Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ:Τηλεπικοινωνιών και Τεχνολογίας Πληροφορίας ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΔΙΑΔΟΣΗΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Γεωργακόπουλου Παναγιώτη Αριθμός Μητρώου: Θέμα Μελέτη παραμέτρων και υλοποίηση αλγορίθμου για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη κυψελωτών δικτύων κινητής τηλεφωνίας Επιβλέπων Καθηγητής Σταύρος Κωτσόπουλος Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Σεπτέμβριος 2016

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα Μελέτη παραμέτρων και υλοποίηση αλγορίθμου για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη κυψελωτών δικτύων κινητής τηλεφωνίας Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Γεωργακόπουλου Παναγιώτη Αριθμός Μητρώου: Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Καθηγητής Σταύρος Κωτσόπουλος Ο Διευθυντής του τομέα Καθηγητής Νικόλαος Φακωτάκης 2

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: Μελέτη παραμέτρων και υλοποίηση αλγορίθμου για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη κυψελωτών δικτύων κινητής τηλεφωνίας Φοιτητής: Γεωργακόπουλος Παναγιώτης Επιβλέπων: Καθηγητής Σταύρος Κωτσόπουλος 3

4 Περίληψη Σε αυτή τη διπλωματική εργασία αρχικά γίνεται μια εισαγωγή πάνω στο αντικείμενο της. Έπειτα, στο πρώτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται και αναλύονται έννοιες σχετικές με τα κυτταρικά δίκτυα, απαραίτητες για την κατανόηση του σχετικού αντικειμένου. Έπειτα γίνεται καταγραφή και λεπτομερής περιγραφή της μεθοδολογίας του κυψελοειδούς σχεδιασμού. Το δεύτερο κεφάλαιο εστιάζει στην αρχιτεκτονική δικτύων GSM την οποία και θα χρησιμοποιήσουμε για τον κυψελοειδή σχεδιασμό στην ευρύτερη περιοχή του νομού Αχαΐας. Εδώ αντικείμενο ανάλυσης είναι μεταξύ άλλων τα δομικά στοιχεία του, τα χαρακτηριστικά του, οι προδιαγραφές του, καθώς και οι παρεχόμενες από αυτό υπηρεσίες. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζουμε τα στοιχεία κάθε υποπεριοχής σχεδίασης και εξάγουμε μεγέθη χρήσιμα για την σχεδίαση. Ουσιαστικά υλοποιούμε τα πρώτα δύο βήματα της μεθοδολογίας που παρουσιάζεται στο πρώτο κεφάλαιο. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια συνολική παρουσίαση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων και ένας τελικός υπολογισμός των δομικών στοιχείων που απαιτούνται για την διεκπεραίωση του κυτταρικού σχεδιασμού ενώ ακολουθούν τα τελικά συμπεράσματα που προκύπτουν από την διαδικασία της κυτταρικής σχεδίασης. 4

5 Abstract In this diploma thesis, initially there is an introduction on the relative subject. Then, in the first chapter, we present and analyze crucial concepts of cellular networks, which are necessary for the understanding of the subject. Afterwards there is a detailed description of the methodology of the cellurar design.the second chapter focuses on the GSM network architecture which will be used for the cell planning in the wider region of Achaia. In this chapter there is a reference to the structural elements, features, specifications and the services provided by a GSM network. In the third chapter there is an examination of the characteristics of each Achaias subregion which is used to export figures, useful to the cell planning. Essentialy there is an implementation of the first two steps of the methodology presented in the first chapter. Finally, the fourth chapter provides a comprehensive presentation of the results of the simulations and a final calculation of the components which are required for carrying out the cell planning, followed by the final conclusions of the cell planning process. 5

6 Ευχαριστίες Καταρχάς θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για τη οικονομική και μη στήριξη που μου παρείχε κατά την διάρκεια των σπουδών μου. Χωρίς την πολύτιμη βοήθειά τους η εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας θα ήταν αδύνατη. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, κύριο Σταύρο Κωτσόπουλο για την ευκαιρία που μου προσέφερε να ασχοληθώ με ένα από τα αγαπημένα μου αντικείμενα σε ό,τι αφορά την σχολή καθώς και για την πολύτιμη βοήθειά του ώστε να γίνει δυνατή η ολοκλήρωση της διπλωματικής εργασίας. 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περίληψη...4 Abstract...5 Ευχαριστίες...6 Εισαγωγή...15 Κεφάλαιο 1: Ανάλυση Βημάτων Κυψελοειδούς Σχεδιασμού Εισαγωγή Κυτταρικός σχεδιασμός Κύτταρα Ηλεκτρομαγνητική κάλυψη κυττάρων Cell cluster Βήματα κυτταρικού σχεδιασμού Εκτίμηση της κάλυψης και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης του δικτύου Εκτίμηση Της Κάλυψης Εκτίμηση Της Χωρητικότητας Εκτίμηση της τηεπικοινωνιακής κίνησης/φορτίου Σχεδιασμός συχνοτήτων Εικονικός κυτταρικος σχεδιασμος Διαστασιολόγηση με κριτήριο την κάλυψη Διαστασιολόγηση με κριτήριο την χωρητικότητα Γραφική απεικόνιση κυττάρων στον χάρτη Έρευνες Site survey Ράδιο-μετρήσεις Σχεδιασμός συστήματος Εφαρμογή Προσαρμογές Συστήματος Συμπεράσματα...37 Κεφάλαιο 2: Χαρακτηριστικά Αρχιτεκτονικής Δικτύου GSM

8 2.1. Εισαγωγή Γενικά Αρχιτεκτονική του GSM Υποσύστημα ραδιοδικτύου Κινητός σταθμός Υποσύστημα Σταθμού Βάσης Υποσύστημα δικτύου και μεταγωγής Ψηφιακό κέντρο μεταγωγής Οικεία βάση δεδομένων Βάση δεδομένων επισκεπτών Κέντρο πιστοποίησης Βάση δεδομένων καταχώρησης ταυτότητας εξοπλισμού Gateway Mobile Switching Centre (GMSC) Πύλη υπηρεσίας αποστολής μικρών μηνυμάτων Περιοχές του δικτύου Περιοχή κυψέλης (cell area) Περιοχή θέσης (location area) Περιοχή μεταγωγής ( MSC/VLR area) Περιοχή εξυπηρέτησης του παρόχου (PLMN area) Προδιαγραφές και χαρακτηριστικά του GSM Ζώνες συχνοτήτων του GSM GSM GSM Άλλες εκδόσεις Τεχνική πρόσβασης TDMA Κανάλια Διεπαφές μεταξύ των δομικών στοιχείων Διεπαφή Αέρος Um Διεπαφή Abis Διεπαφή A Υπηρεσίες του GSM/Μεταπομπή Συμπεράσματα

9 Κεφάλαιο 3: Υλοποίηση Κυψελοειδούς Σχεδιασμού Στην Ευρύτερη Περιοχή του Νομού Αχαΐας Εισαγωγή Παρουσίαση της περιοχής σχεδίασης Καλάβρυτα Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Αίγιο Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου Με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Κάτω Αχαΐα Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής

10 Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Ριο Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Μεσσάτιδα Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος

11 3.8. Βραχναίικα-Παραλία Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Περίχωρα Πατρών Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Κέντρο Πάτρας Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων

12 Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Ανοιχτές (Rural) Περιοχές Εκτίμηση κάλυψης και τηλεπικοινωνιακής κίνησης Χαρακτηριστικά γεωγραφικής περιοχής Επιλογή μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης Συνδρομητικό φορτίο Ικανοποίηση απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής Διαστασιολόγηση του τοπικού δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα Διαχείριση συχνοτήτων Προστασία από παρεμβολές Κυτταρικός σχεδιασμός Σχεδιασμός συστήματος Συμπεράσματα Κεφάλαιο 4: Αποτελέσματα Προσομοιώσεων Εισαγωγή Αποτελέσματα προσομοίωσης για κάθε περιοχή Καλάβρυτα Κάτω Αχαΐα Αίγιο Ρίο Μεσσάτιδα Βραχναίικα- Παραλία Περίχωρα Πατρών Κέντρο Πατρών Ανοιχτές Περιοχές Συνολικά αποτελέσματα Συμπεράσματα

13 Κεφάλαιο 5: Γενικά Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Παράρτημα Α

14 14

15 ΓΕΝΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η επικοινωνία εξ αποστάσεως αποτέλεσε ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα από την εποχή της αρχαιότητας. Με την πάροδο των αιώνων και τα τεχνολογικά επιτεύγματα της ανθρωπότητας, αυτή τελικά κατέστη δυνατή με πληθώρα τρόπων μέσω των σύγχρονων τηλεπικοινωνιακών δικτύων. Ένα από αυτά είναι τα κυψελωτά δίκτυα, τα οποία ικανοποιούν την ανάγκη των ανθρώπων για επικοινωνία απαλλαγμένη από περιορισμούς όπως ο χώρος και ο χρόνος (δηλαδή όποτε και όπου επιθυμούν), παρέχοντάς τους πλήρη κινητικότητα και προσφέροντάς τους υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων και πληθώρα πολυμεσικών υπηρεσιών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, θα πραγματοποιηθεί μελέτη των παραμέτρων για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη του κυψελωτού δικτύου στην ευρύτερη περιοχή της Αχαΐας, το οποίο και θα σχεδιαστεί. Επίσης θα γίνει υλοποίηση του απαραίτητου γι αυτήν αλγορίθμου. Στο πρώτο Κεφάλαιο, θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν τα βήματα και η διαδικασία η οποία πρέπει να ακολουθηθεί για τον σχεδιασμό ενός κυψελοειδούς/κυτταρικού δικτύου.είναι ένα εισαγωγικό κεφάλαιο στο οποίο ουσιαστικά εξηγούνται οι παράμετροι τις οποίες είναι αναγκαίο να λάβει υπόψη του ο μηχανικός ώστε να μπορέσει να υλοποιήσει τον κυτταρικό σχεδιασμό. Στο δεύτερο Κεφάλαιο θα γίνει αναλυτική περιγραφή της αρχιτεκτονικής δικτύου GSM (στην οποίαέχει βασιστεί η προσέγγισηπου υλοποιείται σε αυτή τη διπλωματικήεργασία. Στο τρίτο Κεφάλαιο θα παρουσιαστεί η προσέγγιση που επιλέχθηκε για την υλοποίηση του κυψελοειδούς σχεδιασμού στις περιοχές του Νομού Αχαΐας που επιλέχθηκαν. Επιπλέον, θα γίνει και διαστασιολόγηση των απαραίτητων δομικών μονάδων για την υλοποίηση του κυψελοειδούςδικτύου. Στο τέταρτο Κεφάλαιο θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων της σχεδίασης κυτταρικού δικτύου για κάθε περιοχή του Νομού Αχαΐας που επιλέξαμε και θα δοθούν κάποια συνολικά αποτελέσματα τα οποία αφορούν κυρίως το Υποσύστημα Δικτυου και Μεταγωγής. Κάποια από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ταυτίζονται με αυτά του 3 ου Κεφαλαίου αλλά παρουσιάζονται και εδώ ώστε ο αναγνώστης να έχει μια πλήρη, συνολική εικόνα. Τέλος δίνονται τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας. 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: «ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΗΜΑΤΩΝ ΚΥΨΕΛΟΕΙΔΟΥΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ» 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε αυτό το κεφάλαιο θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν τα βήματα και η διαδικασία η οποία πρέπει να ακολουθηθεί για τον σχεδιασμό ενός κυψελοειδούς/κυτταρικού δικτύου. Είναι ένα εισαγωγικό κεφάλαιο στο οποίο ουσιαστικά εξηγούνται οι παράμετροι τις οποίες είναι αναγκαίο να λάβει υπόψη του ο μηχανικός ώστε να μπορέσει να υλοποιήσει τον κυτταρικό σχεδιασμό. Κάθε κυψελοειδές δίκτυο απαιτεί κατάλληλο κυψελοειδή σχεδιασμό ώστε να εξασφαλιστεί η επαρκής κάλυψη της περιοχής στην οποία αυτός πραγματοποιείται καθώς και η αποφυγή πιθανών παρεμβολών ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Ο κυτταρικός σχεδιασμός (cell planning) θα πρέπει να περιλαμβάνει την σχεδίαση ενός δικτύου, ικανού να παρέχει υπηρεσίες στους πελάτες του οποτεδήποτε αυτοί τις ζητούν και ανεξάρτητα από την θέση τους στην περιοχή κάλυψης του δικτύου. Για να επιτευχθεί ένας επιτυχής κυτταρικός σχεδιασμός θα πρέπει να ακολουθηθούν κάποια βήματα. Πολλά από αυτά τα βήματα πραγματοποιούνται παράλληλα (καθώς συνδέονται άμεσα μεταξύ τους). Η υλοποίηση όλων αυτών των βημάτων καθιστά δυνατή την δημιουργία ενός άρτια λειτουργικού δικτύου. Για λόγους σαφήνειας, τα βήματα του κυψελοειδούς σχεδιασμού παρουσιάζονται ξεχωριστά στα επόμενα υποκεφάλαια. Πρέπει να τονιστεί ότι δεν υπάρχει κάποια αυστηρώς τυποποιημένη μεθοδολογία κυψελοειδούς σχεδιασμού αλλά ενδεικτικές, οι οποίες μπορεί να χρησιμοποιούνται ανάλογα με την περίσταση. Πριν όμως παρουσιαστούν τα βήματα του κυψελοειδούς σχεδιασμού καλό είναι να δοθούν μερικοί βασικής σημασίας ορισμοί ΚΥΤΤΑΡΑ Κύτταρο ή κυψέλη είναι η γεωγραφική περιοχή η οποία καλύπτεται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από έναν σταθμό βάσης και οριοθετείται βάσει μιας κατώτερης στάθμης ισχύος σήματος από τον σταθμό βάσης. Πολλές φορές αυτή η στάθμη είναι η στάθμη ευαισθησίας των φορητών συσκευών η οποία ουσιαστικά αποτελεί την ελάχιστη λαμβανόμενη ηλεκτρομαγνητική ισχύ με την οποία η φορητή συσκευή μπορεί να εκτελέσει τις λειτουργίες κάτω ζεύξης. 16

17 Σε κάθε σταθμό βάσης καταχωρούνται κάποιες συγκεκριμένες συχνότητες για εκπομπή και λήψη, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την παροχή υπηρεσιών στους συνδρομητές στην περιοχή ενός κυττάρου. Βασικός λόγος δημιουργίας των κυψελών αποτέλεσε η ανάγκη για αποδοτικότερη αξιοποίηση του διαθέσιμου ραδιοφάσματος. Αυτό μπορεί να γίνει με την επαναχρησιμοποίση των διαθέσιμων συχνοτήτων. Η φιλοσοφία πίσω από την επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων είναι η δυνατότητα χρήσης καναλιών με τις ίδιες ονομαστικές συχνότητες φορέα σε διαφορετικά μη γειτονικά κύτταρα (ώστε να αποφεύγεται η ομοκαναλική παρεμβολή). Σε κάθε κύτταρο ανατίθεται μία ομάδα συχνοτήτων (δηλαδή καταχωρούνται κάποιες συχνότητες στον Σταθμό Βάσης που καλύπτει την περιοχή του κυττάρου) από το συνολικό αριθμό των διαθέσιμων συχνοτήτων του συστήματος. Με την ιδέα της επαναχρησιμοποίησης λοιπόν, η ομάδα αυτή των συχνοτήτων του κυττάρου μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί ξανά για να εξυπηρετηθούν περισσότερα του ενός κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο παρότι χρησιμοποιούνται οι ίδιες συχνότητες (μιας και ο κάθε πάροχος έχει στην κατοχή του έναν συγκεκριμένο αριθμό συχνοτήτων), οι οποίες θεωρητικά θα μπορούσαν να εξυπηρετήσουν έναν περιορισμένο αριθμό συνδρομητών του δικτύου, η χωρητικότητα του δικτύου αυξάνεται.. Στις περισσότερες προσεγγίσεις θεωρείται ότι τα κύτταρα έχουν εξαγωνικό σχήμα, κάτι το οποίο γίνεται προσεγγιστικά και ώστε να βολεύει την σχεδίαση και να παραβλέπονται οι περιοχές ηλεκτρομαγνητικής επικάλυψης. Θεωρητικά ένα κύτταρο έχει κυκλικό σχήμα αφού καθορίζεται στον χώρο βάσει της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του σταθμού βάσης του. Στην πραγματικότητα, η ύπαρξη φυσικών και τεχνητών εμποδίων αναγκάζουν το διαδιδόμενο κύμα να υπόκειται σε διάφορους μηχανισμούς διάδοσης όπως είναι η ανάκλαση, η διάθλαση, η περίθλαση, η σκέδαση και η πολυόδευση οι οποίοι καθιστούν την μορφή του κυττάρου ακανόνιστη. Στον κυτταρικό σχεδιασμό χρησιμοποιούνται κύτταρα διαφόρων μεγεθών καθώς η κατανομή της τηλεπικοινωνιακής κίνησης δεν είναι ομοιόμορφη αλλά συμβαδίζει με την πληθυσμιακή κατανομή. Αυτά είναι τα: -Κύτταρα μέγιστης κάλυψης(overlay Cells): Η ακτίνα τους μπορεί να φτάνει και τιςμερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Χρησιμοποιούνται στην δορυφορική τηλεφωνία. -Υπερκύτταρα (Hyper Cells): Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης μεγαλύτερη από 20 km και χρησιμοποιούνται για την επικοινωνιακή κάλυψη κινητών μονάδων οι οποίες ευρίσκονται εντός επαρχιακών περιοχών. -Μακροκύτταρα (Macro Cells): Έχουν ακτίνα κάλυψης με ελάχιστη ακτίνα το 1 km και μέγιστη τα 20 km. Χρησιμοποιούνται για την τηλεπικοινωνιακή κάλυψη κινητών μονάδων που κινούνται σε οδούς εκτός πόλεων και σε πυκνοκατοικημένες περιοχές. -Μικροκύτταρα (Micro Cells): Έχουν ακτίνα 100 με 1000 μέτρα. Χρησιμοπούνται σε κεντρικά σημεία εντός πόλεων. -Πικοκύτταρα (Pico Cells): Αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης μέχρι 100 μέτρα. 17

18 Χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των συνδρομητών που κινούνται εντός των κτιρίων (γραφεία κ.λ.π.) και για όσους βρίσκονται εντός λεωφορείων, τρένων, πλοίων, αεροπλάνων ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΚΑΛΥΨΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το κάθε κύτταρο για να είναι σε θέση να εξυπηρετεί τους συνδρομητές που ανήκουν στην έκτασή του θα πρέπει να καλύπτεται επαρκώς ηλεκτρομαγνητικά. Η ηλεκτρομαγνητική κάλυψη της περιοχής του κυττάρου επιτυγχάνεται με τη χρήση κεραιών στους αρμόδιους σταθμούς βάσης οι οποίοι θα αναλυθουν σε επόμενο κεφάλαιο. Οι κεραίες που χρησιμοποιούνται μπορεί να είναι πανκατευθυντικές (omni antennas) ή τομεακές (κατευθυντικές). Ανάλογα με το διάγραμμα ακτινοβολίας της χρησιμοποιούμενης κεραίας δημιουργούνται διαφορετικές ανάγκες τοποθέτησης των σταθμών βάσης στο κύτταρο και ξεχωριστά σενάρια κυτταρικού σχεδιασμού. Η πανκατευθυντική κεραία χρησιμοποιείται για την παροχή κάλυψης ενός κυττάρου με μεγάλη έκταση. Στην περίπτωση αυτή ο σταθμός βάσης τοποθετείται σε κάποιο κεντρικό σημείο ανάλογα και με την ιδιομορφία του αναγλύφου της περιοχής και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ίδιας ισχύος προς όλες τις κατευθύνσεις. Το πλεονέκτημα από την χρήση της συγκεκριμένης κεραίας είναι η πολύ καλή και ομοιόμορφη ηλεκτρομαγνητική κάλυψη της γεωγραφικής περιοχής του κυττάρου αφού το διάγραμμα ακτινοβολίας της κεραίας έχει εμβέλεια 360 μοιρών. Ωστόσο θα πρέπει η ισχύς του εκπεμπόμενου σήματος να ελέγχεται για την αποφυγή προβλημάτων παρεμβολών σε γειτονικές κυψέλες. Επιπλέον για την κάλυψη ολόκληρης της περιοχής του δικτύου απαιτείται ο αριθμός των σταθμών βάσης να είναι όσος και ο αριθμός των κυττάρων. Η απαίτηση αυτή συνεπάγεται αυξημένο οικονομικό κόστος για τον πάροχο των κινητών επικοινωνιών. Η στρατηγική αυτή του κυτταρικού σχεδιασμού χρησιμοποιείται στις αραιοκατοικημένες ή αγροτικές περιοχές που χαρακτηρίζονται από χαμηλή συνδρομητική κίνηση και στις οποίες επιδιώκουμε μία γρήγορη κάλυψη χωρίς υψηλό κόστος υλοποίησης. Επίσης η στρατηγική αυτή ακολουθείται και στην προσέγγιση αυτής της διπλωματικής εργασίας. Οι κατευθυντικές ή τομεακές κεραίες χρησιμοποιούνται στην περίπτωση όπου η έκταση του κυττάρου είναι μικρή. Οι κεραίες αυτές εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε συγκεκριμένη κατεύθυνση με ένα καθορισμένο εύρος λοβού, παραδείγματος χάρη τις 120 μοίρες. Η χρήση τους επιβάλλει την τοποθέτηση του σταθμού βάσης στην κορυφή κάθε τριάδας κυττάρων. Η τοποθέτηση αυτή οδηγεί σε εξοικονόμηση σταθμών βάσης αφού για την υλοποίηση της κάλυψης της γεωγραφικής περιοχής του δικτύου απαιτείται μόνο το 1/3 του αριθμού των σταθμών βάσης που θα απαιτεί η ίδια κάλυψη αλλά με χρήση πανκατευθυντικών κεραιών. Η διαπίστωση αυτή είναι πολύ σημαντική αφού το κόστος των σταθμών βάσης είναι αρκετά υψηλό. Με βάση την συγκεκριμένη τοποθέτηση ο κάθε σταθμός βάσης έχει υπό την εποπτεία του και εξυπηρετεί τρία κύτταρα. 18

19 CELL CLUSTER Ένα κυψελοειδές σύστημα βασίζεται στην επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων. Όπως είδαμε όλες οι διαθέσιμες συχνότητες χωρίζονται σε διαφορετικά groups (ομάδες). Σε κάθε κύτταρο ανατίθεται μία ομάδα συχνοτήτων από το συνολικό αριθμό των διαθέσιμων συχνοτήτων του συστήματος.το σύνολο των γειτονικών κυττάρων οπου οι ομάδες συχνοτήτων τους περιλαμβάνουν όλες τις διαθέσιμες συχνότητες αποτελεί ένα cluster ή συστάδα, σύμπλεγμα. Με άλλα λόγια, μπορούμε να πούμε ότι cluster είναι μία περιοχή στην οποία όλα τα group συχνοτήτων χρησιμοποιούνται από μία φορά. Οι συχνότητες μπορούν να διαιρεθούν σε διαφορετικά groups όπως αναφέρθηκε. Αυτό εισάγει τον όρο μοτίβο επαναχρησιμοποίησης (re-use pattern). Οι πιο κοινοί τύποι μοτίβων επαναχρησιμοποίησης στο GSM, είναι ο 4/12 και ο 3/9. 4/12 σημαίνει ότι όλες οι διαθέσιμες συχνότητες διαιρούνται σε 12 groups συχνοτήτων, οι οποίες μοιράζονται σε 4 σταθμούς βάσης με την προϋπόθεση ότι κάθε σταθμός βάσης τοποθετείται στην κορυφή κάθε τριάδας κυττάρων όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα. Εικόνα 1.1.: Παράδειγμα κυτταρικού δικτύου με μοτίβο επαναχρησιμοποίησης 4/12 Σε αυτήν την διπλωματική εργασία θα χρησιμοποιηθεί το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης 4/12. Επίσης αν N ο αριθμός των κυττάρων που συγκροτούν το cluster τότε 1/N είναι ο παράγοντας επαναχρησιμοποίησης. Στην προσέγγισή μας επομένως ο παράγων επαναχρησιμοποίησης είναι 1/12. 19

