Обеспечение абонентской связи путем радиодоступа поселка Федоровка

Рисунок 3.5 - Структура сообщения протокола управления трактами

В сообщениях протокола управления трактами интерфейса V5.2 имеется единственный специализированный обязательный информационный элемент «Функция управления трактом» (Link-control-function).

Операцию идентификации тракта может инициировать любая сторона интерфейса с помощью передачи сообщения LINK-CONTROL: Link-identification-request (запрос идентификации тракта). Если сигнал маркировки принимается стороной, запросившей идентификацию, по тракту с ярлыком, который соответствует ярлыку передающей стороны, маркировка считается верной, тракт идентифицирован, его целостность проверена. Так как запросить идентификацию может любая сторона интерфейса, возможны конфликтные ситуации при передаче одного и того же сигнала более чем по одному тракту одновременно. В идеале, для разных интерфейсов следовало бы применять разные сигналы маркировки во избежание путаницы при одновременном тестировании нескольких интерфейсов, но в интерфейсе V5.2 это не реализовано, поскольку вероятность случайного возвращения сигнала маркировки по исправному тракту другого интерфейса незначительна.

Сторона, которая принимает запрос идентификации, может отказать в удовлетворении запроса. Это может произойти, если, например, продолжается обработка предыдущего запроса идентификации тракта, поскольку спецификации интерфейса V5 не предусматривают идентификацию более одного тракта одновременно. Отказ удовлетворить запрос производится путем передачи сообщения LINK-CONTROL: Link-identification-rejection (отказ в идентификации тракта). Сценарий идентификации тракта представлен на рисунке 3.6.

Если запрос принимается приемной стороной для выполнения, то она маркирует указанный тракт и отвечает сообщением LINK-CONTROL: Link-identification-acknowledgement, подтверждающим выполнение запроса. Маркировка тракта производится присвоением значения 0 биту 7 в нулевом канальном интервале этого тракта.

Когда сторона, давшая запрос, получила подтверждение и проверила маркировку, она может запросить удаление маркировки с помощью сообщения LINK-CONTROL: Link-identification-release. Получив такое сообщение, другая сторона удаляет маркировку. Удаляется маркировка присвоением биту 7 нулевого канального интервала первого значения.



Рисунок 3.6 - Сценарий обмена сообщениями идентификации тракта

Сеть доступа может запросить у станции блокировку тракта путем передачи сообщения LINK-CONTROL: Deferred-link-blocking-request (запрос-блокировки-тракта-с-отсрочкой) или сообщения LINK-CONTROL: Non-deferred-link-blocking-request(запрос-блокировки-тракта-без-отсрочки). Сообщение LINK-CONTROL: Deferred-link-blocking-request менее срочное, оно указывает, что сеть доступа готова ждать, пока АТС переключит С-каналы на другой тракт и пока завершатся текущие связи пользователей. Сообщение LINK-CONTROL: Non-deferred-link-blocking-request более срочное, оно указывает, что сеть доступа не может ждать, пока завершатся текущие связи и пока станция переключит С-каналы на другой тракт, рисунок 3.7. Если в тракте нет С-каналов, вместо сообщения LINK_CONTROL: Non-deferred-link-blocking-request можно использовать сообщение LINK_CONTROL: Link-block, но это не рекомендуется, т.к. безопаснее дать АТС некое предупреждение о намерении, прежде чем указывать, что тракт недоступен.

Рисунок 3.7 - Сценарий запроса блокировки тракта

АТС не должна запрашивать блокировку тракта у сети доступа, поскольку станции известно, происходит ли обслуживание вызовов, и она может управлять использованием канальных интервалов интерфейса V5. Если АТС принимает решение заблокировать тракт, она может использовать протокол защиты для переключения С-каналов на канальные интервалы другого тракта, а также может использовать протокол назначения несущих каналов ВСС, чтобы гарантировать, что никакие пользовательские порты не используют несущие канальные интервалы тракта, который предполагается заблокировать. После завершения всех текущих связей пользователей АТС может передать сообщение LINK-CONTROL: Link-block, информирующее сеть доступа о том, что тракт заблокирован.

При разблокировке ранее заблокированного тракта применяется процедура координированной разблокировки, поскольку сеть доступа и АТС автономны и могут независимо выполнять функции техобслуживания, а протоколы V5 не дают возможность одной стороне информировать об этом другую. Когда одна из сторон предполагает разблокировать тракт, она передает другой стороне сообщение LINK-CONTROL: Link-unblock. Если другая сторона согласна разблокировать тракт, она отвечает таким же сообщением LINK-CONTROL: Link-unblock.

3.5 Протокол защиты V5.2

Протокол защиты охраняет логические С-каналы от отказа одного тракта в интерфейсе V5.2, обеспечивая возможность другим протоколам продолжать работу, несмотря на появление неисправностей в оборудовании.

Несущие каналы, в отличие от С-каналов, косвенно защищены, т. к. они динамически назначаются пользовательским портам, но защита С-каналов более важна, поскольку отказ С-канала воздействует не на один, а на целую группу пользовательских портов. Это особенно очевидно, если неисправен С-канал, который поддерживает протокол назначения несущих каналов, т.к. тогда вся косвенная защита несущих каналов теряется. Поэтому предусмотренный протоколом механизм защиты применяется ко всем С-каналам, но не защищает несущие каналы и не занимается их реконфигурацией при отказе тракта в интерфейсе V5.2. В случае подобных отказов, соединения пользователей, организованные через эти несущие каналы, будут нарушены, что считается приемлемым, поскольку вероятность подобных отказов мала.

