Canales para AMPS en USA. Canales para AMPS en USA

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Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

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Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

Este ejemplo ilustra como dividir los canales en subconjuntos y se asignan estos subconjuntos a celdas diferentes para minimizar la interferencia de canales adyacentes.

Número de canales de AMPS en USA

™Inicialmente operaba con 666 canales duplex (1983).

¾Numerados del 1 al 666.

™En 1989, la FCC asignó 10 MHz adicionales, agregando 166 canales.

¾Numerados del 667 a 799 y 991 a 1023.

¾Esto explica la extraña posición de los canales en el espectro de frecuencia y su numeración.

™Actualmente se tiene un total de 832 canales full duplex.

82 82

Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

Frecuencias de operación

™Canales reverse de 824 a 849 MHz.

¾Ejemplo: canal 1 en 825.030 MHz.

™Canales forward de 869 a 894 MHz.

¾Ejemplo: canal 1 en 870.030 MHz.

El par de canales simplex destinados a una conversación están separados por 45 MHz.

™Se escogió esta separación para poder tener en los receptores de las estaciones

móviles duplexers altamente selectivos pero de bajo costo.

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Enero 06 8383

Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

Para incentivar la competencia, la FCC licenció los canales a dos operadores competidores, cada uno recibió la mitad de los canales.

™Los canales se distinguen como “bloque A” y “bloque B”

Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

La razón para el salto entre 799 y 991, para los últimos 33 canales,

es para facilitar los cálculos en las estaciones móviles y tiene que

ver con la realización de los cálculos usando aritmética de

complemento de dos.

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Enero 06 8585

Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

De los 416 canales de cada operador, 395 son canales de voz y 21 son canales de control.

™Bloque A

¾Voz: 1 a 312

9Extendidos: ( 667 a 716) y (991 a 1023)

¾Control: 313 a 333

™Bloque B

¾Voz: 355 a 666

9Extendidos: (717 a 799)

¾Control: 334 a 354

Los 395 canales de voz se dividen en 21 subconjuntos

™(1A,…7A), (1B,…7B), (1C,…7C)

™Cada subconjunto tiene cerca de 19 canales.

¾Ejemplo subconjunto 1A contiene

(1,22,43,64,85,106,127,148,169,190,211,232,253,274,295,670,691,712,1003)

¾La separación entre canales adyacentes en una celda es de 21 canales.

¾Canal 313 es de control.

86 86

Canales para AMPS en USA

Canales para AMPS en USA

Canales para AMPS en USA

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Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA Canales para AMPS en USA

En un sistema con N=7 (mínimo tamaño que provee la suficiente separación entre celdas co-canal.)

™Se tienen 395/7= 57 canales por celda.

™Cada celda utiliza 57/19=3 subconjuntos de canales.

™Los subconjuntos se asignan de tal manera que cada canal en la celda esté separado

de los otros canales al menos el espacio equivalente a 7 canales.

™Cada celda utiliza los canales de los subconjuntos dados por:

¾iA + iB + iC, con i es un entero entre 1 y 7

Nota

™La filas de canales sombreados en las figuras corresponden a los canales de control.

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Enero 06 8989

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

El sistema de primera generación mas común en Norteamérica fue AMPS (Advanced Mobile Phone Service).

™Desarrollado por AT&T Bell Laboratories (a fines de los 70s).

™Instalado en Chicago por Ameritech a fines de 1983, cubriendo 2100 millas cuadradas.

™También común en Sudamérica, Australia y China.

™Ha sido reemplazado por sistemas de 2G.

Las bandas de frecuencia utilizadas y distribución de canales fueron presentadas anteriormente.

™El número de canales es inadecuado para la mayoría de mercados.

™El primer sistema AMPS utilizaba grandes celdas y antenas omnidireccionales en las estaciones base.

NAM (Numeric Assignment Module)

™Módulo en memoria solo de lectura.

™Contiene el número telefónico asignado por el proveedor del servicio y el número de serie asignado por el fabricante.

90 90

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Se utiliza un patrón de reutilización N=7 con provisiones para sectorización y cell

splitting.

™SIR=18 dB para un rendimiento satisfactorio del sistema, obtenido con antenas direccionales de 120 grados..

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Enero 06 9191

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Canales de Control

™Los datos en cualquier tipo de canal (FCC, RCC) se transfieren en tramas.

™Formato de trama para un RCC

¾Considerando los overheads, la tasa de transmisión es de unos pocos cientos de bps.

