MINISTERUL EDUCAIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI

FACULTATEA RADIOELECTRONIC I TELECOMUNICAII

Catedra RadiocomunicaiiPROIECT DE ANLa disciplina: Reele Inteligente de Comunicaii

Tema: Proiectarea unei reele celulare de comunicaii mobile A ndeplinit

st.gr.IMTC-091

Gojinevschi Cristina

A verificat

conf.univ.,dr. Avram Ion

Nota______________Chiinu 2011CUPRINSINTRODUCERE

I REELE DE COMUNICAII MOBILE DCS1800 (GSM1800)

1.1 Arhitectura reelei

1.2 Subsistemele GSM1.3 Funcionalitatea reelei GSM1.4 Caracteristicile sistemului GSM1.4.1 Particularitile sistemului DCS 1800

II PROIECTAREA UNEI REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE

2.1 Date iniiale2.2 Calculul proiectrii reelei celulare de comunicaii mobileCONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCEREReelele de telefonie mobil ofer ca serviciu de baz serviciul telefonic mobil MTS (Mobile Telephone Service). Primul MTS s-a realizat in 1946, n SUA. Pentru acest sistem au fost alocate 6 canale radio. Pan n 1964 s-au dezvoltat servicii MTS care utilizau operatori umani pentru conectarea convorbirii la reeaua fix. Aceste sisteme operau n benzile de 30-50 MHz i 150-174 MHz, utiliznd modulaia n frecven. n 1964 o form imbuntit de MTS, numit IMTS (Improved MTS) era oferit ntr-un sistem cu procesare automat (fr operator), utiliznd 8 canale n gama 150-174 MHz. Capacitatea de servire era n jur de 130 abonai. Dup 15 ani, o dat cu introducerea conceptului de celul, concept care a permis reutilizarea spectrului de frecvene, s-a dezvoltat n SUA sistemul AMPS (Advanced Mobile Phone Service), primul sistem de telefonie celular (analogic). Acesta opereaz n banda de 800 MHz. n Japonia a fost creat cam n acelai timp MCS-L1 {Mobile Cellular Service -LI). Din 1981 i n Europa -Suedia - a devenit operaional primul sistem celular (analogic): NMT (Nordic Mobile Telephone). n NMT semnalul vocal se transmite modulat n frecven. Exist dou variante, NMT la 450 MHz, respectiv NMT la 900 MHz. n 1985, n Marea Britanie, a devenit operaional al doilea sistem european de telefonie celular TACS (Total Access Communication System), inspirat din AMPS, dar opernd n aceleai benzi ca i NMT. Capacitatea unei reele naionale atinge sute de mii de abonai. Sistemele analogice sunt nc n operare. Marea Britanie are cel mai mare sistem naional, format din dou reele TACS, care deservesc peste un milion de abonai. n scopul elaborrii unui standard unic pentru Europa, n 1982 s-a creat n cadrul CEPT Grupul Special Mobil. Dup ani buni de controverse s-a hotrat (1985) ca acest sistem s fie digital. O dat cu trecerea la comunicaia digital a luat natere a doua generaie de sisteme mobile. Au fost elaborate dou standarte de sisteme celulare de generaia a doua: GSM (Global System for Mobile communication) n banda de 900 MHz i o variant a sa n banda de 1800 MHz, numit DCS 1800 (Digital Cellular System). DCS 1800 este destinat n special zonelor urbane.Dup 1991 sistemul GSM a devenit operaional i funcioneaz la ora actual n ntreaga Europ, n Australia i unele ri din Asia. Din aceeai perioad au inceput eforturile de standardizare a sistemelor mobile de generaia a treia, cunoscute ca sisteme de comunicaii personale (PCS Personal Communication System). Acestea vor fi capabile s asigure, pe lang serviciul telefonic mobil, servicii mobile de band larg ca videotelefonia, videoconferin, transferul de date la mare vitez, VOD, etc. Aceast reea de telecomunicaii mobile ofer ca principal serviciul telefonic mobil i are la baz sistemul mobil de a doua generaie GSM. in afar de acesta, GSM PLMN(Public Land Mobile Network) ofer i transmisii de date la debite de pan la 9600 bps, dar aspectele specifice legate de acest serviciu nu fac obiectul lucrrii de fa.

