10. Celluar Wireless Networks

celluar networks의 원칙

split a large service area into many small area (Cell)

reuse channel in 2 or more cells that are apart with many short low powered antennas 짧은 저전력

increase capacity and coverage

capacity : #of channels (MU) used at the same time in A

coverage : service area with a given capacity

 

모바일 무선 전화 서비스에 사용할 수 있는 용량을 늘리기 위해 개발

cellular radio 이전:

모바일 서비스는 고출력(high powered transmitter/receiver)으로만 제공

 약 25개 채널 지원

시스템의 용량을 늘리는 방법 : 반경이 짧은shorter radius 저전력 시스템을 사용하고 수많은 송신기와 수신기를 사용하는 것입니다

 

assuming

1.fdma  정해진 주파수 대역폭 안에서 음성의 대역폭 정도의 단위로 잘게 나누어 사용하는 기술

2. total frequency band 15MHZ

3. 30KHZ per channel

4. we want to cover seoul and inchon

15000/30 = 500 channels (K)can be used at the same time

 

if we use 500channels at Bupyng and Namsan

-> interference in the middle

 

K : 주어진 주파수 대역폭 (사용가능한 주파수 채널 개수)                       500channels

Cluster : k할당하는 기본 단위 지역, 서로다른 주파수 사용하는 인접한 cell들의 집합 Ncs           

N: 한 클러스터에 cell들의 개수, frequency reuse factor                       7개

# of channels per cell : K/N                                                                  71channels/cell

Co - channels cell :ccc  동일한 주파수대역폭을 사용하는 셀들 

D : frequency reuse distance ,가장 가까운 co-channel cell사이의 거리

Co channel Interface (CCI) : D가 지나치게 작아서-(> 안테나높이줄여야함) ccc사이에 생기는 간섭

 

Q. D 줄이고 R(cell 반지름)일정하고 N과 용량에 어떤 일이 일어나는가?

N: 줄어든다

서비스영역에 더 많은 cell수가 존재한다

the number of channels per cell increases and the capacity grows

CCI의 확률은 재사용 거리 감소(D)로 인해 더 높아집니다.

the antenna power should be adjusted lower.

용량: 증가한다

 

Q. What does larger N mean with given the area with the fixed number of cells?

셀당 할당되는 채널 수가 줄어든다.

해당영역의 클러스터 수도 감소한다

용량이 저하된다(용량이란 A에서 동시에 사용되는 채널수(MU))

재사용거리D가 증가함에 따라 CCI의 확률은 감소한다

 

Q.Why is a hexagonal cell better than a square cell?

인접한 두개의 base station의 모든쌍은 동일한 거리를 가짐.

육각형은 서비스 영역에서 안테나 전력의 오버랩을 최소화하면서 전체 범위를 달성하는 데 좋은 원과 유사

MU가 이동하는 셀을 쉽게 추정가능

 

 

Ncs : number of clusters in A ( Ncs * k = capacity)

Ncell : number of total cells in A (Ncs = Ncell / N)

R : radius of a cell

 

cellular network organization

use of multiple low power transmitters 다중 저전력 송신기  (100W or less)

Area divided into cells in a tiling pattern to provide full coverage

 

각 셀은 셀의 중앙에 있는 기지국(BS)에 의해 제공됨.

each cell은 

자체 안테나가 달린
고유의 주파수 범위를 할당
간섭/ 크로스토크을 방지하기 위해 인접 셀에 다른 주파수가 할당
서로 충분히 멀리 떨어져 있는 셀은 동일한 주파수 대역을 사용

 

cellular geometries : hexagonal cell 

원에 가깝다

겹침 및 덮개 없는 공간을 포함하지 않고 서로 나란히 배치할 수 있습니다

 

Frequency Reuse

 

서로 간섭하지 않고 공유된 주변 nearby 셀 주파수들는 여러 개의 동시 대화 허용한다.

 

power of base transceiver controlled 제어되는 기본 송수신기의 전력은

allow communication within cell on given frequency   셀 내에서 주어진 주파수로 통신 허용

limit escaping power to adjacent cells                        인접 셀로의 전원 탈출 제한

 

D

R

d : distance btw centers of adjacent cells

K

N: reuse factor : number of cells in a repetitious pattern

 

Increasing capacity

1. add new channels

2. frequency borrowing

3. cell splitting

사용량이 많은 지역의 혼잡한 셀은 더 작은 셀로 분할될 수 있습니다

 reduce (D and R) and increase # of cells in the given (congested) area and consequently capacity rises.
각각 자체 기지국과 그에 상응하는 안테나 높이 감소가 있습니다.

