Analiza Comparativă a Retelelor Wimax I Lte din Punct de Vedere al Acoperirii Radio

Universitatea “Politehnica” din București

Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

Analiza comparativă a rețelelor WiMAX și LTE din punct de vedere al acoperirii radio

Proiect de diplomă

Prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de

Inginer în domeniul Electronică Telecomunicații/Calculatoare și Tehnologia Informației programul de studii de licență Tehnologii și Sisteme de Telecomunicații

Conducător științific Absolvent

Prof. Dr. Ing. Iancu Ceapă Pîrvulescu Ioana-Cristina

LISTA ACRONIMELOR

3GPP 3rd Generation Partnership Project

AT&T American Telephone & Telegraph ASN Access Service Network

ASN-GW Access Service Network Gateway

BS Base station

BF Beamforming

CSN Connectivity Service Network

CDMA Code Division Multiple Access

E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access

E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

EPC Evolved Packet Core

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

EHF Extremely High Frequency

FDD Frequency-Division Duplexing

FDM Frequency Division Multiplexing

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications.

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request

HD High Definition

HF High Frequency

HSDPA High-Speed Downlink Packet Access

HSS Home Subscriber Server

HSPA High Speed Packet Access

HSUPA High-Speed Uplink Packet Access

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IMT-A International Mobile Telecommunications – Advanced

IP Internet Protocol

ITU International Telecommunication Union

ITU-R International Telecommunication Union Radiocommunication Sector

LOS Line of Sight

LTE Long Term Evolution

MAC Media Access Control

MMEs Mobility Management Entities

MBS Multicast and Broadcast Services

MF Medium Frequency

MIMO Multiple Input, Multiple Output

MISO Multiple Input, Single Output

MS Mobile station

NLOS Non-Line of Sight

OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing

OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access

OSI Open Systems Interconnections

PDN-GW Packet Data Network-Gateway

PHY Physical Layer

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality of Service

QPSK Quadrature Phase Shift Keying

SGW Serving Gateway

SC-FDMA Single Carrier Frequency-Divison Multiple Access

SHF Super High Frequency

SIMO Single Input, Multiple Output

SISO Single Input, Single Output

SMS Short Message Service

SUI Stanford University Interim

TDD Time-Division Duplexing

TDMA Time Division Multiple Access

TETRA Terrestrial Trunked Radio

UHF Ultra High Frequency

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

VHF Very High Frequency

VoIP Voice-over-Internet Protocol

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

INTRODUCERE

Comunicațiile mobile au cunoscut o dezvoltare explozivă în ultimii ani, pătrunzând în cele mai diverse domenii și cuprinzând tot mai multe tehnologii.

Generația 4G a avut ca scop îmbunătățirea tehnologiei UMTS prin creșterea ratei de transfer, oferind în același timp latențe din ce în ce mai mici. Această tehnologie de comunicații mobile permite transferul rapid și eficient al unei cantități mari de date prin optimizarea spectrului de frecvențe. Utilizatorii se pot bucura astfel de o gamă largă de aplicații, cum ar fi navigarea web în timp real, jocuri în rețea, social media, chiar și în momentul în care se află în mișcare.

4G face trecerea la o rețea de comunicații IP, lucru care permite tuturor rețelelor de telefonie mobilă să se contopească într-o singură rețea, mult mai vastă și unificată prin toate elementele sale (calculatoare, telefoane, servere). Această tehnologie se bazează pe protocoale TCP/IP, crescând astfel capacitatea rețelelor de telefonie mobilă. Debitele 4G sunt mult mai mari față de 3G, având viteze de transmisie de până la 100 Mbps de la stația de bază la stația mobilă și 50 Mbps de la stația mobilă la stația de bază.

Din generația a 4-a (4G) a rețelelor mobile fac parte două tehnologii și anume :

IEEE 802. 16 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) – pentru prima oară utilizat South Korea în anul 2007)

3GPP LTE (Third Generation Partnership Project Long Term Evolution) – tehnologie utilizată pentru prima oară in Oslo, Norvegia si Stockholm, Suedia în anul 2009

În prezent aceste 2 tehnologii sunt cele mai utilizate în sistemele de telecomunicații mobile care oferă servicii de voce,date și video. Prin această lucrare se propune analizarea acoperirii radio pentru rețelele WiMAX și LTE cu ajutorul programelor ICS Telecom și G-MoN, pe baza cărora se va realiza o comparație între acoperirea radio obținută în urma unor simulări în cadrul cărora au fost utilizate trei modele de propagare diferite și cea determinată prin măsurători de teren. În final se vor compara pe baza rezultatelor obținute, modelele de propagare utilizate și se va determina diferența față de cazul real.

Se vor utiliza următoarele modele de propagare:

SUI (Stanford University Interim)

ITU 525/526

COST-231 HATA

Comparația între aceste modele se face din punctul de vedere al următorilor parametrii:

Factorul de corelație

Eroarea medie

Diferența mai mică de 6 dB

Deviația standard

CAPITOLUL 1

TEHNOLOGIA LTE

1.1 Generalități

LTE (Long Term Evolution) – s-ar traduce prin Evoluția pe Termen Lung sau Evoluția pe Termen Lung a rețelelor 3G fiind evoluția tehnologiei comunicațiilor mobile celulare spre o rețea IP full broadcast și este introdusă in 3GPP Release 8. Scopul proiectul 3GPP este de a dezvolta sistemul UMTS(Universal Mobile Telecomunications System) oferind o tehnologie simplificată pentru următoarea generație de rețele mobile. 3GPP Release 8 va fi orientată spre modernizarea tehnologiei de comunicații UMTS la 4G, precum și un sistem de arhitectură all-IP(bazată doar pe IP), fiind proiectată astfel încât să permită ca serviciul de voce să se realizeze prin intermediul comutației de pachete.

LTE face parte din calea evolutivă GSM pentru comunicații de bandă largă și este succesor al tehnologiilor EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HSPA (High Speed Packet Access – combinație a tehnologiilor HSDPA și HSUPA) și HSPA Evolution (HSPA+). Obiectivul tehnologiei este de a oferi o modalitate de acces radio la o performanță extrem de ridicată,care să ofere mobilitate deplină si care sa poată coexista cu rețelele anterioare.

Printre avantajele acestei tehnologii se numără:

Randament sporit

Latență scăzută

Cheltuieli de exploatoatare reduse

Arhitectură simplă

Standartul LTE oferă beneficii importante operatorilor cum ar fi:

Rată maximă de download de 326.4 Mbit/s pentru antene 4×4, 172.8 Mbit/s pentru antene 2×2 pentru fiecare 20 MHz ai spectrului de frecvențe;

Rată maximă de upload de 86,4 Mbit/s pentru fiecare 20 MHz ai spectrului de frecvențe;

Întarziere de pachete IP sub 5ms;

Flexibilitate-se poate lucra intr-o varietate largă de benzi radio;

Reducerea complexității- realizându-se prin reducerea interfețelor si a nodurilor din rețea;

Beneficiază de servicii îmbunătățite în timp real cu ajutorul caracteristicilor QoS(Quality of Service);

1.2 Arhitectura rețelei LTE:

Arhitectura de rețea LTE este formată din următoarele trei componente principale :

Figura 1.1 Arhitectura rețelei LTE [1]

După cum se observă in figura de mai sus arhitecura LTE este împărțită pe 3 arii:

The User Equipment (UE)

The Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN).

