Βέλτιστη σχεδίαση κυψελωτού δικτύου κινητών επικοινωνιών για υποστήριξη μεταβαλλόμενου συνδρομητικού φορτίου σε συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή

Thumbnail Image
Date
Authors
Συρίμης, Ανδρέας
Λουκαΐδης, Χριστόδουλος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η καθημερινότητα του σύγχρονου ανθρώπου έχει υποστεί ριζικές αλλαγές τα τελευταία χρόνια. Βασικές αιτίες αυτής της αλλαγής των συνηθειών του και της γενικότερης βελτίωσης του επιπέδου διαβίωσης, αποτελούν τα συστήματα τηλεπικοινωνιών και οι εφαρμογές τους. Η μαζική υιοθέτηση των έξυπνων φορητών συσκευών, σε συνδυασμό με τις ευρυζωνικές τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες, αποτελούν τους καταλύτες της πορείας προς τον εκμηδενισμό των γεωγραφικών αποστάσεων, συντελώντας έτσι, στη δημιουργία ενός παγκόσμιου χώρου αλληλεπίδρασης των ατόμων και ανταλλαγής εμπειριών και αγαθών. Προς αυτήν την κατεύθυνση, μια πληθώρα τηλεπικοινωνιακών συστημάτων είναι διαθέσιμη για την αποτελεσματική δικτύωση χρηστών και απομακρυσμένων περιοχών. Πιο συγκεκριμένα, η συνέργεια μεταξύ ετερογενών συστημάτων, όπως είναι τα ασύρματα κυψελωτά δίκτυα με τα οπτικά και δορυφορικά συστήματα, αποτελεί προϋπόθεση για την προσφορά ευρυζωνικών υπηρεσιών με υψηλή ποιότητα υπηρεσίας (QoS - Quality of Service) και εκτενή γεωγραφική κάλυψη. Επιπλέον, καινοτόμες εφαρμογές βασισμένες στην εκτεταμένη χρήση έξυπνων συσκευών και δικτύων αισθητήρων αναμένεται να οδηγήσουν στην ανάπτυξη του έξυπνου περιβάλλοντος (σπίτια, πόλεις κ.λπ.), διαφοροποιώντας δραματικά τα υπάρχοντα κοινωνικά και οικονομικά μοντέλα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του προτύπου GSM (Global System for Mobile), με το ιστορικό πλαίσιο του προτύπου να μας πηγαίνει αρκετές δεκαετίες πίσω, ώστε να μπορέσουμε να δούμε την εξέλιξη των ασύρματων κινητών τεχνολογιών στην κινητή επικοινωνία, μέσα από την πάροδο του χρόνου. Γίνεται μια ανάλυση, ξεχωριστά για την κάθε γενιά του προτύπου, από την πρώτη μέχρι και την τελευταία - για την ώρα - πέμπτη γενιά, τις υπηρεσίες που παρέχει η κάθε μια καθώς και την ανέλιξη τους βάσης της προόδου της τεχνολογίας και τις ανάγκες των χρηστών. Τέλος θα αναλυθούν τα επίπεδα που διαχωρίζεται αυτό το πρότυπο, και θα εξηγηθεί η λειτουργία καθώς και ο σκοπός του κάθε επιπέδου. Στη συνέχεια, προχωρώντας στο δεύτερο κεφάλαιο, θα παρουσιασθούν οι διάφορες παρεμβολές, οι ανεπιθύμητες αυτές καταστάσεις, που δημιουργούν προβλήματα στο σύστημα επικοινωνιών. Πιο συγκεκριμένα θα αναλυθούν η ομοκαναλική παρεμβολή, η παρεμβολή ενδοδιαμόρφωσης και η παρεμβολή γειτονικού καναλιού. Για κάθε κυψέλη ξεχωριστά πρέπει να ανατεθεί ένας αριθμός συχνοτήτων, βάση των χρηστών που εξυπηρετεί η κυψέλη αυτή, του blocking probability και του πίνακα Erlang B. Ο συνολικός