RCM -4- 1

1
Capítulo 4 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE
RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES

• En este capítulo se presenta una breve
  introducción a los sistemas de radiocomunicaciones
  móviles. Estos sistemas permiten explotar en
  toda su extensión todas las potencialidades de
  los sistemas inalámbricos por la movilidad
  inherente al mismo. Son sistemas zonales lo que
  implica una variación continua del trayecto
  radioeléctrico.

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ÍNDICE

• Introducción y generalidades.
• Clasificación de los sistemas de
  radiocomunicaciones móviles.
• Sistemas de concentración de enlaces (trunking).
• Dimensionamiento de la red celular.
• Propagación en canales móviles.
• Proyecto de sistemas móviles

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BIBLIOGRAFÍA

• Transmisión por radio. J.M. Hernando Rábano.
  Capítulo 7. 2ª Edición. Editorial Centro de
  Estudios Ramón Areces.
• Comunicaciones Móviles. J.M. Hernando Rábano. 1ª
  Edición. Editorial Centro de Estudios Ramón
  Areces.
• Comunicaciones móviles GSM. Coordinador J.M.
  Hernando Rábanos. Fundación Airtel.
• The Mobile Radio Propagation Channel . D.J.
  Parsons. Pentech Press 1992.
• F. Pérez Fontán y A. Seone. Seminario
  Internacional de Comunicaciones Móviles Dpto. de
  Tecnologías de las Comunicaciones, Universidad de
  Vigo.

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INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES (I)

• Definición permiten el intercambio de
  información entre terminales móviles y/o
  terminales fijos con una calidad determinada.
• Se caracterizan por la movilidad por lo que son
  sistemas de cobertura zonal.
• Se estudiará el sistema móvil terrestre privado
  (PMR) o público (TMA)
• PMR
• Origen ámbitos restringidos como tareas de
  despacho, gestión de flotas, mantenimiento de
  servicios públicos (policía, bomberos,)
• Características
• Cobertura básicamente local.
• No están conectados a la red telefónica pública
  conmutada (RTPC).
• Tradicionalmente disponían de acceso FDMA
• Problema cuando aumenta el número de terminales
  tendencia a sistemas trunking, de concentración
  de enlaces.
• TMA (telefonía móvil automática)
• Sistemas de concentración de enlaces.
• Interconexión entre redes móviles y la red
  telefónica pública conmutada (RTPC).
• Utilización de técnicas digitales acceso TDMA y
  CDMA
• Transmisión de voz y datos.

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INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES (II)

• Tipos de terminales
• Estaciones fijas (no prevista para su utilización
  en movimiento)
• Estación de base (EB-BS) se controla mediante
  una estación de control fija puede suministrar
  equipos de TX/RX juntos o separados.
• Estaciones de control gobiernan automáticamente
  el funcionamiento de otra estación de radio en un
  emplazamiento fijo.
• Estaciones repetidoras retransmiten las señales
  recibidas.
• Estaciones móviles
• Equipos portátiles o de mano
• Equipos portamóviles instalados temporalmente en
  vehículos.
• Equipos de control dispositivos necesarios para
  el gobierno de EB.
• Nomenclatura de enlaces
• Enlace descendente (DL)
• Sentido de comunicación EB a móvil. Distancia de
  cobertura alcance.
• Enlace ascendente (UL)
• Sentido de comunicación móvil a EB. Distancia de
  cobertura retroalcance.
• Debe procurarse igualdad entre alcance y
  retroalcance (simetría de enlace).

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INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES (II)ESTRUCTURA
BÁSICA DE UN SISTEMA PMR
Centralita telefónica privada
Malla de comunicaciones

• Generalmente el alcance es mayor que el
  retroalcance
• Concepto de cobertura debido a la variabilidad
  solo puede hablarse en sentido estadístico. Se
  utilizan dos grados de cobertura/porcentaje
• Emplazamientos tanto por ciento de lugares en
  donde se espera que haya enlace.
• Cobertura zonal afecta a todo el área en torno a
  la estación base.
• Cobertura perimetral afecta a una zona anular
  situada en el perímetro.
• Tiempo tanto por ciento de tiempo en que se
  espera que haya enlace.
• Radio de cobertura tiene una dependencia grande
  con la altura de la antena transmisora.

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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES (I).