The Evolved Packet Core (EPC).

The User Equipment (UE)

Figura 1.2 Echipamentul de utilizator [2]

Arhitectura internă a echipamentului de utilizator pentru LTE este identic cu cel utilizat de UMTS și GSM. Echipamentul mobil este alcătuit din următoarele module importante : terminalul mobil, echipament terminal si cartela SIM.

The Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN)

Figura 1.3 Partea radio a rețelei [2]

E-UTRAN -se ocupă de comunicațiile radio dintre mobil și miezul de pachete evoluate și are doar o singură componentă, stațiile de bază evoluate, numite eNodeB. eNodeB este o stație de bază care controlează mobilele din una sau mai multe celule. Fiecare eNodeB se conectează cu EPC prin intermediul interfeței S1 și pot fi, de asemenea, conectate la stațiile de bază din apropiere prin interfața X2, care este folosită în principal pentru semnalizare și pachete de redirecționare în timpul transferului. ENodeB este alcătuit din următoarele elemente: antenele, care au rolul de modula si demodula semnalele primite și recepționate pe interfața radio, module digitale pentru procesarea semnalelor primite si recepționate pe interfața radio

Nodul eNodeB îndeplinește următoarele funcții:

Alocă și administrează resursele radio din subordine

Asigură QoS- latența si lățimea de bandă

Controlează procedura de transfer în vederea obținerii unei legături mai bune

The Evolved Packet Core (EPC)

Figura 1.4 Partea de core a rețelei [2]

EPC- reprezintă partea de rețea bazată în toatalitate pe IP. Este formată din următoarele noduri:entitatea de management MME (Mobility Management Entties) , porțile de serviciu S-GW (Serving Gateway-SGW) și P-GW, baza de date a utilizatorilor HSS și poarta către rețeaua de pachete de date PDN-GW(Packet Data Network-Gateway).

MME-entitatea de management a mobilității reprezintă nodul rețelei responsabil de cele mai importante funcții , cum ar fi schimbul de semnalizări între stațiile de bază și nucleu dar și între nucleu și utilizatori. Aceste nod are următoarele responsabilități:

Autentificarea în rețea care se realizează prin cererea de informații de la HSS(baza de date care conține informații despre utilizatorii din rețea)

Suport pentru handover în cazul în care interfața X2 nu este disponibilă

Asigură comunicarea cu alte rețele radio atunci când stația părăsește aria de acoperire deservită de LTE

Poarta de serviciu S-GW (Serving Gateway-SGW) este responsabilă de schimbul de pachete de date între eNodeB și PDN-GW(Packet Data Network-Gateway), reprezentând poarta către internet.

Poarta PDN-GW(Packet Data Network-Gateway) realizează conexiunea cu internetul. Ea primește pachetele utilizatorilor si asignează adrese IP către dispozitivele mobile. Are un rol important în scenarile de roaming international.

Baza de date pentru abonații mobile HSS(Home Subscriber Server) conține date dinamice si statice despre utilizatorii rețelei. Ea este similară cu HLR (Home Location Register) din GSM și UMTS.

1.3 Tehnici de acces multiplu folosite în LTE:

Principalele tehnici de acces multiplu utilizate în sistemele de comunicații mobile sunt FDMA- Frequency-Division Multiple Access , TDMA- Time-Division Multiple Access , CDMA- Code-Division Multiple Access . Prima generație de comunicații celulare analogice a utilizat ca tehnică de bază FDMA, urmând ca generația a doua să utilizeze TDMA iar generația a treia CDMA.

Pe langă toate aceste tehnici de acces multiplu , sistemul LTE fiind concentrat pe comunicații wireless de bandă largă, are la bază tehnica OFDMA- Orthogonal Frequency Division Multiple Access. Aceasta se bazează pe principiul transmiterii simultane a mai multor subpurtătoare ortogonale modulate, fiind derivată din tehnica FDMA permite utilizarea subpurtătoarelor modulate în benzi suprapuse fără să cauzeze interferențe. Tehnica OFDMA permite atât modul duplex de transport FDD dar si TDD,cadrul radio fiind format din 20 de sloturi a câte 0.5 ms fiecare. Un sub-cadru constă în două sloturi consecutive, deci un cadru radio conține 10 sub-sloturi Este garantată o calitate a serviciilor bazată pe lățimea de bandă datorită faptului că accesul multiplu se realizează prin atribuierea de subseturi de subpurtătoare pentru fiecare utilizator in parte.Acest lucru fiind evidențiat în figura de mai jos:

Figura 1.5 Schema de acces multiplu LTE [2]

Această tehnică asigură multiple sub-purtătoare apropiate care sunt divizate în grupuri de sub-purtătoare, fiecare grup reprezentând un sub-canal. De notat faptul că sub-purtătoarele care formează sub-canalul trebuie sa fie adiacente. Subpurtătoarele care au aceeași culoare formează același sub-canal.

Printre avantajele tehnicii OFDMA se numără:

Accesibilă din punct de vedere al costului atât pentru producători cât și pentru consumatori

Flexibilitate în implementare în diverse benzi de frecvență

Este compatibilă cu anumite tipuri de antene

Spectrul este împărțit eficient în canale de transmisiune

Receptorul are o complexitate redusă

Printre aceste avantaje tehnica OFDMA prezintă și anumite dezavantaje cum ar fi :

Prezintă sensibilitate la efectul Doppler

Complexitatea receptorului crește odata cu lărgimea benzii

Necesitatea unui transmițător linear datorită faptului că semnalul este transmis cu un raport Peak-to-Average ridicat ceea ce implică amplificatoare cu valori mici ale câștigului si randamentului

Protocolul OFDMA este considerat optim pentru legătura în sens descendent(downlink) iar pentru cea în sens ascendant(uplink) este folosită tehnica SC-FDMA(Single Carrier Frequency Divison Multiple Access), deoarece propietățile OFDMA sunt mai puțin favorabile pentru uplink.SC-FDMA este o tehnică promițătoare pentru rată ridicată de comunicații de date pe legătură în sens ascendent, prezentând proprietăți PAPR mai bune în comparație cu OFDMA, acesta fiind motivul pentru care s-a propus ca sistem de uplink în LTE. Rata simbolurilor transmise crește odată cu creșterea debitului de informație, deci implicit va crește si banda de frecvențe ocupată. Diferența între cele două tehnici de acces se poate vedea în figura de mai jos:

Figura 1.6 Comparație OFDMA-SC-FDMA

Se poate observă că interferența intersimbol va fi redusă deoarece toate purtătoarele dintr-o perioadă de timp reprezintă același simbol.

1.4 Sisteme cu antene multiple

S-a demonstrat că utilizarea antenelor suplimentare conduce la îmbunătățirea puterii semnalului recepționat, acestea fiind aplicate atât în cadrul stațiilor mobile cat și în stațiile de bază.

