CAPITOLUL VIII SISTEME DE COMUNICAŢII RADIO MOBILE
8.1. PROPAGARE RADIO, CANAL RADIO MOBIL. În anii 1950-1960 când au fost modelate pentru prima dată mecanismele canalelor cu
fading (fluctuaţii), aceste idei au fost aplicate iniţial comunicaţiilor dincolo de orizont, care cuprind
o gama largă de benzi de frecvenţă. Pentru comunicaţiile ionosferice se utilizează banda de
frecvenţe înalte HF (high frequency) de la 3-30 Mhz iar pentru împrăştierea troposferică se
folosesc benzile 300-3Ghz UHF (Ultra High Frequency) respectiv 3-30 Ghz SHF (Super High
Frequency).
Primele modele ne sunt încă destul de utile în caracterizarea efectelor fadingului în
sistemele de comunicaţii numerice mobile, deşi fadingul în sistemele radio mobile este oarecum
diferit decât cel din canalele troposferice şi ionosferice. de faţă se ocupă de fadingul Rayleigh,
din banda UHF care afectează sistemele mobile cum sunt sistemele de comunicaţii celulare
prezentând principalele tipuri de fading şi degradări.
In studiul sistemelor de comunicaţii, punctul uzual de pornire, pentru înţelegerea relaţiilor
referitoare la performanţele de bază ale acestora îl reprezintă canalul clasic cu zgomot gaussian
alb aditiv AWGN (Additive White Gaussian Noise), cu eşantioane de zgomot gaussian statistic
independente care afectează eşantioanele de date, neafectate de interferenţa intersimbol ISI
(Inter Symbol Interference), zgomotul termic din receptor reprezentând motivul principal al
degradării performanţelor. De nenumărate ori însă, interferenţa externă recepţionată de antenă
este mai importantă decât zgomotul termic. Această interferenţă externă poate fi uneori,
caracterizată ca având un spectru larg şi se cuantifică printr-un parametru numit temperatura
antenei. Zgomotul termic are de obicei, o densitate spectrală de putere plată în banda semnalului
şi o tensiune gaussiană având funcţia densităţii de probabilitate de medie nulă. Următorul pas în
modelarea sistemelor practice este introducerea filtrelor limitatoare de bandă. Filtrul din
transmiţător serveşte de obicei la satisfacerea unor cerinţe referitoare la conţinutul spectral. Filtrul
din receptor este deseori folosit ca un “filtru adaptat“ la banda semnalului.
Din cauza proprietăţii filtrelor de a limita banda şi a distorsiona faza, este necesară o
proiectare specială a semnalului şi tehnici de egalizare pentru a evita ISI introdusă de filtre.
Dacă nu sunt specificate caracteristicile de propagare ale canalului radio, se presupune
de obicei că atenuarea semnalului în funcţie de distanţă are loc ca în cazul propagării printr-un
spaţiu liber ideal. Modelul spaţiului liber ideal consideră că regiunea dintre antena transmiţătoare
şi cea receptoare e liber, fără obiecte care ar putea să reflecte sau să absoarbă energia de radio
frecvenţă RF (radio frecvenţă).
220
De asemenea se presupune ca în interiorul regiunii, atmosfera se comportă ca un mediu
uniform neabsorbant, iar suprafaţa solului se consideră infinit de departe faţă de semnalul care se
propagă (sau echivalent, are un coeficient de reflexie neglijabil). In acest spaţiu liber idealizat,
atenuarea energiei RF dintre transmiţător şi receptor are o lege de variaţie pătratică inversă.
Puterea recepţionată în funcţie de puterea transmisă, e atenuată cu un factor (d), numit
pierderea căii sau pierderea în spaţiul liber. Pentru o antena receptoare izotropă acest factor
este:
sL
24
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
λπdLs (8.1)
unde d = distanţa dintre transmiţător şi receptor iar λ = lungimea de undă a semnalului care se
propagă. În cazul în propagării idealizate, poate fi prezisă puterea semnalului recepţionat. În
realitate, propagarea semnalelor are loc în atmosferă şi aproape de pământ, astfel modelul
propagării libere nu este adecvat pentru descrierea canalului şi estimarea performanţelor
sistemului.
În sistemele de comunicaţii mobile fără fir, un semnal ajunge de la transmiţător la
receptor prin canal radio având căi de reflexie multiple (fig. 8.1), fenomen denumit propagare
multicăi. Acest fenomen poate cauza fluctuaţii ale semnalului recepţionat ca amplitudine, fază şi
unghi de sosire, dând naştere terminologiei de fading multicăi (multipath fading).
Fig.8.1. Exemplu de propagare multicale
Scintilaţia - este o altă denumire provenită din radioastronomie, utilizată pentru
descrierea fluctuaţiei multicale cauzată de schimbările fizice ale mediului de propagare, ca de
exemplu variaţii ale densităţii ionilor din stratul ionosferic care reflectă semnalele radio HF de
221
înaltă frecvenţă. Ambele denumiri fluctuaţie şi scintilaţie, se referă la fluctuaţii aleatoare ale
semnalului sau fading datorat propagării multicale.
Diferenţa principală constă în faptul că scintilaţia implică particule (ex: ioni) care sunt mult
mai mici decât lungimea de undă. Modelarea cap la cap şi proiectarea de sisteme care să
atenueze efectul fadingului sunt mult mai dificile decât cele ale unei surse ale cărei performanţe
sunt degradate de AWGN.
8.2. FADING. CLASIFICARE, CARACTERISTICI. 8.2.1. Fading la scară mare şi fading la scară mică. În fig.8.2 este reprezentată o vedere de ansamblu a manifestărilor fadingului în canalele
de comunicaţie. Sunt două tipuri generale de fading care caracterizează comunicaţiile mobile:
fadingul de scară largă si cel de scară mică.
Fadingul de scară largă reprezintă atenuarea puterii medii a semnalului sau pierderea
căii cauzată de mişcarea pe zone mari (blocurile 1, 2 şi 3 din fig.8.2). Acest fenomen e asociat cu
contururile de teren (dealuri, păduri, grupuri de clădiri etc.) aflate între transmiţător şi receptor.
Deseori receptorul e reprezentat ca fiind umbrit de aceste proeminenţe. Statistica fadingului pe
scară largă furnizează o cale de calcul a estimatului pierderii căii în funcţie de distanţă.
Acesta apare ca o pierdere medie a căii (o lege de puterea n) şi o variaţie, în jurul mediei, de tip
log-normal.
Fadingul de scară mică se referă la schimbări dramatice ale amplitudinii şi fazei
semnalului cauzate de modificări mici de poziţie (de ordinul unei jumătăţi de lungimi de undă) în
separarea spaţială dintre emiţător şi receptor. După cum se vede în fig.8.2 (blocurile 4,5 şi 6)
fadingul de scară mică se manifestă prin două mecanisme şi anume împrăştierea în timp a
semnalului (sau dispersarea semnalului) şi comportarea variabilă în timp a canalului. Pentru
aplicaţii radio mobile, canalul e variabil în timp din cauză că mişcarea dintre transmiţător şi
receptor duce la modificări ale căii de propagare. Viteza de schimbare a acestor condiţii de
propagare contează pentru rapiditatea fadingului (rata de schimbare a fedingului). Fadingul de
scară mică e numit şi fading Rayleigh deoarece atunci când, căile rezultate prin reflexie sunt
numeroase şi nu există o componentă de cale directă LOS (Line-Off-Sight), anvelopa semnalului
recepţionat e descrisă statistic printr-o funcţie cu densitate de probabilitate de tip Rayleigh.
Atunci când e prezentă componenta dominantă de semnal nefadat, în cazul căii de
propagare directă LOS, anvelopa fadingului de scară mică e descrisă de o funcţie cu densitate de
probabilitate Rice-ană. Mobilul radio, care se deplasează pe zone mari trebuie să proceseze
semnale afectate de ambele tipuri de fading: fadingul de scară mică suprapus peste fadingul de
scară largă.
Propagarea semnalului în sistemele de comunicaţii mobile, este influenţată de trei
mecanisme: reflexia, difracţia şi împrăştierea.
222
• reflexia apare când unda electromagnetică ce se propagă, cade pe o suprafaţă netedă
de dimensiuni foarte mari comparativ cu λ , lungimea de undă a semnalului de radio
frecvenţă RF.
• difracţia apare când calea radio dintre transmiţător şi receptor e obstrucţionată de un corp
dens, de dimensiuni mari comparativ cu λ generând unde secundare în spatele
corpului obturant
Difracţia este un fenomen care contează pentru energia RF care circulă între transmiţător şi
receptor fără cale directă de propagare LOS. Difracţia e deseori numită umbrire deoarece câmpul
rezultat prin difracţie poate ajunge la receptor chiar şi atunci când receptorul e umbrit de un corp
impenetrabil din punct de vedere electromagnetic.
• împrăştierea (scattering) apare când unda radio cade pe suprafeţe rugoase mari sau
când cade pe o suprafaţă cu dimensiuni comparabile cu λ sau mai mici, ceea ce
determină reflectarea energiei de RF în toate direcţiile. În mediul urban corpurile tipice
care cauzează difracţia sunt stâlpii felinarelor, tăbliţele cu numele străzilor şi frunzişul.
Se analizează fadingul de scară mică, cu cele două forme: împrăştierea în timp a semnalului
(dispersia semnalului) şi natura variabilă în timp a canalului. Analiza se face în domeniul timp şi
în domeniul frecvenţă (fig.8.2, blocurile 7, 10, 13, 16). Pentru dispersia semnalului tipurile de
degradare cauzate de fading sunt clasificate ca fading selectiv în frecvenţă, respectiv fading
neselectiv în frecvenţă (plat) (blocurile 8, 9, 11, 12). Pentru manifestările variabile în timp;
degradările produse de fading se clasifică în: fading lent, respectiv fading rapid (blocurile 14, 15,
17, 18), etichetele care indică transformările Fourier.