• Por la modalidad de funcionamiento
• Sistemas de radiotelefonía transmisión en ambos
  sentidos (EB-EM y EM-EB)
• Sistemas de radio-búsqueda (paging) transmisión
  en un sentido EB-EM.
• Por el sector de aplicación
• Radiotelefonía móvil privada (PMR) acción local
  y no conectado a la RTPC
• Radiotelefonía móvil pública (PMT)
• Cobertura desde una nación a continental y
  global.
• Conexión a la RPTC.
• Características de calidad similares a los del
  sistema público.
• Telefonía inalámbrica. (Cordless Telephony y
  Wireless Telecommunications- WLAN)
• Por la banda de frecuencias utilizada.
• Banda VHF (30-300MHz utilizada en sistemas PMR)
• Banda baja de 30 a 80 MHz
• Banda alta de 140 a 170 MHz
• Banda III de 223 a 235 MHz
• Banda UHF
• Banda baja de 406 a 470 MHz (sistemas PMR)
• Banda alta de 862 a 960 MHz (sistemas PMT)
• Banda de 1800 a 1900 MHz (sistemas PMT)

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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES (II).
Característica Banda Banda Banda Banda
Característica VHF baja VHF alta UHF baja UHF alta
Uso típico Rural Rural/urbano Urbano Urbano
Penetración Mínima Media Alta Alta
Pérdida vegetación Mínima Media Alta Alta
Multitrayecto Escaso Apreciable Pronunciado Alto
Inter. sobrealcance Máxima Media Baja Baja
Ruido ambiente Alto Medio Bajo Bajo
Disponibi. canales Casi nula Muy pequeña Pequeña Mediana
Tamaño antenas Grande Medio Pequeño Pequeño
Ganancia anten. Mínima Media Alta Alta
Canalización (KHz) 25 12.5 12.5 25/200
Alcance típico (base-móvi h30 m, P20w) 30 km 20 km 10 km 4 km
9
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES (III).

• Por la técnica de acceso múltiple.
• FDMA suelen ser de un solo canal por portadora
  (SCPC). Cada usuario utiliza frecuencias
  diferentes.
• TDMA únicamente viable con transmisión digital
  diferentes usuarios pueden compartir la misma
  frecuencia en intervalos diferentes.
• CDMA se superpone a la información digital de
  cada usuario un código que les es propio
  secuencia directa (DS), por salto de frecuencias
  (FH) o por técnicas híbridas
• Por la modulación y canalización.
• Sistemas móviles analógicos (FDMA)
• Modulación en frecuencia (FM) con algún tipo de
  preacentuación o deacentuación
• Canalización normal (?f 25 KHz fd 5 KHz (PMR) o
  9KHz (PMT)) o estrecha (?f 12.5 KHz fd 1.5
  KHz).
• Sistemas móviles digitales (TDMA)
• Modulación digital con desplazamiento mínimo y
  prefiltrado gaussiano (GMSK)
• Canalización múltiplo de 25 KHz (GSM 200KHz)
• Sistemas móviles digitales (CDMA)
• Modulación de fase coherente PSK
• Canalización de banda ancha del orden de 1.5 MHz

10
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES (IV)

• Por el modo de explotación símplex, semidúplex,
  dúplex.
• Modo símplex
• A una frecuencia
• Ventaja sencillez, además un móvil cuyo
  retroalcance no le permita llegar a la EB puede
  hacerlo a través de otro móvil
• Inconveniente captura de una comunicación por
  otra captura por parte de una estación base de
  la comunicación de un móvil con otra estación
  base
• Para solucionar lo último se acude a separación
  en frecuencia (4-5 MHz)
• Cuando hay varios equipos no hay reducción en el
  espectro utilizado.
• A dos frecuencias soluciona el anterior problema
  al precio de que los móviles no pueden hablar
  entre sí.
• Modo semidúplex
• Supera el problema de los símplex a dos
  frecuencias comunicándose los móviles (son
  símplex) entre sí a través de la estación base
  (dúplex).
• Modo dúplex
• Tanto móviles como EB disponen de duplexores. Se
  requiere un radiocanal diferente para enlazar
  cada móvil con la base.
• La comunicación entre móviles sólo puede hacerse
  a través de la estación base.