20 1.3. ΒΗΜΑΤΑ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Όπως κατέστη σαφές και στο κεφάλαιο 1.2, δεν υπάρχει αυστηρως τυποποιημένος τρόπος κυτταρικού σχεδιασμού. Επίσης τα βήματα που θα παρουσιαστούν παρακάτω δεν είναι απαραίτητο να γίνονται με την σειρά που παρουσιάζονται αλλά πολλά δύναται να δρομολογούνται παράλληλα, όπως θα φανεί καλύτερα στο Κεφάλαιο 3. Για τον κυτταρικό σχεδιασμό υπάρχουν έξι κύρια βήματα τα οποία παρουσιάζονται και αναλύονται στα επερχόμενα κεφάλαια: 1) Εκτίμηση της κάλυψης και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης του δικτύου. 2) Εικονικός κυτταρικός σχεδιασμός.. 3) Έρευνες. 4) Σχεδιασμός συστήματος. 5) Εφαρμογή. 6) Προσαρμογές συστήματος ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Ένα δίκτυο κινητών επικοινωνιών χαρακτηρίζεται από δύο πολύ βασικές συνιστώσες, την γεωγραφική του κάλυψη και την χωρητικότητά του. Η διαδικασία του κυτταρικού σχεδιασμού αρχίζει με την ανάλυση και την εκτίμηση της κάλυψης καθώς και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης του δικτύου. Η ανάλυση αυτή θα αποδώσει πληροφορίες σχετικά με την γεωγραφική πειοχή και την αναμενόμενη χωρητικότητα του, χρήσιμες για τον προσδιορισμό πολλαπλών παραγόντων, κρίσιμων για την σχεδίαση ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ Για την εκτίμηση της κάλυψης ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ανάλυση της γεωγραφικής περιοχής στην οποία θα πραγματοποιηθεί ο σχεδιασμός και επιζητάται εκτίμηση της ισχύος του σήματος που θα λαμβάνεται σε κάθε σημείο της περιοχής του δικτύου. Η κάλυψη εξαρτάται από τα γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής και σε μεγάλο βαθμό από την ανθρώπινη παρέμβαση σε αυτήν. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να λάβει γνώση των φυσικών και τεχνητών εμποδίων που παρίστανται στο περιβάλλον σχεδίασης. Θα συμβουλευθεί γεωγραφικούς χάρτες όπου θα υποδεικνύουν με ευκρίνεια και πληρότητα το γεωγραφικό ανάγλυφο, την ύπαρξη λόφων, βουνών, πεδιάδων, πυκνής βλάστησης και τυχόν ιδιαιτεροτήτων της περιοχής. Από την άλλη, πρέπει να διερευνηθεί αν η περιοχή που μελετάται χαρακτηρίζεται ως αστική, ημιαστική, αγροτική 20

21 ή ανοιχτή. Όλα τα παραπάνω δεδομένα τα οποία είναι προϊόντα μελέτης του σχεδιαστή, παίζουν καθοριστικό ρόλο στην επιλογή του ηλεκτρομαγνητικού μοντέλου διάδοσης (RF Μοντέλου) που θα χρησιμοποιηθεί στην ανάλυσή του. Με το μοντέλο διάδοσης είμαστε σε θέση να προβλέψουμε θεωρητικώς τον τρόπο με τον οποίο επιδρά το εκπεμπόμενο από την κεραία ηλεκτρομαγνητικό κύμα με τον περιβάλλον διάδοσης, να καθορίσουμε το μέγεθος των απωλειών καθώς και να εκτιμήσουμε την στάθμη του σήματος λήψης για κάθε σημείο του δικτύου. Για κάθε τύπο περιβάλλοντος έχουν αναπτυχθεί αντίστοιχα μοντέλα ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να επιλέξουμε από ένα πλήθος έτοιμων μοντέλων όπως του Young, Hata, Cost 231 Walfisch Ikegami, Log- Distance και διάφορες εκδόσεις τους για αστικά ή ημιαστικά περιβάλλοντα για παράδειγμα Πολλά από τα μοντέλα δεν λαμβάνουν υπόψη τους φαινόμενα όπως η ανάκλαση ή η περίθλαση του μεταδιδόμενου σήματος επομένως θα πρέπει να είμαστε πάρα πολύ προσεκτικοί στη επιλογή του κατάλληλου μοντέλου. Φυσικά μια άλλη λύση είναι η δημιουργία ειδικού μοντέλου για την περιοχή σχεδίασης στο οποίο θα λαμβάνονται επακριβώς υπόψη παράγοντες όπως ο συντελεστής δόμησης, το ύψος των κτηρίων, το πλάτος των δρόμων. Η επιλογή του κατάλληλου μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης θα βοηθήσει στον προσδιορισμό άλλων παραγόντων, δηλαδή θα οδηγήσει στον υπολογισμό θεωρητικών τιμών. Κατά το τρίτο βήμα αυτές θα συγκριθούν με τις πραγματικές και εφόσον διαπιστωθούν αποκλίσεις, θα προκύψουν κάποιοι διορθωτικοί συντελεστές. Στα παρακάτω σχήματα παρουσιάζεται η μεταβολή της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος βάσει της απόστασης (με μέγιστη απόσταση τα 6 χιλιόμετρα) για τρία μοντέλα ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την σχεδίαση που έγινε σε αυτήν τη διπλωματική, το Cost 231 Walfisch Ikegami, το Okumura-Hata Suburban και το Log Distance. 21

22 Σχήμα 1.1.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο Cost 231 Walfisch Ikegami 22

23 Σχήμα 1.2.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο Okumura Hata Suburban 23

24 Σχήμα 1.3.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο Log Distance Απώτερος στόχος είναι ο προσδιορισμός της ισχύος του λαμβανόμενου σήματος σε κάθε θεωρητικό σημείο της κυψέλης ώστε να εξασφαλιστεί ότι πάντα ισχύς του λαμβανομένου σήματος να βρίσκεται πάνω από το κατώφλι ευαισθησίας της φορητής συσκευής. Εδώ γίνεται σαφές ότι πολλά από τα βήματα μπορούν να πραγματοποιούνται παράλληλα καθώς υπάρχει μεγάλη αλληλεξάρτηση μεταξύ τους ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Η χωρητικότητα αποτελεί την δεύτερη σημαντική συνιστώσα ενός δικτύου κινητών επικοινωνιών. Ως χωρητικότητα του δικτύου ορίζουμε τον αριθμό των συνδρομητών που αναμένεται να χρησιμοποιήσουν τις υποδομές και τις υπηρεσίες του συστήματος. Η σωστή εκτίμηση επομένως της χωρητικότητας είναι καθοριστική για την κυτταρική σχεδίαση. Οι παράμετροι που σχετίζονται άμεσα με την χωρητικότητα είναι η τηλεπικοινωνιακή κίνηση και ο σχεδιασμός της διαχείρισης των πόρων του δικτύου δηλαδή ο σχεδιασμός των συχνοτήτων καθώς και η προστασία των καναλιών από παρεμβολές ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ/ΦΟΡΤΙΟΥ Για την εκτίμηση της τηλεπικοινωνιακής κίνησης μας ενδιαφέρει το προφίλ των 24

25 συνδρομητών, η κατανομή της τηλεπικοινωνιακής κίνησης η οποία σε πραγματικές συνθήκες θα είναι ανομοιόμορφη, ο βαθμός εξυπηρέτησης (Grade of Service ή GoS) καθώς και η διαδικασία της συγκέντρωσης(trunking). Ως προφίλ των συνδρομητών θεωρούμε την χρονική διάρκεια των κλήσεων τους, τον αριθμό κλήσεών τους ανά ώρα π.χ. ή τον ρυθμό αύξησης των κλήσεών τους.τα παραπάνω δεδομένα είναι δυνατό να ευρεθούν μέσω κατάλληλων ερωτηματολογίων ή ερευνών και είναι πολύ σημαντικά για τον προσδιορισμό του συνδρομητικού φορτίου.το συνδρομητικό φορτίο μετριέται σε Erlang, όπου ένα Erlang ορίζεται ως το ποσό της κίνησης που παράγεται όταν ένας συνδρομητής έχει δεσμεύσει και χρησιμοποιεί ένα κανάλι για επικοινωνία για μία ώρα.ο μαθηματικός τύπος που δίνει το συνδρομητικό φορτίο Ν συνδρομητών είναι ο ακόλουθος: Α=Ν*Κ*Δ/3600 όπου: Κ: O αριθμός κλήσεων του κάθε συνδρομητή στη διάρκεια μίας ώρα Δ: Η διάρκεια κλήσης του κάθε συνδρομητή. Οι τιμές των μεταβλητών Κ και Δ καθορίζονται αναφορικά με την ώρα αιχμής, η οποία είναι η ώρα της ημέρας στην οποία θεωρούμε ότι όλοι οι συνδρομητές εκτελούν κλήση/εις μέσω του δικτύου.είναι δηλαδή η περίπτωση μέγιστης καταπόνησης του δικτύου. Βάσει αυτής υπολογίζουμε το συνδρομητικό φορτίο μιας και στην σχεδίαση είναι χρήσιμο να μελετάμε την χειρότερη περίπτωση ώστε το δίκτυο να παρουσιάζει την αρτιότερη λειτουργία για κάθε συνθήκη λειτουργίας. Γενικά το συνδρομητικό φορτίο είναι μια μεταβλητή παράμετρος που η τιμή της αλλάζει ανάλογα με την ώρα της ημέρας, την εποχή του χρόνου, ειδικές περιστάσεις αλλά εξαρτάται και από την περιοχή (π.χ. αν η περιοχή είναι τουριστική). Όπως αναφέρθηκε, και η κατανομή του φορτίου είναι ανομοιόμορφη ακόμα και μέσα σε πόλεις. Επομένως αυτό αποτελεί έναν ακόμα παράγοντα που θα πρέπει να ληφθεί υπόψη για τον σχεδιασμό ενός τηλεπικοινωνιακού δικτύου.στατιστικές μελέτες και μελέτες του συντελεστή δόμησης των κατοικημένων περιοχών μπορούν να οδηγήσουν σε πρόβλεψη αυτής της παραμέτρου. Μια ακόμη σημαντική παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι ο βαθμός εξυπηρέτησης ο οποίος σχετίζεται άμεσα με την πιθανότητα ολικής κατάληψης (Blocking Probability). H πιθανότητα ολικής κατάληψης είναι το μέγεθος που δηλώνει πόσες από τις 100 κλήσεις του δικτύου θα απορριφθούν από το δίκτυο. Η γνώση της πιθανότητας ολικής κατάληψης οδηγεί στο trunking μέσω του οποίου προσδιορίζονται τα απαραίτητα κανάλια για εξυπηρέτηση ενός συγκεκριμένου συνδρομητικού φορτίου με δεδομένη μια συγκεκριμένη πιθανότητας ολικής κατάληψης. Φυσικά ο σχεδιασμός ενός δικτύου για σχεδόν μηδενική πιθανότητα ολικής κατάληψης είναι πολύ ακριβός γιατί προδιαθέτει πληθώρα τηλεπικοινωνιακών πόρων οι οποίοι θα παραμένουν αναξιοποίητοι για μεγάλα χρονικά διαστήματα, ενώ ο σχεδιασμός για μεγάλη πιθανότητα ολικής κατάληψης θα είχε μικρό κόστος αλλά απαράδεκτο GoS. Επομένως αναγκαία είναι η ύπαρξη κάποιας ισορροπίας. Με δεδομένη blocking probability και συνδρομητικό φορτίο, μπορούμε να βρούμε τον απαραίτητο αριθμό καναλιών από τον πίνακα Erlang. Η οριζόντια στήλη είναι η 25

26 πιθανότητα ολικής κατάληψης ενώ η κάθετη ο αριθμός καναλιών. Μέσα στον πίνακα βρίσκονται διάφορες ποσότητες συνδρομητικού φορτίου. Ετσι ουσιαστικά αν γνωρίζουμε δύο από τις τρεις ποσότητες του πίνακα εύκολα βρίσκουμε την τρίτη.ένας ενδεικτικός πίνακας Erlang παρουσιάζεται στην εικόνα που ακολουθει: Πίνακας 1.1: Πίνακας συσχέτισης συνδρομητικού φορτίου με τα απαραίτητα κανάλια για διάφορες πιθανότητες ολικής κατάληψης, Erlang B 26

27 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Επόμενο υποβήμα σε αυτό το βήμα του κυτταρικού σχεδιασμού είναι ο σχεδιασμός συχνοτήτων. Ένας σωστός και μελετημένος σχεδιασμός είναι ικανός να εξασφαλίσει υψηλή χωρητικότητα και άρτια λειτουργία του δικτύου. Τα κυψελοειδή συστήματα κινητών επικοινωνιών παρέχουν στον συνδρομητή την δυνατότητα της ασύρματης πρόσβασης στις υπηρεσίες τους. Αυτό είναι εφικτό χάρη στη χρήση ασύρματων καναλιών επικοινωνίας και σηματοδοσίας, δηλαδή με χρήση των συχνοτήτων που αποτελούν τους διαθέσιμους πόρους του δικτύου. Ανάλογα με την τεχνολογία που θα χρησιμοποιηθεί στο δίκτυό μας (π.χ. GSM, TETRA, UMTS) η αρμόδια επιτροπή καταχώρησης συχνοτήτων (Εθνική Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών και Ταχυδρομείων Ε.Ε.Τ.Τ) παραχωρεί προς πώληση και χρήση στους παρόχους κινητών επικοινωνιών ένα συγκεκριμένο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το τμήμα αυτό θα χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία του δικτύου που περιλαμβάνει μεταφορά τηλεπικοινωνιακής κίνησης και για έλεγχο.αν επιλεγεί το GSM 900, όπως σε αυτή τη διπλωματική, τότε παραχωρούνται 124 συχνότητες ενώ αφού υπάρχουν πολλοί πάροχοι ο καθένας θα επιτρέπεται να χρησιμοποιεί ένα υποσύνολο αυτών των συχνοτήτων. Σημαντική είναι και η επιλογή της τεχνικής πρόσβασης των συνδρομητών στα κανάλια του δικτύου. Υπάρχουν διάφορες επιλογές όπως η CDMA,TDMA,FDMA.Στην προσέγγιση που ακολουθείται επλέχθηκε η FDMA/TDMA η οποία αναλύεται στο κεφάλαιο 2. Επειδή σχεδιάζουμε ένα κυψελοειδές δίκτυο, θα πρέπει να καθορίσουμε το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων ώστε να διαχειριστούμε με βέλτιστο τρόπο τους περιορισμένους πόρους που διατίθενται. Επομένως κρίσιμη είναι η δημιουργία πλάνου που αφορά τις συστάδες κυττάρων (clusters). Μια συστάδα αποτελείται από Ν κύτταρα τα οποία θα πρέπει να τοποθετηθούν με κατάλληλο τρόπο ώστε να αποφευχθουν διάφορων ειδών παρεμβολές οι οποίες θα αναλυθούν παρακάτω. Ανάλογα με τις τιμές που λαμβάνει το Ν δημιουργούνται διάφορα μεγέθη υπερκυττάρων με τα πιο γνωστά να αποτελούνται από 7,9 και 12 κύτταρα, δηλαδή Ν=7 ή Ν=9 ή Ν=12. Το GSM για παράδειγμα έχει cluster size Ν=12. Μικρή τιμή του Ν θα οδηγήσει σε μεγάλη επαναχρησιμοποίηση των συχνοτήτων που με τη σειρά της συνεπάγεται αύξηση της χωρητικότητας, γεγονός που είναι επιθυμητό. Όμως όσο πυκνότερη είναι η επαναχρησιμοποίηση τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ισχύς των παρεμβολών που αναμένονται στο σύστημα λόγω της ύπαρξης πολλών και κοντινών κυττάρων στα οποία χρησιμοποιούνται οι ίδιες συχνότητες. Επόμενο βήμα μπορεί να θεωρηθεί η διαχείριση/καταχώρηση συχνοτήτων. Έχουμε την δυνατότητα να επιλέξουμε ανάμεσα σε στατικές, δυναμικές, υβριδικές και άλλες μεθόδους. Πρέπει να προηγηθεί εκτεταμένη μελέτη και πλήρης κατανόηση όλων των μεθόδων πριν επιλέξουμε το κατάλληλο πλάνο καταχώρησης. Το πλάνο αυτό μπορεί να περιλαμβάνει τη χρήση μίας μόνο μεθόδου ή το συνδυασμό περισσοτέρων της μίας που αποσκοπεί στην αξιοποίηση των θετικών τους στοιχείων. Η ανάθεση των συχνοτήτων 27

28 πρέπει να βασίζεται στις εκτιμήσεις που έχουν πραγματοποιηθεί για την τηλεπικοινωνιακή κίνηση και να τηρεί τα κριτήρια που διασφαλίζουν την προστασία από τις παρεμβολές. Συνοπτικά αναφέρουμε ότι με την σταθερή ή στατική καταχώρηση συχνοτήτων συγκεκριμένα κανάλια καταχωρούνται σε συγκεκριμένες κυψέλες. Το μειονέκτημα μια τέτοιας τεχνικής εμφανίζεται όταν σε κάποιες κυψέλες δεν έχουμε ομοιόμορφη κατανομή συνδρομητών άρα και ανομοιομορφία στο προσφερόμενο συνδρομητικό φορτίο με αποτέλεσμα το blocking probability να είναι μεγάλο όταν αυξανεται το συνδρομητικό φορτίο. Στην δυναμική καταχώριση συχνοτήτων δεν υπάρχει σταθερή καταχώρηση καναλιών στις κυψέλες ενώ ο τρόπος καταχώρησης πραγματοποιείται με βάση συγκεκριμένους αλγορίθμους. Η τεχνική αυτή εμφανίζει έναν βαθμό τυχαιότητας με αποτέλεσμα να μην μεγιστοποιείται η φιλοσοφία της επαναχρησιμοποίησης των ίδιων συχνοτήτων ενώ οι αλγόριθμοι που αναφέρθηκαν είναι πολυπλοκοι και απαιτούν μεγάλη υπολογιστική ισχύ με αποτέλεσμα να εμφανίζεται καθυστέρηση για διάθεση κάποιας συχνότητας μετά από απαίτητση συνδρομητή. Τέλος η υβριδική τεχνική ανάλογα με την περίσταση χρησιμοποιεί στατικό ή δυναμικό τρόπο καταχώρησης συχνοτήτων. Ίσως το πιο σημαντικό βήμα είναι η εξασφάλιση της απαλλαγής από διάφορους τύπους παρεμβολών όπως η ομοκαναλική, η παρεμβολή γειτονικού καναλιού και τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης. Ομοκαναλική παρεμβολή είναι η παρεμβολή που δημιουργείται σε έναν εκπομπό από έναν άλλο που χρησιμοποιεί τις ίδιες συχνότητες. Στην σχεδίασή μας, ομοκαναλική παρεμβολή εμφανίζεται στους Σταθμούς Βάσης από άλλους Σταθμούς Βάσης. Για αποφυγή της ομοκαναλικής παρεμβολής οι Σταθμοί Βάσης άρα και οι ομοκαναλικές κυψέλες θα πρέπει να πληρούν ένα κριτήριο ελάχιστης απόστασης η οποία π.χ. σε ένα GSM δίκτυο με 4/12 cluster δίνεται από την σχέση D=R( 3 N) όπου Ν ο αριθμός των κυττάρων που συγκροτούν μία συστάδα και R η ακτίνα του κυττάρου. Στόχος είναι η αύξηση του λόγου Φέρουσας προς Παρεμβολή πέρα από κάποια τιμή a, δηλαδή C/Ico-ch a, ο οποίος δίνεται από την σχέση 1.1: Σχέση 1.1: Μαθηματικός τύπος υπολογισμού της ομοκαναλικής παρεμβολής όπου: β: το path loss exponent και έχει τιμές από 2 ως 4. P0: η ισχύς εκπομπής σταθμού βάσης. d0: απόσταση κινητής συσκευής από τον σταθμό βάσης. Pk: dk: Iσχύς εκπομπής σταθμών βάσης ομοκαναλικών κυττάρων. απόσταση σταθμού βάσης ομοκαναλικού κυττάρου από τον σταθμό βάσης της κυψέλης που μελετάμε. 28

29 Στο GSM θέλουμε: C/Ico-ch 9db. Παρακάτω παρουσιάζεται παράδειγμα κυττάρων που προκαλούν παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης στο κύτταρο με το άσπρο χρώμα: Εικόνα 1.2.: Παράδειγμα κυττάρων που προκαλούν ομοκαναλική παρεμβολής 1 ης και 2 ης τάξης Για να επιτευχθεί περιορισμός της ομοκαναλικής παρεμβολής θα πρέπει να έχει γίνει, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, κατάλληλη τοποθέτηση των clusters. Δεν αρκεί η αύξηση της ισχύος εκπομπής καθώς θα αυξηθεί η παρεμβολή σε γειτονικά κύτταρα, ούτε η αύξηση του εμβαδού των κυττάρων, καθώς αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα την μείωση της χωρητικότητας της κάθε κυψέλης άρα και του συνολικού συστήματος. Για την εύρεση των ομοκαναλικών κυττάρων πρώτης τάξης ακολουθούμε την εξής διαδικασία: 1) Επιλέγουμε το κύτταρο για το οποίο θα βρούμε τα ομοκαναλικά του κύτταρα. 2) Μετακινούμαστε i κύτταρα κατά μήκος οποιασδήποτε αλυσίδας εξαγωνικών κυττάρων. 29

30 3) Στο i-οστό κύτταρο στρεφόμαστε αριστερόστροφα κατά 60 o. 4) Μετακινούμαστε κατά j κύτταρα κατά μήκος της νέας αλυσίδας των εξαγωνικών κυττάρων. 5) Το j-οστό κύτταρο στο οποίο καταλήξαμε είναι το ζητούμενο ομοκαναλικό κύτταρο. Οι τιμές των παραμέτρων i και j εξαρτώνται από το cluster size που έχουμε αποφασίσει να χρησιμοποιήσουμε. Για N=12 i=2 και j=2 καθώς τα μεγέθη αυτά συνδέονται με τον τύπο: N=i 2 +i*j+ j 2. Έτσι για N=12 η διαδικασία εύρεσης των ομοκαναλικών κυττάρων φαίνεται παραστατικά στο σχήμα που ακολουθεί: Εικόνα 1.3.: Μεθοδολογία εύρεσης των ομοκαναλικών κυττάρων αξιοποιώντας τις παραμέτρους i,j Όσον αφορά την παρεμβολή γειτονικού καναλιού, αυτή είναι παρεμβολή που προκαλείται μεταξύ γειτονικών κυττάρων στα οποία έχουν ανατεθεί κοντινές φασματικά συχνότητες. Για την αντιμετώπισή της θα πρέπει η καταχώρηση των συχνοτήτων να γίνει με τέτοιο τρόπο ώστε οι φέρουσες συχνότητες να έχουν την μεγαλύτερη δυνατή απόσταση. Ακόμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν φίλτρα και συνδυαστές με υψηλή διακριτική ικανότητα. Ορίζουμε ως ελάχιστη φασματική απόσταση που πρέπει να τηρείται τα 400 MHz. Τέλος ένας άλλος τύπος παρεμβολής είναι η παρεμβολή ενδοδιαμόρφωσης η οποία προκαλείται από τη διέλευση ενός ή περισσοτέρων σημάτων από μη γραμμικές διατάξεις όπως οι combiners (διάταξη που συνδέει τους πομπούς με την κεραία του Σταθμού Βάσης) και οι diplexers (διάταξη που συνδέει τους δέκτες με την κεραία του 30