Tehnologia LTE a fost concepută pentru a suporta diferite tipuri de antene pentru a îmbunătăți calitatea, capacitatea, și acoperirea radio. Diferitele forme de antenă se referă la intrările unice sau multiple , acestea fiind legate de interfața radio. Prin urmare diferitele forme de antene simple sau multiple sunt:

SISO – Single Input Single Output

SIMO – Single Input Multiple output

MISO – Multiple Input Single Output

MIMO – Multiple Input multiple Output

SISO (Single Input Single Output)-reprezintă cea mai simplă formă de legatură radio, formată dintr-o singură antenă de emisie și o singură antenă de recepție..Avantajul acestui sistem este simplitatea dar cu toate aceste canalul SISO este limtat în performanțe , cum ar fi efectele propagării multicale care pot apărea in momentul când un câmp electromagnetic întâlnește obstacole producând astfel reducerea vitezei de transmisie, pierdere de pachete dar și creșterea numărului de erori.[1] O astfel de formă este reprezentată în figura de mai jos:

Figura 1.7 Sistemul de antene SISO

SIMO (Single Input Multiple output) reprezintă sistemele de comunicații formate dintr-o singură antenă de emisie și mai multe antene de recepție. SIMO are avantajul că este relativ ușor de implementat, are facilitatea de a minimiza erorile de propagare, creșterea vitezei de transmisie a datelor, dar are și unele dezavantaje, faptul că prelucrarea este necesară în receptor. Utilizarea sistemelor SIMO poate fi acceptabilă în multe aplicații, dar în cazul în care receptorul este amplasat într-un dispozitiv mobil, cum ar fi un telefon celular, nivelurile de prelucrare pot fi limitate în funcție de dimensiune, de cost și de baterie. Structura SIMO este reprezentată in figura de mai jos :

Figura 1.8 Sistemul de antene SIMO

MISO (Multiple Input Single Output)-este un sistem format dintr-o singură antenă de recepție și mai multe antene de emisie. Avantajul folosirii acestui sistem constă în faptul că redundanța și codarea se mută de la receptor la transmițător. În cazul telefoanelor mobile acest lucru are un impact pozitiv asupra dimensiunii , costurilor și bateriei . Structura este reprezentată în următoarea figură:

Figura 1.7 Sistemul de antene MISO

MIMO (Multiple Input multiple Output)-este un sistem în care există mai mult de o antenă la fiecare capăt al legăturii radio și este utilizat în scopul îmbunătățirii debitului și capacității canalului . În acest sens este necesară codificarea pe canale în scopul separării datelor prin diferitele căi.Cu ajutorul acestui sistem mai mulți utlizatori pot transmite date pe același canal radio rezultând o creștere semnificativă a utilizării spectrului si capacității sistemului. MIMO sunt folosite în diferite standarde cum ar fi: LTE, WiMax etc. O reprezentare a sistemului se poate observa în următoarea figură:

Figura 1.7 Sistemul de antene MIMO

1.5 LTE Advanced

LTE-Advanced a fost conceput în scopul obținerii unor performanțe mai bune din punctul de vedere al capacității, ceea ce implică rate de transfer mai mari într-un mod eficient al costurilor și în același timp să îndeplinească în totalitate cerințele stabilite de către ITU, al creșterii ratei de date oferind o capacitate spectrală mai mare, al numărului de abonați simultan activi care a crescut semnificativ dar și din punctul de vedere al simplității operaționale.

Principalele facilități aduse de LTE-Advanced sunt :

Creșterea ratelor de transfer și a capacității sistemelor datorită compatibilității cu LTE

Posibilitatea reuniunii până la cinci purtătoare pe calea descendentă obținându-se astfel rate de până la 300 Mbps utilizând sistemul de antene 2 × 2 MIMO (pentru un spectru de 20 + 20 MHz) și până la 3 Gbps pentru tehnologia 8 × 8 MIMO cu lărgimea de bandă de 100 MHz.

Utilizarea unor receptoare îmbunătățite care au ca scop anularea interferențelor intercelulare , crescând semnificativ performanțele

Printre cerințele LTE-Advanced se numără:

Asigurarea unor rate de transmisiune de 100 Mbps în cazul unei mobilități ridicate și până la 1 Gbps în cazul unei mobilități scăzute

Asigurarea unor servicii mobile de înaltă calitate

Asigurarea serviciului de roaming la nivel global

CAPITOLUL 2

Tehnologia WiMAX

WiMAX – acronimul Worldwide Interoperability for Microwave Access și numele popular al standardului de rețea metropolitană wireless 802.16  este un standard bazat pe tehnologia Wireless MAN fiind una dintre cele mai noi tehnologii wireless capabile să furnizeze servicii de acces în bandă largă pentru consumatori într-un mod economic. WiMAX funcționează similar cu WiFi, dar la viteze mai mari pe distanțe mai mari și pentru un număr mai mare de utilizatori. Are capacitatea de a oferi servicii chiar și în zonele care sunt dificile pentru infrastructura cu fir .

WiMAX este un standard proiectat special pentru comunicații fără fir pentru a transfera la rata de 40 Mb pe secundă. O actualizare recentă în anul 2011, a crescut rata de transfer de la 40 MB la 1 Gb pe secundă. Acest standard este bazat pe tehnica OFDMA oferind o eficiență spectrală ridicată în interfța radio.

Tehnologia WiMax a oferă posibilitatea realizării unui trafic variat, de la transmisii de date de foarte mare viteză (comunicații vocale prin transmisii în pachete prin rețele bazate pe protocolul IP, VoIP, fluxuri audio, fluxuri video etc.) și până la transmisii de date de viteză mică (navigare web, trafic cu intermitență extrem de mare). [2]

Principalele facilități aduse de WiMAX sunt:

Satisface o varietate de nevoi legate de partea de acces prin extinderea capacitățiilor de bandă largă

WiMAX poate ajuta furnizorii de servicii să îndeplinească multe dintre provocările cu care se confruntă din cauza creșterii cererilor clienților

Oferă o acoperire de arie largă și calitatea serviciilor

WiMAX este o tehnologie wireless de bandă largă pe bază de IP, permite accesarea serviciilor de videoconferință, accesul la jocurile online, accesul la conținut video HD

Este compatibil cu diferite tipuri de standarde de comunicații fără fir

2.1 Obiective WiMax

Arhitectură flexibilă și ușor reconfigurabilă: WiMAX suportă diferite tipuri de arhitecturi cum ar fi arhitecturile punct-la-punct, punct-multipunct și acoperirea omniprezentă. 

Securitate mare:- tehnologia WiMAX asigură abonaților securitate prin criptarea legăturilor între stațiile de abonat si stația mobilă folosind standardele AES (Advanced Encryption Standard) și 3DES (Data Encryption Standard)

Controlul calității serviciului:- calitatea serviciului poate fi optimizată în funcție de tipul de trafic realizat

Instalare rapidă:- instalarea unei rețele de tipul WiMAX se realizează în câteva ore și nu necesită construcții externe. Trebuie doar obținută licență pentru utlizarea benzilor.

Capacitate mare:-sistemele WiMAX oferă utilizatorilor o bandă de transfer apreciabilă folosind modulație superioară 64-QAM

Interoperabilitate- utilizatorii WiMAX pot folosi stațiile abonat în diferite locații

Acoperire largă-acoperirea se realizează dinamic și poate să difere în funcție de tipul de modulație folosit. Aria de acoperire scade atunci când se folosesc modulații superioare de tip BPSK sau QPSK și crește dacă se folosesc modulții de tipul 16-QAM sau 64-QAM.