¾Ejemplos de mensajes RCC incluyen pedido de inicialización de llamadas, repuestas a pagings y otras confirmaciones.

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Canales de Control

™Formato de trama para un RCC

¾Inicia con 48 bits del campo denominado “precursor” (preámbulo).

930 bits para sincronización a nivel de bit (0s y 1s alternados).

911 bits para una palabra de sincronización (111000100010).

97 bits para el DCC (Digital Color Code).

‰Para distinguir las transmisiones en celdas co-canales.

‰Es un identificador único de una estación base y sirve como una dirección de destino para la trama RCC.

¾Luego se transmiten entre 1 y 6 palabras de datos.

9Para mejorar la confiabilidad, cada palabra es transmitida 5 veces en la misma trama.

9Cada palabra es de 48 bits (36 bits de datos y 12 bits para control de errores).

‰Se usa una versión simplificada de un código BCH de (n, k, t)= (63,51,5)

‰Se usa una lógica de mayoría para recuperar la palabra en la estación base.

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Enero 06

Enero 06 9393

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Canales de Control

™Formato de trama para un FCC

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AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Canales de Control

™Formato de trama para un FCC

¾Ejemplos de mensajes FCC: mensajes para pagings y para asignación de frecuencias.

¾Inicia con 21 bits

910 bits para sincronización a nivel de bit.

911 bits para una palabra de sincronización.

¾Luego se transmiten 2 palabras de datos.

9Para mejorar la confiabilidad, cada palabra es transmitida 5 veces en la misma trama.

9Cada palabra es de 40 bits.

‰28 bits de datos.

‰12 bits para control de errores (se usa una versión simplificada del código BCH).

9Cada trama FCC provee información sobre el estado (libre u ocupado) de la trama RCC correspondiente, usando bits busy/idle.

‰Se inserta un bit cada 10 bits de la trama (421 bits permiten insertar 42 bits).

‰El tamaño total de la trama es (421 + 42=463)

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AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Canales de Control

™Formato de trama para un FCC

¾El tamaño total de la trama es 463 bits, de los cuales 2*28 bits son de datos.

¾La tasa efectiva es por lo tanto 56/463*10 kbps= 1.2 kbps.

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Mientras los canales de voz están en uso, tres técnicas de

señalización se usan para mantener supervisión entre la estación base y la estación móvil.

™Wideband Data

¾Los datos se transmiten en modo blank and burst a 10 kbps

9La unidad móvil o la estación base pueden insertar una ráfaga de tráfico, deshabilitando la transmisión de voz en FM (y SAT, que se explica luego) por cerca de 100 ms y reemplazándola con mensajes codificados con FSK.

¾Los comandos se usan para intercambiar mensajes urgentes como:

9Cambios de nivel de potencia.

9Iniciar Handoffs.

™Señales de supervisión

¾SAT (Supervisory Audio Tone)

¾ST (Signaling Tone)

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Enero 06 9797

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Señales de supervisión

™Cuando se asigna el par de canales de voz para una estación móvil, también se asignan:

¾SAT(Supervisory Audio Tone)

¾VMAC (Voice Mobile Attenuation Code)

‰Para indicar al móvil que transmita a un nivel de potencia dado.

™SAT (Supervisory Audio Tone)

¾Se transmite continuamente en FVC y RVC (VOZ) durante una llamada.

9Tres frecuencias posibles mayores a las de la banda de audio (5970 Hz, 6000 Hz o 6030 Hz).

¾Los móviles y las BSs la usan para poder distinguirse entre sí, frente a los usuarios coco--canalcanal ubicados en otras celdas.

9Se usa una de las frecuencias y se trasmite durante toda la conversación.

9Un móvil en una celda co-canal, transmitiendo a la misma frecuencia, tendrá una frecuancia de SAT diferente.

‰Una estación base puede rechazar la señal de una llamada interferente.

¾El móvil monitorea el FVC apenas inicia el uso de los canales de voz, y procede a detectar filtrar y demodular el SAT, para luego enviar el mismo tono para transmisión continua en el RVC.

9Esto completa el lazo y y la red está segura de que es el móvil correcto.

¾Si el SAT no está presente o se detecta de forma incorrecta en un un intervalo de 5s, se suspende la transmisión y el MSC reutiliza los canales.

