimbul de informaţie cu cea mai apropiată BS permite la MSC-V să primească informaţia despre acest ME de la MSC-H. În acest caz la apariţia apelului, care iniţial permanent nimereşte la MSC-H, la apariţia apelului MSC-H va transmite apelul la MSC-V. La deplasarea MSC pe teritoriul unui nou MSC-V se va efectua înregistrarea ME pe acest nou teritoriul, informaţia va fi salvată în MSC-H şi el va transmite comanda de ştregere a infdormaţiei despre ME dat din MSC precedent. Apelul de la abonatul mobil – pentru a iniţia o convorbire sau a avea acces la un serviciul reţelei NMT abonatul mobil formează numărul corespunzător. Apelul este transmis pe un canal de acces către BS. BS recepţionînd apelul analizează categoria abonatului şi află dacă el are acces la serviciul dat. După aceea BS solocită o parolă de acces şi dacă ME transmite automat parola corectă, atunci BS începe procedura de alocare a unui canal de trafic liber şi pe care se efectuează conectarea, apelul rămîne în reţeaua mobilă sau este transmis în PSTN în dependenţă de numărul format de abonatul mobil. Comutarea legăturii se efectuează prin MSC-V sau MSC-H. În cazul cînd apelul este destinat altui abonat mobil se efectuează procedura de localizare a ME chemat. Capacitatrea reţelei NMT – sub noţiunea de capacitate se subînţelege numărul de abonaţi ce pot fi deserviţi cu o probabilitate de blocare(2%) a apelului dat. În sistemul NMT capacitatea este limitată de 2 factori:

1) Capacitatea sistemului de comutare

50

2) Capacitatea de trafic a subsistemului radio (numărul total de canale radio utilizate în sistem, numărul de canale repartizat fiecărei celule, principiu de alocare a canalelor de apel şi acces, numărul de celule, dimensiunile celulelor, posibilitatea de reutilizare a frecvenţei, timpii de acces, conectarea şi distrugerea conexiunii)

Pentru o utilizarea mai eficientă a spectrului radio sistemul NMT sunt realizate: În zonele urbane – sistemul NMT 900 ce permite realizarea celulelor

cu dimensiunile mai mici şi de deservire a unui număr de abonaţi mai mare

În zonele ruralr – sistemul NMT 450, din cauza că poate realiza celule de rază mai mare, acoperi teritorii mai mari cu un trafic mai mic.

O importanţă deosebită o au :a. Timpul de realizare al apelului de la BS spre ME cce 1secb. Timpul de apelare de la ME spre BS care constă din

transmiterea informaţiei pe canalul de apel cu durata de aproximativ 1sec şi timpul de alocare a canalelor liber de trafic

c. Timpul realizării procedurii hand over pentru NMT 450 este de 1sec, iar pentru NMT 900 de 0,3sec

d. Distrugerea legăturii este aproximativ de 0,75sec Serviciile în sistemul NMT sunt de 2 tipuri:1) Servicii pentru abonat, care sunt:

Codarea apelului Direcţionarea apelului către un alt număr Transferul legăturii sub controlul abonatului apelat către un lat partener Interceptarea apelului pentru urmărirea apelurilor rău voitare Respectarea unei cereri de a nu fi deranjat Informarea unui abonat ce se află într-o convorbire în desfăşurarea despre

sosirea unui nou apel şi posibilitatea manipulării lui Dezactivarea tuturor serviciilor

2) Servicii ce se referă la organizarea şi gestionarea funcţionării reţelei: Măsurarea puterii semnalului de la ME pentru efectuarea hand over-ului Redirecţionarea apelului către un alt număr în cazul lipsei canalelor radio(de

trafic) libere Urmărirea permanentă a ME Divizarea abonaţilor pe categorii Rezerve de canale pentru abonaţii cu priorităţi

§ Traficul în reţele NMT

Numerele telefoanelor mobile NMT: Pentru a pute fi apelat fiecare abonat mobil trebuie să aibă un număr unic şi acest număr este format la apelarea lui şi serveşte ca identificator pentru calculul timpului utilizat în reţea. În sistemul NMT numărul abonaţilor are următoare structură:

51

PNM1M2X1X2X3X4X5X6

unde: PN – este aria MSC-H; M1,M2 – sunt numerile ariei de trafic; X1...X6 – sunt numerile al abonatului.

