Today, different types of cellular networks are actively working on the radio links. For instance, the Global System for Mobile Communication (GSM) is being used in nearly two hundred countries and currently it has around two and half billion users all over the world. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) is currently deployed in many countries and it is providing increased data rates, coverage and mobility as compared to GSM. Wireless Local Area Networks (WLAN) are very famous when we have a small area and none real time services. Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) is a new technology and it is in deployment phase. In all these cellular technologies, we have very limited recourses and we have to make best use of them by proper management. Radio Resource Management (RRM) is a control mechanism for the overall system which is being used to manage radio resources in the air interface inside a cellular network. The main objective is to utilize the available spectral resources as efficiently as possible. Our aim is to use them in the best possible way to maximize the performance and spectral efficiency in such a way that we have maximum number of users in our network and Quality of Service (QoS) is up to the mark. In a cellular communication system, a service area or a geographical region is divided into a number of cells and each cell is served by an infrastructure element called the base station which works through a radio interface. The frequency license fees, real estate, distribution network and maintenance are the issues which dominates the cost for deploying a cellular network. Management of radio related resources is a critical design component in cellular communications. In RRM, we control parameters like Radio Frequency (RF) planning, link budgeting, modulation schemes, channel access schemes etc. RF planning includes cell planning, coverage of the network and capacity of the network. Our main focus in this thesis will be on cell planning and link budgeting and we will discuss them in context of a WiMAX network.

Σε αυτή την εργασία πρώτα από όλα αναλύουμε τις βασικές έννοιες και αρχές μιας κυψελοειδούς σχεδίασης, καθώς και σημαντικές λειτουργίες που εκτελούνται σε ένα κυψελωτό σύστημα. Επίσης παρουσιάζουμε βασικές αρχές της μοντελοποίησης ενός ασύρματου καναλιού. Δίνουμε μεγάλη έμφαση σε όλα τα παραπάνω ,για να μπορέσει ο αναγνώστης να κατανοήσει τη λογική με την οποία στη συνέχεια κατασκευάζουμε τους αλγόριθμους που βοηθάνε στον κυψελοειδή σχεδιασμό ψηφιακών ασύρματων κέντρων δεύτερης και τρίτης γενιάς. Αφού αναλύσουμε τον τρόπο υλοποίησης των αλγορίθμων, στη συνέχεια τους χρησιμοποιούμε για τον κυψελοειδή σχεδιασμό του δήμου Πατρέων χρησιμοποιώντας την τεχνολογία gsm για να κατανοήσουμε καλύτερα τη λειτουργία τους. Στην ουσία δηλαδή αφού έχουμε κατασκευάσει τους αλγόριθμούς μας, οι οποίοι μπορούν αναλόγως των παραμέτρων που θα τους βάλουμε να χρησιμοποιηθούν για δίκτυα δεύτερης και τρίτης γενιάς, τους βάζουμε τις παραμέτρους του gsm και εκτελούμε μία προσομοίωση για την περιοχή του δήμου Πατρέων. Για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε τις παραμέτρους του gsm αφιερώνουμε μία ενότητα στην περιγραφή της αρχιτεκτονικής του. Συνεπώς στο τέλος της εργασίας ο αναγνώστης είναι σε θέση να κατανοήσει πλήρως την διαδικασία που πρέπει κάποιος να εξακολουθήσει για να υλοποιήσει μια κυψελοειδής σχεδίαση σε οποιαδήποτε γεωγραφική περιοχή, χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε τεχνολογία 2ης και 3ης γενιάς με τη βοήθεια των αλγορίθμων που κατασκευάσαμε. / -

Η μεταφορά και διάδοση πληροφορίας με ασύρματο τρόπο είναι ένα επιστημονικό πεδίο που τις τελευταίες δεκαετίες γνωρίζει ιδιαίτερη άνθιση, καθώς μας απαλλάσσει από τις πολλές περιττές καλωδιώσεις των ενσύρματων δικτύων και δίνει τη δυνατότητα ευρείας κάλυψης χρηστών, που μπορούν κατά τη διάρκεια της μεταφοράς πληροφορίας να κινούνται. Συγκεκριμένα, ο κλάδος των κινητών τηλεπικοινωνιών, εξετάζει την επικοινωνία χρηστών μεταξύ τους με ασύρματο τρόπο, μέσω συσκευών κινητής τηλεφωνίας (ME-mobile equipment) οι οποίες δεν είναι παρά μικρές κεραίες ενσωματωμένες σε συσκευές με μνήμη και λογισμικό. Η μελέτη και η συνεχής βελτιστοποίηση των συστημάτων κινητών επικοινωνιών,αποτελεί το μεγάλο και διαρκές στοίχημα