223
. Manifestări ale
canalelor cu fading
Fadingul de scară largă datorat mişcărilor pe zone
mari
Fadingul de scară mică datorat modificărilor mici de
poziţie
Atenuarea mediei semnalului funcţie
de distanţă
Variaţii în jurul mediei
Împrăştierea în timp a semnalului
Variaţia în timp a canalului
Descriere în domeniul timp
Descriere în domeniul frecvenţă
Descriere în domeniul
timp Descriere în
domeniul deplasării Doppler
Fading selectiv în frecvenţă
Fading plat
Fading rapid
Fading lent
17 18
16 10 137
5 63
2
1 4
Fourier
Transf.
Fourier
Transf.
Duale
Duale
1411 12
8 9
15
Fading
selectiv în frecvenţă
Fading plat
Fading rapid
Fading lent
Fig.8.2 Manifestări ale canalelor cu fading
224
În fig.8.3 sunt prezentate diferitele contribuţii care trebuie luate în considerare când se
estimează pierderea pe cale pentru analiza „bugetului” legăturii de comunicaţie în aplicaţiile
celulare.
Aceste contribuţii sunt:
• pierderea medie a căii ca funcţie de distanţă, cauzată de fadingul de scară
largă.
• variaţii apropiate de cazul cel mai defavorabil a pierderii medii a căii (tipic 6-10 dB), sau
marginea fadingului pe scară largă.
• cazul aproape cel mai defavorabil Rayleigh, sau marginea fadingului de scară mică (tipic
20-30 dB).
Notaţia „~ 1-2%” indică o zonă (probabilitate) sub zona de sfârşit (coadă) a fiecărei funcţii
densitate de probabilitate, ca obiectiv de proiectare. Astfel, totalul până la marginea indicată se
doreşte să furnizeze o putere a semnalului recepţionat de 98-99% din fiecare tip de variaţie a
fadingului (de scară mare sau mică).
Marginile fadingului de
scară mare
Marginile fadingului de
scară mică
Fading Rayleigh
Puterea recepţionată
~(1-2)%
~(1-2)%
Pierderea medie a căii
0
Puterea transmisă
Staţia mobilă Distanţa
Fading de scară largă log-normal
Fig.8.3. Consideraţii asupra „link-budget” pentru canale cu fading
Semnalul recepţionat, r(t) e descris, în general în funcţie de semnalul transmis, s(t), în
convoluţie cu hc(t), răspunsul la impuls al canalului. Neglijând efectul zgomotului, putem scrie :
r(t) = s(t) * hc(t) (8.2)
225
unde „*” denotă convoluţia. În cazul comunicaţiilor radio mobile, r(t) poate fi exprimat prin două
variabile aleatoare:
r(t) = m(t) · r0(t) (8.3)
unde m(t) e componenta de fading de scară largă, iar r0(t) e componenta de fading de scară
mică. Uneori m(t) e denumit medie locală sau fading log-normal deoarece mărimea
(magnitudinea) lui m(t) e descrisă printr-o funcţie cu densitate de probabilitate de tip log-normală
sau echivalent, (mărimea măsurată în decibeli are o pdf Gaussiană). La fel r0(t) e uneori numită
fading multicăi sau fading Rayleigh .
Puterea
semnalului [dB]
Puterea semnalului
[dB]
r0(t)
m(t)
r0(t)
Deplasarea
antenei Deplasarea
antenei
b) a)
Fig.8.4. Fadingul de scară largă şi fadingul de scară mică
Figura.8.4 reprezintă legătura dintre fadingul de scară mare şi mică. Figura 8.4a,
puterea semnalului recepţionat r(t) e reprezentată faţă de deplasarea antenei (tipic, în unităţi de
lungime de undă), pentru cazul comunicaţiilor mobile. Fadingul de scară mică e suprapus peste
fadingul de scară mare şi poate fi identificat uşor. Deplasarea tipică a antenei, dintre zerourile
fadingului de scară mică, este aproximativ egală cu o jumătate de lungime de undă. În fig.8.4b
fadingul de scară largă sau media locală m(t) a fost extras pentru a se vedea fadingul de scară
mică r0(t) în jurul unei anumite puteri constante.
226
8.2.2 Fadingul de scară mare, pierderea medie pe cale şi deviaţia standard. Pentru aplicaţiile radio mobile, metoda de predicţie Okumura a dat valorile primelor
măsurători complete pentru pierderile pe cale, pentru un mare număr de înălţimi de antene şi
distanţe de acoperire. Metoda de predicţie Hata a transformat datele obţinute de Okumura în
formule parametrice. Pentru aplicaţiile radio mobile, ( )dLp , pierderea medie pe cale, ca funcţie
de distanţa d dintre transmiţător şi receptor este proporţională cu puterea n a lui d, d raportat la
distanţa d0 de referinţă.
( )n
p dddL ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
0
~ (8.4)
Deseori (dLp ) este exprimat în decibeli:
( ) ( )( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+=
00 log10
ddndBdLdL sp (8.5)
Distanţa de referinţă d0, corespunde unui punct aflat la mare distanţă de antenă. Tipic d0,
este 1 km pentru celulele mari, 100m pentru microcelule şi 1m pentru canale indoor. (dLp ) este
pierderea medie a căii (mediat pe o multitudine de amplasamente) pentru o valoare dată a lui d.
Folosind regresia liniară pentru MMSE (Minimum Mean-Squred Estimate) estimarea minimului
mediei pătratice, pentru a determina ( )dLp funcţie de d pe o scară log-log (pentru distanţe mai
mari ca d0) rezultă o linie dreaptă cu panta 10 ndB/decadă. Valoarea exponentului n depinde de
frecvenţă, înălţimea antenei şi mediul de propagare. În spaţiul liber n=2, după cum se vede din
ec.(8.1). Pentru unde puternic ghidate (ca străzile oraşelor), n poate fi mai mic ca 2, iar când sunt
prezente obstrucţiile, n este mai mare. Pierderea căii Ls(d0), pentru punctul de referinţă aflat la
distanţa d0 faţă de transmiţător, se găseşte de obicei prin măsurători de câmp sau se calculează
folosind pierderea căii în spaţiul liber dată de ec.(8.1). În fig.8.5 se observă împrăştierea pierderii
căii în funcţie de distanţă pentru câteva oraşe din România. Pierderea căii a fost măsurată relativ
pentru distanţa de referinţă în spaţiu liber d0 =100m. Se vede că liniile drepte se potrivesc la
diferite valori ale exponentului.
227
Fig.8.5 Pierderea căii in funcţie de distanţă măsurată pentru câteva oraşe din România
Pierderea căii funcţie de distanţă, din ec.(8.5) este o medie şi deci nu e adecvată pentru
descrierea unui caz particular de pierdere a căii. E necesar să se cunoască şi variaţiile în jurul
mediei, deoarece mediul pentru diferite amplasamente poate fi foarte diferit pentru separări
similare transmiţător-receptor. Din fig.8.5 se vede că variaţiile pierderii pe cale pot fi relativ mari.
Măsurătorile au arătat că, pentru orice valoare a lui d, pierderea pe cale Lp(d) este o variabilă
aleatoare având o distribuţie log-normală în jurul valorii medii ( )dL p dependentă de distanţă.
Astfel pierderea pe cale Lp(d) poate fi exprimată în funcţie de ( )dL p plus o variabilă aleatoare
: σX
( )( ) ( )( ) (dBXddndBdLdBdL sp σ++=
0100 log10 ) (8.6)
unde e o variabilă aleatoare Gaussiană de medie nulă cu deviaţia standard σX σ
(deasemenea în decibeli). depinde de amplasament şi distanţă. Alegerea unei valori pentru
este deseori bazată pe măsurători; de obicei nu se iau valori mai mari de 6-10 dB.
σX
σXAstfel, parametrii care trebuie să descrie statistic pierderea pe cale datorată fadingului pe
scară largă pentru o locaţie arbitrară cu o anumită separare transmiţător receptor, sunt:
- distanţa de referinţă d0
- exponentul pierderii căii n
- deviaţia standard σ a lui . σX
228
8.2.3. Fadingul de scară mică, statistici şi mecanisme Atunci când semnalul recepţionat e compus din unde reflectate multiple plus o
componentă importantă directă (nefadată), amplitudinea anvelopei datorată fadingului de scară
mică, e caracterizată de o funcţie cu densitate de probabilitate de tip Rice-ană şi e numită fading
Ricean. Componenta nefadată e denumită componentă speculară. Pe măsură ce amplitudinea
componentei speculare se apropie de zero, funcţia densitate de probabilitate Rice-ană se apropie
de funcţia Rayleigh (8.7) de forma:
0,2
exp 2
2
2 ≥⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡− rrr
σσ
=)(rp (8.7)
0 ,in rest
unde r este amplitudinea anvelopei semnalului recepţionat, iar 2 este puterea medie a
semnalului multicale înaintea detecţiei.
2σ
Componenta Rayleigh fluctuantă e numită uneori componentă aleatoare, împrăştiată sau
difuză. Funcţia cu densitate de probabiliate Rayleigh rezultă din faptul că nu există componentă
speculară a semnalului, astfel pentru o singură legătură de comunicaţie ea reprezintă funcţia
corespunzătoare cazului cel mai defavorabil de fading în funcţie de puterea medie a semnalului
recepţionat. În cele ce urmează se presupune că reducerea valorii raportului semnal-zgomot S/Z
cauzată de fading urmează modelul Rayleigh. În plus se presupune că semnalul care se propagă
e în banda de frecvenţă UHF, corespunde telefoniei celulare actuale şi serviciilor de comunicaţii
personale PCS (personal communication services), cu alocarea de frecvenţă 1-2GHz.
