En la gestión de recursos de radio para redes inalámbricas y celulares , los esquemas de asignación de canales asignan ancho de banda y canales de comunicación a estaciones base, puntos de acceso y equipos terminales. El objetivo es lograr la máxima eficiencia espectral del sistema en bits/s/Hz/sitio mediante la reutilización de frecuencias , pero aún así asegurar un cierto grado de servicio evitando la interferencia entre canales y la interferencia entre canales adyacentes entre celdas o redes cercanas que comparten el ancho de banda.
Los esquemas de asignación de canales siguen uno de dos tipos de estrategia: [1]
En la asignación de canal fijo ( FCA , por sus siglas en inglés ) , cada celda recibe un conjunto predeterminado de canales de frecuencia. La FCA requiere una planificación manual de frecuencias, lo que es una tarea ardua en los sistemas basados en acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, por sus siglas en inglés) y acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, por sus siglas en inglés), ya que dichos sistemas son muy sensibles a la interferencia de canales compartidos de celdas cercanas que están reutilizando el mismo canal. Otro inconveniente de los sistemas TDMA y FDMA con FCA es que la cantidad de canales en la celda permanece constante independientemente de la cantidad de clientes en esa celda. Esto da como resultado congestión de tráfico y la pérdida de algunas llamadas cuando el tráfico se vuelve denso en algunas celdas, y capacidad inactiva en otras.
Si FCA se combina con FDMA convencional y quizás con TDMA, se puede transferir un número fijo de canales de voz a través de la celda. Una nueva llamada sólo se puede conectar mediante un canal no utilizado. Si todos los canales están ocupados, la nueva llamada se bloquea en este sistema. Sin embargo, existen varios esquemas de gestión dinámica de recursos de radio que se pueden combinar con FCA. Una forma sencilla es el umbral de transferencia adaptativo al tráfico, lo que implica que las llamadas de teléfonos celulares situados en la superposición entre dos celdas adyacentes se pueden forzar a realizar la transferencia a la celda con la carga más baja en ese momento. Si FCA se combina con espectro ensanchado, el número máximo de canales no es fijo en teoría, pero en la práctica se aplica un límite máximo, ya que demasiadas llamadas causarían un nivel de interferencia cocanal demasiado alto, lo que haría que la calidad fuera problemática. El espectro ensanchado permite aplicar la respiración celular , al permitir que una celda sobrecargada tome prestada capacidad (número máximo de llamadas simultáneas en la celda) de una celda cercana que comparte la misma frecuencia.
La FCA se puede extender a un sistema DCA mediante el uso de una estrategia de préstamo en la que una celda puede tomar prestados canales de la celda vecina que está supervisada por el Centro de Conmutación Móvil (MSC).
La selección dinámica de frecuencia ( DFS ) es un mecanismo especificado para redes inalámbricas con puntos de acceso no controlados centralmente, como LAN inalámbrica (comúnmente Wi-Fi). Está diseñado para evitar interferencias con otros usos de la banda de frecuencia, como radar militar , comunicación satelital y radar meteorológico . [2] Los puntos de acceso seleccionarían automáticamente canales de frecuencia con bajos niveles de interferencia. En el caso del estándar de LAN inalámbrica, DFS se estandarizó en 2003 como parte de IEEE 802.11h . La banda de frecuencia real para DFS varía según la jurisdicción. A menudo se aplica para las bandas de frecuencia utilizadas por el radar meteorológico Doppler terminal [3] [4] y la comunicación satelital de banda C. La configuración incorrecta de DFS había causado una interrupción significativa en la operación del radar meteorológico durante las primeras implementaciones de Wi-Fi de 5 GHz en varios países del mundo. [4] [5] Por ejemplo, DFS también es obligatorio en la banda U-NII de 5470-5725 MHz para evitar el radar en Estados Unidos. [6]
Una forma más eficiente de asignación de canales sería la asignación dinámica de canales o DCA (Dynamic Channel Allocation o asignación dinámica de canales ), en la que los canales de voz no se asignan a la celda de forma permanente, sino que, por cada solicitud de llamada, la estación base solicita un canal al MSC. El canal se asigna siguiendo un algoritmo que tiene en cuenta los siguientes criterios:
Requiere que el MSC recopile datos en tiempo real sobre la ocupación del canal, la distribución del tráfico y las indicaciones de intensidad de la señal recibida (RSSI). Los esquemas DCA se sugieren para sistemas celulares basados en TDMA / FDMA como GSM , pero actualmente no se utilizan en ningún producto. [ cita requerida ] Los sistemas OFDMA , como el enlace descendente de los sistemas celulares 4G , pueden considerarse como si llevaran a cabo DCA para cada subportadora individual, así como para cada intervalo de tiempo.