Proiectarea unei reele celulare de comunicaii mobile n sistemul DCS 1800 cu banda de frecven 17351760/18301855 MHz i cu raza celulelor R=11 km cu ajutorul calculelor numarului de canale ntr-o celul ct i numarul celulelor ntr-un cluster i distana de reutilizare a canalului dup cele dou metode existente, repartizarea canalelor n seturi pe celule dup algoritmul de distribuire fix canalelor, dealtfel si repartizarea celulelor n cluster i nafara lui, formnd 7 clustere unul central i 6 clustere periferice. Pentru care se reliazeaz planul de frecven, canalul duplex i setulde canale corespunztor. Toate acestea ne permit s proiectm reeua celular dorit.I REELE DE COMUNICAII MOBILE DCS1800 (GSM1800)1.1 Arhitectura reelei

Reteaua GSM este formata din mai multe sute de amplasamente de celule, dispuse suprapus una peste cealalta, in asa fel incat sa rezulte o acoperire cu radio-emisie continua, neintrerupta. Pe parcursul convorbirii, terminalul GSM se conecteaza prin unde radio la statia radio plasata in zona in care se gaseste abonatul. La trecerea dintr-o celula intr-alta, apelul este trimis fara ca utilizatorul sa realizeze procesul de trecere de pe un canal intr-altul. Statia radio are o raza de acoperire ce poate varia de la cel putin 1 km, daca este vorba de o zona urbana, pana la cel mult 30 de km in altfel de zone. Reteaua GSM este compusa din trei parti principale, statia mobila (MS), statia baza de emisie - receptie (BTS) care controleaza conectarea cu statia mobila, statia baza de control (BSC) care controleaza statia baza de emisie - receptie si oficiul central de schimbare (MSC).

1. Statia Mobila (MS): Un telefon mobil digital si un card SIM formeaza Statia Mobila. SIM-ul (Modul de Identitate a Abonatului) este un card care se potriveste in receptorul tau si este de doua marimi - ori marime mare (aceiasi marime ca o carte de credit) sau versiunea unei bucati mici. Micro procesorul SIM-ului este bazat pe un chip de silicon care este conceput sa tolereze temperaturile intre -25 grade celsius si +70 grade celsius, si va rezista de asemenea la o umiditate mai mare de 85%. In orice caz siliconul este fragil si, de aceea daca cardul este falsificat, fizic si electronic, cardul va deveni nefolositor. SIM-ul contine toate detaliile tale de identificare, la fel ca si IMSI (Identitatea Internationala a Abonatului Mobil. Acesta este un sir numeric, unde primele 3 cifre reprezinta tara de unde este SIM-ul, urmatorul reprezinta operatorul din acea tara. Celelalte cifre reprezinta identitatea abonatului), memoriile telefonului, informatie despre plata, SMS-uri, numere pin si informatii internationale despre roaming. Un card IMEI (Echipament Mobil International de Identitate) este numarul de serie a telefonului GSM care este echivalent cu numarul ESN intr-un telefon analog, acesta este fixat in telefon si nu poate fi schimbat. Cardul SIM contine un numar IMSI care identifica utilizatorul la retea inainte cu un alt utilizator si informatie de securitate. Prin intermediul telefonului mobil (statia mobila), utilizatorul initiaza o convorbire, care ia calea undelor radio, acestea transmitand apelul catre BTS

2. Statia Baza de Emisie - Receptie (BTS): Statia Baza de Emisie - Receptie consta intr-un radio de emisie - receptie cu antena care acopera o singura celula. BTS administreaza comunicatiile cu statia mobila (MS) prin interfata radio. BTS -urile sunt toate conectate impreuna ca sa-ti permita sa te muti de la o celula la alta. Antena poate lua forme diferite, in Marea Britanie au inceput sa fie folosire cele in forma de stalp, dar normal are trei celule directionale.