Fadingul de scară mică (fig.8.2, blocurile 4,5,6) se manifestă prin două mecanisme:
• împrăştierea în timp a impulsurilor numerice din semnal
• comportarea variabilă în timp a canalului de comunicaţie, cauzată de mişcare (ex: antena
receptoare aflată pe o platformă mobilă).
În fig.8.6 sunt ilustrate consecinţele ambelor manifestări arătând răspunsul canalului multicăi
la un impuls îngust, în funcţie de întârziere (sau de timp dacă se presupune că mişcarea e de
viteză constantă) se utilizează două referinţe distincte de timp, întârzierea τ şi timpul de
observare sau de transmisie t.
Timpul de întârziere se referă la împrăştierea în timp care rezultă din răspunsul non-optim la
impuls al canalului cu fading.
Timpul de transmisie e legat de mişcarea antenei sau modificările spaţiale, ţinând cont de
schimbările căilor de propagare care sunt percepute ca o comportare variabilă în timp a canalului.
229
Trebuie menţionat că la viteză constantă, cum se presupune în fig.8.6, comportarea variabilă
în timp poate fi ilustrată folosind fie poziţia antenei, fie timpul de transmisie.
Poziţia antenei #1 la momentul t1
a) Timpul de întârziere τ
Pute
rea
rece
pţio
nată
Poziţia antenei #2 la momentul t2
b) Timpul de întârziere τ
Pute
rea
rece
pţio
nată
c) Timpul de întârziere τ
Poziţia antenei #3 la momentul t3
Pute
rea
rece
pţio
nată
Fig.8.6 Răspunsul canalului multicăi la un impuls îngust în funcţie de întârziere,
în raport de poziţia antenei
În fig.8.6. a, b, c sunt prezentate secvenţe de profiluri ale puterii impulsurilor recepţionate
pe măsură ce antena se deplasează pe o serie de poziţii echidistante. Aici intervalul dintre două
poziţii succesive ale antenei este 0,4 λ , unde λ e lungimea de undă a purtătoarei. Pentru
fiecare din cele trei cazuri structura răspunsului diferă semnificativ în timpul de întârziere a celei
mai extinse componente de semnal, numărul de copii ale semnalului, mărimea lor (amplitudinea)
şi puterea totală recepţionată (aria) în profilul puterii recepţionate.
230
În fig.8.7 sunt prezentate pe scurt aceste două mecanisme ale fadingului (timp sau
întârziere, şi frecvenţă sau deplasare Doppler). Fiecare mecanism caracterizat în domeniul timp
poate fi la fel de bine caracterizat în domeniul frecvenţă.
Mecanismul variabil în timp
datorat mişcării Mecanismul împrăştierii în timp
datorat multicăilor
Fading selectiv în frecvenţă (ISI,
mutilarea impulsului BER ireductibil) împrăştierea întârzierii
multicăi > durata simbolului
Fading rapid (Doppler mare, eşec PLL, BER ireductibil) rata fedingului canalului > rata
simbolului
Mecanisme duale
Domeniul timp-întârziere
Domeniul deplasării Doppler
Fading lent (Doppler mare, eşec
PLL, pierdere în S/Z) rata fedingului canalului < rata
simbolului
Fading plat (pierdere în S/Z) împrăştierea întârzierii
multicăi < durata simbolului
Fading selectiv în frecvenţă (distorsiuni ISI, mutilarea
impulsului, BER ireductibil) coerenţa canalului BW < rata
simbolului
Fading rapid (Doppler mare, eşec PLL, BER ireductibil) timpul de
coerenţă al canalului < durata simbolului
Fading plat (pierdere în S/Z) coerenţa canalului BW > rata
simbolului
Mecanisme duale
Domeniul timp
Domeniul frecvenţei
Fading lent (Doppler mic, pierdere în S/Z) timpul de
coerenţă al canalului > durata simbolului
Fig.8.7. Mecanismele fedingului de scară redusă: mecanisme, categorii de degradări şi efecte
Astfel, mecanismul împrăştierii în timp e caracterizat în domeniul întârziere-timp ca
împrăştierea întârzierii multicăi, iar în domeniul frecvenţă ca lăţimea benzii de coerenţă a
canalului. La fel, mecanismul variabil în timp va fi caracterizat în domeniul timp ca timp de
coerenţă al canalului, iar în domeniul frecvenţă (deplasare Doppler) ca rata fadingului canalului
231
sau împrăştierea Doppler. Aceste mecanisme şi categoriile de degradări asociate vor fi
examinate în cele ce urmează.
8.2.4 Conceptul de dualitate Doi operatori (funcţii, elemente sau sisteme) sunt duale când comportarea unuia faţă de
referinţa timp (timp sau întârziere de timp) este identică cu comportarea celuilalt faţă de referinţa
frecvenţă (frecvenţă sau deplasare Doppler).
În fig.8.8 pot fi identificate funcţii care prezintă comportări similare pe domeniu. Aceste
comportări nu sunt identice una cu cealaltă în sens strict matematic, dar pentru înţelegerea
modelului de canal cu fading sunt suficient de utile pentru a ne referi la ele ca la funcţii duale.
În 1963 Bello a propus o cale simplă de modelare a fenomenului de feding: el a propus
noţiunea de împrăştiere necorelată staţionară în sens larg WSSUS (Wide-Sense Stationary
Uncorrelated Scattering). Figura 8.8(a) prezintă profilul intensităţii multicăi S(τ) în funcţie de
întârzierea în timp τ Cunoaşterea lui S(τ) ne ajută să răspundem la întrebarea: „Pentru un
impuls transmis, cum variază puterea medie recepţionată în funcţie de τ întârzierea de timp”.
Termenul „întârziere de timp” e folosit referitor la excesul întârzierii. El reprezintă
întârzierea de propagare a semnalului care depăşeşte întârzierea primului semnal sosit la
receptor. Pentru canalul radio fără fir tipic, semnalul recepţionat constă de obicei din câteva
componente multicăi discrete, numite de obicei „degete”. Pentru anumite canale, ca de exemplu
canalul cu împrăştiere troposferică, semnalul recepţionat e deseori văzut ca un semnal continuu
de componente multicăi. Pentru măsurarea profilului intensităţii multicăi, trebuie folosite semnale
de bandă largă. Pentru un singur impuls transmis, timpul Tm , dintre prima şi ultima componentă
recepţionată reprezintă întârzierea în exces maximă, pe durata căreia puterea semnalului multicăi
cade la un anume nivel de prag, sub componenta cea mai puternică. Nivelul de prag poate fi ales
cu 10dB sau 20dB sub nivelul celei mai puternice componente. Notăm că pentru un sistem ideal
(cu întârziere în exces nulă) funcţia S(τ) ar consta dintr-un impuls ideal cu ponderea egală cu
puterea medie totală a semnalului recepţionat.
Un alt exemplu, R( f) din fig.8.8b, care caracterizează dispersia semnalului în domeniul
frecvenţă, dă informaţii despre domeniul de frecvenţe pe care două componente spectrale ale
semnalului recepţionat au un potenţial mare de corelare pentru amplitudine şi fază. R( t) din
fig.8.8c, care caracterizează rapiditatea fadingului în domeniul timp dă informaţii despre intervalul
de timp în care cele două semnale recepţionate au un potenţial mare de corelare pentru
amplitudine şi fază. Am etichetat aceste două funcţii de corelaţie duale. Şi în fig.8.2 s-a notat
dualitatea dintre blocurile 7 şi 16, 10 şi 13 iar în fig.8.7, dualitatea dintre mecanismul de
împrăştiere în timp din domeniul frecvenţă şi mecanismul variabil în timp din domeniul timp.
Δ
Δ
232
S(τ) S(γ)
Funcţii duale
γ
Tm 0 fc-fd fc fc+fd
fd Întârzierea în exces
maximă Împrăştierea spectrală
broadening d) Spectrul de putere Doppler
a) Profilul intensităţii multicăi
Funcţii duale
R(Δt) |R(Δf)|
0
f0=1/Tm
Δf Δt
T0=1/fd 0
Banda de coerenţă b) Funcţia de corelaţie cu decalaj de
frecvenţă
Timpul de coerenţă
c) Funcţia de corelaţie cu decalaj de
timp
Fig.8.8 Relaţiile între funcţiile de corelaţie ale canalului şi funcţiile densităţii de putere
8.3. DEGRADĂRI DATORATE ÎMPRĂŞTIERII ÎN TIMP A SEMNALULUI, ANALIZATE ÎN DOMENIUL ÎNTÎRZIERE ÎN TIMP
În canalele cu fading, relaţiile dintre Tm întârzierea în exces maximă, şi Ts durata
simbolului poate fi văzută ca două tipuri de degradare, fedingul selectiv în frecvenţă şi fedingul
neselectiv în frecvenţă sau fedingul plat (fig.8.2, blocurile 8 şi 9, şi fig.8.7). Un canal prezintă un
233
feding selectiv în frecvenţă dacă Tm > Ts . Această condiţie apare de câte ori componentele
multicăi recepţionate ale simbolului se extind peste durata simbolului. O asemenea dispersare
multicăi e similară cu distorsiunea ISI cauzată de un filtru electronic. De fapt o altă denumire
pentru acest tip de degradare datorată fedingului este ISI indus de canal.
În cazul fedingului selectiv în frecvenţă e posibilă evitarea distorsionării deoarece multe
din componentele multicăi sunt rezolvabile de către receptor. Mai tîrziu vor fi prezentate tehnici
de evitare a distorsiunilor.