El DCA se puede clasificar en centralizado y distribuido . Algunos de los esquemas de DCA centralizados son:
DCA y DFS eliminan el tedioso trabajo de planificación manual de frecuencias. DCA también maneja el tráfico celular en ráfagas y utiliza los recursos de radio celular de manera más eficiente. DCA permite que la cantidad de canales en una celda varíe con la carga de tráfico, lo que aumenta la capacidad del canal con poco costo.
El espectro disperso puede considerarse como una alternativa a los algoritmos DCA complejos. El espectro disperso evita la interferencia entre canales entre celdas adyacentes, ya que la probabilidad de que los usuarios de celdas cercanas utilicen el mismo código de dispersión es insignificante. Por lo tanto, el problema de asignación de canales de frecuencia se alivia en redes celulares basadas en una combinación de espectro disperso y FDMA, por ejemplo, sistemas IS95 y 3G . El espectro disperso también facilita que las estaciones base controladas centralmente tomen prestados recursos dinámicamente entre sí dependiendo de la carga de tráfico, simplemente aumentando el número máximo permitido de usuarios simultáneos en una celda (el nivel máximo permitido de interferencia de los usuarios en la celda) y disminuyéndolo en una celda adyacente. Los usuarios en la superposición entre el área de cobertura de la estación base pueden transferirse entre las celdas (lo que se denomina respiración celular), o el tráfico puede regularse mediante control de admisión y modelado de tráfico.
Sin embargo, el espectro disperso ofrece una menor eficiencia espectral que las técnicas de espectro no disperso, si la asignación de canales en este último caso se optimiza mediante un buen esquema DCA. En particular, la modulación OFDM es una alternativa interesante al espectro disperso debido a su capacidad para combatir la propagación por trayectos múltiples para canales de banda ancha sin ecualización compleja. La OFDM se puede ampliar con OFDMA para el acceso múltiple de enlace ascendente entre usuarios en la misma celda. Para evitar la interferencia entre celdas, el FDMA con DCA o DFS vuelve a ser de interés. Un ejemplo de este concepto es el estándar IEEE 802.11h mencionado anteriormente . La OFDM y la OFDMA con DCA se estudian a menudo como una alternativa para los sistemas inalámbricos 4G .
En los servicios de comunicación de datos basados en paquetes, la comunicación es a ráfagas y la carga de tráfico cambia rápidamente. Para lograr una alta eficiencia del espectro del sistema , la DCA debe realizarse paquete por paquete. Algunos ejemplos de algoritmos para la DCA paquete por paquete son la asignación dinámica de paquetes (DPA), las redes dinámicas de frecuencia única (DSFN) y la programación de paquetes y recursos (PARPS).
La decisión ERC/DEC/(99)23 agrega 5250-5350MHz y 5470-5725MHz con más potencia de transmisión pero con la salvedad adicional de que se requería DFS para proteger a los usuarios heredados (enlaces ascendentes de radar y satélite militar)
La resolución de la FCC está reabriendo la banda del radar meteorológico Doppler terminal (TDWR) (canales 120, 124, 128) con nuevos requisitos de prueba para la protección DFS.
Desde 2006, la mayoría de los miembros de OPERA experimentan cada vez más interferencias en los radares de banda C procedentes de RLAN. ... Los servicios meteorológicos sudafricanos intentaron inicialmente implementar un filtrado de software específico para mejorar la situación, pero luego decidieron en 2011 trasladar su red de radar meteorológico a la banda S.
Más de 12 países europeos experimentaron casos de interferencia de este tipo (se han notificado otros casos en varios países del mundo). Interferencia definitivamente perjudicial (en Hungría, el radar fue declarado fuera de servicio durante más de un mes)