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CALIDAD DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES

• Calidad de cobertura
• Extensión tamaño de la zona de cobertura.
• Escenario describe el entorno (calles y
  carreteras, interior de vehículos, edificios o
  túneles)
• Grado de cobertura (perimetral o zonal)
• Calidad de terminal (el alcance iguala al
  retroalcance)
• Calidad en cuanto a disponibilidad se cuantifica
  mediante la prob. de bloqueo o congestión
  mediante la que se rechaza una tentativa de
  comunicación.
• Calidad en cuanto a fiabilidad porcentaje máximo
  admisible de interrupciones.
• Calidad en cuanto a fidelidad grado de
  inteligibilidad o número de errores con que se
  recibe una comunicación.
• Analógicos mediante la relación SINAD (Signal to
  Noise and Distortion Ratio)
• Digitales mediante la BER

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EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES

• Sistemas de PMR
• En la actualidad ya se ha llegado a sistemas de
  concentración digitales (TETRA)
• Sistemas de PMT
• Mediados de los 60 sistema IMTS (Improved Mobile
  Telephone System) en USA. EBs de gran cobertura,
  con pequeña dotación de canales saturados con
  facilidad.
• Concepto de estructura celular (1947) y
  desarrollado 30 años después disposición de una
  banda de frecuencias importante y sistemas de
  señalización.
• En USA se desarrolla AMPS (Advanced Mobile Phone
  Service) en 800 MHz
• En los países nórdicos NMT450 primero y NMT900
  después
• En Gran Bretaña se desarrolla TACS a 900 MHz
• En Europa GSM (Groupe Special Mobile) reservar
  una banda de frecuencia y elección de multiacceso
  TDMA. Se desarrollan sistemas en USA y Japón
  paralelos.
• GSM se universaliza (Global System for Mobile
  Communications)
• DCS-1800 similar al GSM pero en la banda de 1800
  MHz
• Sistemas de tercera generación sistemas IMT2000
  en USA y UMTS en Europa (inclusión de multimedia
  y servicios de banda ancha disponibilidad de
  terminales muy ligeros)

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EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
MÓVILES (II)

• Sistemas de telefonía inalámbrica
• Origen teléfono sin hilos. Estación base
  conectada a la red analógica con un terminal
  portátil. Doble frecuencia en VHF baja 46-48 MHz
  (CT0)
• Segunda generación (CT2) varios usuarios con
  acceso FDMA en 864-868 MHz.
• Sistema DECT proporciona centralitas automáticas.
• Sistemas de radiobúsqueda
• Origen equipos sencillos que transmiten mensajes
  alfanuméricos.
• Estándar europeo ERMES radiobúsqueda
  internacional.
• Redes de área local inalámbricas
• Utilización del recurso radio en las redes de
  área local (LAN)
• Ventajas flexibilidad. Inconveniente
  Sensibilidad a interferencias y necesidad de
  definición de una técnica de acceso.
• Origen USA banda ISM, estándar IEEE 802.11,
  velocidades 2 Mbit/s
• Europa HIPERLAN, banda de trabajo 5.2 GHz
  velocidades 20 MBit/s

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PROPAGACIÓN POR CANALES MÓVILES

• Características generales de los canales móviles.
• Cobertura zonal necesidad de predicciones de
  propagación.
• Multiplicidad de trayectos entre transmisor y
  receptor.
• Variabilidad de los trayectos debido al
  desplazamiento de los móviles lo que supone
  variación con la distancia y el tiempo de las
  condiciones de propagación
• Requisitos en la planificación de sistemas
  móviles
• Caracterización del canal en banda estrecha
  determinación de la pérdida básica de propagación
  entre transmisor y múltiples puntos situados en
  la zona de cobertura
• Lb es la pérdida básica de propagación
• Lbf pérdida básica de propagación en condiciones
  de espacio libre
• Lex es la pérdida por exceso debido a efectos del
  terreno
• Lent pérdidas del entorno inmediato al receptor
• Caracterización del móvil en banda ancha
  análisis de los efectos del multitrayecto, sobre
  todo en zonas montañosas y urbanas.
• Desarrollo de modelos de simulación lógicos
  (software) y físicos (hardware)
• Realización de medidas radioeléctricas para
  validar los anteriores puntos.

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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LA PROPAGACIÓN POR
MÓVILES (I)

• Variabilidad potencia transmitida es fija
  mientras que la recibida es una variable
  aleatoria.
• Pérdida básica de propagación
• k depende del tipo de terreno
• n es función del medio de propagación y de la
  altura de la antena
• Las leyes anteriores de propagación proporcionan
  valores medianos.

