INTERFERÊNCIA. Interferência é o fator limitante em sistemas celulares; Fontes de interferência incluem:

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1 INTERFERÊNCIA Interferência é o fator limitante em sistemas celulares; Fontes de interferência incluem: outro móvel na mesma célula; uma chamada em andamento na célula vizinha; outras ERB s operando na mesma faixa de frequências; ou algum sistema não-celular que cause interferência ao sistema celular. 1

2 INTERFERÊNCIA Interferência em canais de voz provoca efeitos de crosstalk; É um distúrbio causado por campos elétricos ou magnéticos de um sinal de telecomunicações que afetam um sinal em um circuito adjacente; Em um circuito de telefone, crosstalk pode resultar na audição de uma conversa de voz de outro circuito. 2

3 INTERFERÊNCIA Interferência em canais de controle pode causar a perda e o bloqueio de chamadas devido a erros na sinalização digital; Os dois principais tipos de interferência geradas no próprio sistema celular são a interferência cocanal e a interferência de canal adjacente. 3

4 INTERFERÊNCIA COCANAL O reuso de frequência implica em que, em uma dada área de cobertura, existam algumas células que utilizam um mesmo conjunto de frequências. A interferência entre estas células é denominada interferência cocanal. 4

5 INTERFERÊNCIA COCANAL Figura 1 - Interferência cocanal Na Figura 1 estão representadas as seis primeiras células cocanal da célula central. As células são pertencentes aos seis clusters vizinhos ao cluster central. As seis células interferentes constituem o que se chama de primeiro anel interferente. 5

6 INTERFERÊNCIA COCANAL Ao contrário do ruído térmico, que pode ser combatido através do aumento da relação sinal-ruído (SNR), o aumento da potência de transmissão é prejudicial neste caso, pois esta medida aumentaria a interferência em células cocanal vizinhas; Para reduzir a interferência cocanal as células cocanal devem ser espaçadas por uma distância mínima, garantindo o isolamento. 6

7 INTERFERÊNCIA DE CANAL ADJACENTE Interferências que resultam de sinais que estão numa faixa de frequências adjacente à faixa de sinal desejado são chamadas interferências de canal adjacente. Essa forma de interferência resulta de imperfeições no filtro do receptor, que permite que frequências em faixas próximas da faixa desejada sejam recebidas. 7

8 INTERFERÊNCIA DE CANAL ADJACENTE O problema pode ser particularmente sério se um usuário em um canal adjacente estiver transmitindo muito próximo ao receptor de um outro usuário, enquanto o receptor deste último tenta receber sinal de uma estação base no canal desejado. Esse problema é conhecido como efeito perto-distante (near-far effect). 8

9 INTERFERÊNCIA DE CANAL ADJACENTE Um transmissor próximo (podendo inclusive não fazer parte do sistema celular) causa forte interferência de canal adjacente em outro receptor; O efeito perto-distante também ocorre quando um móvel próximo a estação base transmite em um canal próximo ao canal sendo usado por um móvel cujo sinal está fraco (distante da ERB em questão); Neste caso a ERB pode ter dificuldade em discriminar o usuário cujo sinal está fraco. 9

10 INTERFERÊNCIA DE CANAL ADJACENTE A interferência de canal adjacente pode ser minimizada através de filtragem adequada e uma correta alocação de canais entre células; Como para cada célula é alocada apenas uma fração dos canais disponíveis, deve ser evitada a alocação, para uma mesma célula, de canais que são adjacentes em frequência; Através da alocação de canais na célula de forma que eles sejam o mais afastados possível em frequência, a interferência de canal adjacente pode ser consideravelmente reduzida. 10

11 INTERFERÊNCIA DE CANAL ADJACENTE Através da correta alocação de canais na célula, dado o tamanho N de cluster, é possível que se crie vários esquemas de alocação de canal entre as células de forma a maximizar a separação entre canais em uma mesma célula; Esquemas de alocação de canal devem também prevenir uma outra fonte de interferência de canal adjacente, que é o uso de canais adjacentes em células vizinhas. 11

12 Estratégias de Alocação de Canal Para um uso eficiente do espectro de rádio disponível, é requerido um esquema de reuso de frequências que seja consistente com os objetivos de aumento de capacidade e redução de interferência; Com o intuito de aumentar a eficiência na utilização do espectro, uma variedade de estratégias de alocação de canais foi então desenvolvida. 12

13 Estratégias de Alocação de Canal Tais estratégias podem ser classificadas como fixas ou dinâmicas; A escolha da estratégia impacta no desempenho do sistema, particularmente em como uma chamada é gerenciada quando um móvel desloca-se de uma célula para outra; Numa estratégia de alocação fixa de canais, é alocado um determinado conjunto de canais de voz a cada célula. 13