Pentru apelarea unui abonat mobil de la alt abonat din reţea PSTN trebuie formate următoarele numere:

Profilul traficului: Intensitatea traficului variază în dependenţă de amplasarea celulei, anotimpului anului, pe durata zilei. Profilul operaţional a sistemei NMT reprezintă durata de utilizare de echipament a sistemei, din acest punct de vedere pot fi caracterizate următoarele echipamente:

a) MSC – funcţionează practic 100% din durata unei zile, se află sub sarcina de control şi întreţine legătura cu BS la un nivel calitativ şi împre3ună cu ele efectuează urmărirea fără întrerupere a tuturor ME, funcţionează la tensiune relativ stabilă şi în condiţii termice stabile.

b) BS – funcţionează 100% din durata unei zile, dar nivelurile de ieşire ale BS cresc pe perioada apariţiei semnalelor utile; de regulă, canalul radio se află în funcţiune aproximativ de 50% din timp(2 vorbitori)

c) Staţia mobilă – timpul de funcţionare este foarte mic, depinde de necesităţile şi posibilităţile abonatului, de obicei funcţionează aproximativ pe 40% la emisie în timpul unei convorbiri

d) Linie de transmisiune – între MSC şi BS funcţionează 100%, între BS şi ME doar la apelarea într-o direcţie sau alta

Tema: Sistemul de comunicaţii mobile GSM-Global System Mobile Communication

§ Noţiuni de bază. Caractreristicile tehnice de bază.

52

PNM1M2X1X2X3X4X5X6 PNM1M2X1X2X3X4X5X6 X1X2X3X4X5X6 ZX1X2X3X4X5X6 Z X1X2X3X4X5X6

MSC BS

CL CT PLMN MEPSTN

Sistemul GSM a fost elaborat ca un sistem pan-european, dar în ziua de azi se utilizează larg în toată lumea. Reprezintă un sistem de generaţia a 2-a digital, a fost implementat în 1991. GSM are o capacitate de pînă la 10 ori mai mare decît sistemele de comunicaţii mobile analogice din următoarele cauze:

1) Înlocuirea transmisiunii semnalului vocal, ce efectuează o modulaţie analogică purtătoare cu modulaţia digitală a purtătoarei canalului, aceasta a permis de a micşora relaţia semnal/zgomot pentru transmiterea calitativă a semnalului şi de asemenea a permis de a micşora cu mult distanţa de reutilizare a frecvenţei

2) Introducerea controlului puterii de emisie la ME şi BS, transmisiunea discontinue a semnalului, utilizarea saltului de frecvenţe

3) Utilizarea metodei de acces TDMA, ce presupune iniţial divizarea benzii alocate de frecvenţe în benzile de canal şi divizarea funcţionării acesteia , de obicei fiecare slot este acordat pentru comunicaţie într-un singur sens unui singur abonat.

GSM extinde funcţia de mibilitate la nivelul abonatului şi efectuează cîteva etape de securizare a informaţiei.1 etapă – cifrarea informaţiei pe canalul radio după un algoritm şi o cheie specială2 etapă – utilizarea obligatorie în reţelele GSM a cartelei SIM(modul de identificare a abonatului) accesul la care se face printr-un cod PIN(numărul de identificare a abonatului).

În GSM se efectuează controlul echipamentelor mobile utilizate în reţea pentru aceasta la fiecare acces al reţelei reţeaua controlează IMEI (Interntional Mobile Equipmrnt Identity).

Sistemul GSM este realizat în 2 variante: GSM 900 şi GSM 1800.

Pentru GSM 900 sunt utilizate următoarele benzi de frecvenţe:ΔF1 = 890÷915MHzΔF2 = 935÷960MHzΔF = 25MHZΔfc = 200kHz = 0,2MHz

În fiecare bandă se utilizează 2 benzi de protecţie, fiecare din această bandă are o lăţime de Δfc/2 = 100kHz la extremele benzii.

