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- II.7. Aumentando a Capacidade em Sistemas Celulares
- II.7.1. Divisão de Células........................................................................................................................................
- II.7.2. Setorização.....................................................................................................................................................
- II.7.3. O Conceito de Microcélulas Inteligentes ou Zonais
- II.8. Sumário..............................................................................................................................................................
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1998 66
Para projetar um sistema entroncado que possa atender a uma determinada capacidade e um determinado “grau de serviço”, torna-se necessário conhecer as bases da Teoria de Filas e da Teoria de Tráfego (ou teoria de entroncamento). Os fundamentos da teoria de tráfego foram desenvolvidos por Erlang , um matemático Dinamarquês que, no século XIX, se embrenhou no estudo sobre como uma grande população poderia ser atendida por um número limitado de servidores. Hoje, a medida de intensidade de tráfego leva o seu nome. 1 Erlang representa a intensidade de tráfego acomodada por um canal que se mantém ocupado por um determinado tempo de observação (1 chamada de 1 hora por hora ou 1 chamada de 1 minuto por minuto, ou ainda 1 chamada de 1.76 minutos em 1.76 minutos, etc..). Por exemplo, um canal de rádio que se encontra ocupado durante 30 minutos em um intervalo de observação de 1 hora apresenta um tráfego de 0.5 Erlangs.
O Grau de Serviço (GS) é uma medida da possibilidade de um usuário acessar um sistema entroncado durante a hora de maior ocupação. A hora de maior ocupação é baseada na demanda de serviço na hora de maior movimento (HMM) de uma semana, um mês ou um ano. Para sistemas celulares, a HMM coincide com a hora do rush. O grau de serviço define o desempenho desejado de um determinado sistema entroncado.
É tarefa dos projetistas dos sistemas estimar a capacidade máxima necessária e alocar o número de canais que atenda a um determinado GS. Este último é normalmente dado em termos da probabilidade de bloqueio de uma chamada ou da probabilidade do processo de chamada perceber um atraso em uma fila maior que um certo valor limite.
Algumas definições úteis, utilizadas na teoria de tráfego para se realizar estimações de capacidade de sistemas entroncados, estão listadas na Tabela II.4.
Tempo de Set-up Tempo necessário para se alocar um canal a um usuário
Chamada bloqueada Chamada que não pôde ser completada no instante da requisição devido acongestionamento. Também conhecida como chamada perdida
Tempo de Retenção Duração média de uma chamada, H , em segundos
Intensidade de Tráfego
Medida do tempo de utilização do canal, A , que é a ocupação média do canal medida em Erlangs. Esta é uma medida adimensional e pode ser utilizada para medir o tempo de utilização de um único canal ou de múltiplos canais
Carga Intensidade de tráfego em todo o sistema, medida em Erlangs
Grau de Serviço
Medida de congestionamento que especifica a probabilidade de uma chamada ser bloqueada (para Erlang B) ou a probabilidade de uma chamada ser atrasada além de um certo limite de tempo (para Erlang C)
Taxa de Requisição (^) Número médio de requisições de chamada por unidade de tempo, μ , em s-
Tabela II.4 – Termos e definições comuns na Teoria de Tráfego
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1998 68
Pr[ ]!
0
GS
k
A
C
A
Bloqueio (^) C
k
k
C = =
=
onde C é o número de canais oferecidos pelo sistema e A é o tráfego total oferecido. Embora seja possível modelar tais sistemas com um número finito de usuários, a expressão resultante é muito mais complexa que a fórmula Erlang B, e a complexidade adicional não traz grandes ganhos em termos de precisão, principalmente se o número de usuários excede em muito o número de canais disponíveis. Entretanto, a fórmula Erlang B fornece uma estimação "conservativa" do GS. A Tabela II.5 mostra alguns valores de capacidade em função do GS, calculados a partir da fórmula Erlang B. Vale notar que, dada a sua aplicabilidade, resultados da fórmula Erlang B são facilmente encontrados em tabelas ou curvas, onde se pode obter tráfego em função de probabilidade de bloqueio e número de canais e também qualquer um dos outros parâmetros em função dos demais. Um exemplo de curvas é mostrado nas Figuras II.6 e II.7.