3. Statie Baza de Control (BSC): Statia Baza de Control administreza mai multe BTS-uri. Controleaza alocarea, elibereaza canalele radio, face conectare rapida intre celule. O serie de BTS -uri sunt conectate la fiecare statie baza de control. BSC supravegheaza fiecare apel si decide cand si la care BTS sa expedieze un apel.

4. Restul retelei: Cateva BSC-uri sunt controlate de MSC, MSC-ul lucreaza cu 4 date de baza (HLR, VLR, EIR si AuC) si impreuna administreaza comunicatiile intre Statia Mobila a utilizatorului si alte tipuri de retea. Fiecare dintre baza de date are treaba ei, astea sunt dupa cum urmeaza:

- Mobile Switching Center (MSC) - oficiul central de schimbare este interfata dintre sistemul statie baza si sistemul de schimbare a retelei telefonului mobil. Mai mult, MSC este de asemenea interfata intre reteaua celulara si PSTN. MSC genereaza toate inregistrarile de plata si asigura ca utilizarea totala sa fie directionata la contul care trebuie. MSC trebuie sa asigure ca toate apelurile sunt trimise spre abonati, oriunde s-ar afla ei. Aceasta situatie devine mult mai complexa cand doi abonati mobili doresc sa contacteze un altul din doua locatii distincte. Ca sa se simplifice functia de administrare a abonatului, o zona de serviciu specifica este alocata fiecarui MSC. MSC trebuie sa controleze schimbarea tarifului la si pentru abonati, in interiorul zonei de serviciu care implica coordinarea tuturor resurselor radio si activitatilor de parasire inter-celulare.

- Registru de Locatie a Operatorului (HLR) - este baza de date principala pentru toti abonatii. Contine detalii despre identificarea fiecarui abonat, servicii la care are acces si locatiile in care abonatul a fost ultima data inregistrat. Toate procedurile de administrare ale abonatului sunt comunicate HLR -ului unde datele sunt inregistrate pana cand sunt cerute de alta parte a retelei mobile sau fixe publice (PLMN). Cele doua referinte principale care sunt folosite pentru a directiona apelul spre fiecare abonat sunt: Identitatea Internationala a Abonatului Mobil (IMSI) si Numarul Retelei Digitale de Servicii Integrate a Abonatului Mobil (MSISDN). IMSI este singurul numar alocat abonatului care este memorat pe cartela SIM si este folosit de retea pentru comunicatii interne. Cand cartela SIM este introdusa intr-un echipament mobil devine statie mobila. MSISDN este numarul de mobil al abonatului, care este legat de IMSI in HLR. Apelurile sosite la abonat sunt mutate inapoi de la IMSI la HLR asta permitandu-le sa fie expediate catre Statia Mobila. O data ce statia mobila MSISDN a fost folosita ca sa identifice IMSI, HLR verifica inregistrarile abonamentelor pentru a asigura ca un apel poate fi expediat la ultima locatie cunoscuta a Statiei Mobile.

- Registru de locatie a clientului (VLR) - este o baza de date care este legata la MSC si temporal inmagazineaza informatii despre fiecare statie mobila in interiorul unei zone aprovizionate de MSC. Informatia care este temporar memorata in VLR este suficienta ca sa permita statiei mobile in interiorul acelei zone MSC sa dea sau sa primeasca apeluri. Aceasta include identitatea statiei mobile, zona in care a fost ultima data inregistrat si date apartinand abonatului si orice servicii suplimentare care au fost alese de abonat. MSC se refera la VLR de fiecare data cand Statia Mobila incearca sa dea un apel ca sa verifice daca cererea poate fi indeplinita. Acest proces este ca sa stabileasca daca au loc restrictii de apel sau instructii de blocari de apel.

1.2 Subsistemele GSM

Subsistemele GSM sunt:

1. MS- telefonul mobil (staia mobil) (Mobile Station);

2. BSS - staia de baz (Base Station Subsystem);

3. NSS - subsistemul reea i comutaie (Network and Switching Subsystem);

4 .OMS- subsistemul operare i intreinere (Operation and Maintenance Subsystem).