Entorno Factor de exponente n
Espacio libre 2
Urbano 2.7-3.5
Urbano con grandes edificios 3-5
Interior de edificios 1.6-1.8
Interior de edifcios con sombras 2-3
Entorno suburbano 2-3
Zonas industriales 2.2
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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LA PROPAGACIÓN POR
MÓVILES (II)

• El entorno entre T y R varía atenuación
  variable, desvanecimiento lento
• G(x,y) variable aleatoria de media 0 y desviación
  típica s dB
• El entorno inmediato al móvil en un radio de 100
  ? es donde se producen las interacciones de ondas
  con estructuras próximas al RX desvanecimiento
  rápido
• La función R(t,f) depende de la distancia
• y de la frecuencia y es una función Rayleigh
• de media 0

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CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LA PROPAGACIÓN POR
MÓVILES (III)
Patrón de ondas estacionarias
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MÉTODOS DE PREDICCIÓN BASADOS EN MEDIDAS
OKUMURA-HATA (I, Okumura)

• El modelo de Okumura es uno de los más usados en
  el mundo para la predicción en áreas urbanas.
• Comenzó en base a una amplia campaña de medidas
  en Tokio para las bandas de 150, 450 y 900 MHz
  con antenas casi omnidireccionales en TX y RX.
• Se sacaron curvas de distribución y se extrajo el
  valor medio
• Se aplica de 150MHz a 1920MHz pero también se
  usa fuera de ese rango.
• En distancia se cubre un rango de 1 a 100 Km
• Se puede usar con estaciones base de altura de 30
  m a1000 m.
• No tienen en cuenta la ondulación del terreno
• Se diseñó en Tokio lo cual es importante por la
  ciudad de la que parten.
• El modelo se expresa como
• L50 son las pérdidas en el percentil
• LF pérdidas en espacio libre
• G(hte) factor de la antena transmisora
• G(hre) factor de la antena receptora y GAREA
  ganancia del entorno

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OKUMURA GRÁFICA DE ATENUACIÓN
20
OKUMURA GRÁFICA DE CAMPO
21
MODELO DE OKUMURA-HATA

• Modelo de Okumura
• Basado en medidas con correcciones hechas
  gráficamente.
• Modelo de Hata
• Hata mejoró el modelo mediante la sistemización y
  formulación obtenida a partir de los gráficos de
  Okumura
• Este término representa el valor de 10n
• a(hRX) corrección por altura de antena receptora.
• Para una ciudad pequeña
• Para una ciudad grande
• Es fundamental fijar los límites de estabilidad

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CARACTERIZACIÓN EN BANDA ANCHA DE LOS CANALES
RADIOELÉCTRICOS

• La caracterización de un canal por medio de
  desvanecimiento no es válida en banda ancha
  efectos multitrayecto, variabilidad del canal con
  el tiempo.
• Efecto multitrayecto dispersión temporal exceso
  de retardo entre el primer eco y el i.
• En el dominio del tiempo interferencia entre
  símbolos.
• En el dominio de la frecuencia desvanecimiento
  selectivo en frecuencia (FSF).
• Ancho de banda de coherencia grado de
  correlación entre dos componentes separadas Bc.
  Si BtltltBc desvanecimiento plano, si no,
  selectivo.
• Variabilidad del canal con el tiempo patrón
  espacial se transforma en otro temporal
• el desv. espacial se transforma en
  desvanecimiento selectivo en tiempo (TSF)
• la señal TDMA ve distintos canales tiempo de
  coherencia, Tc, tiempo entre el cual los
  elementos de señal están correlados.
• Variaciones temporales de la amplitud recibida
  originan una dispersión de frecuencia o
  desplazamiento Doppler variaciones de las
  frecuencias espectrales.
• En resumen, se necesitan cuatro parámetros
• Dispersión temporal dispersión de retardo y
  ancho de banda de coherencia
• Dispersión de frecuencia dispersión Doppler y
  tiempo de coherencia.

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CARACTERIZACIÓN EN BANDA ANCHA DE LOS CANALES
RADIOELÉCTRICOS (II)

• En radioenlaces digitales los anteriores efectos
  provocan una degradación en la tasa de errores en
  los bits que llega a un valor umbral que no se
  reduce (I-BER).
• Compensación del multitrayecto
• Técnicas de diversidad
• Saltos de frecuencia (frecuency hopping)
• Ecualizadores digitales en el receptor.
• Receptores de gran resolución para separar los
  ecos (receptor RAKE) a partir de las
  características del canal.
• Utiliza sondeadores en banda estrecha y ancha
  para extraer la información del canal.