Número de canais, C
Capacidade em Erlangs para GS = 1% 0.5% 0.2% 0.1% 2 0.153 0.105 0.065 0. 4 0.869 0.701 0.535 0. 5 1.36 1.13 0.9 0. 10 4.46 3.96 3.43 3. 20 12 11.1 10.1 9. 24 15.3 14.2 13 12. 40 29 27.3 25.7 24. 70 56.1 53.7 51 49. 100 84.1 80.9 77.4 75.
Tabela II.5 – Capacidade de alguns sistemas com a fórmula Erlang B
O segundo tipo de sistema entroncado é aquele no qual uma fila é formada de modo a reter as chamadas bloqueadas. Se um canal não está disponível imediatamente, a requisição é retardada até que um canal se torne disponível. Este tipo de entroncamento é denominado Chamadas Bloqueadas Retidas ( Blocked Calls Delayed ), e sua medida do Grau de Serviço é definida como a probabilidade de uma chamada ser atrasada na fila de espera além de um certo limite de tempo. Para encontrar o grau de serviço, torna-se primeiro necessário determinar a probabilidade de inicialmente ser negado o acesso a uma chamada ao sistema. A probabilidade de uma chamada não ter acesso imediato a um canal é determinada pela fórmula Erlang C
Pr[ 0 ] 1
0
−
=
+ ^ −
> = C
k
C k
C
k
A
C
A
A C
A
Atraso
Se nenhum canal está imediatamente disponível à chamada, esta é retardada e a probabilidade de uma chamada retardada esperar por mais que t segundos é dada pela probabilidade da chamada não ter acesso imediato a um canal, multiplicada pela
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1998 69
probabilidade condicionada ao atraso ser maior que t segundos. Assim, o GS para um sistema em que a chamada é retardada é dado por
Pr[ 0 ]exp
Pr[ ] Pr[ 0 ]Pr[ / 0 ]
H
C At Atraso
Atraso t Atraso Atraso t Atraso
O atraso médio, D, para todas as chamadas em um sistema com fila é dado por
Pr[ 0 ] ( 19 )
C A
H
D Atraso
onde o atraso médio para aquelas chamadas que estão na fila é dado por H /( C-A ).
A Eficiência de Entroncamento é uma medida do número de usuários que podem ser servidos com um determinado Grau de Serviço e em uma configuração particular de canais fixos. A forma como os canais são agrupados pode alterar substancialmente o número de usuários que um sistema entroncado pode acomodar. Por exemplo, da Tabela II.5, 10 canais a um GS de 0.01 podem suportar 4.46 Erlangs de tráfego, enquanto que 2 grupos de 5 canais, com o mesmo GS de 0.01, podem suportar juntos 2 x 1.36 Erlangs, ou 2. Erlangs. Obviamente, 10 canais entroncados juntos suportam 60% mais tráfego a um determinado GS que 2 conjuntos de 5 canais! Deve-se ter como clara a observação de que a alocação de canais em um sistema entroncado é de suma importância em seu desempenho geral.
Exemplo 4
Quantos usuários podem ser acomodados em um sistema do tipo blocked calls cleared para 0.5% de probabilidade de bloqueio, para os números de canais: (a) C = 1; (b) C = 5; (c) C = 10; (d) C = 20 e (e) C = 100? Considere que cada usuário, em média, gera um tráfego de 0.1 Erlangs.
Solução
(a) Para C = 1, Au = 0.1, GS = 0. Da fórmula Erlang B obtém-se A = 0.005. Assim, o número total de usuários, U = A / Au = 0.005/0.1 = 0.005 usuários. Mas, realmente, 1 usuário poderá ser acomodado em 1 canal. Assim, U = 1
(b) Para C = 5, Au = 0.1, GS = 0. Da fórmula Erlang B (ou Figura II.6) obtém-se A = 1.13. Assim, o número total de usuários, U = A / Au = 1.13/0.1 ≈ 11 usuários.