των τηλεπικοινωνιακών μηχανικών. Η ανάπτυξη όλο και αποδοτικότερων συστημάτων είναι αναγκαία, έτσι ώστε να μπορούμε να εκμεταλλευτούμε κατά το δυνατόν καλύτερα το περιορισμένο διαθέσιμο φάσμα, ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές, βελτιστοποιώντας την ποιότητα παροχής υπηρεσιών, με παράλληλη αύξηση του αριθμού των εξυπηρετούμενων χρηστών, με απώτερο σκοπό να καταλήξουμε σε ένα βέλτιστο μοντέλο σχεδίασης. Η παρούσα διπλωματική εξετάζει τις παραμέτρους οι οποίες λαμβάνονται υπόψιν στη σχεδίαση ενός συστήματος κινητών επικοινωνιών, τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των απωλειών λόγω των ιδιαιτεροτήτων της περιοχής διάδοσης και της ύπαρξης ραδιοσκιάς και διαλείψεων και επιχειρεί να εφαρμόσει ένα απλοποιημένο μοντέλο ραδιοκάλυψης στην ηπειρωτική περιοχή της περιφέρειας Αττικής. / During the last decades, wireless propagation and transmission of data, is a scientific field which grows up rapidly, due to several major advantages of wireless telecommunications, such as the lack of wired connections and the opportunity to provide telecommunication services to users who are not static. Specifically, the field of mobile telecommunications, examines communication between users who are possibly moving, through mobile equipment which consists of an antenna, software and memory. The continuous optimization of mobile telecommunication's systems is an enduring bet for telecommunication engineers. The development of increasingly efficient systems is needed so that we can exploit in the best way our limited available spectrum, while at the same time we are trying to fulfill three other major targets: minimize interference, optimize quality of service, increase the number of served users, with a view to arrive at an optimal design model. This thesis examines the structure of a mobile telecommunication's system, the factors taken into account in the design of a mobile system and the models used to estimate losses due to the peculiarities of the region, the existence of shadowing and multipath fading. Having mentioned the whole methodology behind cell planning and the way that a mobile system is structured, we are finally applying a simplified model of radio coverage in the area of Attica.

[pt] Atualmente, as redes celulares estão sendo utilizadas como uma saída para prover serviços de banda larga em locais que ainda não são atendidos pelas redes fixas, principalmente em países subdesenvolvidos como o Brasil. As tecnologias empregadas atualmente no Brasil, o GSM (Global System for Mobile) e o UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), não são tecnologias desenvolvidas para absorver a grande demanda que vem sendo observada no mercado de banda larga móvel. Devido a essa demanda inesperada, acredita-se que o LTE (Long Term Evolution), a primeira tecnologia desenvolvida com o objetivo de atender não somente as chamadas de voz, mas principalmente as conexões banda larga, apresente condições de suportar com maior eficiência esta crescente necessidade. Para que todas as expectativas relacionadas à capacidade das redes LTE sejam atendidas, é extremamente necessário que um correto dimensionamento dessas redes seja realizado, pois somente desta forma será possível estabelecer o compromisso de se atender os usuários com qualidade. / [en] At the moment, the cellular networks are being used as an option to provide broadband services in places that have not yet been covered by the fixed networks, mainly in underdeveloped countries like Brazil. The employed technologies now in Brazil, GSM (Global System is Mobile) and UMTS (Mobile Universal Telecommunications System), they were not developed to absorb the great demand that has been observed at the broadband mobile market. Due to that unexpected demand, it’s being believed that LTE (Long Term Evolution), the first technology developed with the objective of supporting not only the voice calls, but mainly the broadband connections, is able to hold with larger efficiency this growing needs. For all that expectations about the LTE network’s capacity be achieved, it is extremely necessary that a correct sizing of those networks be accomplished, therefore only this way it will be possible to establish the commitment of supporting the subscribers with quality.