Un canal prezintă feding plat sau selectiv în frecvenţă dacă Tm < Ts. În acest caz, toate
componentele multicăi recepţionate ale simbolului ajung într-un interval de simbol astfel că ele nu
sunt rezolvabile. Aici nu există distorsiunea de tip ISI indus de canal, deoarece împrăştierea în
timp a semnalului nu duce la suprapuneri semnificative între simbolurile recepţionate vecine.
Există totuşi o degradare a performanţelor deoarece fazorii componenţi nerezolvabili se
pot adăuga distructiv şi pot duce la o reducere substanţială a raportului semnal-zgomot. Astfel
canalul, considerat cu feding plat, poate prezenta uneori distorsiuni selective în frecvenţă.Acest
lucru va fi explicat mai târziu, mai comod la analiza degradărilor în domeniul timp.
Pentru reducerea valorii raportului semnal-zgomot S/Z cauzată de fedingul plat, tehnica
de evitare adecvată este de a îmbunătăţi valoarea acstui raport pentru semnalul recepţionat (sau
de a reduce valoarea raportului S/Z impus). Pentru sistemele numerice, cea mai eficientă cale
este introducerea unui anume grad diversitate a semnalului şi utilizarea codării pentru corecţia de
erori.
8.3.1. Împrăştierea în timp a Semnalului analizată în Domeniul Frecvenţă - Funcţia de Corelaţie cu Decalaj de Frecvenţă
Dispersia semnalului poate fi analog caracterizată în domeniul frecvenţă. În fig.8.8b se
vede funcţia |R( f)| numită funcţia de corelaţie cu decalajul frecvenţei, care este transformata
Fourier a lui S(
Δτ). R( f) reprezintă corelaţia dintre răspunsul canalului la două semnale ca
funcţie de diferenţă de frecvenţă dintre cele două semnale. Ea poate fi interpretată ca o funcţie de
transfer în frecvenţă a canalului. Astfel, împrăştierea în timp poate fi interpretată ca rezultatul
procesului de filtrare. Cunoaşterea lui R(
Δ
Δ f) ne ajută să răspundem la întrebarea „care este
corelaţia dintre semnalele recepţionate care sunt decalate în frecvenţă cu Δ f=f1-f2 ?”. R( f)
poate fi măsurată prin transmiterea unei perechi de sinusoide separate în frecvenţă cu f,
intercorelaţia dintre două semnale recepţionate separat şi repetând procesul pentru f mai
mare. Astfel, măsurarea lui R( f) poate fi făcută cu o sinusoidă cu banda de frecvenţă care
interesează (semnalul de bandă largă).
ΔΔ
ΔΔ
Banda de coerenţă f0, este măsura statistică a domeniului
de frecvenţe peste care canalul permite trecerea tuturor componentelor spectrale, cu un câştig
aproximativ egal şi fază liniară. Astfel banda de coerenţă reprezintă domeniul de frecvenţe pentru
234
care componentele de frecvenţă au un potenţial mare pentru corelarea amplitudinilor. Astfel
componentele spectrale ale semnalului din acest domeniu sunt afectate de canal în acelaşi mod,
ca de exemplu prezintă sau nu feding. De notat că f0 şi Tm sunt mărimi reciproce (înmulţite cu o
constantă). Se poate spune cu aproximaţie că:
mT
f 10 ≈ (8.8)
Întârzierea în exces maximă, Tm nu e neapărat cel mai bun indicator despre modul în
care, un sistem dat va lucra cu canalul, deoarece diferite canale având acelaşi Tm pot prezenta
profile de intensitate a semnalului funcţie de împrăştierea întârzierii foarte diferite.
O măsură mult mai utilă si mai des întâlnită pentru împrăştierea întârzierii este radical din
media pătratului împrăştierii întârzierii în valoare efectivă (rms-root mean squared) τσ , unde:
( )22 ττσ τ −= (8.9)
τ este întârzierea în exces medie, ( )2τ este pătratul mediei,
2τ este momentul de ordinul doi, iar
στ - este rădăcina pătrată a momentului central de ordin doi a lui S(τ).
Nu există o relaţie exactă între banda de coerenţă şi împrăştierea întârzierii, ea trebuie
dedusă prin analiza semnalului (de obicei se utilizează tehnici Fourier) pentru măsurări ale
dispersiei semnalelor în anumite canale. Au fost descrise câteva relaţii aproximative. Dacă banda
de coerenţă se defineşte ca intervalul de frecvenţe în care funcţia de transfer în frecvenţă
complexă a canalului are o corelaţie de minim 0.9, atunci banda de coerenţă e aproximativ
τσ501
0 ≈f (8.10)
Pentru cazul comunicaţiilor radio mobile ca model util pentru acoperirea urbană este în
general acceptată zona cu împrăşiere radială cu decalaj uniform, împrăştieri având coeficienţi de
reflexie egali ca mărime dar independenţi, cu faza de reflexie aleatoare. Acest model e denumit
model de canal cu împăştiere densă. La un asemenea model banda de coerenţă a fost definită la
fel, pentru un interval de frecvenţe pentru care funcţia de transfer de frecvenţă complexă are o
corelaţie de minim 0,5.
τστ27,0
0 =f (8.11)
Comunitatea care se ocupă de efectul ionosferic foloseşte pentru f0 relaţia:
τπσ2
10 =f (8.12)
235
O aproximare mai răspândită a lui f0, corespunzând intervalului de frecvenţă cu corelaţia
minim 0.5, este:
τσ5
10 ≈f (8.13)
8.3.2. Categorii de Degradare cauzate de Împrăştierea în Timp a Semnalului, analizate în Domeniul Frecvenţă Un canal se consideră selectiv în frecvenţă dacă f0 <1/Ts=W, unde rata simbolurilor 1/ Ts
se consideră nominal egală cu lăţimea de bandă. În practică W poate fi diferit de 1/Ts din cauza
filtrării sau tipului de modulaţie (QPSK quaternary phase shift keying, MSK minimum shift keying,
etc.).
Fedingul selectiv în frecvenţă apare atunci când componentele spectrale ale semnalului
nu sunt egal afectate de canal. Anumite componente spectrale, cele care cad în afara benzii de
coerenţă vor fi afectate diferit (independent) faţă de cele din interiorul benzii de coerenţă. Situaţia
apare atunci când f0<W (vezi fig.8.9a).
Fedingul neselectiv în frecvenţă sau plat apare când f0>W. Toate componentele spectrale
vor fi afectate de canal în acelaşi mod (ex: feding sau non-feding) (fig.8.9b). Fedingul plat nu
introduce ISI indus de canal, dar degradarea performanţelor poate apărea din cauza pierderii în
valoare a raportului semnal-zgomot S/Z atunci când semnalul e fluctuant. Pentru a evita ISI
indusă de canal se cere ca respectivul canal să prezinte un feding plat, prin asigurarea ca:
>0fsT
W 1≈ (8.14)
Astfel, banda de coerenţă a canalului f0 stabileşte o limită superioară a ratei de
transmisie, fără a folosi un egalizor în receptor.
Cazul fedingului plat, unde f0>W (sau Tm<Ts) apare în fig.8.9b. Totuşi, atunci când
mobilul radio îşi schimbă poziţia, vor fi momente în care semnalul recepţionat va fi afectat de
feding selectiv în frecvenţă, chiar dacă >W. Acest lucru se poate vedea în fig.8.9c, unde
zerourile funcţiei de transfer în frecvenţă a canalului apar în centrul benzii semnalului. Când
apare acest lucru impulsul va fi sever mutilat prin rejectarea componentei continue.
0f
O consecinţă a dispariţiei componentei continue e absenţa unei valori maxime sigure (de
încredere) pe baza căreia să se stabilească sincronizarea de timp, sau din care să se
eşantioneze faza transportată de impuls. Astfel, chiar când canalul e categorisit ca având un
feding plat el poate, ocazional să se manifeste ca având un feding selectiv în frecvenţă. E corect
să spunem că un canal radio mobil, clasificat cu feding plat, nu poate manifesta feding plat în
236
permanenţă. Pe măsură ce devine mult mai mare ca W (sau T0f m mult mai mică decât Ts), cu
atât scade timpul petrecut în condiţiile echivalente cu cele din fig.8.9c. Prin comparaţie, e clar că
în fig.8.9a fedingul e independent de poziţia benzii de frecvenţă şi că fedingul selectiv în
frecvenţă apare tot timpul şi nu numai ocazional.
Frecvenţa
f0 W
Den
sita
te sp
ectra
lă
a) Feding selectiv în frecvenţă tipic (f0<W)
W
Frecvenţa
Den
sita
te sp
ectra
lă
f0
b) Feding plat tipic (f0>W)
W
Den
sita
te sp
ectra
lă
237
Frecvenţaf0
c) Zerourile funcţiei de transfer în frecvenţă a canalului apar în centrul benzii semnalului
(f0>W)
Fig.8.9. Relaţii între funcţia de transfer în frecvenţă a canalului şi lărgimea benzii W a semnalului.
8.4 SISTEME RADIO MOBILE
În decursul timpului termenul de comunicații mobile s-a extins astfel încât în prezent
înglobează toate sistemele în care unul dintre cele două terminale implicate în legătura de
comunicație este capabil să se deplaseze (indiferent dacă se deplasează sau nu). Cum
mobilitatea este posibilă numai în cazul în care cel puţin o parte a comunicaţiei este realizată
folosind propagarea undelor electro-magnetice (undele radio) acest tip de comunicații mai sunt
cunoscute şi sub denumirea de radiocomunicații mobile. În unele lucrări secțiunea care asigură
transmisiunea radio este denumită interfața radio. Luând în considerație interfața radio, pot fi
identificate numeroase criterii pe baza cărora sistemele de comunicații mobile pot fi grupate,
clasificate sau sistematizate, cum ar fi: modul de constituire a canalului de comunicație la nivelul
interfeței radio, structura legăturii de comunicație, poziția sistemului față de unele sisteme de
comunicație, modul în care se realizează acoperirea teritoriului etc. În continuare vor fi
menționate câteva astfel de clasificări pe care le considerăm mai utile sau mai interesante.