(c) Para C = 10, Au = 0.1, GS = 0. Da fórmula Erlang B (ou Figura II.6) obtém-se A = 3.96. Assim, o número total de usuários, U = A / Au = 3.96/0.1 ≈ 39 usuários.
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Sendo 2 milhões o número de residentes na área urbana sob estudo, a porcentagem de penetração de mercado dos sistemas pode ser calculada como: Sistema A: 47280/2000000 = 2.36% Sistema B: 44100/2000000 = 2.205% Sistema C: 43120/2000000 = 2.156% Para os três sistemas em conjunto, a penetração de mercado é de 134500/2000000 = 6.725%
Exemplo 6
Um certa cidade possui uma área de 3366.800Km^2 e é coberta por um sistema celular com um padrão de reuso igual a 7. Cada célula tem um raio de 6.44Km e à cidade é alocado um espectro de 40MHz com canais duplex de 60KHz. Assuma um Grau de Serviço de 2% para um sistema Erlang B. Se o tráfego oferecido por usuário é de 0.003 Erlangs, calcule: (a) o número de células na área de serviço; (b) o número de canais por célula; (c) a intensidade de tráfego em cada célula; (d) o máximo tráfego escoado; (e) o número total de usuários que podem ser servidos com um GS = 2%; (f) o número de terminais móveis por canal; (g) o número teórico máximo de usuários que pode ser servido de uma só vez pelo sistema.
Solução
(a) Dados: área total de cobertura = 3366.8Km^2 ; raio da célula = 6.44Km; A área total de uma célula hexagonal pode pode ser obtida por a = 2.5981. R^2 = 2.5981(6.44)^2 = 107.753Km^2 Assim, o número total de células é Nc = 3366.8/107.753 = 31 células.
(b) O número total de canais por célula, C , é igual a: espectro alocado / (largura de faixa de canal x fator de reuso) = 40000000/(60000 x 7) = 95 canais por célula.
(c) Dados C = 95 e GS = 0.02, pela fórmula ou carta Erlang B tem-se a intensidade de tráfego po célula, A = 84 Erlangs/célula.
(d) O máximo tráfego escoado = número de células x intensidade de tráfego por célula = 31 x 84 = 2604 Erlangs.
(e) Dado o tráfego por usuário, o número total de usuários = tráfego total / tráfego por usuário = 2604/0.03 = 86800 usuários.
(f) O número de terminais móveis por canal = número de usuários / número de canais = 86800/666 = 130 terminais móveis por canal.
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1998 72
(g) O número teórico máximo de terminais móveis servidos é igual ao número de canais disponíveis no sistema (todos canais ocupados) = C x Nc = 95 x 31 = 2945 usuários, o que representa 3.4% do número total.
Exemplo 7
Uma célula hexagonal em um sistema com 4 células possui raio de 1.387Km. Um total de 60 canais é utilizado em todo o sistema. Se a carga por usuário é de 0.029 Erlangs e μ = 1 chamada/hora, calcule o que é pedido abaixo para um sistema Erlang C com Grau de Serviço de 5%: (a) Quantos usuários por quilômetro quadrado o sistema irá suportar? (b) Qual a probabilidade de uma chamada retardada ter que esperar por mais que 10 s? (c) Qual a probabilidade de uma chamada ser retardada por mais de 10 s?
Solução
Dados: raio da célula, R = 1.387Km; área coberta pela célula = 2.598(1.378)^2 = 5 Km^2 ; número de células por Cluster N = 4; número total de canais = 60; assim, o número de canais por célula é 60/4 = 15 canais.