Echipamentele din componena acestor (sub)sisteme sunt:

1. MS: este format din echipamentul fizic i cartela de identitate a abonatului SIM (Subscriber Identity Module);

2. BSS: BTS - Base Transceiver Station ( staie transceiver de baz);

BSC - Base Station Controller (controler al staiei de baz);

3. NSS: MSC - Mobile Services Switching Centre (centru de comutaie a serviciilor mobile);

GMSC - Gateway MSC (MSC de tip gateway);

VLR - Visitor Location Register (registru cu localizrile vizitatorilor)

HLR - Home Location Register (registru cu localizrile abonailor proprii)

AUC - Authentication Centre (centru de autentificare)

EIR - Equipment Identity Register (registru cu identitatea echipamentelor)

4.OMS: OMC -Operation and Maintenance Centre (centru de operare i ntreinere)

Subsistemul BSS

Conine echipamentele specifice aspectelor radio ale GSM.

BTS - Include toate echipamentele radio i de interfa cu reeaua fix.

BSC - Gestioneaz interfaa radio prin comanda de la distan a BTS (alocarea canalelor, gestiunea transferului legturilor i a nivelului semnalului emis de ctre MS). Un BSC controleaz mai multe BTS.Are funcii de comutare.

Subsistemul NSS

Include principalele funcii de comutare ale reelei, bazele de date necesare gestiunii mobilitii, autentificrii i gestiunii echipamentelor.

MSC - Deservete un numr de BSC. Reprezint principalul echipament de comutaie. Un singur MSC poate servi un ora mare (1 milion de locuitori).

GMSC - Asigur un plus fa de comutare i interfaa cu reelele externe.

VLR - Reprezint o baz de date ce conine informaii despre localizarea curent a abonailor n zona deservit de un anumit MSC. Pentru reducerea volumului de semnalizri el este amplasat de obicei n acelai loc cu echipamentul MSC.

HLR- Este un calculator ce conine baza de date cuprinznd toi abonaii reelei GSM PLMN respective. Informaiile sunt de dou tipuri:

- informaii statice (numerotare, categoria abonatului, etc);

- informaii dinamice (localizarea abonatului la nivel de MSC, lista serviciilor suplimentare cerute de ctre abonat).

AUC - Echipament de calcul ce furnizeaz la HLR parametrii de autentificare i triplete pentru cifrare.

EIR - Este o baz de date ce conine identitatea echipamentelor mobile (partea de hardware). Are ca principal scop mpiedicarea utilizrii echipamentelor neaprobate, furate, etc.Subsistemul OMS

Include o serie de echipamente de calcul i periferice conectate prin linii X.25 la echipamentele NSS i BSS (mai exact BSC). Realizeaz funciile de operare i ntreinere a reelei. Specificaiile pentru OMS ofer mult libertate productorilor care au dezvoltat configuraii hardware diferite pe care ruleaz pachete software proprii.

OMC - Este format, pe de o parte, dintr-un echipament sau dintr-o reea de echipamente de calcul i periferice ce asigur operarea i ntreinerea reelei GSM. Pe de alt parte, OMC conine echipamente de calcul ce asigur tarifarea i gestiunea abonailor (administrativ).1.3 Funcionalitatea reelei GSM

Registru de identitate cu echipament (EIR), asigura ca toate Echipamentele Mobile sa fie valabile si autorizate sa functioneze pe PLMN. Exista trei categorii in EIR, o lista alba, o lista gri si o lista neagra. Lista alba cuprinde domeniile IMEI a tuturor Echipamentelor Mobile care au fost aprobate de oricare dintre cele trei centre de aprobare GSM. Orice Echipament Mobil ce apare pe lista gri ii va fi permis sa functioneze dar va trage alarma la operatorul retelei. Aceasta facilitate permite operatorului retelei sa identifice orice abonat care foloseste un echipament mobil furat sau pierdut. Mobilele care sunt furate sau pierdute pot fi puse pe lista neagra care ii va preveni asupra functionarii a PLMN -ului de acasa sau PLMN -ului din toata lumea.

