Telefonia Celular. Renato Machado

Transcrição

1 Renato Machado UFSM - Universidade Federal de Santa Maria DELC - Departamento de Eletrônica e Computação renatomachado@ieee.org renatomachado@ufsm.br 23 de Agosto de 2011

2 Sumário

3 Idealmente, assumindo que as condições de propagação não mudem ao longo dos diferentes radiais, a área de cobertura de uma estação rádio base é um círculo (cobertura omnidirecional). A consideração de um modelo geométrico é necessária em estudos, simulações, análises e projetos de sistemas de comunicação celular, além de ser útil para adaptações que atendam um futuro crescimento do sistema.

4 Características elementares de um sistema celular Deseja-se cobrir regiões sem deixar espaços ou criar regiões sobrepostas; As três melhores escolhas para o padrão de uma célula recaem no quadrado, no triângulo equilátero e no hexágono; Para um dado raio de célula, o hexágono é a figura geométrica que tem a maior área entre as três geometrias propostas.

5 Figura: R c, raio celular.

6 Numa geometria hexagonal, o sistema de coordenadas mais conveniente possui inclinação de 60 0 entre os eixos (coordenadas (u;v)). Usando as coordenadas (u;v), os centros das células (neste sistema de coordenadas) estarão localizados nas seguintes posições: (u, v) = ( R c i; 2 2 R c j) = ( 3 R c i; 3 R c j) = (2 R i; 2 R j), em que: i = 0, 1, 2, 3, ; j = 0, 1, 2, 3, ; R c e R estão definidos na figura seguinte.

7 Figura: Coordenadas nos sistemas hexagonal e retangular.

8 Analisando os pontos de coordenadas (u 1 ; v 1 ) e (u 2 ; v 2 ) para coordenadas retangulares,através das suas projeções tem-se: e (x 1, y 1 ) = (u 1 cos 30 o, v 1 + u 1 sin 30 o ) (1) (x 2, y 2 ) = (u 2 cos 30 o, v 2 + u 2 sin 30 o ) (2)

9 Em cada célula, ou estação base, é alocada uma porção do número de canais de comunicação disponíveis para todo o sistema. São alocados diferentes grupos de canais para cada estação base, de forma que todos os canais disponíveis no sistema são alocados a um determinado número de estações vizinhas, formando um cluster.

10 A distância D entre dois pontos C 2 (u 2 ; v 2 ) e C 1 (u 1 ; v 1 ) pode ser calculada por: D = (u 2 u 1 ) 2 cos 2 30 o + [(v 2 v 1 ) + (u 2 u 1 ) sin 30 o ] 2 (3)

11 Expandindo a Equação 3, tem-se D = U 2 cos 2 30 o + U 2 sin 2 30 o + V 2 + 2UV sin 30 o (4) em que U = (u 2 u 1 ) e V = (v 2 v 1 ). obtendo-se por fim D = (u 2 u 1 ) 2 + (v 2 v 1 ) 2 + (v 2 v 1 )(u 2 u 1 ) (5)

12 A distância do centro da célula à origem do sistema de coordenadas pode ser calculada tomando-se (u1, v1) = (0, 0): D = R c 3 i 2 + i j + j 2 = 2R i 2 + i j + j 2 (6) em que 3R c é o valor da menor distância possível entre o centro de duas células, e i = 0, 1, 2, 3, ; j = 0, 1, 2, 3,.

13 Considerando cluster de formato hexagonal, iremos agora determinar os números possíveis de células que o compõem. Observando a Figura 3 considere a área da célula a = 3 3Rc 2 2 e a área do cluster A = 3D 2 2, tem-se a relação entre elas dada por: N = A ( ) D 2 a = 3Rc, (7) em que, N = número de células por grupo; A = área do cluster; a = área da célula; R c = raio da célula; D = distância entre dois grupos.

14 Como a distância entre células hexagonais é dada por, D = R c 3 i 2 + i j + j 2, tem-se que N = i 2 + i j + j 2 (8)

15 Figura: Distância de reuso.

16 Como i e j são números inteiros, o cluster só irá acomodar determinado número de células, conforme Figura 4. Figura: Células em um cluster hexagonal.

17 Figura: Distância de reuso.

18 O parâmetro D/R c = q é conhecido como razão de reuso co-canal e pode ser expresso por: q = D R c = 3N (9)

19 Razão de reuso co-canal A razão de reuso co-canal é um parâmetro fundamental no planejamento de sistemas celulares, pois está diretamente associada à interferência co-canal (interferência entre células que utilizam o mesmo conjunto de canais) e ao mesmo tempo à capacidade de tráfego do sistema. Aumentando-se a razão de reuso, a interferência co-canal se reduz, como será visto a seguir. Entretanto, o número de células por cluster aumenta, o número de canais por célula diminui (considerando que o número total de canais é constante) e, consequentemente, diminui também a capacidade de tráfego do sistema.

20 Razão de reuso co-canal A escolha da razão de reuso co-canal é, portanto, um compromisso entre a capacidade de tráfego e a qualidade do sistema (quanto menor a interferência co-canal, maior a qualidade do sistema).

21 Codificação do Sinal Tabela: Codificação do Sinal Célula/Cluster D/R C Capacidade de Tráfego Qualidade de Transmissão 1 1,73 Maior Pior ,46 7 4,58 9 5, Menor Melhor

22 Sumário 1 Se 20 MHz do espectro total é alocado para um sistema celular duplex e cada canal simplex tem 25KHz de largura de banda, determine: O número de canais duplex; O número total de canais por célula se o fator de reuso for 4; O número de clusters se a área a ser coberta pelo sistema é de 800Km 2 e o raio de uma célula é de 2, 5Km. A hexagono = R2 c.

23 Bibliografia Sumário Notas de aula do prof. Natanael R. Gomes.