Drahtlose Kommunikation
Zellulare Netze
Übersicht
• Zellgeometrie
• Frequency‐Reuse
• Übliche Systemfunktionen
• Ausbreitungsmodelle
• Traffic‐Engineering
• Beispiel GSM
• Beispiel UMTS
Ideale Zellgeometrie
• Betrachte zunächst drei Sender s1, s2, s3, die das von ihnen eingeschlossene Dreieck D vollständig abdecken sollen.
• Annahme jeder Sender hat dieselbe maximale Reichweite r.
• Wie müssen die Sender positioniert werden, damit die Fläche von D maximiert wird?
WS 2012/2013 Drahtlose Kommunikation ‐Zellulare Netze 3
Ideale Zellgeometrie
• Setze dies nun für die sich anschließenden Regionen unendlich weit fort.
• Wie sieht bei dieser Senderpositionierung die Region R der Punkte um einen Sender s aus, die am nächsten zu s liegen?
Ideale Zellgeometrie
Fazit: hexagonale Zellgeometrie erfüllt
• maximiert bei fester Anzahl an Sendern die abgedeckte Fläche oder
• minimiert die Anzahl benötigter Sender, um eine gegebene Fläche abzudecken
Bemerkung
• Jede Basisstation kostet Geld. Somit ist die hexagonale Zellgeometrie sinnvoll für die Zellplanung.
• Achtung idealisierte Zellgeometrie: Gleiche maximale Sendereichweite für jede Basisstation ist jedoch eine idealisierte Annahme.
WS 2012/2013 Drahtlose Kommunikation ‐Zellulare Netze 5
Zellradius und Zelldistanz
Zellradius r
Zelldistanz d benachbarter Zellen bei Zellradius r
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• Beispiel UMTS
WS 2012/2013 Drahtlose Kommunikation ‐Zellulare Netze 7
Problemstellung
Ausgangspunkt
• Gegeben seien k Trägerfrequenzen f1, … , fk
• Die verwendeten Frequenzbereiche um die Trägerfrequenzen überlappen nicht
• Also: gleichzeitige Kommunikation auf unterschiedlichen Trägerfrequenzen ist störungsfrei
Problemstellung: teile die Frequenzen derart auf die Zellen auf, sodass störungsfreie Kommunikation ohne weitere Absprache zwischen den Zellen möglich wird.
f1 f2 f3
…
fkZuweisung von Frequenzblöcken
Wir bezeichnen zwei Zellen, die wechselseitig in ihren Interferenzbereichen liegen, als Interferenz‐Nachbarn Offensichtlich
• Zwei Zellen, die Interferenznachbarn sind, dürfen nicht dieselbe Frequenz gleichzeitig verwenden.
• Weiter auseinander liegende Zellen dürfen hingegen dieselbe Frequenz verwenden.
Teile die verfügbaren Frequenzen in Frequenzblöcke und weise jeder Zelle einen Frequenzblock derart zu, dass keine
Interferenznachbarn denselben Block verwenden.
Im Folgenden geben wir bei einer Aufteilung in n Frequenzblöcke nur noch die Nummern 1,…,n der Frequenzblöcke an.
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f1 f2
f3 f4
f5 f6
f7 f8
Frequenzblock 1 Frequenzblock 2 Frequenzblock 3 Frequenzblock 4
Problemstellung: Frequency‐Reuse‐Patterns
Im folgenden betrachten wir folgende vereinfachte Modellannahmen:
• Zellulares Netz verwendet die ideale Zellgeometrie (Hexagone)
• Jedes Hexagon hat in der Mitte eine Basisstation
• Jede Basisstation hat denselben Interferenzradius r.
Problemstellung: wie können den Zellen Frequenzbereiche zugewiesen werden, sodass keine Interferenz vorliegt und die Frequenzwiederverwendung optimal ist, d.h. eine minimale Anzahl von Frequenzblöcken benötigt wird.
Reguläre Struktur erlaubt Betrachtung auf Zellebene
WS 2012/2013 Drahtlose Kommunikation ‐Zellulare Netze 11
D
C
Beobachtung
u v
Definition Zelldistanzvektor
WS 2012/2013 Drahtlose Kommunikation ‐Zellulare Netze 13
Es seien C und D zwei Zellen. Es sei von den sechs möglichen
Sektoren um C der Sektor S der Sektor in dem die Zelle D liegt.
Es seien u und v die Vektoren, die den Sektor S aufspannen.
Das Zentrum von D lässt sich von C aus durch eine Linearkombination von u und v erreichen.
Das bedeutet:
Wir bezeichnen (i,j) als Zelldistanzvektor von C nach D.
Offensichtlich ist (i,j) auch der Zelldistanzvektor von D nach C.
Wir sprechen somit im Folgenden einfach nur noch von dem Zelldistanzvektor zwischen C und D.
C
D
Zelldistanzvektor am Beispiel
Der Zelldistanzvektor (i,j) von C und D ist:
