comunicaciones aire-tierra basadas en...
TRANSCRIPT
2
W-CDMA: Ventajas
Reducción de la densidad espectral de potencia. Elevada resolución temporal.Protección frente a interferencias de banda estrecha. Protección frente a interferencias de banda ancha.Privacidad de información.Baja probabilidad de que interfiera con demás sistemas de baja emisión radioeléctrica.Mayor velocidad de transmisión.Control de potencia, ajustándose dinámicamente a las necesidades puntuales de transmisión de los usuarios.
Contribución al Estudio de la Capacidad de Sistemas W-CDMA en Sistemas Aire
Tierra
4
Motivaciones • Investigar la capacidad de voz y de datos que admite un sistema de
comunicaciones empleando HAPs tanto en UL como en DL.
Definición • HAPs es el nombre de una tecnología que proporciona servicios de
telecomunicación inalámbricos de banda estrecha y de banda ancha.• Concebidos como plataformas para la provisión de servicios de
telecomunicación, vía alternativa para la sustitución de los actuales sistemas de tercera generación inalámbricos IMT-2000.
• Es capaz de comunicarse con usuarios dentro de una célula vía FDMA, TDMA, CDMA, o bien comunicarse a la red de comunicaciones existente por medio de una estación de tierra, a satélites y a otro/s HAPs.
• Permite lograr una gran superficie de cobertura, por lo que una gran multitud de usuarios pueden usar simultáneamente el mismo HAPs ya que atiende al mismo tiempo a muchas células terrestres.
6
Ejemplos comerciales de empresas
StratSat(Grupo de Tecnología Avanzada (ATG)) SkyTower aircraft
Sistema de ARCO Sistema de plataforma japonés estratosférico
8Modelo con ventana de Chebyshev con Rec. ITU-R221.
Descripción del Sistema: Antena de HAPs Descripción del Sistema: Antena de HAPs
10
Resultados de SimulaciónVoz
Caso General
• Altura de HAPs de 18 Km.• α= 0.66• Frecuencia 1.95 GHz• Ancho de banda de 5 MHz• Ganancia del proceso =256• NF de 5 dB.• = 6 dB. • Potencia de 100 mW.
0/ NEb
73,1 usuarios/celda para R=1 Km.80,2 usuarios/celda en R=1.5 Km. 84,1 usuarios/celda para R= 2 Km.
11
Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda18 1 73,1 18 1,5 80,219 1 72,4 19 1,5 7920 1 71,3 20 1,5 78,421 1 70,6 21 1,5 77,422 1 69,8 22 1,5 76,6
Hhaps (km) R(km) Usuarios/celda18 2 84,119 2 83,420 2 82,621 2 81,622 2 81,4
12
Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 2 71,810 2 82,8
100 2 84,11000 2 ídem
Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 1 70,510 1 72,8100 1 73,11000 1 ídem
Potencia(mW) R(km) Usuarios/celda1 1,5 74,410 1,5 79,6
100 1,5 80,11000 1,5 ídem
13
DatosCaso General• α= 1• Ganancia del proceso =32• Eb/No = 3 dB
• Conclusiones:
12,2 u/c para R=1 Km.13,2 u/c en R=1.5 Km.
13,8 u/c para R= 2 Km.
14
La capacidad máxima por celda se sitúa en:
76,5 usuarios de voz por celda.12,6 usuarios de
datos por celda.
15
ENLACE DESCENDENTEResultados de SimulaciónVoz
Caso General
• Altura de HAPs de 18 Km.• α= 0.66• Frecuencia 2.14 GHz• Ancho de banda de 5 MHz• Ganancia del proceso =256• NF de 5 dB.• = 6 dB. • Potencia de 100 mW.
0/ NEb
30,6 u/c para R=1 Km.41,1 u/c en R=1.5 Km. 46,4 u/c para R=2 Km.
16
DatosDatosCaso GeneralCaso General•• α= 1α= 1•• Ganancia del proceso =32Ganancia del proceso =32•• = 3 dB= 3 dB
Conclusiones: Conclusiones:
0/ NEb
5,2 u/c para R=1 Km.6,9 u/c en R=1.5 Km. 7,8 u/c para R= 2 Km.
19
Motivaciones • Investigar la capacidad de voz y de datos que admite un sistema de
comunicaciones Aire-Tierra clásico empleando W-CDMA en UL y DL.
Aspectos de Capacidad La capacidad es dependiente de:• El comportamiento de los usuarios.• El instante en el que se produzca la comunicación.• El ambiente en el que se desenvuelvan y también de la
interferencia con su propia red y la red espectral adyacente.• El número máximo disponible de códigos y de los recursos
hardware.
20
KmGHzp dfdBL )(log20)(log2045.92)( 1010 ++=
Fuentes de interferencia
Interferencia entre símbolos (IES)
Interferencia intracelularInterferencia extracelularPotencia de salida de portadoras
adyacentes en el mismo sistema.Interferencia debida a otros
sistemas, como por ejemplo, GS, WCDMA, TDD, CDMA2000, etc.
Interferencia de otras fuentes no controlables.
23
Resultados de SimulaciónENLACE ASCENDENTE
VOZCaso General ENR
• Altura de estación base de 20 m.• Altura de avión de 45 Kms.• α = 0.66.• f=5 GHz.• Ancho de banda de 5 MHz.• Factor de ortogonalidad de 0.05• Gp=256, Geb =15 dB, Gavión=2 dB.• Ganancia de la antena sectorizada= 2,4. • NF=5 dB.• Eb/No = 6 dB.• Potencia de transmisión de 35 dBm.• Potencia de ruido de -100 dBm.
