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- II.1. Introdução.........................................................................................................................................................
- II.2. Reuso de Freqüências
- II.3. Estratégias de Alocação de Canal.................................................................................................................
- II.4. Estratégias de Handoff
- II.4.1. Priorização de Handoffs
- II.4.2. Considerações Práticas sobre o Handoff
- II.5. Interferências e Capacidade do Sistema.......................................................................................................
- II.5.1. Interferência Co-canal e Capacidade do Sistema
- II.5.2. Interferência de Canal Adjacente...............................................................................................................
- II.5.3. Controle de Potência para a redução de Interferência
- II.6. Entroncamento e Grau de Serviço
PARTE II – Fundamentos de Projeto de Sistemas Celulares
O principal objetivo de projeto dos sistemas móveis de telefonia de primeira geração era proporcionar uma elevada área de cobertura, utilizando um único amplificador de potência no transmissor, com uma antena montada em uma alta torre. Enquanto esta alternativa levava a grandes áreas de cobertura, também pensava-se que era impossível reutilizar as freqüências no sistema, pois esta tentativa podia levá-lo a níveis de interferência inaceitáveis. Tornou-se então imperativo reestruturar os sistemas móveis, pois com o acréscimo da demanda pelos serviços, era necessário encontrar uma forma de se obter altas capacidades convivendo com a escassez de espectro e ao mesmo tempo atingindo grandes áreas de cobertura.
II.1. Introdução
O conceito de Estrutura Celular trouxe grande vantagem para a solução dos problemas anteriormente mencionados sem, contudo, levar a grandes alterações tecnológicas dos sistemas. O conceito leva à substituição do transmissor único (grande célula) de alta potência por muitos transmissores de baixas potências (pequenas células), cada um proporcionando a cobertura de parte da área total de serviço. A cada transmissor (doravante denominado Estação Rádio Base) são alocados diferentes grupos de canais, sendo que o somatório desses grupos é igual ao número original de canais do sistema. São alocados diferentes grupos de canais para Estações Rádio Bases vizinhas de tal forma que a interferência entre elas (e entre os usuários móveis sob seu controle) seja minimizada.
Com o aumento da demanda por serviços, isto é, são necessários mais canais em um determinado mercado, o número de Estações Rádio Base deve ser aumentado (com o correspondente decréscimo na potência do transmissor para evitar interferências adicionais) através do aumento da capacidade do sistema rádio sem o aumento no espectro total alocado para o serviço. Este princípio é base fundamental para todos os sistemas de comunicação sem fio, pois ele leva à possibilidade de um número fixo de canais servirem uma grande quantidade de usuários através do reuso desses canais dentro da área de serviço. Nota – entende-se por área de serviço aquela região atendida por um único sistema de comunicação. Além disso, o conceito de estrutura celular permite que cada equipamento dos usuários seja fabricado com um mesmo conjunto de canais de tal sorte que este possa ser utilizado em qualquer parte da região atendida por por um sistema.
II.2. Reuso de Freqüências
A cada Estação Rádio Base é alocado um grupo de canais rádio que serão utilizados em uma pequena área geográfica denominada Célula. Estações Rádio Base adjacentes recebem grupos de canais diferentes dos canais dos grupos das células vizinhas. As antenas
Naturalmente, o footprint real de uma célula é determinado pelo contorno da superfície atendida por uma Estação Rádio Base.
Quando são utilizados hexágonos para modelar as áreas de cobertura, os transmissores das Estações Rádio Base podem ser localizados no centro da célula (célula excitada ao centro) ou em três dos seis vértices da célula (célula excitada ao vértice). Normalmente, antenas ommidirecionais são utilizadas em células excitadas ao centro e antenas direcionais setorizadas são utilizadas em células exicitadas ao vértice. Considerações práticas normalmente não permitem que estações radio base sejam instaladas como aparecem no layout hexagonal. Em muitos projetos de sistemas pemite-se que a estação rádio base seja posicionada até ¼ do raio da célula distante da localização ideal.