Planificare celulară eficientă-această tehnologie permite existența unor zone geografice în care se poate reutiliza întreaga bandă de frecvență

2.2 Versiuni WiMAX

IEEE 802.16 este o serie de standarde de bandă largă fără fir scrise de către Institutul de Inginerie Electrică și Electronică ( IEEE ). Cu toate că familia 802.16 a standardelor este numit oficial WirelessMAN în IEEE , aceasta a fost comercializată sub numele de " WiMAX " ( de la " Interoperabilitate la nivel mondial pentru acces cu microunde " ) de către industria alianță WiMAX Forum . Forumul promovează și certifică compatibilitatea și interoperabilitatea produselor pe baza standardelor IEEE 802.16 .

Printre avantajele aduse de aceste versiuni se numără:

Costuri mici de instalare

Accesul fără fir de bandă largă asigură performanțe comparabile cu cablul tradițional

Rapiditate la servicii chiar și în zonele în care este foarte greu de ajuns cu interfețe pe bază de cablu

IEEE 802. 16a este o extensie a versiunii IEEE 802.16 pentru 10-66 GHz, reprezentând standardul de bază care a fost aprobat în Ianuarie 2003 acoperind banda de frecvențe între 2 GHz-11 GHz.Cea mai simplă configurație pentru acest standard este formată dintr-o stație de bază

IEEE 802.16a a permis utilizarea unor soluții avansate ale interfeței radio cu nivele fizice (PHY) complexe, fiind posibile astfel transferurile de date la distanțe mari. Nivelului PHY al versiunii 802.16a a suferit o serie de modificări față de nivelele generațiilor anterioare de comunicații fără fir. Combinarea nivelelor PHY și MAC asigură acoperirea în condiții NLOS, la rate de transmisie de 75 Mbps utilizând un canal spectral de 20 MHz. Raza celulei IEEE 802.16a este curpinsă în intervalul 7-40 km, iar lărgimea de bandă este cuprinsă între 1.75 MHz și 20 MHz. IEEE 802.16a poate utiliza pentru o conectivitate robustă duplexarea TDD.

IEEE 802. 16d este cunoscut și sub numele de 802.16-2004 având in vedere faptul că acesta a fost lansat în 2014. Aduce o serie de remedieri și îmbunătățiri pentru IEEE 802.16a printer care și utilizarea a 256 de subpurtătoare OFDM care permite utilizarea aplicațiilor mobile dar și aplicațiilor fixe.

IEEE 802. 16e- a fost inițiat în scopul îmbunătățirii standardului IEEE 802. 16d fiind specific comunicațiilor mobile. Cu ajutorul acestui standard utilizatorii se pot bucura de servicii multimedia chiar și în cazul deplasării cu viteze mari.Standardul 802.16e utilizează tehnica OFDMA pentru transportul datelor, suportând canale cu lărgimi de bandă între 1,25 MHz și 20 MHz, cu până la 2048 subpurtătoare.Acesta suportă modulare si codare adaptivă astfel încat, în condițiile de semnal bun ,este utilizat sistemul 64 QAM care este foarte eficient în timp ce atunci când semnalul este mai sărac, este utilizat un mecanism mai robust de codificare BPSK. . În condiții intermediare, 16 QAM și QPSK pot fi de asemenea utilizate. Includerea sistemelor de antene MIMO a condus la obținerea ratelor de 63 Mbps pentru sensul descendent și 28 Mbps pentru sensul ascendent pentru un canal de 10 MHz.

Frecvențele de operare sunt :

2. 3 GHz

2. 5 GHz

3. 3 GHz

3. 5 GHz

IEEE 802.16m cunoscut și sub numele de IMT-A (International Mobile Telecommunications – Advanced) este un standard care încă nu a fost implementat. Acesta asigură viteze de până la 365 Mbps utilizând un canal cu spectrul de 40 MHz prin intermediul unor tehnici avansate ale antenelor precum MIMO 4×4, întarzieri mai mici , servicii superioare și o acoperire mult mai bună față de celelalte standard.

2.3 Arhitectura WiMAX

WiMAX are o arhitectură bazată pe IP care curpinde trei elemente:

Remote or Mobile stations-echipamente de utilizator care pot fi mobile sau fixe

ASN(Access Network Service)- reprezintă ASN rețeaua de acces care cuprinde una sau mai multe stații de bază și una sau mai multe porți

CSN(Connectivity Service Network)- reprezintă partea oferă conectivitate IP pentru abonații WiMAX și îndeplinește funcții cum ar fi autentificare, autorizare

Arhitectura este reprezentată in următoarea figură:

Figura 2.1 Arhitectura rețelei WiMAX

După cum se observă în figură stația mobilă(MS) se conectează la ASN prin interfața R1 care se bazează pe versiunea 802.16d. ASN este compus din una sau mai multe stații de bază(BSS) având una sau mai multe ASN-GW(Access Service Network Gateway) care să permită atât interconectarea rețelei de acces radio WiMAX cu rețeau IP a furnizorului de servicii precum și transferul rapid al informațiilor între stațiile de bază din rețele radio defierite. Aceste caracteristici sunt necesare pentru a asigura atât mobilitatea precum și separarea clară a funcțiilor între rețeaua radio (RAN-Radio Access Network) și rețeaua IP.

Interfața R3 este folosită pentru protocoale de control și poartă traficul între ASC și CSN cu scop în autentificare și gestionare a mobilității.

Interfața R6 leagă BS și ASN-GW, aceasta poate să fie deschisă sau închisă, depinde de profilul utilizatorului.

2.4 Procedura de transfer (Handover)

Procedura de transfer s referă la asigurarea legăturii de comunicație tunci când un utilizator se deplasează dintr-o celulă în alta , având loc comutarea de la o stație de bază la alta care ar putea întrerupe convorbirea. În momentul deplasării stației mobile de la o calulă la alta pachetele pot fi întârziate . Această întârziere poartă numele de latență și poate dăuna în cazul servicilor care se desfășoară în timp real. Pentru servicile care nu se desfășoară în timp real, ca și transferul de fișiere sau emailul, latența nu reprezintă o problemă.

Standardul WiMAX aduce însă o procedură de optimizare a latenței și reducerea timpul e întârziere a pachetelor, care poartă numele de proces de scanare. Acesta presupune scanarea periodică a stațiilor de bază vecine, selectarea celor care pot oferi o calitate mai bună a semnalelor și inițierea cererii de transfer către stția de bază selectată în urma procesului de selecție care a avut loc prin mesajele trimise către stațiile de bază alese. În final stația de bază rupe legătura cu stația de bază deservită și realizează conexiunea cu noua stație.

2.5 Introducere în WiMAX-ul fix

Munca progresivă asupra WiMax-ului a fost realizată în timp și a fost dezvoltată astfel

încât să ofere distanță maxină , scopul final fiind de a oferi 90% fiabilitate . Pentru

atingerea acestor obiective , organizația IEEE s-a bazat pe tehnologii deja existente

pentru PHY(nivelul fizic) și anume : multiplexarea cu diziziune ortogonală de frecvență

(OFDM) , duplexare prin diviziunea timpului (TDD) , duplexare prin diviziunea

frecvenței (FDD) , modulație cu salt de fază în cuadratură (QPSK) și modulație de

amplitudine pe purtatoare ortogonală (QAM).[3]

Principala funcție a nivelului PHY este transportul datelor. Pentru obținerea unor performanțe bune la nivel fizic , se folosesc tehnologiile:FDD,TDD,OFDM,QAM.

