Comunicatii Mobile

I SISTEMUL GSM – 900

1.1 Principalele etape în dezvoltarea GSM sunt: 1979 Alocarea domeniilor de frecvenţă pentru serviciul de comunicaţii celulare; 1982 Constituirea grupului GSM; 1986 Formarea grupului permanent GSM; 1989 GSM devine comitet tehnic în ETSI; 1990 Faza 1 de standardizare GSM şi începe procesul de definire pentru DCS 1800; 1991 Intră în funcţiune experimentală primul sistem GSM; 1992 Începe faza comercială de exploatare a sistemului GSM; 1993 Sunt acoperite cu reţele GSM marile oraşe din vestul Europei; GSM depăşeşte graniţele Europei, fiind adoptat în Australia; Primul sistem DCS 1800 devine operaţional în Marea Britanie; 1995 Sunt realizate acoperiri extinse şi coridoare de comunicaţie; 1996 Se definitivează standardele GSM faza 2; În România intră în exploatare două reţele GSM 900; 1997 Continuă lucrările de standardizare pentru faza 2+ şi pentru încadrarea sistemelor GSM în sistemul de telecomunicaţii mobile universal UMTS. 2000 În România intră în exploatare o reţea GSM 1800 (DCS 1800). Astfel, GSM s-a dezvoltat în trei etape principale, denumite faza 1, faza 2 şi +

faza 2 . În faza 1 s-au pus bazele funcţionale ale GSM, fiind oferite servicii de transmisii de voce şi de date pe circuite comutate, cu viteze de transmisie de până la 22,8 kbit/s etc. Faza 2+ a însemnat îmbogăţirea conţinutului de servicii oferit de GSM care, în faza iniţială oferea doar servicii de comunicaţie vocală şi servicii de transmisii de date pe canal de utilizator, cu viteze de ordinul a 9,6 kbit/s. Prin introducerea în exploatare a specificaţiei GSM pentru faza 2+ au devenit operaţionale o serie de facilităţi şi servicii care vor fi preluate şi de către UMTS: 1

transmisii de date comutate în mod circuit, de mare viteză; codec "full rate"; facilităţi de reţea inteligentă; servicii ASCI; cartele SIM cu pachete de servicii prestabilite; suport pentru optimizarea rutării. Deoarece GSM realizează prelucrarea şi transmiterea semnalelor în formă digitală, se poate oferi o serie de servicii de transmisii de date cu diferite viteze, pe un canal alocat transmisiei vocale. Aceste transmisii se pot realiza pentru utilizatorii POTS, ISDN, PSPDN şi CSPDN, cu folosirea unor metode şi protocoale de acces adecvate cum sunt X25 sau X32. Serviciile de transmisii de date oferite de GSM în faza 1 de dezvoltare sunt: serviciul facsimil; servicii asincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de transmisie de 300, 1200, 2400, 4800, 9600 biţi/s precum şi 1200/75 biţi/s; servicii sincrone dedicate pentru transmisii duplex de date, cu viteze de 1200, 2400, 4800 sau 9600 biţi/s; servicii de transmisii asincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 300, 1200, 2400, 4800, 9600 biţi/s sau 1200/75 biţi/s; servicii de transmisii sincrone de date, dedicate pentru acces de pachete, cu viteze de 2400, 4800 sau 9600 biţi/s.

1.2 Parametrii tehnici principali ai sistemului GSM În întregime, sistema de comunicaţie ce funcţionează în standardul GSM, este destinată pentru utilizarea ei în diverse domenii. Ea oferă utilizatorilor un spectru larg de servicii şi posibilitatea de a utiliza diferite echipamente pentru transmiterea mesajelor vocale şi a datelor, semnalelor de apel şi alarmă; cuplarea la reţelele de comutaţie telefonică publică (PSTM - Public Switched Telecommunications Network), la reţele de transmitere a datelor (PDN - Public Data Network) şi la reţele digitale cu integrarea serviciilor (ISDN - Integrated Services Digital Network). 2

