Rețea de telecomunicații celulare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

O rețea de telecomunicații celulare (de asemenea, rețea celulară sau rețea mobilă ) este o rețea care permite telecomunicațiile în toate punctele unui teritoriu împărțit în zone mici, numite „ celule ” (de unde și definiția) pentru telefonia mobilă celulară , fiecare deservită de o bază radio diferită stație .

Descriere

Exemplu de acoperire radio a unei rețele celulare (subdiviziune în celule cu stații de bază radio relative)
Arhitectura rețelei GSM
Arhitectura rețelei UMTS
Arhitectura rețelei LTE

Termenul celular se referă la faptul că nu este conceput din punct de vedere tehnic să acopere un întreg teritoriu cu o zonă de bazin mare (de exemplu, o întreagă regiune sau națiune) cu o singură stație de bază radio datorită puterii electromagnetice enorme necesare (și a electromagneticului conectat riscuri) pentru transmiterea semnalului de către terminalele mobile, condițiile neideale de propagare a semnalului datorită orografiei teritoriului și saturației rapide a spectrului electromagnetic sau a benzii radio și dedicate acestui serviciu ca număr de utilizatori deserviți . Prin urmare, este necesar să împărțim teritoriul care urmează să fie acoperit în mai multe celule sau unități de emisie-recepție elementare, fiecare cu propria stație radio de bază de putere redusă, dar suficientă pentru a acoperi într-un mod mai mult sau mai puțin uniform zona închisă de celula însăși, astfel crearea unei acoperiri celulare .

Prin urmare, această tehnică permite reducerea puterii de transmisie necesare și implementarea așa-numitei reutilizări de frecvență pentru fiecare celulă, crescând astfel considerabil eficiența spectrală totală a sistemului, adică capacitatea de a exploata banda radio dedicată legăturii radio pentru beneficiul numărului total de utilizatori care pot fi deserviți , calitatea serviciilor oferite și operatorul de rețea.

Pentru a crește în continuare reutilizarea frecvenței, se folosește de obicei tehnica de sectorizare a celulei, adică utilizarea antenelor direcționale care, prin acționarea unui filtru spațial, acoperă fiecare un anumit sector unghiular al celulei și căruia îi este atribuită întreaga bandă alocată celulei. . În acest fel, se realizează astfel accesul multiplu la resursele de rețea în legătură în sus și multiplexarea în legătură descendentă numită diviziune spațială ( SDMA / SDM ) combinată cu clasicul FDMA / FDM datorită alocării statice a diferitelor benzi de frecvență între diferitele celule.

O altă caracteristică a sistemelor celulare este flexibilitatea lor de funcționare, adică capacitatea de a evolua și de a se adapta în timp la nevoile în schimbare ale traficului sau la cererile de servicii din partea noilor utilizatori, grație divizării ulterioare și introducerii de noi celule ( divizarea celulelor ) și a posturilor. crescând din nou reutilizarea frecvenței și, prin urmare, eficiența spectrală totală a sistemului.

În general, tehnicile menționate mai sus care vizează reutilizarea frecvenței, adică sectorizarea celulelor și împărțirea celulelor, sunt adoptate în mod obișnuit în centrele urbane în funcție de densitatea populației unde, fiind necesitatea ca traficul să fie eliminat semnificativ mai mare, numărul de celule (și, prin urmare, numărul de stații de bază radio) și numărul de sectoare pe celulă (și, prin urmare, numărul de antene per BTS) este mai mare și cu o zonă de acoperire mai mică decât în ​​zonele rurale slab locuite sau cu mai puțini utilizatori care să deservească.

În unele sisteme de radio mobile sunt posibile așa-numitele „stații de releu”, adică stațiile de emisie-recepție care au funcționalitatea logică și fizică a repetatoarelor transparente către stațiile de bază radio reale prin legături radio foarte direcționale și utilizate ca o extensie a acoperirii radio a stațiile radio-bază sau pentru a crește banda disponibilă utilizatorului prin creșterea vitezei de transmisie oferite, în special în cazul zonelor dens populate sau în care serviciul este solicitat în mod special.

Reprezentarea grafică ideală a unui sistem celular este aceea a unei rețele continue cu „celule hexagonale”; forma exactă a celulei de acoperire este de fapt „circulară” în cazul ideal al absenței perturbărilor de propagare radio , mai neregulată în cazul real al prezenței obstacolelor și / sau perturbărilor fizice. În realitate, celulele de acoperire se suprapun adesea parțial pentru a evita găurile de acoperire a semnalului.

