Apostila

Introdução ao Balanço de Potência – Link budget
1
O balanceamento de potências em um enlace de comunicações permite estimar:
• Área de cobertura;
• Raio da célula;
• Número de células necessárias para determinada região.
Uma vez que a comunicação deve ser full-duplex, o balanceamento do enlace de comunicação
permite ajustar a potência de saída da estação rádio base (ERB) para obter a mesma perda
de caminho nas duas direções: (1) downlink ou enlace direto e (2) uplink ou enlace reverso.
1.1
Perdas no downlink ou enlace direto
A equação 1, cujas variáveis estão definidas na Tabela 1, é empregada para obter o total
de perdas, P Ldown , no enlace direto, conforme ilustra a Figura 1:
P Ldown = PAb − RXm − COM B − DU P − Lm + Gm + Gb − Lbt − F M − Outras.
(1)
Figura 1: Enlace direto ou downlink.
O combinador (COMB, na Figura 1) é o dispositivo que possibilita múltiplos transmissores transmitir em uma mesma antena em freqüências diferentes, enquanto que o
duplexador (DUP, na Figura 1) permite usar uma antena para transmissão e recepção.
1
Tabela 1: Perdas no downlink
1.2
Variável
PAb
RXm
COMB
DUP
Lm
Gm
Gb
Lbt
FM
Tipo de perda
Potência de saída no transmissor da ERB
Nível de sinal no receptor do móvel
Perda no combinador da ERB
Perda no duplexador do móvel
Perda no cabo do móvel
Ganho da antena do móvel (Altura 1,5m)
Ganho da antena da ERB (Altura 40m)
Perda no cabo de transmissão da ERB
Margem de desvanecimento
Outras
Atenuação in-building
Atenuação in-car
Atenuação devido ao efeito do corpo
Valor
44.5 dBm
-104 dBm
5 dB
0.5 dB
0 dB
0 dBi
15.15 dBi
3.28 dB
4dB (urbano)
6dB (suburbano)
10 - 20 dB
4 - 10 dB
7 dB
Perdas no uplink ou enlace reverso
A equação 2, cujas variáveis estão definidas na Tabela 2, é empregada para obter o total
de perdas, (P Lup ), no enlace reverso ilustrado na Figura 2:
P Lup = PAm − RXb − DU P − Lm + Gm + Gb − Lbr + Gdiv − F M − Outras.
Figura 2: Enlace reverso ou uplink.
2
(2)
Tabela 2: Perdas no uplink
2
Variável
PAm
RXb
DUP
Lm
Gm
Gb
Lbr
Gdiv
FM
Tipo de perda
Potência de saída no transmissor do móvel
Nível de sinal no receptor da ERB
Perda no duplexador do móvel
Perda no cabo do móvel
Ganho da antena do móvel (Altura 1,5m)
Ganho da antena da ERB (Altura 40m)
Perda no cabo de recepção da ERB
Ganho de diversidade na recepção da ERB
Margem de desvanecimento
Outras
Atenuação in-building
Atenuação in-car
Atenuação devido ao efeito do corpo
Valor
33 dBm
-107 dBm
0.5 dB
0 dB
0 dBi
15.15 dBi
3.28 dB
3 dB
4dB (urbano)
6dB (suburbano)
10 - 20 dB
4 - 10 dB
7 dB
Balanceamento e determinação do limite da área de
cobertura
Para que o enlace esteja balanceado: P Ldown = P Lup , como a potência de saída do móvel é
normalmente limitada, o enlace limitante é o uplink. Portanto, definimos a máxima perda
permitida no caminho (M AP L) como sendo P Lup .
M AP L = P lup
(3)
Portanto a potência que determina o limite da área de cobertura (Coverageth) é dada por:
Coverageth = EIRPbalanceada − M AP L,
(4)
Onde: EIRPbalanceada é a potência isotrópica irradiada, após balanceamento, conforme
ilustra a Figura 3. Coverageth pode ser também calculada empregando a equação 5.
Coverageth = RXm + Lm − Gm + DU P + F M + Outras.
3
(5)
Figura 3: Perda de percurso para determinar o limite da área de cobertura.
2.1
Estimar raio e número de células
Através de M AP L pode-se estimar, de maneira grosseira, o tamanho das células, empregando um modelo de propagação adequado. Pode-se então, determinar o número de células
em uma dada região dividindo a área total da região pela a área da célula.
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Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Hata1 para áreas
urbanas (cidades grandes), freqüência de 850Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
1
hata 850MHz
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Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Hata2 para áreas
urbanas (cidades grandes), freqüência de 900Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
2
hata 900MHz
6
Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Hata3 estendido
para cidades de porte médio, freqüência de 1550Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
3
hata estendido 1550MHz
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Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Hata4 estendido
para cidades de porte médio, freqüência de 1600Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
4
hata estendido 1600MHz
8
Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Walfisch–Ikegami5
para cidades de porte médio, freqüência de 900Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
5
Walfisch–Ikegami 900MHz
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Trabalho de telefonia celular
1. Determine o raio de cobertura da célula. Empregue o modelo de Walfisch–Ikegami6
para cidades de porte médio, freqüência de 1600Mhz. Qual o novo valor de potência
ajustado na ERB para permitir o balanceamento dos enlaces reverso e direto?
2. Uma cidade em uma área de 50Km2 é coberta por um sistema celular que utiliza um
padrão de reuso de células igual a 7. A cidade utiliza uma alocação de 40MHz do
espectro, com uma largura de banda full duplex de 60KHz. Aproxime a área da célula
hexagonal para 2, 598 × raio2 , considere um GOS de 2% para o sistema Erlang B.
Use o raio calculado no balanço de potência. Se o tráfego por usuário é 0,03 Erlangs,
determine:
(a) Número de células na área de serviço;
(b) Número de canais por célula;
(c) A intensidade de tráfego de cada célula;
(d) O tráfego máximo transportado no sistema;
(e) O número total de usuários no sistema que podem ser servidos a um GOS de
2%;
(f) O número de usuários móveis por canal considerando o reuso de canais;
(g) O número máximo de usuários sendo atendidos para a situação em que todos
os canais estão ocupados.
3. Para σ = 6, 17dB determine a probabilidade que a potência recebida pelo móvel, Pr ,
exceda 10% do seu valor no limite de cobertura da célula. Faça uma estimativa da
percentagem da área de cobertura que recebe sinal maior ou igual a Pr (considere o
expoente de perda de percurso “n” igual a 3,5).
6
Walfisch–Ikegami 1600MHz
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