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AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Señales de supervisión

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Enero 06 9999

AMPS en USA AMPS en USA AMPS en USA

Señales de supervisión

™ST (Signaling Tone)

¾Generado por la unidad móvil.

¾Es una ráfaga de datos a 10 kbps que indica el fin de una llamada indicada por el abonado.

9Mensaje de 1s y 0s alternados (10 kHz).

9Enviado en el RVC por el móvil por 200 ms.

9No se suspende el SAT como cuando se envía “wideband data”.

¾Se alerta a la estación base de que le abonado ha terminado la llamada.

9Cuando un usuario termina una llamada o apaga su unidad (durante una llamada) .

Se asigna un SID (System Identifier) a cada operador.

™El SID se transmite continuamente (cada 0.8 s) en cada FCC junto con otros datos que indican el estado del sistema.

¾Información de cómo se los roamers se registran automáticamente.

¾Como se maneja el control de potencia.

¾Si se soportan otros estándares como USDC o AMPS de banda estrecha (N-AMPS).

9Se revisan estos términos mas adelante.

™Se programa en el móvil.

ETACS en Europa ETACS en Europa ETACS en Europa

European Total Access Communications System

Desarrollado a mediados de los 80s.

Virtualmente idéntico a AMPS.

™Está escalado para ajustarse a 25 kHz (en lugar de 30 kHz).

™Difiere en la manera de formatear el número telefónico de cada abonado (MIN).

¾Para acomodar los códigos de país en Europa.

™Para los canales reversos usa el rango 890 MHz a 915 MHz.

™Para los canales forward usa el rango 935 MHz a 960 MHz.

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Enero 06 101101

ETACS en Europa ETACS en Europa ETACS en Europa

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Control de Potencia Control de Potencia Control de Potencia

Se controla la potencia para reducir la interferencia co-canal.

En la práctica, las estaciones base controlan constantemente los niveles de potencia de cada móvil.

Se trata de garantizar que cada móvil transmita la potencia mas pequeña necesaria para mantener un enlace de buena calidad en los canales reversos.

También ayuda a prolongar la vida de la batería del móvil y aliviar las preocupaciones respecto a la salud.

Sin embargo, reduce dramáticamente el SIR de los canales

reversos.

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Control de Potencia Control de Potencia Control de Potencia

Control de potencia de lazo abierto

™Depende solo de la unidad móvil, sin realimentación de la BS.

™Se usa en algunos sistemas Spread Spectrum.

¾La estación base transmite continuamente una señal denominada piloto.

¾El piloto permite a que una unidad móvil adquiera la temporización y se usa para el control de potencia.

9El móvil monitorea el nivel recibido de potencia del piloto y setea la potencia transmitida en el canal reverso.

9Asume que los niveles de los canales forward y reverse están muy correlacionadas.

™No es tan exacto como el control de lazo cerrado, pero puede reaccionar de mejor

manera a fluctuaciones rápidas en los niveles de potencia.

Control de Potencia Control de Potencia Control de Potencia

Control de potencia de lazo cerrado

™Ajusta el nivel de señal en el canal reverso basado en alguna métrica del

performance del canal reverso.

¾Nivel de potencia de las señales recibidas

¾Valor de SNR

¾BER

™La BS realiza la decisión del ajuste de la potencia y comunica al móvil mediante un

comando en el canal de control.

™Sirve también para el control de los niveles de potencia del canal forward.

¾El móvil provee información de la calidad de la señal recibida a la BS.

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Control de Potencia Control de Potencia Control de Potencia

Ejemplo para GSM (TDMA)

™La tabla presenta las “power classes” definidas en base a la potencia de salida.

¾8 para los canales de la estación base.

¾5 clases para las estaciones móviles.

™Se realiza los ajustes en ambas direcciones con control de potencia de lazo cerrado.

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Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Cell Splitting

™Subdivisión de las celdas

™Se subdivide una celda congestionada en celdas mas pequeñas

¾Cada celda nueva (microcelda) con su propia estación base

¾Con reducción en altura de la antena

9Se usa “antenna downtilting” para enfocar la energía hacia tierra y no el horizonte, limitando el radio de cobertura de las nuevas celdas.

¾Con reducción de la potencia de transmisión

™La capacidad del sistema celular se incrementa debido a que se incrementa el número de veces que se reutilizan los canales.

¾Se incrementa el número de canales por unidad de área de cobertura.

™La capacidad se incrementa disminuyendo R pero manteniendo constante la relación D/R.