În comparaţie cu celelalte standarde, GSM-ul asigură cele mai bune caracteristici energetice, o calitate mai înaltă a comunicaţiilor, securitate şi confidenţialitate. GSM-ul acordă un şir de servicii ne realizate în celelalte standarde de utilizare largă, cum ar fi:  Utilizarea cartelelor intelectuale SIM pentru asigurarea accesului la canal şi serviciile de comunicaţii;  Codificarea comunicaţiilor transmise;  Interfaţa radio;  Autentificarea şi identificarea echipamentelor abonatului conform algoritmilor criptografici;  Utilizarea serviciilor de comunicaţii scurte, transmise prin canalul de semnalizare;  Roaming automat al abonaţilor diferitor reţele GSM în plan naţional şi mondial;  Roaming între diferite reţele standard: DCS1800, PCS1900, DECT, cât şi reţele satelit de radiocomunicaţii personale: “Globalstar”, “Inmarsat-P”, “Irudium”. În concordanţă cu recomandaţiile CEPT 1980 privind utilizarea frecvenţelor în telecomunicaţiile mobile gama 862-960Mhz, standardul GSM european utilizează pentru lucrul emiţătoarelor 2 benzi de frecvenţă. Banda de frecvenţă cuprinsă între 890-915 MHz este utilizată de către MS pentru transmiterea informaţiei spre BTS, iar banda 935-960MHz pentru transmiterea informaţiei de la BTS spre MS. Astfel la comutarea canalelor în timpul comunicaţiei diferenţa dintre aceste frecvenţe constituie 45MHz. Diferenţa de frecvenţă între două canale vecine este 200kHz. Astfel în gama de frecvenţe rezervate pentru emisie / recepţie cu lăţimea de 25MHz se include 124 canale de frecvenţă. GSM-ul în afară de aceasta utilizează accesul multistaţie cu divizarea în timp (cu comprimare a canalelor de tip TDMA), ce dă posibilitate de a utiliza 8 canale vocale pe o singură purtătoare concomitent. În calitate de convertor vocal este utilizat

3

un codec vocal RPE-LTP cu excitaţie de tip impuls şi viteza de convertare vocală de 13Kbiţi/s. Prelucrarea semnalului vocal în standardul dat are loc în conformitate cu sistemul de transmisiune discontinuu DTX (Discontinuous Transmission), care asigură conectarea emiţătorului numai atunci când utilizatorul începe convorbirea iar în timpul pauzelor vocale emiţătorul este deconectat. Sistemul DTX dirijează cu detectorul activităţii vocale VAD (Voice Activity Detector) care este capabil de a identifica şi a evidenţia intervalele vocale cu zgomot şi a zgomotului fără semnalul vocal, chiar şi în cazul când nivelul zgomotului este comparabil cu cel vocal. Pentru protejarea împotriva erorilor, în canalele radio la transmiterea mesajelor informaţionale se aplică codare în blocuri şi convoluţie cu alteraţie. Sporirea eficacităţii codificării şi a alteraţiei la o viteză mică a deplasării staţiilor mobile se obţine prin comutarea lentă a frecvenţelor de lucru în timpul comunicaţiei (cu viteza 217 salturi/sec.). Pentru a micşora perturbaţiile de interferenţă a semnalelor recepţionate, cauzate de distribuţia undelor radio în condiţii de oraş, în aparatajul de comunicaţii se utilizează equalizerii, ce asigură renivelarea semnalelor de impuls cu devieri medii pătratice a timpului de întârziere până la 16  s. Sistemul de sincronizare (până la 233  s) ale timpului de întârziere absolut a semnalelor. Aceasta corespunde distanţei

maxime de comunicaţii de 35km (raza maximă a unei celule). Pentru modulaţia radiofrecvenţei se utilizează manipularea spectral-efectivă a frecvenţei de tip Gaussian cu deviere minimă de frecvenţă (GSMK – Gaussian Minimum Shitt Keying). Manipularea este numită în acest mod, deoarece consecutivitatea biţilor de până la modulare este filtrată de un filtru trece jos cu caracteristică amplitudinefrecvenţă de tip Gaussian, fapt ce duce la micşorarea benzii de frecvenţă a radiosemnalului emis. La formarea radiosemnalului GSMK, faza radiosemnalului se schimbă cu 90o în intervalul ce corespunde unui bit. Semnalul de ieşire cu variaţie continuă a fazei este analogic semnalului primit in rezultatul modulaţiei în frecvenţă cu variaţie discretă a frecvenţei. 4

