1. Topologia sieci komórkowych

Prezentacja na temat: "1. Topologia sieci komórkowych"— Zapis prezentacji:

0 Systemy komórkowe

1 1. Topologia sieci komórkowych
1.1. Podstawowe koncepcje Zasadnicza koncepcja budowy sieci radiokomunikacji komórkowej oparta jest na wielokrotnym używaniu tych samych kanałów radiowych w różnych, nie przylegających do siebie obszarach. Dzięki temu, przy stosunkowo niewielkiej liczbie kanałów radiowych można obsłużyć dziesiątki, a nawet setki milionów użytkowników. W praktyce oznacza to, że całkowity obszar geograficzny objęty działaniem sieci (regionu, kraju, czy kontynentu) jest podzielony na podobszary zwane komórkami. W każdej komórce wykorzystywana jest jedna z kilku lub kilkunastu grup kanałów, które zostały wydzielone z pasma przydzielonego dla sieci i ta sama grupa kanałów może być wielokrotnie użytkowana w różnych komórkach, jeśli są one dostatecznie oddalone od siebie, tj., gdy poziom interferencji współkanałowych jest pomijalnie mały. D.Rutkowski

2 W idealnie płaskim terenie, nie zalesionym i bez zabudowy oraz przy jednorodnych warunkach propagacyjnych granica obszaru zasięgu nadajnika radiowego jest okręgiem o promieniu zależnym od wartości progowej mocy sygnału odbieranego, odpowiadającej akceptowalnej jakości odbioru. W ogólnym przypadku obszar zasięgu wokół nadajnika radiowego można w idealnych warunkach faktycznie podzielić na trzy podobszary, bowiem poza podobszarem (strefa 1 na rys.1) akceptowalnej jakości odbioru można wyróżnić: podobszar (strefę 2 na rys. 1), w którym sygnał użyteczny ma zbyt małą moc, aby umożliwić akceptowalną jakość odbioru, ale jednocześnie ma wystarczającą moc, aby znacząco zakłócać pracę innego systemu funkcjonującego w tym samym paśmie częstotliwości i w tym samym podobszarze podobszar (strefę 3 na rys.1), w którym sygnał użyteczny nie jest praktycznie odbierany i nie zakłóca pracy innego systemu w tym samym podobszarze. Jeśli więc 2 nadajniki i wykorzystują to samo pasmo częstotliwości (wokół częstotliwości nośnej ), to strefa 1 wokół nadajnika musi leżeć poza strefą 2 wokół nadajnika i na odwrót. D.Rutkowski

3 Rys.1. Strefy pokrycia radiowego wokół nadajnika (stacji bazowej)
(a) wyizolowana stacja bazowa; (b) prawidłowe usytuowanie stacji bazowych; (c) usytuowanie stacji bazowych wywołujące interferencje współkanałowe D.Rutkowski

4 Jeśli strefa 1 nadajnika SB1 znajdzie się w strefie 2 nadajnika SB2, to odbiór w strefie 1 sygnałów nadajnika SB1 będzie zakłócany sygnałami nadajnika SB2, tzn. będą występowały tzw. interferencje współkanałowe. Jeśli więc chcemy pokryć dowolnie duży obszar w sposób spójny zasięgami wielu stacji bazowych, jak ma to miejsce w sieci komórkowej, przy warunku że interferencje współkanałowe będą pomijalne, to w szczególności wspólny obszar pokrycia w strefie 2 (rys. 1b) musi być użytkowany przez stację bazową pracującą w innym pasmie częstotliwości (wokół częstotliwości nośnej f02f01). Biorąc jednak pod uwagę całe otoczenie każdej ze stacji bazowych SB2 i SB1, koniecznych będzie więcej sąsiednich stacji bazowych, z których każda będzie funkcjonowała w innym pasmie (wokół innej nośnej), jak widać to na rys.2. D.Rutkowski

