HY 532 Συστηματα Προσωπικων Επικοινωνιων Αποστολος Τραγανίτης Ενοτητα 4 E-mail: tragani@csd.uoc.gr Τηλ. : 0810 393

1. HY 532 Συστηματα Προσωπικων Επικοινωνιων Αποστολος Τραγανίτης Ενοτητα 4 E-mail: tragani@csd.uoc.gr Τηλ. : 0810 393553 Σημειώσεις στο:www.csd.uoc.gr/~hy532

2. Περιληψη • Σκοπος αυτης της ενοτητας ειναι • η παρουσιαση των βασικων στοιχειων της εννοιας της κυψελοειδους καλυψης μιας περιοχης και • η αναπτυξη των σχεσεων που καθοριζουν την κατανομη των καναλιων στις κυψελες του κυψελοειδους συστηματος Περιεχομενα • Η κυψελοειδης καλυψη • Χωρητικοτητα (capacity) και μεταπομπη (handoff) • Συγκαναλωση (trunking)

3. Βασικες εννοιες • Τα πρωτα συστηματα κινητης τηλεφωνιας δεν ηταν κυψελοειδη. Για την καλυψη μιας μεγαλης περιοχης χρειαζοταν ενας ισχυρος πομπος και μια κεραια σε υψηλο μερος. Δεν γινοταν επεναχρησιμοποιηση συχνοτητων. Αυτο ειχε σαν αποτελεσμα πολυ μικρη χωρητικοτητα • Η ιδεα του κυψελοειδους συστηματος προεκυψε απο την αναγκη επεκτασης του ραδιοτηλεφωνικου συστηματος για την καλυψη της αυξημενης ζητησης, η οποια δεν μπορουσε να ικανοποιηθει απλαπαρα μονο με με την χρησιμοποιηση προσθετου φασματος συχνοτητων • Κυψελοειδης καλυψη: Αντικατασταση των μεγαλων πομπων με πολλους μικροτερους. Γειτονικοι σταθμοι βασης λειτουργουν με διαφορετικες ομαδες καναλιων (συχνοτητων).Η χωρητικοτητα μπορει να αυξηθει με επιπροσθετο διαμερισμο του φασματος και της περιοχης.

4. System 1 System 2 d d Low cost base-stations covering a small area High cost base-stations covering a large area

5. H Βασικη ιδεα • Συνδεση στο ενσυρματο δικτυο με μια μονο ασυρματη ζευξη (Single hop) • Ο χωρος διαιρειται σε κελια – κύτταρα (cells) • Ενας σταθμος βασης (base station) αναλαμβανει την ασυρματη επικοινωνια με τους χρηστες μεσα σε ενα κελι (cell) • Οι κινουμενοι χρηστες μπορουν να αλλαζουν κελια ενω επικοινωνουν • Μεταπομπη (Hand-off) λαμβανει χωρα οταν ενας κινουμενος χρηστης αρχιζει να επικοινωνει μεσω ενος νεου σταθμου βασης • Παραγοντες που ρυθμιζουν το μεγεθος των κελιων • Αριθμος χρηστων που πρεπει να υποστηριχθουν • Τεχνολογιες πολυπλεξιας και εκπομπης (διαμορφωση, κωδικοποιηση κ.λ.π) • …

6. Η κυψελοειδης καλυψη • Περιορισμενο ευρος φασματος => περιορισμενος αριθμος καναλιων • Μεμονωμενος σταθμος βασης μεγαλης ισχυος => περιορισμενος αριθμος χρηστων • Μικροτερα κελια => δυνατοτητα επαχρησιμοποιησης συχνοτητων => μεγαλυτερος αριθμος χρηστων • Οι σταθμοι βασης (BS): επιτυγχανουν πολυπλεξια με «διαιρεση χωρου» • Καθε BS καλυπτει μια συγκεκριμενη γεωγραφικη περιοχη (cell) • Καθε BS χρησιμοποιει ενα μερος του συνολικου αριθμου των διαθεσιμων καναλιων • Συσταδα (Cluster): ομαδα γειτονικων BSs που ολοι μαζι χρησιμοποιουν ολα τα διαθεσιμα καναλια • Οι κινουμενοι χρηστες επικοινωνουν μονο μεσω του BS • FDMA, TDMA, CDMA μπορει να χρησιμοποποιηθει μεσα σε ενα κελι • Καθως αυξανει η ζητηση (δηλαδη χρειαζονται περισσοτερα καναλια) • Το μεγεθος των κελιων μικραινει • Ο αριθμος των σταθμων βασης για την καλυψη ορισμένης περιοχης αυξανει • Η ισχυς εκπομπης ελαττωνεται καταλληλα ωστε να αποφευγονται οι παρεμβολες