Основным событием, вызывающим необходимость защиты, является отказ тракта 2048 кбит/с. Протокол защиты используется также в случае устойчивых отказов в звеньях второго уровня протокола V5 (т.е. устойчивый отказ одного из звеньев, используемых протоколами ВСС, управления, управления трактами, СТОП или самим протоколом защиты). Кроме того, необходим постоянный контроль флагов всех активных и резервных С-каналов, чтобы обеспечить защиту от отказов, которые не обнаруживаются механизмами первого уровня. Так, если в физическом С-канале в течение 1 с не принимается комбинация флага, то этот С-канал должен рассматриваться как нерабочий. Если обнаруживается отказ резервного С-канала, то защитное переключение на него не должно производиться.

Механизм защиты применяется также и по отношению к С-пути самого протокола защиты. В отличие от любых других протоколов V5 сообщения протокола защиты передаются дважды, по разу в каждом из двух трактов, которые его обслуживают. Заголовок сообщений протокола защиты V5.2 начинается с дискриминатора протокола, общего для всех сообщений V5, а заканчивается информационным элементом типа сообщения, который определяет одно из восьми возможных сообщений протокола защиты, таблица 3.7.

Первые пять сообщений в таблице 3.7 связаны с функциями переключения и управляют соответствием логических С-каналов и физических канальных интервалов. Оставшиеся три сообщения связаны с ошибками протокола и с перезапуском средств нумерации сообщений. Сообщения переключения и сообщения об ошибках в протоколе последовательно нумеруются, номер сообщения содержится в информационном элементе Sequence-number (порядковый номер). Сообщения перезапуска средств нумерации передаются в качестве команды или подтверждения, если обнаруживаются нарушения нумерации других сообщений. Канальный интервал, к которому эти сообщения относятся, идентифицируется информационным элементом Physical-C-channel (физический С-канал).

Таблица 3.7 - Список сообщений протокола защиты

Кодирование типа сообщения	Сообщение протокола ВСС	Направление AN LE
7	6	5	4	3	2	1
0	0	1	1	0	0	0	ЗАПРОС ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ	SWITCH_OVER_REQ	------>
0	0	1	1	0	0	1	КОМАНДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ	SWITCH_OVER_COM	<------
0	0	1	1	0	1	0	КОМАНДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОС	OS_SWITCH_OVER_COM	<------
0	0	1	1	0	1	1	ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ	SWTTCH_OVER_ACK	------>
0	0	1	1	1	0	0	ОТКАЗ В ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ	SWITCH_OVER_REJECT	<------>
0	0	1	1	1	0	1	ОШИБКА ПРОТОКОЛА	PROTOCOL_ERROR	------>
0	0	1	1	1	1	0	КОМАНДА СБРОСА ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА	RESET_SN_COM	<------>
0	0	1	1	1	1	1	ПОДТВЕРЖДЕНИЕ СБРОСА ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА	RESET_SN_ACK	<------>

Эти информационные элементы должны содержаться во всех сообщениях переключения, а сообщения SWITCH-OVER-REJECT должны содержать также информационный элемент Rejection-cause, который указывает причину, по которой отказано в переключении.

Команды, которые переключают логические С-каналы на другие физические канальные интервалы, передаются только со стороны АТС, поскольку только АТС располагает сводной таблицей отображения логических связей на физические. Если переключение было инициировано операционной системой (ОС) АТС, то станция передает сообщение OS-SWITCH-OVER-COM, подавая команду сети доступа переключить указанный логический С-канал на указанный канальный интервал. Станция может также передать сообщение SWITCH-OVER-COM, чтобы выполнить ту же самую функцию в случае, когда не нужно указывать, что переключение было инициировано операционной системой.

Примеры сценариев переключения приведены на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Сценарии переключения

Сеть доступа передает сообщение SWITCH-OVER-ACK, чтобы информировать АТС о выполнении команды переключения логического С-канала на новый канальный интервал. Если сеть доступа не может выполнить команду, она отвечает сообщением SWITCH-OVER-REJECT.

Сеть доступа может использовать сообщение SWITCH-OVER-REQ, чтобы запросить АТС переключить указанный логический С-канал на указанный канальный интервал.

Станция может отклонить запрос сети доступа, используя сообщение SWITCH-OVER-REJECT, которое также идентифицирует причину отказа. Сообщения отказа в переключении - единственные из сообщений переключения, которые может передавать любая сторона интерфейса.

Обе стороны интерфейса V5.2 ожидают получения сообщений с очередным порядковым номером. Если в получаемом одной из сторон интерфейса сообщении происходит «скачок» нумерации, то регистрируется сбой и к противоположной стороне направляется сообщение RESET-SN-COM, чтобы информировать ее о том, что нумерацию сообщений нужно начать заново. Сторона, которая получает сообщение RESET-SN-COM, отвечает сообщением RESET-SN-ACK, подтверждающим, что соответствующие счетчики установлены в «0». Напомним, что нумеруются сообщения переключения и ошибок в протоколе, т.е. первые шесть из восьми сообщений протокола защиты.

Сообщения перезапуска средств нумерации не содержат специализированных информационных элементов и не привязаны к отдельным логическим С-каналам. Поэтому обязательный информационный элемент «Идентификатор логического С-канала» (байт 2 и байт 3) в этих сообщениях имеет значение «0» (т.е. все биты должны быть установлены в «0»).