După modul în care se formează canalele de comunicație la nivelul interfeței radio se disting
sisteme de comunicații mobile:
• cu diviziune în frecvență (FD - Frequency Division);
• cu diviziune în timp (TD - Time Division);
• cu diviziune în cod (CD - Cod Division).
Diviziunea în frecvență are la bază procedeul clasic de împărțire a unei benzi de
frecvență în canale de radiofrecvență, denumite pe scurt canale radio. Un astfel de canal constă
dintr-o bandă de frecvență desemnată, adeseori, prin frecvența sa centrală de aici provenind şi
denumirea frecvent utilizată de "frecvențe radio". Unui utilizator (grup de utilizatori) i se alocă un
canal radio (sau un grup de canale).
Diviziunea în timp constă în împarțirea unei perioade din timpul alocat: pentru
comunicație în segmente (slot-uri) În aceste segmente se înserează informația provenită de la
un utilizator, deci pe baza sa se va constitui canalul de comunicație. Prin specificul interfeței radio
canalele temporare trebuie asociate cu o purtătoare radio. Așadar, de fapt, este vorba de o
diviziune mixtă timp-frecvență.
238
Diviziunea în cod are la bază procedeele folosite în sistemele de comunicație cu spectru
împrăștiat (Spread Spectrum). Acestea s-au dezvoltat foarte mult în ultimele decenii ieșind din
domeniul exclusiv militar. În sistemele cu spectru împrăștiat energia semnalului care trebuie
transmis este "împrăștiat" într-o bandă mult mai largă decât banda originară cu ajutorul unui
semnal special denumit cod care este, de fapt, o secvență pseudo-aleatoare corespunzător
aleasă. Recuperarea mesajului presupune cunoașterea codului folosit pentru împrăștiere. Așadar
mesajul poate fi recuperat din mulțimea de semnale recepționate prin cunoașterea codului. De
aici a rezultat o nouă soluție pentru a realiza canale de comunicație, respectiv accesul multiplu,
într-o bandă dată de frecvență: prin folosirea unor coduri ortogonale între ele. Se constată că, la
o privire mai atentă, canalele sunt create tot printr-o diviziune mixtă: în frecvență și în cod.
După structura legăturii sistemele de comunicații mobile pot fi:
• unilaterale;
• bilaterale.
În primul caz comunicația are loc într-un singur sens; unul dintre cele două terminale este
numai emițător iar celălalt numai receptor. Din această categorie fac parte rețelele de difuzare
sau de achiziție de informație: radio-difuziune, radioteleviziune, radio-paging etc.
Sistemele de comunicație bilaterale, la care informația se transmite în ambele sensuri, prezintă
mai multe moduri de lucru: • simplex;
• duplex;
• semiduplex.
În cazul modului de lucru simplex sistemul foloseşte un singur canal radio (o "frecvență").
Pentru realizarea comunicaţiei bilaterale canalul este folosit alternativ pentru emisie si recepție cu
ajutorul unei taste cunoscute în literatura de limba engleză sub denumirea de tastă PTT (Push-
To-Talk Release-To-Listen - apasă pentru a vorbi eliberează pentru a asculta). Este modul de
lucru cel mai simplu și economic dar calitatea serviciilor este modestă.
În modul de lucru duplex se folosesc două canale radio, câte unul pe fiecare sens de comunicare.
între cele două canale trebuie să existe o separare în frecvență - separare duplex - suficient de
mare astfel încât emițătorul să nu perturbe funcționarea receptorului local. Această separare
depinde de frecvența de lucru și de parametrii filtrelor folosite la intrarea receptorului.
Modul de lucru semiduplex reprezintă o variantă întermediară în care la un capăt al
legăturii se folosește filtrul duplex iar la celălalt comutarea cu tasta (PTT). Trebuie remarcat că
atunci când se dispune de două frecvențe care nu sunt suficient de depărtate se poate folosi și
modul de lucru cunoscut sub denumirea de simplex pe două frecvențe.
După poziția sistemului analizat față de alte sisteme de comunicație se disting:
• sisteme închise de comunicații mobile;
• sisteme deschise de comuncații mobile.
239
a) Sistemele închise, asigură comunicația numai în cadrul rețelei proprii. Ele cuprind, de
regulă, o stație de bază (sau mai multe) și un număr oarecare de stații mobile.
b) Comunicațiile au loc între o stație mobilă și stația de bază (figura 8.10) sau între două
stații mobile; comunicația între două stații mobile poate avea loc direct dar, cel mai
adesea, prin intermediul stației de bază.
Fig.8.10. Structura unui sistem închis de comunicaţii mobile
b) Sistemele deschise, permit realizarea de legături de comunicație pentru utilizatorii
mobili atât în interiorul rețelei proprii cât și cu utilizatori conectați la alte rețele de comunicație
(figura 8.11). Situația cel mai des întâlnită este aceea în care o rețea terestră de comunicații
mobile (PLMN- Public Land Mobile Network) este conectată la rețeaua telefonică publică,
comutată (PSTN - Public Switched Telephone Network). În cazul sistemelor moderne, se admite
conectarea rețelelor mobile și cu rețele de transmisiuni de date sau cu rețele private având altă
destinație. După modul în care se realizează acoperirea cu semnal radio a zonei de lucru
sistemele de comunicații mobile se împart în:
• sisteme celulare;
• sisteme necelulare.
Primele rețele de comunicații radiotelefonice și multe din cele ce sunt încă în funcțiune sunt
necelulare. Ele asigură comunicația în zona acoperită de stația de bază. Dacă teritoriul care
trebuie acoperit este mai întins se folosesc stații intermediare care recepționează semnalul de la
o stație de bază și-l retransmit după o schimbare de frecvență (repetoare). O asemenea structură
este întalnită în radiotelefonii convenționale (PMR - Private Mobile Radio), în unele sisteme de
radiopaging etc.
240
Fig.8.11 Arhitectura unui sistem deschis de comunicaţii mobile
Treptat s-a constatat că reţelele, necelulare sunt caracterizate printr-o eficiență redusă în
utilizarea canalelor radio disponibile. Rețelele celulare se dovedesc a fi o alternativă care, din
acest punct de vedere, realizează o ameliorare considerabilă. În acest caz zona de acoperire a
rețelei este împarțită în celule de forma regulată, care sunt deservite de stații de bază de putere
relativ mică (zeci de wați). În acest fel canalele radio pot fi utilizate în celule suficient de
depărtate. Distanța la care se reutilizează un canal este determinată astfel încât să se limiteze
apariția unor perturbații specifice denumite perturbații co-canal. Conceptele de împarțire în celule
și de reutilizare a canalelor radio nu sunt noi. Ele au fost și sunt aplicate în cazul multor altor
rețele (de exemplu, în cazul rețelelor de radiodifuziune) dar sistemele celulare au realizat un salt
impresionant prin aplicarea lor pentru zone de acoperire mici sau chiar foarte mici.
De remarcat este faptul că termenul de comunicații mobile se referă la o mare varietate de rețele
de comunicații: satelit-mobile, aero-mobile, maritim-mobile, terestru-mobile etc. Domeniul este
extrem de vast, capitolul de faţă se va focaliza asupra comunicațiilor mobile terestre.
Dintre sistemele de comunicații mobile terestre cele mai cunoscute sunt:
- Sistemele de telefonie fară cordon (cordless) care realizează o prelungire prin canale
radio a cablului telefonic. Raza de acțiune tipică este de ordinul sutelor de metri.
- Variantele moderne (DECT - Digital Enhanced Cordless Telecommunications) au extins
conceptul la realizarea unei rețele de terminale asociate cu minicentralele adecvate
comunicațiilor între birouri.
241
- Sistemele de radiotelefonie mobilă cu canale atribuite pe utilizatori sunt sisteme care
pot lucra cu sau fară dispecer, închise sau, mai rar, deschise, alocate unor grupuri relativ
restrânse și închise de utilizatori.
- Sistemele de radiotelefonie cu acces multiplu cunoscute şi ca sisteme de radiotelefonie
dedicate sau sisteme_de comunicație "trunked" sunt sisteme la care utilizatorii folosesc în
comun un grup de canale radio, ele sunt atribuite anumitor categorii de utilizatori sau unor
operatori care asigură (prin abonament) servicii de radiotelefonie unor instituţii, şantiere etc. Pot
funcționa cu sau fară dispecer, cu canale permanent alocate sau atribuite la cerere. În general
sunt sisteme închise, dar se înmulțesc variantele deschise, sistemele moderne folosesc din ce în
ce mai mult structura celulară.
- Sistemele de radio-apel unilateral (radio-paging) permit transmiterea unor mesaje către
abonații mobili aflați în zona de acoperire a rețelei.
- Sistemele de radiotelefonie mobilă celulară sunt sisteme deschise, destinate publicului larg.
Aceste sisteme asigură o utilizare eficientă a canalelor radio pentru realizarea unui mare număr
de legături de comunicație.
8.4.1. Sisteme radio mobile celulare Sistemele de comunicaţii mobile celulare au fost dezvoltate, până în prezent, în trei
generaţii distincte, cu următoarea evoluţie.
Generaţia 1 (1G), destinată să ofere un singur serviciu, cel vocal, cuprinde sisteme ca
NMT, AMPS, TACS etc. şi a apărut cu începere din 1980. Erau sisteme cu prelucrarea analogică
a semnalului, funcţionând în benzile de 450 MHz sau de 800-900 MHz. În prezent sistemele de
generaţia 1 sunt la finalul evoluţiei, fiind scoase din exploatare în multe dintre ţările în care au
funcţionat.