CONCLUSIONESCONCLUSIONESR=100 Km. 111 usuarios por celda.R=250 Km. 180 usuarios por celda.R=400 Km. 225 usuarios por celda.
26
Caso Altura Avión ENR
Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 100 12011 100 11712 100 115
Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 250 19611 250 19112 250 187
Havión (km) R(km) Usuarios/celda10 400 23211 400 23112 400 229
28
Caso Potencia Avión ENRR(km) Pavión(dBm) Capacidad
100 30 111250 30 179400 30 222
R(km) Pavión(dBm) Capacidad100 35 111250 35 181400 35 225,3
R(km) Pavión(dBm) Capacidad100 40 111250 40 181400 40 226,3
30
ENLACE ASCENDENTEDATOS
Caso General ENR• α = 1.• Gp=32.• Eb/No = 3 dB.
CONCLUSIONESR=100 Km. 18,2 u/c.R=250 Km. 29,4 u/c.R=400 Km. 36,2 u/c.
32
ENRLa capacidad máxima por celda se sitúa en:
160 usuarios de voz.25,8 usuarios datos.
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
160
Relacion de capacidad de usuarios de voz frente a datos en UL
Capacidad de usuarios de datos
Capa
cida
d de
usu
ario
s de
voz
35
ENLACE DESCENDENTEVOZ
Caso General ENR• Altura de EB de 20 m.• Altura de avión de 10 Km.• α = 0.66.• f = 2.14 GHz.• Ancho de banda de 5 MHz.• Número de 36 células interferentes.• Factor de ortogonalidad de 0.05• Gp=256• Geb =15 dB y Gavión=2 dB.• NF = 5 dB. CONCLUSIONES• Eb/No= 6 dB. Para 100<=R<107 Km. 97,8 u/c.• Potencia de transmisión de 200 W. Para 107<R<=118 Km. 102 u/c.• Potencia piloto de 20 W. Para 118<=R<161 Km. 115 u/c.
Para 161<=R<215 km. 150 u/c.Para 215<=R<400 km. 205 u/c.
37
Caso Frecuencia ENR
R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 1 97,8107 R<118 1 102118 R<161 1 115161 R<215 1 150215 R<400 1 201
≤≤≤≤≤
R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 2,14 97,8107 R<118 2,14 102118 R<161 2,14 115161 R<215 2,14 150215 R<400 2,14 205
≤≤
≤≤
≤
R(km) f(GHz) Capacidad100 R<107 5 97,8107 R<118 5 102118 R<161 5 115161 R<215 5 150215 R<400 5 205,1
≤≤≤≤≤
38
Caso Frecuencia TMA
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1002600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
4200
4400
Radio de celda en Kms
Num
ero
de u
suar
ios
de v
oz e
n D
L
Numero de usuarios de voz para distintas frecuencias
Capacidad para f=5 GHzCapacidad para f=2.14 GHzCapacidad para f=1 GHz
39
Caso Altura EB ENR
R(km) Heb(m) Capacidad100 R<107 20 97,8107 R<118 20 102118 R<161 20 115161 R<215 20 150215 R<400 20 205
≤≤≤≤≤
R(km) Heb(m) Capacidad100 R<107 30 97,8107 R<119 30 102119 R<163 30 115163 R<216 30 150216 R<400 30 205
≤≤≤≤≤
41
Caso Células Adyacentes ENRR(km) Nº células Capacidad
100 R<107 20 102107 R<118 20 104118 R<161 20 115161 R<215 20 150215 R<400 20 205
≤≤≤≤≤
R(km) Nº células Capacidad100 R<107 30 99107 R<118 30 102118 R<161 30 115161 R<215 30 150215 R<400 30 205
≤≤≤≤≤
R(km) Nº células Capacidad100 R<107 40 97,5107 R<118 40 102118 R<161 40 115161 R<215 40 150215 R<400 40 205
≤≤
≤≤≤
R(km) Nº células Capacidad100 R<107 50 97,5107 R<118 50 102118 R<161 50 115161 R<215 50 150215 R<400 50 205
≤≤
≤≤≤
R(km) Nº células Capacidad100 R<107 60 97,5107 R<118 60 102118 R<161 60 115161 R<215 60 150215 R<400 60 205
≤≤≤≤≤
43
Caso NF TMAR(km) NF(dB) Capacidad
1 4 421250 4 4140
100 4 3923
R(km) NF(dB) Capacidad1 5 4212
50 5 4116100 5 3855
R(km) NF(dB) Capacidad1 6 4212
50 6 4092100 6 3772
R(km) NF(dB) Capacidad1 7 4212
50 7 4060100 7 3672
44
ENLACE DESCENDENTEDATOS
Caso General ENR• α=1• Gp=32• Eb/No = 3 dB
CONCLUSIONES
R(km) Capacidad100 R<107 16107 R<118 16,7118 R<161 19161 R<215 25215 R<400 34
≤≤≤≤≤
46
0 5 10 15 20 250
20
40
60
80
100
120
140
160Relacion de capacidad de usuarios de voz frente a datos en DL
Capacidad de usuarios de datos
Capa
cida
d de
usu
ario
s de
voz
ENRLa capacidad máxima por celda se sitúa en:
150 usuarios de voz.24 usuarios datos