Para entender o conceito de reuso de freqüências, considere um sistema celular com um total de S canais duplex disponíveis para o uso. Se a cada célula é alocado um grupo de k canais ( k < S ), e se os S canais são divididos entre N células em grupos de canais únicos e distintos com o mesmo número de canais, o número total de canais rádio disponíveis pode ser expressado por
S = kN ( 1 )
As N células que coletivamente utilizam o conjunto completo de freqüências disponíveis formam o que é denominado Cluster. Se um cluster é repetido M vezes dentro de um sistema, o número total de canais duplex, C , pode ser utilizado como uma medida de capacidade e é dado por
C = MkN = MS ( 2 )
Como pode ser visto pela equação (2), a capacidade de um sistema celular é diretamente proporcional ao número de vezes que um cluster é repetido em uma área de serviço fixa. O fator N é chamado de tamanho do cluster e é tipicamente igual a 4, 7 ou 12. Se o tamanho do cluster , N é reduzido, enquanto o tamanho da célula é mantido constante, mais clusters são necessários para cobrir uma determinada área e assim uma maior capacidade (um alto valor de C ) é alcançada. Um elevado tamanho do cluster indica que a relação entre a distância entre células co-canais e o raio da célula é grande. Por outro lado, um pequeno tamanho do cluster indica que células co-canais estão localizadas muito próximas. O valor para N é função da quantidade de interferência que um terminal móvel ou estação rádio base pode tolerar e ainda manter um grau aceitável de qualidade na comunicação. Do ponto de vista de projeto, é desejável o menor valor possível para N , de tal forma a maximizar a capacidade em uma determinada área de cobertura. O Fator de Reuso de Freqüências de um sistema celular é dado por 1/ N , pois a cada célula em um cluster é somente alocado 1/ N do número total de canais disponíveis no sistema.
Devido ao fato da geometria hexagonal da Figura II.1 ter exatamente seis vizinhos eqüidistantes e das linhas que ligam os centros de qualquer célula a qualquer de suas vizinhas serem separadas por múltiplos de 60°, existem somente certos tamanhos de cluster e layouts de células que são possíveis. Para que a junção de várias células não deixe áreas sem cobertura a geometria dos hexágonos é tal que o número de células por cluster , N , pode somente assumir valores que satisfaçam a equação
N = i^2 + ij + j^2 ( ) 3
onde i e j são inteiros positivos. Para encontrar as células co-canais vizinhas mais próximas de uma dada célula, deve-se fazer o seguinte: (1) mover i células em qualquer cadeia de hexágonos e então (2) girar 60° no sentido anti-horário e mover j células. Este procedimento é ilustrado na Figura II.2 para i = 3 e j = 2 (exemplo, N = 19).
Figura II.2 – Ilustração do método de localização de células co-canais em um sistema celular. No exemplo N = 19, isto é, i = 3 e j = 2.
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Exemplo 1
Se uma largura de faixa total de 33MHz é alocada para um sistema de telefonia celular FDD ( Frequency Division Duplex ) que utiliza dois canais simplex de 25KHz para obter canais duplex de voz e controle, calcule o numero de canais disponível por célula se o sistema utiliza: a) padrão de reuso = 4, b) padrão de reuso = 7 e c) padrão de reuso = 12. Se 1MHz do espectro alocado é destinado a canais de controle, determine uma distribuição adequada para os canais de voz e controle em cada célula para cada um dos três sistemas.
