Divers

Concepts de base du système de communications cellulaires

Concepts de base du système de communications cellulaires

Les systèmes cellulaires sont largement utilisés aujourd'hui et la technologie cellulaire doit offrir une utilisation très efficace du spectre de fréquences disponible. Avec des milliards de téléphones portables utilisés dans le monde aujourd'hui, il est nécessaire de réutiliser plusieurs fois les fréquences disponibles sans interférence mutuelle d'un téléphone portable à un autre.

C'est ce concept de réutilisation des fréquences qui est au cœur même de la technologie cellulaire. Cependant, la technologie d'infrastructure nécessaire pour la soutenir n'est pas simple et a nécessité un investissement important pour mettre en ligne les premiers réseaux cellulaires.

Les premiers schémas de radiotéléphones utilisaient un seul émetteur central pour couvrir une vaste zone. Ces systèmes de radiotéléphone ont souffert du nombre limité de canaux disponibles.

Souvent, les listes d'attente pour la connexion étaient plusieurs fois supérieures au nombre de personnes effectivement connectées. Compte tenu de ces limites, cette forme de technologie des radiocommunications n'a pas décollé de manière importante. L'équipement était volumineux et ces systèmes de radiocommunications n'étaient pas pratiques à utiliser ou à transporter.

La nécessité d'un système efficace du spectre

Pour illustrer la nécessité d'une utilisation efficace du spectre pour un système de radiocommunications, prenons l'exemple où chaque utilisateur se voit attribuer un canal. Alors que des systèmes plus efficaces sont actuellement utilisés, l'exemple prendra le cas d'un système analogique. Chaque canal doit avoir une bande passante d'environ 25 kHz pour permettre la transmission d'une qualité audio suffisante et pour permettre la présence d'une bande de garde entre les signaux adjacents pour garantir qu'il n'y a pas de niveaux d'interférence indus. En utilisant ce concept, il n'est possible d'accueillir que 40 utilisateurs dans une bande de fréquences de 1 MHz. Même si 100 MHz ont été attribués au système, cela ne permettrait qu'à 4 000 utilisateurs d'accéder au système. Aujourd'hui, les systèmes cellulaires comptent des millions d'abonnés et, par conséquent, une méthode beaucoup plus efficace d'utilisation du spectre disponible est nécessaire.


Système de cellules pour la réutilisation de fréquence

La méthode employée est de permettre la réutilisation des fréquences. Tout émetteur radio n'aura qu'une certaine zone de couverture. Au-delà de cela, le niveau du signal tombera à une limite en dessous de laquelle il ne pourra pas être utilisé et ne causera pas d'interférences significatives aux utilisateurs associés à un émetteur radio différent. Cela signifie qu'il est possible de réutiliser un canal une fois hors de portée de l'émetteur radio. Il en va de même pour le sens inverse du récepteur, où il ne pourra recevoir des signaux que sur une plage donnée. De cette manière, il est possible de répartir une zone en plusieurs régions plus petites, chacune couverte par une station émettrice / réceptrice différente.

Ces régions sont communément appelées cellules et donnent lieu au nom d'une technologie "cellulaire" utilisée aujourd'hui. De manière schématique, ces cellules sont souvent représentées sous la forme de formes hexagonales qui s'emboîtent facilement. En réalité, ce n'est pas le cas. Ils ont des limites irrégulières en raison du terrain sur lequel ils voyagent. Les collines, les bâtiments et autres objets provoquent tous l'atténuation et la diminution du signal différemment dans chaque direction.

Il est également très difficile de définir le bord exact d'une cellule. L'intensité du signal diminue progressivement et vers le bord de la cellule, les performances diminuent. Comme les mobiles eux-mêmes auront des niveaux de sensibilité différents, cela ajoute un grisonnement supplémentaire du bord de la cellule. Par conséquent, il n'est jamais possible d'avoir une coupure nette entre les cellules. Dans certaines zones, ils peuvent se chevaucher, tandis que dans d'autres, il y aura un «trou» dans la couverture.

Clusters de cellules

Lors de la conception de la technologie d'infrastructure d'un système cellulaire, l'interférence entre les canaux adjacents est réduite en attribuant différentes bandes de fréquences ou canaux à des cellules adjacentes de sorte que leur couverture puisse se chevaucher légèrement sans provoquer d'interférences. De cette manière, les cellules peuvent être regroupées dans ce que l'on appelle un cluster.