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MODELOS DE CANAL MULTITRAYECTO

• Por su naturaleza
• Modelos matemáticos basados en la representación
  de las ondas por rayos y su interacción con
  fuentes dispersoras.
• Modelos físicos materialización de los fenómenos
  mediante circuitos electrónicos
• Por su variabilidad
• Modelos estáticos, el receptor es fijo.
• Modelos dinámicos, el receptor es móvil.
• Por el tipo de tratamiento
• Modelo determinístico manejan estructuras de
  dispersores no aleatorias
• Modelo aleatorio caracterizan el canal como un
  proceso aleatorio multidimensional.

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MODELO DETERMINÍSTICO DE DISPERSORES

• Señal en receptor es la suma de N rayos que
  después de incidir en un dispersor alcanzan el
  receptor.
• Señal paso bajo equivalente supone que en un
  intervalo elemental la estructura de dispersores
  es invariante y la variación de la señal
  moduladora pequeña
• Contribución del rayo i (dispersor i-ésimo)
• Aproximaciones
• Señal
• Amplitud constante
• Función de retardo con variación lineal
• Intervalo temporal suficientemente pequeño
• Fase de la señal (una variación de p rad para
  1800 Mhz equivale a un retardo de 0.556 ns)
• Contribución resultante del rayo i

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MODELO DETERMINÍSTICO DE DISPERSORES (II)

• Expresión de la variación de la función de
  retardo
• Desplazamiento Doppler
• Señal resultante del rayo i
• Señal total, suma de todas las contribuciones
• Parámetros de dependencia
• Amplitud
• Frecuencia Doppler
• Retardo
• Desfasamiento

di(?t)
di(0)
ai
v(?t)
ai
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CARACTERIZACIÓN DE CANALES MULTITRAYECTO (I)
FUNCIONES DEL SISTEMA

• Canales variables multitrayecto (caracterización
  clasica) función de transferencia y respuesta
  impulsiva.
• Fenómenos a considerar variación temporal y
  desplazamiento Doppler
• Manejo de cuatro variables tiempo, frecuencia,
  dispersión temporal y desplazamiento Doppler
• Funciones básicas de Bello
• Función de respuesta impulsiva variable con el
  tiempo IDSF (Input Delay Spread Function)
• Función de transferencia variable con el tiempo
  TVTF (Time Variable Transfer Function)
• Función desplazamiento Doppler-retardo DDSF
  (Doppler Delay Spread Function)
• Función de transferencia de frecuencia-desplazamie
  nto Doppler ODSF (Output D.S.F)

Dominio (f, ?)
Dominio (?, t)
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FUNCIONES DEL SISTEMA (II)
Relación entre las funciones de Bello
Problema imposibilidad de disponer de la función
densidad multidimensional Solución trabajo con
las funciones de correlación suponiendo procesos
gaussianos de media nula
29
CARACTERIZACIÓN DE CANALES PRÁCTICOS (I)

• Para recorridos pequeños de los terminales t1 y
  t2 difieren poco y los procesos y
  H(t,f) son estacionarios en sentido amplio (WSS)
  por lo que sus funciones de correlación dependen
  únicamente de la diferencia de tiempos.
• La propiedad WSS implica incorrelación Doppler
• Las variables t,f y t, ? son duales por lo que
  las propiedades de WSS y US se trasladan.
• Los canales móviles reales, en una buena
  aproximación, son WSS en la variable t y US en t
  por lo que también son WSS en f y US en ?. Si
  definimos la variable ut2-t1 y vf2-f1 las
  nuevas funciones quedan

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CARACTERIZACIÓN DE CANALES PRÁCTICOS (II)

