ΚΙΝΗΤΕΣ & ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1

Κ ΥΨΕΛΩΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Κυψελωτή κάλυψη Σκοπός μείωση ομοκαναλικής παρεμβολής Μεγάλες κυψέλες => Ομοιοκατευθυντικές κεραίες Μικρές κυψέλες => Κατευθυντικές κεραίες Αποδοτική λειτουργία Μεγάλη χωρητικότητα συνδρομητών Αποδοτική χρήση ραδιοφάσματος Συμβατότητα Προσαρμογή στην πυκνότητα κίνησης Ποιότητα επικοινωνίας Προσιτό κόστος 2

ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Τυπικό παράδειγμα συμβατικού συστήματος κινητής τηλεφωνίας Ισχύς εξόδου πομπού του BS = watt Σημαντικές παρεμβολές Περιορισμένο εύρος ζώνης Μικρή χωρητικότητα Χαμηλή ποιότητα επικοινωνίας Ευαισθησία στις καιρικές συνθήκες Υψηλό κόστος για τον συνδρομητή Αντιμετώπιση προβλημάτων με: Διαχωρισμός κυψελών (Cell splitting) Επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων (Frequency reuse) 3

Κ ΥΨΕΛΩΤΟΣ ΧΑΡΤΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ 4

Δ ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΥΨΕΛΩΝ ΣΕ ΠΟΛΛΑΠΛΑ ΕΠΙΠΕΔΑ 5

Π ΑΡΕΜΒΟΛΕΣ Ενδοκαναλικές παρεμβολές (co-channel interference) προκαλούνται από σχετικά κοντινές περιοχές που χρησιμοποιούν το ίδιο κανάλι (συχνότητα) μετάδοσης Παρεμβολές από γειτονικά κανάλια (adjacent- channel interference) 6

Γ ΙΑΤΙ ΚΑΝΟΝΙΚΟ ΕΞΑΓΩΝΟ ; 7

Ι ΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΥΨΕΛΩΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ Συστάδες (clusters) ένα γκρουπ από κυψέλες, κανένα κανάλι δεν επαναχρησιμοποιείται μέσα σε μια συστάδα Όλα τα διαθέσιμα κανάλια καλύπτονται από τις κυψέλες μίας συστάδας 8

Ι ΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΥΨΕΛΩΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ i, j παράμετροι μετατόπισης Ομάδες επαναληψιμότητας ή υπερκυψέλες: ομάδες που χρησιμοποιούν το ίδιο σύνολο συχνοτήτων Ν συνολικός αριθμός κυψελών σε μια υπερκυψέλη Ισχύς λαμβανόμενου σήματος: P r = r -a S(r) R 2 (r) r –a συντελεστής απωλειών λόγω απόστασης MT και BS S(r) συντελεστής που αντιπροσωπεύει τις διαλείψεις λόγω ραδιοσκίασης R 2 (r) συντελεστής που εκφράζει τις απώλειες του σήματος λόγω διαλείψεων 9

Τ ΡΟΠΟΙ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗΣ ΚΕΡΑΙΩΝ ΣΕ ΚΥΨΕΛΗ Ο λόγος S/I (Signal to Interference Ratio) είναι καλύτερος όταν χρησιμοποιούμε κατευθυντικές κεραίες 60 ο από ότι όταν έχουμε κατευθυντικές κεραίες 120 ο. 10

ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΥΨΕΛΩΝ Κυψέλες μέγιστης κάλυψης (overlay cells) : έχουν ακτίνα κάλυψης μέχρι μερικές εκατοντάδες Km και χρησιμοποιούνται στην δορυφορική επικοινωνία, σε απομακρυσμένες περιοχές. Υπερκυψέλες (hyper-cells): έχουν ακτίνα κάλυψης μεγαλύτερη από 20 Km και χρησιμοποιούνται για την επικοινωνιακή κάλυψη εντός επαρχιακών περιοχών. Μακροκυψέλες (macro-cells) : έχουν ακτίνα κάλυψης με ελάχιστη τιμή 1 Km και μέγιστη 20 Km και χρησιμοποιούνται για την κάλυψη σε αραιοκατοικημένες περιοχές. Μικροκυψέλες (micro-cells) : έχουν ακτίνα κάλυψης με ελάχιστη τιμή 100m και μέγιστη 1Km και χρησιμοποιούνται για την κάλυψη στις κεντρικές περιοχές των πόλεων. Πικοκυψέλες (pico-cells) : έχουν ακτίνα κάλυψης μικρότερη από 100m και χρησιμοποιούνται για την κάλυψη εντός κτιρίων (π.χ., γραφεία, κατοικίες, κλπ.) και μέσων μαζικής μεταφοράς. Επιλεκτικές κυψέλες (selective cells) : έχουν συγκεκριμένο σχήμα και κάλυψη (π.χ., στις εισόδους σηράγγων (tunnels), δε χρειάζεται κάλυψη 360 ο και χρησιμοποιείται μια επιλεκτική κυψέλη 120 ο. 11

Κ ΙΝΗΤΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Επικοινωνεί με ένα σταθμό βάσης κάθε φορά. Κινείται και έχει τη δυνατότητα, κινούμενος να αλλάζει σταθμό βάσης εξυπηρέτησης. Περιλαμβάνει κεραία εκπομπής-λήψης, σύστημα διαμόρφωσης- αποδιαμόρφωσης, διατάξεις ελέγχου – επεξεργασίας. 12