Solução
Dados: Largura de faixa total = 33MHz Largura e faixa por canal = 25KHz x 2 canais simplex = 50KHz /canal duplex
rádio base servidora requisita um canal da CCC. A central então aloca um canal à célula requisitante seguindo um algoritmo que leva em conta uma probabilidade de bloqueio futura dentro da célula, a freqüência de utilização do canal candidato, a distância de reuso do canal, entre outros fatores. Dessa forma, a CCC somente aloca uma dada freqüência se esta não está, naquele momento, em uso na célula ou em qualquer outra célula a uma distância mínima suficiente para manter a interferência co-canal em níveis adequados. A alocação dinâmica de canais reduz a probabilidade de bloqueio, o que aumenta a capacidade de tráfego do sistema, pois todos os canais disponíveis em uma área de serviço estão acessíveis a todas as células. Estratégias de alocação dinâmica de canais exigem que a CCC monitore em tempo real os dados de ocupação dos canais, a distribuição do tráfego e as indicações de intensidade do sinal de rádio em todos os canais, continuamente. Isto aumenta o processamento e a necessidade de armazenamento de dados no sistema, mas melhora o processo de utilização dos canais diminuindo, como já citado, a probabilidade de chamadas serem bloqueadas.
II.4. Estratégias de Handoff
Quando um terminal móvel se movimenta através de células diferentes enquanto uma conversação está sendo realizada, a CCC automaticamente transfere a chamada para um novo canal pertencente à nova estação rádio base. O processo de handoff não somente envolve a identificação da nova estação rádio base, mas também requer que os sinais de voz e controle sejam associados à nova estação rádio base. O processo de handoff é uma tarefa importante em qualquer sistema celular. Muitas estratégias priorizam as requisições de handoff sobre as requisições de inicialização de chamada. Handoffs devem ser executados com sucesso e com a menor freqüência possível e ainda devem ser imperceptíveis aos usuários. De forma a atender a estes requisitos, os projetistas de sistemas devem especificar um nível ótimo de sinal a partir do qual se inicia o processo de handoff. Uma vez especificado um nível de sinal suficiente a uma qualidade de voz aceitável na estação rádio base (normalmente entre –90dBm e –100dBm), o limiar no qual o handoff é executado é definido como um valor ligeiramente superior a esse nível. A diferença, dada por ∆ = Prhandoff - Pr mínima , não pode ser nem muito grande e nem muito pequena. Se ∆ for muito grande, handoffs desnecessários podem ocorrer; se muito pequeno, pode não haver tempo suficiente para que o processo se complete antes que a chamada seja perdida por causa de uma baixa intensidade do sinal. Assim, o valor de ∆ deve ser cuidadosamente escolhido para atender a esses dois limites conflitantes. A Figura II.3 ilustra uma situação de handoff. A Figura II.3(a) mostra o caso onde um handoff não é feito e o sinal cai abaixo do nível mínimo aceitável para manter o canal ativo. Este evento de chamada perdida pode acontecer quando existe um atraso excessivo na execução do processo de handoff pela CCC ou quando o valor de ∆ é feito tão pequeno que não permite tempo suficiente à CCC para efetuar o processo. Atrasos excessivos podem ocorrer em condições de alto tráfego, devido ao alto grau de processamento requisitado da CCC ou devido ao fato de não existirem canais disponíveis em nenhuma das células vizinhas (forçando que a CCC espere até que um canal se torne livre). A Figura II.3(b) ilustra o processo adequado de handoff.
Figura II.3 – Ilustração do processo de Handoff próximo aos limites entre duas células
Na decisão de quando deve ser executado o handoff é importante assegurar que o processo não se inicialize por uma simples queda na intensidade do sinal por um desvanecimento momentâneo e que o usuário móvel esteja realmente se movimentando para fora da célula residente. Para que isto seja conseguido, a Estação Rádio Base monitora o nível do sinal por um certo período antes que o handoff se inicie. Esse tipo de procedimento deve ser otimizado para que sejam avitados handoffs desnecessários e ainda para que aqueles necessários sejam completados antes que a chamada se perca devido a um nível de sinal inadequado. O intervalo de tempo suficiente para que se decida se o processo de handoff é necessário depende da velocidade do móvel. Se a taxa de variação da intensidade do sinal devido ao desvanecimento por multipercursos em um dado intervalo é grande, o handoff deverá ser executado rapidamente. A informação sobre a velocidade do móvel, que pode ser útil no processo de decisão do handoff , pode ser estimada através de medidas estatísticas do sinal recebido pela estação rádio base no que se refere ao desvanecimento de curta duração causado pelos multipercursos.