7. Η κυψελοειδης καλυψη • Κυτταρο ή κυψελη ή κελι (Cell) – μια γεωγραφικη περιοχη που καλυπτεται απο ενα B.S. • Επαναχρησιμοποιηση συχνοτητας (frequency reuse) – το σχεδιο κατανομης των συχνοτητων των καναλιων στους Β.S Για λογους ευκολιας, τα κυτταρα απεικονιζονται με εξαγωνικο σχημα. Το εξαγωνο ειναι ενα απο τα απλουστερα σχηματα με το οποιο μπορουμε να ψηφιο- θετησουμε μια επιφανεια. Στην πραξη, τα κυτταρα δεν ειναι εξαγωνα και οι σταθμοι βασης δεν τοποθετουνται παντοτε στο κεντρο των κυτταρων. Θεωρητικο διαγραμμα καλυψης Πραγματικο διαγραμμα καλυψης Κυψελοειδες πλεγμα κυτταρων

8. Η κυψελοειδης καλυψη • Μεγεθος κελιου: • 100 m στις πολεις και εως 35 km στην υπαιθρο (GSM) • Ακομα μικροτερα στις υψηλοτερες συχνοτητες • Κελι – ομπρελλα (Umbrella cell): μεγαλο κελι που καλυπτει πολλα μικροτερα • Αποφυγη συχνων μεταπομπων (handoffs) για γρηγορα κινουμενους χρηστες • Μορφη κελιου: • Το εξαγωνικο ειναι χρησιμο για θεωρητικες αναλυσεις • Στην πραξη η περιοχη καλυψης (footprint) εχει ακανονιστη μορφη • Τοποθετηση των σταθμων βασης: • Κοντα στο κεντρο του κελιου • Χρησιμοποιουνται πανκατευθυντικες κεραιες (omnidirectional) • Σταθμοι βασης στις τρεις απο τις εξη κορυφες του εξαγωνου • Κεραιες τομεακης καλυψης (sectored directional antennas)

9. Κελι – ομπρελλα

10. Η κυψελοειδης καλυψη • Πλεονεκτηματα: • Μεγαλυτερη χωρητικοτητα, μεγαλυτερος αριθμος χρηστων • Μικροτερη ισχυς εκπομπης • Μεγαλυτερη ευρωστια του συστηματος λογω αποκεντρωσης • Ο σταθμος βασης αντιμετωπιζει τις παρεμβολες και τα προβληματα της περιοχης του τοπικα • Προβληματα: • Χρειαζεται σταθερο δικτυο για την διασυνδεση των σταθμων βασης • Απαραιτητη η μεταπομπη (handoff) • Αλληλοπαρεμβολες μεταξυ των κελιων: συγκαναλικη, γειτονικου καναλιου • Σημαντικα ζητηματα: • Το μεγεθος των κελιων • Το σχεδιο επαναχρησιμοποιησης των συχνοτητων • Οι στρατηγικες κατανομης των καναλιων Τελικος στοχος: Προσπαθεια για την μεγιστοποιηση της διαθεσιμοτητας καναλιων σε μια περιοχη

11. MSC MSC HLR VLR HLR VLR To other MSCs PSTN PSTN Αρχιτεκτονικη κυψελοειδων συστηματων • Καθε κελι εξυπηρετειται απο εναν σταθμο βασης (BS) • Καθε BS συνδεεται σε ενα κινητο κεντρο μεταγωγης (mobile switching center - MSC)μεσω σταθερου δικτυου • Καθε MSC συνδεεται με αλλα MSCs και με το PSTN

12. Αρχιτεκτονικη κυψελοειδων συστηματων • Καθε MSC ειναι ενας τοπικος μεταγωγεας κλησεων ο οποιος • Μεταγει εναν κινουμενο χρηστη απο εναν σταθμο βασης σε εναν αλλο • Εντοπιζει το τρεχον κελι στο οποιο ειναι ενας χρηστης • Home Location Register (HLR): βαση δεδομενων οπου καταγραφεται το τρεχον κελι του καθε χρηστη που ανηκει στο MSC • Visitor Location Register (VLR): βαση δεδομενων οπου καταγραφεται το κελι των επισκεπτων – χρηστων στην «επικρατεια» του MSC • Συνδεεται με αλλους MSCs • Συνδεεται με το PSTN (traditional telephone network- κοινο τηλεφωνικο δικτυο) • Ενα καναλι τουλαχιστον σε καθε κελι χρησιμοποιειται για μεταδοση πληροφοριων σηματοδοσιας μεταξυ BS και χρηστων • Mobile-to-BS: Θεση, εναρξη εξερχομενης κλησης, απαντηση σε εισερχομενη • BS-to-Mobile: ταυτοτητα κελιου, ειδοποιηση για εισερχομενη κληση, ανανεωση θασης