5 Rys.2. Rozdział obszarowy częstotliwości nośnych i odpowiadających im kanałów radiowych w grupie przylegających do siebie komórek w idealnych warunkach D.Rutkowski

6 Rzeczywiste obszary pokrycia stacji bazowych są nieregularne
Rzeczywiste obszary pokrycia stacji bazowych są nieregularne. Pamiętając o podstawowej koncepcji budowy sieci komórkowych i zakładając dla przykładu, że w sieci zostało wydzielonych 9 grup kanałów, można zrealizować ich przydział poszczególnym komórkom, jak pokazano to na rys.3. Rys.3. Topologia sieci komórkowej z ilustracją wielokrotnego użytkowania tych samych grup kanałów. Gi, i=1,2,,9 (i-ta grupa kanałów w 9-grupowym pęku). Spójny topologicznie zbiór komórek, w których wszystkie grupy kanałów zostały jeden raz wykorzystane, tworzy tzw. pęk komórek (ang. cell cluster). D.Rutkowski

7 Do celów systematycznego projektowania sieci komórkowych w oparciu o odpowiednie narzędzia programowe, wygodnie jest posługiwać się regularnymi kształtami obszarów komórek. Rys.4. Możliwe wzorce geometryczne komórek. (a) Trójkąty równoboczne; (b) Kwadraty; (c) Sześciokąty foremne D.Rutkowski

8 (a) K = 3, (b) K = 4, (c) K=7, (d) K = 12
Rys.5. Różne wzorce wielokrotnego użytkowania K grup kanałów w pękach liczących K komórek; (a) K = 3, (b) K = 4, (c) K=7, (d) K = 12 D.Rutkowski

9 i 3 grupy kanałów (pęk 3-komórkowy
Odrębnym zagadnieniem jest właściwy przydział dostępnych kanałów do poszczególnych grup. Rys.6. Ilustracja podziału pasma sieci komórkowej na kanały częstotliwościowe i 3 grupy kanałów (pęk 3-komórkowy D.Rutkowski

10 Rys.7. Sieć radiokomunikacji komórkowej i jej współpraca z sieciami zewnętrznymi
D.Rutkowski

11 Rys.8. Stacje bazowe umieszczone: (a) w środku komórek, (b) w wierzchołkach
D.Rutkowski

12 z ponumerowanymi grupami kanałów
Jednorodna topologia sieci komórkowej złożona z komórek sześciokątnych o jednakowych wymiarach stanowi etap wstępny projektowania, gdyż rzeczywista gęstość powierzchniowa abonentów jest zmienna w dużym zakresie, a ponadto zmienia się stopniowo w czasie, gdy wzrasta liczba abonentów. Dlatego zachodzi potrzeba wprowadzania odpowiednio mniejszych komórek w pewnych obszarach o dużej gęstości abonentów i modyfikacji pierwotnego projektu. Sposób lokalnego doboru topologii w takim przypadku ilustruje rys.9. Rys.9. Rozmieszczenie komórek o zróżnicowanych wymiarach w pęku 7-komórkowym (a) Przykład rozmieszczenia komórek; (b) Położenie stacji bazowych większych komórek z ponumero-wanymi grupami kanałów (c) Położenie stacji bazowych mniejszych komórek z ponumerowanymi grupami kanałów D.Rutkowski

13 D.Rutkowski

14 Rys.11. Przykład rozmieszczenia komórek w obszarze miejskim i jego otoczeniu.
Poszczególne liczby wpisane w komórki oznaczają liczności grup kanałów. D.Rutkowski

15 1.2. Wyznaczanie liczności pęku komorek
Rys.12. Układ współrzędnych przyjęty do rozważania właściwości geometrycznych zbioru sześciokątów foremnych, pokrywających pewien obszar w sposób spójny . D.Rutkowski