31 Σταθμού Βάσης). Αυτή η διέλευση παράγει ανεπιθύμητους όρους (συχνότητες), γνωστούς ως προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης. Βασικός στόχος μιας επιτυχούς κυψελοειδούς σχεδίασης είναι η απαλλαγή από τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3 ης και 5 ης τάξης καθώς αυτά υποβαθμίζουν το SNR σε μεγάλο βαθμό. Η απαλλαγή από τα προϊόντα 3 ης τάξης την οποία και θα πραγματοποιήσουμε στην σχεδίαση της εν λόγω διπλωματικής μπορεί να γίνει με χρήση του μαθηματικού τύπου του Mifsud, ο οποίος δίνει τον κατάλογο των απαλλαγμένων από προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3 ης συχνοτήτων. Η μαθηματική σχέση είναι η εξής και την εφαρμόζουμε σε επαναληπτική διαδικασία ξεκινώντας από τις δύο μικρότερες συχνότητες που διαθέτουμε: Fψ+ω=2*Fω+ε ω-1 *F1 όπου: ε ω-1 *F1=Fω-F1 Fψ,Fω,F1: είναι ακέραιοι αριθμοί συχνοτήτων. ω,ψ: είναι ακέραιοι αριθμοί με1 ω ψ. Η διαχείριση των ραδιοπόρων όπως φαίνεται από τα παραπάνω αποτελεί ένα πολύπλοκο πρόβλημα. Ευτυχώς για τους σχεδιαστές υπάρχουν κατάλληλα λογισμικά τα οποία απλουστεύουν σε μεγάλο βαθμό την παραπάνω διαδικασία ΕΙΚΟΝΙΚΟΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Μετά από την συλλογή των απαραίτητων δεδομένων και την εκτέλεση κρίσιμων ενεργειών, η μηχανικός προχωράει στην υλοποίηση ενός εικονικού κυτταρικού σχεδιαμού με στόχο την γραφική αναπαράσταση του δικτύου πάνω στον χάρτη. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να γίνει κάποια διαστασιολόγηση του δικτύου. Αυτή επηρεάζεται από την κάλυψη και την χωρητικότητα (δύο βασικοί παράγοντες του πρώτου βήματος κυψελοειδούς του σχεδιασμού) επομένως είναι απαραίτητο να γίνει διαστασιολόγηση του δικτύου ως προς την κάλυψη και ως προς την χωρητικότητα. Οι παράγοντες αυτοί δεν είναι το ίδιο σημαντικοί σε όλες τις περιπτώσεις περιοχών. Δηλαδή σε άλλες περιοχές μας ενδιαφέρει πρωτίστως η κάλυψη τους ενώ σε άλλες πρωτίστως η ικανοποίηση των απαιτήσεών τους για υψηλή χωρητικότητα. Υπάρχουν και τρίτες στις οποίες οι δύο παράγοντες είναι της ίδιας σημασίας ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΚΑΛΥΨΗ Η σχεδίαση ενός κυτταρικού δικτύου επικοινωνιών έχει ως κύριο στόχο την παροχή πλήρους τηλεπικοινωνιακής κάλυψης σε οποιοδήποτε γεωγραφικό ανάγλυφο. Δηλαδή κάθε στιγμή, σε κάθε θέση θα πρέπει η στάθμη του λαμβανόμενου σήματος στη συσκευή του χρήστη να είναι πάνω από τη στάθμη ευαισθησίας της φορητής συσκευής. Λόγω φυσικών εμποδίων και συνθηκών διάδοσης αυτό δεν είναι εφικτό καθώς τα παραπάνω έχουν ως συνέπεια την περαιτέρω εξασθένιση του εκπεμπόμενου σήματος. Με την διαστασιολόγηση ως προς την κάλυψη προσδιορίζουμε τα πραγματικά όρια 31

32 ηλεκτρομαγνητικής κάλυψης που προσφέρουν οι Σταθμοί Βάσης, δηλαδή τα πραγματικά όρια των κυψελών, τα σύνορα των οποίων καθορίζονται από τις θέσεις όπου το λαμβανόμενο σήμα στη συσκευή του χρήστη να είναι πάνω από τη στάθμη ευαισθησίας της φορητής συσκευής. Για την διαστασιολόγηση λοιπόν του κυττάρου, με δεδομένη την ισχύ εκπομπής Pt του σταθμού βάσης, με χρήση των μοντέλων ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης που αναφέρθηκαν, και αν λάβουμε υπόψη και άλλες απώλειες σήματος (λόγω των καλωδίων π.χ.) έχουμε την δυνατότητα με την χρήση του link budget (ή ισολογισμού ισχύος) να υπολογίσουμε την λαμβανόμενη ισχύ από την φορητή συσκευή σε κάθε πιθανή της θέση και επομένως να καθορίσουμε τα πραγματικά όρια του κάθε κυττάρου. Πιο συγκεκριμένα, για τους υπολογισμούς του ισολογισμού ισχύος θα πρέπει να γνωρίζουμε τα παρακάτω μεγέθη: -Το κατώφλι ευαισθησίας της φορητής συσκευής και του Σταθμού Βάσης. -Τα κέρδη των κεραιών της φορητής συσκευής και του Σταθμού Βάσης. -Την ισχύ εκπομπής του Σταθμού Βάσης και της φορητής συσκευής. -Τις διάφορες απώλειες. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι απώλειες όδευσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, απώλειες λόγω του συστήματος μεταφοράς (ομοαξονικά καλώδια, κυματοδηγοί) και απώλειες λόγω διαφόρων συνδέσεων. Από το μοντέλο ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης που επιλέξαμε είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε τις απώλειες όδευσης ενώ πρέπει να λάβουμε υπόψη μας πιθανές απώλειες π.χ. ομοαξονικής σύνδεσης. Βάσει αυτών των δεδομένων είναι δυνατός ο προσδιορισμός των ορίων της κυψέλης άρα και ο υπολογισμός του αριθμού των κυψελών για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη της περιοχής σχεδίασης ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Μια άλλη διαδικασία που θα μπορούσε να ακολουθηθεί (η οποία ακολουθείται στο κεφάλαιο 3) είναι η διαστασιολόγηση ως προς την χωρητικότητα. Στη διαδικασία αυτή είναι δυνατόν να βρεθεί ο αριθμός των κυψελών από το πρώτο βήμα του σχεδιασμού με τον εξής τρόπο: Κατά την διαδικασία της εύρεσης του συνδρομητικού φορτίου μέσω του πίνακα Erlang, για δεδομένο blocking probability, μπορούμε να βρούμε τον απαιτούμενο αριθμό καναλιών για την εξυπηρέτηση των τηλεπικοινωνιακών αναγκών της περιοχής σχεδίασης. Έπειτα βάσει της τεχνολογίας(π.χ. GSM 900) και του μοτίβου επαναχρησιμοποίησης (π.χ. 4/12 cluster) ξέρουμε πόσες συχνότητες/κανάλια αναθέτονται σε έναν συγκεκριμένο αριθμό κυψελών (π.χ. για GSM 900 και 4/12 cluster αν σε κάθε πάροχο διατίθενται 62 συχνότητες, τότε αυτές κατανέμονται σε 12 κυψέλες). Έτσι αν το σύστημα απαιτεί 124 συχνότητες, βάσει των παραπάνω, θα χρειαστούμε 24 κυψέλες για την κάλυψη της περιοχής. Από τον αριθμό των κυψελών και το εμβαδό της 32

33 γεωγραφικής περιοχής κάλυψης μπορούμε να βρούμε την ακτίνα της κυψέλης. Δεδομένου του κατωφλίου ευαισθησίας της συσκευής,των κερδών των κεραιών λήψης (της φορητής συσκευής) και εκπομπής (του Σταθμού Βάσης) και με γνώση των διάφορων απωλειών που λαμβάνουν χώρα κατά την μετάδοση του ηλεκτρομαγνητικού σήματος μέσω του link budget βρίσκουμε την απαιτούμενη ισχύ εκπομπής Pt ώστε να ικανοποιούνται τα παραπάνω. Έτσι έχουμε κάνει την διαστασιολόγηση από το πρώτο βήμα. Αυτό επιβεβαιώνει ό,τι γράφτηκε στην εισαγωγή του κεφαλαίου, ότι δηλαδή πολλά από τα βήματα εκτελούνται παράλληλα και η ολοκλήρωσή τους εξαρτάται από την πρόοδο που έχει γίνει σε κάποιο άλλο. Αυτοί οι δύο τρόποι διαστασιολόγησης μπορούν να συνδυαστούν κατά την σχεδίαση και μάλιστα να συγκριθούν ώστε να εξασφαλιστεί η ορθότητα της ΓΡΑΦΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΣΤΟΝ ΧΑΡΤΗ Αποτελεί το τελευταίο βήμα στην εικονική κυτταρική σχεδίαση. Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, το βήμα αυτό συνίσταται στην τοποθέτηση κυττάρων (που έχουν την μορφή κανονικού εξαγώνου) στον χάρτη της περιοχής σχεδίασης, βάσει όλων των δεδομένων (π.χ. προστασία από παρεμβολές) που προέκυψαν από όλα τα προηγούμενα υποβήματα. Σε μία ρεαλιστική σχεδίαση, θα προκύψουν κυψέλες διαφορετικού μεγέθους, προσαρμοσμένες στις ιδιαιτερότητες της εκάστοτε περιοχής οι οποίες όπως έχει εξηγηθεί δεν θα διατηρούν στην πραγματικότητα το εξαγωνικό σχήμα τους.το αποτέλεσμα του εικονικού κυτταρικού σχεδιασμού λοιπόν, είναι η δημιουργία ενός χάρτη παρόμοιου με τον παρακάτω: 33

34 Εικόνα 1.4.: Παράδειγμα γραφικής απεικόνισης κυττάρων σε χάρτη ΕΡΕΥΝΕΣ Επόμενο βήμα στον σχεδιασμό μας είναι η διεξαγωγή ερευνών ώστε να διαπιστωθεί εάν ο εικονικός κυτταρικός σχεδιασμός μπορεί να υλοποιηθεί. Κάτα αυτό το βήμα γίνεται επίσκεψη στις τοποθεσίες που υποδεικνύονται από τον εικονικό κυτταρικό σχεδιασμό, στις οποίες θα πραγματοποιηθεί εγκατάσταση του ραδιοεξοπλισμού, με σκοπό την διεξαγωγή μετρήσεων. Το βήμα αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό καθώς η πρόσβαση στο πραγματικό περιβάλλον είναι μεγάλης σημασίας για την λήψη απόφασης εάν η τοποθεσία είναι ιδανική π.χ. για την εγκατάσταση ενός Σταθμού Βάσης. Το βήμα αυτό μπορεί να χωριστεί στο λεγόμενο Site Survey (έρευνα τοποθεσίας) και στις ραδιομετρήσεις SITE SURVEY Κατά το Site Survey πραγματοποιείται επίσκεψη σε τοποθεσίες που υποδεικνύει ο εικονικός κυτταρικός σχεδιασμός στις οποίες π.χ. προτείνεται η εγκατάσταση των Σταθμών Βάσης. Η επίσκεψη στις τοποθεσίες γίνεται από ειδική ερευνητική ομάδα. Συνηθισμένες ενέργειές της είναι η λήψη πανοραμικής φωτογραφίας γύρω από την τοποθεσία και ενημέρωση της ραδιο-ομάδας σε περίπτωση ύπαρξης εμποδίου. Επίσης, διερευνάται η δυνατότητα ηλεκτροδότησης, αν υπάρχει χώρος για τον εξοπλισμό και το 34

35 κάτα πόσο είναι προσβάσιμη η ενδεδειγμένη από τον σχεδιασμό τοποθεσία. Σημαντική είναι η εξασφάλιση της καθαρότητας της πρώτης ζώνης Fresnel από εμπόδια που θα επιφέρουν σοβαρότατες απώλειες στην ισχύ του σήματος. Διερευνάται ακόμη, εάν ο Σταθμός Βάσης θα είναι εσωτερικός ή εξωτερικός (ο οικίσκος του Σταθμού τοποθετείται μαζί με το κεραιοσύστημα), η επιλογή (ανάλογα π.χ. με την κατευθυντικότητα) και τοποθέτηση του κεραιοσυστήματος (εξετάζεται π.χ. η κλιση και το ύψος της κεραίας αλλά και παράμετροι όπως το κέρδος της). Επίσης διερευνάται η επιλογή του εξοπλισμού όπως φίλτρα, combiners, diplexers, ενισχυτές χαμηλού θορύβου (LNAs), ενισχυτές ισχύος (boosters, power amplifiers), πομποδέκτες (ανάλογα με την χωρητικότητα του κάθε σταθμού βάσης), ομοαξονικά καλώδια, κυματοδηγοί, εφεδρικές μπαταρίες κλπ..τέλος αποφασίζεται ο τρόπος σύνδεσης του Σταθμού Βάσης με τον BSC. Η ραδιο-ομάδα που είναι υπεύθυνη για την κατάστρωση του εικονικού κυτταρικού σχεδιασμού είναι καλό να έχει δώσει εναλλακτικό εικονικό σχεδιασμό (με διαφορές των τοποθεσιών μέχρι τα 300 μέτρα) στην ερευνητική, σε περίπτωση που αποδειχθεί ότι ο πρώτος σχεδιασμός είναι αδύνατο να υλοποιηθεί ΡΑΔΙΟ-ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Οι ραδιομετρήσεις αφορούν την διερεύνηση των πραγματικών απωλειών όδευσης και παρεμβολών. Πραγματοποιούνται ώστε να μπορέι να γίνει ρύθμιση παραμέτρων των σχεδιαστικών εργαλείων (π.χ. των λογισμικών) ώστε να λαμβάνουν υπόψη τους τις πραγματικές συνθήκες της περιοχής (π.χ. ύπαρξη εμποδίου που δημιουργέι σκίαση).εκτός από την ρύθμιση των παραμέτρων των σχεδιαστικών εργαλείων, μπορεί βάσει των μετρήσεων να γίνει και κατάλληλη επανεπιλογή τεχνικών χαρακτηριστικών του εξοπλισμού. Μία δοκιμαστική κεραία αναρτάται (π.χ. σε ένα όχημα) και έπειτα μετακινείται στην περιοχή με σκοπό την μέτρηση της ισχύος του σήματος. Η ερευνητική ομάδα έπειτα μεταβιβάζει τα αποτελέσματα των μετρήσεων στην ραδιοομάδα η οποία τα συγκρίνει με τα θεωρητικά των σχεδιαστικών εργαλείων που χρησιμοποιήθηκαν. Έπειτα οι παράμετροι του σχεδιασμού ρυθμίζονται καταλλήλως ώστε να ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Κατά το βήμα των ερευνών ουσιαστικά γίνεται μία βελτιστοποίηση παραμέτρων ώστε οι προβλέψεις των σχεδιαστικών εργαλείων να θεωρούνται αξιόπιστες πλέον. Βάσει αυτών των προβλέψεων γίνεται διαστασιοποίηση/ποσοτικοποίηση του ραδιοεξοπλισμού, των BSCs, των MSCs που θα χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση του κυτταρικού δικτύου. Ως αποτέλεσμα έχουμε την παραγωγή ενός τελικού, βέλτιστου κυτταρικού σχεδιασμού. Βάσει αυτού του τελικού σχεδιασμού θα επιτευχθεί το επόμενο βήμα, η εφαρμογή ΕΦΑΡΜΟΓΗ Μετά την παραγωγή του τελικού πλάνου του κυτταρικού σχεδιασμού ακολουθεί η εφαρμογή. Σε αυτό το βήμα πραγματοποιείται η εγκατάσταση των δομικών στοιχείων 35

36 του συστήματος με πιο σημαντική την εγκατάσταση του Σταθμού Βάσης. Η εγκατάστησή του περιλαμβάνει τρία στάδια: 1) Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει την τοποθέτηση του σταθμού βάσης στην κατάλληλα επιλεγμένη από το Site Survey περιοχή. Οι μηχανικοί του πεδίου εγκαθιστούν τον οικίσκο του σταθμού βάσης, τοποθετούν το κεραιοσύστημα (δηλαδή τον πυλώνα στήριξης), τις κεραίες και τους κυματοδηγούς, τοποθετούν τις μπαταρίες (σε περίπτωση διακοπής της ηλεκτρικής τροφοδοσίας). Στις αρμοδιότητές τους περιλαμβάνονται επίσης η τροφοδότηση του σταθμού από τη Δ.Ε.Η., η τοποθέτηση του συστήματος μετάδοσης των δεδομένων για την υλοποίηση της διασύνδεσης με τον ελεγκτή (BSC) το οποίο μπορεί να είναι ασύρματη ζεύξη ή ενσύρματη (οπτική ίνα, ομοαξονικό καλώδιο) καθώς και ό,τι άλλο κρίνεται απαραίτητο για την λειτουργία του Σταθμού Βάσης. 2) Στο δεύτερο στάδιο οι μηχανικοί λειτουργίας του δικτύου αναλαμβάνουν να ενημερώσουν τον αρμόδιο BSC σχετικά με το νέο κύτταρο που θα ενεργοποιηθεί και θα τεθεί υπό τον έλεγχό του. Η διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται με τον ορισμό του συγκεκριμένου κυττάρου στη βάση δεδομένων του BSC. Η βάση αυτή περιλαμβάνει όλα τα κύτταρα που ελέγχονται από αυτό το BSC. Με αυτόν τον τρόπο οι παράμετροι του κυττάρου όπως ορίστηκαν στο προηγούμενο βήμα φορτώνονται στο λογισμικό του BSC και στη συνέχεια αυτό έχει τη δυνατότητα ελέγχου του. 3) Στο τρίτο στάδιο υπεύθυνοι ορίζουν τη ημερομηνία και την ακριβή ώρα που θα τεθεί σε λειτουργία το δίκτυο. Ο Σταθμός Βάσης τίθεται σε κατάσταση λειτουργίας και αναμένει να του αποσταλεί το λογισμικό από τον BSC. Ο BSC αποστέλλει το λογισμικό στον εξοπλισμό κάθε κυττάρου που βρίσκεται στη βάση δεδομένων του. Έπειτα ο Σταθμός Βάσης αφού φορτώσει το λογισμικό αρχίζει να εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από την κεραία ρυθμίζοντας παράλληλα κάποιες παραμέτρους και δημιουργώντας μία περιοχή κάλυψης, το λεγόμενο κύτταρο/κυψέλη ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Μετά από το βήμα της εφαρμογής έρχεται εκείνο της συνολικής εκκίνησης λειτουργίας του δικτύου. Είναι απαραίτητο κατά την λειτουργία του δικτύου να διεξάγονται διαγνωστικοί έλεγχοι πραγματικού χρόνου ώστε εάν διαπιστωθούν τυχόν αποκλίσεις συγκριτικά με την κανονική/επιθυμητή λειτουργία του συστήματος, να επιχειρούνται κατάλληλες τροποποιήσεις και προσαρμογές. Ειδικότερα, συλλέγονται στατιστικά στοιχεία από το Υποσύστημα Λειτουργίας και Υποστήριξης, τα Ψηφιακά Κέντρα Μεταγωγής (MSC) και τους Ελεγκτήρες Σταθμών Βάσης (BSCs) με σκοπό την ανάλυση της συμπεριφοράς του συνδρομητικού φορτίου, της κατανομής του, του βαθμού εξυπηρέτησης (GoS), του ποσοστού επιτυχημένων κλήσεων, των αποτυχημένων αποπειρών μεταπομπής, της ποιότητα των ραδιο-καναλιών. Έπειτα με την πραγματοποίηση drive tests εντοπίζονται περιοχές με αδύναμο λαμβανόμενο σήμα, 36

37 υψηλές παρεμβολές και άλλα προβλήματα. Στα drive tests επιλέγουμε καθορισμένες περιοχές και συγκεκριμένες διαδρομές όπου θα κινηθούμε και πραγματοποιούμε την λήψη αρκετών μετρήσεων ελέγχοντας το δίκτυο από την πλευρά του συνδρομητή. Drive tests πραγματοποιούνται επίσης για επιβεβαίωση προβλημάτων που έχουν αναφερθεί από συνδρομητές. Μετά από την συλλογή στοιχείων και την διεκπεραίωση αναλύσεων, πραγματοποιούνται προσαρμογές και βελτιστοποιήσεις παραμέτρων με σκοπό την επίλυση των προβλημάτων που προέκυψαν όπως για παράδειγμα η ρύθμιση της κλίσης των κεραιών εκπομπής ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Βάσει των προηγουμένων καθίσταται σαφές ότι ο κυψελοειδής σχεδιασμός είναι μια διαδικασία που αποτελείται από πολλά στάδια/βήματα τα οποία μπορούν και να πραγματοποιούνται ταυτόχρονα. Βασικός στόχος είναι η δημιουργία ενός δικτύου ικανού να παρέχει υπηρεσίες στους συνδρομητές του με τον καλύτερο δυνατό συνδυασμό ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service) και κόστους κατασκευής. Επίσης, καθώς παράγοντες όπως ο πληθυσμός, η δόμηση και οι συνδρομητές του δικτύου μεταβάλλονται δυναμικά είναι πολύ σημαντικό η σχεδίαση ενός κυψελοειδούς δικτύου να γίνεται λαμβάνοντας υπόψη την μελλοντική επέκτασή του, χωρίς βέβαια να υπάρχει σημαντική αύξηση του κόστους κατασκευής του. 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: «ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΔΙΚΤΥΟΥ GSM» 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στόχος αυτού του κεφαλαίου είναι η αναλυτική περιγραφή της αρχιτεκτονικής δικτύου GSM (Global System for Mobile communications) στην οποία έχει βασιστεί η προσέγγιση που υλοποιείται σε αυτή τη διπλωματική εργασία ΓΕΝΙΚΑ Το GSM έχει προδιαγραφεί από το ινστιτούτο ETSI (European Telecommunications Standards Institute) και είναι ένα αποδεκτό πρότυπο παγκόσμιας εμβέλειας το οποίο υποστηρίζει αξιόπιστα ψηφιακές ραδιοεπικοινωνίες. Είναι ένα κυψελοειδές ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G), το οποίο χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά σήματα και την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαχωρισμό του διαθέσιμου φάσματος συχνοτήτων σε ένα αριθμό καναλιών και την διαίρεση αυτών σε χρονοθυρίδες για την μετάδοση σημάτων(tdma).μέσω του GSM προσφέρονται υπηρεσίες μετάδοσης φωνής αλλά και μεταφοράς δεδομένων. Στο πλαίσιο υλοποίησης του GSM, κατά το χρονικό διάστημα από το 1982 ως το 1985 υπήρχε προβληματισμός από τις αντίστοιχες ομάδες εργασίας/ανάπτυξης του ETSI για το αν το GSM θα έμενε στην αναλογική τεχνολογία ή θα υλοποιούνταν με ψηφιακή τεχνολογία. Μετά από πειραματικές μετρήσεις πεδίου πάνω σε πιλοτικά συστήματα αποφασίστηκε η υιοθέτηση της ψηφιακής τεχνολογίας από το GSM. Ο επόμενος προβληματισμός αφορούσε την χρήση στενοζωνικής (narrowband) ή ευρυζωνικής (broadband) λύσης. Το 1987 αποφασίστηκε η υιοθέτηση στενοζωνικής TDMA τεχνικής. Με αυτόν τον τρόπο, το ψηφιακό ραδιοσύστημα μπορεί να εξυπηρετεί περισσότερους συνδομητές σε σύγκριση με ένα σύστημα που υιοθετεί την FDMA τεχνική, διασφαλίζοντας έτσι τις απαιτήσεις για οικονομία του φάσματος συχνοτήτων χωρίς να επηρεάζεται η ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών. Οι ομάδες ανάπτυξης του GSM δεν είχαν την δυνατότητα ολοκλήρωσης των προδιαγραφών για όλο το εύρος των υπηρεσιών του GSM στο καθορισμένο χρονικό διάστημα. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη του GSM σε τρεις φάσεις: - Την φάση 1, στην οποία περιλαμβάνονται οι πιο συνηθισμένες υπηρεσίες όπως η τηλεφωνική κλήση, η προώθηση κλήσεων, η υπηρεσία SMS (Short Message Service) καθώς και λειτουργίες και χαρακτηριστικά όπως η κρυπτογράφηση και οι κάρτες SIM (Subscriber Identity Module). - Την φάση 2, στην οποία εισήχθηκαν λειτουργίες όπως η αναμονή κλήσης, κλήση 38