- Centru de autentificare (AUC) - Centru de autentificare este folosit ca sa valideze cartela SIM ca fiind folosita de Statia Mobila. Informatia secreta care este pastrata in AUC si care este inregistrata si in cartela SIM este folosita pentru a indeplini un calcul matematic complex. Autentificarea are loc daca rezultatele acestor doua calcule se potrivesc. SMSC (Centru SMS sau Centru de Serviciu), SMSC-ul administra toate SMS-urile care sunt trimise. Mesajele sunt expediate pe un canal de date deci poti sa le primesti in timpul unui apel. GMSC (Intrare MSC), este o intrare de schimbare unde apelul este directionat in timpul unei setari a utilizatorului GSM. GMSC il cauta pe abonat intreband HLR -ul care apoi intreaba VLR -ul si indreapta apelul primit catre MSC unde abonatul poate fi gasit.1.4 Caracteristicile sistemului GSM Sistemul GSM utilizeaza o combinatie de tehnici de acces la canalul radio:-multiplexarea in frecventa (FDMA - Frecquency Division Multiple Access)

-multiplexarea in timp (TDMA - Time Division Multiple Access).

Initial, pentru sistemul GSM a fost alocata banda de 900 Mhz, iar mai tarziu au fost alocate frecvente si la 1.800 Mhz pentru al doilea sistem, care in esenta este similar cu GSM, numit DCS (Digital Communication System pe 1.800 Mhz). In cadrul GSM, fiecare celula deservita de o statie radio de baza (Base Tranceiver Station - BTS) admite maxim 200 de canale full-duplex. Fiecare canal este constituitdintr-o frecventa purtatoare tur, de la statia mobila la statia de baza (uplink) in gama 890...915 Mhz, si o frecventa purtatoare retur, de la statia de baza la statia mobila, (downlink) in gama 935...960 Mhz. Fiecare banda de frecventa are o largime de 200 kHz. Intr-un cadru TDMA sunt alocate opt intervale de timp (time-slots) pentru semnalele vocale sau de date. In cadrul benzii standard de 25 Mhz alocata pentru seviciile de telecomunicatii mobile, fiecare dintre cele 124 de canale de frecventa suporta opt conexiuni separate, utilizand multiplexarea prin diviziunea timpului (TDMA), dand astfel posibilitatea alocarii celor 124 de purtatoare la - teoretic - 992 de canale vocale sau de date. Pentru a evita interferentele cu celule vecine, multe canale nu sunt utilizate.

1.4.1 Particularitile sistemului DCS 1800Banda de frecven la emisie (n direcia ME BS) este 1710 -1785 MHz.

Banda de frecven la recepie (n direcia BS ME) este 1805 1880 MHz.

Banda de canal fc : 200 kHz = 0,2 MHz.Numrul de canale radio este de 374.

Putere emisie semnal TMD 1,0 mW 1 W / 0+30 dBm.

Numrul de nivele a reglrii puterii de emisie este 16 nivele.GSM 1800 cu acumulator BLD3:- regim: de ateptare - de la 150 pn la 300 ore,

- regim: radio + HDS3 : mai mult de 20 ore,

- regim: radio + IHF (Integrated Hands Free) : mai mult de 8 ore,

- regim de comunicare: timp de comunicare : de la 2 pn la 5 ore,

Tabelul 1.1 Caracteristici ale sistemului GSM

Caracteristici tehniceParametrii

Tehnica de acces multiplu:TDMA de band ngust

Separarea purttoarelor:200 kHz

Debitul rezultat n urma

digitizrii vocii:13 kbps (rat ntreag)

6.5 kbps (rat 1/2)

Numrul de canale

(temporale)/purttoare:g (pentru voce codat la rat ntreag)

16 (pentru voce codat la rat 1/2)

Numrul total de canale:124x8= 992 (pentru voce codat la rat ntreag)

124X16 -1984 (pentru voce codat la rat 1/2)

Debitul de informaie/purttoare271 kbps

Debitul de informaie/canal33.88 kbps (rat ntreag)

16.97 kbps (pentru voce codat la rat 1/2)

Codarea vociihibrid (LPC-LTP-RPE. Linear Predictive Coding -Long Term Prediction - Regular Puise Excitation);

260 bii/20 msec de vorbire (rat ntreag)

130 bii/20 msec de vorbire (rat 1/2)

Codarea canalului pe interfaa radioadaptiv, cod paritate + cod convoluional nesistematic cu rat 1/2. Semnalizrile se codeaz cu cod Fire (184, 224) concatenat cu cod convoluional nesistematic cu rat 1/2.