(a) Da carta ou fórmula Erlang C, para 5% de probabilidade de atraso com C = 15, a intensidade de tráfego é de 8.8 Erlangs. Assim, o número de usuários = tráfego total / tráfego por usuário = 8.8/0.029 = 303 usuários. Logo, o número de usuários por quilômetro quadrado é 303/5 = 60 usuários/Km^2.
(b) Dado μ = 1, o tempo de retenção H = Au /μ = 0.029 horas = 104.4 segundos; A probabilidade de uma chamada retardada ter que esperar por mais que 10 s é Pr [Atraso > t | houve Atraso] = exp(-( C - A ) t / H ) = exp(-(15-8.8)10/104.4) = 52.22%
(c) Dado GS = 5% = 0.05, a probabilidade de uma chamada ser retardada por mais de 10 s é Pr [Atraso > t ] = Pr [Atraso >0] Pr [Atraso > t | houve Atraso] = 0.05 x 0.5522 = 2.76%
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1997 74
Figura II.6(b) - Carta de Tráfego segundo a fórmula Erlang B
Intensidade de Tráfego em Erlangs
Número de Canais 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – novembro / 1997 75
Figura II.7(a) - Carta de Tráfego segundo a fórmula Erlang C
Intensidade de Tráfego em Erlangs
Número de Canais 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – fevereiro / 1999 77
II.7. Aumentando a Capacidade em Sistemas Celulares
Com o aumento da demanda pelo serviço celular, o número de canais associado a uma célula pode se tornar insuficiente para acomodar o novo número de usuários. Nesse instante, torna-se necessário utilizar certas técnicas de projeto, objetivando um maior número de canais por unidade de área. Tais técnicas incluem a Divisão de Células , a Setorização e a alteração em zonas de cobertura formando as Microcélulas Zonais. A divisão de células permite um crescimento ordenado do sistema celular. A setorização utiliza antenas direcionais para controlar a interferência e o reuso dos canais. O conceito de microcélula distribui a cobertura de uma célula e estende o seu limite a lugares difíceis de serem cobertos. Enquanto a divisão de células aumenta o número de Estações Rádio Base para aumentar a capacidade, a setorização e a microcélula se utilizam de modificações na disposição das antenas das Estações Rádio Base. A divisão de células e a técnica de microcélula não apresentam a ineficiência de entroncamento demonstrada pela setorização e ainda possibilitam à ERB uma grande participação no processo de handoff , reduzindo assim a carga computacional da CCC. Estas três técnicas serão abordadas em detalhes.
II.7.1. Divisão de Células
A Divisão de Células é o processo de subdivisão de células congestionadas em células menores, cada uma com sua Estação Rádio Base e uma correspondente redução na altura das antenas e na potência de transmissão. Este processo aumenta a capacidade de um sistema celular, pois aumenta o número de vezes em que os canais são reutilizados. Definindo novas células que possuem menores raios que as células originais e instalando essas células (chamadas microcélulas ) entre as células existentes, a capacidade aumenta devido ao número adicional de canais por unidade de área.
Imagine se cada célula da Figura II.1 (p. 48) fosse reduzida de tal forma que o raio de cada célula fosse reduzido pela metade. Pare que se pudesse cobrir toda área de serviço com menores células, aproximadamente quatro vezes mais células seriam necessárias. Isto pode ser mostrado se considerarmos um círculo de raio R. A área coberta por tal círculo é quatro vezes maior que a área coberta por um círculo de raio R /2. O maior número de células levará a um aumento do número de Clusters na área considerada o que, em contrapartida, elevará o número de canais disponíveis em tal área. A divisão de células permite o crescimento do sistema através da substituição de grandes células por células menores, enquanto não altera o esquema de alocação necessário para manter uma mínima razão de reuso co-canal, Q (veja equação (4), p.58) entre células co-canais.