¾No se modifica el esquema de asignación de canales requerido para mantener el valor mínimo de Q.

¾No se ha incrementado el espectro disponible solo se ha reescalado el sistema.

™Ejemplo:

¾Si el radio de cada celda se reduce a la mitad (R/2), para cubrir toda el área se requiere 4 veces mas celdas (Area=pi*radio2) y por lo tanto cuatro veces mas estaciones base.

¾En general, una reducción en el radio en un factor F, reduce la cobertura e incrementa el número requerido de estaciones base en F2.

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Cell Splitting

™En la figura las estaciones base se ubican en las esquinas de las celdas.

™Se asume que el área servida por la estación base A está saturada con tráfico.

¾La tasa de bloqueo en A es inaceptable.

™La estación base original A está ahora rodeada de tres microceldas de radio R/2.

¾Se han dispuesto de tal manera de preservar el plan de reutilización de frecuencias.

¾Así la estación G de la nueva microcelda se ha ubicado en la mitad del camino entre las dos estaciones grandes G, utilizando el mismo conjunto de frecuencias.

Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Cell Splitting

™Reducción de potencia

¾Para el caso en el que el radio de la nueva celda es R/2.

¾Se estima la potencia en los límites de la celda original y nueva y deben ser iguales.

¾Para el caso en que n=4, la potencia debe reducirse en 16 veces, o en 12 dB para mantener el SIR indicado.

™La potencia del móvil debe ser también reducida.

n t t

P P 2

1 2

=

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Cell Splitting

™En la práctica, no todas las celdas se subdividen al mismo tiempo.

¾Es difícil disponer de infraestructura física.

¾Celdas de diferente tamaño pueden existir simultáneamente.

9Debe tenerse extremo cuidado para mantener las distancias mínimas entre las celdas co-canal.

9Los canales de las celdas viejas se dividen en dos grupos: uno para el plan de reutilización de frecuencias en las celdas pequeñas y otro para las grandes.

‰Reduce la eficiencia de trunking del sistema.

9El sistema puede crecer de forma ordenada.

¾Se deben considerar aspectos del handoff para manejar tráfico de usuarios viajando a alta (celdas grandes) y baja velocidades.

¾Las celdas grandes pueden usarse en áreas rurales con bajo tráfico, mientras las microceldas pueden usarse en las áreas urbanas con alto tráfico.

¾Los niveles de potencia no serán uniformes en las estaciones base.

110 110

Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Overlaid Cells

™Una alternativa para mantener la distancia co-canal es usar celdas sobrelapadas

(overlaid).

™Se utiliza la infraestructura de la estación base existente.

™Los canales de una celda también se subdividen en dos grupos

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Enero 06

Enero 06 111111

Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

A medida que las celdas se hacen mas pequeñas, la ubicación de las antenas se mueven de los techos de edificios o colinas a los techos de edificios mas pequeños o en las paredes de los edificios grandes.

™Al hablar de microceldas pueden estar en los postes.

Las microceldas son útiles en las calles de áreas congestionadas, o en el interior de grandes edificios públicos.

™“Average delay spread” se refiere a la dispersión del retardo debido a los múltiples caminos de la señal (multipath); variación del retardo entre la primera versión en llegar y la última.

Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

™Para incrementar la capacidad otra

alternativa es mantener constante R y buscar métodos para decrementar D/R.

¾Se debe reducir la interferencia relativa, sin disminuir la potencia transmitida.

¾¾En la prEn la prááctica, el reducir la ctica, el reducir la interferencia permite disminuir N, interferencia permite disminuir N, lo que incrementa la capacidad.

lo que incrementa la capacidad.

™Se puede disminuir la interferencia

co-canal reemplazando una única

antena omnidireccional en la estación

base por varias antenas direccionales,

cada una radiando en un sector

específico.

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Enero 06 113113

Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

™Usando antenas direccionales, una celda dada recibirá interferencia de solo una

fracción de las celdas co-canal.

¾El factor en el que se reduce la interferencia co-canal depende de la cantidad de sectorización utilizada.

¾Una celda normalmente se particiona en tres sectores de 120 grados o seis sectores de 60 grados.

™Los canales en una celda en particular se dividen en grupos y se usan en un sector.

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Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

™Asumiendo N=7, para sectores de 120 grados, el número de celdas interferentes se reduce de 6 a 2.

¾La celda en el centro (amarillo), recibe interferencia solo de 2 celdas, las que están a su izquierda (azul y café).