O intervalo de tempo durante o qual uma chamada pode ser mantida em uma célula, sem handoff , é chamado de Tempo de Residência. O tempo de residência de um usuário é governado por diversos fatores, os quais incluem propagação, interferência, distância entre o usuário e a Estação Rádio Base e outros efeitos que variam com o tempo. É sabido que quando um usuário móvel se encontra parado, pode ocorrer o fenômeno do desvanecimento devido ao movimento de objetos vizinhos a esse usuário ou vizinhos à Estação Rádio Base. Assim, mesmo que o usuário se mantenha parado, pode-se ter um tempo de residência finito aleatório. Análises indicam que as estatísticas do tempo de residência variam enormemente, dependendo da velocidade do usuário e da forma de
II.4.1. Priorização de Handoffs
Um método de priorização de handoff é conhecido como método do canal de guarda , no qual uma fração do número total de canais do sistema é reservada para as requisições de handoff de chamadas “entrantes” de outros sistemas. Este método apresenta a clara desvantagem de reduzir o tráfego total, pois menos canais serão dedicados a chamadas sendo originadas dentro do próprio sistema. Contudo, se estratégias de alocação dinâmica de canais forem utilizadas, tomando como base um acesso por demanda, o método do canal de guarda poderá ainda permitir uma utilização eficiente do espectro.
A colocação das requisições de handoff em filas de espera é um outro método utilizado para reduzir a probabilidade de uma chamada em curso ser bloqueada de maneira forçada por indisponibilidade de canais livres. Deve existir, obviamente, uma solução de compromisso entre o decréscimo dessa probabilidade e a quantidade de tráfego oferecido pelo sistema.
O enfileiramento de handoffs é possível, pois existe um intervalo de tempo finito entre o instante em que o nível do sinal cai abaixo do limiar de handoff e o instante em que a chamada é terminada forçosamente devido a um nível insuficiente do sinal. O tempo de atraso na fila e o tamanho desta é determinado pelo perfil de tráfego de cada área de serviço em particular. Deve-se observar que o fato de se utilizar o enfileiramento das requisições de handoff não garante uma probabilidade nula de terminação forçada da chamada em curso, pois grandes atrasos na fila irão fazer com que decorra um tempo suficiente para que o nível do sinal recebido caia abaixo do mínimo necessário para manter uma qualidade aceitável na comunicação. Isto levará à queda forçada da chamada.
II.4.2. Considerações Práticas sobre o Handoff
Em sistemas celulares reais, vários problemas surgem quando da tentativa de atender a várias velocidades dos terminais móveis. Veículos em alta velocidade podem passar pela área de cobertura de uma célula em poucos segundos, enquanto usuários pedrestres podem nunca necessitar de um handoff durante uma chamada. Especialmente no caso da utilização de microcélulas para aumentar a capacidade do sistema em certas áreas de grande tráfego, a CCC pode rapidamente ficar sobrecarregada se usuários em alta velocidade estão constantemente passando por pequenas células. Vários esquemas foram desenvolvidos de forma a lidar, simultaneamente, com o tráfego de usuários em alta e em baixa velocidades e ainda minimizar a intervenção da CCC no processo de handoff.
Uma outra limitação prática está na possibilidade de se obter novas células. Embora o conceito da geometria celular sempre permita o aumento da capacidade do sistema através da adição de novas células, na prática se torna difícil se obter novas localizações das Estações Rádio Base em ambientes urbanos. Além do aspecto físico, aspectos legais e outros de caráter não técnico tornam mais atrativa a instalação de novos canais e ERBs em células e instalações já existentes ao invés de procura de novos pontos de instalação.