Numărul de canale este N = ΔF1/ Δfc = 125-1 =124 canaleSitemul GSM 900 poate deserve zeci÷sute mii de abonaţi.

Planul de frecvenţe are următoare formă:

53

1 2 123 124

1 2 123 124

f,MHz

f,MHz

1 1 f,MHz

ΔFd = 45MHz

ME→BS

BS→ME

890 915

935 960canal duplex 1

§ Arhitectura reţelei GSM

Arhitectura reţelei GSM are următoare structură:

Sistemul GSM constă din 3 subsisteme:1. RSS – Radio Subsystem2. NSS – Network and Switching Subsystem3. OMS – Operating and Switching Mentinance Subsystem

La rîndul său RSS conţine următoarele elemente:1) ME – obligatoriu trebuie să aibă cartela SIM2) BTS – Base Transiever System (sistem de emisie/recepţie de bază)3) BSC – Base Station Controler (controlerul BS)

La rîndul său NSS conţine următoarele elemente:

54

OMC NMC

OMS

BTS

BTS

BTSBSC

BSS

ME Um

SIM

BSS

BSS

RSSEIR VLR HLR

MSCXC IWF EC

AuC

MSCXC IWF EC

NSSX.25

Abis

A

F B

E

PSTNISDN

1) MSC – la care se conecteazăa) XC – transcoderul ce efectuează conversia semnalului radiob) IWF – Interworking Function – funcţie de interconectarec) EC – EchoCanceler – suprimator de ecou

2) EIR – Equipment Identity Register3) VLR – Visitor Locaton Regiter (registru de localizare a vizitatorilor)4) HLR – Home Location Register (registru de localizare a abonaţilor proprii)5) AuC – Autentification Center (centru de autentificare)

La rîndul său OMC conţine următoarele elemente:1) OMC – Operating and Mentinance Center2) NMC – Network Management Center

§ Subsistemul radio RSS

RSS constă din 2 elemente de bază: ME şi BSS. Echipamentul mobil - Sistemul GSM face destincţie între abonatul mobil şi echipamentul mobil. Echipamentul mobil este identificat prin IMEI, iar abonatul mobil. De obicei, este identificat de cartela SIM utilizată în acest ME. IMEI este un număr internaţional înregistrat într-o memorie de tip ROM a echipamentului mobil. Pentru ca în reţea să fie admise doar echipamentele ce corespund cerinţelor tehnice a reţelei sau pentru prevenirea utilizării echipamentelor furate de fiecare dată cînd se efectuează înregistrarea în reţea a abonatului cu echipamentul dat se efectuează şi procedura de autentificare a abonatului şi echipamentului.(Abonatul prin numărul de pe cartela SIM, iar echipamentul prin IMEI care este transmis automat către BS) Cartela SIM conţine informaţii necesare pentru conectarea unui abonat la reţeaua şi o parte din informaţii poate fi modificată, iar pe altă parte rămîne constant pe toată perioada utilizării cartelei SIM. Accesul la echipamentele se face printr-un număr pin(parolă). Cartela SIM este implicată în funcţiile de autorizare, secretizare a informaţiei(se conţine o cheie de descifrare), administrarea apelurilor în reţea de origine şi cea vizitată se utilizează ca baza de date. În cartela SIM se mai înscrie numărul TSME(Temporaly Subscible Mobile Equipment). În cartela SIM se înscriu informaţii despre aria de localizare în care se află abonatul. BSS – reprezintă interacţiunea dintre 2 elemente de bază: BTS şi BSC. BTS funcţionează în radiofrecvenţă şi efectuează legătura directă cu echipamentul mobil prin intermediul semnalelor prelucrate în TDMA şi FDMA. BSC reprezintă o unitate de control, care efectuează managementul resurselor radio la toate BRS subordonate.