13. Υπολογισμος χωρητικοτητας Υποθετουμε οτι υπαρχουν Ν κυτταρα, και σε καθε κυτταρο εχουμε διαθεσει k καναλια (συχνοτητες)απο τα S διαθεσιμα. Αυτα τα Ν κυτταρα λεμε οτι αποτελουν μια συσταδα (cluster). Ο συνολικος αριθμος καναλιων ανα συσταδα ειναι S = kN Η συνολικη χωρητικοτητα που παρεχουν Μ συσταδες ειναι: C = MkN = MS Μια συσταδα μπορει να αντιγραφεί περισσοτερες φορες σε μια περιοχη αν τα κυτταρα γινουν μικροτερα (σημειωστε οτι στην περιπτωση αυτη η ισχυς εκπομπης θα πρεπει να μειωθει καταλληλα).Ετσι επιτυγχανουμε μεγαλυτερη χωρητικοτητα. Ο συντελεστης επαναχρησιμοποιησης συχνοτητας (frequency reuse factor) ειναι ο αριθμος Ν των κυτταρων σε μια συσταδα. Ν=7

14. Κυτταρα ανα συσταδα =Ν Ακτινα κυτταρου = R Αποσταση συσταδων = D (=αποσταση επαναχρησιμοποιησης) Συντελεστης επαναχρησιμοποιησης = 4 / 12 4 κυτταρα ανα συσταδα, Ν =4 3 τομεις ανα κυτταρο 12 ομαδες συχνοτητων = 7 / 21 7 κυτταρα ανα συσταδα, Ν =7 3 τομεις ανα κυτταρο 21 ομαδες συχνοτητων Παραδειγματα συσταδων

15. Παραδειγματα συσταδων N N N N

16. Παραδειγμα • Ενα φασμα συνολικου ευρους 33 MHz διατιθεται σε ενα συστημα το οποιο χρησιμοποιει 2x25 kHz για πληρως αμφιδρομη (full duplex) επικοινωνια (δηλ., καθε καναλι επικοινωνιας εχει ευρος 50 kHz). Ποιος ειναι ο αριθμος των καναλιων ανα κυτταρο?? • Ο αριθμος καναλιων του συστηματος ειναι: 33.000 KHz / 50 kHz = 660 καναλια • Α. Για επαναχρησιμοποιηση με Ν=4 εχουμε 660/4 =165 καναλια / κυτταρο • Β. Για επαναχρησιμοποιηση με Ν=7 εχουμε: 660/7 = 95 καναλια / κυτταρο • Υποθεστε τωρα οτι 1 MHz φασματος απο τα 33 MHz διατιθεται για καναλια ελεγχου. Καθε καναλι ελεγχου εχει ευρος επισης 50 kHz. Ο αριθμος καναλιων φωνης ειναι 32.000 kHz/ 50 kHz= 640 καναλια • Α. Για Ν=4 εχουμε 640/4 =160 καναλια φωνης + 5 καναλια ελεγχου / κυτταρο • Β. Για Ν=7 εχουμε: 640/7 = 91 καναλια φωνης + 3 καναλια ελεγχου / κυτταρο

17. h=R(√3/2) Γεωμετρια Κυψελοειδων Συστηματων • Το πλαγιο συστημα συντεταγμενων της κυψελοειδους γεωμετριας • Ειναι ενα βολικο συστημα συντεταγμενων (u,v): Μοναδα αποστασης κατα μηκος των αξονων = οπου R η ακτινα του καθε κυτταρου. • Το κεντρο καθε κυτταρου εχει συντεταγμενες ενα ζευγος ακεραιων αριθμων. • Η αποσταση των κεντρων γειτονικων κυτταρων ειναι 1 μοναδα= 2R h