• Descripción de las funciones anteriores
• Función Ph(u,t), WSS en u y US en t u0,
  Ph(0,t) Ph(t)PDP, perfil retardo potencia.
• Función de correlación en f (WSS) y en u (US) de
  aquí se deduce el ancho de coherencia (en el caso
  u0) o el tiempo de coherencia (v0) (RT(u,v))
• Función de correlación en v (WSS) y de dispersión
  Doppler (US) (PH(v, ?))
• Función densidad de potencia en la variable
  dispersión (PS(t, ?)). Para t0, PS(?) constituye
  el perfil de potencia Doppler. Esta función se ha
  tomado como base para el desarrollo de muchos
  software.
• Características del Perfil de Retardo potencia
  (PDP)
• Proporciona una información primaria sobre los
  valores del desplazamiento Doppler.
• Parámetros retardo máximo último valor de t con
  cruce por el nivel de ruido
• Dispersión de retardo D (trasnp.31)
• Retardo medio (transp31)
• Los mismos parámetros se pueden definir respecto
  a la dispersión Doppler con la función perfil de
  potencia Doppler.

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CARACTERIZACIÓN DE CANALES PRÁCTICOS (III)
Dispersión de retardo
Dispersión Doppler
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ANCHURA DE BANDA DE COHERENCIA Y TIEMPO DE
COHERENCIA

• Anchura de banda de coherencia del canal Bc, para
  el nivel de correlación ?, es el intervalo
  comprendido entre 0 y f1 para la que RT(f1) ?.
  Para determinar dicho intervalo suele tomarse
  ?0.5.
• Para un perfil de retardo potencia exponencial
  con parámetro D dispersión de retardo, el ancho
  de banda de coherencia es
• Que se ve que es inversamente proporcional a la
  dispersión de retardo.
• Tiempo de coherencia Tc, para el nivel de
  correlación ?, es el valor de u para el que R(u)
  ? suele tomarse ?0.5.
• Si la duración de un elemento de señal es TgtTc el
  canal es selectivo en el tiempo
• Si la duración de un elemento de señal es TltTc el
  canal no es selectivo en el tiempo
• Para un perfil de potencia Doppler

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SISTEMAS DE CONCENTRACIÓN DE ENLACES

• Fundamento teórico
• Tráfico generado por un sistema de móviles se
  entrega a un conjunto de radiocanales.
• La asignación no es rígida sino flexible
• Pregunta Qué es más eficiente, entregar a un
  sistema radioeléctrico con N radiocanales o a N
  sistemas radioeléctricos con un radiocanal cada
  uno?
• Modelado del tráfico como una función Erlang B
• Opción A
• Opción B
• ANgtA1 para Ngt1
• Se cursa más tráfico cuando se ofrece a un número
  mayor de radiocanales
• Regímenes de funcionamiento de sistemas de
  telecomunicación
• Sistemas privados cuando el sistema se
  congestiona la llamada se pone en espera. Se
  modelan como una Erlang C
• Sistemas públicos cuando el sistema se
  congestiona las llamadas se pierden. Se modelan
  como una Erlang B
• Método de gestión de canales protocolo MPT1327

34
RECORDATORIO DE LA FUNCIÓN ERLANG-B

• Si se disponen de N canales con un tráfico de A
  Erlangs, la probabilidad de bloqueo es
• Para un N dado, conforme crece A, así también lo
  hace la probabilidad de bloqueo.

Canales Tráfico para una calidad de servicio (QoS) probabilidad de rechazo Tráfico para una calidad de servicio (QoS) probabilidad de rechazo Tráfico para una calidad de servicio (QoS) probabilidad de rechazo Tráfico para una calidad de servicio (QoS) probabilidad de rechazo
Canales 0.01 0.005 0.002 0.001
2 0.153 0.105 0.065 0.046
4 0.869 0.701 0.535 0.439
5 1.36 1.13 0.900 0.762
10 4.46 3.39 3.43 3.09
20 12.0 11.1 10.1 9.41
24 15.3 14.2 13.0 12.2
40 29.0 27.3 25.7 24.5
70 55.1 53.7 51.0 49.2
100 84.1 80.9 77.4 75.2
35
SISTEMAS DE TELEFONÍA PÚBLICA CELULAR (I)

• En función de las previsiones de tráfico y grado
  de calidad se determina
• El número de radiocanales por celda
• La dimensión de la agrupación.
• El radio celular.