Generaţia 2 (2G), a fost iniţial destinată să ofere servicii vocale, având în acelaşi timp şi o
capacitate limitată pentru serviciile de transmisii de date, cu viteză relativ redusă. Sunt sisteme cu
prelucrare digitală a semnalului, cu funcţionare în benzile de 900 MHz şi 1800 MHz. Ca exemple
de astfel de sisteme sunt GSM, D-AMPS etc. Primele sisteme GSM au fost introduse în
exploatare în 1991. Sistemele 2G sunt în prezent la apogeul dezvoltării lor. În evoluţia 2G se pot
pune în evidenţă trei faze de dezvoltare: 1, 2 şi 2+. În faza 2+, GSM oferă posibilitatea sporirii
vitezei de transmisie a datelor prin introducerea unor procedee speciale ca HSCSD şi GPRS.
Astfel, prin folosirea transmisiei cu pachete de date, prin procedeul GPRS, viteza de transmisie a
datelor poate fi de până la 172 kbit/s (prin comparaţie cu viteza de 14,4 kbit/s oferită în faza 1 de
dezvoltare). Devine astfel posibilă realizarea unor transmisii de tip multimedia.
Generaţia 3 (3G) oferă viteze de transmisie sporită, de până la 2 Mbit/s (în unele variante
până la 8 Mbit/s) şi prezintă posibilităţi multiple pentru servicii multimedia de calitate şi pentru
operare în medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digitală a semnalului, ce funcţionează în
242
banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA şi TD/CDMA, ambele în varianta
europeană pentru interfaţa UTRA, WCDMA în varianta japoneză, CDMA2000 (S.U.A) etc. La
nivel mondial, 3G este desemnat şi ca IMT-2000. iar varianta dezvoltată în Europa este denumită
UMTS. Introducerea în exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata în 2001-2002, fiind deci
la începutul evoluţiei. La baza dezvoltării 3G se află sistemele 2G. Astfel, GSM în variantele 2 şi
2+ vor fi treptat integrate în 3G, dezvoltarea UTRA fiind realizată tocmai pornind de la interfaţa
GSM. Între diferitele sisteme 3G se încearcă, în prezent, realizarea unei compatibilităţi cât mai
bune. Sintetic, evoluţia tehnică în concepţia sistemelor celulare până în prezent, este expusă în
(figura.8.12). iar cea în timp în (figura.8.13).
Fig.8.12 Evoluţia sistemelor de comunicaţii mobile celulare
Fig.8.13. Evoluţia sistemelor de comunicaţii mobile
243
În prezent, pe lângă preocupările pentru introducerea sistemelor 3G în funcţiune, au
început lucrări experimentale pentru o nouă generaţie de sisteme de comunicaţii mobile digitale,
4G, pentru care se prevede realizarea unor viteze de transmisie de utilizator de pânăla 100
Mbit/s.
Caracteristica principală a 4G va fi reprezentată de controlul exercitat de utilizator asupra
serviciilor, pe care le va gestiona în funcţie de pachetul de servicii la care s-a abonat. Deci
utilizatorul va avea libertatea de a selecta serviciul dorit, cu un indice de calitate dorit, la un preţ
acceptabil, oriunde şi oricând.
8.4.2. Arhitectura unei reţele de comunicaţii mobile celulare
O schemă bloc generală care pune în evidență câteva din principalele componente ale
unei rețele celulare de comunicație este dată în (figura 8.14 a,b).
a.
BTS
BTS
BTS
Controlerul statiilor de baza(BSC)
b.
Fig. 8.14. Arhitectura şi elementele structurale ale unei reţele celulare
244
Se remarcă principalele blocuri funcționale: (BTS) - stația de bază care asigură legătura
radio cu stațiile mobile, (BSC) - controlorul stației de bază este echipamentul care asigură
legătura stațiilor de bază cu centrul de comutație (MSC) al staţiilor mobile, el intervine, de
exemplu, în procesul de transfer al legăturii radio de la o stație de bază la alta atunci când stația
mobilă se deplasează, BSC nu există decât la anumite sisteme celulare. La altele, funcțiunile
sale sunt îndeplinite de către centrul de comutație MSC.
(GMSC) - centrul de comutație este o centrală telefonică prin care se asigură legătura
între rețeaua mobilă și rețeaua telefonică terestră publică comutată, (HLR,VLR) - registrele
stațiilor mobile reprezintă de fapt niște baze de date utilizate pentru a identifica echipamentele
participante la trafic, pentru localizare, pentru taxare etc. Structura și poziția în rețea a acestor
registre diferă mult de la un sistem de comunicații mobile la altul, MS – stația mobilă este
echipamentul de abonat care poate fi portabil sau montat pe un mijloc de transport.
Prin dezvoltarea sistemelor celulare de comunicație au fost create o serie de facilitați foarte
interesante atât din punctul de vedere al utilizatorului cât și din punctul de vedere al operatorilor
de rețea. Dintre acestea, prin atractivitatea lor, se remarcă:
- posbilitatea de localizare a abonalului pe întreg teritoriul acoperit de rețeaua celulară;
- menținerea legăturii de comunicație pe timpul deplasării abonalului mobil în zona
acoperită de sistem, legatura se menține prin schimbarea stației radio de bază prin care se
realizează comunicaţia;
- controlul automat al calităţii legăturii radio;
- asigurarea unui sistem de semnalizare eficient;
- realizarea accesului dinspre şi către rețeaua telefonică publică comutată din orice punct
al teritoriului acoperit de reţeaua celulară.
Sistemele CDMA asigură calitate acceptabilă a comunicației chiar în cazul unui raport
semnal - interferență mai mic de 18 dB, valoare limită în cazul sistemelor analogice. Aceasta
permite rețelelor CDMA să folosească același set de frecvențe în fiecare celulă ceea ce conduce
la o creștere spectaculoasă a capacități.
8.4.3. Tehnici şi elemente de bază în comunicaţiile celulare
Având în vedere extinderea reţelelor de radiotelefonie celulară, ca şi tendinţa de utilizare
a tehnicilor celulare şi la alte reţele de comunicaţii radio, în acest paragraf sunt prezentate o serie
de noţiuni specifice.
Reutilizarea frecvenţelor. La baza sistemelor de comunicaţie celulare stă principiul realizării frecvenţelor (canalelor
de comunicaţie radio) în vederea satisfacerii unui număr cât mai mare de legături radio telefonice
245
cu un număr limitat de canale radio. Un canal radio poate fi reutilizat dacă echipamentele sunt
proiectate şi dispuse în teren în aşa fel încât perturbaţiile de interferenţă între staţiile ce folosesc
acest canal (interferenţa cu acelaşi canal = interferenţa co-canal, Co-channel Interference, CI) să
nu depăşească o valoare impusă de sistemul utilizat.
Împărţirea în celule.
Pentru a realiza dezideratul menţionat, teritoriul care trebuie acoperit cu legături de
comunicaţie este împărţit în celule. O celulă reprezintă o zonă bine precizată care este acoperită
din punct de vedere radio de către o staţie de bază (sau mai multe) (figura 8.15).
Pentru satisfacerea solicitaţilor de legături de. comunicaţie, fiecărei celule i se alocă un
număr de canale radio (un set de canale radio). Celulele vecine folosesc seturi diferite.
Aşa cum s-a precizat mai sus un set de canale se poate reutiliza la o distanţă adecvată, impusă
de perturbaţiile co-canal. Prin reutilizarea canalelor (frecvenţelor) de comunicaţie. sistemele de
radiocomunicaţii celulare pot realiza simultan un număr de legături cu mult mai mare decât
numărul de canale alocat.
Amplasament (site). Locul în care se dispune echipamentul radio staţionar care asigură acoperirea cu semnal
pe teritoriul unei celule, este numit amplasament (figura 8.15). Într-o celulă pot exista unul sau
mai multe amplasamente funcţie de caracteristica antenelor de emisie şi, în general, funcţie de
concepţia aleasă pentru o acoperire cât mai uniformă a suprafeţei cu semnal radio.
În principiu nu se impune ca amplasamentele să realizeze o reţea regulată şi nici ca celulele să
aibă o anumită formă. Totuşi, acceptarea ipotezei conform căreia celulele au acceaşi formă,
permite o proiectare sistematică a sistemului.
246
a. b.
Fig.8.15. Celula radio cu acoperire circulară (a) sau acoperire sectorizată (b).
Perturbaţii în sistemele celulare de comunicaţie. În reţelele de radiocomunicaţii celulare pot să apară o serie de perturbaţii specifice.
Dintre acestea cele mai importante sunt: perturbaţii co-canal (CI), datorate interferenţei cu acelaşi
canal (perturbaţii ce apar între celule care folosesc acelaşi set de canale radio);
perturbaţii datorate interferenţei cu un canal vecin din spectrul de frecvenţe;
perturbaţii datorate intermodulaţiilor de ordinul trei. Aceste perturbaţii vor fi luate în consideraţie în
diverse faze ale repartizării canalelor de comunicaţie disponibile între celule.
Zona de reutilizare (cluster). Prin utilizarea tuturor canalelor radio disponibile în spectrul alocat se realizează o zonă
de reutilizare (cluster); aceasta reprezintă grupul de celule care utilizează canale diferite
(totalitatea canalelor atribuite sistemului, fără a repeta vreun canal); numărul de celule care
constituie o zonă de reutilizare va fi notat, în lucrarea de faţă, cu N.
Intensitatea interferenţelor co-canal (CI) determină numărul N. Acesta diferă de la sistem la
sistem. Astfel, în cazul sistemului GSM N poate avea valoarea 9. În sistemele digitale american şi
japonez canalele au benzi alocate mai înguste, deci au un număr de canale mai mare; aceasta
conduce la o sensibilitate mai mare la interferenţe. De aceea în cazul lor se foloseşte N = 21.