18. Αποσταση μεταξυ σημειων • Θεωρημα: Στο πλαγιο συστημα συντεταγμενων (u,v) η αποσταση μεταξυ δυο σημειων (u1,v1) και (u2,v2) διδεται απο τον τυπο: • Αποδειξη: στο επομενο slide • Εφαρμογη: αν (u1,v1) = (0,0) και (u2,v2) = (i, j) τοτε η αποσταση τους ειναι: d12 =

20. Υποθετουμε οτι εχουμε ενα κυτταρο στην θεση (0, 0) και ενα κυτταρο με το ιδιο συνολο καναλιων (ομοιοκαναλικο) στην θεση (i,j). Τοτε η αποσταση D (αποσταση επαναχρησιμοποιησης) μεταξυ των ομοιοκαναλικων κυτταρων ειναι: • Μια συσταδα μπορει να παρασταθει με ενα εξαγωνο ακτινας RC. • Η αποσταση μεταξυ των κεντρων των συσταδων ειναι: • Η ακτινα Rcμιας συσταδας ειναι Αριθμος κυττάρων σε μια συσταδα R R D RC RC D/2 Στο σχημα, με Ν=7, ειναι i=2 και j=1 οποτε D2 = 22+ 2 + 1= 7 D=(units)7= = (R3)7 D = R  3x7 D/2=RC3/2

21. H επιφανεια ενος εξαγωνου ακτινας R ευρισκεται ως εξης: Επιφανεια του τριγωνου = Επιφανεια του εξαγωνου= • Ο αριθμος των κυτταρων σε μια συσταδα • Κατα συνεπεια οι δυνατες τιμες του Ν ειναι 3, 4, 7, 9, 12 κ.λ.π. για αποσταση ομοιοκαναλικων κυτταρων (i,j) = (1,1), (0,2) (1,2), (0,3), (1,3)

22. Επομενως ο λογος q της αποστασης των ομοιοκαναλικων κυτταρων ως προς την ακτινα του κυτταρου ειναι

23. Η παρεμβολη γειτονικου καναλιου εξαρταται απο την αποσταση των δυο πομπο- δεκτων και την ποιοτητα των φιλτρων απορριψης συχνοτητων. Η συγκαναλικη παρεμβολη εξαρταται κυριως απο τον συντελεστη επαναχρησιμο- ποιησης Ν Συγκαναλικη παρεμβολη και παρεμβολη γειτονικου καναλιου • Συγκαναλικη παρεμβολη (co-channel interference – CCI) ειναι η παρεμβολη απο χρηστες και τον Β.S. ενος κυτταρου με τις ιδιες συχνοτητες. • Παρεμβολη γειτονικου καναλιου (adjacent channel interference - ACI) ειναι η παρεμβολη απο κυτταρο που χρησιμοποιει συχνοτητα • γειτονικη (στο φασμα) με εκεινη που χρησιμοποιουμε.

24. Η σηματοθορυβικη σχεση (= o λογος σηματος προς θορυβο και παρεμβολες - SNR) μιας ζευξης μπορει να βελτιωθει αν αυξηθει η ισχυς εκπομπης. • Ωστοσο, αν αυξηθει η ισχυς εκπομπης ολων των χρηστων ο λογος σηματος προς παρεμβολη (signal-to-interference ratio - SIR) δεν μπορει να βελτιωθει. • Για να βελτιωθει ο SIR, πρεπει να αυξηθει η αποσταση μεταξυ συγκαναλικων κελιων δηλαδη ο λογος q = D/R=3Ν και επομενως ο αριθμος των κυτταρων σε μια συσταδα (ο συντελεστης επαναχρησιμοποιησης Ν) • Για εξαγωνικη γεωμετρια Μικρο q = D/Rσημαινει μεγαλη χωρητικοτητα ανα κυτταρο (μικρος αριθμος κυτταρων Nανα συσταδα). Συγκαναλικη παρεμβολη (co-channel interference) και χωρητικοτητασυστηματος

25. Ν=19, (i=3, j=2) j i

26. Σταθμος Βασης ή κινητο κινητο D • Λογος σηματος προς παρεμβολη (Signal-to-interference ratio – SIR) • Sειναι η ισχυς του επιθυμητου σηματος και Ikειναι η ισχυς μιας παρεμβολης. • Ειδαμε οτι η ισχυς του σηματος Sσε αποσταση d απο μια πηγη ειναι: οπουn= εκθετης απωλειων διαδοσης καναλιου (n=3 ή n=4) Υπολογισμος λογου σηματος προς παρεμβολη για συγκαναλικη παρεμβολη