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι ο κυψελοειδής σχεδιασμός ενός ασύρματου δικτύου κινητής τηλεφωνίας σε μια συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή με βάση το πρότυπο GSM και η μελέτη των χαρακτηριστικών του ασύρματου καναλιού επικοινωνίας. Στο πρώτο κεφάλαιο κεφάλαιο αναλύονται η βασική ιδέα του κυψελοειδούς σχεδιασμού, τα βήματα που ακολουθούνται για την πραγματοποίηση του και οι βασικές έννοιες των κυψελοειδών συστημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται ο τρόπος μοντελοποίησης του ασύρματου καναλιού με βάση τα προβλήματα που δημιουργούνται κατά τη διάδοση του σήματος μας και αναλύονται τα διάφορα στατιστικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του ασύρματου καναλιού ανάλογα με τις συνθήκες κάτω από τις οποίες πρέπει να υφίστανται. Στο τρίτο περιγράφεται το πρότυπο GSM και πιο συγκεκριμένα η αρχιτεκτονική του και οι λειτουργίες που εκτελεί. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ο σχεδιασμός του κυψελοειδούς μας δικτύου στη γεωγραφική περιοχή του δήμου Πατρέων και γίνεται μια εκτίμηση της λαμβανομένης ισχύος σύμφωνα με τα μοντέλα διάδοσης που χρησιμοποιούμε. / The main purpose of this thesis is the cellular design of a wireless mobile network in a specific geographic area based on the GSM standard and the research to the characteristics of the wireless communication channel. In the first chapter, the concept of cellular design , the steps followed for the realization and the basic characteristics of cellular systems are being held. In the second chapter, the modeling of wireless channel based on the problems created by signal propagationand various statistical models used to describe the wireless channel depending on the conditions under which they must exist are being held. In the third, the GSM standard is described and more specifically its architecture and the functions it performs. In the fourth chapter, the design of our cellular network in the geographical area of the municipality of Patras is made and estimation of the received power is made based on the models we use.

Η αυξανόμενη ζήτηση κινητών τηλεφώνων οδήγησε στην εισαγωγή του κυτταρικού ή κυψελοειδούς συστήματος κινητής ραδιοτηλεφωνίας (Cellular mobile radio). Σύμφωνα με το σύστημα αυτό διαιρείται η προς εξυπηρέτηση περιοχή σε εξάγωνα - Kυψέλες ή Κύτταρα - καθένα από τα οποία περιλαμβάνει ένα πομπό χαμηλής ισχύος τοποθετημένο στο σταθερό σταθμό (σταθμός κυττάρου Σ.Κ.). Κάθε σταθμός κυττάρου είναι συνδεμένος σε ένα τηλεφωνικό κέντρο κινητής ραδιοτηλεφωνίας (ΤΚΚΡ), που έχει πρόσβαση στο αστικό και υπεραστικό τηλεφωνικό δίκτυο. Το κέντρο αυτό διαθέτει κατάλληλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και ελέγχει όλη την περιοχή. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας μελετάμε την διαδικασία κυψελοειδούς σχεδιασμού και εξετάζουμε τις παραμέτρους που την επηρεάζουν. Επιπλέον διεξάγουμε πειραματικές μετρήσεις στην περιοχή της Πάτρας, οι οποίες μας οδηγούν σε σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τον σχεδιασμό ενός κυτταρικού συστήματος κινητης τηλεφωνίας. Στο 1ο κεφάλαιο παραθέτουμε απαραίτητα στοιχεία και έννοιες, όπως για παράδειγμα η ¨κάλυψη¨(coverage), που αφορούν στον κυψελοειδή σχεδιασμό, ενώ στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζουμε θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας των συστημάτων ασύρματων επικοινωνιών GSM και TETRA. Στο 3ο κεφάλαιο αυτό επιχειρούμε να εμβαθύνουμε στην έννοια του σχεδιασμού κυψελοειδών κυτταρικών συστημάτων. Υπάρχουν κάποιοι γενικοί στόχοι που πρέπει ένα κυτταρικό σύστημα να ικανοποιεί, όπως η κατάλληλη ράδιο κάλυψη, η ελαχιστοποίηση του κόστους και η υψηλή ποιότητα υπηρεσιών, όμως οι μέθοδοι σχεδιασμού που οδηγούν στην υλοποίηση του κατάλληλου συστήματος που θα ικανοποιεί τους παραπάνω στόχους ποικίλουν. Κάθε μέθοδος αποτελεί μια ξεχωριστή προσέγγιση σχεδιασμού με τις δικές τις συνθήκες, το δικό της κυτταρικό και μαθηματικό μοντέλο. Στο 4ο κεφάλαιο μελετάμε ορισμένα σημαντικά χαρακτηριστικά των καναλιών εξασθένισης και εξετάζουμε την επιρροή τους στην απόδοση ενός συστήματος διαμόρφωσης με κωδικοποίηση. Ακόμα, θεσπίζουμε όρια μέτρησης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν την απόδοση των καναλιών εξασθένισης. Η εξασθένιση εμφανίζεται λόγω μείωσης του ραδιοσήματος μεταξύ πομπού και δέκτη όταν παρεμβάλλονται αντικείμενα και λόγω ανάκλασης και διασποράς του σήματος. Επίσης, η λαμβανόμενη ισχύς σήματος μειώνεται ανάλογα με την απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη. Στο 5ο κεφάλαιο παρουσιάζουμε και σχολιάζουμε τις μετρήσεις που πραγματοποιήσαμε στη περιοχή των Πατρών. Σκοπός των μετρήσεων είναι η αξιολόγηση της λαμβανόμενης στάθμης σήματος από τον κινητό χρήστη σε διαφορετικά περιβάλλοντα και περιοχές με ποικιλία χαρακτηριστικών, όσο αφορά στη γεωγραφία, τη δόμηση και άλλους παράγοντες. Τέτοιες πειραματικές μετρήσεις, στην περιοχή ενδιαφέροντος, αποτελούν βασική προϋπόθεση για να ¨στηθεί¨ ένα σύστημα κυψελοειδούς κυτταρικού σχεδιασμού. Εξ’ άλλου, η στάθμη σήματος αποτελεί το ιδανικό εργαλείο για να βγάλουμε συμπεράσματα ως προς την κάλυψη (coverage) και τα κανάλια εξασθένισης (fading channels), τα οποία εξετάσαμε σε προηγούμενα κεφάλαια. / -

Η κινητή τηλεφωνία αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα αντικείμενα μελέτης των σύγχρονων τηλεπικοινωνιακών δικτύων. Η εξέλιξή της ξεκίνησε από το 1800 με την ανακάλυψη της ασύρματης διάδοσης και συνεχίστηκε με ραγδαίο ρυθμό μέχρι σήμερα με την λειτουργία των κινητών δικτύων τέταρτης γενιάς (LTE). Πλέον βρισκόμαστε σε μία εποχή όπου χάρη στην εξαιρετική πρόοδο των κινητών επικοινωνιών μπορούμε να μιλάμε για την επίτευξη υψηλών ρυθμών μετάδοσης, αδιάλειπτη παροχή επικοινωνιών ανεξαρτήτου απόστασης και υποστήριξη πληθώρας πολυμεσικών εφαρμογών και υπηρεσιών. Είναι αδιαμφισβήτητο το γεγονός οτι η κινητή τηλεφωνία διαδραματίζει πρωταγωνιστικό ρόλο σε διάφορες πτυχές της καθημερινής μας ζωή και αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της δομής της κοινωνίας μας. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τεχνικών παραμέτρων για την υλοποίηση της διαδικασίας της κυτταρικής σχεδίασης στην γεωγραφική περιοχή της Πάτρας. Συγκεκριμένα στο πρώτο κεφάλαιο περιγράφεται η μεθοδολογία του σχεδιασμού ενός κυτταρικού δικτύου κινητών επικοινωνιών (cell planning). Παρουσιάζονται τα εξελικτικά στάδια του κυτταρικού σχεδιασμού και οι εμπλεκόμενες παράμετροι. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι αρχές που διέπουν τη λειτουργία των κυτταρικών δικτύων κινητών επικοινωνιών. Αρχικά γίνεται μία αναδρομή στην ιστορική εξέλιξη των κινητών δικτύων ξεκινώντας από την συμβατική κινητή τηλεφωνία και φτάνοντας μέχρι τα δίκτυα τέταρτης γενιάς. Στη συνέχεια αναλύονται οι θεμελιώδεις έννοιες της κυτταρικής κάλυψης και της επαναχρησιμοποίησης των συχνοτήτων. Τέλος γίνεται αναφορά στις μεθόδους διαχείρισης των πόρων, στα είδη των παρεμβολών των κινητών δικτύων καθώς και στις διαδικασίες της μεταγωγής και της μαθηματικής μοντελοποίησης των κινητών δικτύων. Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιούμε τον κυτταρικό σχεδιασμό του δικτύου κινητών επικοινωνιών στην γεωγραφική περιοχή της Πάτρας. Εφαρμόζοντας τα βήματα που περιγράφονται από τη μεθοδολογία της κυτταρικής σχεδίασης δημιουργούμε ένα πλάνο κυττάρων για την γεωγραφική κάλυψη της Πάτρας και υλοποιούμε τον σχεδιασμό των συχνοτήτων χρησιμοποιώντας την τεχνική της στατικής καταχώρησης των συχνοτήτων (FCA) και αξιολογώντας τη διαχείριση των πόρων μέσα από τον υπολογισμό του λόγου C/I. Τέλος υλοποιούμε την ιεραρχική δομή του δικτύου. Στο τέταρτο κεφάλαιο ακολουθούμε μία διαφορετική προσέγγιση στη διαχείριση των διαθέσιμων πόρων, η οποία βασίζεται στον διαχωρισμό του διαθέσιμου φάσματος σε ζώνες συχνοτήτων (FCA_36/20/4). Με βάση το συγκεκριμένο σενάριο σχεδίασης επανασχεδιάζουμε το κινητό δίκτυο της Πάτρας δημιουργώντας το αντίστοιχο πλάνο κυττάρων και την συνολική δομή του κυτταρικού συστήματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μία σύγκριση μεταξύ των δύο σεναρίων σχεδιασμού του τρίτου και τέταρτου κεφαλαίου. Η σύγκριση εστιάζεται στις διαφορές που εντοπίζονται ως προς την κυτταρική κάλυψη, την διαχείριση των πόρων και την προστασία του δικτύου από τις παρεμβολές με βάση τις διαφορετικές πολιτικές σχεδίασης που ακολουθήθηκαν. Στο έκτο κεφάλαιο καταγράφονται τα γενικά συμπεράσματα που προκύπτουν από τη διαδικασία της κυτταρικής σχεδίασης και κατά την πορεία της συγγραφής της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / One of the most significant current discussions in technological philosophy is the development of mobile phone networks since it is an increasingly important area in the study of modern telecommunication networks. The rapid development started in 1800 with the discovery of wireless propagation and continued rapidly until today with the operation of the fourth generation mobile networks (LTE). In recent years, we could argue that we live in an era that owing to the extraordinary progress of mobile communications we can talk about the achievement of high transmissions rates and the continuity of communications regardless of distance by providing a plethora of multimedia applications and services. There is no doubt that mobile communication plays a leading and principal role in various aspects of our lives since they are an integral part of the structure of our society. The aim of this study is to examine the technical parameters for the implementation of the process of cellular design in the geographical area of Patras. The study has been organized in the following way. More specifically, the first chapter describes the methodology of the design of a cellular mobile communication network (Cell planning) by presenting the evolutionary stages of the cell design and the parameters involved. The second chapter analyzes the principles underlying the operation of cellular mobile networks. Firstly, there is a flash back to the historical evolution of mobile networks starting from the conventional mobile communication and rising to fourth generation networks. Then, there