2.5.1 WiMAX FDD/TDD

Duplexarea se referă la felul în care datele de UL(uplink) și DL(downlink) sunt

aranjate într-o transmisiune wireless pe două căi . Legătura de DL transportă informații

de la o Stație de bază (BS) la Stațiile de abonat (SSs) . Legătura de UL transportă

informații de la SS la BS.[4]

Figura 2.1 Duplexarea

Standardul WiMAX este unicul care permite ambele tehnici de duplexare:

Simplex

Duplex

Tehnica de duplexare cu diviziune în frecvență , necesită două canale distincte pentru a transmite atât sub-cadre de DL cât și sub-cadre de UL în același timp .WiMax-ul

sprijină atât FDD-ul (full-duplex) cât și H-FDD (semi-duplex) . Diferența este că la full-

duplex FDD un utilizator poate transmite și recepționa simultan , în timp ce la semi-

duplex utilizatorul poate doar transmite sau doar recepționa la un moment dat.

Figura 2.3 Tehnica de duplexare cu diviziune în frecvență

Tehnica de duplexare cu diviziune în timp , necesită un singur canal pentru transmiterea cadrelor de DL și UL în momente diferite de timp.

2.4 Tehnica de duplexare cu diviziune în timp

2.5.2 OFDM la WiMAX

OFDM este o tehnică care are la bază multiplexarea cu divizare în frecvență: semnalele sunt transmise simultan dar pe mai multe frecvențe. Între sub-purtătoare (domenii de frecvență) există un spațiu(banda de gardă) necesar evitării suprapunerii semnalelor. Se obervă acest lucru în figua de mai jos:

Figura 2.5 Tehnica de acces multiplu OFDM

OFDM este o tehnică de multiplexare care duce la obținerea unei mai bune eficiențe spectrale și imunitate la fadingul multicale, după cum s-a discutat și în capitolul anterior. Tehnica de acces bazată pe OFDM se numește OFDMA. Alocarea subseturilor de tonuri mai multor utilizatori permite existența transmisiilor de date simultane , permițând împărțirea mediului fizic. Scalarizarea se face prin divizarea subpurtătoarelor în subseturi de subpurtătoare. Subseturile sunt alocate transmisiei în funcție de condițiile canalelor și de ratele de bit necesare. Mai multe subseturi se pot transmite în același slot temporal . Puterea emițătorului poate fi, de asemenea, adaptată, optimizând resursele rețelei. Această trăsătura este foarte importantă pentru stațiile de bază care utilizează standardul WiMAX astfel că în același slot stația de bază poate aloca mai multă putere de transmisie receptoarelor cu un raport semnal zgomot mai mic și mai puțină putere celor cu raport semnal zgomot mare.

2.6 Nivelul MAC

Protocolul MAC este folosit pentru aplicații wireless punct la multipunct și oferă o

rată de bit îmbunatățită atât pentru UL cât și pentru DL . Cu ajutorul algoritmilor de

alocare a benzii acesta asigură o cale prin care mai mulți utilizatori să împartă același

canal. Fiecare utilizator necesită diferite servicii în funcție de nevoile și cerințele sale .

În acest caz nivelul MAC în WiMax , oferă suport atât pentru trafic constant cât și

pentru trafic în rafale , lucru care ajută la îmbunătățirea calității serviciilor (QoS).[5]

Arhitectura acestui nivel este de tip punct la multipunct adică de la stația de bază la stațiile de abonat pentru DL și este împărțit în trei sub-nivele:

Sub-nivelul de convergență (CS)- este intermediarul cu nivelele superioare alea nivelului MAC

Sub-nivelul MAC (MAC CPS)-se ocupă de managmentul conexiunii

Sub-nivelul de Securitate-criptează/decriptează datele ce vin sau trec de nivelul fizic

2.7 Spectrul WiMAX

La alocarea spectrului există două tipuri de benzi:

Licențiată

Nelicențiată

Livrarea pachetelor de date se poate face atât în spectrul licențiat cât și în cel nelicențiat ,insă mulți furnizori folosesc spectrul nelicențiat deoarece este gratuit.

WiMAX funtioneză la frecvențe sub 10 GHz deoarece frecvențele mai mari conduc la scăderea distanței de transmisie. Se folosesc trei profile de spectre : 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.5 GHz. WiMAX poate atinge rate de bit de 100 Mbps pentru o lărgime de bandă de 30 MHz.

Între lărgimea de bandă si frecvență are loc relația:

λ = c/f

Unde:

λ -reprezintă lungimea de undă [m]

c-reprezintă viteza luminii [m/s]

f-reprezintă frecvența [Hz]

Putem spune că undele de frecvențe înalte sunt distorsionate și parcurg distanțe mai mici față de cele din spectrul inferior.

Cele mai utilizate trei benzi folosite de către operatorii de rețea sunt :

Banda de frecvențe cuprinsă între 3300 MHz și 3800 MHz

Banda de frecvențe cuprinsă între 2300 MHz și 2690 MHz

Banda de frecvențe cuprinsă între 5150 MHz și 5850 MHz

2.8 Administrarea distanței

Bugetul legăturii reprezintă suma tuturor pierderilor și câștigurilor într-un sistem de comunicații și are rol în determinarea puterii necesare pentru transmiterea unui semnal:

Pr(dbm)=Pt(dbm)+C(dbm)+P(dbm)

Unde:

Pr-reprezintă puterea recepționată

Pt-reprezintă puterea transmisă

C-reprezintă câștigul

P-reprezintă pierderile

Există mai multe cazuri în care interferențele nu pot apărea:

Dacă stația de bază se afla la o distanță mare față de abonatul mobil , semnalul perturbator devine slab cu creșterea distanței

În cazul în care sursa se afla la o distanță mare, semnalul perturbator este prea slab pentru a crea interferențe.

Interferențele pot apărea datorită zgomotului de pe canal , interferenței multi-cale sau dacă nivelul semnalului perturbator devine apropiat de nivelul semnalului dorit, iar o soluție în acest caz ar fi creșterea semnalului dorit.

Interferența multi-cale se produce atunci când un semnal de RF transmis spre

receptor întâlnește obiecte care duc la reflexia,refracția sau difracția sa.Se produce propagarea pe mai multe căi în momentul când semnalul o ia pe diverse căi în drumul de la sursă spre destinție. În acest caz o parte a semnalului ajunge la recepție , însă o altă parte se deplasează de la drum și suferă o întârziere, ajungând mai târziu la recepție.Cele două semnale ajunse la recepție se suprapun , însă calitatea semnalului este slabă.Tehnica OFDM ajută la eliminarea problemelor legate de interferențe în cazul standardului WiMAX.Acest caz se poate observa în figura de mai jos:

Figura 2.6 Eliminarea interferenței la WiMAX

2.9 Concluzii

WiMAX este o tehnologie care a cunoscut o dezvoltare importantă în ultimii ani. În

următorii ani se preconizează ca raspândirea acestei tehnologii să ia amploare datorită

reducerii costurilor, ariei mai mari de acoperire și a minimizării echipamentelor pentru

dispoztive mobile.[5]

Câteva aspecte importante alea acestui standard sunt:

WiMAX este similar cu standardul wireless cunoscut sub numele de acces Wi-Fi, dar la o scară mult mai mare și la viteze mai mari

Stratul fizic WiMAX se bazează pe OFDM, care este o tehnică elegantă și eficientă pentru distorsiunile multi-cale

WiMAX are un strat foarte flexibil MAC, care poate găzdui o varietate de tipuri de trafic, inclusiv voce, video și multimedia, și oferă QoS puternic.