Протокол защиты V5.2 предусматривает один тип сообщения об ошибке в протоколе - сообщение PROTOCOL-ERROR, которое передается от сети доступа к АТС и содержит информационный элемент Protocol-error-cause (Причина ошибки в протоколе), указывающий тип ошибки. Типы ошибок приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Кодирование типа ошибки протокола

7	6	5	4	3	2	1	Тип ошибки протокола
0	0	0	0	0	0	1	Ошибка дискриминатора протокола
0	0	0	0	1	0	0	Неопознанный тип сообщения
0	0	0	0	1	1	1	Пропуск обязательного информационного элемента
0	0	0	1	0	0	0	Неопознанный информационный элемент
0	0	0	1	0	0	1	Ошибка в содержании обязательного информационного элемента
0	0	0	1	0	1	1	Сообщение несовместимо с состоянием протокола защиты
0	0	0	1	1	0	0	Повторение обязательного информационного элемента
0	0	0	1	1	0	1	Слишком много информационных элементов

Как и все типы сообщений переключения, сообщения PROTOCOL-ERROR последовательно нумеруются с использованием информационного элемента «Порядковый номер». Подобно сообщениям отказа в переключении, они должны указывать на происхождение проблемы, но, в отличие от сообщений отказа в переключении, не должны идентифицировать канальный интервал.

3.6 Протокол управления

Протокол управления позволяет блокировать и разблокировать пользовательские порты, проверять идентификацию и конфигурацию интерфейса V5, а также осуществлять рестарт протокола СТОП после отказа.

Сообщения протокола управления интерфейса V5 идентифицируются информационным элементом «Тип сообщения» в общем заголовке. Предусматривается четыре типа сообщений. Два из них, PORT-CONTROL и COMMON-CONTROL, являются инициирующими сообщениями, которые управляют портами и общими функциями, соответственно. Два других типа сообщений PORT-CONTROL-ACK и COMMON-CONTROL-ACK - являются подтверждающими. Для сообщений общего управления адрес сообщения в заголовке берется из общего адресного пространства V5. Для сообщений управления, ориентированных на порт, адрес определяется соответствующим портом СТОП или ISDN. В заголовке сообщений управления имеет место дублирование информации, поскольку как адрес уровня 3, так и информационный элемент «Тип сообщения» указывают, ориентировано ли сообщение на порт или оно является сообщением общего управления.

Непосредственно за общим заголовком сообщения протокола управления следует обязательный информационный элемент, идентифицирующий конкретную функцию, с которой связано инициирующее или подтверждающее сообщение. Этим информационным элементом в сообщениях PORT-CONTROL и PORT-CONTROL-ACK является «Элемент функции управления» (Control-function-element).

Сообщения PORT-CONTROL поддерживают блокировку и разблокировку всех портов СТОП, ISDN и арендованных линий, а также ряд функций, специфических для портов ISDN: активизацию и деактивизацию, индикацию ошибок и рабочих характеристик, управление потоком сигнализации. В связи с этим в сообщения могут вводиться соответствующие необязательные информационные элементы. Например, сообщения PORT-CONTROL: performance-grading содержат информационный элемент «Качество работы».

Возможна ситуация, когда порт поврежден или находится на техническом обслуживании и, следовательно, должен быть заблокирован. Алгоритм блокировки порта зависит от того, какая сторона интерфейса V5 является ее инициатором.

Сеть доступа не всегда осведомлена о том, занят или нет пользовательский порт, поскольку сигнализация ISDN ею не интерпретируется, и поскольку некоторые порты ISDN могут быть активными, даже когда отсутствует сигнализация или нагрузка. Исчерпывающие сведения о состоянии портов имеются только на АТС. Поэтому в том случае, когда инициатором блокировки порта является сеть доступа, она запрашивает об этом АТС, передавая свой запрос в сообщении AN/PORT-CONTROL: block-request. АТС может ответить сообщением LE/PORT-CONTROL: block, указывающим, что она заблокировала порт, либо немедленно, либо сразу же после освобождения порта. Сеть доступа может затем передать свое сообщение AN/PORT-CONTROL: block без опасности нарушить обслуживание вызовов портом. Если АТС не отвечает на сообщение AN/PORT-CONTROL: block-request в течение некоторого времени, сеть доступа может передать сообщение AN/ PORT-CONTROL: block с риском нарушить текущие связи пользователей.

АТС не должна передавать запрос блокировки в сеть доступа, поскольку она может блокировать порт без нарушения текущих связей, т.к. она знает об их состоянии. Инициируя блокировку порта, АТС сразу передает сообщение PORT-CONTROL: block.

Чтобы разблокировать ранее заблокированный порт, обе стороны должны передать и принять сообщение PORT-CONTROL: unblock. Разблокировка отменяется, если с любой стороны передается сообщение PORT-CONTROL: block или если сеть доступа передает сообщение AN/PORT-CONTROL: block-request после приема сообщения PORT-CONTROL: unblock.

Описанные процедуры блокировки и разблокировки портов протоколов V5 не соответствуют рекомендации ITU-T X.731 относительно управления состояниями, что создает некоторые проблемы при использовании методов сети эксплуатационного управления системами связи TMN. Для согласования Х.731 с интерфейсом V5 разработан специальный «мэппинг», что несколько увеличивает сложность интерфейсов управления.

Сообщения COMMON-CONTROL и COMMON-CONTROL-АСК тоже содержат обязательный информационный элемент «Идентификатор функции управления» (control-function-ID). Некоторые сообщения общего управления, связанные с изменением конфигурации интерфейса, содержат информационный элемент «Вариант», в котором указывается номер предлагаемого варианта конфигурации. Сообщения COMMON-CONTROL: not-ready-for-reprovisioning (не готов к реконфигурации) и COMMON-CONTROL: cannot-reprovision (реконфигурация невозможна) содержат также информационный элемент Rejection-cause (Причина отказа). Сообщения COMMON-CONTROL: vari-ant-and-interface-ID (вариант и идентификатор интерфейса) содержат информационный элемент «Идентификатор интерфейса».

Сообщения подтверждения передаются в ответ на соответствующие инициирующие сообщения и подтверждают правильность их приема. Заметим, что здесь тоже имеет место некоторая избыточность, поскольку подтверждение приема сообщения уже выполнено на уровне кадров.