39 συνδιάσκεψης, αναγνώριση κλήσης, πρόσθετες δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων. - Την φάση 2+, η οποία προσέφερε πρόσβαση σε υπηρεσίες Centrex, πολλαπλά προφίλ υπηρεσιών κ.α. Οι τρεις φάσεις φαίνονται στο παρακάτω σχήμα: Εικόνα 2.1.: Οι τρεις φάσεις του GSM 2.3. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ GSM Το δίκτυο GSM χαρακτηρίζεται από μία ιεραρχική δομή που απαρτίζεται από τρία κύρια επίπεδα. Το πρώτο επίπεδο αφορά το Υποσύστημα του Σταθμού Βάσης (Base Station Subsystem ή BSS), το δεύτερο αφορά το Υποσύστημα Δικτύου και Μεταγωγής (Network & Switching Subsystem ή και NSS) και το τρίτο επίπεδο αφορά το Υποσύστημα Λειτουργίας και Υποστήριξης (Operation& Support Subsystem ή OSS). Τα τρία αυτά κύρια επίπεδα φαίνονται στο παρακάτω σχήμα: 39

40 Εικόνα 2.2.: Επίπεδα αρχιτεκτονικής GSM Στην εικόνα 2.2 εμφανίζεται και ένα τέταρτο (πρώτο από αριστερά) υποσύστημα το οποίο περιλαμβάνει τον Κινητό Σταθμό (Mobile Station ή MS). Η αρχιτεκτονική του GSM εμφανίζεται και με την δομή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: 40

41 Εικόνα 2.3.: Εναλλακτικός τρόπος απεικόνισης των επιπεδων της αρχιτεκτονικής του GSM Όπου αντί του Υποσύστηματος Σταθμού Βάσης έχουμε πλέον το Υποσύστημα Ραδιοδικτύου το οποίο περιλαμβάνει όλον τον αναγκαίο ραδιο-εξοπλισμό ώστε να υποστηρίζονται όλες οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο ραδιοδίκτυο. Μπορούμε να πούμε ότι το Υποσύστημα Ραδιοδικτύου περιλαμβάνει το Υποσύστημα Σταθμού Βάσης. Στα επόμενα υποκεφάλαια θα αναλυθούν τα βασικά δομικά στοιχεία του κάθε υποσυστήματος που αναφέρθηκε παραπάνω ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ ΡΑΔΙΟΔΙΚΤΥΟΥ Το Υποσύστημα Ραδιοδικτύου, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αποτελείται από τα δομικά στοιχεία τα οποία είναι απαραίτητα για την διάθεση των απαραίτητων ραδιοπόρων σε κάθε συνδρομητή ξεχωριστά ώστε να υποστηρίζονται όλες οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο ραδιοδίκτυο. Αποτελέιται από τον Κινητό Σταθμό (Mobile Station ή MS) καθώς και το Υποσύστημα του Σταθμού Βάσης (Base Station Subsystem ή BSS) ΚΙΝΗΤΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ (MS) Ο Κινητός Σταθμός είναι ουσιαστικά ο φορητός εξοπλισμός του συνδρομητή, ο οποίος περιλαμβάνει όλο τον εξοπλισμό του χρήστη και το λογισμικό το οποίο είναι απαραίτητο 41

42 για την επικοινωνία καθώς και μία κάρτα, την κάρτα SIM (Subscriber Identity Module). Η κάρτα SIM περιλαμβάνει όλες τις πληροφορίες του συνδρομητή οι οποίες είναι απαραίτητες για την ταυτοποίησή του. Σε γενικές γραμμές, περιλαμβάνει την ταυτότητα IMSI (International Mobile Subscriber Identity) του συνδρομητή καθώς και το κλειδί και τον αλγόριθμο πιστοποίησής του.η ταυτότητα IMSI μπορεί να έχει ένα μέγιστο μήκος 15 ψηφίων και αποτελείται από τρία τμήματα, το MCC (Mobile Country Code ), το MNC (Mobile Network Code) και το MSIN (Mobile Subscriber Identification Number). Επιπλέον, η κάρτα SIM μπορεί να αποθηκεύσει αριθμούς τηλεφώνου (MSISDN) των εισερχόμενων και εξερχόμενων κλήσεων, περιέχει το Kc (το οποίο χρησιμοποιείται για την κρυπτογράφηση), τηλεφωνικούς καταλόγους και στοιχεία για άλλες εφαρμογές. Η κάρτα SIM είναι ανεξάρτητη από την φορητή συσκευή από την οποία χρησιμοποιείται αφού ο φορητός εξοπλισμός μπορεί να ταυτοποιηθεί μέσω της ταυτότητας IMEI (International Mobile Equipment Identity) η οποία είναι μοναδική για κάθε συσκευή ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ ΣΤΑΘΜΟΥ ΒΑΣΗΣ Το Υποσύστημα Σταθμού Βάσης (BSS) είναι υπεύθυνο για την διαχείριση κίνησης και σηματοδοσίας μεταξύ του Κινητού Σταθμού και του Υποσυστήματος Δικτύου και Μεταγωγής (NSS). Πραγματοποιεί την διακωδικοποίηση των καναλιών φωνής, την κατανομή των ραδιο καναλιών στα κινητά τηλέφωνα, σελιδοποίηση και άλλες εργασίες, σχετικές με το ραδιο-δίκτυο. Αποτελείται από τους Ελεγκτήρες του Σταθμού Βάσης (Base Station Controllers ή BSCs) και τους Σταθμούς Εκπομπής και Λήψης (Base Transceiver Stations ή BTSs). Πιο αναλυτικά: - Σταθμός Εκπομπής και Λήψης (BTS): Ο Σταθμός Εκπομπής και Λήψης (ή απλώς Σταθμός Βάσης) περιέχει τον απαραίτητο εξοπλισμό για μετάδοση και λήψη ραδιο-σημάτων (πομποδέκτες), κεραιοσύστημα για ηλεκτρομαγνητικό φωτισμό της περιοχής της κυψέλης καθώς και εξοπλισμό για κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση επικοινωνιών με τους Ελεγκτήρες του Σταθμού Βάσης. Είναι ουσιαστικά η ραδιοεπαφή του συστήματος GSM με τις φορητές συσκευές των κινητών συνδρομητών.οι βασικές λειτουργίες του περιλαμβάνουν την κωδικοποίηση ομιλίας, την κρυπτογράφηση, πολυπλεξία (TDMA) καθώς και την διαμόρφωση/αποδιαμόρφωση των ραδιο-σημάτων. Ο αριθμός των πομποδεκτών εξαρτάται από τον αριθμό των συχνοτήτων που καταχωρούνται σε μια συγκεκριμένη κυψέλη και συγκεκριμένα θα πρέπει να είναι ίσος με αυτόν τον αριθμό συχνοτήτων. Όλοι οι πομποί και όλοι οι δέκτες του BTS συνδέονται με το ίδιο κεραιοσύστημα. Παρακάτω φαίνεται η διασύνδεση των πομποδεκτών του BTS με το αντίστοιχο κεραιοσύστημα. Παρατηρούμε ότι απαιτείται η χρήση combiners και diplexers οι οποίοι συνδέονται με τους πομπούς και τους δέκτες αντίστοιχα. 42

43 Εικόνα 2.4.: Δομή BTS Είναι σύνηθες ένας BTS να βρίσκεται στα σύνορα τριών γειτονικών κυψελών. Για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη της περιοχής κάθε κυψέλης θα χρειαστεί μια κεραία, επομένως ο κάθε BTS σε ένα τέτοιο πλάνο θα αποτελείται από τρεις κατευθυντικές ή τομεακές κεραίες με καθορισμένο εύρος λοβού, τις 120 μοίρες. Μία άλλη στρατηγική είναι η τοποθέτηση του BTS στο κέντρο της κυψέλης και η χρήση πανκατευθυντικής κεραίας. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία η στρατηγική που υιοθετήθηκε είναι η δεύτερη, δηλαδή κάθε κυψέλη εξυπηρετείται από έναν BTS,τοποθετημένο στο κέντρο της και αποτελούμενο από μια πανκατευθυντική κεραία. - Ελεγκτήρας Σταθμού Βάσης (BSC): Αυτή η μονάδα προσφέρει την ευφυία πίσω από τους Σταθμούς Εκπομπής και Λήψης. Παρέχει και υποστηρίζει όλες τις λειτουργίες ελέγχου καθώς και τις φυσικές διασυνδέσεις μεταξύ του Ψηφιακού Κέντρου (MSC) και του BTS. Είναι ένα διακοπτικό 43

44 στοιχείο υχηλής χωρητικότητας προκειμένου να δρομολογεί διάφορες λειτουργικές διαδικασίες (π.χ. μεταπομπή, έλεγχος στάθμης ισχύος εκπομπής των πομπών του BTS και έλεγχος συνδρομητικών δεδομένων που αφορούν τις εμπλεκόμενες κυψέλες). Ουσιαστικά, δρα σαν συγκεντρωτική μονάδα στην οποία πολλές συνδέσεις χαμηλής χωρητικότητας με έναν αριθμό BTSs μετατρέπονται σε έναν μικρτότερο αριθμό συνδέσεων με το MSC. Ένας BSC έχει την δυνατότητα να ελέγχει έναν αριθμό από BTSs ενώ ένα MSC ελέγχει έναν αριθμό από BSCs. Στην προσέγγισή μας οι BSCs είναι δύο εισόδων και μιας εξόδου ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΚΤΥΟΥ ΚΑΙ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ Το Υποσύστημα Δικτύου και Μεταγωγής (NSS) είναι υπεύθυνο για λειτουργίες μεταγωγής κλήσεων και διαχείρισης της κινητικότητας (mobility management) που αφορούν κινητά τηλέφωνα που περιάγωνται μέσα στο Υποσύστημα των Σταθμών Βάσης.Το NSS διαθέτει το αναγκαίο υλικό και λογισμικό ώστε να διασφαλίζονται οι διαδικασίες κλήσεω από και προς τους συνδρομητές.αποτελείται από τα εξής δομικά στοιχεία η ανάλυση των οποίων γίνεται σε ξεχωριστό υποκεφάλαιο για το καθένα: MSC,HLR,VLR,AuC,EIR,GMSC,SMS Gateway ΨΗΦΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ Το Ψηφιακό Κέντρο Μεταγωγής ή MSC είναι η καρδιά του δικτύου GSM.Ρόλος του είναι o χειρισμός των BSCs και η διασύνδεση των BTSs με άλλα Ψηφιακά Κέντρα του ίδιου δικτύου καθώς και με το Υποσύστημα Λειτουργίας και Υποστήριξης. Με την διασφάλιση αυτών των διασυνδέσεων μπορούν να υποστηρίζονται οι αναγκαίες λειτουργίες μεταγωγής του συστήματος, ο έλεγχος των κλήσεων οι οποίες πραγματοποιούνται μεταξύ των κινητών συνδρομητών του ίδιου ή διαφορτικού παρόχου καθώς και μεταξύ κινητών συνδρομητών με συνδρομητές του σταθερού δικτύου. Στην προσέγγιση που έχει ακολουθηθεί σε αυτήν τη διπλωματική θεωρήσαμε ότι ένα MSC ελέγχει μέχρι 124 BTSs ΟΙΚΕΙΑ ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Η Οικεία Βάση Δεδομένων ή HLR (Home Location Register) είναι μια κεντρική βάση δεδομένων όπου καταχωρούνται τα στοιχεία των συνδρομητών δυναμικά και μόνιμα. Χρησιμοποιείται για την αποθήκευση και την διαχείριση των δεδομένων των συνδρομητών όπως είναι τα στοιχεία των καρτών SIM καθώς και οι αριθμοί MSISDN 44

45 (τηλεφωνικοί αριθμοί) αλλά και τις υπηρεσίες που είναι εγγεγραμένοι. Κάθε πάροχος έχει από μία HLR επομένως στην προσέγγισή μας θεωρήθηκε η ύπαρξη μίας HLR ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΙΣΚΕΠΤΩΝ Η Βάση Δεδομένων Επισκεπτών ή VLR (Visitor Location Register) περιέχει πληροφορίες συνδρομητών που αποθηκεύονται προσωρινά, για όσο χρονικό διάστημα απαιτείται από το MSC για να εξυπηρετήσει τους επισκέπτες συνδρομητές. Συνδέεται με το MSC και παίρνει τα αναγκαία δεδομένα του συνδρομητή από την HLR ανάλογα με τις απαιτήσεις της σηματοδοσίας. Όταν ένας συνδρομητής περιάγεται από ένα MSC σε ένα δεύτερο, τότε τα δεδομένα του μεταφέρονται από την μία VLR στην δεύτερη με ενεργοποίηση κατάλληλων σημάτων σηματοδοσίας και μέσω της HLR. Συνήθως οι VLRs είναι ενσωματωμένες στα MSCs επομένως ο αριθμός τους είναι ίδιος με αυτόν των MSCs, πράγμα το οποίο ακολουθείται στην προσέγγιση που παρουσιάζεται σε αυτήν τη διπλωματική εργασία ΚΕΝΤΡΟ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Το Κέντρο Πιστοποίησης ή AuC είναι μία προστατευμένη βάση δεδομένων που αποθηκεύει ένα αντίγραφο του μυστικού κλειδιού που είναι αποθηκευμένο στην κάρτα SIM κάθε συνδρομητή, το οποίο χρησιμοποιείται για έλεγχο ταυτότητας και κρυπτογραφίας προκειμένου να εξακριβώνεται η ταυτότητα του συνδρομητή και να διασφαλίζεται η εμπιστευτικότητα των κλήσεων. Επίσης προστατεύει τους φορείς εκμετάλλευσης δικτύων από διάφορους τύπους απάτης ΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΗΣ ΤΑΥΤΟΤΗΤΑΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ Είναι γνωστή με την συντομογραφία EIR (Equipment Identity Register). Η βάση αυτή περιέχει πληροφορίες που σχετίζονται με την ταυτότητα της φορητής συσκευής, την IMEI (International Mobile Equipment Identity). Έτσι με την βάση αυτή εμποδίζονται οι κλήσεις από κλεμμένες συσκευές GATEWAY MOBILE SWITCHING CENTRE (GMSC) Το GMSC είναι το ψηφιακό κέντρο πύλη προς άλλα δίκτυα (κινητής ή σταθερής τηλεφωνίας). Δηλαδή δρομολογεί τις κλήσεις μεταξύ κινητών τηλεφώνων άλλων παρόχων ή σταθερών τηλεφώνων με κινητά τηλέφωνα. Είναι υπεύθυνο για την λήψη της ταυτότητας MSRN (Mobile Station Roaming Number) από την HLR και βασίζεται στην ταυτότητα MSISDN (Mobile Station ISDN Number) του κινητού συνδρομητή. Κάθε πάροχος διαθέτει από ένα. 45

46 ΠΥΛΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ ΑΠΟΣΤΟΛΗΣ ΜΙΚΡΩΝ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ Είναι γνωστή επίσης με την συντομογραφία SMS Gateway ή SMS-G. H Πύλη SMS αναφέρεται ουσιαστικά σε δύο πύλες της υπηρεσίας μικρών μηνυμάτων οι οποίες καθορίζονται σύμφωνα με το πρότυπο GSM. Με βάση επομένως το πρότυπο GSM υπάρχουν δύο πύλες οι οποίες χειρίζονται τα δημιουργούμενα από τους συνδρομητές μικρά μηνύματα και τα οποία κατευθύνονται σε διαφορετικές διευθύνσεις. Η πρώτη πύλη SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) είναι υπεύθυνη για την αποστολή μικρών μηνυμάτων τα οποία θα πρέπει να αποσταλούν σε έναν συνδρομητή (τα μηνύματα αυτά προέρχονται από συνδρομητές εκτός δικτύου) και η δεύτερη πύλη SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) είναι υπεύθυνη για να χειρίζεται μικρά μηνύματα τα οποία δημιουργούνται από έναν συνδρομητή εντός του δικτύου. Τέλος, ο ρόλος του SMS-G, είναι παρόμοιος με αυτόν του GMSC, με μόνη διαφορά ότι αναφέρεται σε διαχείριση δρομολόγησης της υπηρεσίας μικρών μηνυμάτων και όχι για πληροφορία που αναφέρεται σε φωνή ή δεδομένα ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Βάσει της αρχιτεκτονικής του GSM που περιγράφηκε στο υποκεφάλαιο 2.3. μπορούμε να διακρίνουμε τις εξής περιοχές του δικτύου GSM: - την Περιοχή Κυψέλης - την Περιοχή Θέσης - την Περιοχή Μεταγωγής και -την Περιοχή Εξυπηρέτησης Παρόχου ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΥΨΕΛΗΣ (CELL AREA) Η περιοχή αυτή αντιστοιχεί στην γεωγραφική περιοχή της αντίστοιχης κυψέλης, η οποία χαρακτηρίζεται από την γενική της ταυτότητα, την Cell Global Identity ή CGI. Καθε κυψέλη έχει την δική της, μοναδική ταυτότητα η οποία αποτελείται από την LAI (ταυτότητα της περιοχής θέσης) και την CI (ταυτότητα της κυψέλης σε μία περιοχή θέσης) ΠΕΡΙΟΧΗ ΘΕΣΗΣ (LOCATION AREA) Κάθε γεωγραφική υποπεριοχή του δικτύου κινητής τηλεφωνίας έχει έναν κωδικό θέσης, ο οποίος ονομάζεται Ταυτότητα Θέσης (LAI). Η ταυτότητα αυτή είναι διεθνής και απαρτίζεται από ένα σύνολο ψηφίων. 46

47 ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗΣ (MSC/VLR AREA) Είναι η ενεργός περιοχή του δικτύου που ελέγχεται από ένα ψηφιακό κέντρο (MSC).Ένας συνήθης τρόπος διασύνδεσης των MSC s είναι η τοπολογία πλέγματος η οποία παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα. Εικόνα 2.5.: Παράδειγμα διασύνδεσης κόμβων με τοπολογία πλέγματος ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΞΥ[ΗΡΕΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΟΧΟΥ (PLMN AREA) Είναι η γεωγραφική περιοχή στην οποία εγκαθίσταται και λειτουργεί το δίκτυο κινητής τηλεφωνίας ενός παρόχου και εξυπηρετεί τους συνδρομητές του. Έτσι προκύπτει το παρακάτω γενικό σχήμα: 47

48 Εικόνα 2.6.: Οι περιοχές του δικτύου GSM 2.5. ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ GSM Στο παρόν υποκεφάλαιο θα αναλυθούν οι προδιαγραφές καθώς και τα τεχνικά χαρακτηριστικά του δικτύου GSM. Συγκεκριμένα στο παρόν κεφάλαιο θα επικεντρωθούμε στις συχνότητες λειτουργίας του GSM, στις διεπαφές μεταξύ των δομικών στοιχείων των τριών επιπέδων που παρουσιάστηκαν στο υποκεφάλαιο 2.3, στα κανάλια που χρησιμοποιούνται, στην τεχνική πρόσβασης που χρησιμοποιέιται (TDMA) ενώ θα γίνει συνολική αναφορά στις υπηρεσίες που προσφέρονται από το δίκτυο GSM με ιδιαίτερη αναφορά στην μεταπομπή (handover) ΖΩΝΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ ΤΟΥ GSM Το δίκτυο GSM με βάση το αντίστοιχο πρότυπο του ινστιτούτου ETSI λειτουργεί σε δύο εκδόσεις. Στην πρώτη έκδοση, η οποία παρουσιάστηκε το 1990, το δίκτυο GSM λειτουργεί στη ζώνη συχνοτήτων των 900 MHz.Η έκδοση αυτή είναι γνωστή ως GSM 900. Στη δεύτερη έκδοση, η οποία παρουσιάστηκε το 1991, το δίκτυο GSM λειτουργεί στη ζώνη συχνοτήτων των 1800 MHz και είναι γνωστή ως GSM Παρακάτω αναλύονται λεπτομερώς τα χαρακτηριστικά των δύο αυτών εκδόσεων GSM 900 Στην έκδοση αυτή η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) παραχώρησε δύο ομάδες συχνοτήτων, μία από τα 890 ως τα 915 MHz και μία από τα 935 ως τα 960 MHz. Η πρώτη ομάδα χησιμοποιείται για την επικοινωνία του Κινητού Σταθμού (MS) με τον Σταθμό Βάσης (BTS) δηλαδή για το uplink (ανερχόμενη ζεύξη) ενώ η δεύτερη για την επικοινωνία του BTS με τον Κινητό Σταθμό δηλαδή για το downlink (κατερχόμενη ζεύξη). 48

49 Εικόνα 2.7.: Σχηματική απεικόνιση της άνω και κάτω ζεύξης Η τεχνική πρόσβασης που χρησιμοποιείται είναι η TDMA/FDMA (η οποία αναλύεται παρακάτω) με οκτώ χρονοθυρίδες ανά TDMA πλαίσιο ενώ για κάθε ζεύξη η περιοχή συχνοτήτων των 25 MHz διαιρείται σε 124 (+1 ελεύθερη) συχνότητες με συχνοτική απόσταση τα 200 KHz. Πιο αναλυτικά, οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται για το downlink είναι οι με MHz ενώ για το uplink χρησιμοποιούνται οι συχνότητες από με MHz με απόσταση 200 ων KHz. Ο ρυθμός μετάδοσης είναι τα 9.6 kbit/sec GSM 1800 Στην έκδοση αυτή η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) παραχώρησε τις συχνότητες από 1805 ως 1880 MHz για το downlink και τις συχνότητες από 1710 ως 1785 MHz για το uplink. Και στην έκδοση αυτή χρησιμοποιείται η TDMA/FDMA τεχνική πρόσβασης με οκτώ χρονοθυρίδες ανά TDMA πλαίσιο ενώ για κάθε ζεύξη η περιοχή συχνοτήτων των 75 MHz διαιρείται σε 374 (+1 ελεύθερη) συχνότητες με συχνοτική απόσταση πάλι τα 200 KHz. Ο ρυθμός μετάδοσης εδώ είναι τα 43.2 kbit/sec για το downlink και 14.4 για το uplink ΑΛΛΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ Υπάρχουν και άλλες εκδόσεις όπως η GSM 1900 και η Extended GSM 900 στην οποία οι περιοχές συχνοτήτων αυξήθηκαν στα 880 ως 915 MHz για uplink και στα 925 ως 960 MHz για downlink. Στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιείται η πρώτη έκδοση, δηλαδή η GSM

