Proiectarea unei rețele celulare de comunicații mobile

Introducere

Evoluţia comunicaţiilor mobile se confundă, în mare măsură cu evoluţia radiocomunicaţiilor. Astfel, transmisiile de mesaje între nave şi uscat sau între nave reprezentau o practică obişnuită chiar şi înaintea primului război mondial. Totuşi, dezvoltarea intensă a comunicaţiilor mobile se realizează doar după apariţia circuitelor integrate şi miniaturizarea realizată în domeniul componentelor, deci după crearea condiţiilor de miniaturizare a echipamentelor şi după realizarea unor surse de alimentare fiabile şi cu dimensiuni relativ reduse. Pentru realizarea unor reţele de dimensiuni mari, cu mulţi utilizatori, având la dispoziţie o bandă de frecvenţe limitată, s-a trecut la folosirea acoperirii celulare.

Sistemele celulare de comunicaţii mobile celulare au fost dezvoltate, până în prezent, în trei generaţii distincte:

➢ Generaţia 1 (1G), destinată să ofere un singur serviciu, cel vocal, cuprinde sisteme ca NMT, AMPS, TACS şi a apărut cu începere din 1980 ;

➢ Generaţia 2 (2G), a fost iniţial destinată să ofere servicii vocale, având în acelaşi timp şi o capacitate limitată pentru serviciile de transmisii de date, cu viteză relativ redusă. Sunt sisteme cu prelucrare digitală a semnalului, cu funcţionare în benzile de 900 MHz şi 1800 MHz. Ca exemple de astfel de sisteme sunt GSM, D-AMPS etc.

➢ Generaţia 3 (3G) oferă viteze de transmisie sporită, de p‚nă la 2 Mbit/s (în unele variante până la 8 Mbit/s) şi prezintă posibilităţi multiple pentru servicii multimedia de calitate şi pentru operare în medii diferite. Sunt sisteme cu prelucrarea digitală a semnalului, ce funcţionează în banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA şi TD/CDMA

GSM (Global System for Mobile Communications: inițial de la Groupe Spécial Mobile) este un sistem de telefonie mobilă digital și este cel mai popular standard pentru sistemele de telefonie mobilă în lume.

În această lurcare, se va proiecta unul dintre sistemele de comunicații mobile de generația 2, folosind ca bază o rețea mobilă formată din celule hexagonale cunoscută ca sistem celular, este vorba despre sistemul GPS - 900.

1. Generalități asupra sistemul GSM – 900

GSM oferă în primul rând calitate maximă a convorbirilor si transmisiilor de date, şi, mai mult decât atât, oferă posibilitatea folosirii aceluiaşi telefon mobil (cu aceeasi cartela SIM, şi implicit acelaşi numar) şi în alte retele, pe tot globul (roaming), astfel că utilizatorul poate fi găsit chiar dacă nu se află în ţară.

Reţeaua GSM propriu-zisă se constituie din celule telefonice. Fiecărei celule îi corespunde o anumită antenă (staţie de bază), amplasată pe turnuri sau clădiri înalte, pentru a se evita accesul într-o apropiere imediata a acestora, al persoanelor publice.

Astfel, dacă un anumit telefon efectuează o convorbire, aflându-se în mişcare el poate trece de la o celulă la alta; zonele de acoperire ale acestor celule se întrepătrund, tocmai pentru a se asigura o calitate superioara a convorbirii, fără bruiaje sau întreruperi, cauzate de lipsa de semnal.

În viitor se urmăreşte înlocuirea sistemului GSM 900 cu cel pe 1800 MHz, sau chiar 1900 MHz, deoarece puterea acestora fiind mai mare, zonele în care nu există semnal (prin sistemul GSM 900), vor deveni utilizabile (lifturi, beciuri, subsoluri).

Reţelele de generaţia întîi posedau celule mari (de ordinul a 50 km raza), în centrul cărora se situa o staţie de bază (antena de emisie). La început, acest sistem aloca o bandă de frevenţă de tip static fiecărui utilizator, chiar dacă acesta nici nu avea nevoie de ea la un moment oarecare. Deci, sistemul permitea furnizarea serviciului la un număr de utilizatori numeric egal cu numărul benzilor de frecvenţă disponibile. Prima ameliorare a constat în faptul că banda de frecvenţă era alocată utilizatorului doar în momentul cînd acesta avea nevoie de ea. Astfel, a fost posibilă mărirea numărului de utilizatori pe baza principiului că nu toţi telefonează în acelaşi moment de timp. Totuşi, acest sistem necesita staţii mobile cu o putere de emisie importantă (aproximativ de 8 W) şi deci şi aparate mobile de talie şi greutate respectivă.

Pentru a rezolva toate aceste probleme a apărut şi conceptul de „celulă”. Principiul acestui sistem este de a diviza teritoriul în zone mici, numite celule, şi de a împărţi frecvenţele radio între acestea. Astfel, fiecare celulă este constituită dintr-o staţie de bază (legată de Reţeaua Telefonică Comutată = RTC), la care se asociază un oarecare număr de canale de frecvenţă. Ultimele nu pot fi utilizate în celulele adiacente, pentru a evita interferenţa. Se defineşte, de asemenea, şi noţiunea de „cluster”, care este constituit din mai multe celule şi la care frecvenţa se utilizează o singură dată (vezi fig. 1).