Чтобы предотвратить перегрузку С-канала, содержащего С-пути типа Ds, нужно, чтобы станция могла запросить в сети доступа блокировку сигналов по D-каналу определенного пользовательского порта ISDN. С этой целью АТС передает сообщение LE/ PORT-CONTROL: D-сhаnnеl-blосk (блокировка D канала), а после окончания ситуации перегрузки - сообщение LE/PORT-CONTROL: D-channel-unblock (разблокировка D канала).

Для активизации и деактивизации портов базового доступа ISDN предусматриваются следующие сообщения. Если активизация происходит по инициативе пользователя, на станцию передается сообщение AN/PORT-CONTROL: activation-initiated-by-user (активизация по инициативе пользователя). Как правило, АТС отвечает сообщением LE/PORT-CONTROL: activate-access (активизировать доступ), которое инициирует передачу соответствующего сигнала от сети к пользователю. Пользователь получает и тактовый синхросигнал, после чего к АТС передается сообщение AN/PORT-CONTROL: access-activated (доступ активизирован). Если активизация осуществляется по инициативе АТС, то от нее передается сообщение LE/PORT-CONTROL: activate-access.

Деактивизацию АТС запрашивает с помощью сообщения LE/PORT-CONTROL: deactivate-access (деактивизировать доступ). После деактивизации доступа к АТС передается сообщение AN/PORT-CONTROL: access-deactivated (доступ деактивирован).

Сообщения COMMON-CONTROL обеспечивают проверку согласованности обеих сторон интерфейса V5, рестарт протокола СТОП, а также внесение изменений в конфигурацию на любой стороне интерфейса. Предусматриваются следующие виды сообщения COMMON-CONTROL: запрос варианта и идентификатора интерфейса, вариант и идентификатор интерфейса, верификация реконфигурации, не готов к реконфигурации, готов к реконфигурации, переключение на новый вариант, реконфигурация невозможна, блокировка начата, реконфигурация начата, рестарт СТОП и подтверждение рестарта СТОП.

Повышенное внимание, уделяемое протоколу СТОП, вызывает необходимость дополнительных пояснений к двум последним функциям управления. В ряде случаев может понадобиться принудительно возвратить протокол СТОП в исходное состояние. Для самого протокола СТОП это более сложная проблема, чем для других протоколов V5, поскольку сообщения протокола СТОП отображаются на сигналы конкретных пользовательских портов, которые не предусматривают общего рестарта самого протокола. Если любая сторона интерфейса V5 инициирует рестарт протокола СТОП, она выдает сообщение COMMON-CONTROL: restart. Принимающая сторона должна подтвердить его прием передачей в обратном направлении сообщения СОМMON-CONTROL: restart-acknowledge. Оба этих сообщения, COMMON- CONTROL: restart и COMMON - CONTROL: restart-acknowledge, являются управляющими сообщениями, поэтому подтверждаются, соответственно, сообщениями COMMON-CONTROL-ACK: restart и COMMON-CONTROL-ACK: restart-acknowledge. Такая избыточность подтверждений (на втором уровне плюс двойное квитирование на третьем уровне) обуславливается тем, что сброс протокола СТОП может повлиять на обслуживание нескольких тысяч пользователей. Функция рестарта протокола СТОП включена в протокол управления, хотя ее можно было бы включить в протокол СТОП точно таким же образом, как функция рестарта протокола защиты непосредственно встроена в этот протокол. Естественным также могло бы быть использование сообщения PROTOCOL-ERROR протокола защиты и для других протоколов, либо путем введения его в каждый из этих протоколов, либо включением соответствующих функций общего управления в протокол управления. Логичным было бы использовать в обоих случаях одинаковый подход, но идеальных протоколов, как известно, не бывает.

3.7 Постановка задачи

В настоящее время всё больше людей устремляют свои взоры в сторону передовых технологий. Всё большее количество нашего общества доверяют беспроводному абонентскому доступу, в том числе радиодоступу. И, чтобы довести эти технологии до людей, необходимо выполнить следующие задачи:

рассмотреть существующие системы беспроводного абонентского доступа;

произвести выбор наиболее выгодной системы;

произвести расчёт сетевой нагрузки;

рассмотреть оборудование, применяемое в данной системе;

произвести расчёт используемого оборудования и соединительных кабельных линий;

рассмотреть возможную комплектацию оборудования;

произвести расчёты системы беспроводного абонентского доступа;

произвести расчёты передающих и принимающих устройств;

указать структурную схему используемой системы беспроводного абонентского доступа;

рассмотреть схему удаления абонентов друг от друга и от источника;

рассмотреть существующую схему абонентской линии;

рассмотреть оборудование, используемое на абонентских линиях;

произвести расчёты на экономические затраты;

составить бизнес-план и предложить смету на дальнейшее обслуживание системы;

осветить вопросы эксплуатации данной системы;

рассмотреть вопросы экологии и охраны труда.

4. Расчёты по системе доступа

4.1 Расчет возможной зоны покрытия для системы

Произведем расчет дальности связи между антенной базовой станции (BS-AU) и абонентского блока (SU) на стороне абонента. Оценить ожидаемую дальность связи между блоками AU и SU системы.

Исходные данные для расчета:

устройство доступа (АU);

мощность передатчика - 28 дБм;

минимальный порог уровня на входе приемника - 68 дБм;

частота приема - 3,5 ГГц;

частота передачи - 3,5 ГГц;

затухание в фильтрах и антенных разделителях - 15дБ;

диаграмма направленности антенны - 60?;

коэффициент усиления антенны БС - 11 дБ;

высота расположения антенны - 40 м;

блок фиксированного абонентского доступа (FAU)

диаграмма направленности - 6,1?;

коэффициент усиления антенны - 13,5 дБм;

высота приемной антенны (FAU) - от 3 до 10 м;

напряженность поля, при которой обеспечивается достаточное качество приема, равна 53 дБ.