Se poate constata cu uşurinţă că, dacă dimensiunile zonei de reutilizare scad, capacitatea de
trafic realizabilă pe o anumită suprafaţă de creste.
Urmărirea (roaming) şi transferul (handover, handoff). În sistemele de radiocomunicaţii mobile, celulare, staţiile mobile se pot deplasa pe
teritoriul acoperit; deplasarea poate avea loc atât în interiorul unei celule cât şi dintr-o celulă în
alta sau, chiar, în afara zonei de lucru a unei reţele. O condiţie esenţială impusă funcţionării
oricăror sisteme de comunicaţie este ca în timpul deplasării să nu apară întreruperi ale legăturilor
de comunicaţie în desfăşurare. Păstrarea unor informaţii despre poziţia unei staţii mobile în
mişcare se face prin operaţia de urmărire.
Urmărirea unei staţii mobile.
În zona de lucru a unor reţele compatibile poate avea loc dacă se realizează o convenţie
între operatori. Preluarea unui apel în desfăşurare de către o altă staţie de bază care asigură
247
condiţii mai bune de comunicaţie decât cea curentă reprezintă operaţia de transfer. De menţionat
că există şi un aşa-numit transfer intracelular, adică transfer în interiorul aceleiaşi celule. Acesta
apare atunci când se constată că un alt canal radio de la staţia de bază curentă poate realiza o
calitate mai bună a comunicaţiei decât vechiul canal (figura 8.16 a,b).
Fig.8.16. Urmărirea SM pe parcursul deplasării
În figura 8.16. a) transferul are loc în cadrul aceleiaşi celule: se renunţă la legătura pe
canalul C1, iar comunicaţia va avea loc în continuare pe canalul C2.
În figura 8.16. b), prin deplasare, mobilul trece din zona de acoperire: staţiei de baza 1 în zona de
acoperire a staţiei de bază 2. Legătura de comunicaţie începută pe un canal alocat celulei 1 este
continuată pe un canal alocat celulei 2.
Transferul poate fi realizat urmând diverse strategii:
a) Transfer controlat de reţea. Staţiile de bază fac măsurători asupra canalului de
comunicaţie şi apoi centrala decide cărei celule îi aparţine staţia mobilă. Aceasta nu face nici o
măsurătoare, considerându-se că decizia de transfer ar putea fi influenţată de condiţiile locale.
b) Transfer asistat de mobil. Staţia mobilă măsoară continuu nivelul semnalelor
recepţionate de la staţ i i le de bază apropiate şi transmite rezultatele spre staţia de bază la care
este conectată în acel moment. Pe baza datelor furnizate şi pe baza unor măsurători proprii
asupra calităţii legăturii centrala ia decizia privind transferul.
c) Transfer controlat de staţia mobilă. Măsurătorile se fac la staţia mobilă şi la staţia de
bază, dar decizia de transfer o ia staţia mobilă. Ultimele două strategii au avantajul că transferul
de la o staţie la alta se face mai rapid. Transferul asistat de staţia mobilă are avantajul că reţeaua
păstrează controlul asupra operaţiei. Alocarea canalelor radio către staţiile de bază. Spectrul de
248
radiofrecvenţă utilizat de sistemul de radiocomunicaţii este împărţit în canale. Un canal este
caracterizat prin: frecvenţa purtătoare a canalului şi bandă alocată canalului, adică spectrul de
frecvenţă în care pot exista componente purtatoare de informaţie. De cele mai multe ori frecvenţa
purtătoare este situată în centrul benzii alocate.
Alocarea canalelor radio reprezintă procedeul de repartizare a canalelor radio disponibile
la staţiile de bază din reţea în general în acest scop, se pot folosi două strategii:
Alocarea fixă (statică): totalitatea canalelor radio este împărţită în mai multe grupe de
canale; numărul de grupe este egal cu numărul de celule dintr-o zonă de reutilizare. Un grup de
canale va fi reutilizat la o distanţă suficient de mare astfel încât interferenţa co-canal să fie în
limitele acceptate.
Alocarea dinamică: canalele radio nu sunt alocate permanent unei celule anume. În
momentul în care apar cereri de canale de comunicaţie într-o celulă a sistemului, acesteia i se
alocă dintre canalele libere acele canale care satisfac restricţiile de moment din punctul de
vedere al perturbaţiilor. Evident, fiecare dintre cele doua strategii are avantaje şi dezavantaje:
eficienţa în folosirea resurselor mai redusă, în primul caz; viteza de calcul mare pentru
procesoarele centralei, în al doilea caz etc. În consecinţă există şi strategii hibride care încearcă
să facă un compromis între cele două aspecte.
8.5. ANALIZA GEOMETRICĂ A REŢELELOR CELULARE.
8.5.1 Elementele sistemelor celulare În general, în proiectarea unei reţele de radiocomunicaţii (poate fi reţea de radiotelefonie,
reţea de emiţătoare de radio sau de televiziune etc.) se pot distinge trei etape principale:
1. stabilirea unei reţele teoretice de bază, prin care se determină o configuraţie aproximativă,
simplificată a reţelei.
2. analiza factorilor care determină efectuarea unor corecţii sau luarea unor măsuri de
protecţie suplimentare. Pot exista şi unii factori care implică simplificări ale măsurilor de
protecţie. Dintre factorii care pot fi luaţi în consideraţie în această fază se remarcă:
relieful, poziţia emiţătorului în raport cu zona acoperită, prezentă în zona a altor reţele de
radiocomunicaţii care ar putea perturba funcţionarea reţelei studiate etc.
3. efectuarea unor corecţii în structura reţelei ca urmare a unor măsurători şi observaţii
efectuate asupra unei prime variante.
În cazul particular al sistemelor celulare, se pune problema că teritoriul în care lucrează un
anumit sistem de comunicaţie să fie integral acoperit cu un număr de celule.
Având în vedere varietatea reliefului nu este necesar ca o celulă să aibă o formă regulată.
Totuşi activitatea de proiectare se simplifică dacă se optează pentru o formă geometrică simplă.
249
Într-o primă fază se constituie reţeaua teoretică de acoperire cu senmal radio a zonei. În acest
scop se fac o serie de ipoteze simplificatoare:
∼ suprafaţa analizată este considerată plană, fără forme de relief, construcţii, vegetaţie etc.
∼ suprafaţa va fi acoperită în întregime, fără suprapuneri sau cu suprapuneri minime ale
suprafeţelor elementare (celule);
∼ suprafeţele elementare utilizate sunt de acelaşi tip şi au dimensiuni identice;
∼ caracteristica de radiaţie în plan orizontal a antenei echipamentului radio este
considerată omnidirecţională; puterea aparent radială de fiecare echipament este o
constantă a reţelei analizate.
Important de menţionat este faptul că în sprijinul acestor etape de proiectare vin metodele de
predicţie locală şi globală Lee, Durkin-Edwards, Okumura sau Hata.
Odată cunoscută structura celulară urmează repartizarea frecvenţelor (canalelor radio):
∼ fiecărei celule i se atribuie un canal sau un set de canale radio;
∼ se fixează o regulă de reutilizare a grupurilor de canale radio;
∼ se realizează reţeaua de acoperire teoretică radio; ulterior această reţea va fi
corectată în funcţie de condiţiile concrete existente în zona respectivă.
Tabelul 8.1. Ariile unor poligoane utilizabile pentru acoperire.
Triunghi
echilateral
Pătrat Hexagon Cerc
Aria 2
2
3,14
33 RR≅
2R22
2
6,22
33 RR≅
πR2
Deoarece diagrama puterii aparent radiate în jurul unui amplasament de emisie este un
cerc, celulele radio ar putea fi aproximate prin cercuri sau prin poligoane regulate inscriptibile în
cerc cum ar fi: triunghi echilateral, pătrat, hexagon etc. Dacă raza cercului circumscris este R,
atunci ariile acoperite de fiecare din cele trei poligoane respectiv de cerc sunt cele date în tab.8.1.
250
Fig.8.17. Structură de reţea celulară
Având în vedere că cercurile conduc fie la zone neacoperite fie la zone suprapuse se
constată că acoperirea cea mai convenabilă a unei suprafeţe cu poligoane regulate, fără zone
suprapuse, este realizată cu hexagoane. Plecând de la această constatare, în cele mai multe
reţele celulare se alege hexagonul ca suprafaţă elementară pentru realizarea acoperirii.
Iniţial, în perioada anilor '60, reţelele teoretice au fost utilizate pentru coordonarea
reţelelor de radiodifuziune sonoră în banda UUS şi televiziune în benzile IV - V. În acest caz
suprafeţele au fost acoperite cu reţele de romburi cu un unghi de 60° (figura 8.17). Se observă că
de la reţeaua astfel realizată se poate trece cu uşurinţă la reţeaua de acoperire cu triunghiuri
echilaterale respectiv cu hexagoane. În consecinţă, cele trei tipuri de reţele sunt derivate una din
cealaltă prin relaţii geometrice elementare.
8.5.2 Caracteristicile zonei de reutilizare
Aşadar problema se reduce la acoperirea unei suprafeţe plane prin repetarea unei figuri
geometrice de un număr oarecare de ori. În cele ce urmează această figură este hexagonul (8.18
b). În fiecare celulă hexagonală se amplasează cate o staţie de bază (sau mai multe). care
realizează legătura cu staţiile mobile aflate pe teritoriul celulei. Principiul reutilizării frecvenţelor
constă în folosirea aceleiaşi frecvenţe (canal radio) sau folosirea aceluiaşi grup de frecvenţe
(canale radio) în celulele A, A1,...,A6 (figura 8.18 a). Este evident că se vor obţine perturbaţii
minime atunci când în reţea se va menţine echidistanţa între amplasamentele utilizate pentru
acelaşi canal (grup de canale). Într-o prima etapă se va determina o relaţie între distanţa dintre
centrele a două celule care folosesc acelaşi grup de frecvenţe (numită în continuare distanţă de
reutilizare) şi numărul de celule care constituie o zonă de reutilizare.