WiMAX are o arhitectură flexibilă de rețea bazată în totalitate pe IP care permite exploatarea tuturor beneficiilor IP.

WiMAX oferă o eficiență spectrală foarte ridicată, în special atunci când se utilizează soluțiile MIMO de ordin superior.

CAPITOLUL 3

MODELELE DE PROPAGARE

Având în vedere faptul că numărul abonaților a crescut destul de mult în ultimii ani , acest lucru a determinat un interes pentru noi modele de propagare sau pentru îmbunătățirea modelelor deja existe.

Predicția pierderilor de propagare reprezintă un pas foarte important în proiectarea unui sistem radio mobil, fiind necesare metode de estimare cât mai exacte pentru a se putea determina parametrii sistemului de comunicație radio în vederea asigurării unei legături eficiente în zona specificată. Este evident până acum faptul că propagarea semnalului este influențată de o serie de factori: în zonele urbane, trebuie luate în calcul efectul clădirilor și al altor obstacole, în timp ce, în zonele rurale umbrirea, absorbția și dispersia produse de copaci și vegetație pot cauza pierderi substanțiale, în special la frecvențe înalte.[6]

Există mai multe tipuri de modele de propagare , unele presupun cunoașterea exactă a mediului de propagare oferind o valoare fixă a pierderilor dar sunt dificil de implementat în practică deoarece cunoașterea cu exactitate a mediului presupune existența unei baze de date care să permit calcularea cu exactitate a pierderilor de propagare. Acestea fiind imposibile se utilizează modelele de propagare statistice care prezic pierderile de propagare prin măsurători alea câmpului electromagnetic recepționat în zonele în care se dorește prezicearea valorii pierderilor sau prin aplicarea unor corecții aupra modelelor deterministe.

3.1 Tipuri de terenuri folosite în planificarea radio

Planificarea radio pentru tehnologiile mobile este concentrată asupra terenurilor , acestea fiind împărțite în trei categorii:

Zone urbane

Zone semiurbane

Zone rurale

Din punct de vedere al pierderilor , în zonele urbane se obțin cele mai mari pierderi de propagare

datorită clădirilor foarte înalte.În aceste situații se reucrge la folosirea unor diferite tehnici de modulație și codare avansate datorită atenuării foarte mari a semnalului.

Zonele suburbane prezintă pierderi mai mici decât cele urbane. Acestea se referă la orase mici cu clădiri nu foarte înalte (1-4 etaje).

În cazul zonelor rurale pierderile de propagare sunt mult mai scăzute , acestea fiind formate din sate, câmpii, zone muntoase. În aceste condiții se poate asigura o acoperire bună folosindu-se stații de bază cu înălțimi de peste 50 de metri.

3.2 Stanford University Interim (SUI)

A fost dezvoltat un model de canal pentru standardul WiMAX în zonele suburbane de către grupul IEEE 802. 16 împreună cu Universitatea Stanford. . O extensie a unui proiect ce aparține AT&T a dus la obținerea unui model de propagare numit SUI.[7]

Se pot calcula pierderile medii de propagare cu ajutorul acestui model.Acestea sunt împărțite în trei categorii:

Categoria A: teren deluros cu densități moderate sau mari de copaci, conduc la pierderi de propagare maxime

Categoria B: zone deluroase cu puțină vegetație sau vegetație densă și teren plat.Acestea sunt caracterizate de pierderi de propagare medii

Categoria B: teren plat cu densități mici de copaci.Acestea conduc la pierderi mici de propagare

În cazul acestor categorii se respectă următoarele scenarii:

Celule cu rază de până în 10 km

Înălțimea antenei de recepție cuprinsă între 2 și 10 m

Înălțimea stațiilor de bază cuprinsă între 15 și 40 m

În ceea ce privește gradul de acoperire cerințele sunt de 80-90 %

Modelul SUI este un model de propagare potrivit pentru tehnologia WiMAX cât și pentru implementările aplicațiilor fără fir fixe și de bandă largă.

3.2.1Modelul de bază SUI (sau modelul Erceg)

Acest model se bazează pe modelul Erceg dacă se lucrează la frecvențe apropiate de 2 GHz și având înălțimea antenelor de recepție mai mica de 2 m. Modelul a fost propus de IEEE fiind proiectat pentru zonele suburbane.

Valoarea medie e pierderilor are expresia :

(3.1)

Unde :

d >

(3.2)

(3.3)

d0 = 100 m

10 m < hb < 80 m

8. 2 dB < s <10. 6 dB

Iar :

d este distanța dintre stația de bază și stația mobilă exprimată în metri

d0 este distanța de referință exprimată în metri

λ este lungimea de undă exprimată în metri

γ este exponentul pierderilor de propagare

hb este înălțimea stației de bază exprimată în metri

s este efectul de umbrire

a, b, c sunt constate care depind de categoria terenului

Tabelul3.1 Valorile constantelor a, b, c în funcție de categorie

3.2.2 Modelul SUI cu factori de corecție

Se pot introduce factori de corecție în condițiile în care înălțimea antenelor este cuprinsă între 2-10 metri iar frecvențele sunt mai mari de 2 GHz:

(3. 4)

Unde :

este factorul de corecție al frecvenței

(3. 5)

este factorul de corecție al înălțimii antenei de recepție

(3. 6)

3.2.3 Modelul SUI extins

În cazul acestui model factorul de corecție din relația de mai sus (3.6) se modifică. Se introduce astfel o nouă metodă de calcul a distanței de referință fiind notată în acest caz cu .Prin urmare, pierderile de medii propagare sunt date de următoarele relații:

(3. 7)

Unde :

(3. 8)

(3. 9)

(3.10)

este factorul de corecție al frecvenței

(3.11)

este factorul de corecție al înălțimii antenei de recepție

(3.12)

Parametrii a, b, c, și se vor calcula prin metoda descrisă anterior. [7]

3.3 Modelul Okumura-Hata

Pentru distanțe cuprinse între 1km și 40km față de punctul de stația de bază se pot utiliza cu bune rezultate relațiile determinate de către Okumura și Hata, care au fost obținute experimental pentru zone cu construcții de înălțimi medii și vegetație de zonă temperată.[8]

Aceste model se bazează pe faptul că piederile pot fi prezise sumând pierderile din spațiul liber cu atenuarea medie în mediul urban relativ la propagarea în spațiul liber și factorii de corecție care apar datorită înălțimilor diferite ale antenelor:

(3.13)

Unde:

-reprezintă factorul de câștig al înălțimii stației de bază care depinde de înălțimea efectivă a stației de bază și distanță

-reprezintă factorul de câștig al înălțimii antenei mobilului

Hata a încercat ca metoda Okumara să fie mai ușor de aplicat stabilind relațiile matematice ce descriu curbele grafice date de Okumura. Astfel expresia pierderilor în funcție de domeniul de aplicabilitate este următoarea:

pentru zone urbane:

(3.14)

unde:

– ;

;

;

este factorul de corecție pentru înălțimea antenei mobilului și se calculează după cum urmează:

pentru orașe mici și medii:

pentru orașe mari:

(3.16)

pentru zone suburbane:

(3.17)

pentru zone deschise:

(3.18)