50 ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ TDMA Η μπάντα των 25 MHz για downlink και των 25 MHz για uplink είναι πολύ μικρή για να εξυπηρετήσει μεγάλο αριθμό συνδρομητών. Έπρεπε λοιπόν να βρεθεί ένας αποτελεσματικός τρόπος αύξησης της χωρητικότητας του δικτύου. Αυτό οδήγησε στην τεχνική πρόσβασης καναλιού TDMA η οποία συνδυάστηκε με την FDMA. Πλέον έχουμε την Διαίρεση Χρόνου και Συχνότητας- Πολλαπλής Πρόσβασης δηλαδή την TDMA/FDMA (Time and Frequency Division- Multiple Access). Σύμφωνα με την FDMA οι δύο ζώνες των 25 MHz χωρίζονται σε 124(+1) συχνότητες-φορείς με απόσταση 200 KHz. Η TDMA τεχνική επιτρέπει σε πολλαπλούς χρήστες να μοιραστούν την ίδια συχνότητα για μετάδοση και λήψη κίνησης, διαιρώντας το σήμα σε χρονοθυρίδες. Πιο συγκεκριμένα, οι συχνότητες-φορείς διαιρούνται στον χρόνο σε 8 χρονοθυρίδες. Η κάθε χρονοθυρίδα, η οποία ονομάζεται και περίοδος ρίπής (burst period), μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις επικοινωνιακές ανάγκες διαφορετικών συνδρομητών. Δηλαδή κάθε συχνότητα-φορέας μπορεί να χρησιμοποιηθεί από 8 διαφορετικούς χρήστεςγια αποστολή ή λήψη δεδομένων. Υπάρχουν χρονοθυρίδες εκπομπής και λήψης οι οποίες αντισταθμιζονται στον χρόνο ώστε η εκπομπή και λήψη τους να μην πραγματοποιείται ταυτόχρονα. Οι χρονοθυρίδες επαναλαμβάνονται συνεχώς με κυκλικό τρόπο. Δηλαδή κάθε φορητή συσκευή αναμένει μέχρι να έρθει η σειρά της να εκπέμψει, περιμένοντας όλους τους άλλους χρήστες να εκπέμψουν τα δικά τους σήματα. Οταν έρθει η σειρά του χρήστη, αυτός μεταδίδει για όσο χρονικό διάστημα διαρκεί η χρονοθυρίδα. Μόλις περάσει αυτό το διάστημα η μετάδοση διακόπτεται μέχρις ότου να επανέλθει εκ νέου η σειρά της χρονοθυρίδας του.έχουμε δηλαδή διακοπτόμενη μετάδοση δεδομένων αλλά η διακοπή δεν γίνεται αντιληπτή αφού οι εναλλαγές χρονοθυρίδων πραγματοποιούνται σε πολύ γρήγορο ρυθμό. Επίσης, κάθε ομάδα 8 χρονοθυρίδων συνιστά ένα TDMA πλαίσιο. Η χρονική διάρκεια της χρονοθυρίδας είναι τα ms ενώ αυτή του πλήρους πλαισίου TDMA είναι 8*0.577=4.615 ms. Βάσει του προτύπου του συστήματος GSM, τα TDMA πλαίσια οργανώνονται σε Πολυπλαίσια ώστε να μεταφέρουν σήματα ελέγχου και κίνησης, τα οποία οργανώνονται με την σειρά τους σε Υπερπλαίσια (Superframes). Τέλος, τα υπερπλαίσια οργανώνονται σε μέγιστα πλαίσια. Η κάθε χρονοθυρίδα αποτελεί φυσικό κανάλι. Έτσι δημιουργούνται για κάθε συχνότητα 8 φυσικά κανάλια. Η τεχνική πρόσβασης καναλιού TDMA αποτελεί βασικό εργαλείο για τον καθορισμό διαφόρων μεγεθών σε αυτήν τη διπλωματική εργασία ΚΑΝΑΛΙΑ Στις τηλεπικοινωνίες με τον όρο κανάλι αναφερόμαστε είτε σε φυσικό μέσο μετάδοσης όπως ένα καλώδιο μέσω του οποίου μεταφέρεται η πληροφορία ή σε μία λογική σύνδεση όπως είναι ένα ραδιοκανάλι. Στο GSM έχουμε λογικά και φυσικά κανάλια. Φυσικό κανάλι είναι ο συνδυασμός μιας χρονοθυρίδας και της φέρουσας συχνότητας, όροι που έχουν αναλυθεί παραπάνω. Τα λογικά κανάλια χωρίζονται σε κανάλια κίνησης και ελέγχου.τα κανάλια κίνησης (TCH) 50

51 είναι κανάλια που χρησιμοποιούνται για επικοινωνίες σημείου προς σημείο. Χρησιμοποιούνται για την μεταφορά κωδικοποιημένης πληροφορίας. Όλα τα κανάλια κίνησης χρησιμοποιούν TDMA δομή η οποία αποτελείται από 26 πολυπλαίσια. Τα κανάλια ελέγχου χρησιμοποιούνται για την μετάδοση σημάτων συγχρονισμού και σηματοδοσίας. Χωρίζονται σε αφιερωμένα κανάλια ελέγχου και σε μη αφιερωμένα κανάλια ελέγχου. Ενδεικτικά κάποια κανάλια ελέγχου είναι τα SDCCH, FACCH, SACCH, BCCH ΔΙΕΠΑΦΕΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Διεπαφή ή διασύνδεση γενικά ονομάζουμε το σύνορο επικοινωνίας μιας οντότητας με το περιβάλλον της (άλλες οντότητες). Στο πλαίσιο ανάλυσης της αρχιτεκτονικής GSM αναφέρθηκαν διάφορες διασυνδέσεις μεταξύ δομικών στοιχείων του ίδιου ή διαφορετικών επιπέδων της αρχιτεκτονικής. Στο παρόν υποκεφάλαιο θα παρουσιαστούν και θα αναλυθούν σύντομα οι κύριες διεπαφές μεταξύ των δομικών στοιχείων του δικτύου GSM ΔΙΕΠΑΦΗ ΑΕΡΟΣ UM Η διεπαφή αυτή υφίσταται μεταξύ φορητής συσκευής και του συστήματος του Σταθμού Βάσης. Μέσω αυτής παρέχονται υπηρεσίες μετάδοσης φωνής και δεδομένων στο ασύρματο κανάλι καιτά την επικοινωνία της φορητής συσκευής με τον Σταθμό Βάσης ΔΙΕΠΑΦΗ ABIS Υφίσταται μεταξύ του Σταθμού Εκπομπής-Λήψης και του Ελεγκτήρα του Σταθμού Βάσης. Χρησιμοποιείται για μετάδοση πληροφορίας και για επίβλεψη του BTS. Ακόμη, καθήκον της είναι η μεταφορά στοιχείων συγχρονισμού από τον Ελεγκτήρα του Σταθμού Βάσης στον Σταθμό Εκπομπής-Λήψης και στην φορητή συσκευή ΔΙΕΠΑΦΗ A Υφίσταται μεταξύ του Ελεγκτήρα του Σταθμού Βάσης και του Ψηφιακού Κέντρου. Μέσω αυτής μεταφέρεται πληροφορία στα κανάλια κίνησης ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ ΤΟΥ GSM/ΜΕΤΑΠΟΜΠΗ Γενικά, το δίκτυο GSM υποστηρίζει υπηρεσίες φωνής (τηλε-υπηρεσίες) καθώς και υπηρεσίες δεδομένων (κομιστικές). Οι περισσότερες υπηρεσίες του GSM έχουν 51

52 αναφερθεί αποσπασματικά σε διάφορα προηγούμενα κεφάλαια ενώ στο συγκεκριμένο θα παρουσιαστούν συγκεντρωτικά. Το δίκτυο GSM υποστηρίζει τις εξής υπηρεσιες: -Dual-Tone Multifrquency (DTMF).Είναι σηματοδοσία διπλού τόνου και χρησιμοποιείται για θέματα ελέγχου μέσω του τηλεφωνικού δικτύου (π.χ. έλεγχος συστήματος από απόσταση). -Fascimile Group III. Χρησιμοποιείται για μετάδοση πληροφορίας μέσω τηλεομοιοτυπίας.με την υπηρεσία αυτή δίδεται η δυνατότητα της σύνδεσης και επικοινωνίας με κάθε αναλογικό fax στο δίκτυο. -Short Message Services. Μέσω αυτής της υπηρεσίας δίνεται η δυνατότητα αποστολής βραχέων μηνυμάτων μεταξύ φορητών συσκευών. -Cell Broadcast.Αφορά την εκπομπή βραχέως μηνύματος το οποίο μπορεί να ληφθεί από όλους τους συνδρομητής που κινούνται σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή. -Voice Mail.Είναι φωνητική υπηρεσία που προέρχεται από μια απαντητική μηχανή ελεγχόμενη απ τον συνδρομητή.οι αντίστοιχες φωνητικές κλήσεις προωθούνται στο φωνητκό ταχυδρομείο όπου ο συνδρομητής ελέγχει τα φωνητικά μηνύματα με χρήση ειδικού κωδικού. -Fax Mail. Η υπηρεσία αυτή δίνει την δυνατότητα στον συνδρομητή να λαμβάνει φαξ. Πέρα από αυτές τις υπηρεσίες υπάρχει και ένα σύνολο από συμπληρωματικές υπηρεσίες οι οποίες επιγραμματικά είναι οι εξής: -Προώθηση Κλήσεων -Φραγή Εισερχόμενων Κλήσεων -Φραγή Εξερχόμενων Κλήσεων -Advice Of Charge όπου δίνεται δυνατότητα στον συνδρομητή να εκτιμά την χρέωση των κλήσεων που πραγματοποιεί. -Call Hold όπου δίνει την δυνατότητα στον συνδρομητή να διακόπτει μια ενεργή κλήση και ακολούθως μετά από καάποιο χρονικό διάστημα να την αποκαθιστά. -Call Waiting η οποία γνωστοποιεί στον συνδρομητή ότι υφίσταται κάποια εισερχόμενη κλήση ενώ ήδη επικοινωνεί με άλλον συνδρομητή. -Multiparty Service η οποία δίνει την δυνατότητα αποκατάστασης πολυμερούς επικοινωνίας. 52

53 -Calling Line Identification Presentation η οποία δίνει την δυνατότητα να εμφανίζεται ο ISDN αριθμός του καλούντος. - Calling Line Identification Restriction η οποία δίνει την δυνατότητα απόκρυψης του ISDN αριθμού του καλούντος. -Closed User Groups η οποία δίνει την δυνατότητα οργάνωσης κλήσης μεταξύ μιας κλειστής ομάδας συνδρομητών. Ειδική αναφορά πρέπει να γίνει στην μεταπομπή (handover).μεταπομπή είναι η διαδικασία μεταφοράς μιας ενεργούς κλήσης ή σύσκεψης δεδομένων από ένα κανάλι συνδεδεμένο στο δίκτυο πυρήνα, σε ένα άλλο.πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά το GSM, το handover είναι η εναλλαγή μιας εν εξελίξη κλήσεως σε διαφορετικό κανάλι ή κυψέλη. Στην αμερικανική βιβλιογραφία χρησιμοποιείται ευρέως ο όρος handoff ενώ στην βρετανική ο όρος handover. Στο GSM υπάρχουν τέσσερις διαφορετικοί τύποι handover: - Η Ενδο-κυψελωτή μεταπομπή ή Intra Cell Handover. Συναντάται και με τον όρο Intra-BTS handover. Συμβαίνει όταν είναι απαραίτητη η αλλαγή του καναλιού που χρησιμοποιείται από έναν κινητό σταθμό λόγω π.χ. παρεμβολών αλλά αυτός συνεχίζει να εξυπηρετείται από τον ίδιο BTS. - Η Εγκλεισμένη ενδο-κυψελωτή μεταπομπή ή Intern Cell Handover. Συμβαίνει όταν ο Κινητός Σταθμός μεταβαίνει από την περιοχή κάλυψης ενός BTS στην περιοχή κάλυψης ενός άλλου όπου και οι δύο BTSs ελέγχονται από το ίδιο BSC.Σε αυτή τη περίπτωση ο BSC εκτελεί την μεταπομπή και αναθέτει νέο κανάλι στον MS πριν απελευθερώσει τον MS από την επικοινωνία με τον αρχικό BTS. - Η Εγκλεισμένη μεταπομπή σε επίπεδο MSC (MSC Intern Handover). Συμβαίνει όταν ο MS απομακρύνεται από την περιοχή ελέγχου ενός BSC. Εδώ συμβαίνει μια πιο σύνθετη μορφή μεταπομπής.η διασύνδεση μεταφέρεται μεταξύ BTSs τα οποία ανήκουν σε δύο διαφορετικούς BSCs υπό τον έλεγχο του ίδιου MSC. - Η Εξωτερική μεταπομπή σε επίπεδο MSC (MSC Extern Handover). Συμβαίνει όταν ο MS μετακινείται από ένα δίκτυο σε ένα άλλο.δύο MSCs επικοινωνούν και διαπραγματεύονται τις λεπτομέρειες της μεταπομπής. Η απόφαση για την εκτέλεση της διαδικασίας της μεταπομπής πραγματοποιείται στον BSC. Κατά την χρονική διάρκεια της σύνδεσης, η φορητή συσκευή στέλνει τις αναφορές/μετρήσεις για τη στάθμη του λαμβανομένου σήματος από όλα τα BTSs που δύναται να λάβει.με βάση τις συγκεκριμένες μετρήσεις το BSC μπορεί να προκαλέσει την έναρξη της διαδικασίας της μεταπομπής. 53

54 2.6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο κεφάλαιο αυτό έγινε περιγραφή του τρόπου λειτουργίας του δικτύου GSM καθώς και παρουσίαση των βασικών δομικών μονάδων του. Οι πιο σημαντικές πληροφορίες που μπορούμε να αποκομίσουμε από αυτό είναι αυτές που αφορούν άμεσα την προσέγγισή μας, δηλαδή ότι θα για κάθε κυψέλη θα χρησιμοποιήσουμε έναν BTS τοποθετημένο στο κέντρο της, οι BSCs θα είναι δύο εισόδων και μιας εξόδου, ένα MSC ελέγχει μέχρι 124 BTSs. Οι VLRs θα είναι όσες και τα MSCs, ενώ θα έχουμε από ένα G-MSC και HLR μιας και κάνουμε την σχεδίαση ενός παρόχου. 54

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: «ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΥΨΕΛΟΕΙΔΟΥΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΑΧΑΪΑΣ» 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε αυτό το κεφάλαιο γίνει η παρουσίαση της προσέγγισης που επιλέχθηκε για την υλοποίηση του κυψελοειδούς σχεδιασμού στις περιοχές του Νομού Αχαΐας που επιλέχθηκαν. Έχουμε επιλέξει την αρχιτεκτονική δικτύου GSM 900 και βάσει αυτής θα υλοποιηθεί ο κυτταρικός σχεδιασμός σε όλες τις περιοχές μελέτης.θεωρούμε την ρεαλιστική και πραγματική κατάσταση στην οποία υπάρχουν δύο πάροχοι άρα οι 124 διαθέσιμες από την θεωρία συχνότητες θα εκπέσουν στις 62.Άρα έχουμε στην διάθεσή μας 62 συχνότητες. Επίσης στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία μας ενδιαφέρει το downlink και όχι το uplink επομένως θα επικεντρωθούμε σε αυτό. Σε σχέση με το Κεφάλαιο 1 όπου αναπτύσσονται λεπτομερώς όλα τα βήματα του κυτταρικού σχεδιασμού, θα παρουσιαστούν ουσιαστικά τα δύο πρώτα βήματα που αφορούν την εκτίμηση της κάλυψης και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης του δικτύου και την παρουσίαση του εικονικού κυτταρικού σχεδιασμού για κάθε περιοχή. Επίσης θα γίνει και διαστασιολόγηση των απαραίτητων δομικών μονάδων για την υλοποίηση του κυψελοειδούς δικτύου ενώ κάποια στοιχεία τα οποία αφορούν το συνολικό δίκτυο, το οποίο θα είναι συνδυασμός των υποδικτύων της κάθε περιοχής, θα παρουσιαστούν στο Κεφάλαιο ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η υλοποίηση αλγορίθμου και η εφαρμογή του για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη των πιο πυκνοκατοικημένων περιοχών του Νομού Αχαΐας καθώς και των οδικών δικτύων που τις συνδέουν. Έπειτα από έρευνα αποφασίστηκε ο σχεδιασμός κυψελοειδούς δικτύου στις περιοχές της Κάτω Αχαΐας, των Καλαβρύτων, του Αιγίου, του Δήμου Πατρών (Πάτρα, Περίχωρα Πάτρας και Ρίο) καθώς και στα οδικά δίκτυα που συνδέουν αυτές τις περιοχές.για την επιλογή των παραπάνω περιοχών μελετήθηκε ο χάρτης κατανομής πληθυσμού στην Πελοπόννησο: 55

56 Εικόνα 3.1.: Χάρτης κατανομής πληθυσμού της Πελοποννήσου Πιο συγκεκριμένα, η περιοχή σχεδιασμού του συνολικού δικτύου, με την βοήθεια του εργαλείου μέτρησης απόστασης του Google Maps, φαίνεται στην εικόνα 3.2.: Εικόνα 3.2.: Η υπό σχεδίαση περιοχή 56

57 Στα επόμενα υποκεφάλαια θα γίνει εφαρμογή του αλγορίθμου του κυτταρικού σχεδιασμού, δηλαδή η εφαρμογή των βημάτων που παρουσιάστηκαν στο πρώτο Κεφάλαιο, για κάθε περιοχή ξεχωριστά ΚΑΛΑΒΡΥΤΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Στα επόμενα υποκεφάλαια θα γίνει ανάλυση και εκτίμηση της τηλεπικοινωνιακής κίνησης και κάλυψης της περιοχής των Καλαβρύτων ακολουθώντας τον τρόπο που παρουσιάστηκε στην αντίστοιχη πάράγραφο του πρώτου Κεφαλαίου. Μόνη διαφορά είναι ότι μέρος του κυτταρικού σχεδιασμού θα γίνει σε αυτό το υποκεφάλαιο, μιας και είναι κρίσιμο για την ολοκλήρωση του πρώτου αυτού βήματος του κυψελοειδούς σχεδιασμού. Η ίδια διαδικασία θα ακολουθηθεί για όλες τις υπό μελέτη περιοχές ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Σύμφωνα με τα στοιχεία της Εθνικής Στατιστικής Υπηρεσίας για την απογραφή του 2011, τα Καλάβρυτα είναι μια πόλη με πληθυσμό 1674 κατοίκων. Επίσης με αναζήτηση στο διαδίκτυο βρέθηκε ότι η πόλη έχει έκταση km 2, η οποία θεωρούμε ότι είναι και η περιοχή κάλυψης. Το γεωγραφικό ανάγλυφο της περιοχής φαίνεται στις παρακάτω εικόνες οι οποίες είναι παρμένες από το Google Maps. 57

58 Εικόνα 3.3.: Χάρτης Καλαβρύτων Εικόνα 3.4.: Τα Καλάβρυτα από δορυφορική λήψη 58

59 Επίσης βρίσκονται σε υψόμετρο 758 μέτρων.για διευκόλυνση θεωρήθηκε ότι έχουμε ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού στην περιοχή των Καλαβρύτων ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Τα Καλάβρυτα είναι μία ορεινή ημιαστική περιοχή.βάσει αυτού το μοντέλο απωλειών που επιλέχθηκε είναι το Okumura Hata Suburban, το οποίο λειτουργεί για συχνότητες μεταξύ 150 και 1500 MHz, άρα είναι συμβατό με το GSM 900.Επίσης όπως δηλώνει το όνομά του είναι ειδική περίπτωση του Okumura-Hata για ημιαστικές περιοχές σαν τα Καλάβρυτα. Ακόμα τα χαρακτηριστικά του που αφορούν την απόσταση, το ύψος της κεραίας στου Σταθμού Βάσης και το ύψος κεραίας του συνδρομητή ταιριάζουν σε μεγάλο βαθμό στην προσέγγισή μας ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Για την περιοχή των Καλαβρύτων, καθώς και για κάθε άλλη περιοχή σχεδιασμού, θεωρούμε ότι σκοπός είναι η εξυπηρέτηση όλων των κατοίκων της περιοχής, δηλαδή για ασφάλεια θεωρούμε ότι μελλοντικά όλος ο πληθυσμός θα γίνει συνδρομητής του προς σχεδίαση δικτύου. Ειδικότερα για την περιοχή των Καλαβρύτων, η οποία δεν είναι μια περιοχή με μεγάλη μεταβολή πληθυσμού ανά τα χρόνια, η προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει σε αρκετά ακριβή και ρεαλιστικά αποτελέσματα. Όπως εξηγήθηκε και στο πρώτο Κεφάλαιο το συνδρομητικό φορτίο υπολογίζεται από τον τύπο Α=Ν*Κ*Δ/3600 όπου: Κ: Ο αριθμός κλήσεων του κάθε συνδρομητή στη διάρκεια μίας ώρα Δ: Η διάρκεια κλήσης του κάθε συνδρομητή και Ν ο αριθμός συνδρομητών. Έπειτα από έρευνες στο διαδίκτυο βρέθηκε και υιοθετήθηκε ότι Κ=1,Δ=108 δευτερόλεπτα. Έτσι A=(1674*1*108)/3600=50.22 Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Σύμφωνα με τα βήματα του κυτταρικού σχεδιασμού, επόμενη κίνηση είναι να βρούμε τα κανάλια που απαιτούνται για την εξυπηρέτηση του συνδρομητικού φορτίου με μια συγκεκριμένη πιθανότητα ολικής κατάληψης.στην προσέγγισή μας επιλέξαμε Blocking Probability ίση με 3%. Βάσει του πίνακα Erlang θα απαιτηθούν 59 φυσικά κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Στο συγκεκριμένο υποκεφάλαιο θα παρεμβάλουμε ένα τμήμα του δεύτερου βήματος, του 59