™Se puede calcular que el SIR=24.2 dB, que es una mejora

significativa respecto al SIR obtenido con la configuración omnidireccional (17 dB).

™En sistemas prácticos se obtiene mejoras adicionales en el SIR utilizando downtilting en las antenas, factible en un esquema sectorial.

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Enero 06

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

™El peor caso de SIR es:

™Para N=7 se tiene D/R=4.6, y con ello se obtiene un SIR de 24.5 dB.

™Con sectorización de 60 grados, hay solo una celda interferente principal a una

distancia D, lo que resulta en un SIR de 26.5 dB.

Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

™Sin sectorización se obtiene un SIR de 18 dB con N=7 para la opción omnidireccional, pero se debe recordar que para el peor caso se requiere estrictamente N=12.

™Con sectorización se obtiene una reducción en la interferencia que se traduce en un incremento de la capacidad en un factor de (12/7=1.714).

™En la práctica, la reducción en la interferencia ofrecida por sectorización permite a los diseñadores reducir el valor de N, y provee grados adicionales de libertad para la asignación de canales.

™La penalización es:

¾El incremento de antenas en cada estación base.

¾El decremento de la eficiencia de trunking.

9Provoca pérdida de tráfico, especialmente en áreas urbanas en donde los patrones de las antenas direccionales no son efectivos al considerar los efectos de propagación.

¾El incremento de handoffs

9Las estaciones base soportan sectorización y permiten realizar handoffs entre sectores dentro de la misma celda, sin la intervención del MSC.

9Con esta observación no se considera crítico el problema del handoff.

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Sectorización

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Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Microcell Zone Concept

™El mayor número de handoffs requeridos en el esquema sectorizado, representa una mayor carga para los elementos de conmutación y control del enlace.

™Se ha presentado una solución basada en microceldas para el caso N=7.

™Cada una de las tres zonas (representadas por Tx/Rx ), están conectadas a una sola estación base y comparten el mismo equipo de radio.

¾Pueden existir mas de tres zonas.

™Las zonas están conectadas usando cable coaxial, fibra óptica o microondas.

™Las antenas se ubican en los límites de la celda y la estación base puede asignar cualquier canal a cualquier zona (mejor que sectorización).

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Microcell Zone Concept

™A medida que un móvil se desplaza de una zona a otra dentro de una celda, retiene el

mismo canal y no se requiere un handoff en la MSC.

¾El móvil es atendido por la zona con la señal mas potente, al desplazarse por la celda.

™La estación base simplemente conmuta el canal a otra zona (no asigna un nuevo

canal).

¾Un canal está activo solo en una zona en un instante dado, lo que permite que la radiación de la estación base esté localizada (solo en el área de una zona y no en toda la celda) y la interferencia se reduce.

¾La interferencia se reduce también por el hecho que se reemplaza una única y gran estación base por varios transmisores de baja potencia.

9Se mejora la calidad de la señal y se incrementa la capacidad sin degradación de la eficiencia de trunking causada por el esquema de sectorización.

™Los canales se distribuyen en tiempo y espacio entre las tres zonas y son reutilizadas

entre celdas co-canal de la forma común.

™Se enfatiza que el área de cobertura de la celda no ha cambiado.

Técnicas para incrementar la capacidad T écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Microcell Zone Concept

™Recordar que para AMPS en USA, se requiere un SIR=18 dB para un performance

satisfactorio utilizando FM.

¾Un sistema de N=7 produce un D/R=4.6 que cumple el requerimiento.

™Para el sistema con zonas:

¾La transmisión en cualquier instante está confinada a un zona en particular, lo que implica que con un Dz/Rz=4.6 puede conseguir el performance necesario.

9Dz es la distancia mínima entre zonas co-canal activas (cualquiera de las zonas dentro de una celda puede estar usando un canal particular a un t dado).

9Rz es el radio de la zona.

™En la figura:

¾Cada hexágono individual representa una zona.

¾Cada grupo de tres hexágonos representa una celda.

¾Rz es aproximadamente igual al radio de un hexágono.

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Técnicas para incrementar la capacidad T

écnicas para incrementar la capacidad cnicas para incrementar la capacidad

Microcell Zone Concept

™La capacidad del sistema por zonas está directamente relacionado a la distancia entre celdas co-canal y no zonas.

¾La distancia a considerar es D.

¾El radio de la celda es R.

