Sistemas de Comunicação Sem Fio Características dos Sistemas Celulares
Wireless Communications System Definitions Definições Sistemas de Comunicação Sem Fio Fonte: Rappaport - Introduction to Wireless Communication Systems.Tabela 1.4 página 10. Base Station - A fixed station in a mobile radio system used for radio communication with mobile stations. Base stations are located at the center or on the edge of a coverage region and consist of radio channels and transmitter and receiver antennas mounted on a tower. Estação Rádio Base (ERB) - Uma estação fixa em um sistema de rádio móvel para comunicação de rádio com estações móveis. As estações base são localizadas no centro ou na borda de uma região de cobertura e consistem de canais de rádio, transmissor/receptor, ou seja, transceptor e antenas montadas em uma torre. 2
Control Channel - Radio channels used for transmission of call setup, call request, call initiation and other beacon or control purposes. Canal de Controle - Canal de rádio usado para transmissão de configuração, solicitação, início de chamada e outras finalidades de orientação e ou controle. Forward Channel - Radio channel used for transmission of information from the base station to the mobile. Canal Direto - Canal de rádio usado para transmissão de informações da estação de base para a estação móvel. 3
Full Duplex Systems - Communication systems which allow simultaneous two-way communication. Transmission and reception is typically on two different channels (FDD) although new cordless/pcs systems are using TDD. Sistemas Full Duplex - Sistemas de comunicação que permitem a comunicação de duas vias simultâneas. Transmissão e recepção geralmente são em dois canais diferentes, duplexação por divisão na frequência - FDD (Frequency Division Duplexing), embora novos sistemas sem fios / sistemas de comunicação pessoal PCS (Personal Communications Systems ) estão usando duplexação por divisão no tempo TDD (Time Division Duplexing). 4
Half Duplex Systems - Communication systems which allow two-way communication by using the same radio channel for both transmission and reception. At any given time, the user can only either transmit or receive information. Sistemas Half Duplex - Sistemas de comunicação que permitem a comunicação bidirecional usando o mesmo canal de rádio para transmissão e recepção mas não simultaneamente. Num dado momento, o usuário só pode transmitir ou receber qualquer informação. 5
Handoff - The process of transferring a mobile station from one channel or base station to another. Handoff - O processo de transferência de uma estação móvel de um canal ou estação base para outra. Mobile Station - A station in the cellular radio service intended for use while in motion at unspecified locations. Mobile stations may be hand-held personal units (portables) or installed in vehicles (mobiles). Estação Móvel Uma estação do serviço de radiocomunicações celulares destinados a uso em movimento em locais não especificados. As estações móveis podem ser unidades pessoais portáteis ou instaladas em veículos (móveis). 6
Mobile Switching Center - Switching center which coordinates the routing of calls in a large service area. In a cellular radio system, the MSC connects the cellular base stations and the mobiles to the PSTN. An MSC is also called a mobile telephone switching office (MTSO). Central de Comutação Móvel - Centro de comutação que coordena o encaminhamento das chamadas em uma área de serviço grande. Em um sistema de rádio celular, a MSC liga as estações base de celulares e telefones para a rede telefônica fixa - PSTN (Public Switching Telephone Network). A MSC (Mobile Switching Center) é também chamada como MTSO(Mobile Telephone Switching Office). 7
Page - A brief message which is broadcast over the entire service area, usually in a simulcast fashion by many base stations at the same time. Page - Uma breve mensagem que é transmitida através da área de serviço inteira, geralmente serve para muitas estações de base, ao mesmo tempo. Reverse Channel - Radio channel used for transmission of information from the mobile to base station. Canal Reverso - Canal de rádio usado para transmissão de informações a partir do móvel à estação base. 8
Roamer - A mobile station which operates in a service area (market) other than that from which service has been subscribed. Roamer - A estação móvel que atua em uma área de serviço (de mercado) diferente daquela de que o serviço tenha sido subscrito. Simplex Systems - Communication systems which provide only one-way communication. Sistema Simplex - Sistemas de Comunicação que provêem apenas comunicação de mão única (só TX ou só RX). 9
Subscriber - A user who pays subscription charges for using a mobile communications system. Assinante - Um usuário que paga as taxas de assinatura para utilizar um sistema de comunicações móveis. Transceiver - A device capable of simultaneously transmitting and receiving radio signals. Transceptor - Um dispositivo capaz de, simultaneamente, transmitir e receber sinais de rádio. 10