60 κυτταρικού σχεδιασμού, το οποίο είναι βασικό για την ολοκλήρωση του πρώτου βήματος. Στην προσέγγισή μας θα κάνουμε διαστασιολόγηση του δικτύου με κριτήριο την χωρητικότητα του δικτύου. Στόχος είναι η εύρεση του αριθμού και της έκτασης των κυψελών που θα καλύψουν ηλεκτρομαγνητικά την περιοχή. Όπως αναφέρθηκε, η αρχιτεκτονική δικτύου που επιλέχθηκε είναι η GSM 900. Επίσης λόγω αυτής της επιλογής επιλέγουμε την τεχνική πρόσβασης TDMA/FDMA που σημαίνει ότι κάθε συχνότητα αντιστοιχεί σε 8 φυσικά κανάλια.βάσει αυτού, για την ιανοποίηση των απαιτήσεων της κάυψης της περιοχής των Καλαβρύτων απαιτούνται 59/8=7.375 δηλαδή 8 συχνότητες. Η στογγυλοποίηση προς τα πάνω μας δίνει επιπλέον ασφάλεια στην ικανοποίηση των απαιτήσεων για την επαρκή κάλυψη του συνδρομητικού φορτίου. Τέλος επιλέγουμε μοτίβο επαναχρησιμοποίησης 4/12 με την διαφορά απ την κλασική περίπτωση αυτού του cluster size ότι οι Σταθμοί Βάσης είναι τοποθετημένοι στο κέντρο κάθε κυψέλης. Στο GSM με cluster size 4/12, 62 συχνότητες τοποθετούνται σε 12 κυψέλες.στην περίπτωσή μας έχουμε 8 συχνότητες άρα θα απαιτηθούν (8/62)*12=1.55 άρα 2 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /2=533000m 2. Επειδή θεωρούμε ότι κάθε κυψέλη έχει σχήμα κανονικού εξαγώνου, η ακτίνα της, άρα και η μέγιστη απόσταση κάλυψης ενός BTS αυτής της περιοχής, θα δίνεται από την σχέση: E=1.5 3 R 2 με E,R το εμβαδό και την ακτίνα του κανονικού εξαγώνου αντίστοιχα. Προκύπτει λοιπόν ότι η ακτίνα της κυψέλης που πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την κάλυψη της περιοχής των Καλαβρύτων R= μέτρα. Πλέον είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε την εκπεμπόμενη ισχύ που απαιτείται για την κάλυψη της περιοχής. Για τον υπολογισμό της θα βασιστούμε στο link budget και κατ επέκταση στο μοντέλο απωλειών που διαλέξαμε στην Για υπολογισμό της εκπεμπόμενης ισχύος έπρεπε να γίνει έρευνα από διάφορες διαδικτυακές πηγές που να αφορά την επιθυμητή ισχύ λήψης στα άκρα του κυττάρου η οποία αντιστοιχεί στην στάθμη ευαισθησίας του κινητού, το κέρδος της κεραίας του BTS, το κέρδος που ορίζουμε ότι αντιπροσωπεύει αυτό όλων των κεραιών των κινητών και τις απώλειες ομοαξονικού καλωδίου. Έπειτα από την έρευνα που διεξήχθη σε διάφορες φορητές ευρέθηκε ότι αντιπροσωπευτική τιμή της στάθμης ευαισθησίας του κινητού είναι τα dbm, μια καλή τιμή του κέρδους των κεραιών των BTSs είναι τα 8 Db και ότι οι απώλειες ομοαξονικού καλωδίου είναι τα 0.1 Db ανά 100 μέτρα. Επίσης το κέρδος της κεραίας του κινητού είναι 10 log10(1.2) Db. Ακόμα θεωρούμε ύψος του κινητού (δηλαδή της φορητής συσκευής) ίσο με 1.6 μέτρα ενώ το ύψος της κεραίας του Σταθμού Βάσης ίσο με 30 μέτρα. Αυτό σημαίνει ότι οι απώλειες ομοαξονικού καλωδίου στον Σταθμό Βάσης είναι =0.03 db. Τέλος επιλέξαμε συχνότητα τα 900 MHz λόγω της τεχνολογίας επιλογής (GSM 900) ενώ η απόσταση είναι ίση με την ακτίνα αφού υποθέσαμε ότι ο Σταθμός Βάσης βρίσκεται στο κέντρο της κυψέλης. Οι παραπάνω τιμές θα χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της ισχύος εκπομπής όλων των Σταθμών Βάσης κάθε περιοχής που εξετάζουμε επομένως στα επόμενα υποκεφάλαια δεν θα τις επαναλάβουμε. Τέλος με την βοήθεια του λογισμικού Matlab, και με την συγγραφή κατάλληλου κώδικα (ο οποίος δίνεται στο Παράρτημα της Διπλωματικής εργασίας) υπολογίσαμε τις απώλειες

61 όδευσης και μέσω του link budget την εκπεμπόμενη ισχύ του BTS ώστε στα άκρα του κυττάρου η λαμβανόμενη ισχύς να είναι ίση με το κατώφλι ευαισθησίας της φορητής συσκευής. Για την περιοχή των Καλαβρύτων λοιπόν, προέκυψε ότι η ισχύς εκπομπής των Σταθμών Βάσης της πρέπει να είναι dbm ή Mw τιμή αρκετά μικρή βέβαια αλλά επαρκής για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη που απαιτείται.ισχύει ότι ένα μέγεθος μετατρέπεται σε db αν βρούμε την τιμή του 10 log 10(τιμή μεγέθους).από αυτήν την σχέση μπορούμε να έχουμε την τιμή σε db να βρούμε την πραγματική τιμή του μεγέθους ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Έχουμε επιλέξει το GSM 900 με 4/12 cluster size πράγμα το οποίο σημαίνει ότι, με το δεδομένο ότι μας διατίθενται 62 συχνότητες, θα κατανέμουμε όλες τις διαθέσιμες συχνότητες σε 12 κυψέλες. Επιλέγουμε στατικό τρόπο καταχώρησης συχνοτήτων και οριζόντια σάρωση για την ανάθεσή τους στις αντίστοιχες κυψέλες. Με αυτά τα δεδομένα μία δωδεκάδα κυψελών που αποτελούν μια συστάδα (cluster) θα έχει σε κάθε κύτταρο τις εξής συχνότητες: Πίνακας 3.1.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 F61 F62 όπου έχουμε επιλέξει τις συχνότητες από ως MHz αφού μας ενδιαφέρει μόνο το downlink και έχουμε 62 διαθέσιμες συχνότητες. Δηλαδή F1=935.2 MHz, F2=935.4 MHz, F3=935.6 MHz..., F62=947.4 MHz. Οι συχνότητες της κάτω ζεύξης βρίσκονται από τον τύπο *ARFCN MHz με ARFCN=1,2,...,62 και είναι το Absolute Radio Frequency Channel Number. Επίσης έχουμε δώσει ονομασίες στις κυψέλες οι οποίες είναι οι A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2,A3,B3,C3,D3 και θεωρούμε ότι π.χ. στην A1 θα έχουν ανατεθεί πάντα οι συχνότητες που παρουσιάζονται παραπάνω εκτός αν απαιτούνται λιγότερες λόγω των ιδιαιτεροτήτων κάποιας περιοχής. Στην περιοχή των Καλαβρύτων απαιτούνται 8 συχνότητες σε 2 κυψέλες άρα θα χριεαστούμε 4 συχνότητες ανά κυψέλη. Επειδή από τώρα είναι καλό να σκεφτόμαστε την προστασία από τις παρεμβολές θα επιλέξουμε και θα επιλέγουμε τις κυψέλες μας έτσι ώστε να χρησιμοποιούνται και οι δώδεκα όσο ισορροπημένα γίνεται.δηλαδή θα φροντίσουμε π.χ. ώστε η κυψέλη A1 όσο η C2. Βάσει αυτού θα χρησιμοποιήσουμε τις εξής κυψέλες: 61

62 Πίνακας 3.2.: Οι κυψέλες και οι συχνότητές τους για την περιοχή των Καλαβρύτων C1 F3 F15 F27 F39 B3 F10 F22 F34 F ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ Όπως έχει αναπτυχθεί και στο πρώτο κεφάλαιο θα πρέπει να πετύχουμε προστασία από τρία είδη παρεμβολών: την παρεμβολή ενδοδιαμόρφωσης, την ομοκαναλική παρεμβολή, και την παρεμβολή γειτονικού καναλιού. α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Τα πιο ισχυρά προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης είναι τα 3 ης τάξης καθώς κατανέμονται εντός του φάσματος λειτουργίας του δικτύου μας υποβαθμίζοντας τον σηματοθορυβικό λόγο (SNR) και την ποιότητα επικοινωνίας προκαλώντας παρεμβολές ενδοδιαμόρφωσης. Χρησιμοποιώντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud λαμβάνουμε έναν κατάλογο συχνοτήτων που υφίστανται παρεμβολές ενδοδιαμόρφωσης. Οι συχνότητες της 3 ης γραμμής σύμφωνα με τον τύπο του Mifsud είναι αυτές που παρουσιάζουν πρόβλημα. Επομένως για να απαλλαγούμε από τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3 ης τάξης πρέπει να τις αντιμεταθέσουμε. Τις αντιμεταθέτουμε και προκύπτει ο εξής πίνακας με τις κατανεμημένες στα κύτταρα συχνότητες: Πίνακας 3.3.: Οι κυψέλες και η τελική κατανομή των συχνοτήτων που θα χρησιμοποιηθούν για την περιοχή των Καλαβρύτων C1 F3 F15 F34 F39 B3 F10 F22 F27 F46 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Όπως αναφέρθηκε και στο πρώτο Κεφάλαιο για την εξασφάλιση της προστασίας από την Ομοκαναλική Παρεμβολή πρέπει πληρείται το κριτήριο της ελάχιστης απόστασης που ορίζει ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων, την D=R* 3 N. Εδώ Ν=12,R= m άρα D= m. Επίσης θα πρέπει να υπολογιστεί ο λόγος φέρουσας προς συνιστώσα ομοκαναλικής παρεμβολής C/Ico-ch και 62

63 να διαπιστωθεί ότι είναι μεγαλύτερος από κάποια τιμή. Στην τεχνολογία GSM μια τέτοια επιθυμητή τιμή είναι τα 9 Db ενώ η ποιότητα του σήματος κρίνεται εξαιρετική εάν ο λόγος είναι μεγαλύτερος των 12 Db. Θα πραγματοποιηθεί ο υπολογισμός της ομοκαναλικής πρώτης και δεύτερης τάξης σύμφωνα με τον τύπο και την θεωρία που παρουσιάστηκε στο πρώτο κεφάλαιο και με την βοήθεια του λογισμικού Matlab. Στην περίπτωσή μας τα κύρια ομοκαναλικά κύτταρα που προκαλούν αυτού του είδους την παρεμβολή είναι αυτά των ανοιχτών (rural) περιοχών ανάμεσα στο Αίγιο και τα Καλάβρυτα. Ο αντίστοιχος κώδικας υπάρχει στο Παράρτημα της εργασίας. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο 4 ο Κεφάλαιο. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Για την προστασία από την παρεμβολή γειτονικού καναλιού θα πρέπει να τοποθετηθούν με τέτοιο τρόπο οι κυψέλες ώστε να μην έχουμε πολύ κοντινά γεωγραφικά κύτταρα στα οποία έχουν αποδοθεί κοντινές φασματικά συχνότητες, γι αυτό και επιλέγεται οριζόντια σάρωση στην τοποθέτηση των συχνοτήτων στις αντίστοιχες κυψέλες. Από τον πίνακα (να βάλω ονόματα στους πίνακες) παρατηρούμε ότι η ελάχιστη απόσταση μεταξύ συχνοτήτων γειτονικών κυττάρων είναι τα 1400 MHz. Επίσης οι συχνότητες των ίδιων των κυττάρων απέχουν κατ ελάχιστο 1000 MHz. Αυτές οι συχνοτικές αποστάσεις είναι αρκετά μεγαλύτερες των 400 MHz την οποία ορίσαμε σαν ελάχιστη συχνοτική απόσταση που επιτρέπεται ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Βάσει των υπολογισμών του προηγούμενου υποκεφαλαίου η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής των Καλαβρύτων είναι , η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι Mw και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm.βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο παρακάτω χάρτης: 63

64 Εικόνα 3.5.: Ο κυτταρικός σχεδιασμός στην περιοχή των Καλαβρύτων Οι Σταθμοί Βάσης βρίσκονται στο κέντρο των κυψελών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνει διαστασιολόγηση του υποδικτύου που σχεδιάσαμε, δηλαδή θα βρεθεί ο αριθμός BTSs, BSCs και του απαραίτητου εξοπλισμού για την υλοποίηση του. Ουσιαστικά θα γίνει διαστασιολόγηση του Υποσυστήματος Ραδιοδικτύου. Η διαστασιολόγηση του Υποσυστήματος Μεταγωγής θα γίνει στο επόμενο κεφάλαιο αφού αυτή απαιτεί τα συνολικά μεγέθη του Υποσυστήματος Ραδιοδικτύου. Καταρχάς έχουμε ως δεδομένο ότι κάθε κυψέλη θα εξυπηρετείται από έναν BTS ο οποίος θα βρίσκεται στο κέντρο της. Για να γίνει αυτό θα πρέπει σε κάθε BTS να εγκατασταθεί ίσος αριθμός πανκατευθυντικών κεραιών. Ακόμα ο αριθμός πομποδεκτών κάθε BTS θα είναι ίσος με αυτόν των συχνοτήτων που του έχουν ανατεθεί. Επίσης πρέπει να καθορίσουμε τον αριθμό των combiners και diplexers. Οι combiners συνδέονται με τους πομπούς ενώ οι diplexers με τους δέκτες. Ο αριθμός των combiners και των diplexers ποικίλει ανάλογα με τον αριθμό των εισόδων (για τους combiners) και των εξόδων (για τους diplexers) που διαθέτουν. Εμείς για την σχεδίαση μας θα χρησιμοποιήσουμε combiners και diplexers οι οποίοι συνδέονται όπως στο σχήμα του Κεφαλαίου 2(να πω ποιο το σχήμα).τέλος, οι BSCs είναι δύο εισόδων και μιας εξόδου το οποίο σημαίνει ότι ένας BSC θα εξυπηρετεί 2 BTSs. Έτσι, με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα 64

65 βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή των Καλαβρύτων απαιτούνται: Εικόνα 3.6.: Τα αποτελέσματα της διαστασιολόγησης όπως τα έδωσε το Matlab για την περιοχή των Καλαβρύτων Άρα κάθε Σταθμός Βάσης θα απαιτεί 4 πομπούς και 4 δέκτες άρα 3 combiners και 3 diplexers, και επειδή έχουμε δύο, ο συνολικός αριθμός των combiners θα είναι 6 όπως και των diplexers ΑΙΓΙΟ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Η επόμενη περιοχή την οποία εξετάζουμε είναι αυτή του Αιγίου.Πάλι θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε για την περιοχή των Καλαβρύτων ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η πόλη του Αιγίου σύμφωνα με την Απογραφή του 2011 έχει πληθυσμό κατοίκων, ενώ η έκτασή της είναι 5.78 km 2. Επίσης βρίσκεται σε υψόμετρο 40 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας. Η πόλη καθώς και η ευρύτερη περιοχή φαίνεται στην εικόνα 3.7., για την εύρεση της οποίας χρησιμοποιήθηκε το Google Maps, όπως και για τις υπόλοιπες περιοχές σχεδίασης. 65

66 Εικόνα 3.7.: Η περιοχή του Αιγίου στον χάρτη Για διευκόλυνση θεωρήθηκε ότι η πόλη του Αιγίου παρουσιάζει ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Όπως αναφέρθηκε παραπάνω η πόλη του Αιγίου έχει πληθυσμό κατοίκων, ενώ η έκτασή της είναι 5.78 km 2. Αυτό σημαίνει ότι παρουσιάζει μεγάλη πυκνότητα πληθυσμού άρα κατάλληλο μοντέλο ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης για την περιοχή αυτή είναι το Cost 231 Walfisch-Ikegami. Το μοντέλο αυτό είναι κατάλληλο για αστικό περιβάλλον καθώς δίνει την απώλεια οδεύσεως τόσο για την περίπτωση line of sight όσο και για μη line of sight συνιστώσα σήματος. Επίσης λαμβάνει υπόψη παράγοντες που συναντάμε στο αστικό περιβάλλον όπως το ύψος των κτηρίων, το πλάτος των δρόμων, την κλίση τους κλπ.. Γι αυτούς τους λόγους είναι το κατάλληλο, γι αυτή τη περιοχή, μοντέλο διάδοσης ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Πάλι θεωρούμε ότι όλοι οι κάτοικοι του Αιγίου θα γίνουν συνδρομητές στο δίκτυο που 66

67 σχεδιάζουμε. Έτσι με βάση τις τιμές που αναφέρθηκαν στον σχεδιασμό του υποδικτύου στην περιοχή των Καλαβρύτων έχουμε συνδρομητικό φορτίο: Α=Ν*Κ*Δ/3600=26523*1*108/3600= Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 793 κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 793/8=99.125, δηλαδή 100 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 100 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (100/62)*12=19.35 άρα 20 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι 5.78 km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό 5.78 km 2 /2= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Για υπολογισμό της εκπεμπόμενης ισχύος χρησιμοποιούμε το λογισμικό Matlab. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt ώστε στα άκρα της κυψέλης η τιμής του λαμβανόμενου σήματος να είναι ίση με την στάθμη ευαισθησίας της φορητής συσκευής δίνεται στο Παράρτημα. Στην περίπτωσή μας ο κώδικας έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 100 συχνότητες σε 20 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυψέλη θα αναθέσουμε 5 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με την περιοχή των Καλαβρύτων προκύπτει ο εξής πίνακας: 67

68 Πίνακας 3.4.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 Αυτές είναι 12 κυψέλες, δηλαδή χρειαζόμαστε άλλες 8 για να καλύψουμε την περιοχή. Επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε από μία φορά ακόμα τις A1,B1,C1,D1,A2,B2,A3,D3. Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν δεύτερη φορά, έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών που εξηγήθηκε στο προηγούμενο υποκεφάλαιο ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης γραμμής παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει: Πίνακας 3.5.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής, του Ρίου, και τα κύτταρα με τις ίδιες συχνότητες στην ίδια την πόλη.. Βάσει της θεωρίας και του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. 68

69 γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η παρεμβολή γειτονικού καναλιού τα κύτταρα και κατ επέκταση οι συχνότητές τους τοποθετήθηκαν με τέτοιο ώστε οι συχνότητες του ίδιου κυττάρου να απέχουν μεταξύ τους τουλάχιστον κατά 1.2 MHz με οριζοντια σάρωση. Οι συχνότητες μεταξύ γειτονικών κυττάρων έχουν ελάχιστη απόσταση 200 KHz, η οποία είναι μη ικανοποιητική. Όπως θα φανεί και στο Κεφάλαιο 4 στους πίνακες με την Ομοκαναλική Παρεμβολή, η τοποθέτηση των κυττάρων ήταν κοντά στην βέλτιστη και η προσπάθεια εύρεσης της χρυσής τομής στη σχεδίαση, βάσει της οποίας όλα τα τυχόν προβλήματα θα έχουν αντιμετωπιστεί, είναι εξαιρετικά χρονοβόρα και πολλές φορές αδύνατη. Στην περίπτωση της παρεμβολής γειτονικού καναλιού έχουμε τρόπο αντιμετώπισης και αυτός είναι η χρήση φίλτρων στους BTSs με υψηλή διακριτική ικανότητα, κάτι το οποίο ανεβάζει το κόστος σχεδίασης αλλά εν τέλει είναι απαραίτητο για αυτήν ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Αιγίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι Mw και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο παρακάτω χάρτης: 69

70 Εικόνα 3.8.: Το κυτταρικό σχέδιο στην περιοχή του Αιγίου Οι μωβ γραμμές που φαίνονται στην εικόνα 3.7. είναι τα όρια των κυψελών των ανοιχτών περιοχών, δηλαδή των κυψελών που καλύπτουν το οδικό δίκτυο και τις περιοχές γύρω από τις πόλεις σχεδίασης ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Τα δεδομένα με τα οποία γίνεται η διαστασιολόγηση κάθε υποδικτύου παρουσιάζονται στην παράγραφο και θα χρησιμοποιηθούν για την ποσοτικοποίηση του απαραίτητου εξοπλισμού για κάθε περιοχή του δικτύου. Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή του Αιγίου απαιτούνται: Εικόνα 3.9.: Τα αποτελέσματα της απαραίτητης διαστασιολόγησης, όπως τα έδωσε το Matlab 70

71 Κάθε BTS από τους 20 της περιοχής θα απαιτεί 5 πομπούς και 5 δέκτες (αφού θα χρειαστούμε 5 συχνότητες/κυψέλη), άρα 4 combiners και 4 diplexers. Άρα συνολικά θα απαιτηθούν 20*4=80 combiners και 80 diplexers αφού στην περιοχή θα εγκαταστήσουμε 20BTSs ΚΑΤΩ ΑΧΑΪΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι αυτή της Κάτω Αχαΐας. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα δύο υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η Κάτω Αχαΐα είναι κωμόπολη της Δυτικής Αχαΐας η οποία έχει, σύμφωνα με την απογραφή του 2011, πληθυσμό 6618 κατοίκων ενώ εκτείνεται σε περιοχή 1.1 km 2 και βρίσκεται σε υψόμετρο 20 μέτρων. Η περιοχή της Κάτω Αχαΐας φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Εικόνα 3.10.: Η περιοχή της Κάτω Αχαΐας στον χάρτη Για διευκόλυνση, θεωρούμε ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού στην Κάτω Αχαΐα. 71

72 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Η Κάτω Αχαΐα έχει πληθυσμό 6618 κατοίκων και έκταση 1.1 km 2, δηλαδή είναι μια αρκετά πυκνοκατοικημένη περιοχή. Λόγω αυτού και παρότι είναι κωμόπολη, επιλέξαμε το μοντέλο διάδοσης Cost 231 Walfisch-Ikegami ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Με την υπόθεση ότι όλος ο πληθυσμός της Κάτω Αχαΐας είναι εν δυνάμει συνδρομητής του δικτύου προκύπτει ότι το συνδρομητικό φορτίο της περιοχής είναι: Α=Ν*Κ*Δ/3600=6618*108/3600= Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 208 κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 208/8=26 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 26 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (26/62)*12=5.032 άρα 6 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι 1.1 km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό 1.1 km 2 /6= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης. Προκύπτει ότι R = m. Για υπολογισμό της εκπεμπόμενης ισχύος χρησιμοποιούμε πάλι το λογισμικό Matlab και τον ίδιο κώδικα (με διαφορετικές μεταβλητές φυσικά) που χρησιμοποιήσαμε και στην περιοχή του Αιγίου. Στην περίπτωσή μας ο κώδικας έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 26 συχνότητες σε 6 κυψέλες. Σε κάθε κυψέλη θα έχουμε είτε 4 είτε 5 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με τις προηγούμενες περιοχές προκύπτει ο πίνακας 3.6.: 72

73 Πίνακας 3.6.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας Α1 C1 A2 C2 A3 C3 F1 F3 F5 F7 F9 F11 F13 F15 F17 F19 F21 F23 F25 F27 F29 F31 F33 F35 F37 F39 F41 F43 F45 F47 F49 F51 Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης γραμμής παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει η εξής κατανομή συχνοτήτων: Πίνακας 3.7.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας Α1 C1 A2 C2 A3 C3 F1 F3 F5 F7 F9 F11 F13 F15 F17 F19 F21 F23 F31 F33 F35 F25 F27 F29 F37 F39 F41 F43 F45 F47 F49 F51 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Στην πόλη της Κάτω Αχαΐας δεν χρησιμοποιείται καμία κυψέλη από δεύτερη φορά επομένως η τήρηση αυτού του κριτηρίου είναι πολύ εύκολη. Ακόμη, θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής. Βάσει της θεωρίας και του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. 73