Um exemplo de divisão de células é mostrado na Figura II.8. Nela, as Estações Rádio Base estão dispostas nos vértices das células e a área atendida pela ERB A é considerada saturada em termos de tráfego (a probabilidade de bloqueio excede valores aceitáveis). Novas Estações Rádio Base são necessárias na região de forma a elevar o número de canais disponíveis e para reduzir a área atendida pela ERB em questão. Note na Figura II. que a ERB A foi circundada por seis novas Estações Rádio Base. No exemplo, as três células menores foram adicionadas de tal forma a preservar o padrão de reuso do sistema.
Dayani Adionel Guimarães – INATEL – fevereiro / 1999 78
Por exemplo, a Estação Rádio Base de uma das microcélulas, digamos a ERB G, foi localizada na metade do caminho entre duas Estações Rádio Base maiores que utilizam o mesmo conjunto G de canais. Este é também o caso das outras microcélulas da Figura II.8. Como pode ser visto, a divisão de células simplesmente faz um reescalonamento na geometria do Cluster. No caso, o raio de cada nova microcélula é a metade do raio da célula original.
Figura II.8 – Ilustração da Divisão de Células
Pare que as novas células sejam menores em tamanho, a potência de transmissão dessas células deve ser reduzida. A potência de transmissão de uma célula que possui um raio que é a metade do raio da célula original é encontrada examinando-se as potências recebidas nos limites da nova célula e da célula original e tornando-as iguais. Isto é necessário para assegurar que o plano de reuso de freqüências para as novas microcélulas se comporte exatamente como no caso das células originais. Da Figura II.8 tem-se
Pr ( nolimitedacélula original) α Pt 1 R −^ n ( 20 )
e
Pr ( nolimitedanovacélula) α Pt 2 ( R / 2 )−^ n ( 21 )
onde Pt 1 e Pt 2 são as potências de transmissão da Estação Rádio Base da grande e da pequena célula, respectivamente, e n é o expoente da perda no percurso. Se n for tomado igual a 4 e as potências recebidas forem feitas iguais, então
1 2 t t
P
P =
Em outras palavras, a potência de transmissão deve ser reduzida de 12dB de forma que a área original seja agora atendida pelas microcélulas e a relação sinal-interferência seja mantida sob os limites anteriores. Na prática, nem todas as células são divididas de uma só vez. Normalmente se torna difícil para o provedor de serviços conhecer a situação perfeita para se aplicar a divisão em todas as células. Assim, irão coexistir diferentes tamanhos de células e em tal situação deve-se dirigir especial atenção ao projeto para que a distância
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verificamos que tal área contém 5 Estações Rádio Base. Dado que cada Estação Rádio Base possui 60 canais, o número de canais na área sob análise sem divisão de células é de 5 x 60 = 300 canais (veja também a Figura II.8).
(b) com o uso de microcélulas; Na Figura II.9, a Estação Rádio Base A é circundada por 6 microcélulas. Assim, o número total de Estações Rádio Base na área considerada é igual à soma das ERBs originais com as novas, ou seja, 5 + 6 = 11. Dado que cada Estação Rádio Base possui 60 canais, o número de canais na área sob análise com divisão de células é de 11 x 60 = 660 canais. Se compararmos este resultado com o do item (a), observamos um acréscimo de 2.2 vezes sobre a capacidade original.
(c) se todas as células originais são substituídas por microcélulas. Na Figura II.9 observamos que há um total de 5 + 12 Estações Rádio Base na região sob estudo. Dado que cada Estação Rádio Base possui 60 canais, o número de canais na área sob análise com divisão de todas as células é de 17 x 60 = 1020 canais. Se compararmos este resultado com o do item (a), observamos um acréscimo de 3.4 vezes sobre a capacidade original.
Teoricamente, se todas as células forem convertidas em microcélulas com metade do raio original, o acréscimo na capacidade será de aproximadamente 4 vezes.