Un factor limitativ al acestor tehnici și astfel de sisteme este prezența interferenței dintre celulele adiacente care este de obicei evitată cu subdivizarea teritoriului în grupuri de celule sau grupuri care împart banda radio dedicată în așa fel încât celulele adiacente să nu transmită cu aceeași frecvență purtătoare.

Cu toate acestea, spre deosebire de sistemele radio clasice limitate de zgomot , care pot fi remediate prin creșterea puterii de transmisie sau acționând asupra raportului semnal / zgomot , în ciuda precauțiilor luate, sistemele celulare rămân în continuare sisteme limitate de interferențe reziduale . atât asupra relației reciproce dintre frecvențele utilizate de diferitele celule, cât și asupra puterii respective utilizate în transmisie și pentru care poate fi definit un raport purtător / interferență.

Prin urmare, un sistem celular este caracterizat, pe de o parte, de interfața radio dintre terminalul mobil și stația radio de recepție (BTS), care reprezintă rețeaua de acces și caracterizată printr-un mecanism / protocol de acces multiplu , pe de altă parte, prin nucleul intern al rețelei ( rețea de bază ) cablată pentru trecerea la alte stații de bază radio sau la terminale din alte celule sau la alte rețele de telefonie celulară ale altor operatori, la rețeaua de telefonie fixă, atât publică, cât și privată, și în cele din urmă rețeaua de internet , reprezentând astfel rețeaua de transport .

Un apel de la un terminal la alt terminal trece prin recepția stației de bază radio a celulei sursă și este apoi direcționat, prin sisteme adecvate, pe o rețea cu fir către stația de bază radio a celulei destinatar, care o termină în final la destinație terminal.

La un nivel logic, pentru a asigura toate funcțiile de comunicație cerute de o rețea mobilă celulară, este necesar un sistem pentru a gestiona apelul telefonic cu interfața radio (numită în general BSC Base Station Controller ), situată în general lângă BTS sub masca unui dulap mare și a unui dispozitiv de comutare care este responsabil pentru direcționarea apelului către și de la rețeaua de telefonie fixă, către și de la rețelele mobile celulare ale altor operatori sau, eventual, traficul de date către și de la rețeaua Internet (cunoscută în general ca MSC Mobile Switching Center ).

În orice caz, fiecare celulă de acoperire menține o capacitate de serviciu finită ( trafic eliminat) sau numărul de utilizatori care pot fi deserviți în același timp în virtutea saturației resurselor, adică spectrul radio disponibil cu orice tehnică de multiplexare adoptabilă , este finit. Cu alte cuvinte, capacitatea serviciului poate fi blocată și nu poate accepta alți utilizatori. Dimensionarea rețelei ia în considerare un trafic mediu solicitat (trafic oferit) și nu trafic de vârf, evitând astfel risipa de resurse la prețul unei anumite probabilități de blocare sau refuz al serviciului.

Parametrii de performanță ai unei rețele celulare sunt, prin urmare, pe lângă eficiența spectrală, probabilitatea erorii Pe , probabilitatea întreruperii Po sau indisponibilitatea serviciului de rețea datorită aleatoriei propagării radio și a probabilității blocării Pb .

Beneficii

Avantajele sistemelor similare sunt în esență avantajele derivate din tehnologiile fără fir, adică reducerea cablajului (absența accesului ) și a costurilor asociate pentru operator, la care se adaugă avantajul mobilității serviciului oferit utilizatorilor.

Medii de propagare radio

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: propagarea radio .

În domeniul rețelelor celulare, sunt identificate diferite medii de propagare radio , fiecare descris printr-un model adecvat de propagare și parametrii relativi de atenuare a semnalului ( pierderea căii ); aceste medii sunt:

  • mediul urban (model) : caracterizat prin clădiri care întrerup adesea linia vizuală între stația radio-bază și terminalele mobile, deci tipice zonelor urbane și urbane;
  • mediu semiurban (model) : caracterizat prin clădiri și aglomerări împrăștiate pe un teritoriu amestecat cu zone neamenajate precum terenuri și zone necultivate, tipice zonelor periferice cu care se confruntă nucleele urbane;
  • mediul rural (model) : caracterizat prin suprafețe mari care sunt puțin sau nu construite și / sau acoperite de vegetație, prin urmare tipice zonelor rurale și montane.