27. D • Ετσι μπορουμε να εκφρασουμε την SIR στον σταθμο βασης του κεντρικου κυτταρου συναρτησει των αποστασεων οπου ο παρονομαστης αναφερεται στους χρηστες σε κυτταρα γειτονικων συσταδων που χρησιμοποιουν το ιδιο καναλι. • ΑνDk=Dειναι η αποσταση μεταξυ των κεντρων των κυτταρων, τοτε • Παρατηρουμε οτι ο C/I βελτιωνεται με την αυξηση του N. • Το AMPS απαιτει C/I ~ 18dB (= 101.8= 63 φορες) • Γιαn = 4, ο συντελεστης reuse του AMPS ειναιN = 7. • Ας θεωρησουμε τωρα την πιο δυσμενη περιπτωση για μια συσταδα μεγεθους N= 7. Το κινητο ειναι στην περιφερεια του κυτταρου οπου εξυπηρετειται. Θα υπολογισουμε τον λογο C/I σαν συναρτηση των πραγματικων αποστασεων. Carrier to interference =

30. Υπολογισμος δυσμενεστερης περιπτωσης Ο λογος φεροντος–προς-παρεμβολη για την χειροτερη περιπτωση ειναι Εστωn = 4καιD/R = q, Με reuse N = 7, εχουμε Υπολογιζουμε το C/I και εχουμε C/I = 17.3 dB (~50 φορες) Για ενα συστημα AMPS με κεραια κυκλικης καλυψης (omni-directional), τοN =7 δεν ειναι ικανοποιητικο. Χρειαζομαστε Ν=9 (η αμεσως μεγαλυτερη συσταδα). Τοτε q = 5.2 και C/I = 19.8 dB

31. Σχεση του C/I και του συντελεστη επαναχρησιμοποιησης Ν n=3.5 Κλασσικη καλυψη 4/12 D/R = √3N

32. Προβλημα: Αν C/Imin = 15 dB, ποιος ειναι ο συντελεστης επαναχρησιμοποιησης για n = 4 και n = 3 (a) n = 4, N = 7 Αρα το N =7 μπορει να χρησιμοποιηθει (b) n = 3, N = 7

33. Μεθοδοι κατανομης καναλιων • Υπαρχουν δυο τεχνικες κατανομης των καναλιων: • Η στατικη και • η δυναμικη. • Η μεθοδος κατανομης επηρεάζει την μεταπομπη 1. Στατικη (Fixed) – καθε κυτταρο εχει τα δικα του καναλια. Mπορει να χρησιμοποιησειμονοτα καναλια που του ανηκουν. 2. Στατικη με επιτρεψη δανεισμου καναλιων– υπο την εποπτεια ενος κεντρου ελεγχου(mobile switching center MSC). 3. Εντελως δυναμικη– προσφερει μεγιστη ευελιξια στον χειρισμο των καναλιων. Τα καναλια δεν κατανεμονται επι μονιμου βασεως.Κατανεμονται απο το MSC συμφωνα με τις αιτησεις εξυπηρετησης. Ενα καναλι ειναι διαθεσιμο μονο αν δεν χρησιμοποιειται σε μια συσταδα μεταπομπης.

34. Μεταπομπη (Handoff) • Μεταπομπη (HANDOFF): η διαδικασια μεταφορας μιας κλησης απο την δικαιοδοσια ενος σταθμου βασης σε ενος αλλου. • Η μεταπομπη δινει προτεραιοτητα στις εν εξελιξει κλησεις. • Η μεταπομπη πρεπει να εκτελειται οσο το δυνατον πιο σπανια. • Η μεταπομπη ξεκινα οταν η ισχυς του λαμβανομενου σηματος πλησιασει σε μια προκαθορισμένη τιμη πανω απο το ελαχιστο εκμεταλλευσιμο σημα ληψης. Ισχυς μεταπομπης = ισχυς εκμεταλλευσιμη +Δ Οπου «ισχυς εκμεταλλευσιμη» ~ -90 to -100 dBm. • Αντο Δειναι πολυ μεγαλο => κινδυνος μη απαραιτητης μεταπομπης • Αν τοΔειναι πολυ μικρο=> κινδυνος απωλειας της κλησης Κατωφλι μεταπομπης Ελαχιστο χρησιμο σημα Ισχυς λαμβανομένου σηματος Δ Κινηση κινητου