74 γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Στην περιοχή της Κάτω Αχαΐας η ελάχιστη συχνοτική απόσταση μεταξύ των συχνοτήτων του ίδιου κυττάρου είναι 1200 KHz, ενώ μεταξύ γειτονικών κυττάρων τα 400 KHz. Και εδώ θα ήταν καλό να χρησιμοποιηθούν φίλτρα με υψηλή διακριτική ικανότητα ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής της Κάτω Αχαΐας βάσει των παραπάνω υπολογισμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι 9.1 Mw και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, η οποία οδήγησε σε προσεκτική τοποθέτηση των κυττάρων, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.11: Εικόνα 3.11.: Το κυτταρικό σχέδιο στην περιοχή της Κάτω Αχαΐας ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή της Κάτω Αχαΐας απαιτούνται: 74

75 Εικόνα 3.12.: Τα αποτελέσματα της διαστασιολόγησης για την περιοχή της Κάτω Αχαΐας Από τους 6 BTSs της περιοχής οι 2 θα έχουν 5 πομπούς και 5 δέκτες ενώ οι 4 υπόλοιποι από 4 πομπούς και 4 δέκτες. Αυτό σημαίνει ότι οι 2 BTSs θα έχουν 4 combiners και 4 diplexers ο καθένας, ενώ στους υπόλοιπους BTSs θα απαιτηθούν από 3 combiners και 3 diplexers. Αυτό φέρνει το σύνολο των combiners που θα απαιτηθούν στους 4*2+3*4=20. Το ίδιο συμβαίνει και για τους diplexers ΡΙΟ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι αυτή που πριν το 2010 (Σχέδιο Καλλικράτης) ήταν γνωστή ως Δήμος Ρίου. Ο Δήμος Ρίου είναι ενσωματωμένος έκτοτε στον Δήμο Πατρέων αλλά λόγω διαφορετικών χαρακτηριστικών σε σχέση με την περιοχή της πόλης των Πατρών εξετάζεται ξεχωριστά από αυτήν. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Ο Δήμος Ρίου σύμφωνα με την απογραφή του 2011 έχει πληθυσμό κατοίκων ενώ η έκτασή του είναι περίπου km 2. Η υπό εξέταση περιοχή φαίνεται στην εικόνα 3.13: 75

76 Εικόνα 3.13.: Η περιοχή του Ρίου στον χάρτη Μεγάλο τμήμα του πληθυσμού (πάνω απ το 25%) ζει στον παραθαλάσσιο οικισμό του Ρίου. Για διευκόλυνση θεωρήθηκε ότι έχουμε ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού σε όλη την περιοχή του Δήμου ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Η προς εξέταση περιοχή είναι αρκετά αραιοκατοικημένη επομένως η καταλληλότερη επιλογή φαντάζει το μοντέλο διάδοσης Hata-Okumura Suburban ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Σύμφωνα με την μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια, το συνδρομητικό φορτίο θα είναι: Α=Ν*Κ*Δ/3600=13270*108/3600=398.1Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 405 κανάλια. 76

77 ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 405/8=50.625, δηλαδή 51 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 51 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (51/62)*12=9.87 άρα 10 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /10= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Για υπολογισμό της εκπεμπόμενης ισχύος χρησιμοποιούμε το λογισμικό Matlab. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt ώστε στα άκρα της κυψέλης η τιμής του λαμβανόμενου σήματος να είναι ίση με την στάθμη ευαισθησίας της φορητής συσκευής δίνεται στο Παράρτημα. Στην περίπτωσή μας ο κώδικας έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 51 συχνότητες σε 10 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυψέλη θα αναθέσουμε 5 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με τις προηγούμενες περιοχές, προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.8.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 D1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F4 F5 F6 F7 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F16 F17 F18 F19 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F28 F29 F30 F31 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F40 F41 F42 F43 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F52 F53 F54 F55 F57 F58 F59 F60 F61 Δεν χρησιμοποιήθηκαν οι κυψέλες C1,D2 Η επιλογή των κυψελών που έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης των 12 πιθανών κυψελών ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης 77

78 σειράς αλλά και η μία της έκτης σειράς παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει ο εξής πίνακας συχνοτήτων: Πίνακας 3.9.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 D1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F4 F5 F6 F7 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F16 F17 F18 F19 F21 F22 F23 F24 F31 F33 F34 F35 F36 F25 F26 F28 F29 F30 F37 F38 F40 F41 F42 F43 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F52 F53 F54 F55 F57 F58 F59 F60 F61 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα, κριτήριο που ικανοποιείται εύκολα αφού η περιοχή συνίσταται από 10 κύτταρα, δηλαδή κανέναν δεν επαναλαμβάνεται στον χάρτη της περιοχής του Ρίου. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής, των Περίχωρων της Πάτρας, και τα κύτταρα του Κέντρου της Πάτρας. Βάσει του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Θα απαιτηθεί χρήση φίλτρων με ισχυρή διακριτική ικανότητα αφού η ελάχιστη συχνοτική απόσταση μεταξύ γειτονικών κυττάρων είναι 200 MHz. Οι συχνοτικές αποστάσεις μεταξύ συχνοτήτων του ίδιου κυττάρου έχουν μικρότερη τιμή τα 1200 MHz ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Ρίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι W και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.14: 78

79 Εικόνα 3.14.: Το κυτταρικό σχέδιο για περιοχή του Ρίου Οι κυψέλες του Ρίου σημειώνονται στον χάρτη με μπλε χρώμα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή του Ρίου απαιτούνται: Εικόνα 3.15.: Ο απαραίτητος εξοπλισμός για την κυτταρική σχεδίαση στην περιοχή του Ρίου Σύμφωνα με την παράγραφο στις 9 από τις 10 κυψέλες της περιοχής θα είναι καταχωρημένες 5 κυψέλες ενώ στην μία 6. Άρα στις 9 κυψέλες θα απαιτηθούν 5 πομποί και 5 δέκτες, άρα 4 combiners και 4 diplexers. Στην μία κυψέλη των 6 79

80 συχνοτήτων, θα απαιτηθούν 6 πομποί και 6 δέκτες, άρα 5 combiners και 5 diplexers.συνολικά δηλαδή θα απαιτηθούν 9*4+5=41 combiners και άλλοι τόσοι diplexers ΜΕΣΣΑΤΙΔΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι ο Δήμος Μεσσάτιδας, ο οποίος από το 2010 απορροφήθηκε από τον Δήμο Πατρέων. Όπως και ο Δήμος Ρίου, έτσι και ο Δήμος Μεσσάτιδας παρουσιάζει διαφορετικά δημογραφικά και μη, χαρακτηριστικά σε σχέση με την πόλη της Πάτρας και γι αυτό εξετάζεται ξεχωριστά. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Σύμφωνα με την Απογραφή του 2011 η (πλέον) Δημοτική Ενότητα της Μεσσάτιδας έχει πληθυσμό κατοίκων ενώ η έκτασή της φτάνει τα km 2. Η εν λόγω περιοχή φαίνεται στην εικόνα 3.16: Εικόνα 3.16.: Η περιοχή της Μεσσάτιδας Για διευκόλυνση θεωρήθηκε ότι έχουμε ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού στην εν λόγω περιοχή ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ 80

81 Η προς εξέταση περιοχή είναι αρκετά αραιοκατοικημένη και δεν παρουσιάζει επ ουδενί αστική δόμηση, επομένως η καταλληλότερη επιλογή φαντάζει το μοντέλο διάδοσης Hata- Okumura Suburban ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Το συνδρομητικό φορτίο το οποίο θα πρέπει να εξυπηρετηθεί είναι Α=Ν*Κ*Δ/3600=10745*108/3600= Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 330 κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 330/8=41.125, δηλαδή 42 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 42 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (42/62)*12=8.13 άρα 9 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι 5.78 km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό 66.26km 2 /9= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 42 συχνότητες σε 9 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχουν κάποιες κυψέλες με 5 και άλλες με 4 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με την περιοχή των Καλαβρύτων προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.10.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 81

82 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F52 F53 F54 F55 F56 F57 Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν έγινε σύμφωνα με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών, δηλαδή έπίλέχθηκαν επίτηδες οι D1,A2,B2,C2,D2,A3,B3,C3,D3 αφού οι υπόλοιπες θα χρησιμοποιηθούν αρκετά σε άλλες περιοχές ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης γραμμής παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.11.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F32 F33 F34 F35 F36 F28 F29 F30 F31 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F52 F53 F54 F55 F56 F57 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής, του Ρίου,της Παραλίας και των Βραχναίικων, του κέντρου της Πάτρας. Βάσει της θεωρίας που παρουσιάστηκε και με την βοήθεια του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού 82

83 Η ελάχιστη συχνοτική απόσταση μεταξύ των συχνοτήτων γειτονικών κυψελών είναι 200 MHz, ενώ για συχνότητες του ίδιου κυττάρου είναι τα 1400 MHz. Πάλι θα απαιτηθεί η χρήση φίλτρων με ισχυρή διακριτική ικανότητα ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής της Μεσσάτιδας βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι W και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.17: Εικόνα 3.17.: Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή της Μεσσάτιδας Οι κυψέλες της Μεσσάτιδας είναι αυτές με κίτρινο χρώμα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Με την βοήθεια του λογισμικού Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο 83

84 Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή της Μεσσάτιδας απαιτούνται: Εικόνα 3.18.: Ο απαραίτητος εξοπλισμός για την περιοχή της Μεσσάτιδας Έξι από τους εννιά BTSs θα χρειαστούν 5 πομπούς και 5 δέκτες ενώ οι υπόλοιποι τρεις από 4 πομπούς και δέκτες. Αυτό σημαίνει ότι θα χρειαστούν 4*6+3*3=33 combiners και 33 diplexers ΒΡΑΧΝΑΙΙΚΑ-ΠΑΡΑΛΙΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι αυτή των Βραχναίικων και της Παραλίας Πατρών. Όπως η Μεσσάτιδα και το Ρίο, έτσι και οι εν λόγω περιοχές είναι πλέον Δημοτικές Ενότητες του Δήμου Πατρέων. Επίσης, εξετάζονται μαζί καθώς συνορεύουν είναι και οι δύο ημιαστικές περιοχές. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η Παραλία έχει πληθυσμό και έκταση 6712 κατοίκους και km 2 αντίστοιχα, ενώ τα Βραχναίικα 4408 κατοίκους και km 2. Επομένως συνολικός πληθυσμός των δύο περιοχών είναι οι κάτοικοι και η συνολική τους έκτασή τα km 2. Η θέση τους στον χάρτη φαίνεται από την εικόνα 3.19 και οριοθετέιται με την βοήθεια του εργαλείου μέτρησης απόστασης του Google Maps από την μαύρη γραμμή: 84

85 Εικόνα 3.19.: Η περιοχή των Βραχναίικων και της Παραλίας Η μωβ σκιαγραφημένη περιοχή είναι η Μεσσάτιδα η οποία εξετάστηκε προηγουμένως. Πάλι θεωρείται ομοιόμορφη κατανομή πληθυσμού στις υπό εξέταση περιοχές ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Η περιοχή αυτή είναι ημιαστική, επομένως καταλληλότερη επιλογή φαντάζει το μοντέλο διάδοσης Hata-Okumura Suburban ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Όπως και στις προηγούμενες περιοχές έτσι και στην προκειμένη το συνδρομητικό φορτίο υποογίζεται από τον μαθηματικό τύπο Α=Ν*Κ*Δ/3600 και είναι A=11120*108/3600=333.6 Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 341 κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 341/8=42.625, δηλαδή 43 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 43 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 85

86 (43/62)*12= άρα 9 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /9= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 43 συχνότητες σε 9 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε θα υπάρχουν κυψέλες με 4 και άλλες θα με 5 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με αυτή των προηγούμενων παραγράφων προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.12.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης σειράς παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει: Πίνακας 3.13.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F29 F30 F31 F32 F33 F25 F26 F27 F28 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 86

87 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής, της Μεσσάτιδας, του Κέντρου και των Περιχώρων της Πάτρας. Βάσει του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Η ελάχιστη συχνοτική απόσταση μεταξύ των συχνοτήτων γειτονικών κυψελών είναι τα 200 MHz ενώ μεταξύ των ομοκυτταρικών συχνοτήτων είναι 1400 MHz, επομένως πάλι θα απαιτηθεί χρήση φίλτρων στους BTSs με υψηλή διακριτική ικανότητα ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Αιγίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι Mw και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.20: 87

88 Εικόνα 3.20.: Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή των Βραχναίικων και της Παραλίας Οι κυψέλες της εν λόγω περιοχής είναι αυτές με μαύρο χρώμα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή των Βραχναίικων και της Παραλίας απαιτούνται: Εικόνα 3.21.: Ο απαραίτητος εξοπλισμός για την περιοχή των Βραχναίικων και της Παραλίας Από τους 9 BTSs της περιοχής, οι 7 πρέπει να έχουν 5 πομπούς και δέκτες άρα από 4 combiners και diplexers.οι υπόλοιποι δύο απαιτούν 4 πομπούς και δέκτες άρα 3 combiners και diplexers. Αυτό σημαίνει ότι συνολικά θα απαιτηθούν 4*7+3*2=34 combiners και 34 diplexers. 88

89 3.9. ΠΕΡΙΧΩΡΑ ΠΑΤΡΩΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι αυτή των Περιχώρων της Πάτρας. Ως περίχωρα της Πάτρας μπορούμε να θεωρήσουμε και τις περιοχές του Ρίου, της Μεσσάτιδας, των Βραχναίικων και της Παραλίας αλλά αυτές εξετάστηκαν ξεχωριστά και παρουσιάζουν αρκετά διαφορετικά χαρακτηριστικά σε σχέση με την περιοχή που σε αυτήν την εργασία ονομάζουμε Περίχωρα Πατρών. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Ως περίχωρα Πατρών ορίζουμε τις περιοχές 3 και 4 στην εικόνα 3.22 στην οποία φαίνεται όλος ο Δήμος Πατρέων: Εικόνα 3.22.: Δήμος Πατρέων 89

90 Η περιοχή αυτή έχει πληθυσμό κατοίκων και έκταση km 2. Πάλι θεωρούμε ότι η περιοχή παρουσιάζει ομοιόμορφη κατανομή πληθυσμού ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Τα περίχωρα της Πάτρας είναι μια αρκετά αραιοκατοικημένη περιοχή, επομένως καταλληλότερη επιλογή μοντέλου διάδοσης φαντάζει το μοντέλο Hata-Okumura Suburban ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Υπολογίζουμε όπως και στις προηγούμενες περιοχές το συνδρομητικό φορτίο.έχουμε: Α=Ν*Κ*Δ/3600=28640*108/3600=859.2 Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Από τον πίνακα Erlang προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 855 κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 855/8= , δηλαδή 107 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 107 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (107/62)*12=20.7 άρα 21 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι 5.78 km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /21= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R= m. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 107 συχνότητες σε 21 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε 90

91 κυψέλη θα αναθέσουμε 5 με 6 συχνότητες, ενώ πάλι καταχωρούμε συχνότητες με οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με την περιοχή των Καλαβρύτων προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.14.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 F61 F62 Αυτές είναι 12 κυψέλες, δηλαδή χρειαζόμαστε άλλες 9 για να καλύψουμε την περιοχή. Επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε από μία φορά ακόμα τις κυψέλες A1,B1,C1,D1,B2,D2,A3,C3,D3 με τις συχνότητες που θα τους έχουν ανατεθεί μετά την επανατοποθέτηση για προστασία από τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης 3 ης τάξης. Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν δεύτερη φορά, έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών αλλά και με την προϋπόθεση να διαθέσουμε συνολικά 107 συχνότητες για την ηλεκτρομαγνητική κάλυψη της περιοχής ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης σειράς και της έκτης του πίνακα παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει: Πίνακας 3.15.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 F61 F62 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή 91

92 Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής, του Ρίου, του Κέντρου της Πάτρας,της Μεσσάτιδας και τα κύτταρα με τις ίδιες συχνότητες της εν λόγω περιοχής. Βάσει του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Η ελάχιστη συχνοτική απόσταση μεταξύ των συχνοτήτων γειτονικών κυψελών είναι τα 200 MHz ενώ μεταξύ των ομοκυτταρικών συχνοτήτων είναι 1200 MHz, επομένως πάλι θα απαιτηθεί τοποθέτηση φίλτρων στους BTSs με υψηλή διακριτική ικανότητα ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Αιγίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι W και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.23: 92

93 Εικόνα 3.23.: Το κυτταρικό σχέδιο για τα περίχωρα της Πάτρας Οι κυψέλες των περιχώρων της Πάτρας είναι αυτές με το καφέ χρώμα. Η κυψέλη υπ αριθμόν 19 είναι η C ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή των περιχώρων της Πάτρας απαιτούνται: Εικόνα 3.24.: Ο απαραίτητος εξοπλισμός για τα Περίχωρα Πατρών 93

94 Η περιοχή θα καλυφθεί με 21 κυψέλες.από αυτές οι 2 θα έχουν 6 συχνότητες ενώ οι υπόλοιπες 19, πέντε. Αυτό σημαίνει ότι θα απαιτηθούν 2*5+19*4=86 combiners και 86 diplexers συνολικά στους Σταθμούς Βάσης ΚΕΝΤΡΟ ΠΑΤΡΑΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Επόμενη περιοχή στον σχεδιασμό μας είναι αυτή του κέντρου των Πατρών. Αφού καλύψαμε τις γύρω περιοχές ήρθε η στιγμή να ασχοληθούμε με την πόλη των Πατρών. Έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η μελέτη και τα στοιχεία που θα προκύψουν καθώς πρόκειται για ένα μεγάλο, αρκετά πυκνοκατοικημένο αστικό κέντρο και δίνεται μια εξαιρετική ευκαιρία για προσομοίωση των πιο δύσκολων συνθηκών σχεδιασμού τηλεπικοινωνιακού δικτύου. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Εξετάζουμε μόνο το κέντρο της Πάτρας. Ο πληθυσμός του είναι κάτοικοι ενώ η έκτασή του km 2. Για τις ανάγκες της σχεδίασής μας θεωρήσαμε ότι παρουσιάζει ομοιόμορφη κατανομή πληθυσμού. Η περιοχή φαίνεται στην εικόνα 3.25: 94

95 Εικόνα 3.25.: Η πόλη της Πάτρα στον χάρτη ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ Η πόλη των Πατρών είναι η Τρίτη μεγαλύτερη σε πληθυσμό πόλη της Ελλάδας και αρκετά πυκνοκατοικημένη. Το καταλληλότερο μοντέλο για αστικές περιοχές είναι το Cost 231 Walfisch Ikegami, το οποίο θα αποτελέσει την επιλογή μας σαν RF μοντέλο διάδοσης ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Περιμένουμε ιδιαιτέρως μεγάλος συνδρομητικό φορτίο. Πράγματι το φορτίο είναι Α=Ν*Κ*Δ/3600=150209*108/3600= Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Επειδή οι πίνακες Erlang δεν μπορούν να δώσουν κανάλια για τόσο μεγάλο συνδρομητικό φορτίο, το χωρίζουμε στα 5, δηλαδή θεωρούμε 5 περιοχές με φορτίο Erlang. Aπό τον πίνακα Erlang προκύπτει λοιπόν ότι χρειαζόμαστε 896 κανάλια ανά περιοχή, άρα 4480 συνολικά. 95

96 ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 896/8=112 συχνότητες για κάθε μία απ τις 5 περιοχές.συνολικά θα χρειαστούμε 560. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 112 συχνότητες της μίας απ τις πέντε περιοχές θα κατανεμηθούν σε (112/62)*12=21.67 άρα 22 κυψέλες. Επομένως το Κέντρο της Πάτρας θα καλυφθεί από 22*5=110 κυψέλες συνολικά. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /110= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Θα πρέπει να κατανέμουμε 112 συχνότητες σε 22 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυψέλη θα αναθέσουμε 5 με 6 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με τις προηγούμενες προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.16.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 F61 F62 Αυτές είναι 12 κυψέλες, δηλαδή χρειαζόμαστε άλλες 10 για να καλύψουμε την περιοχή (το 1/5 της συνολικής). Επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε από μία φορά ακόμα τις A1,B1,C1,A2,B2,C2,D2,B3.C3,D3 με τις συχνότητες που θα τους έχουν ανατεθεί μετά την αντιμετάθεση για προστασία από την παρεμβολή ενδοδιαμόρφωσης. Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν δεύτερη φορά, έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών. Για την κάλυψη όλης της περιοχής θα χρησιμοποιήσουμε τις παραπάνω κυψέλες άλλες 4 φορές. 96

97 ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Σύμφωνα με τον μαθηματικό τύπο του Mifsud πρόβλημα θα παρουσιάσουν οι συχνότητες της 3 ης και 6 ης σειράς του πίνακα.για να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα θα χρειαστεί να αντιμεταθέσουμε τις συχνότητες με τον τρόπο που φαίνεται παρακάτω: Πίνακας 3.17.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 F60 F61 F62 Ενώ προηγουμένως τοποθετούσαμε τις συχνότητες F61 και F62 στις κυψέλες A2 και B3, τώρα τις τοποθετήσαμε στις D1 και A3 αντίστοιχα λόγω του ότι για όλη την πόλη της Πάτρας οι κυψέλες αυτές θα χρησιμοποιηθούν μόνο από 5 φορές η κάθε μια. β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα του κέντρου της Πάτρας, των Περιχώρων της, του Ρίου και της Μεσσάτιδας. Βάσει του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Η τοποθέτηση φίλτρων με υψηλή διακριτική ικανότητα κρίνεται απαραίτητη καθώς οι συχνότητες γειτονικών κυψελών απέχουν 200 MHz κατ ελάχιστο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Αιγίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι 97

98 MW και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο χάρτης της εικόνας 3.26: Εικόνα 3.26.: Το κυτταρικό σχέδιο το κέντρο της Πάτρας Με πράσινο είναι οι κυψέλες του κέντρου των Πατρών, με κίτρινο αυτές της Μεσσάτιδας, με καφέ των περιχώρων της Πάτρας, με μπλε του Ρίου και με μαύρο αυτές της Παραλίας και των Βραχναίικων.Έγινε προσπάθεια δημιουργία συστάδων των 12 κυψελών, αλλά η ασυμμετρία της περιοχής κάλυψης και η προσπάθεια τήρησης όλων των παραπάνω κριτηρίων οδήγησε σε μία πιο ελεύθερη τοποθέτηση τους στον χάρτη. Παρόλα αυτά όπως και θα φανεί στο Κεφάλαιο 4 τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων μας δικαίωσαν καθώς όλα τα κριτήρια για την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος ικανοποιούνται ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 98