Figura II.9 – Ilustração da Divisão de Células em um área de 3Km x 3Km em torno da ERB A
II.7.2. Setorização
Como mostrado na seção II.7.1, a divisão de células leva a um aumento de capacidade através de um reescalonamento do sistema. Diminuindo o raio R da célula e mantendo a razão e reuso D/R , este procedimento aumenta o número de canais por unidade de área. Uma outra forma de aumentar a capacidade é, mantendo o raio da célula inalterado, utilizar de métodos que permitam uma redução da relação D/R. Nesta técnica, o aumento de
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capacidade é conseguido através da redução do número de células em um Cluster , aumentando, assim, o reuso de freqüências. Contudo, para que isto seja feito, torna-se necessário reduzir o grau de interferência sem reduzir a potência transmitida.
A interferência co-canal em um sistema celular pode ser reduzida substituindo-se a antena omini-direcional da Estação Rádio Base por várias antenas direcionais, cada uma irradiando em um determinado setor. Utilizando antenas direcionais, uma dada célula irá transmitir e receber interferência somente para e de uma fração das células co-canais disponíveis. A técnica de redução da interferência co-canal e aumento da capacidade do sistema utilizando antenas direcionais é denominada Setorização. O quanto a interferência co-canal será reduzida dependerá da quantidade de setores implementados. Normalmente se setoriza uma célula em três setores de 120° ou seis setores de 60°, como mostrado na Figura II.10(a) e (b).
(a)
(b)
Figura II.10 – Setorização de (a) 60° e (b) 120°
Quando a setorização é empregada, os canais utilizados em uma célula são divididos em grupos que são utilizados cada um em um dos setores, como ilustrado na Figura II.10(a) e (b). Assumindo um fator de reuso de 7, no caso da setorização de 120°, o número de células interferentes na primeira camada é reduzido de 6 para 2. Isto acontece porque somente 2 das 6 células co-canais recebem interferência em um grupo de canais setorizados. Tomando como referência a Figura II.11, considere a interferência percebida por um terminal móvel localizado no setor mais à direita da célula central rotulada como A. Existem 3 co-células rotuladas como A à esquerda e à direita da célula central. Das 6 co-células, somente 2 possuem Estações Rádio Base cujas antenas possuem diagrama de irradiação na direção da célula central e, dessa forma, um terminal móvel localizado na célula central irá perceber interferência no link direto somente desses dois setores. A S/I resultante pode ser encontrada utilizando-se a equação (8), da qual obter-se-á S/I = 24.2dB, o que representa uma considerável melhoria em relação ao caso verificado na seção II. com antenas omni-direcionais, onde no pior caso a S/I era de 17dB.
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Esta melhoria da relação sinal-interferência leva à conclusão que , para uma setorização de 120°, uma S/I de 18dB pode ser facilmente conseguida em um padrão de reuso igual a 7, se compararmos com o pior caso com o padrão de reuso de 12 e sem setorização (veja seção II.5.1). Para o caso, setorizar significa levar à possibilidade de redução de interferência, o que leva a uma proporcional possibilidade de aumento da capacidade de 12/7, ou 1.714. Na prática, a redução da interferência provocada pelo processo de setorização permite aos projetistas reduzirem o tamanho do Cluster , levando a uma maior liberdade na alocação dos canais. O preço a pagar é um número maior de antenas e a diminuição da eficiência de entroncamento devida à setorização dos canais de uma Estação Rádio Base. Com a redução da área de atuação de um número particular de canais pela setorização, o número de handoffs também aumenta. Felizmente, as Estações Rádio Base mais modernas permitem que o processo de handoff de setor para setor seja efetuado sem a intervenção da CCC. Dessa forma o handoff não se torna um problema agravante.
É a diminuição do tráfego, devido ao decréscimo da eficiência de entroncamento, que faz com que muitas operadoras não façam uso da setorização, principalmente em áreas urbanas densas, onde não se consegue ter total controle do diagrama de irradiação das antenas, pois as característica de propagação nessas regiões são extremamente adversas. Pelo fato da setorização utilizar mais de uma antena por Estação Rádio Base, o número de canais em uma célula deve ser dividido e dedicado a uma antena em específico. Isto quebra o número de canais disponíveis para o entroncamento em vários subconjuntos, diminuindo, com já afirmado, a eficiência do entroncamento.