36
SISTEMAS DE TELEFONÍA PÚBLICA CELULAR (II)

• Objetivos
• Gran capacidad de abonados calidad telefónica
  similar al servicio convencional utilización
  eficaz del espectro conmutación automática de
  radiocanales.
• Sistemas celulares
• La zona de cobertura se divide en zonas más
  pequeñas llamadas celdas, cada una con un número
  de radiocanales.
• En un conjunto de celdas separadas una distancia
  cocanal o de reutilización D, se pueden
  reutilizar las frecuencias.
• Son sistemas limitados por interferencia y la
  calidad de servicio depende de la relación
  portadora/interferencia.
• Si se reduce el radio de la celda se puede
  disminuir la distancia de reutilización y por lo
  tanto reutilizar las frecuencias más veces.
• Así un conjunto de frecuencias suelen dividirse
  en juegos de frecuencias asignados a un cierto
  número de celdas constituyendo un cluster de
  forma que se cubre toda la zona formando un
  enlosado de celdas

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DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA TMA

• Se dimensionan como sistemas de llamadas
  perdidas pB(N,A)
• p probabilidad de pérdida
• N número de canales de tráfico disponibles en la
  celda.
• A tráfico ofrecido por los móviles
• Determinación del número de radiocanales (por
  cluster)CW/?f
• W recurso espectral ?f separación de
  radiocanales
• Número de radiocanales por célula NC/J (con J
  el número de celdas)
• Tráfico total ofrecido AMLH/3600(Erlang) (para
  un móvil aHL/3600)
• M número de móviles L número llamadas por
  móvil en hora cargada H duración (s)
• Intensidad de tráfico en la celda AB-1(N-1,p)
  (N-1 canales de datos)
• Número de móviles en la célula mA/a.
• Densidad de tráfico admisible en la célula
  ?aA/Sc (Sc superficie celular)
• Superficie de un cluster o agrupación de celdas
  Sr JSc
• Número total de agrupaciones en la superficie de
  cobertura (S) QE(S/ Sr)1
• Q también representa el índice de reutilización
  del sistema
• Oferta total de canales de tráfico
  QJ(N-1)C(S/(JSc))
• El número de canales es tan grande como se quiera
  si reducimos J o la superficie de celda
• J está acotado por la relación de protección,
  sólo se puede reducir la superficie de la celda

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EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTO

• Número total de móviles a los que se puede dar
  servicio MQJm
• EJEMPLO
• Supóngase un sistema celular con celdas
  circulares de radio 2 km y agrupaciones de J 7
  celdas. Se dispone de 280 canales. La
  probabilidad de bloqueo es del 10 y el tráfico
  por móvil es 25 mE. La superficie de cobertura es
  400 km2
• Número de radiocanales por celda N280/740 (uno
  para señalización y 39 datos).
• Intensidad de tráfico en la celda
  AB-1(39,0.1)37.715E
• Número de móviles por celda m1508
• Densidad de tráfico ?a37.715/p(2)23E/km2
• Índice de reutilización QE(400/(712.57))15
• Oferta total de canales de tráfico 53971365
• Número total de móviles 57150852780

39
GEOMETRÍA CELULAR (I)

• Forma geométrica más conveniente.
• Estudio supone TX idénticos
• Terreno homogéneo
• Antenas omnidireccionales
• Esto supone cobertura circular
• Problema solape o recubrimiento parcial
• Estructura geométrica de la agrupación
• Coberturas poligonales
• Polígonos triángulo, cuadrado, hexágono
• Análisis de interferencia
• Hexágono tiene mayor relación área/radio
• Mínimo número de celdas necesario
• Ubicación de estaciones base
• Sistema de coordenadas oblicuas u-v.
• Cada vértice del triángulo es un nodo
• Las estaciones base se colocan en los nodos

40
GEOMETRÍA CELULAR (II)
v

• Parámetros de diseño.
• Radio del hexágono R
• Distancia entre nodos contiguos dRv3
• Distancia entre nodos arbitrarios (th.coseno)
• Distancia de reutilización
• Los números enteros J se llaman rómbicos
• y definen el rombo cocanal que constituye el
• cluster, agrupación o racimo

u
41
GEOMETRÍA CELULAR (III) tamaño del racimo
i j J
1 0 1
1 1 3
2 0 4
2 1 7
2 2 12
3 2 19
4 1 21
42
GEOMETRÍA CELULAR limitación por interferencia

• Relación portadora interferente para 6
  interferencias cocanal idénticas en una EB
• Ejemplo Rp17 dB rp50.12 n3.9 J6.22 lo que
  supone que el número rómbico inmediatamente
  superior J7.
• En el borde de la zona de cobertura se tiene
• Con los datos del ejemplo anterior se obtiene
  J9.43 y viendo la tabla de números rómbicos
  resulta J12.