Egalizarea canalelor pe interfaa radioegalizare adaptiv cu egalizator Viterbi.

Debitul pe liniile fixe:16 kbps (pentru voce codat la rat ntreag)

8 kbps (pentru voce codat la rat 1/2)

Servicii de baztelefonie, transmisii de date la debite de pn la 9600

II PROIECTAREA UNEI REELE CELULARE DE COMUNICAII MOBILE2.1 Date iniialei=5;j=0;R=11 km;Sistem DCS 1800; QUOTE

=17351760 MHz;=18301855 MHz;

; (2.1)=1760-1735=25 MHz; =1855-1830=25 MHz.

2.2 Calculul proiectrii reelei celulare de comunicaii mobile

1. Calculm numrul de canale ntr-o celul:

N == (2.2)N = 125 canale.= N-1= 125-1=124 canale.2. Calculm numrul de celule ntr-un cluster:

k= (2.3) k== 25+0+0=25 celule.

3. Determinm distana de reutilizare a frecvenei:

;I metod:

D=R (2.4)D=1111 km.

II metod:

D = R (2.5)

D = 11=

=11=11=11 km.4. Repartizm canalele n seturi pe celul dup algoritmul de distribuire fix:

Tabelul 2.1 Repartizarea canalelor n seturi pe celul12345678910111213141516171819202122232425

12345678910111213141516171819202122232425

26272829303132333435363738394041424344454647484950

51525354555657585960616263646566676869707172737475

767778798081828384858687888990919293949596979899100

101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121123124

Conform tabelului, determinam setul de canele.

Setul de canale const din 5, 30, 55, 80, 105.

5. S se repartizeze celulele n claster i n afara lui (7 clustere - un cluster centaral i 6 clustere periferice).

Figura 2.1 Repartizarea celulelor n cluster

;6. Pentru RICM s se reprezinte planul de frecvene,canalul duplex i setul de canale corespunztor:

Figura 2.2 Planul de frecvene

CONCLUZII Pentru proiectarea reelei GSM conform datelor iniiale, pentru satisfacerea unor obiective menionate este necesar ca parametrii reelei s posede valori optime.

Iniial se calculeaz numarul total de canale, conform datelor acesta fiind 124 deoarece pentru sistemele GSM este nevoie de un canal pentru benzile de protecie.

Numrul de canale radio n reea va depinde de banda alocat pentru implimentarea reelei, conform datelor banda de frecven este 17351760/18301855 MHz . Alocarea lor n celulele reelei se efectueaz innd cont de interferenele izocanale i adiacente, care vor aprea, i de serviciile de telecomunicaii ce utilizeaz astfel de benzi. n cazul dat de proiectare numrul de canale n celulele reelei se menine constant.

Realiznd calculul determinrii mrimei cluster-ului n cazul nostrum acesta fiind de 25 celule, putem spune ca acesta depinde de interferenele provocate n celul, care determin calitatea comunicaiei i de capacitatea sistemului. Aceast solicitare se ia n consideraie deoarece de mrimea cluster-ului va depinde numrul de celule n reea i, respectiv, costul reelei i capacitatea sa.

Valoarea adecvat a capacitii de trafic influeneaz decisiv calitatea comunicaiei. Intensitatea traficului ntr-o celul este funcie de numrul de canale n celul m i probabilitatea de blocare PB . Creterea capacitii de trafic a celulei se poate face prin reducerea interferenelor, obinndu-se mrimi mai mici ale factorului de reutilizare, ceea ce este echivalent cu utilizarea canalelor radio suplimentare.

BIBLIOGRAFIE

1. Zahan S. Telefonia Digital n reelele de Telecomunicaii. Ed. Albastra, 20012. Traficul n reelele de telecomunicaii. Bucureti, Editura Tehnic, 1995

3. http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/RADIATIILE-EMISE-DE-STATIILE-D1321511247.php