Σ ΤΑΘΜΟΣ ΒΑΣΗΣ Εξυπηρετεί τους κινητούς σταθμούς που βρίσκονται εντός της κυψέλης. Χρησιμοποιεί συστοιχίες κεραιών εκπομπής- λήψης Αποτελεί την διεπαφή διασύνδεσης των χρηστών με το κέντρο ελέγχου των σταθμών βάσης καθώς και με το κέντρο μεταγωγής. 13

Κ ΕΝΤΡΟ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ Διαχειρίζεται και συντονίζει τη λειτουργία συνδεδεμένων σταθμών βάσης μέσω του κέντρου ελέγχου. Παρέχει διασύνδεση του οικείου δικτύου κινητής τηλεφωνίας με άλλα δίκτυα σταθερής ή κινητής τηλεφωνίας. Εξυπηρετεί ταυτόχρονα χιλιάδες κλήσεις, διαχειρίζεται την τιμολόγηση των υπηρεσιών και τη συντήρηση των μονάδων του συστήματος. 14

Ζ ΕΥΞΕΙΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Άνω ζεύξη (uplink UL) επικοινωνία κινητού σταθμού προς κάποιον σταθμό βάσης. Κάτω ζεύξη (downlink DL) επικοινωνία σταθμού βάσης προς κινητό σταθμό. Κανάλι ελέγχου, κανάλι επικοινωνίας για διαχείριση κλήσεων και σηματοδοσία ελέγχου. 15

ΚΥΨΕΛΗ Εξυπηρετεί χρήστες που ανήκουν στα γεωγραφικά τους όρια, χρησιμοποιώντας έναν αριθμό ραδιοδιαύλων που καταλαμβάνουν ένα μικρό τμήμα του φάσματος. Η συχνότητα μιας κυψέλης επαναχρησιμοποιείται σε μια άλλη κυψέλη σε μακρινή απόσταση. 16

Λ ΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ Πρέπει να: Είναι δυνατή η αποκατάσταση της επικοινωνίας από και προς το MS καθώς κινείται σε όλη τη γεωγραφική περιοχή Εξασφαλίζεται συνέχεια κλήσεων που βρίσκονται σε εξέλιξη Δημιουργία αλγορίθμων για: Αποκατάσταση κλήσεων Εξασφάλιση συνέχειας επικοινωνίας όταν μετακινείται από κυψέλη σε κυψέλη Βέλτιστη κατανομή επικοινωνιακού φορτίου 17

ΜΕΤΑΠΟΜΠΗ Διαδικασία μεταφοράς κλήσεων από κυψέλη σε κυψέλη. Γνήσια μεταπομπή Κατευθυνόμενη μεταπομπή Καταστάσεις κυψέλης: Κανονική κατάσταση Κατάσταση κατευθυνόμενης επανάληψης της προσπάθειας Κατάσταση κατευθυνόμενης μεταπομπής Μη- διαθέσιμη κατάσταση 18

Κ ΡΙΤΗΡΙΑ ΓΙΑ ΕΠΙΤΥΧΗ ΜΕΤΑΠΟΜΠΗ Μέτρηση έντασης εκπεμπόμενου σήματος, όταν ξεπεραστεί ένα κατώτατο όριο Μέτρηση απόστασης από το ΜS στο BS Μέτρηση λόγου σήματος Φέρουσας προς Παρεμβολή (C/I) Η συχνότητα των μεταπομπών σχετίζεται άμεσα από το μέγεθος της κυψέλης και από τη διάρκεια της κλήσης 19

Δ ΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΑΠΟΜΠΗΣ Αποφασίζεται η μεταπομπή, μετράται το σήμα από τις γειτονικές κυψέλες. 1. Η νέα κυψέλη λαμβάνει σήμα αποκατάστασης και η παλιά μήνυμα πιθανής μεταπομπής 2. Το κανάλι σηματοδοσίας της παλιάς στέλνει μήνυμα έναρξης μεταπομπής στο MS το οποίο απαντά με acknowledge 3. Το κανάλι σηματοδοσίας ενημερώνει για αλλαγή της επικοινωνίας 4. Το ΜS συντονίζεται στη νέα συχνότητα 5. Η νέα κυψέλη ελέγχει αν το ΜS έχει συντονισθεί στη σωστή συχνότητα Η διαδικασία της μεταπομπής δεν διαρκεί περισσότερο από 1sec και χωρίς διακοπή της επικοινωνίας. 20

ΜΙΚΡΟΚΥΨΕΛΩΤΑ Μικρότερο μέγεθος κυψέλης => Αποτελεσματικότερη εκμετάλλευση φάσματος Πιο συχνές μεταπομπές Αλγόριθμοι μεταπομπής 1. Εξωτερικής μεταπομπής Λαμβανόμενη ισχύς μικρότερη από το οριζόμενο Κατώφλι Ποιότητας 2. Εσωτερικής μεταπομπής S/I < 9.5 dB Θεωρούμε εξαγωνικές κυψέλες ακτίνας R, κάθε κυψέλη διαιρείται σε 3 τομείς με κατευθυντική κεραία 120 ο και σε κάθε τομέα διατίθενται C κανάλια. 21

Α ΣΚΗΣΗ 1 Κυψελωτό σύστημα χρησιμοποιεί φάσμα με συνολικό αριθμό καναλιών S=1000. Το εμβαδό κάθε κυψέλης είναι 6 km2 και η περιοχή εξυπηρέτησης του συστήματος είναι 2100 km2. Ποιος είναι ο συνολικός αριθμός καναλιών C στη περιοχή εξυπηρέτησης για N=7; Πόσο αυξάνει η χωρητικότητα του συστήματος για N=4; 22