35. Πρεπει να εξασφαλισθει οτι η πτωση της ισχυος του σηματος δεν οφειλεται σε διαλείψεις. Αυτο συνεπαγεται την αναγκη διαρκους παρακολουθησης της ισχυος. • Στα συστηματα 1ηςγενιας, καθε BS παρακολουθουσε την ισχυ ολων των κινητων( MS). Ισχυς = Ενδειξη εντασης ραδιο σηματος (radio signal strength indication- RSSI) • Εκτος απο την παρακολουθηση της RSSI μιας κλησεως εν εξελιξει, δεκτες εντοπισμου στα γειτονικα κυτταρα παρακολουθουσαν την ενταση του σηματος. Ολη αυτη η πληροφορια διοχετευοταν στο MSC, το οποιο αποφασιζε για το ποτε θα γινει το handoff. • Στα συστηματα 2ηςγενιας εχουμε μεταπομπη υποβοηθουμενη απο το κινητο (mobile assisted handoff - MAHO). • Το κινητο μετρα και αυτο την ισχυ του BS. • Η μεταπομπη γινεται οταν ενας γειτονικος BS ειναι ισχυροτερος. • Αυτη η κατανεμημενη λειτουργια βοηθα στην απλοποιηση της δομης του MSC.

36. Μεταπομπη μεταξυ συστηματων(intersystem handoff) – το κινητο κινειται μεταξυ κυψελοειδων συστηματων – ανακυπτουν θεματα περιαγωγης (roaming) and συμβατοτητας (compatibility). • Για εξασφαλιση διαθεσιμων καναλιων: • Καναλια ασφαλειας (Guard channels) – εφεδρικα μονο για μεταπομπες. • Ουρα αναμονης (Queuing) – Το περιθωριο σχεδιασης Δειναι αρκετα μεγαλο ετσι ωστε να υπαρχει αρκετος χρονος μετα την αιτηση μεταπομπης πριν χαθει το σημα. • Μεταπομπη 1ηςγενιας ~ 10 seconds, Δ ~ 6 – 10 dB. • Η μεταπομπη 2ηςγενιας (GSM) υποβοηθουμενη απο το κινητο ειναι ταχυτερη ~ 1 – 2 seconds, Δ~ 6 dB. • Σε ολα τα πιο πανω παραδειγματα εχουμε «σκληρη μεταπομπη» (hard handoff) με διαφορετικα καναλια. Η «μαλακη μεταπομπη» (soft handoff) ειναι μια ιδιαιτεροτητα τουCDMA. Επιτρεπει στον ισχυροτερο BS να χειρισθει μια κληση. Ολοι οι ΒS χρησιμοποιουν τις ιδιες συχνοτητες, απλα εχουν διαφορετικους κωδικες.

37. H συγκαναλωση ειναι μια μεθοδος παροχης προσβασης σε χρηστες, μετα απο αιτηση τους, απο μια δεξαμενη διαθεσιμων καναλιων (που ειναι ομως πολυ λιγότερα απο τους πιθανους χρηστες) • Με την συγκαναλωση, ενας μικρος αριθμος καναλιων μπορει να εξυπηρετησει ενα μεγαλο πληθος χρηστων. • Οι τηλεφωνικες εταιρειες χρησιμοποιουν την θεωρια της συγκαναλωσης για να καθορισουν τον αριθμο των κυκλωματων που πρεπει να φτάνουν σε ενα κτήριο. • Η θεωρια της συγκαναλωσης διερευνα πως ενας περιορισμενος αριθμος κυκλωματων μπορει να εξυπηρετησει εναν μεγαλο αριθμο χρηστων. Συγκαναλωση - Trunking

38. Η ενταση της κινησης (Traffic intensity) μετριεται με Erlangs: Ενα Erlang: κινηση ενος καναλιου πληρως κατειλημμένου (π.χ. Μια ωρα κλησης / ωρα, 1 λεπτο κλησης/λεπτο) 0.5 Erlang, κινηση ενος καναλιου κατειλημμένου για 30 λεπταμεσα σε μια ωρα. • Βαθμος εξυπηρετησης (Grade of Service - GOS):εξαρταται απο την πιθανοτητανα μπλοκαριστει μια κληση. • Χρονος εγκαταστασης (Set-Up Time): ο χρονος μεχρι την διαθεση ενος καναλιου. • Φραγμενη κληση (Blocked Call): κληση που απορριπτεται • Χρονος Συγκρατησης (Holding Time): (H) μεση διαρκεια μιας τυπικης κλησης. (ωρες /κληση ή secs/κληση) • Φορτιο (Load): Ενταση κινησης σε ολο το συστημα. • Ρυθμος αφιξης κλησεων (Request Rate): () μεσος αριθμος κλησεων ανα μοναδα χρονου. (κλησεις/ ωρα ή κλησεις/sec) Ορισμοί