™De la figura puede verse que para Dz/Rz=4.6, se tiene D/R=3

¾R=2Rz (aproximadamente).

™Un D/R=3 corresponde a un N=3.

™La reducción de N de 7 a 3 implica un incremento de 7/3=2.33

™Para el mismo SIR de 18 dB, este sistema provee un incremento significativo en la capacidad.

™Se puede demostrar que para el peor caso el SIR obtenido es de 20 dB.

¾Un margen extra de 2 dB en el peor de los casos.

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Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Trunking

™Este concepto permite a un gran número de usuarios compartir un número

relativamente pequeño de canales en una celda, permitiendo el acceso a cada usuario, bajo demanda, de un pool de canales disponibles.

¾Cada usuario es asignado un canal durante la llamada, y una vez terminada la llamada, el canal previamente ocupado es inmediatamente retornado al pool de canales disponibles.

™Este concepto explota el comportamiento estadístico de los usuarios de tal manera

que un número fijo de canales o circuitos pueden atender a un gran número, aleatorio, de usuarios.

¾Las compañías telefónicas utilizan la teoría de trunking para determinar el número de circuitos telefónicos que deben asignarse a edificios de oficinas con cientos de teléfonos.

™Hay un compromiso entre el número de circuitos telefónicos y la posibilidad de que

un usuario particular encuentre que no hay circuitos disponibles durante la hora

pico de llamadas.

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Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Trunking

™En un sistema de radio móvil que emplee trunking, cuando un usuario solicita servicio y todos los canales de radio están en uso, el usuario es bloqueadobloqueado (acceso al sistema negado).

¾En algunos sistemas se puede utilizar una cola para mantener los pedidos de los usuarios hasta que un canal esté disponible.

™Para el diseño de sistemas de radio que usen trunking se requiere entender la “Teoría de trunking” y la “Teoría de colas”.

™“Teoría de trunking”

¾Las bases fueron desarrolladas por el matemático danés A. K. Erlang a fines del siglo 19.

9Estudió como podía atenderse una gran población con un número limitado de servidores.

9Su nombre es la medida de la intensidad de tráfico.

‰Un Erlang representa la cantidad de intensidad de tráfico transportado por un canal que está completamente ocupado ( una llamada de 1 hora por hora o una llamada de 1 minuto por minuto).

‰Un canal de radio que está ocupado por 30 minutos durante una hora lleva 0.5 Erlangs de tráfico.

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

GOS

™Grade of Service (Grado de Servicio)

™Es una medida de la habilidad del usuario para acceder a un sistema que usa trunking durante la hora mas ocupada.

¾La “hora mas ocupada” está basada en la demanda del cliente en el periodo de 60 minutos en un día cuando el tráfico es mas alto, a largo plazo (durante una semana, mes o año).

¾La UIT recomienda encontrar el promedio en los 30 días mas ocupados del año.

¾En USA se reporta que las horas ocupadas para sistemas celulares típicamente ocurren entre 4 y 6 pm en un jueves o viernes.

™Es la tarea del diseñador estimar la capacidad máxima requerida y reservar el número de canales adecuados para cumplir con el GOS.

™GOS es típicamente especificado como la probabilidad que una llamada sea bloqueada, o la probabilidad de que una llamada experimente un retardo mayor que un tiempo fijo de encolamiento.

¾AMPS está diseñado para un GOS del 2% de bloqueo.

92 de cada 100 llamadas serán bloqueadas debido a la ocupación de los canales durante la hora mas ocupada.

(23)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 125125

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Ver H, A, λ

126 126

Trunking y GOS

Trunking y GOS

Trunking y GOS

(24)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 127127

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Trunking y GOS

Trunking y GOS

Trunking y GOS

(25)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 129129

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

El tráfico ofrecido no es necesariamente el tráfico transportado por el sistema.

™Cuando el tráfico excede la capacidad máxima del sistema, el trafico transportado es

limitado por la capacidad limitada (es decir por el número limitado de canales).

El máximo tráfico transportado posible es el número total de canales C, expresado en Erlangs.

Tipos de sistemas con trunking que se usan frecuentemente:

™Sin colas para los pedidos de llamadas (blocked calls cleared)

™Con colas para los pedidos de llamadas (blocked calls delayed)

130 130

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls cleared (Llamadas bloqueadas son descartadas)

™Lost calls cleared (LCC)

™Se asume que para todo usuario que solicita servicio:

¾No se requiere tiempo de establecimiento.