99 Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για την περιοχή του κέντρου της Πάτρας απαιτούνται: Εικόνα 3.27.: Ο εξοπλισμός που απαιτείται για την σχεδίαση στην Πάτρα Από τους 110 BTSs της περιοχής, οι 10 χρειάζονται 6 πομπούς και 6 δέκτες, ενώ οι υπόλοιποι 100 χρειάζονται 5 πομπούς και 5 δέκτες. Αυτό σημαίνει ότι απαιτούνται 10*5+100*4=450 combiners και diplexers ΑΝΟΙΧΤΕΣ (RURAL) ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Τέλος θα ασχοληθούμε με τις ανοιχτές περιοχές, δηλαδή τις περιοχές εκτός των πόλεων που θα απαρτίζουν το προς σχεδίαση δίκτυό μας. Αυτές είναι κυρίως οι περιοχές γύρω από τα οδικά δίκτυα που συνδέουν τις υπό μελέτη πόλεις, συμπεριλαμβανομένων φυσικά και των οδικών δικτύων. Μελετάμε αυτές τις περιοχές καθώς στόχος μας είναι η δημιουργία ενός πλήρους δικτύου, ικανού να εξυπηρετήσει τον συνδρομητή από το ένα ως το άλλο άκρο του δικτύου. Θα ακολουθηθεί η ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήθηκε στα προηγούμενα υποκεφάλαια ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Υποθέτουμε ότι στις ανοιχτές περιοχές βρίσκεται κάθε στιγμή το 10% του συνολικού πληθυσμού των υπολοίπων περιοχών σχεδίασης, δηλαδή των πόλεων και κωμοπόλεων των προηγούμενων Ενοτήτων. Αυτό σημαίνει ότι κάθε στιγμή στις ανοιχτές περιοχές θα βρίσκονται: 0.1*( )= δηλαδή κάτοικοι των πόλεων και των κωμοπόλεων. Η έκτασή της είναι km 2. Για να βρούμε την έκταση της ανοιχτής περιοχής αφαιρέσαμε την έκταση των πόλεων από την συνολική έκταση κάλυψης του δικτύου. Υποθέσαμε πάλι ομοιόμορφη κατανομή του πληθυσμού στην περιοχή ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ 99

100 Η υπό μελέτη περιοχή είναι ανοιχτή. Θα μπορούσαμε να επιλέξουμε το μοντέλο ελεύθερου χώρου αλλά πρέπει να λάβουμε υπόψη φαινόμενα σκίασης τα οποία είναι έντονα μιας και μιλάμε για περιοχή με πολλά βουνά. Η καταλληλότερη επιλογή είναι το μοντέλο απωλειών Log-Distance ΣΥΝΔΡΟΜΗΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ Βάσει των δεδομένων που ορίστηκαν από την παράγραφο μπορούμε να πούμε ότι το φορτίο των ανοιχτών περιοχών είναι το 10% του συνολικού. Δηλαδή: A=0.1*( )= ή αλλιώς με τα δεδομένα της Α=Ν*Κ*Δ/3600=24880*108/3600=746.4 Erlang ΙΚΑΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Δεδομένου του φορτίου και της πιθανότητα ολικής κατάληψης (3%), από τον πίνακα Erlang βρίσκουμε τα απαιτούμενα κανάλια για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της ανοιχτής περιοχής. Από τον πίνακα προκύπτει ότι χρειαζόμαστε 745 κανάλια ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΤΟΠΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ ΜΕ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΤΗΝ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ Έχουμε επιλέξει την TDMA τεχνική πρόσβασης άρα για την ικανοποίηση των απαιτήσεων χωρητικότητας της περιοχής θα απαιτηθούν 745/8=93.125, δηλαδή 94 συχνότητες. Σύμφωνα με το μοτίβο επαναχρησιμοποίησης που έχουμε χρησιμοποιήσει, 62 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε 12 κυψέλες, άρα οι 94 συχνότητες θα κατανεμηθούν σε (94/62)*12= άρα 19 κυψέλες. Η έκταση της γεωγραφικής περιοχής είναι km 2 άρα κάθε κυψέλη θα έχει εμβαδό km 2 /19= m 2. Από την σχέση: E=1.5 3 R 2 υπολογίζουμε την ακτίνα της κάθε κυψέλης και προκύπτει ότι R = m. Για υπολογισμό της εκπεμπόμενης ισχύος χρησιμοποιούμε όπως και στις προηγούμενες περιοχές το λογισμικό Matlab με διαφορετικό κώδικα καθώς πλέον έχουμε διαφορετικό μοντέλο διάδοσης. Ο κώδικας για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ισχύος εκπομπής Pt ώστε στα άκρα της κυψέλης η τιμής του λαμβανόμενου σήματος να είναι ίση με την στάθμη ευαισθησίας της φορητής συσκευής δίνεται στο Παράρτημα Α. Στην περίπτωσή μας ο κώδικας έδωσε Pt= dbm ή W ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ 100

101 Θα πρέπει να κατανέμουμε 94 συχνότητες σε 19 κυψέλες. Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κυψέλη θα αναθέσουμε 4 με 5 συχνότητες, ενώ πάλι χρησιμοποιείται οριζόντια σάρωση. Ακολουθώντας την κλασική πλέον διαδικασία προκύπτει ο εξής πίνακας: Πίνακας 3.18.: Συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 Αυτές είναι 12 κυψέλες, δηλαδή χρειαζόμαστε άλλες 7 για να καλύψουμε την περιοχή. Επιλέγουμε να χρησιμοποιήσουμε από μία φορά ακόμα τις B1,C1,D1,B2,D2,A3,B3. Η επιλογή των κυψελών που χρησιμοποιήθηκαν δεύτερη φορά, έγινε με το κριτήριο της ισομερούς χρησιμοποίησης και των 12 κυψελών ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΡΕΜΒΟΛΕΣ α) Προστασία από Παρεμβολή Ενδοδιαμόρφωσης Εφαρμόζοντας τον μαθηματικό τύπο του Mifsud προκύπτει ότι οι συχνότητες της τρίτης γραμμής παρουσιάζουν πρόβλημα λόγω παρεμβολών ενδοδιαμόρφωσης που υφίστανται. Τις αντιμεταθέτουμε για να λύσουμε το πρόβλημά μας και προκύπτει: Πίνακας 3.19.: Τελικές συχνότητες ανά κύτταρο στην σχεδίασή μας A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F31 F32 F33 F34 F35 F36 F25 F26 F27 F28 F29 F30 F37 F38 F39 F40 F41 F42 F43 F44 F45 F46 F47 F48 F49 F50 F51 F52 F53 F54 F55 F56 F57 F58 F59 β) Προστασία από Ομοκαναλική Παρεμβολή Σε αυτή τη περίπτωση η ελάχιστη απόσταση μεταξύ των κέντρων των ομοκαναλικών κυττάρων θα πρέπει να είναι D=R* 3 N = μέτρα. Ακόμη θα πρέπει να τοποθετήσουμε τα κύτταρα της περιοχής έτσι, ώστε ο λόγος της ισχύος της φέρουσας του σήματος προς την ομοκαναλική παρεμβολή C/Ico-ch να είναι μικρότερος των 9 Db. Ομοκαναλική παρεμβολή προκαλούν κυρίως τα κύτταρα της ανοιχτής περιοχής σε συνδυασμό με αυτά της εκάστοτε πόλης που βρίσκεται κοντά σε αυτά. Βάσει της 101

102 θεωρίας και με ητν βοήθεια του κώδικα που έχει αναπτυχθεί και παρατίθεται στο Παράρτημα, υπολογίζουμε την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης. Οι πίνακες με τα αποτελέσματα βρίσκονται στο 4 ο κεφάλαιο όπου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. γ) Προστασία από Παρεμβολή Γειτονικού Καναλιού Και εδώ η χρήση φίλτρων με ισχυρή διακριτική ικανότητα στους Σταθμούς Βάσης είναι απαραίτητη αφού η μικρότερη συχνοτική απόσταση μεταξύ των συχνοτήτων διαφορετικών κυψελών είναι 200 MHz, ενώ η ελάχιστη απόσταση μεταξύ ομοκυτταρικών συχνοτήτων είναι 1200 MHz ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Η ακτίνα των κυψελών για την κάλυψη της περιοχής του Αιγίου βάσει των παραπάνω υπολογιμών είναι 4186 μέτρα, η εκπεμπόμενη από τους Σταθμούς Βάσης ισχύς είναι Mw και η λαμβανόμενη ισχύς στα άκρα της κυψέλης dbm. Βάσει των παραπάνω τιμών, και της προσπάθειάς να αποφύγουμε τυχόν παρεμβολές, προκύπτει ο παρακάτω χάρτης: Εικόνα 3.28.: Το κυτταρικό σχέδιο για τις ανοιχτές περιοχές Από την εικόνα 3.28 παραλείφθηκαν οι κυψέλες των αστικών και ημιαστικών περιοχών που εξετάσαμε στις προηγούμενες παραγράφους ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 102

103 Με την βοήθεια του Matlab και του κώδικα που παρουσιάζεται στο Παράρτημα βρίσκουμε ότι συνολικά για τις ανοιχτές περιοχές απαιτούνται: Εικόνα 3.29.: Ο εξοπλισμός για τις ανοιχτές περιοχές Στην εν λόγω περιοχή, βάσει της σχεδίασής μας, 1 BTS θα απαιτήσει 4 πομπούς και 4 δέκτες, ενώ οι υπόλοιποι 18 από πέντε.αυτό σημαίνει ότι θα απαιτηθούν συνολικά 3+18*4=75 combiners ισάριθμοι diplexers ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στόχος μας ήταν η δημιουργία ενός πλήρους δικτύου, ικανού να εξυπηρετήσει τον συνδρομητή από το ένα ως το άλλο άκρο του. Λάβαμε υπόχη πολλαπλές παραμέτρους, τις οποίες προσπαθήσαμε να διατηρήσουμε με διάφορους τρόπους εντός ορίων. Μέχρι στιγμής τα αποτελέσματα είναι πέρα για πέρα φυσιολογικά καιν ικανοποιητικά. Η μόνη περίεργη τιμή που προέκυψε είναι αυτή της ισχύος εκπομπής από τους σταθμούς βάσης η οποία ενώ σύμφωνα με τα πραγματικά δεδομένα και τις πραγματικές σχεδιάσεις, έχει συνήθως τιμή κοντά στα 40 dbm, προέκυψε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων πολύ μικρότερη απ την ενδεδειγμένη τιμή. Η απόκλιση αυτή εξηγείται λογικά αν λάβουμε υπόψη ότι οι περισσότερες σχεδιάσεις ξεκινάν με δεδομένη ισχύ εκπομπής αλλά και από το γεγονός ότι χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης για ακτίνα μικρότερη του ενός χιλιομέτρου, παρότι αυτό δεν είναι στις προδιαγραφές τους. Το μόνο που απομένει είναι η παρουσίαση των συνολικών αποτελεσμάτων της προσομοίωσης που έγινε, πράγμα το οποίο θα πραγματοποιηθεί στο επόμενο Κεφάλαιο. 103

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: «ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ» 4.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο Κεφάλαιο αυτό θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων της σχεδίασης κυτταρικού δικτύου για κάθε περιοχή του Νομού Αχαΐας που επιλέξαμε και θα δοθούν κάποια συνολικά αποτελέσματα τα οποία αφορούν κυρίως το Υποσύστημα Δικτυου και Μεταγωγής. Κάποια από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων ταυτίζονται με αυτά του 3 ου Κεφαλαίου αλλά παρουσιάζονται και εδώ ώστε ο αναγνώστης να έχει μια πλήρη, συνολική εικόνα για τα σχετικά με την σχεδίαση χαρακτηριστικά της κάθε περιοχής ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΠΕΡΙΟΧΗ Σε κάθε μία από τις παραγράφους που ακολουθούν, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων που έγιναν σε αυτή τη διπλωματική σε μορφή πινάκων ενώ θα υπάρχει σχετικός σχολιασμός ΚΑΛΑΒΡΥΤΑ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται παρακάτω: 104

105 Εικόνα 4.1.: Το κυτταρικό σχέδιο για τα Καλάβρυτα Ακολουθεί συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που βρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.1.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή των Καλαβρύτων Πληθυσμός 1674 Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Okumura-Hata Suburban Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 59 Συχνότητες 8 Αριθμός Κυψελών 2 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 2 Κεραίες 2 BSCs 1 Πομποί 8 Δέκτες 8 105

106 Combiners 6 Diplexers 6 Για την εύρεση των παραπάνω τιμών ακολουθήθηκε η μεθοδολογία που αναλύεται στο Κεφάλαιο 3, η οποία είναι κομμάτι της μεθοδολογίας του κυψελοειδούς σχεδιασμού. Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.2.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Κυψέλη C/I (Db) C B Ο αντίστοιχος πίνακας για ομοκαναλική παρεμβολή δεύτερης τάξης είναι ο εξής: Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.3.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Κυψέλη C/I (Db) C B Παρατηρούμε ότι σε καμία κυψέλη ο λόγος C/I δεν πέφτει κάτω από τα 22 db. Αυτό είναι δείγμα καλού σχεδιασμού, αν λάβουμε υπόψη ότι στο GSM 900 ο λόγος αυτός θα πρέπει να είναι πάνω από τα 9 db και ιδανικά πάνω από τα 12 db. Στο σχήμα 4.1. παρουσιάζεται η μεταβολή της λαμβανόμενης ισχύος (π.χ. στο κινητό τηλέφωνο ενός συνδρομητή) βάσει της απόστασης από τον Σταθμό Βάσης (BTS) η οποία σχετίζεται με το μοντέλο ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης που έχουμε επιλέξει (π.χ. εδώ έχoυμε επιλέξει το μοντέλο Okumura-Hata Suburban). 106

107 Σχήμα 4.1.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στα Καλάβρυτα ΚΑΤΩ ΑΧΑΪΑ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται στην εικόνα 4.2.: Εικόνα 4.2.: Το κυτταρικό σχέδιο για την Κάτω Αχαΐα 107

108 Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.4.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή της Κάτω Αχαΐας Πληθυσμός 6618 Έκταση(km 2 ) 1.1 RF Μοντέλο Cost 231 Walfisch Ikegami Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 208 Συχνότητες 26 Αριθμός Κυψελών 6 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 6 Κεραίες 6 BSCs 3 Πομποί 26 Δέκτες 26 Combiners 20 Diplexers 20 Ακολουθούν οι πίνακες με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.5.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Κυψέλη C/I (db) Α C A C A C

109 Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.6.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Κυψέλη C/I (db) Α C A C A C Πάλι βλέπουμε ότι η μικρότερη τιμή του λόγου C/I είναι πολύ μεγαλύτερη από το φράγμα των 9 db. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται η μεταβολή της λαμβανόμενης ισχύος βάσει της απόστασης από τον Σταθμό Βάσης: Σχήμα 4.2.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στην Κάτω Αχαΐα ΑΙΓΙΟ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται παρακάτω: 109

110 Εικόνα 4.3.: Το κυτταρικό σχέδιο για το Αίγιο Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.7.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή του Αιγίου Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) 5.78 RF Μοντέλο Cost 231 Walfisch Ikegami Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 793 Συχνότητες 100 Αριθμός Κυψελών 20 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 20 Κεραίες 20 BSCs

111 Πομποί 100 Δέκτες 100 Combiners 80 Diplexers 80 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.8.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός C/I (Db) Αριθμός Κυψέλης C/I (Db) Κυψέλης ( Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.9.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός C/I (Db) Αριθμός Κυψέλης C/I (Db) Κυψέλης

112 Η περιοχή του Αιγιού είναι αρκετά πυκνοκατοικημένη με αποτέλεσμα οι κυψέλες να βρίσκονται αρκετά κοντά. Επίσης δέχεται παρεμβολές από τα κύτταρα των ανοιχτών περιοχών τα οποία έχουν μεγάλη ισχύ εκπομπής. Τα παραπάνω δικαιολογούν την ύπαρξη κυττάρων όπου ο λόγος C/I είναι κοντά στα 9 db. Όπως βλέπουμε όμως σε καμία περίπτωση αυτός δεν πέφτει κάτω από τα 16 db, πράγμα που αποδεικνύει τον καλό κυτταρικό σχεδιασμό που έχει γίνει. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει το πως μεταβάλλεται η λαμβανόμενη ισχύς βάσει της απόστασης από τον Σταθμό Βάσης: Σχήμα 4.3.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο Αίγιο ΡΙΟ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται στην εικόνα 4.4.: 112

113 Εικόνα 4.4.: Το κυτταρικό σχέδιο για το Ρίο Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.10.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή του Ρίου Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Okumura-Hata Suburban Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 405 Συχνότητες 51 Αριθμός Κυψελών 10 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 10 Κεραίες

114 BSCs 5 Πομποί 51 Δέκτες 51 Combiners 41 Diplexers 41 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.11.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός C/I(Db) Κυψέλης Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.12.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός C/I(Db) Κυψέλης

115 Παρόλο που το Ρίο δέχεται παρεμβολές από κύτταρα πολλών περιοχών, ο λόγος C/Ι δεν έπεσε κάτω από τα 18 db, επιβεβαιώνοντας για ακόμη μια φορά τον σωστό σχεδιασμό που έχει προηγηθεί. Η λαμβανόμενη ισχύς βάσει της απόστασης μεταβάλλεται όπως στο σχήμα 4.4: Σχήμα 4.4.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο Ρίο 115

116 ΜΕΣΣΑΤΙΔΑ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται παρακάτω: Εικόνα 4.5.: Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή της Μεσσάτιδας Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.13.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή της Μεσσάτιδας Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Okumura-Hata Suburban Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια

117 Συχνότητες 42 Αριθμός Κυψελών 9 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 9 Κεραίες 9 BSCs 5 Πομποί 42 Δέκτες 42 Combiners 33 Diplexers 33 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.14.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.15.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db)

118 Εδώ για πρώτη φορά ο λόγος C/I έπεσε κάτω από τα 9 db (πιο συγκεκριμένα db στην πρώτη κυψέλη, τιμή όχι πολύ μακριά από τα 9 db). Όπως θα δούμε και παρακάτω, είναι μια από τις δύο κυψέλες ολόκληρης της περιοχής μελέτης, η οποία αντιμετωπίζει προβλήματα παρεμβολών, πράγμα φυσιολογικό για τον κυτταρικό σχεδιασμό μιας τόσο μεγάλης περιοχής. Στο σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζεται η μεταβολή της λαμβανόμενης ισχύος με την απόσταση από τον Σταθμό Βάσης: Σχήμα 4.5.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στην Μεσσάτιδα Πατρών ΒΡΑΧΝΑΙΙΚΑ-ΠΑΡΑΛΙΑ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται παρακάτω: 118

119 Εικόνα 4.6.: Το κυτταρικό σχέδιο για τις περιοχές Βραχναίικα και Παραλία Πατρών Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.16.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για τις περιοχές των Βραχναίικων και της Παραλίας Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Okumura-Hata Suburban Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 341 Συχνότητες 43 Αριθμός Κυψελών 9 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 9 Κεραίες 9 BSCs 5 Πομποί 43 Δέκτες

120 Combiners 34 Diplexers 34 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.17.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.18.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Και εδώ καμία κυψέλη δεν παρουσιάζει πρόβλημα παρεμβολών, καθως η χαμηλότερη τιμή του λόγου C/I βρίσκεται λίγο πιο πάνω από τα 15 db, τιμή πολύ μεγαλύτερη από τα 12 db που υποδεικνύουν εξαιρετικά ποιοτικό σχεδιασμό. 120

121 Η μεταβολή της λαμβανόμενης ισχύος στον κινητό σταθμό (Mobile Station) παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα: Σχήμα 4.6.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στα Βραχναίικα και στην Παραλία Πατρών ΠΕΡΙΧΩΡΑ ΠΑΤΡΩΝ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται στην εικόνα 4.7: 121

122 Εικόνα 4.7.: Το κυτταρικό σχέδιο για τα Περίχωρα Πατρών Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.19.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή των περιχώρων Πατρών Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Okumura-Hata Suburban Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 855 Συχνότητες 107 Αριθμός Κυψελών 21 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) 122

123 BTSs 21 Κεραίες 21 BSCs 111 Πομποί 107 Δέκτες 107 Combiners 86 Diplexers 86 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.20.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός C/I(Db) Κυψέλης

124 Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.21.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός C/I(Db) Κυψέλης Η γειτνίαση της συγκεκριμένης περιοχής με το κέντρο Πατρών, το Ρίο και την Μεσσάτιδα είχε ως αποτέλεσμα να παρουσιαστεί και δεύτερη σε όλη τη σχεδιάση κυψέλη με πρόβλημα λόγω ομοκαναλικής παρεμβολής. Το πρόβλημα αυτό δεν είναι τόσο μεγάλο αφού και πάλι ο λόγος C/I είναι μεγαλύτερος των 9 db και όχι τόσο μικρότερος των 12 db ( db). Η λαμβανόμενη ισχύς μεταβάλλεται βάσει της απόστασης από τον Σταθμό Βάσης με τρόπο που φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα: 124

125 Σχήμα 4.7.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στα περίχωρα της Πάτρας 125

126 ΚΕΝΤΡΟ ΠΑΤΡΑΣ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται στην εικόνα 4.8: Εικόνα 4.8.: Το κυτταρικό σχέδιο για το κέντρο της Πάτρας Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.22.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για την περιοχή του κέντρου της Πάτρας Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Cost 231 Walfisch Ikegami Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 4480 Συχνότητες 560 Αριθμός Κυψελών 110 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) 126

127 Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 110 Κεραίες 110 BSCs 55 Πομποί 560 Δέκτες 560 Combiners 450 Diplexers 450 Ακολουθεί ο πίνακας με τα αποτελέσματα για την ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης και 2 ης τάξης: Ομοκαναλική Παρεμβολή 1 ης Τάξης (First Tier) Πίνακας 4.23.: Ομοκαναλική παρεμβολή 1 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db)

128 Ομοκαναλική Παρεμβολή 2 ης Τάξης (Second Tier) Πίνακας 4.24.: Ομοκαναλική παρεμβολή 2 ης τάξης Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Αριθμός Κυψέλης C/I(Db) Το κέντρο των Πατρών είναι η πιο σημαντική περιοχή του σχεδασμού μας καθώς συγκεντρώνει το συντριπτικά μεγαλύτερο ποσοστό πληθυσμού στην περιοχή μελέτης 128

129 μας. Από τις 110 κυψέλες, ακόμα και αυτές που βρίσκονται πρακτικά μέσα σε μεγαλύτερες άλλων περιοχών, καμία δεν παρουσιάζει λόγο C/I μικρότερο των 20 db, πράγμα που δείχνει την ορθότητα του κυτταρικού σχεδιασμού που ακολουθήθηκε σε αυτήν την διπλωματική εργασία. Τέλος στο σχήμα 4.8. απεικονίζεται η λαμβανόμενη ισχύς συναρτήσει της απόστασης από την κεραία εκπομπής: Σχήμα 4.8.: Μεταβολή λαμβανόμενης ισχύος βάσει απόστασης στο κέντρο της Πάτρας Στην συγκεκριμένη περιοχή χρησιμοποιήθηκε το Ηλεκτρομαγνητικό μοντέλο διάδοσης Cost 231 Walfisch Ikegami, όπως έχει αναφερθεί και προηγουμένως ΑΝΟΙΧΤΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Το κυτταρικό σχέδιο για την περιοχή φαίνεται παρακάτω : 129

130 Εικόνα 4.9.: Το κυτταρικό σχέδιο για τις ανοιχτές περιοχές Ακολουθεί ο συγκεντρωτικός πίνακας με τα στοιχεία που ευρέθηκαν στο προηγούμενο Κεφάλαιο: Πίνακας 4.25.: Στοιχεία που αφορούν την κυτταρική σχεδίαση για τις ανοιχτές περιοχές Πληθυσμός Έκταση(km 2 ) RF Μοντέλο Log Distance Συνδρομητικό Φορτίο(Erlang) Κανάλια 745 Συχνότητες 94 Αριθμός Κυψελών 19 Ακτίνα Κυψέλης(μέτρα) Ισχύς Εκπομπής BTS(W) BTSs 19 Κεραίες 19 BSCs 10 Πομποί 94 Δέκτες 94 Combiners 75 Diplexers