39. Χαρακτηριστικα της κινησης της κινητης τηλεφωνιας • Οι χρηστες της κινητης τηλεφωνιας δημιουργουν μεση κινηση25-35 mE κατα την διαρκεια των ωρων αιχμης • Οι ωρες αιχμης ηταν παραδοσιακα απο 10πμ εως 12πμ και απο 1μμ εως 3μμ • Ομως οι συνηθειες των χρηστων αλλαζουν • – Οι παραδοσιακοι συνδρομητες δεν ειναι πλεον μονο υπαλληλοι εν κινησει που κανουν τηλεφωνηματα κατα τις ωρες εργασιας • – Τα κινητα γινονται πλεον πολυ δημοφιλη για προσωπικη χρηση • – Οι ωρες αιχμης μετατοπίστηκαν στις ωρες μετακινησης απο την δουλεια στο σπιτι (4-7μμ). • – Μερικες εταιρειες παρατηρουν μια αλλη μετατοπιση των ωρων αιχμης, που οφειλεται στις μειωμενες τιμες τις βραδυνες ωρες και τα σαββατο-κυριακα. • – Τα Erlangs ανα συνδρομητη εχουν αυξηθη αρκετα

40. Γιατι χρειαζεται να ξερουμε την κινηση?? • Η γνωση της συνολικης κινησης κατα τις ωρες αιχμης μας επιτρεπει να σχεδιασουμε το wireless συστημα για ορισμενο βαθμο εξυπηρετησης (grade of service – GOS) • Αν το συστημα δεν εχει τις καταλληλες διαστασεις για να υποστηριξει την κινηση, οι κλησεις πολλων συνδρομητων θα απορριφθούν • Ο βαθμος εξυπηρετησης(GOS) ειναι η πιθανοτητα απορριψης μιας κλησης κατα τις ωρες αιχμης • Σε ενα wireless συστημα, ο σχεδιαστικος στοχος ειναι συνηθως GOS ~2% (0.02), ή λιγότερο. Ειναι 1% ή λιγότερο εάν το ασύρματο σύστημα προσπαθεί να ανταγωνισθεί ενα ενσυρματο συστημα. • Οι πινακες κινησης μας επιτρεπουν να βρουμε ποσα καναλια χρειαζονται για εναν ελαχιστο GOS

41. Καθε χρηστης παραγει κινηση. • Η κινηση ανα χρηστη ειναι A = H οπου μ ειναι ο ρυθμος αφιξης κλησεων καιHειναι ο χρονος συγκρατησης. • Για U χρηστες το φορτιο ειναιA= UA • Αν το φορτιο υφισταται συγκαναλωση σε C καναλια, τοτεη ενταση της κινησης ανα καναλι ειναι Ac= UA /C Παραγόμενη κινηση Παραδειγμα: θεωρουμε 100 χρηστες με τις εξης συνηθειες Οι 100 χρηστες παραγουν κινηση 3.5 E => 35 mE ανα χρηστη

42. Πινακες κινησης • Στα κυψελοειδη συστηματα μπορουν να χρησιμοποιηθούν 3 τυποι πινακων κινησης Οι πινακες προερχονται απο πιθανο-θεωρητικες σχεσεις οπως η πιο κατω για τον πινακα ERLANG B C = συνολικος αριθμος καναλιων Α = συνολικη ενταση κινησης PB = πιθανότητα απόρριψης κλήσης

43. Ο πινακας ERLANG B • O πινακας Erlang B χρησιμοποιειται κατα κυριο λογο στα ασυρματα τηλεφωνικα συστηματα • Τα περισσοτερα συστηματα δεν θετουν σε αναμονη τις κλησεις οταν δεν μπορουν να τις εξυπηρετησουν (blocked calls), και αν εξαιρεσουμε μερικους χρηστες που κανουν επανειλημμένες αποπειρες να «πιασουν γραμμη», η κινηση προσεγγιζεται καλυτερα με τον τυπο Erlang B Παραδειγμα: Ποσα καναλια απαι- τουνται για την εξυπηρετηση 100 συνδρομητων με GOS= .01 (1%) αν η μεση κινηση ανα χρηστη ειναι 30 mE? Χρηση πινακα: 100x30mE = 3 Erlangs 3 Erlangs @ 1% GOS => 8 channels On-line πινακες Erlang B : http://www.owenduffy.com.au/electronics/erlangb.htm#modelcalculator http://mmc.et.tudelft.nl/~frits/Erlang.htm