14 Estratégias de Alocação de Canal Qualquer tentativa de chamada dentro da célula só poderá ser servida pelos canais desocupados pertencentes àquela célula; Há algumas variantes da estratégia de alocação fixa de canais; Em uma delas, chamada de estratégia de empréstimo (borrowing strategy), uma célula pode pedir canais emprestados de uma célula vizinha se todos os seus canais estiverem ocupados. 14

15 A Central de Comutação Móvel supervisiona os procedimentos de empréstimo e garante que o empréstimo do canal não interfere em nenhuma chamada que esteja em progresso na célula de origem do canal; Na estratégia de alocação dinâmica de canais, os canais de voz não são alocados às células permanentemente; Cada vez que há uma tentativa de chamada, a estação base requisita canal para a CCC que então aloca um canal para a célula que o requisitou. 15

16 Estratégias de Alocação de Canal A CCC apenas aloca uma determinada frequência se essa frequência não está em uso na célula nem em nenhuma outra célula que esteja a uma distância menor que a distância de reuso, para evitar interferência. A alocação dinâmica de canais diminui a probabilidade de bloqueio de chamadas, aumentando a capacidade de troncalização do sistema, pois todos os canais disponíveis estão acessíveis a todas as células. 16

17 Estratégias de Alocação de Canal Esse tipo de estratégia requer que a CCC colete dados em tempo real de ocupação de canais, distribuição de tráfego, e de indicações de intensidade de sinal de rádio (RSSI- Radio Signal Strength Indications) de todos os canais, continuamente; Isso sobrecarrega o sistema em termos de capacidade de armazenamento de informações e carga computacional, mas provê vantagem de aumento de utilização dos canais e diminuição da probabilidade de bloqueio. 17

18 Particionamento de Células A divisão da área de cobertura do sistema em células, o agrupamento dos canais em conjuntos e a possibilidade da manipulação da potência das estações base de cada célula possibilita um planejamento flexível do sistema que leva em consideração a predição do tráfego em determinada região. 18

19 Particionamento de Células Nos centros das cidades, onde acontecem a maioria das chamadas as células tendem a ser menores do que as que cobrem uma área rural ou com pouca densidade populacional; O uso de muitas células pequenas num sistema é economicamente impraticável; Quando uma área fica saturada, a célula existente é quebrada em unidades menores (ambiente urbano). 19

20 Particionamento de Células 20

21 Handoff ou Handover O particionamento do sistema em células gera, além da já mencionada interferência co-canal, a necessidade de transferência automática das ligações originadas em uma célula e que cruzam a fronteira entre a célula de origem e a célula adjacente dentro da mesma área de registro do celular. 21

22 Handoff ou Handover Troca de canal de comunicação quando uma estação móvel entra na área de outra célula; É necessário devido a impossibilidade de abandonar a chamada; O sistema percebe que o sinal do Móvel está fraco e pede um handoff para alocar canal em outra célula; O usuário não percebe o que ocorre. 22

23 Handoff ou Handover 23

24 Handoff ou Handover Muitas estratégias de handoff priorizam os pedidos de handoff em relação a pedidos de novas chamadas; Para se decidir se um handoff é necessário ou não, é necessário garantir que a queda do sinal não é devido a um desvanecimento momentâneo e que o móvel está realmente afastando-se da base que o serve; Para certificar-se disto a base monitora o sinal por certo tempo antes de iniciar o processo. 24

25 Handoff ou Handover Deve-se especificar um nível ótimo de sinal a partir do qual se inicia o processo de handoff; Limiar de handoff é definido como um valor ligeiramente superior ao nível de sinal suficiente a uma qualidade de voz aceitável na estação rádio base (normalmente entre - 90dBm e -100dBm); A diferença, dada por = P r handoff P r mínima usável, onde P r é a potência recebida na base, não pode ser nem muito grande e nem muito pequena; Se for: muito grande, handoffs desnecessários podem ocorrer; muito pequeno, pode não haver tempo suficiente para que o processo se complete antes que a chamada seja perdida por causa de uma baixa intensidade do sinal. 25

28 Handoff ou Handover Nos sistemas celulares de primeira geração o intervalo típico de tempo para se ter o handoff concluído, tendo o nível do sinal caído abaixo do limiar de handoff, é de aproximadamente 10 segundos; Isto requer que o valor de seja da ordem de 6 a 12dB; Nos novos sistemas digitais, como o GSM, por exemplo, além do processo ser precedido por uma decisão de sua necessidade, tendo-se iniciado, leva em torno de 1 a 2 segundos; Consequentemente, possui valores típicos entre 0 e 6dB; O valor de pode ser programado na CCC (ou remotamente) para todas as ERBs. 28