is an analysis of the fundamental concepts of cell coverage and the reuse of frequencies. Finally, there is a reference to methods of resource management, types of interference in mobile networks as well as to the handover processes and the mathematical modeling of mobile networks. In the third chapter, we perform the cell design of mobile communication network in the geographic region of Patras. By applying the steps of the methodology of cell planning, we create a cell plan for the geographical coverage of Patras, implement the planning of frequencies by using the technique of static registration of frequencies (FCA) and we evaluate the management of resources by calculating the ratio C / I. Finally, we perform the hierarchical structure of the network. In the fourth chapter, we follow a different approach to the management of available resources, which is based on the separation of the available spectrum bands (FCA 36/20/4). Based on this design scenario we redesign the mobile network of Patras by creating the corresponding cell plan and the overall structure of the cellular system. In the fifth chapter, there is a comparison between the two scenarios planning of the third and fourth chapter. The comparison is focused on the differences found in the cell coverage, the management of resources and the protection of the network from interference based on the different design policies that were followed. In the sixth chapter, we record general conclusions that arising from the process of cell design as well as during the writing of the present study.

No description available.

[pt] Os sistemas de comunicações móveis celulares de terceira geração trazem a promessa de oferta de serviços diversos e avançados de comunicação. Estes serviços implicam em requisitos heterogêneos de desempenho da comunicação, e na conseqüente influência de diferentes parcelas de carga sobre a infra-estrutura empregada. Este trabalho contempla a questão do planejamento, dado que pode haver cargas heterogêneas simultâneas, e avalia fatores relacionados à carga, propondo uma ferramenta para modelá-la estatisticamente, de forma que se possa escolher raios de célula apropriados como subsídio à atividade de planejamento. / [en] Third generation mobile communication systems bring the promise of several and advanced communication services, which implies in heterogeneous performance requirements and consequent influence of diferent weighted loads over the communication infra-structure aplyed. This work treats the planning issue, given that there can be heterogeneous simultaneous loads, evaluating factors relateds to this loads and proposing a tool for its tatistical modeling, which allows to choose apropriated cell rays in aid of planning procedures.

Στην εργασία αυτή γίνεται μια αναφορά αρχικά στα GSM δίκτυα κινητής τηλεφωνίας (χαρακτηριστικά-λειτουργίες). Στη συνέχεια περιγράφεται ο τρόπος υπολογισμού της κυτταρικής ακτίνας με βάση τα μοντέλα Okumura-Hata και Ikegami. Τέλος αναφέρονται παραδείγματα υπολογισμού της ακτίνας των κυττάρων αλλά και διαστασιοποίησης των καναλιών σε αυτά ώστε να εξυπηρετείται συγκεκριμένη τηλεπικοινωνιακή κίνηση. / The purpose of this project is to examine the major steps in cell planning process such as cell coverage, frequency planning and calculations of traffic and channel needs for the given areas.