Através da utilização de antenas com diferentes alturas e diferentes níveis de potência é possível se obter “grandes” e “pequenas” células co-localizadas. Esta técnica é chamada de técnica da célula guarda-chuva e é utilizada para fornecer grandes áreas de cobertura a usuários que trafegam em alta velocidade e áreas menores para aqueles que se movimentam a baixas velocidades. A Figura II.4 ilustra uma célula tipo guarda-chuva co- localizada com outras menores (microcélulas).
Figura II.4 – ilustração de uma célula tipo guarda-chuva co-localizada com outras menores (microcélulas).
A técnica da célula guarda-chuva assegura que o número de handoffs seja minimizado para os usuários em alta velocidade a ainda fornece canais adicionais aos usuários pedestres. A velocidade dos usuários pode ser estimada na CCC ou na ERB através das estatísticas do desvanecimento de curta duração. Se um usuário em alta velocidade em uma célula guarda-chuva se aproxima da Estação Rádio Base e sua velocidade começa a diminuir rapidamente, a ERB pode decidir locar o usuário em uma microcélula co-localizada, sem a intervenção da CCC.
Um problema comum em configurações onde existem microcélulas é conhecido como arrastamento de célula. Esse fenômeno resulta de usuários pedestres que fornecem sinais de alta intensidade à ERB. Tal situação ocorre em ambientes urbanos quando há linha de visada entre o usuário e a ERB. Conforme o usuário vai se distanciando da ERB a uma velocidade muito baixa, a intensidade média do sinal não cai rapidamente. Mesmo tendo excedido os limites de sua célula o nível de sinal na ERB pode estar acima do limiar de handoff e assim o handoff pode não ocorrer. Isto cria um grande problema de interferência e de tráfego, pois o usuário terá invadido a área da célula vizinha. Para resolver o problema do arrastamento de célula, os limiares de handoffs e parâmetros de cobertura devem ser ajustados cuidadosamente.
Nos sistemas celulares de primeira geração o intervalo típico de tempo para se ter o handoff concluído, tendo o nível do sinal caído abaixo do limiar de handoff, é de aproximadamente 10 segundos. Isto requer que o valor de ∆ seja da ordem de 6 a 12dB. Nos novos sistemas digitais, como o GSM, por exemplo, além do processo ser precedido por uma decisão de sua necessidade, tendo-se iniciado, leva em torno de 1 a 2 segundos.
II.5.1. Interferência Co-canal e Capacidade do Sistema
O reuso de freqüências implica que em uma dada área de cobertura existam várias células que utilizam o mesmo conjunto de freqüências. Estas células são chamadas de co-células e a interferência entre sinais dessas células é denominada de Interferência Co-canal. Ao contrário do ruído térmico, que pode ter seus efeitos reduzidos pelo aumento da relação sinal ruído (RSR), a interferência co-canal não pode ser combatida simplesmente pelo aumento da potência de um transmissor. Isto porque um aumento na potência de transmissão também leva a um aumento da interferência entre co-células. Para reduzir a interferência co-canal, células co-canais devem estar fisicamente separadas de uma distância suficiente para que os efeitos de propagação a minimizem.
Em sistemas celulares, quando o tamanho das células é aproximadamente o mesmo, a interferência co-canal é independente da potência transmitida e torna-se função do raio das células, R , e da distância centro a centro entre células co-canais, D. Através do aumento da relação D/R , a separação física entre co-células, relativa à distância de cobertura de uma célula, é aumentada. Assim, a interferência co-canal é reduzida. O parâmetro Q , chamado razão de reuso co-canal ou fator de redução de interferência co-canal , está relacionado com o tamanho do cluster. Para uma geometria hexagonal,
Q ( )
D
R
= = 3 N 4
Um pequeno valor de Q leva a uma alta capacidade, pois o tamanho do cluster , N , é pequeno. Por outro lado, um alto valor de Q melhora a qualidade de transmissão devido a um menor nível de interferência co-canal. Em um sistema celular real, uma solução de compromisso entre estes dois objetivos deve ser adotada. A Tabela II.1 ilustra alguns valores do fator de redução de interferência co-canal, Q, para alguns valores de tamanho de cluster , N.