251
a) b)
Fig. 8.18. Celula hexagonală, repetitivitatea frecvenţelor în celulele hexagonale
frecvenţele utilizate în A sunt reutilizate în A ...A 1 6
În acest scop se consideră o reţea de celule hexagonale care acoperă zona supusă
analizei aşa cum sugerează (figurile 8.18 a şi 8.19). Aici s-au introdus notaţiile: h1=r 3 /2;
h2=3r/2, r - latura hexagonului, d – distanţa de reutilizare iar (m,n) - o pereche de numere întregi.
În conformitate cu figura 8.19, distanţa d este:
d2 =(mh1)2 + (nh2)2 (8.15)
Se constată că pentru a asigura echidistanţa între celulele ce utilizează acelaşi canal (grup de
canale), punctele A1, ..., A6 de pe reţeaua de hexagoane se aleg astfel încât să formeze, la rândul
lor, un hexagon. În acest fel unghiul xAA1, poate avea o valoare oarecare, dar unghiul A1AA2,
este un unghi de 60°. Axa unui hexagon elementar este:
233
26 2
11
rrhS == (8.16)
iar aria triunghiului AA1A6 rezultă:
252
2
43
61dS AAA = (8.17)
Hexagonul A1, ...,A6 (figurile 8.18.a şi 8.19), se poate împărţii în trei romburi cu suprafeţe
egale. Acestea sunt: AA1A2A3, AA3A4A5 şi AA5A6A1.
Analizând rombul AAlA2A6 (figura 8.18.a), se constată că hexagoanele centrate în A şi A1
participă la suprafaţa acestuia cu 1/3 din aria lor iar cele centrale în A2 şi A6 cu 1/6.
Fig.8.19. Arhitectura unei reţele de acoperire hexagonale.
Extinzând aceste observaţii la zonele de reutilizare associate rezultă că aria unui romb
AAlA2A6 cuprinde N Hexagoane elementare deci va fi egală cu NS1, adică :
Adică
(8.18)
Înlocuind în relaţia (8.15) se obţine:
253
şi deci
Pentru a realiza o distribuţie a zonelor de reutilizare în conformitate cu condiţia (8.18)
numerele N, m, n trebuie să fie întregi. Deci m şi n sunt ambele fie numere pare, fie numere
impare iar suma m+n va fi întotdeauna un număr par. În consecinţă se poate alege perechea de
numere m şi n astfel încât :
m+n=2v
Înlocuind pe m cu 2v - n sau pe n cu 2v - m rezultă respectiv:
Pentru diverse perechi de valori de numere întregi, pozitive, (m, q) respectiv (n, q) rezultă
valori întregi pentru N. În tabelul 8.2 sunt date o serie de valori calculate.
Tabelul 8.2
Se observă că o aceeaşi valoare N poate fi realizată, în unele cazuri, cu mai multe
perechi de valori (m, n). Dând diverse valori pentru m,n,v se observă că N poate lua valorile :
N = 1, 3, 4, 7, 9, 12, 13, i6, 19, 21, 27, 31, 37,...adică numărul de celule care formează zona de
reutilizare nu poate fi ales arbitrar.
8.5.3 Determinarea coordonatelor zonelor de reutilizare
Din geometria sistemului se pot calcula coordonatele vârfurilor hexagonului A1,......,A6
.Rezultatele sunt prezentate în tabelul 8.3. Cunoscând coordonatele alese pentru centrul reţelei
254
precum şi numărul N de celule hexagonale care formează zona de reutilizare radio (cluster), este
util să se găsească relaţiile care să permită determinarea coordonatelor centrelor hexagoanelor
elementare în care se repetă grupa de frecvenţe utilizată în hexagonul de origine. De asemenea
este interesant să se determine coordonatele vârfurilor hexagonului care delimitează zona de
reutilizare centrată în origine.
Tabelul 8.3
Varful A1 A2 A3 A4 A5 A6
Coordonata
pe axa x
m m 0 -m -m 0
Coordonata
pe axa y
n -n -2n -n -n 2n
Se consideră hexagonul reprezentat în figura 8.20. În hexagoanele elementare centrate
în punctele A1, ...,A6 se utilizează acelaşi grup de frecvenţe care este utilizat şi în hexagonul A.
Zonele de reutilizare radio centrate în A respectiv în A1 sunt tangente pe segmentul QP, respectiv
linia de demarcaţie dintre cele două zone trece prin punctul M, aflat la jumătatea distanţei AA1.
Se formează hexagonul PQRSTU, care reprezintă graniţele geometrice ale zonei de reutilizare
radio cu centrul în A.
Fig.8.20 Coordonatele zonei de reutilizare.
255
În conformitate cu (figura 8.20), coordonatele punctului M sunt (m/2,n/2). În continuare se
determină coordonatele vârfurilor hexagonului A1...A6. Se începe cu coordonatele punctului
A6(m6,n6). Se ştie că:
AAl = ...=AA6 = ...=A6A1=d
În triunghiul A1AA6, se construieşte o perpendiculară pe Ax şi se formează triunghiul A6KM în
care KM este paralel cu Ax. Se observă că :
<A1Ax=<ZKA6M=θ
(unghiuri cu laturile perpendiculare).
Deci:
Coordonatele punctului A6 pot să fie exprimate în funcţie de m şi n prin :
Se asigură astfel condiţia :
Dar 2v = m + n, de unde rezultă:
În triunghiul echilateral AA6A1, Q reprezintă punctul de intersecţie al mediatoarelor, deci se va afla
la 1/3 de bază şi la 2/3 de vârful triunghiului respectiv, de unde :
256
Analog se obţin:
În figura 8.21.a,b,c,d sunt prezentate reţelele cu celule hexagonale care se obţin pentru
N = 3, 4, 7, 9. Aceste cazuri sunt cele mai des întâlnite în comunicaţiile mobile celulare.
Fig.8.21. Tipuri de reţele hexagonale
257
8.6. ADMINISTRAREA CANALELOR RADIO ÎN REŢELELE CELULARE. ATRIBUIREA CANALELOR ÎNTR-O REŢEA CELULARĂ.
Analiza geometrică efectuată în paragraful anterior este utilă pentru stabilirea reţelei de
acoperire teoretice din care, prin considerarea condiţiilor geografice de amplasare a staţiilor de
bază şi a traficului prevăzut se deduce, apoi, reţeaua de acoperire reală. Odată determinată
reţeaua de acoperire urmează distribuirea frecvenţelor (canalelor) între celule. Problema care
trebuie soluţionată constă în stabilirea unor algoritmi pentru:
- repetarea în reţea a unei frecvenţe (grup);
- distribuirea în reţea a frecvenţelor (grupurilor de frecvenţe);
- gruparea mai multor frecvenţe (canale) în vederea formării unui grup de frecvenţe care
va fi utilizat în acelaşi amplasament.
În soluţionarea oricăruia dintre cele trei aspecte principalul criteriu de analiză şi de
evaluare a variantelor adoptate constă în obţinerea de perturbaţii minime în reţea. În acest sens,
asa cum s-a mai precizat, prima şi cea mai importantă etapă constă în stabilirea numărului de
celule elementare, N, care formează o zona de reutilizare. Prin determinarea adecvată a acestui
parametru se ating două obiective majore:
∼ utilizarea eficientă a spectrului de frecvenţe aflat la dispoziţie;
∼ minimizarea perturbaţiilor co-canal în cadrul reţelei.
Un al treilea obiectiv, care nu face obiectul acestei analize, constă în minimizarea
perturbaţiilor între reţeaua considerată şi alte reţele de radiocomunicaţii care funcţionează în
aceeaşi zonă geografică.
În cele ce urmează se vom analiza doar câteva aspecte generale ale primelor două
obiective care determină structura de bază a reţelei analiza în detaliu acestor aspecte precum şi
a celui de al treilea( minimizarea perturbaţiilor între reţele) constituind obiectul unui alt studiu.
Pentru simplificare se presupune că: spectrul atribuit serviciului de radiocomunicaţii reprezintă o
bandă continuă de frecvenţe în cazul reţelelor care funcţionează în modul simplex se atribuie o
singură bandă, iar în cazul reţelelor care funcţionează în modul duplex se atribuie două benzi,
separate de distanţă duplex, spectrul disponibil este împărţit în canale egale ca dimensiuni.
Fiecărui canal i se atribuie un număr de ordine (figura 8.22).
258
Fig.8.22. Tehnica de divizare şi atribuirea canalelor radio
În banda alocată se pot constitui m canale radio (respectiv m perechi duplex). Lărgimea
de bandă a unui canal se va nota cu δf. Analizând modul cum pot fi utilizate canalele radio
obținute ca mai sus se constată că se disting trei situații:
∼ canale RF care vor fi utilizate fără restricții;
∼ canale RF care au fost anterior rezervate, din diverse considerente, pentru serviciul
analizat (canale preasignate);
∼ canale RF interzise pentru serviciul considerat (canale blocate).
Prin numerotarea canalelor, problema determinării canalelor compatibile se transformă într-o
problemă de determinare a unor relații de compatibilitate între numerele de ordine
corespunzătoare.
Ținând cont că, pentru acoperire, se utilizează o structură repetitivă spațial (zonă de
reutilizare) este suficient într-o primă etapă, să se stabilească modul de distribuţie a canalelor de
radiofrecvenţă într-o zonă de reutilizare. Este util să se remarce că atât canalele rezervate cât şi
canalele interzise pot să difere în funcție de zona de reutilizare.
259
Recommended