Определим зону покрытия одной БС по методике расчета, которая основана на данных о распространении радиоволн над среднепересеченной местностью. В расчете приведены кривые распространения радиоволн, которые положены в основу метода расчета (рисунок 4.1).

Данные кривые построены при использовании передатчика мощностью 1 кВт, который создает в пунктах приема на расстоянии r, напряженность поля E, соответствующие пересечению вертикали с кривой высоты, передающей антенны. Но реальные характеристики передатчиков отличаются от принятых в кривых, поэтому вводятся поправочные коэффициенты, а общая расчетная формула имеет вид:

, (4.1)

где Е_с - напряженность поля сигнала, необходимая для получения заданных показателей. Е_с дана в технической документации к оборудованию, Е_с=45 дБ;

В_р.н - поправка, учитывающая отличие номинальной мощности передатчика от мощности 1 кВт, принятой для кривых, дБ;

В_ф - затухание в резонаторных, мостовых фильтрах и антенных разделителях, В_ф=7 дБ;

В_h2 - поправка, учитывающая высоту приемной антенны, дБ;

В_рел - поправка, учитывающая рельеф местности, дБ;

б•l - затухание в фидере передающей и приемной антенны, дБ. В данном типе оборудования не используется, т.к. соединение с блоком RPU происходит с помощью цифровой соединительной линии HDSL.

D_AU - коэффициент усиления антенны БС RPU, D_RPU=11 дБ;

D_SU - коэффициент усиления антенны абонентского оборудования AU, D_SU=13,5 дБ;

В_и - поправка, учитывающая уменьшение восприимчивости к помехам по сравнению с четвертьволновым штырем, дБ.



Рисунок 4.1 - Кривые распространения радиоволн над поверхностью

земли в городской зоне

Определим поправку В_р.н последующей формуле:

дБ, (4.2)

где Р_н - номинальная мощность передатчика, Р_н=316 мВт.

Определим поправку В_h2, учитывающую высоту приемной антенны отличную от 1,5 м, по формуле:

дБ, (4.3)

где h₂ - высота приемной антенны, h₂=10 м.

Поправка, учитывающая реальный рельеф местности В_рел в зоне действия системы радиодоступа, определяется следующим образом. Графики зависимости дальности связи от напряженности поля при различных высотах передающих антенн БС составлены на основании обработки статистической информации об изменениях в условиях среднепересеченной местности. Среднепересеченной считается такая местность, на которой среднее колебание отметок высот на расстоянии 10 - 15 км от БС не превышает 50 м. График для определения рельефа местности, приведен на рисунке 4.2. Для определения колебания уровня местности Дh, рисуют рельеф местности и определяют колебание Дh. Когда Дh отличается от 50 м в ту или иную сторону, следует вносить поправки, определяемые по графикам рисунка 4.2а и рисунка 4.2б для r<100 км. Антенна БС системы Breeze ACCESS имеет секторную конструкцию, один сектор имеет зону охвата 60є, то для охвата зоны в 360є, используется шесть секторов. Дальность связи на каждом секторе определяется из рельефа местности, наличия строений, или других препятствий для прохождения сигнала в прямой видимости.

Рисунок 4.2 - Графики для определения поправки, учитывающей

рельеф местности

По графикам на рисунке 4.2 определим поправку В_рел с учетом рельефа и строений для каждого сектора:

первый сектор.

Характеризуется наличием строений высотой до 10 м. Поправка Дh₅=10 м. Поправка на рельеф В_рел= - 10 дБ;

второй сектор.

Характеризуется наличием одно - двух этажными домами и наличием деревьев высотой до 10 м. Поправка Дh₂=10 м. Поправка на рельеф

В_рел= - 10 дБ;

третий сектор.

Характеризуется наличием одно - двух этажными домами и наличием деревьев высотой до 10 м. Поправка Дh₃=10 м. Поправка на рельеф

В_рел= - 10 дБ;

четвертый сектор.

Характеризуется наличием высотных строений (высота до 28 м). Поправка Дh₅=28 м. Поправка на рельеф В_рел= - 3 дБ;

пятый сектор.

Характеризуется высотой строений до 10 м. На расстоянии пяти километров начинается предгорье, высота местности достигает 100 м, относительно уровня расположения БС. Поправка Дh₄=100 м. Поправка на рельеф В_рел=7 дБ;

шестой сектор.

Характеризуется преобладанием в зоне радиоохвата пяти этажных зданий на расстоянии до 5 км. Все постройки и деревья на более дальнем расстоянии не превышают 14 м. Поправка Дh₁=15 м. Поправка на рельеф В_рел= - 6 дБ.

Рассчитаем поправку ДВ_и, учитывающую уменьшение восприимчивости к помехам по сравнению с четвертьволновым штырем:

дБ, (4.4)

где и_Е - угол диаграммы направленности принимающей антенны, и_Е=6,1є.

Подставляя значения в формулу (4.1), определим напряженность поля, создаваемое передающей базовой станцией (БС) в пункте приема абонентской станцией:

для первого сектора:

дБ

для второго сектора:

дБ

для третьего сектора:

дБ

для четвертого сектора:

дБ

для пятого сектора:

дБ

для шестого сектора:

дБ

По полученным значениям напряженности поля создаваемого БС в пункте приема, определим дальность связи для каждого сектора по графику на рисунке 4.1. Дальность связи каждого сектора составляет:

на первом, втором и третьем - 20 км при Е=34,6 дБ;

на четвертом - 13 км при Е=41,6 дБ;

на пятом - 8 км при Е=51,6 дБ;

на шестом - 17 км при Е=38,6 дБ.