N Q = D/R
i = 1, j = 1 3 3 i = 1, j = 2 7 4. i = 2, j = 2 12 6 i = 1, j = 3 13 6.
Tabela II.1 – Alguns valores do fator de redução de interferência co-canal para alguns valores de N :
Seja i o o número de células co-canais interferentes. Então, a relação Sinal/Interferância, RSI, para um receptor móvel monitorando o canal direto pode ser expressa por
S
I
S
Ii i
= io
=
∑ 1
onde S é a potência do sinal desejado da Estação Rádio Base desejada e Ii é a potência de interferência causada pela i -ésima Estação Rádio Base das co-células. Se o nível de sinal das co-células é conhecido, então a RSI para o link direto pode ser calculada através da expressão (5).
Medidas de propagação em canais rádio móveis mostram que a potência média recebida em qualquer ponto cai com o inverso da n -ésima potência da distância de separação entre o transmissor e o receptor. A potência média recebida, P r , a uma distância d da antena transmissora é aproximadamente
P P ( )
d d
n r =^
0 0
ou
P dBm P dBm n^ (^ )
d r (^) d [ ] = [ ] − log
0
onde P 0 é a potência recebida em uma distância de referência d 0 da antena transmissora e n é o expoente da perda no percurso. d 0 está localizada na região de campo distante da antena e deve ser maior que a distância de Fraunhofer. Agora considere o link direto onde o sinal desejado é o sinal da Estação Rádio Base servidora e a interferência é devida às Estações Rádio Base co-canais. Se Di é a distância da i -ésima fonte de interferência, a potência recebida em um dado móvel devida à i -ésima célula interferante será proporcional a ( Di )- n^. O expoente da perda no percurso normalmente se encontra na faixa de 2 a 4 em sistemas celulares urbanos. Quando a potência transmitida por todas as Estações Rádio Base é a mesma e o expoente n é igual para toda a área de cobertura, a S / I para um móvel pode ser determinada por
S
I
R n
D n i i
= i
=
1
Considerando somente a primeira camada de células co-canais interferentes, se todas as Estações Rádio Base estão eqüidistantes da Estação Rádio Base desejada e se essa distância é igual à distância D entre os centros das células co-canais do sistema, então a equação (8) se reduz a
S
I
D R n i
N n i
0 0
A equação (9) relaciona S/I com o tamanho do cluster , N , que, por sua vez, está ligado à capacidade do sistema, como está mostrado pela equação (2). Por exemplo, assuma que as seis co-células mais próximas e à mesma distância da Estação Rádio Base de interesse produzem a parte significante da interferência. Para o sistema celular AMPS, que utiliza canais de 30KHz, testes subjetivos de opinião pública indicam que uma qualidade de voz
ligeiramente inferior aos 18dB, no pior caso. Se o pior caso fosse considerado como critério de projeto, N teria que ser levado ao próximo valor possível, que pela equação (3) é N = 12 (correspondente a i = j = 2) o que leva a um decréscimo significante na capacidade, pois para N = 12 o fator de reuso de freqüências é de 1/12 em cada célula, enquanto que para N = 7 a utilização do espectro é de 1/7. Na prática, uma redução na capacidade de 7/12 não seria aceitável se se considerasse o pior caso, que raramente ocorre. Pela discussão aqui apresentada, torna-se claro que a interferência co-canal determina o desempenho do link e governa o planejamento de freqüências e a capacidade total de sistemas celulares.
Exemplo 2
Se uma relação S/I de 15dB é necessária para um satisfatório desempenho de um canal direto de um sistema celular, qual é o fator de reuso de freqüência e o tamanho do cluster que devem ser usados para máxima capacidade quando o expoente da perda no percurso é (a) n = 4 e (b) n = 3? Assuma que há 6 células co-canais na primeira camada de células interferentes e que todas elas se encontram a uma mesma distância do usuário móvel. Use aproximações adequadas.