¾Se concede acceso inmediato a un canal si existe uno libre.

¾Si no hay canales disponibles, el usuario es bloqueado sin acceso y está en libertad de intentar mas tarde.

™Consideraciones del modelo

¾La llegada de las llamadas está determinada por una Distribución de Poisson.

¾Hay un número infinito de usuarios.

¾La llegada de las peticiones carecen de memoria.

9Todos los usuarios, incluyendo los bloqueados, pueden solicitar un canal en cualquier instante.

¾La probabilidad de que un usuario ocupe un canal está exponencialmente distribuida.

9Llamadas mas largas son menos probables de ocurrir.

¾Existe un número finito de canales disponibles en el pool.

9Se conoce como una cola M/M/m y conduce a la derivación de la fórmula denominada

“Erlang B”

(26)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 131131

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls cleared (Llamadas bloqueadas son descartadas)

La fórmula determina la probabilidad que una llamada se bloquee y es una medida del GOS para un sistema con trunking y que no provee colas para las llamadas bloqueadas.

™C es el número de canales

™A es el tráfico total ofrecido

™Valores en el rango [0.01, 0.001] son considerados muy buenos.

Un modelo de tráfico también debe considerar si se asume que el número de usuarios es finito o infinito.

™Para el caso infinito se asume una tasa de llegada constante.

¾La fórmula “Erlang B” se usa porque el número de usuarios es generalmente mayor que los canales ofrecidos en varios órdenes de magnitud, por lo que asumir infinitos fuentes es rasonable.

™Es posible establecer un modelo con un número finito de usuarios, pero las expresiones resultantes son mas complicadas.

¾La tasa de llegada dependen de cuantos usuarios están ya participando en una llamada.

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls cleared (Llamadas bloqueadas son descartadas)

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Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 133133

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls cleared (Llamadas bloqueadas son descartadas)

™Eficiencia de trunking

¾Es una medida del número de usuarios a los cuales se les puede ofrecer un GOS particular con una configuración particular de canales fijos.

¾La forma en la cual los canales se agrupan pueden alterar sustancialmente el número de usuarios manejados por el sistema.

™En resumen, se pueden deducir dos puntos importantes de la tabla anterior:

¾Un sistemas de mayor capacidad es mas eficiente que un sistema de menor capacidad para un GOS dado.

¾Un sistema de mayor capacidad es mas susceptible a un incremento en el tráfico.

134 134

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls cleared (Llamadas bloqueadas son descartadas)

(28)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 135135

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls delayed (Llamadas bloqueadas son retrasadas)

™Lost calls delayed (LCD)

™Se provee una cola para las llamadas que son bloqueadas.

¾Si no hay un canal disponible inmediatamente, el pedido puede ser diferido hasta que haya un canal disponible.

™Su medida de GOS se define como la probabilidad de que una llamada sea

bloqueada después de esperar un periodo de tiempo especificado en la cola.

™Para encontrar el GOS, primero es necesario encontrar la probabilidad de que a una

llamada inicialmente se le niegue acceso al sistema.

¾La probabilidad de que una llamada no tenga acceso inmediato a un canal está determinada por la fórmula “Erlang C”

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls delayed (Llamadas bloqueadas son retrasadas)

(29)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 137137

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Blocked calls delayed (Llamadas bloqueadas son retrasadas)

™Si no hay canales disponibles inmediatamente la llamada sufre retardos, y la

probabilidad de que una llamada sea obligada a esperar mas de t segundos es:

™Calculadoras en línea, sin costo, están disponibles en:

http://www.erlang.com/calculator/erlb/

http://www.erlang.com/calculator/erlc/

138 138

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Ejemplo

(30)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 139139

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Ejemplo

Trunking y GOS

Trunking y GOS

Trunking y GOS

(31)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 141141

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

142 142

Trunking y GOS

Trunking y GOS

Trunking y GOS

(32)

Iv

Iváán Bernal, Ph.D.n Bernal, Ph.D.

Enero 06

Enero 06 143143

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Ejemplo

Trunking y GOS Trunking y GOS Trunking y GOS

Efecto del handoff

™La tasa de llegada de llamadas a una celda tiene dos componentes:

¾Nuevas llamadas solicitadas por las unidades móviles en la celda.

¾Las llamadas que son manejadas por la celda debido a los handoffs.

9 λ= λ

1

+ λ

2

Figure

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