16 D.Rutkowski

17 Rys.13. Przykład wyznaczania komórek współkanałowych oraz liczby komórek w pęku (i=3, j=2)
D.Rutkowski

18 D.Rutkowski

19 D.Rutkowski

20 Rys.14. Komórki wnoszące interferencje współkanałowe do centralnej komórki 1
D.Rutkowski

21 D.Rutkowski

22 D.Rutkowski

23 2. Inżynieria ruchu radiotelefonicznego
D.Rutkowski

24 Rys.15. Współpraca sieci komórkowej i publicznej sieci telefonicznej PSTN.
Uwaga: liczba linii łączących RCK z PSTN jest w praktyce zawsze mniejsza od całkowitej liczby linii łączących RCK ze stacjami bazowymi. D.Rutkowski

25 D.Rutkowski

26 D.Rutkowski

27 Rys.17. Ilustracja do równania wiążącego prawdopodobieństwo przejść ze stanów n-1, n oraz n+1 do stanu n w systemie obsługi pokazanym na rys.16a. D.Rutkowski

28 D.Rutkowski

29 D.Rutkowski

30 Rys.18. Graf przejść między stanami 01
D.Rutkowski

31 D.Rutkowski

32 D.Rutkowski

33 D.Rutkowski

34 D.Rutkowski

35 Rys.22. Średnie dobowe natężenie ruchu pomierzone
w typowym sterowniku (BSC) sieci GSM D.Rutkowski

36 D.Rutkowski

37 3. Efektywność wielooperatorowych sieci komórkowych
D.Rutkowski

38 D.Rutkowski

39 Rys.24. Degradacja efektywności wykorzystania kanałów w funkcji prawdopodobieństwa blokowania
D.Rutkowski

40 4. Miary jakości dostępu użytkowników do usług w sieciach komórkowych
D.Rutkowski

41 D.Rutkowski

42 5. Efektywność widmowa i pojemność systemówkomórkowych
D.Rutkowski

43 D.Rutkowski

44 D.Rutkowski

45 D.Rutkowski

46 D.Rutkowski

47 6. Właściwości kanału radiowego w systemie komórkowym
6.1. Wstęp D.Rutkowski

48 Rys. 25. Przykład rozkładu mocy odebranego impulsu w. cz
Rys.25. Przykład rozkładu mocy odebranego impulsu w.cz. po demodulacji w odbiorniku. Dane: nadany impuls w.cz. o czasie trwania 1 msek; miejskie środowisko propagacyjne D.Rutkowski

49 D.Rutkowski

50 6.2. Efekt Dopplera D.Rutkowski

51 D.Rutkowski

52 Rys.26. Ilustracja do wyznaczania zależności przesunięcia dopplerowskiego od kąta między kierunkiem fali padającej i wektorem prędkości stacji ruchomej D.Rutkowski

53 6.3. Równoważna dolnopasmowa odpowiedź impulsowa kanału
D.Rutkowski

54 D.Rutkowski

55 D.Rutkowski

56 Rys.27. Ilustracja powolnej zmienności modułu odpowiedzi impulsowej kanału
D.Rutkowski

57 Rys.28. Ilustracja zmienności modułu odpowiedzi impulsowej kanału niestacjonarnego
D.Rutkowski

58 D.Rutkowski

59 D.Rutkowski

60 D.Rutkowski

61 D.Rutkowski

62 w przypadku typowego miejskiego środowiska propagacyjnego,
Rys.29. Unormowany rozkład mocy średniej prążków odpowiedzi impulsowej RDKR w przypadku typowego miejskiego środowiska propagacyjnego, w którym funkcjonuje system GSM D.Rutkowski

63 6.4. Transmitancja równoważnego dolnopasmowego kanału radiowego
D.Rutkowski

64 D.Rutkowski

65 6.5. Krótkookresowy rozkład amplitudy sygnału odbieranego
D.Rutkowski

66 D.Rutkowski

67 D.Rutkowski

68 D.Rutkowski

69 D.Rutkowski

70 D.Rutkowski

71 D.Rutkowski

72 D.Rutkowski

73 D.Rutkowski

74 D.Rutkowski

75 D.Rutkowski