Aceste expresii au îmbunătățit considerabil aplicabilitatea practică a relațiilor Okumura, deși formulările Hata nu includ nici una din corecțiile specifice căii de propagare, corecții disponibile în modelul original. O comparație între rezultatele obținute cu aceste ecuații și cele rezultate ca urmare a aplicării metodei originale conduce la diferențe neglijabile ce rareori depășește 1 dB. În cazul utilizării unor antene cu câștig la emisie, respectiv la recepție, atenuarea de traseu se micșorează cu suma câștigurilor celor două antene:

(3.19)

Relațiile de predicție Hata pot fi extinse atât în zone urbane, cât și în zone împădurite, până la 40 km în raport cu punctul de emisie și înălțimea antenei de recepție cuprinsă între 1 și 10 m. Relația pentru zone urbane permite calculul atenuării între 20 km și 100 km dacă termenul lg d este înlocuit cu termenul , unde

(3.20)

3.4 Modelul COST-231 Hata

În cazul modelului Okumura-Hata nu se poate opera la frecvența de 1800 MHz, acesta fiind o frecvență foarte des întâlnită în funcționarea generațiilor de comunicații mobile. Modelul COST-231 Hata este o soluție la această problemă, deoarece se aplică în domeniul de frecvențe 1. 5 – 2 GHz. Este caracteristic zonelor urbane, iar înălțimile tipice pentru antenele de emisie și recepție sunt de 30 – 200 m, respectiv de până la 10 m. [9]

Pierderile de propagare în acest caz se exprimă prin relația :

(3.21)

Unde :

este frecvența în MHz

este distanța dintre antena de emisie și cea de recepție exprimată în km

este înălțimea antenei de emisie exprimată în metri

este un factor de corecție ce ia valoarea 0 dB pentru zone suburbane sau rurale și 3 dB pentru zonele urbane [15]

Funcția are expresii diferite pentru zonele urbane, respectiv suburbane:

(3.22)

(3.23)

unde este înălțimea antenei de recepție. [8]

3.5 ITU-R 525/526

Modelul 525 este o metodă prin care se determină pierderile de propagare în spațiul liber. În cazul în care antenele se consideră izotrope, putem considera relația :

(3.24)

Unde :

sunt pierderile de transmisie în spațiul liber exprimate în dB

este distanța exprimată în metri

este lungimea de undă exprimată în metri

Prin utilizarea frecvenței în locul lungimii de unde, putem rescrie ecuația (3. 26) astfel :

(3.25)

Unde :

este frecvența exprimată în MHz

este distanța exprimată în în km

Recomandarea ITU-R P. 526 se referă la modul de propagare prin difracție, oferind mai multe modele de evaluare a efectului difracției asupra câmpului recepționat.

3.6 Difracția deasupra terenurilor cu obstacole

Difracția este un fenomen caracteristic propagării undelor, care se manifestă prin prezența undelor electromagnetice în spatele unor obiecte care obstrucționează calea de propagare în vizibilitate directă. Fenomenul difracției se explică cu ajutorul principiului lui Huygens, care afirmă că toate punctele unui front de undă pot fi considerate drept surse punctiforme secundare. Aceste surse secundare vor genera la râdul lor alte unde (secundare), care combinându-se vor produce o nouă undă ce se propagă către receptor. [6]

Se consideră situația unui sistem de comunicație format din emițătorul T și receptorul R. Pe traiectul de comunicație în vizibilitate directă este interpus un ecran perfect absorbant al cărui plan este normal la calea de comunicație în vizibilitate directă. Pentru a descrie o astfel de situație se utilizează termenul difracție pe muchie de cuțit, reflexiile pe suprafața solului fiind ignorate. Pentru situația practică în care acest semiplan obturant este un obstacol ascuțit oarecare, se poate observa din Figura 1 faptul că după obstacol se mai propagă totuși o undă către R. Acest fenomen se explică cu ajutorul difracției și implicit al principiului lui Huygens. [6]

Figura 3.1 Difracție pe “muchie de cuțit” [15]

Toți parametrii geometrici sunt combinați într-un singur parametru astfel :

(3.26)

(3.27)

(3.85)

(3.29)

Unde :

este înălțimea vârfului obstacolului aflat deasupra liniei directe ce unește cele două capete ale căii. Dacă înălțimea sub linia menționată, este negativ

și sunt distanțele din vârful obstacolului până la cele două capete ale căii

este lungimea căii de propagare

este unghiul de difracție exprimat în radian. Acest parametru are același semn cu . Unghiul este de regulă mai mic de 0. 2 rad, sau aproximativ 12

și : unghiurile dintre vârful obstacolului și unul dintre capete, văzut de la celălalt capăt

CAPITOLUL 4

MEDIUL DE SIMULARE ICS Telecom

4.1 Prezentarea programului ICS Telecom

ICS Telecom este un software de simulare și planificare a rețelelor de telecomunicații și de gestiune a spectrului de frecvență.

ICS Telecom are aplicabilitate în toate rețelele de radiocomunicații moderne, atât fixe cât și mobile, într-o gama de frecventa cuprinsa între 30MHz to 450GHz, incluzând:

Sisteme aeronautice

Transmisiuni TV și radio

Telefonie mobilă, rețea radio de acces fixă

Telefonie fixă

Sisteme marine

Aplicații de microunde

Radar

Sateliți

Telemetrie. [9]

Aceste capitol constă în simularea acoperirii radio cu ajutorul programului ICS Telecom , utilizând trei modele de propagare:

COST-231 Hata

Stanford University Interim (SUI)

ITU 525/526

Se realizează o comparație a nivelelor de semnal pe care le-ar recepționa un utilizator mobil pe baza rezultatelor obținute în urma celor trei simulări și cele înregistrate în urma unor măsurători practice în cadrul rețelei LTE a unui operator mobil.

În cadrul simulării se va utiliza o porțiune a hărții orașului București, care este prezentată în figura următoare:

Figura 4.1 Hartă folosită pentru simularea acoperirii radio

Pe harta prezentată mai sus se vor amplasa opt stații de bază având parametrii:

Longitudine

Latitudine

Putere

Frecvență de oprerare

Azimuth

Tilt [10]

În urmă amplasării stațiilor de bază am obținut harta arată astfel :

Figura 4.2 Harta după plasarea stațiilor de bază

Interfața grafică a programului ICS Telecom, prezentată în figura de mai sus , este împărțită în următoarele regiuni:

Zona de afișare

Zona de coordonate

Paleta de culori

Bara de stare

Bara de unelte

Toate aceste regiuni sunt intedependente, de exemplu în momentul în care utilizatorul deplasează cursorul pe zona de afișare, informațiile din zona de coordonate se vor modifica.

Zona de afișare

Zona de afișare este practic spațiul de lucru al programului, în această zonă utilizatorul având posibilitatea de a vizualiza nivelele cartografice (imagini de referință, cluttere, clădiri, vectori) în 2 sau 3 dimensiuni, desfășurarea simulărilor în timp real și imprimarea rezultatelor pe fișierul cartografic activ.

La încărcarea unui proiect, fișierul cartografic este vizualizat în întregime, indiferent de dimensiunile sale. Raportul de scalare necesar pentru această operație este calculat automat de către aplicație. În partea dreaptă a zonei de afișare a proiectului sunt oferite informații asupra obiectelor și terenului.

Zona de coordonate

Informațiile legate de poziția cursorului sunt afișate în timp real în câmpul de coordonate.