Componentes Básicos Os componentes básicos que compõem um sistema celular são: Estação Rádio-Base (ERB) ou Base Transciever Station (BTS) Central de Comutação e Controle (CCC) ou Mobile Switching Center (MSC) Estações Móveis (EM) ou Mobile Station (MS) Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) ou Public Switched Telephony Network (PSTN) 11
Estação Rádio-Base (ERB) Interface de rádio entre Estação Móvel e o sistema; Controla e informa Estações Móveis em sua área de cobertura; Verifica e reporta à CCC a qualidade do sinal das chamadas sob seu controle; Verifica entrada de novas Estações Móveis em sua área, recebe comandos da CCC e participa do processo de Handoff. 12
Central de Comutação e Controle (CCC) Provém interface entre rede telefônica e o sistema celular além de comunicar-se com outros sistemas celulares; Controla as ERBs; Monitora e Controla as chamadas; Supervisiona o estado do sistema; Comuta e controla handoff de chamadas; Administra o sistema e realiza billing, ou tarifação, das chamadas. 13
Estações Móveis (EM) Provém interface entre usuário e o sistema celular; Converte sinais de áudio em sinais de RF (radiofrequência) e vice-versa; Responde a comandos enviados pelo sistema; Alerta usuário sobre chamadas recebidas; Informa ao usuário o estado do sistema; Alerta sistema sobre tentativa de origem de chamada do usuário; Registra o usuário no sistema. 14
Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) Provém interface entre o sistema e outras redes de comunicações de telefonia fixa ou outras redes celulares. 15
Esquema básico de sistema celular 16
Conceitos Celular Para que o equipamento móvel se comunique com uma estação rádio base, deve estar na área desta última; Dependendo da área(rural ou urbana), chega-se a uma estratégia de particionamento e dimensionamento dos elementos da rede celular; O planejamento deve incluir: Células Clusters Reuso de Frequência Estratégias de Handoff Roaming 17
Célula Unidade geográfica básica do sistema e advém da idéia de divisão em formato de colméia para otimização; No planejamento de sistemas celulares se utiliza, para efeito de cálculos, a célula no formato hexagonal; Na prática, seu formato depende do terreno e estruturas existentes (prédios) e acaba parecendo com uma ameba. 18
Célula 19
Célula As denominações existentes para os variados tipos de célula são: Macrocélula: 2 a 30km Microcélula: 200 a 2000m Picocélula: 4 a 200m O tamanho da célula diminui com o crescimento do sistema. 20
Célula Consequências da diminuição das células: Aumenta a capacidade de usuários; Aumenta o número de handoffs; Menor consumo de potência do terminal móvel; Diferentes ambientes de propagação; Menores espalhamentos temporais; Diferentes lay-outs de célula; Sistema mais difícil de planejar. 21
Cluster Grupo de células onde todas as frequências disponíveis foram utilizadas; Por análise geométrica do lay-out hexagonal, um cluster somente pode ter N = i 2 + ij + j 2 células igualmente espaçadas de suas cocélulas, onde i e j são inteiros positivos; Em telefonia celular escolhe-se N para uma dada qualidade aceitável do link, nos limites das células; Definição: conjunto das N células que utilizam um conjunto de frequências disponíveis. 22
Para localizar uma célula co-canal vizinha mais próxima de uma determinada célula segue-se os seguintes passos: 1 move-se i células em qualquer direção do hexágono; 2 vire 60 0 no sentido anti-horário j células. Exemplo: para i=3 e j=2. N=19. Cluster N = i 2 + ij + j 2 23
Cluster 24
Cluster 25
Reuso de Frequência Organizar canais em células para ter o maior número de conversações simultâneas possível; Existem sete canais disponíveis e um é dado para cada célula do cluster. Reuso: 1/7. 26
Reuso de Frequência 27
Reuso de Frequência O reuso de frequências faz com que em uma dada área de cobertura existam várias células que utilizam o mesmo conjunto de frequências; Células são chamadas de Co-células e a interferência entre sinais dessas células é denominada de Interferência Co-canal; A interferência resultante de sinais adjacentes em frequência ao sinal desejado é chamada Interferência de Canal Adjacente; Ambas as interferências limitam a capacidade do sistema. 28
Exercício Um sistema celular particular utiliza uma banda total de 33 MHz. Cada canal de comunicação é composto por dois canais simplex de 25 KHz para prover full duplex e canais de controle. Calcule o número de canais disponíveis por célula se o sistema usa: R = 1/4 (4 células de reuso) R = 1/7 (7 células de reuso) R = 1/12 (12 células de reuso) 29
Exercício Se 1MHz do espectro é dedicado para controle dos canais, determine a nova distribuição de canais de controle e de voz para cada um dos sistemas anteriores. 30
Solução 31
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