VAD Intrare

e Amplificator

Kodor vocal

DTX Dirijarea şi lucru

Formatorul zgomotului comfortabil

Extrapolarea cadrului vocal

DTX Dirijarea şi lucru

Decodor vocal

Iesire Amplificator

Formatorul zgomotului comfortabil

Figura 1. Schema structurii proceselor de prelucrare a vocii în standardul GSM

5

II PROIECTAREA UNEI RETELE DE COMUNICATII MOBILE E GSM 900 Date initiale: i=5 j=2 R = 15 km Sistem: EGSM 900 Banda de frecvenţă: 881,7 ... 905 MHz / 926,7 ... 950 MHz Canal Duplex Set canale = 5 Stabilim valoarea de adevăr a expresiei |

|

|

corectitudinea limitelor date, a benzilor de frecvenţă.

|

|

|

|

6

|, astfel se asigură

2.1 Să se calculeze numărul total de canale în sistem:

fc= 200 KHz = 0.2 [MHz]

( Partea fractionara 0,5 canale le vom lua in calcul la planul de frecvenata , iar pentru calcul utilizam partea intreaga ) unde:

N – numarul total de canale

unde: numarul total de canale de trafic 2.2 Numărul de celule într-un cluster se calculează conform:

(In cazul cind ’n’ este numar fractionar, atunci in unele celule clasterului, se vor utiliza un numar de canale de trafic egal cu partea intreaga a lui n Iar in restul celulelor clasterului se vor utiliza un numar canale de N=

=2+1=3

unde: k – numărul de celule în cluster n – numărul de canale în celul 7

)

2.3 Să se repartizeze canalele în seturi pe celule Există mai multe algoritme de repartizare a canalelor în celule, dintre care cel mai des se utilizează - algoritmul de alocare fixă a canalelor între celule, ce constă în aceea că toate canalele de trafic pe teritoriul unei celule într-un moment de timp pot fi ocupate, în acest caz la apariţia unui apel el primeşte refuz chiar dacă în celulele vecine pot fi canale libere. Avantajul metodei tabelare este că alocarea canalului la cerere este cea mai rapidă faţă de alte algoritme.

1

2

3

40

41

42

79

80

81

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

…………..

32

33

34

35

36

37

38

39

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

…………

71

72

73

74

75

76

77

78

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

…………

109

110

111

113

114

115

4

Tabelul 1. Repartizarea canalelor în seturi pe celule Setul de canale a celulei nr.5 contine urmatoarele canale : 5,44,83 Seturile de canale 38,39 contin cite doua canale Iar seturile 1...37 contin cite trei canale

8

2.4 Repartizarea celulelor în cluster Repartizarea celulelor în clustere se realizează cu ajutorul lui „i” şi „j” 1. Se alege o celulă de pe teritoriul acoperit cu celule şi acestei celule i se atribuie un set de canale şi un număr. 2. Pentru a afla poziţia celulei cu acelaşi set de canale numai că din alt cluster avem nevoie de i şi j. 3. Se deplasează perpendicular pe fiecare latură a celulelor vecine cu i unităţi şi contra acelor de ceasornic sub un unghi de 600 cu j unităţi. 4. Procedura se termină atunci când toate celulele au primit câte un set de canale. 5. Pe teritoriul acoperit se formează grupuri de celule numite clustere a căror hotare se indică cu o linie mai accentuata. Notă: În celulele vecine nu se permite utilizarea seturilor de canale vecine,între celulele cu setul iniţial de canale nu trebuie sa existe celule ce nu au primit un set de canale şi nu trebuie să existe celule ce au primit două sau mai multe seturi de canale.