Acoperirea semnalului

Nivelul de acoperire și puterea semnalului în transmisie / recepție depinde, prin urmare, de modelul / mediul de propagare radio a semnalului, în special de poziția reciprocă dintre terminalul mobil și stația de bază radio, mai mult sau mai puțin apropiată / îndepărtată sau mascat de obstacole fizice în linia vizuală. optică în timpul propagării semnalului (de ex. clădirile / structurile complet metalice sunt complet ecranate).

Îmbinarea cu sistemele de satelit

Rețelele celulare moderne au posibilitatea de a fi intercalate cu rețelele de satelit, de exemplu pentru a acoperi lacunele de acoperire din rețelele terestre sau lacunele din rețeaua de transport cu efecte de complementaritate. De fapt, conexiunile prin satelit sunt posibile între stația radio de bază și satelit și de la aceasta la o altă stație radio de bază ca o punte radio în locul secțiunii de transport conectată la sol.

Funcționalitate

Funcționalitatea stației de bază radio

Fiecare stație de bază radio, pe lângă stabilirea și menținerea unei conexiuni cu utilizatorul pe toată durata serviciului de comunicații solicitat prin îndeplinirea tuturor funcțiilor de emisie-recepție, trebuie să trimită constant un semnal adecvat în propria celulă de acoperire pentru a semnaliza prezența sau disponibilitatea serviciului oferit de operator diferitelor terminale de utilizator mobil prezente în celula menționată mai sus. Terminalul receptor va măsura nivelul de putere al acestui semnal oferind utilizatorului nivelurile de câmp bine cunoscute prezente.

Funcționalitatea terminalului mobil

Pe lângă funcțiile transceiver-ului , un terminal mobil sau un telefon mobil trebuie să aibă și următoarele funcții:

  • fiind capabil să se sincronizeze și să se conecteze atât la frecvența celulei de care aparține, cât și (în cazul GSM ) temporar cu intervalul de timp sau cadru dedicat utilizatorului în cadrul benzii de celule în timpul conexiunii radio. De obicei, la un nivel logic, această procedură se efectuează după măsurarea nivelurilor de putere ale semnalului trimis de diferitele stații de bază radio ale celulelor învecinate și alegerea celei cu cea mai mare putere pentru a maximiza raportul semnal-zgomot sau, prin urmare, calitatea transmisiei. Din punct de vedere al circuitului electronic, această funcție de sincronizare și blocare se realizează cu ajutorul circuitelor PLL .
  • raportează periodic prezența sa la stația radio de bază a celulei căreia îi aparține prin codul de identificare (al utilizatorului, al telefonului mobil, al cartelei SIM ) pentru a permite roamingul sau să fie urmărit în aceeași rețea a unui operator sau de către rețelele celulare ale altor operatori. Aceste informații despre utilizator sunt apoi stocate dinamic într-o bază de date disponibilă pentru întreaga rețea.
  • adaptați nivelul de putere emis în timpul unei transmisii în funcție de distanța efectivă de la stația radio de bază a celulei de acoperire respective, limitând astfel contribuția la interferențe asupra celulelor co-canal învecinate și îmbunătățind eficiența consumului de energie sau în funcție de condiții reale de propagare radio prezente. Această funcționalitate este posibilă prin măsurarea constantă a nivelului puterii semnalului cu stația de bază radio. Rezultă că consumul de energie (suma contribuției de transmisie și contribuția de preprocesare) a unui telefon mobil în timpul unei transmisii depinde de distanța de la stația de bază radio din interiorul celulei de acoperire și este mai mare în transmisie decât în ​​recepție unde este doar energia este necesar pentru procesare.
  • practicați transferul de celule sau comutarea celulei și, în consecință, canalul de comunicație atunci când vă deplasați în zona de acoperire a altei celule fără a întrerupe comunicarea. Această funcție implică, de asemenea, măsurarea constantă a nivelului de putere al semnalului primit de la stațiile de bază radio ale celulelor vecine și blocarea la celula țintă atunci când un anumit prag de putere predeterminat este depășit în raport cu cel al semnalului de la celula sursă. Apoi urmează sincronizarea în timp și semnalizarea identificării dvs. pentru roaming. Unele sisteme de telefonie mobilă permit conectarea la alte celule adiacente celulei de acasă chiar și atunci când traficul din această celulă este prea mare pentru a fi acceptat, asigurând astfel o disponibilitate mai mare a serviciilor.
  • dacă comunicația este digitală, terminalul mobil va trebui să efectueze sursele obișnuite și codificările de canal în transmisie și respectivele codificări inverse (decodificări) în recepție. În plus, în orice caz, trebuie să prevadă și criptarea datelor transmise și decriptarea respectivă la recepție pentru a garanta confidențialitatea sau confidențialitatea comunicării pe suportul radio, care este un mediu partajat și ușor accesibil tuturor.
  • terminalele radio mobile moderne au, de asemenea, capacitatea de a se conecta la diversele sisteme de comunicații radio mobile disponibile pe un teritoriu, grație procedurilor de comutare automată de la un sistem la altul și la mai multe dispozitive transceiver, adică să aibă la dispoziție mai multe forme de conectivitate în funcție de calitatea estimată a transmisiei în diferitele sisteme studiate și / sau costuri. Aceste caracteristici sunt, la rândul lor, posibile prin interoperabilitatea dintre tehnologiile wireless existente, grație procedurilor de transfer adecvate de la un sistem la altul care încearcă pe cât posibil să mențină în viață aceeași sesiune de navigare, în timp ce variază specificațiile de calitate ale serviciului de transmisie prin trecerea de la una sistem la altul.