Informația afișată conține (de la stânga la dreapta):

Longitudine, Latitudine în metri sau grade, în funcție de proiecția imaginii cartografice. Coordonatele geografice sunt indicate în câmpurile Long și Lat și sunt exprimate în grade, minute, secunde.

Altitudinea în metri

Codul clutter-ului. O listă completă a codurile pentru cluttere este dată în tabelul 1:

Tabelul 1. Codurile pentru cluttere

Pentru fiecare dintre aceste coduri se pot asocia diferite valori pentru atenuare.

Înaltimea clădirii (Clut h)

Înalțimea clădirii pe care se află poziționat cursorul

Numărul de stații (S)

Numărul de stații pe poziția în care se află cursorul • Rezultatele simulărilor:

Numărul de canale disponibile (Cx)

Distanța în km între un punct de origine (definit prin apasarea tastei <F2>) și poziția cursorului

Azimutul în grade între un punct de origine (definit prin apasarea tastei <F2>) și poziția cursorului [8]

Paleta de culori

La extremitatea de jos a ecranului, paleta de culori afișează culorile și valorile asociate acestora. Variază în funcție de nivelul activ de pe ecran.

Figura 4.3 Paleta de culori din cadrul programului ICS Telecom

În funcție de situație, pot fi întâlnite următoarele cazuri:

Paleta de culori asociată imaginii

Paleta de culori asociată modelului de teren digital

Paleta de culori asociată rezultatelor simulărilor

Valorile asociate fiecărei culori sunt specificate în partea dreaptă a paletei de culori. În funcție de opțiunile selectate, valorile pot fi exprimate în: metri, m/10, Watt, Hz, µsec, procente, dBµV/m și dBm. [8]

Paleta alcatuită din 11 culori folosită pentru afișarea rezultatelor poate fi modificată de către utilizator.

Bara de unelte

Bara de uneltele a programului ICS Telecom (prezentată în figura 4) este localizată în partea stângă a ecranului și permite configurarea diferitelor elemente, precum:

Instalarea obiectelor pe teren (stații fixe, traiectorii mobile, legături de microunde)

Modul de simulare dinamică

Unelte de simulare rapidă

Administrarea afișării hărților

Accesul la listele de stații, de legături de microunde, de puncte de referință, de direcții și locatii, precum și accesul la bazele de date interne si externe

Unelte de desen/selectare

Starea porturilor de comunicații [8]

Stațiile de bază aplicate pe hartă au fost amplasate în următoarele zone :

Figura 4.5 Stația de bază MASCA

Figura 4.6 Stația de bază LUJERULUI

Figura 4.7 Stația de bază MARCU

Figura 4.8 Stația de bază MILEA

Figura 4.9 Stația de bază PANDURII

Figura 4.10 Stația de bază REGIE

Figura 4.11 Stația de bază TIMIȘOARA

Figura 4.12 Stația de bază CĂMIN U

4.1.1 Modelul ITU 525/526

În urma simulării programului folkosund modelul ITU 525-526 am obținut următoarele rezultate:

Figura 4.13 Simularea acoperirii radio pentru modelul de propagare ITU 525/526

4.1.2 Modelul COST-231 HATA

Acoperirea radio obținută în urma simulării cu ajutorul modelului COST-231 HATA este:

Figura 4.14 Simularea acoperirii radio pentru modelul de propagare COST-231 HATA

4.2.3 Modelul SUI

Prin simularea programului cu ajutorul modelului SUI am obținut următoarea acoperire radio:

Figura 4.15 Simularea acoperirii radio pentru modelul de propagare SUI

4.2 Comparație între rezultatele obținute pe teren cu cele simulate

CONCLUZII

Din a patra generație (4G) fac parte două standarde concurente : WiMAX și LTE, ambele fiind atât de asemănătoare încat majoritatea oamenilor ajung să le confunde. O diferență între aceste standarde este faptul că funcționeză pe frecvențe diferite, ceea ce face implementarea lor diferită. WiMAX a fost conceput pentru a lucra cu noi implementări în schimb ce LTE a fost conceput pentru instalarea de rețele mobile și de bandă largă deja existente. Ambele tehnologii sunt capabile să lucreze în bandă largă doar că fiecare ruleză pe anumite frecvențe care nu are ca scop afectarea vitezei , funcționalitatii sau fiabilității ci doar se schimbă modul în care sistemele sunt stabilite și implementate.LTE a fost conceput pentru a lucra la frecvența de 700MHz , WiMAX la frecvența de 2,3 GHz , ambele fiind capabile să lucreze la frecvențele 2,1 GHz și 2,5 GHz.

Viteza și ușurința în utilizare sunt doi factori comuni la care utilizatorii se uită când aleg ce tip de tehnologie să folosescă. Cum LTE și WiMAX sunt similare în ambele aspecte, fiecare arată puterea ei într-un anumit aspect: LTE oferă rate de transfer ușor mai mari , mai ales în departamentul de telefonie mobilă, însă diferența nu este la fel de pronunțată cu implementările sau ruterele fixe. Configurarea este relativ ușoară pentru ambele standarde, WiMAX este puțin mai ușor de configurat.

Aceste tehnologii se aseamănă din multe puncte de vedere , ambele fiind bazate pe IP, folosesc tehnologie de modulare bazată pe OFDM și pot suporta MIMO avansat.

Pentru a vedea mai bine diferențele dintre aceste două standarde mai jos sunt exemplificate câteva dintre avantajele fiecărei tehnologii :

Avantajele LTE:

Este compatibil cu tehnologiile anterioare : GSM, GPRS, UMTS, EDGE, HSPA

Viteză mai mare pentru utilizatorii mobili

Benzi de frecvențe variate

Posibilitatea reutilizării unor blocuri de frecvență ce erau utilizate anterior pentru alte tehnologii

Avantajele WiMAX:

Costuri de implementare reduse

Timp mai scurt de implementare

Foarte accesibile pentru rețelele private de bandă largă

Este singura tehnologie ce poate fi utilizată pentru servicii de bandă largă fixe și mobile

Ambele tehnologii au avantaje și dezavantaje iar alegerea uneia dintre ele depinde de obiectivul operatorului și se rezumă la un compromis între costul investiției și performanțele ce pot fi obținute.

BIBLIOGRAFIE

[1]*** http://searchmobilecomputing.techtarget.com/definition/SISO, accesat la data de 10.02.2016

[2] *** http://www.agir.ro/buletine/722.pdf, accesat la data de 11.02.2016

[3]*** http://documents.tips/documents/retele-wimax-fixe-si-mobile.html, accesat la data de 15.03.2016

[4]*** http://documents.tips/documents/95067112-retele-wimax-fixe-si-mobile.html, accesat la data de 20.03.2016

[5]*** http://documents.tips/documents/wimax-55a4d900532a2.html, accesat la data de 20.04.2016

[6]*** Comunicații mobile-notițe din platforma de laborator

[7] *** http://www.xirio-online.com/help/en/sui.html, accesat la data de 12.05.2016

[8] ***Marghescu Ion Comunicații mobile –notițe de curs

[9]*** https://en.wikipedia.org/wiki/COST_Hata_model, accesat la data de 22.05.2016

[10]*** http://www.atdi.com/ics-telecom/, accesat la data de 15.06.2016

[11]***http://www.xirio-online.com/help/en/sui.html – accesat la data de 21.06.2015