55

BTS conţine cîte o unitate de emisie/recepţie pentru fiecare canal alocat. Capacitatea maximă a BTS este de 16 purtătoare. O configuraţie a BTS pentru zonele urbane conţine 4 purtătoare ceea ce permite conectarea simultană. În sistemul GSM nu există o alocare fixă a canalelor radio utilizate de BS, însă se utilizează o alocare hibridă. În BSC se conţine uncomutător care efectuează comutarea liniilor de abonat dsin afara reţelei mobile cu canalele radio, de aceea BSC trebuie să susţină 2 interfeţe. În interiorul BSS legătura între echipamentele se face prin linii PCM cu viteză de 2Mbps. BTS se conectează la BSC prin protocolul Abis, însă arhitectura de conectare poate fi foarte diversă şi anume: magistrala, stea, ierarhică, etc.

§ Subsistemul reţea NSS

Subsistemul reţea conţine o diversitate largă de echipamente ca funcţie realizate. MSC – prezintă un centru de comutaţie abonaţilor mobili, este un echipament ce realizează legătura dintre abonaţii mobili şi alte reţele, interacţionează cu celelalte echipamente prin 5 interfeţe diferite. MSC supraveghează stabilirea apelurilor şi procedurile de rutare a apelurilor în interiorul reţelei, efectuează funcţii de taxare, toate statisticile în reţea, conversia numerotării la efectuarea apelurilor. MSC efectuează următoarele funcţii tipice pentru reţeaua celulară:

1) Lista tuturor angajaţi în momentul dat într-o comunicaţie(apelaţi şi apelanţi)2) Procedura de protecţie contra utilizatorilor neînregistraţi utilizînd pentru

aceasta secretizarea informaţiei şi identificarea abontului3) Iniţierea şi supravegherea procedurilor de transfer, localizare pentru apelurile

cu abonaţii din alte reţele Un MSC cu VLR alocat poate deservi cîteva zeci de mii de abonaţi cu un trafic mediu de 0,025Erlangi. AuC – este responsabil de procesul de autorizare a unui abonat la conectarea lui la reţea. Procesul de identificare a autencităţii abonatului se face de fiecare dată cănd echipamentul mobil este pornit la reţea. În acest caz BTS recepţionează semnalele ME şi transmite în direcţia ME un semnal RAND. ME recepţionează semnalul RAND, îl multiplică cu cheia de discifrare din SIM obţine semnalul SRES care se transmite în direcţia BTS fiind prelucrat cu un algoritm A5 aceleaşi calcule şi prelucrări se fac în BTS asupra RAND. Dacă rezultatele obţinute la prelucrarea RAND în BTS coincid se consideră că audentificarea este corectă şi abonatul are acces la servicii corespunzătoare. Audentificarea se face printr-un canal de semnalizare.

§ Baze de date – registrele

56

În sistemul GSM există 3 baze de date:1. HLR2. VLR3. EIR

Aceste baze reprezintă nişte noduri de prelucrare specială a datelor în rezultatul cărora se efectuează administrarea informaţiilor de abonat şi urmărirea localizării abonaţilor şi echipamentelor mobili.

HLR – baza de date pentru parametrii abonaţilor înregistraţi în partea dată de reţea. Unele informaţii în această bază sunt introduse doar pentru prima dată în momentul înregistrării, nu se modifică şi nu se pot şterge. Alte date sunt dinamice şi se modifică pe parcursul deplasării abonatului în reţea. O reţea poate avea mai multe HLR fiecare din ele deţinînd o parte din informaţii despre abonaţi. Întotdeauna un abonat va aparţine doar unui HLR. Fiecare abonat în momentul apelării va fi înregistrat şi în VLR corespunzător. Totdeauna la efectuarea unui apel de către un abonat mobil informaţia despre acest abonat este citită din HLR corespunzător şi orice apel către abonatul mobil dat este dericţionat iniţial către HLR, unde a fost înregistrat pentru a afla poziţia lui dată. În cazul cînd abonatul se află pe teritoriul deservit de către alt MSC rutarea apelului către abonat se face prin acel MSC în care a fost înregistrat abonatul şi este indicat numărul VLR deservit de alt MSC al reţelei. VLR – conţine o copie a informaţiei HLR despre toţi abonaţii care la momentul dat se află pe teritoriul deservit de VLR coresăunzător. VLR este un registru, ce iniţiază procesul de acordare a unui număr temporar unui abonat, pe care îl trimite spre HLR, acest număr temporar pe periade reduse de timp poate fi modificat periodic.GSM oferă opţiunea de a modifica numărul la oarecare apel. În GSM celulele sunt grupate după arie de localizare şi această arie poate conţine pînă la 30 de celule. Un VLR poate gestiona mai multe arii de localizare. La deplasarea abonatului dintr-o arie de localizare în alta VLR corespunzător transmite spre HLR informaţia despre modificarea ariei de localizare a abonatului, cînd abonatul iese din aria de origine reţeaua alocă abonatului dat un număr flotant(MSRN). MSRN este utilizat pentru a putea direcţiona apelurile în reţea şi se alocă pentru a putea deosebi abonatul reţelei de origine deabonatul altei reţele.