αριθμός των συχνοτήτων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατό μικρότερος και η εξυπηρέτηση των χρηστών όσο το δυνατό μεγαλύτερη, επομένως θα πρέπει να αξιοποιηθούν στο έπακρο, οι διάφορες τεχνικές διαχείρισης των συχνοτήτων. Ειδικότερα, θα γίνει αναφορά στην κάθετη σάρωση συχνοτήτων καθώς και στην οριζόντια σάρωσης συχνοτήτων, δύο τεχνικές διαχείρισης που χρησιμοποιούνται από το πρότυπο GSM 900. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στις διάφορες παραμέτρους του μοντέλου ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης. Θα γίνει μια εκτεταμένη αναφορά σε διάφορα μοντέλα, τα πιο γνωστά κυρίως, που δημιουργήθηκαν για να εκφράζουν τις απώλειες του συστήματος. Κάθε μοντέλο αναφέρεται σε πειραματικές μελέτες, που έγιναν σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, σε περιοχές με πυκνή ή αραιή κατοίκηση, σε περιοχές με μεγάλη γεωγραφική έκταση. Το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε στην παρούσα διπλωματική, είναι το μοντέλο ελευθέρου χώρου, ένα αρκετά απλοποιημένο μοντέλο που μας βοήθησε στους μαθηματικούς υπολογισμούς. Επίσης θα αναλυθεί το blocking probability, ο ρυθμός των δυαδικών σφαλμάτων και το απαιτούμενο φάσμα συχνοτήτων. Σειρά έχει η γεωγραφική περιοχή της ελεύθερης Κύπρου, και η εφαρμογή της κυψελωτής ιδέας σε αυτή. Θα εξηγηθεί γιατί χρησιμοποιούνται τα εξάγωνα και όχι κάποιο άλλο γεωμετρικό σχήμα, θα κατηγοριοποιηθούν οι περιοχές, και θα γίνει αναφορά στο κυψελωτό δίκτυο. Μια καινοτόμος ιδέα, είναι η μέθοδος ομπρέλα, μια τεράστια σε έκταση κυψέλη που υπερκαλύπτει τις μικρότερες, τις κυψέλες του δικτύου που σχεδιάσαμε. Καταληκτικά, θα προσαρμόσουμε το δίκτυο αυτό στην ελεύθερη περιοχή της Κύπρου και θα γίνουν οι απαραίτητες μετρήσεις και υπολογισμοί, για να μπορέσουμε να συνεχίσουμε την σχεδίαση του συστήματος. Ως τελευταίο κεφάλαιο της διπλωματικής, θα είναι η προσομοίωση και οι υπολογισμοί για όλα όσα χρειάζεται το σύστημα μας, και θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα ώστε να τελειώσει το θεωρητικό κομμάτι της σχεδίασης ενός συστήματος κινητής τηλεφωνίας. Συγκεκριμένα θα βρεθούν οι συνολικοί αριθμοί σταθμών βάσης και των ελεγκτών τους, ο συνολικό αριθμός των συχνοτήτων, καθώς και ο αριθμός συχνοτήτων σε κάθε κυψέλη, και συνεπώς ο αριθμός πομπών και δεκτών σε κάθε σταθμό βάσης. Τελευταίος και βασικός υπολογισμός, είναι ο υπολογισμός της ισχύς εκπομπής, η ισχύ δηλαδή που θα πρέπει να έχει η κεραία του πομπού, ώστε το σήμα να φθάνει και στον πιο απομακρυσμένο χρήστη, με ικανοποιητική ισχύ. Εν κατακλείδι, παρουσιάζονται μερικά γενικά συμπεράσματα που είδαμε μέσα από τις έρευνες και την εργασία μας, για την υλοποίηση της διπλωματικής μας. Καλή ανάγνωση!
Description
Keywords
Κυψελωτά δίκτυα, Ασύρματες επικοινωνίες
Citation