Solução
(a) para n = 4
Primeiro vamos considerar um padrão de reuso de 7 células. Utilizando a equação (4), a razão de reuso co-canal é obtida como D/R = 4.583. Utilizando a equação (9), a relação sinal-interferência é dada por S/I = (1/6) x (4.583)^4 = 75.3 = 18.66dB Sendo este valor maior que o mínimo necessário, N = 7 pode ser utilizado.
(b) para n = 3
Primeiro vamos considerar um padrão de reuso de 7 células. Utilizando a equação (9), a relação sinal-interferência é dada por S/I = (1/6) x (4.583)^3 = 16.04 = 12.05dB Sendo este valor menor que o mínimo necessário, necessitamos de um valor maior para N. Utilizando a equação (3), o próximo valor possível para N é N = 12 ( i = j = 2). O correspondente valor da razão de reuso de canal dada pela equação (4) vale D/R = 6.0. Utilizando a equação (9), a relação sinal-interferência é dada por S/I = (1/6) x (6)^3 = 36 = 15.56dB Sendo este valor maior que o mínimo necessário, N = 12 pode ser utilizado.
II.5.2. Interferência de Canal Adjacente
A interferência resultante de sinais adjacentes em freqüência ao sinal desejado é chamada Interferência de Canal Adjacente. O problema se torna notório quando um usuário de um canal adjacente está transmitindo muito próximo ao receptor de um outro usuário, enquanto que o receptor está preparado para receber o sinal da Estação Rádio Base no canal desejado. Este efeito é conhecido como efeito near-far. Alternativamente, o efeito near-far pode ocorrer quando um usuário móvel nas proximidades da Estação Rádio Base transmite em um canal próximo àquele que está sendo utilizado por um usuário cuja intensidade do sinal na ERB é fraca. A ERB pode ter dificuldade em discriminar o usuário desejado devido ao “mascaramento” causado pelo usuário interferente no sinal de baixa intensidade.
A interferência de canal adjacente pode ser minimizada através de uma cuidadosa filtragem do sinal recebido, atuando-se na função de transferência do filtro de recepção, e através de uma adequada alocação de canais. Desde que a cada célula seja destinada uma fração do número total de canais disponíveis, não é necessário que esses canais sejam contíguos em freqüência. Mantendo a maior separação em freqüência possível entre os canais em uma célula, a interferência de canal adjacente pode ser reduzida drasticamente. Através da alocação seqüencial de sucessivos canais a diferentes células, muitos esquemas de alocação de canal são capazes de separar canais adjacentes em uma célula de uma faixa de freqüência correspondente a N larguras de faixa de cada canal, onde N é o tamanho do cluster. Algumas técnicas ainda tentam evitar a utilização de canais adjacentes em células vizinhas.
Se o fator de reuso de freqüência é pequeno, a separação entre canais adjacentes pode não ser suficiente para manter o nível de interferência de canal adjacente dentro de limites aceitáveis. Por exemplo, se um móvel está 20 vezes mais perto da Estação Rádio Base que um outro móvel e apresenta alguma irradiação fora da faixa de passagem permitida para o canal, a relação sinal-interferência para o móvel com intensidade de sinal menor (antes do filtro de recepção) é aproximadamente
10 log 10 20 ( 12 )
= ^ − n I
S
Para um expoente de perdas no percurso n = 4, esta relação eqüivale a –52dB. Se o filtro de FI (Freqüência Intermediária) da Estação Rádio Base possuir rampa de atenuação de L dB/oitava na banda de rejeição, então um canal adjacente interferente deve estar distante da freqüência central do sinal recebido desejado de ao menos 2 G^ - 1^ vezes a largura de faixa de canal utilizada para se obter uma atenuação necessária [9, p. 231], onde G = (- S / I )/ L. Para 52dB de atenuação e L = 20dB/oitava, uma separação de aproximadamente três larguras de faixa do canal é necessária para se obter uma relação sinal-interferência de 0dB, por influência de uma usuário próximo no sinal recebido de um usuário distante. Isto implica que uma separação em freqüência maior que três vezes a largura de faixa de canal é necessária para levar a relação sinal-interferência a um valor aceitável. Ou, então, deverão ser utilizados filtros com maior seletividade. Na prática, para minimizar o efeito da interferência de canal adjacente, cada receptor da Estação Rádio Base é precedido por um filtro de alto valor de fator de mérito (alta seletividade) implementado com cavidades ressonantes.