9

Figura 2. Harta amplasării celulelor şi repartizarea celulelor în cluster

10

2.5 Calculăm distanţa de reutilizare a frecvenţei Pentru repartizarea celulelor se alege o oarecare celulă de pe suprafaţa ce trebuie acoperită şi acestei celule i se atribuie un oarecare set de canale. Cele mai apropiate 6 celule a celor 6 clustere din jurul clusterului cu celula iniţială ce vor utiliza acelaşi set de canale se determină prin deplasarea din centru celulei iniţiale perpendicular pe fiecare din laturile celulei iniţiale cu i unităţi (o unitate este distanţa dintre centrele a 2 celule vecine), apoi cu un unghi pozitiv (contra acelor ceasornice) de 60° se deplasează cu „j” celule. Astfel celulei obţinute „i” se atribuie acelaşi set iniţial de canale. Apoi se alege o altă oarecare celulă ce se află între celulele ce au primit deja un set de canale şi se repetă principiul de repartizare a celulelor în cluster şi în afara lui. Acest proces continuă pînă cînd toate celulele vor conţine cîte un set de canale şi nu vor exista spaţii libere între celule. Pentru a evita interferenţa canalelor, oricare două celule vecine, nu trebuie să aibă seturi de canale vecine. D  R 3k [km]

D  15 3  39  3  15 13  45 13 [km]



D  R 3 x1  x2   x1  x2  y1  y2    y1  y2  2

2

P1  x1 , y1   1;6 P2  x2 , y 2   8;1

11



2.6 Prezentarea planului de frecvenţe

Figura 3. Planului de frecvente

BS Fd= f pBS4 ME  f pME  927.7  882.7  45[MHz] 4

Planul de frecvenţe, canalul duplex şi setul de canale 5 sunt arătate frecvenţele de emisie şi recepţie ale canalului 5 şi diferenţa dintre aceste frecvenţe,care este de 45MHz. 12

Unde: Fd  distanţa în frecvenţă între purtătoarele canalelor simplex în canalul duplex,

f pMEBS , f pBSME  sunt frecvenţele purtătoare pentru fiecare canal;

Ntr – numarul de canale de trafic disponibile in retea; K – numarul de celule intr-un cluster; M – numarul de canale folosite intr-o celula a clusterului; N – numarul de canale de trafic intr-o retea; F1 – reprezinta banda de frecventza pe care ME face legatura cu BS; F2 – reprezinta banda de frecventa pe care BS face legatura cu ME; D – distanta de reutilizare a frecventei dintre doua clustere vecine; R – raza celulei; x1 si y1 – sunt coordonatele unei celule care se afla într-un cluster; x2 si y2 – sunt coordonatele unei celule a unui cluster vecin .

13

III CONCLUZIE Efectuind aceasta lucrare individuala am facut cunostinta cu metoda calcularii unei retele celulare de comunicaitii mobile . Am calculat numarul de canale într-o celulă şi numarul de celule într-un cluster care sunt egale cu 115 si respectiv 39 , apoi am repartizat canalele pe seturi şi am observat ca în unele celule ale cluster-ului s-a utilizat partea întreaga a numărului de canale (n=2),iar in alte celule n+1 canale.Repartizind celulele în cluster (figura 2) am observat ca 39 de celule este dificil de repartizat uniform şi simetric faţă de centrul cluster-ului. La finele acestei lucrări am reprezentat planul de frecvenţe, canalul Duplex şi setul de canale 5 în (fig. 3)

14

IV BIBLIOGRAFIE

1. Tatiana Rădulescu (2002), Reţele de telecomunicaţii, Bucureşti: Editura Thalia 2. Ion Bossie, Mircea Wardalla (1997), Măsurări speciale în telecomunicaţii, Bucureşti: Editura Romtelecom. 3. Ilie Andrei (2006), Tehnica transmisiei informaţiei, Bucureşti: Editura Printech 4. Adrese INTERNET :  www.en.wikipedia.org/wiki/Telephone_exchange,  www.networkdictionary.com/telecom/pstn.php, www.en.wikipedia.org/wiki/Telephone_exchange,  http://www.catvservice.com,  http://www.arrl.org/tis/info/catv-ch.html,

15