Multe dintre aceste funcții de control, semnalizare și gestionare sunt garantate prin utilizarea sau sprijinirea canalelor logice de semnalizare sau control. Mai mult, deoarece este o rețea nu numai la nivel fizic, ci și la nivel logic, setul de funcționalități logice efectuate sunt descrise într-o arhitectură tipică de rețea stratificată.

Proiecta

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Planificarea radioului mobil .

În telecomunicații, în contextul sistemelor de comunicații radio mobile, planificarea radio mobilă (în engleză planificarea și optimizarea RF) este procesul de atribuire a frecvențelor, poziționarea emițătorilor și parametrii unui sistem al unui sistem de comunicații fără fir pentru a oferi acoperire și capacitate suficientă de a oferi serviciile necesare. Modelarea rețelelor mobile de telefonie mobilă, cu rețea, Wi-Fi sau MANET depinde de aceste aspecte fundamentale. Planul RF al unui sistem de comunicații are două obiective: acoperire și capacitate. Acoperirea se referă la facilitatea geografică din sistem care are o putere de semnal RF suficientă pentru a furniza o sesiune de apel / date. Capacitatea se referă la capacitatea sistemului de a sprijini un anumit număr de participanți. Capacitatea și acoperirea sunt corelate: pentru a îmbunătăți acoperirea, capacitatea trebuie sacrificată, în timp ce pentru a îmbunătăți capacitatea, acoperirea trebuie sacrificată. Procesul de planificare RF cuprinde patru etape principale.

Standard

Exemple de rețele radio mobile celulare sunt TACS , GSM , UMTS , LTE . Repere intermediare și îmbunătățiri ale serviciilor de conectivitate au fost GPRS și EDGE pentru GSM și HSPA pentru UMTS. Chiar și sistemele Wi-Fi și Wi-Max la scară mică și mare pot fi considerate rețele de acoperire celulară, deși cu diferențele lor respective în ceea ce privește protocoalele de comunicații și arhitectura rețelei .

Cheile succesului unui sistem sau rețea celulară se află în principal în interfața radio dintre terminalul mobil și stația de bază radio sau în schema de multiplexare / acces multiplu adoptată ( FDM / FDMA , TDM / TDMA , CDM / CDMA , OFDM ) și la utilizarea în paralel a unor scheme de modulație mai performante; aceste alegeri sunt obligatorii pentru eficiența spectrală a sistemului sau, prin urmare, pentru banda și canalele disponibile utilizatorului și, prin urmare, condiționează atât numărul maxim de utilizatori care pot fi deserviți, cât și viteza de transmisie a fiecărui utilizator, de care accesul la servicii depinde strict transfer de date în bandă largă, cum ar fi conexiunea la Internet prin rețelele radio mobile moderne. Alegerea nucleului rețelei este o consecință a tipului și performanței interfeței radio, precum și a tipului de servicii oferite utilizatorului. Din acest punct de vedere, istoria sistemelor celulare este o evoluție sau o îmbunătățire continuă a interfeței radio și / sau a nucleului de comutare a rețelei interne.

În special, TACS a fost primul sistem celular cu transmisie analogică și comutare de circuite din rețeaua centrală , GSM primul sistem celular cu transmisie digitală și comutare de circuite, GPRS primul sistem celular digital cu comutare de pachete . Toate rețelele celulare moderne oferă servicii de telefonie integrată și transport de date multimedia sau conectivitate la rețeaua telefonică și la Internet .

Notă


Bibliografie

  • Rețele fără fir. Noțiuni de bază - Jim Geier - Mondadori Informatica

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh98004793
Telefonie Portal de telefonie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de telefonie