46. Θελουμε GOS = 0.5%. • Ποσοι χρηστες μπορουν να εξυπηρετηθουν σε ενα συστημα που «καθαριζει» τις μπλοκαρισμενες κλησεις και εχει C =5 καναλια? • Καθε χρηστης παραγει κινηση 0.1 Erlangs. • Απο τον χαρτη, με GOS=0.005 και με καναλια C = 5 προκυπτει: • A (χωρητικοτητα σε Erlangs) = 1.13 • => U = A/A = 1.13/0.1 ~ 11 χρηστες Παραδειγμα 1

47. Μια αστικη περιοχη εχει U =2 εκατ. κατοικους. Τρια ανταγωνιστικα συστηματα κυψελοειδους τηλεφωνιας εξυπηρετουν την περιοχη: Το συστημα A εχει 394 κυτταρα x 19 καναλια. (7486 καναλια) Το συστημα B εχει 98 κυτταρα x 57 καναλια. (5586 καναλια) Το συστημα C εχει 49 κυτταρα x 100 καναλια. (4900 καναλια) Για καθε χρηστη = 2 κλησεις/hr, H = 3min, GOS = 2% απορριψη. Να βρεθει ο αριθμος των συνδρομητων που μπορει να εξυπηρετησει καθε συστημα. Παραδειγμα 2 Συστημα A: Κινηση ανα χρηστη: A= H = 2 x 3/60 = 0.1 Erlangs. Απο την καμπυλη για GOS = 0.02 και C = 19 => A = 12 Erlangs Ανα κυτταροεξυπηρετουνται U = A/A = 12/0.1 = 120 χρηστες 120 χρηστες/κυτταρο x 394 κυτταρα = 47280 εξυπηρετουμενοι χρηστες. Εμπορικη διείσδυση = 2.36%. Χρηστες/καναλι = 47280/7486= 6.13

48. Συστημα B: • Πιθανοτητα μπλοκαρισματος = 2% = 0.02 • C =57, A= H = 2 x 3/60 = 0.1 Erlangs. • Απο τον χαρτη, A = 45 Erlangs • Ανα κυτταρο U = A/A = 45/0.1 = 450 χρηστες • 450 χρηστες/κυτταρο x 98 κυτταρα = 44100. • Εμπορικη διεισδυση = 2.205%. • Χρηστες/καναλι= 44100/5586 = 7.9 Παραδειγμα 2 (συνεχεια) • Συστημα C: • Πιθανοτητα μπλοκαρισματος = 2% = 0.02 • C =100, A= H = 2 x 3/60 = 0.1 Erlangs. • Απο τον χαρτη, A = 88 Erlangs. • Ανα κυτταρο U = A/A = 88/0.1 =880 χρηστες • 880 χρηστες/κυτταρο x 49 κυτταρα = 43120. • Εμπορικη διεισδυση = 2.156%. • Χρηστες/καναλι= 43120/4900 = 8.8

49. Συνολικος αριθμος εξυπηρετουμενων χρηστων • = 47280 + 44100 + 43120 = 134500 users. • Συνολο καναλιων = 7486+5586+4900 = 17976 • Συνολικη εμπορικη διεισδυση και για τα 3 συστηματα= 6.725% Παραδειγμα 2 (συνεχεια)

50. Ενας αλλος τυπος συγκαναλωμενου συστηματος βαζει σε ουρα αναμονης τις μπλοκαρισμενες κλησεις (Blocked Calls Delayed). Το συστημα αυτο περιγραφεται με το μοντελο ERLANG C. • Διαδικασια υπολογισμου: • Καθοριζουμε απο τον χαρτη την Pr[ > 0] = Πιθανοτητα καθυστερησης. 2)Pr[ > t |  > 0 ] = Πιθανοτητα οτι η καθυστερηση ειναι μεγαλυτερη αποt, δοθεντος οτι υπαρχει καθυστερηση Pr[ > t |  > 0 ] =exp[-(C-A)t /H ] 3) Ανευ ορων πιθανοτητατου > t : Pr[ > t ] = Pr[ > 0] Pr[ > t |  > 0 ] 4) Μεσος χρονος καθυστέρησηςD = Pr[> 0] H / (C-A) Μοντελο Erlang C- Ουρα αναμονης για τις μπλοκαρισμενες κλησεις Ο χαρτης κατασκευαζεται με την βοηθεια της σχεσης