29 Handoff ou Handover Em sistemas celulares analógicos: As medidas de intensidade do sinal são feitas pelas Estações Rádio Base e supervisionadas pela CCC; Cada ERB monitora constantemente a intensidade do sinal em todos os canais reversos de voz de forma a determinar a posição relativa de cada usuário móvel em relação à torre da ERB; Um receptor à parte em cada Estação Rádio Base, denominado receptor localizador, é utilizado para monitorar a intensidade do sinal dos usuários móveis que estiverem em células vizinhas; O receptor localizador é controlado pela CCC à qual a informação de intensidade do sinal é enviada com o objetivo de decidir se um processo de handoff será ou não necessário. 29

30 Handoff ou Handover Nos sistemas digitais: As decisões de handoff são assistidas pelos terminais móveis (MAHO - Mobile Assisted HandOff); No MAHO cada terminal de usuário mede a potência recebida pelas ERBs vizinhas e a taxa de erro de bit média e reporta essas medidas à ERB servidora; A CCC se utiliza dessas informações para o processamento de handoff. 30

31 Handoff ou Handover Priorização das requisições de handoff sobre as requisições de inicialização de chamada, canal de guarda: Uma fração do número total de canais do sistema é reservada para as requisições de handoff de chamadas entrantes de outros sistemas; Desvantagem: redução da capacidade de tráfego (menos canais serão dedicados a chamadas sendo originadas dentro do próprio sistema); Vantagens: o usuário que tem uma chamada em curso não tem a chamada bloqueada repentinamente, isto é mais aborrecedor que obter um sinal de ocupado quando da tentativa de se completar uma chamada. 31

32 Handoff ou Handover Atender a várias velocidades dos terminais móveis utiliza-se configuração guarda-chuva: Veículos em alta velocidade podem passar pela área de cobertura de uma célula em poucos segundos; Usuários pedestres podem nunca necessitar de um handoff durante uma chamada; Através da utilização de antenas com diferentes alturas e diferentes níveis de potência é possível se obter grandes e pequenas células co-localizadas; Esta técnica é chamada de técnica da célula guardachuva e é utilizada para fornecer grandes áreas de cobertura a usuários que trafegam em alta velocidade e áreas menores para aqueles que se movimentam a baixas velocidades. 32

33 Configuração Guarda-Chuva Grande célula para tráfego de alta velocidade Pequenas células para tráfego de baixa velocidade. 33

34 Arrastamento Um problema comum em configurações onde existem microcélulas é o arrastamento de célula; Fenômeno comum para usuários pedestres; Ocorre em ambientes urbanos quando há linha de visada entre o usuário e a ERB: Conforme o usuário vai se distanciando da ERB a uma velocidade muito baixa, a intensidade média do sinal não cai rapidamente; Mesmo excedendo os limites de sua célula o nível de sinal na ERB pode estar acima do limiar de handoff e assim este pode não ocorrer; Cria um grande problema de interferência e de tráfego, pois o usuário terá invadido a área da célula vizinha; Os limiares de handoffs e parâmetros de cobertura devem ser ajustados cuidadosamente. 34

35 Roaming Numa situação prática, sempre existe mais de uma operadora de serviços celulares, porém o usuário é assinante de uma operadora, ou seja, ele necessita utilizar o serviço de outras operadas como visitante (roamer); Acontece também quando o celular se encontra em uma área de cobertura diferente da sua área registro original, ou seja, quando o aparelho celular está em transito; Roaming só é possível se as operadoras envolvidas tiverem acordo comercial. 35

36 Roaming 36

37 Aumento da Capacidade Divisão Celular É o processo de se subdividir células congestionadas em células menores, cada uma com sua nova ERB e correspondente redução de altura e potência de TX. 37

38 Divisão de células Técnica amplamente utilizada por proporcionar grande aumento de capacidade; Difícil implementação devido à grande chance de aumento no nível de interferência no sistema (nunca é possível realizar a divisão ideal mostrada na figura do slide anterior). 38

39 Desvantagens do Processo Aumento do número de ERB s, gerando aumento de custo; Aumento do número de handoff s, gerando aumento de overhead (sobrecarga de controle). 39

40 Setorização Possibilidade de aumento de capacidade devido à redução de interferência co-canal e correspondente possibilidade de redução no tamanho do cluster; É utilizada normalmente na prática como ferramenta para redução de interferência co-canal causada por dificuldade de planejamento adequada e/ou implementação de divisão de células no sistema. 40

41 Setorização 41

42 Microcélulas Zonais Com o aumento da capacidade (divisão, setorização), aumenta também o número de handoff s e a carga de comutação e controle no sistema de comunicação móvel; Microcélulas inteligentes ou zonais amenizam o problema; Cada uma das três (ou mais) estações zonais são conectadas a uma única ERB e compartilham o mesmo equipamento de rádio; A EM é servida pela zona que lhe proporcione a maior intensidade de sinal; Cada canal pode ser alocado a qualquer zona (diferente da setorização) e há melhor cobertura. 42

43 Microcélulas Zonais 43