На рисунке 4.3 изображена дальность связи на каждом секторе. Полученные результаты могут отличаться от реальных значений. Сравнивая полученные данные дальности связи можно определить, что средняя дальность связи составляет 16 км, что соответствует средней дальности связи по технической документации.

Рисунок 4.3- Зоны покрытия каждой базовой станции

4.2 Суммарная вероятность ухудшения качества связи

Суммарная вероятность ухудшения качества связи из-за глубоких замираний сигнала, обуславливается в общем случае тремя причинами:

а) экранировкой препятствиями минимальной зоны Френеля при субрефракции радиоволн T₀(V_min);

б) интерференцией в точке приема прямого луча и лучей отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы T_инт(V_min);

в) ослаблением сигнала из-за дождей Т_д(V_min).

Таким образом:

T_пр(V_min) = T₀(V_min) + T_инт(V_min) + T_д(V_min) (4.5)

Определяем среднее значение просвета:

H(g) = H(0) + H(g), (4.6)

H(g) = -(R₀²/4)g*k(1-k),

H(g) = -(39*10³)²/4*(-10*10^-8)*0,5*0,5 = 9,51 м,

H(g) = 23,14 + 9,51 = 32,65 м

Относительный просвет:

P(g) = H(g)/H₀ = ^32,65/_22,66 = 1,44 (4.7)

Вероятность ухудшения качества связи из-за экранировки препятствием минимальной зоны Френеля при субрефракции радиоволн зависит от формы верхней части препятствия. Для унификации расчетов принято аппроксимировать препятствие любой формы сферой. Параметр , характеризующий аппроксимирующую сферу, определяют следующим образом: проводят прямую АВ параллельно радиолучу на расстоянии y = H₀ от вершины препятствия и из профиля находят ширину препятствия r = R₀ = 39 км.

= * (4.8)

где l = r/R₀ = 39/39 = 1;

= y/H₀ = 1

= * = 0,79

Определяем множитель ослабления V₀ при Н(0)=0 [1],V₀ = -18 дБ.

Рассчитаем значение относительного просвета p(g₀) , при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное экранировкой препятствием минимальной зоны Френеля.

p(g₀) = (V₀ - V_min)/V₀, (4.9)

p(g₀) = [ -18 - (-33,67)]/-18 = -0,87

Рассчитаем параметр :

= 2,31 * A[p(g) - p(g₀)], (4.10)

А = 1/ * ,

A = 1/10,5*10^-8 * = 0,983,

= 2,31 * 0,983 * [1,44 - (-0,87)] = 5,3.

Определяем значение T₀(V_min) [1], T₀(V_min) 0 %.

Расчет величины T_инт(V_min) на пересеченном пролете определяется только замираниями из-за отражений радиоволн от слоистых неоднородностей тропосферы.

T_инт(V_min) = V_min² * T(), (4.11)

где V_min - в относительных единицах;

V_min = -33,67 дБ;

V_min² = 4,3 * 10^-4

T() = 4,1*10^-4**R₀*

где = 1 для сухопутных трасс;

R₀ - в километрах;

f₀ - в гигагерцах.

T() = 4,1 * 10^-4 * 39² * = 1,63 %,

T_инт(V_min) = (4,3 * 10^-4)² * 1,63 = 3 * 10^-7 %

Предельно допустимая интенсивность дождя J для данного пролета определяется по известному значению V_min = -33,67 дБ, таким образом, J 190 ^мм/_ч.

По найденной интенсивности дождя определяем Т_д(V_min) 0,00014 %.

Суммарная вероятность ухудшения качества по формуле:

T_пр(V_min) = 0 + 3*10^-7 + 14*10^-5 = 1,4 * 10^-4 %

4.3 Расчет качественных показателей для поселка Федоровка

Рассчитаем качественные показатели (категорию обслуживания для любого времени действия и вероятность обслуживания), обеспечиваемые системой на улицах микрорайона, застроенного одно- двухэтажными и более зданиями, в зоне радиусом 10 км.

Исходные данные:

частота приема абонентской станции равна 2 ГГц;

номинальная чувствительность приемника при соотношении сигнал\шум на выходе 20 дБ, G_h = 1,5 мкВ;

полоса частот телефонного канала равна 0,3-3,4 кГц;

общее затухание элементов антенно-фидерных устройств, В_ф.пер=9.7дБ;

выходная номинальная мощность передатчика, Р_н=30 Вт (Р_н=14,8дБ);

высота антенны базовой станции над нулевой отметкой местности, h₀₁= 210 м;

высота приемной антенны абонентского терминала над уровнем земли, h₂=2 м;

ширина полосы пропускания приемника, П_пр=25 кГц;

длина фидера приемной антенны (РК-75-7-11), l_ф.пр=4 м;

длина фидера передающей антенны (РК-75-7-11), l_ф.пер=50 м;

средняя высота зданий, h_зд=20 м;

средняя ширина улиц, 2b= 30 м.

Преобладающими на указанной частоте являются индустриальные помехи.

Среднее эффективное значение напряженности поля индустриальных помех определяем по формуле:

(4.12)

Е_и.эф=9дБ=3 мкВ/м.

Определяем напряженность поля суммарных помех по формуле:

(4.13)

Другими видами помех по сравнению с индустриальными пренебрегаем.

, (4.14)

(4.15)

где В_н=1 дБ;

( l_ф )_пер=9 дБ;

=0.18 дБ/м;

_пер=3 дБ.

Определяем эффективно излучаемую мощность базовой станции:

дБ. (4.16)

Определяем напряженность поля, создаваемую базовой станцией в наиболее характерных пунктах приема на границе зоны обслуживания.

Для приема на открытых площадях используют формулу:

дБ (4.17)

Коэффициенты которого определяют по номограмме рисунка 4.4.