EIR – este o bază de date pentru validarea ME prin IMEI, această bază conţine date despre echipamente ce sunt grupate în 3 liste:

1) Lista albă – în care se conţine informaţia despre IMEI care sunt acceptate să lucreze în reţea.

2) Lista neagră – în care se conţin toate IMEI care nu sunt acceptate în reţea3) Lista gri – în care se conţin toate IMEI a echipamentelor care au probleme

57

§ Module funcţionale ale NSS

Pentru interacţiunea tuturor componentelor reţelei mobile în NSS se utilizează 3 module:

1. XC2. IWF3. EC

Transcoderul – modulul XC se utilizează pentru efectuarea conversiei semnalelor PCM cu viteza de 64kbps în semnalul pentru transmisiunea pe interfaţa radio cu viteza de 13kbps. Pentru efectuarea conversiei semnalului transmis în canalul GSM cu viteza de 13 kbps se completează cu aşa numitele biţii albi(fără informaţie) pînă la 16kbps, aceasta permite de a grupa pe o linie telefonică 4 canale radio şi de a obţine sumar vităza de 64kbps(adică viteaza utilizată pentru transmiterea datelor în afara reţelei GSM). În acest caz pentru realizarea vitezei de 2Mbps, care este utilizată pe canalele PCM se grupează 30 canale cu viteza de 64kbps sau 120 canale cu viteza de 16kbps. Interconectarea transcoderului cu alte unităţi a reţelei mobile este are următoarea structură:

Modulul IWF este utilizat pentru accesul abonatului la funcţii de conversia protocolului de prelucrare şi conversie de viteză de transmitere, aparţinănd echipamentelor terminale mobil şi fix. Modulul IWF conţine un anumit număr de modeme şi la apariţia unui ape către abonat mobil IWF selectează un modem concret prin care se efectuează transmiterea corespunzătoare. Acest modul asigură diverse interfeţe pentru interconectare cu echipamentele reţelei. Modulul EC este utilizat în sistemul GSM la diferite nivele la care se efectuează diverse codări şi decodări de informaţie ce duce la apariţia unui timp de reţinere/întîrziere ce poate ajunge la 80msec maximum, această întîrziere a semnalului vocal realizează un efect neplăcut ce seamănă cu un defect al reţelei PSTN. De asemenea la trecerea semnalului din reţele mobile în fixă se efectuează trecerea de transmitere de la 4 la 2 fire.

Schema de structură de conexiunea modulului EC şi acţiunea lui este următoarea:

58

MSC XC BSS30*64kbps 120*64kbps

BSS MSC EC SD

PLMN

PSTN

EC poate elimina un ecou cu o întîrziere de pînă la 68msec şi funcţional EC reprezintă un defazor cu o întrecere, adică permite de a mişca faza semnalului înainte.