Cada um dos 395 canais de voz são divididos em 21 subconjuntos, cada um contendo 19 canais. Em cada subconjunto, o canal adjacente mais próximo dista 21 canais. Em um sistema com padrão de reuso igual a 7, cada célula utiliza 3 subconjuntos de canais. Os 3 subconjuntos são alocados de tal forma que seja assegurado que cada canal dentro de uma célula fique separado de qualquer outro canal na célula de no mínimo 7 larguras de banda de canal. Este processo é ilustrado na Tabela II.3. Como pode ser visto na tabela II.3, cada célula utiliza canais nos subconjuntos i A + i B + i C, onde i é um inteiro de 1 a 7. O número total de canais em uma célula fica em torno de 57. Os canais listados na metade superior da tabela II.3 pertencem à Banda A e aqueles listados na metade inferior pertencem à Banda B. Os números achurados correspondem a canais de controle e são padronizados para todo o sistema celular AMPS nos EUA.
II.5.3. Controle de Potência para a redução de Interferência
Nos sistemas reais de comunicação pessoal e celular, o nível de potência transmitido por cada assinante é constantemente monitorado e controlado pela Estação Rádio Base servidora. Isto é feito para garantir que cada terminal móvel transmita a menor potência necessária para manter uma qualidade aceitável no link reverso. O controle de potência não só ajuda a aumentar o tempo de vida das baterias das unidades móveis, como também reduz drasticamente o nível de interferência no canal reverso do sistema. O controle de potência é especialmente importante nos novos sistemas CDMA Spread Spectrum , os quais permitem o compartilhamento do mesmo canal por todos os usuários e em todas as células.
II.6. Entroncamento e Grau de Serviço
Os sistemas celulares se utilizam da técnica de entroncamento ou roteamento (em alguns casos) para acomodar um grande número de usuários em um relativamente pequeno número de canais em uma célula, através da alocação por demanda dos canais disponíveis a cada usuário. Em um sistema desse tipo, cada canal é alocado no processo de chamada e tendo esta terminado, o canal que foi utilizado previamente retorna para um rol de canais disponíveis.
O entroncamento explora o comportamento estatístico das chamadas dos usuários de tal forma que um número fixo de canais ou circuitos possa atender a uma grande comunidade de usuários. As companhias telefônicas utilizam da teoria de entroncamento para determinar o número de circuitos que precisam ser alocados em, por exemplo, um edifício com centenas de assinantes. Este também é o princípio utilizado durante o projeto de sistemas celulares. Existe uma solução de compromisso entre o número de circuitos telefônicos ou canais disponíveis e a probabilidade de um determinado usuário não encontrar nenhum canal desocupado quando da inicialização de uma chamada em um horário de pico de tráfego. Com a diminuição do número de canais se torna mais provável que todos estejam ocupados para um usuário em um determinado instante de tempo. Em um sistema rádio móvel entroncado, quando o usuário encontra todos os canais ocupados,
o acesso ao serviço é bloqueado. Em alguns sistemas pode-se formar uma fila de forma a reter as requisições de chamada até que um canal esteja disponível.
1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 - - - 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333
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Tabela II.3 – Alocação dos 832 Canais do Sistema AMPS para as Bandas A e B.