К₂ находим по семейству кривых четвертого квадранта для Р_дД_у=0,0035 кВт и приведенной высоты передающей антенны:

м,

интерполируя между кривыми 0,003 и 0,004, определяем К₂=11 дБ.

К₃ находим по графику второго квадранта для зоны радиусом действия r = 10 км: К₃= - 40 дБ.

К₄ находим по семейству кривых третьего квадранта для =1,72м и h₂=2м: К₄=7 дБ.

Е_п определим по графику (рисунок 4.5), Е_п=-3 дБ.

Подставляя найденные коэффициенты в формулу (4.17), получаем:

дБ

Для приема на радиальных улицах используем формулу:

(4.18)

Коэффициенты определяем по номограмме рисунка 4.6.

М₁ находим по семейству кривых первого квадранта: для Z= h_зд - h₂ = = 18м и b=22,5м, интерполируя между кривыми 20 и 25, определяем М₁=20 дБ.

М₂= 40дБ определяем по семейству кривых четвертого квадранта для Р_лД_у=0,0035кВт и h=50м.

М₃= - 44дБ определяем по кривой третьего квадранта для зоны действия радиусом r= 10 км и высоты приемной антенны h₂=2 м.

Е_п= - 2дБ.

Подставим найденные коэффициенты в формулу (4.18), получаем:

дБ.

Для приема на поперечных улицах используем формулу:

(4.19)

Коэффициенты которого определяем по номограмме рисунка 4.4:

К`₁= -18 дБ; К₁= - 16 дБ; К₂ =11 дБ; К₃= - 40 дБ; Е_п= - 3 дБ.

Подставим найденные значения в формулу (4.19):

дБ

Определяем значения защитного отношения R_д.

Для открытых площадей:

дБ. (4.20)

Для радиальных улиц:

дБ. (4.21)

23



23

Рисунок 4.6 - Номограмма для определения М₁

Для поперечных улиц:

дБ. (4.22)

Определяем категорию обслуживания, обеспечиваемую базовой станцией на границе зоны обслуживания для 70% пунктов и произвольно выбранного времени действия 90%.

В результате расчета получены следующие значения R_д, дБ:

для передачи данных - 14,7;

для передачи речи - 31,7;

для открытых площадей R_д>R_мин (25,4>>14,7);

для радиальных улиц R_д.р>R_мин (24,4 >> 14,7);

для поперечных улиц категория обслуживания неудовлетворительна.

Поэтому определим максимальное расстояние, на котором обеспечивается заданная категория обслуживания. Для этого находим уровень сигнала, который обеспечит в пункте приема категорию обслуживания 90% разборчивости при R_д.мин=14,7 дБ:

дБ, (4.23)

, (4.24)

При условии Е_с..п =24,3 дБ определяем:

дБ

А по рисунку 4.4 (второй квадрант) находим искомое расстояние r=5.5 км.

Построим график зависимости R_д0>R _{д мин} от ₂, где ₂ - время действия, %. Для построения графика составим таблицу 4.1, в которой R_д=Е_с-Е_п.

Таблица 4.1- Полученные данные

2 %	Защитное отношение сигнал/помеха, дБ
	Для площадей	Для радиальных улиц	Для поперечных улиц
50	30,9	29,9	20,2
70	28,4	27,4	17,7
90	25,4	24,4	14,7
95	23,9	22,9	13,2

Решение, представленное на рисунке 4.4, получено в условиях некоторой неопределенности, связанной с допущением постоянства сигнала во времени, приближенной оценкой уровня помех и параметров технической системы. В связи с этим результаты расчета следует рассматривать с учетом некоторой вероятности их реализации на практике - вероятности обслуживания.

Вероятность обслуживания определяется стандартными отклонениями величин, участвовавших в расчете: _{с , t}, которая учитывает замирания в течение длительного времени, определяемые по кривым, в соответствии с рисунком 4.7 (_{с 50} =0; _{с. 90} = 1,5 дБ; _с.99 = 5,5 дБ); _t, которая учитывает отклонение уровней помех от средних значений в течение длительного времени ( ₅₀ =0; ₉₀ = 5 дБ; ₉₉= 8 дБ ); _R, которая учитывает неопределенность выбранного значения R _д (выбираем примерно равной 2 дБ).

Общая неопределенность:

(4.25)

Так как при взаимной независимости эти значения имеют нормальное распределение вероятности, то график _т(₂) строят по трем точкам рисунок 4.7. Первой точкой кривой является величина ₅₀ ==2 дБ. Второй точкой кривой можно выбрать, например, величину ₉₀ ==5,6 дБ. Третья точка кривой, например, имеет значение ₉₉==9,9 дБ.

Вероятность обслуживания определяется в зависимости от нормированного аргумента - процента времени действия t_а= (R_д70-R_д50)/_т, где R_t определяется по таблице 4.1, а _т - по рисунку 4.8.

Так, если R_д70=28,4дБ; R_д50=30,9дБ, а _т70=3дБ, то

t_а= (R_д70-R_д50)/_т= - 0,83, а вероятность обслуживания равна 0,2, т.е. чем больше время действия, тем меньше вероятность обслуживания при неизменном сигнале.



4.4 Расчет пропускной способности системы

Отличительной и положительной особенностью системы является наличие параметров QoS (Quality of Service) - параметров качества услуги, которые возможно регулировать.

QoS состоит из: CIR (Committed Information Rate) гарантированной полосы пропускания и MIR (Maximum Information Rate) - максимальной скорости передачи. Именно QoS, как свойство системы, позволило реализовать VoIP (Voice over Internet Protocol) - передачу голоса без потери качества, что обычно считается проблемой.

Для сжатия речи в системе используются кодеки G.711 (64 кбит/с), G.729 (8 Кбит/с) и G.723.1 (6,3 кбит/с).