§ Subsistemul OMS

Subsitemul OMS conţine 2 elemente de bază:1. OMC – care poate fi unul sau mai multe2. NMC – care poate fi doar singur

OMC reprezintă echipamente de comandă şi supervizare pentru toate celelalte unităţi ale reţelei, urmărindu-se concomitent şi calitatea tuturor serviciilor în reţeaua OMC este conectat cu toate unităţile reţelei prin X.25. OMC efectuează următoarele funcţii principale:

1) Funcţii de prelucrare – ce constau în culegerea informaţiei de la toate unităţile reţelei, memorarea acestor informaţii şi prelucrarea lor, în rezultat poate fi realizată o funcţie de comandă sau control asupra oarecarei intetăţi sau informaţia dată poate fi transmisă spre NMC

2) Funcţii de gestionare a defectelor – în depistarea intetăţilor defecte şi repunerea lor manuală sau automată în funcţiune

3) Funcţii de întîrziere – ce permit controlul volumului de trafic4) Funcţii degestionare a performanţelor – permit efectuarea statisticelor

şi analizei lor5) Funcţii de gestiune a programelor – pot fi mai multe variante de

programe şi se selectează una din ele6) Funcţii de gestionare de informaţii configurate – în cazul dat OMC

poate efectua funcţia de citire a configuraţiei fiecărei unutăţi funcţionale şi mai poate efectua reconfigura unitaţilor şi reţelei.

NMC – reprezintă nivelul ierarhic superior de dirijare şi întreţinere în stare funcţională a tuturor elementelor sau unităţilor. NMC efectuează realizări de semnal de dirijare în rezultatul analizei informaţiei recepţionate de la OMC. Funcţiile NMC sunt echivalente celor OMC, însă pentru reţeaua dată reprezintă funcţii globale. Cele mai importante funcţii sunt:

a) Gestiunea traficului la nivelul de reţea, în acest caz NMC depistează cu supratrafic şi poate efectua deservirea apelurilor cu prioritate sau poate efectua refuzul unui număr de apeluri mai mare ca cel stabilit.

b) Supravegherea trunchiurilor de canale şi liniilor de semnalizarec) Controlul traficului la nivelul local; în cazuri extreme NMC prin

intermediul OMC poate efectua dirijarea deservirei traficului prin redistribuirea canalelor în celulă

NMC poate realiza funcţiile de sinteză a reţelei şi de aceea este foarte des utilizată la dezvoltarea reţelei sau la reconfigurarea ei.

59

§ Numerotarea în sistemul GSM

În sistemul GSM există 4 metode de adresare către abonatul mobil în dependenţă de segmentul reţelei pe care se efectuează adresarea către abonatul mobil. Adresarea utilizează următoarele numere:

1. IMSI – International Mobile Subscrible Identity – numărul internaţional a abonatului mobil – are semnificaţie doar în interiorul reţelei, nu se modifică niciodată.

2. TMSI – Temporary Mobile Subscrible Identity – numărul temporar a abonatului mobil – se utilizează doar pe segmentul transmiterii de la BS spre ME

3. MSISDN – Mobile Subscrible ISDN – se utilizează pentru identificarea abonatului în exteriorul reţelei mobile

4. MSRN – Mobile Subscrible Rouming Number – numărul flotant al abonatului mobil – se atribuie doar pe durata unei conexiuni al abonatului mobil şi are funcţie de a dirija apelul prin centrul de comunicaţie

IMSI – este transmis foarte rar prin reţea din cauza menţinerii nivelului secretizării informaţiei, este folosit în unele cazuri pentru apelarea abonatului mobil cînd în reţeaua nu se utilizează TMSI. IMSI constă din cel mult 15 cifre şi are următoare structură:

Unde MCC – Mobile Country Code – codul mobil al ţării MNC – Mobile Network Code – codul mobil al reţelei MSIN – Mobile Subscrible Identity Number – numărul de identificare a abonatului mobil h1,h2 - numere HLR unde a fost înregistrat abonatul mobil

De obice, HLR unde a fosz înreistrat abonatul mobil primeşte iniţial orice apel către acest abonat şi transmitere spre poarta de intrare a reţelei, aria de localizare a abonatului mobil în momentul dat (VLR corespunzător).

60

h1 h2 MSIN

1b 1b 10b

MCC

3b

MNC

2b

IMSI