Souvent, ces clusters contiennent sept cellules, mais d'autres configurations sont également possibles. Sept est un nombre pratique, mais il existe un certain nombre d'exigences contradictoires qui doivent être équilibrées lors du choix du nombre de cellules dans un cluster pour un système cellulaire:

  • Limiter les niveaux d'interférence
  • Nombre de canaux pouvant être alloués à chaque site de cellule

Il est nécessaire de limiter les interférences entre cellules de même fréquence. La topologie de la configuration de la cellule a un impact important sur cela. Plus le nombre de cellules dans le cluster est élevé, plus la distance entre les cellules partageant les mêmes fréquences est grande.

Dans le monde idéal, il pourrait être bon de choisir un grand nombre de cellules dans chaque cluster. Malheureusement, il n'y a qu'un nombre limité de chaînes disponibles. Cela signifie que plus le nombre de cellules dans un cluster est élevé, plus le nombre disponible pour chaque cellule est petit, ce qui réduit la capacité.

Cela signifie qu'il faut trouver un équilibre entre le nombre de cellules dans un cluster, les niveaux d'interférence et la capacité requise.

Taille de cellule

Même si le nombre de cellules dans un cluster dans un système cellulaire peut aider à régir le nombre d'utilisateurs pouvant être hébergés, en réduisant toutes les cellules, il est possible d'augmenter la capacité globale du système cellulaire. Cependant, un plus grand nombre d'émetteurs-récepteurs ou de stations de base est nécessaire si les cellules sont réduites et cela augmente le coût pour l'opérateur. En conséquence, dans les zones où il y a plus d'utilisateurs, de petites stations de base de faible puissance sont installées.

Les différents types de cellules reçoivent des noms différents selon leur taille et leur fonction:

  • Cellules macro: Les macrocellules sont de grandes cellules qui sont généralement utilisées pour les zones éloignées ou peu peuplées. Ceux-ci peuvent avoir un diamètre de 10 km ou plus.
  • Micro cellules: Les micro-cellules sont celles que l'on trouve normalement dans les zones densément peuplées et qui peuvent avoir un diamètre d'environ 1 km.
  • Cellules Pico: Les picocellules sont généralement utilisées pour couvrir de très petites zones telles que des zones particulières de bâtiments, ou éventuellement des tunnels où la couverture à partir d'une cellule plus grande dans le système cellulaire n'est pas possible. Evidemment pour les petites cellules, les niveaux de puissance utilisés par les stations de base sont beaucoup plus faibles et les antennes ne sont pas positionnées pour couvrir de larges zones. De cette manière, la couverture est minimisée et l'interférence avec les cellules adjacentes est réduite.
  • Cellules sélectives: Parfois, des cellules appelées cellules sélectives peuvent être utilisées lorsqu'une couverture complète à 360 degrés n'est pas requise. Ils peuvent être utilisés pour combler un trou dans la couverture du système cellulaire, ou pour résoudre un problème tel que l'entrée d'un tunnel, etc.
  • Cellules parapluie: Un autre type de cellule connu sous le nom de cellule parapluie est parfois utilisé dans des cas tels que ceux où une route très fréquentée traverse une zone où se trouvent des microcellules. Dans des circonstances normales, cela entraînerait un grand nombre de transferts, car les personnes conduisant le long de la route traversaient rapidement les microcellules. Une cellule parapluie prendrait en charge la couverture des microcellules (mais utiliserait des canaux différents de ceux alloués aux microcellules). Cependant, cela permettrait à ces personnes se déplaçant sur la route d'être traitées par la cellule parapluie et de subir moins de transferts que si elles devaient passer d'une microcellule à l'autre.

Technologie d'infrastructure

Bien que les illustrations utilisées ici pour décrire la technologie d'infrastructure de base utilisée pour les systèmes cellulaires se réfèrent aux systèmes originaux de première génération, elles servent à donner un aperçu des concepts cellulaires de base qui constituent les pierres angulaires de la technologie cellulaire actuelle. De nouvelles techniques sont utilisées, mais les concepts de base employés sont toujours utilisés.

Sujets sur la connectivité sans fil et filaire:
Principes de base des communications mobiles2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT téléphones sans filNFC- Communication en champ procheFondamentaux du réseauQu'est-ce que le CloudEthernetDonnées sérieUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Revenir à Connectivité sans fil et filaire


Voir la vidéo: Communication cellulaire 6 récépteurs canaux (Décembre 2020).