Exemplo 9
Considere um sistema celular em que a duração média das chamadas é de 2 minutos e que a probabilidade de bloqueio não ultrapassa 1%. Assuma que cada usuário faça, em média, 1 chamada por hora. Se há um total de 395 canais por cluster com tamanho igual a 7, existirão 57 canais por célula. Considere que chamadas bloqueadas são perdidas (limpas), conforme o sistema Erlang B. Da fórmula pode-se obter, para um sistema não setorizado, uma capacidade de 44.2 Erlangs, ou 44.2(60minutos / 2minutos) = 1326 chamadas por hora.
Empregando uma setorização de 120°, existirão apenas 19 = 57/3 canais por setor. Para a mesma probabilidade de bloqueio e duração média de chamada, pode-se obter pela fórmula Erlang B que cada setor pode acomodar 11.2 Erlangs, o que eqüivale a 11.2(60/2) = 336 chamadas por hora por setor. Sendo que cada célula possui 3 setores, isto leva a uma capacidade de 3 x 336 = 1008 chamadas por hora, o que representa um decréscimo de cerca de 24% em relação ao caso não setorizado. Assim, a setorização reduz a eficiência de entroncamento, enquanto aumenta a relação S/I para cada usuário no sistema.
Pode-se verificar que com uma setorização de 60° tem-se uma melhoria ainda maior na relação S/I. Nesse caso o número de células interferentes na primeira camada se reduz de 6 para 1, o que leva a uma relação sinal-interferência de 29dB para um cluster de 7 células, possibilitando a redução desse cluster para 4 células. Obviamente, com 6 setores por célula reduz-se ainda mais a eficiência de entroncamento e aumenta-se o número de handoffs no sistema. Se compararmos um sistema não setorizado com outro com setorização de 60°,
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podemos obter uma redução de 44% na eficiência de entroncamento do primeiro para o segundo. A demonstração fica como exercício para o leitor.
II.7.3. O Conceito de Microcélulas Inteligentes ou Zonais
O aumento no número de handoffs observado quando da adoção do processo de setorização resulta em uma carga adicional de comutação e controle no sistema de comunicação móvel. Uma solução para o problema foi apresentada por William C. Y. Lee em 1991. Esta solução está baseada no conceito de microcélulas inteligentes ou zonais para um sistema com reuso igual a 7, conforme ilustrado na Figura II.13. Nesse esquema, cada uma das três (ou possivelmente mais) estações “zonais” (representadas por Tx/Rx na Figura II.13) são conectadas a uma única Estação Rádio Base e compartilham o mesmo equipamento de rádio. As zonas são conectadas à Estação Rádio Base por cabos coaxiais, fibra óptica ou por link s de microondas. Com o movimento do terminal móvel dentro da célula, ele é servido pela zona que lhe proporcione a maior intensidade de sinal. Esta técnica é superior à setorização, pois as antenas são dispostas no limite das células e cada canal pode ser alocado pela Estação Rádio Base a qualquer zona.
Figura II.13 – O conceito de Microcélulas Inteligentes ou Zonais
Quando o móvel atravessa de uma zona para outra dentro de uma mesma célula, a ele continua sendo alocado o mesmo canal. Assim, ao contrário da setorização, um handoff não é necessário quando o móvel se desloca de uma zona para outra na mesma célula. A Estação Rádio Base simplesmente comuta o canal em uso para as diferentes zonas. Dessa forma, um dado canal somente está ativo dentro da zona em que o móvel se localiza, o que faz com que a energia da Estação Rádio Base seja focalizada somente naquela área, reduzindo a potencialidade de interferência. Os canais são distribuídos às três zonas no tempo e no espaço e ainda são reutilizados em células co-canais da forma convencional. Esta técnica é particularmente interessante em situações onde se tem auto-estradas ou em