43
GEOMETRÍA CELULAR división celular

• Los sistemas con pocas celdas se saturan pronto.
• División celular posterior en mitades
• Reducción a la mitad del radio de la celda
  división por cuatro de la superficie.
• Incremento de la capacidad en un factor 4.
• Exigencia de mayor precisión en las ubicaciones y
  aumento de carga de señalización
• Aumento de costes.
• Concepto de recubrimiento añadir células dentro
  de la zona de cobertura inicial
• División no es homogénea

44
GEOMETRÍA CELULAR caracterización de las celdas
Tipos de celdas Ubicación antena EB
Dimensión celda

• Macrocelular Sobre los tejados
  1-30km
• Celdas grandes (urbano) Sobre los tejados
  3-30km
• Celdas pequeñas (urbano) Sobre los tejados
  1-3km
• Microcelular Por debajo o a nivel de tejado
  0.1-1km
• Picocelular Por debajo del tejado o interior
  0.01-0.1km

45
SECTORIZACIÓN (I)
Antena omnidireccional.
Antena trisectorial.
46
SECTORIZACIÓN (II)

• La cobertura omnidireccional requiere tamaños
  altos de la agrupación.
• Hay un mínimo de 6 interferencias.
• Las antenas directivas reducen la contribución de
  las mismas.
• Se reduce el tamaño de los racimos de celdas.
• Asignación dinámica de frecuencias.

47
GENERALIDADES SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE UN
SISTEMA CELULAR (I)
El significado de las abreviaturas de la figura
anterior es BSC Controlador de la Estación
Base BTS Transceptor de Estación
Base BSS Sistema de Estación Base MS Estación
Móvil MSC Centro de Conmutación de
Móviles NMC Centro de Gestión de Red OMC Centro
de Operación y Mantenimiento AUC Centro de
autenticación EIR Registro de identidad de
equipos HLR Registro de abonados locales VLR
Registro de abonados visitantes RDSI Red
Digital de Servicios Integrados RPMT Red Pública
Móvil Terrestre RPTC Red Pública Telefónica
Conmutada
48
GENERALIDADES SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE UN
SISTEMA CELULAR (II)

• Estaciones base conectadas a los centros MSC
  mediante enlaces dedicados. Facilidades
  requeridas
• Localización del móvil y mantenimiento de la
  misma (roaming)
• Inscripción del móvil en el registro de abonados
  locales (HLR)
• Exploración de canales de control e inscripción
  en el registro de visitas VLR
• Transferencia de esta información al HLR del
  móvil.
• Conexión del móvil dondequiera que esté (paging)
• Encaminamiento de una llamada mediante
  interrogación al HLR
• Se indica a la MSC donde debe reencaminarse la
  llamada.
• El aviso le llega simultáneamente por varias
  celdas (paging)
• Sintonización automática de canales por parte del
  móvil
• Transferencia o de una llamada cuando el móvil
  cambia de celda (handover)
• Medidas de campo entre la MS y las EB próximas
  para efectuar o no la conmutación.
• Puede suponer una brevísima interrupción de la
  comunicación.

49
PROYECTO DE SISTEMAS MÓVILES (I)

• Deben abordarse dos tipos de cálculos
• De tráfico determinación del número de canales
  necesarios.
• De cobertura radioeléctrica se obtienen
  características de potencia y radiación así como
  las distancias de reutilización de frecuencias.
• Intensidad de campo utilizable en los sistemas
  móviles obtención del campo mediano necesario.
• Corrección por ruido y multitrayecto
• Corrección estadística
• Relación entre porcentajes de cobertura zonal y
  perimetral
• Corrección estadística para porcentajes L y T

50
PROYECTO DE SISTEMAS MÓVILES (II)
Porcentajes en comunicaciones móviles
Desviaciones en emplazamientos y tiempo
Porcentaje P() K(P)
50 0
75 0.67
90 1.28
95 1.64
Banda sL(dB) sT(dB)
VHF 8 3 (tierra y mar)
UHF (?h 50 m) 10 2 (tierra) 9 (mar)

• Cálculo de cobertura radioeléctrica
• Cálculo de cobertura-potencia
• Cálculo de la distancia de reutilización.
• Valor umbral de la relación de protección
• Calidad de cobertura perimetral