CCI 가 증가된다.

handoffs become more frequent

4. cell sectoring 

divided into wedge shaped sectors(3-6per cell)

omni directional antenna replaced with several directional antennas at base station are used to focus on each other.

reduce CCI and increase SIR(signal to interference ratio) signal /interference ratio  and consequently capacity rises.

cluster size가 줄어든다 == Ncs가 높아진다 == capacity가 높아진다

 

decrease trunking(:a technology for providing network access with group of service to multiple users by sharing a set of channels instead of allocation individual channel to each user) efficiency

==> the available channels in the cell must be subdivided and dedicated to a specific antenna.

5. microcell

Mega/Macro/Micro/Pico/Femto cells

 

 

 

 

 

Mobile Telephone Switching Office (MTSO)=(MSC)

이동 통신 네트워크와 일반 전화망

동일 또는 다른 이동 통신망에 있는 다른 이동 전화 교환국(MSC) 사이의 사용자 트래픽을 위한 접속점을 구성하는 자동 시스템

 

Base Station Subsystem (BSS) 는 BTS와 BSC를 구성한다

• Component of 2G cellular network: BTS -- BSC -- MTSO(MSC)

1. BTS 기지국, Base Station Transceiver System는
2. 무선주파수 접속을 통하여 단말기와 무선접속기능을 갖고, BSC와는 패킷 접속기능을 수행하는 장비를 의미한다
3. 채널 할당을 하지 않음 (채널 할당은 MSC 혹은 BSC가 함)
4. BTS는 구성한다. what ? one or more 안테나, BSC에 의해 통제된다.
5. a number of transceivers for communication on the channels assigned to the cell. 셀에 할당된 채널의 통신을 위한 송수신기 수.

BSC

1. PCX와 BTS간의 정합, BSC 상호간의 정합, 소프트 핸드오버, 트랜스 코딩 등의 기능을 수행하는 장비를 의미

MSC를 도와주는 역할로 가장 큰 효과는작은 용량의 다중 링크를 큰 용량의 적은 개수의 링크로 통합하는 효과가 있음.

2. 

BSC는 유선/무선 링크를 사용하여 수십 개의 BTS를 서비스합니다

 interface btw BTS와 MSC

- bts를 위해 manage the radio 자원들(주파수)

- 트래픽을 집중시켜 MTSO에 대한 회선 수를 줄입니다

- 라디오 링크에서 사용하는 13kbps 음성 주파수를 PSTN에서 사용하는 64kbps 주파수로 변환합니다

- 기지국 송수신기 시스템 채널을 mu에 할당합니다

- performs  paging

- performs handoff btw BTS

 

 

Mobile Telecommunication Swithcing Office (MTSO)

-handoff(이동 전화 가입자가 다른 무선 구역으로 이동할 때 자동적으로 현 통화 채널을 다른 무선 구역의 통화 채널로 전환해 줌으로써 통화가 계속되게 하는 기능. ) btw bsc들

( bts들i n AMPS:   Advanced Mobile Phone Service system) 수행함

- pstn central office(CO) 와 동등함

- 통화 라우팅을 위한 MSC(Mobile Switching Center)가 포함됨

- 각 통화에 음성 채널(주파수) 할당

- Connects calls btw MUs or btw MU and PSTN

- BSC 또는 (AMPS의 BTS) 간 핸드오프 수행

- 청구 정보에 대한 통화 모니터링합니다

Databases

1. home location register (HLR) :  각 가입자에 대한 다양한 정보 저장 

2. visitor location register (VLR) : 현재 해당 지역에 물리적으로 존재하는 가입자에 대해서 정보를 유지한다

3. authentication center (AuC) : 이동 통신망에서 가입자와 연관된 암호 키를 관리하며 가입자 식별 모듈과 연동하여 이동 통신 사용자를 인증하는 부분.

- control paging

- traffic balancing 

 

AMPS : architecture

ptsn -> mtso(ms) -> bts 

MTSO(mobile teleconmmunication switchin office) also known as msc. // bts : base transceiver station

 

internet (2.5세대)

 

(3세대)

RAN(radio access network)       CN(core network)에 packet switching domain --> ip network 과 circuit switching domain --> circuit switched network 존재 

 

epc (all ip 망 cs없어짐 voip) epc와 pstn사이는 소프트스위치

 

multiple access technologies (FDMA TDMA CDMA OFDMA)

mobile telephony의 4세대

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://terms.tta.or.kr/dictionary/dictionaryView.do?word_seq=035574-2

 

TTA정보통신용어사전