Кроме того, наличие CIR позволяет планировать емкость системы в случае превышения физических возможностей сети. Так, если количество пользователей в ячейке - соте превышает физические возможности БС в 10 раз, то вероятность достижения значения CIR, т.е. получения абонентом гарантированной полосы пропускания, равна 97%. Таким образом, для БС на 6 секторов количество пользователей с CIR=64 кбит/с и MIR=128 кбит/с в диапазоне 2,4 равно 960, а в диапазоне 3,5 равно 1740, соответственно со значением 0,1 Эрланг на абонента.

В случае, когда, к примеру, CIR = 512 К, а вероятность достижения CIR составляет 99,5%, общее количество пользователей равно 18 и 32 соответственно. При распределении абонентов, когда, к примеру, у 20% пользователей CIR=256 кбит/с имеющих 80% трафика, а у 80% пользователей CIR=64 кбит/с соответственно имеющих 20% трафика, емкость системы 2,4 в ячейке с базовой станцией на 6 секторов составляет порядка 300 абонентских устройств. Емкость системы в диапазоне 3,5 ГГц за счет использования технологии частотного дуплекса (FDD) выше, а максимальное количество абонентов путем планирования емкости системы и использования возможности совместной работы трех AU (Access Unit) - устройств доступа в одном секторе можно довести до 5220 абонентских устройств.

4.5 Оценка требуемого числа каналов и вероятности потери вызова

Данная методика расчета основана на методе динамики моментов, базирующегося на тех же исходных линейных дифференциальных уравнениях теории непрерывных марковских цепей, описывающих изменение вероятностей дискретных состояний в непрерывном времени, что и формула Эрланга. Метод предусматривает агрегирование состояний однородных и независимых элементов системы на основании того, что среднее число Е_i элементов, находящихся в i-м состоянии, есть произведение общего числа элементов N(У E_i = N) на вероятность p_i пребывания в состоянии i.

В данном случае элементами системы являются абоненты, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний: в пассивном 1 и в состоянии занятия второго канала на время сеанса связи (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 - Состояние системы

Если л и м ? интенсивности перехода одного абонента между состояниями 1, 2, то уравнения динамики средних имеют вид:

, (4.26)

(4.27)

Отсюда для установившегося режима:

(4.28)

Таким образом, среднее число занятых каналов равно:

, (4.29)

где с ? приведенная интенсивность заявок

(4.30)

Пусть случайная дискретная величина x_ij может принимать только два значения:

(4.31)

Ряд распределения имеет для каждого j один и тот же вид:

· при x_i=0, р_i=1- р_i;

· при x_i=1, р_i= р_i.

Здесь p_i ? вероятность пребывания в состоянии i.

Поэтому дисперсия численности состояния i = 2 есть сумма N одинаковых значений дисперсии величины x_ij = x_i:

, (4.32)

(4.33)

В соответствии с "правилом трех сигм" практически возможное максимальное значение числа занятых каналов составляет (естественно, в предположении о нормальном распределении числа занятых каналов). На этом основании требуемое число n каналов для обслуживания N абонентов, каждый из которых создает в ЧНН нагрузку р, выражается как:

, (4.34)

где К - коэффициент допустимости отказа, определяемый как значение аргумента (нормированного средним квадратическим отклонением) при подходящем значении функции нормального распределения.

Коэффициент K выбирается из условия допустимости отказа. При допустимости в среднем одного отказа на 70 вызовов K=2,2. При допустимости в среднем одного отказа на 100 вызовов K=2,31.

Определим число требуемых каналов n на соединительной линии между проектируемой станцией EWSD и сетью СТОП для 1000 абонентов:

канала

Для оценки точности формулы сравним результаты вычислений с результатами вычислений, вычисленных по первой формуле Эрланга. Такое сопоставление произведем для р = 0,05 (т. е. для нагрузки одного абонента 0,05 эрл), результаты показали, что различие между двумя методами расчета составляет 14 %.

Рассчитаем вероятность потери вызова.

Для определенных выше (по методу динамики средних) математического ожидания Е2 и дисперсии D2 и в соответствии с предположением о нормальном распределении случайной численности состояния вероятность отказа Р_ОТК можно выразить через интеграл Лапласа:

, (4.35)

Т.е. вероятность превышения такой случайной величиной значения n, или превышения отклонения от среднего величины n - E₂:

(4.36)

Подстановка дает вероятность отказа Р_ОТК:

(4.37)

Ошибка составляет:

, (4.38)

гдеP_n соответствует вероятности потерь по первой формуле Эрланга и определяется только ошибкой Дn по формуле (4.38), а также ошибкой, связанной с предположением о нормальном распределении численности состояния.

Влияние ошибки Дn на погрешность определения Р_ОТК можно оценить из сопоставления с вычислениями по первой формуле Эрланга при K=2,2...2,31 (т. е. для Ротк=0,01...0,014), N?20 и значениях 0,04?с?0,1, характерных для нагрузки, создаваемой в ЧНН средним абонентом квартирного телефона. В частности, ДРотк<0,0З P_n для Дn=(0,01...0,015)n и погрешность определения Р_ОТК из-за ошибки оценки n порядка 1...1,5% составляет менее 7% или по абсолютному значению ДРотк<0,0004. Следовательно, существенной может быть только погрешность, вносимая допущением о нормальном законе распределения.

Оценка погрешности по сходимости распределений.

В соответствии с приведенным выше рядом распределения величины x_ij распределение суммы N независимых случайных величин является биномиальным и поэтому верна следующая оценка:

(4.39)

В правой части неравенства отсутствует параметр N, поэтому даже при N < 10 вероятность превышения числом |n - E₂| величины для K=2,2...2,31 и с = 0,05...0,1 составляет не более 0,042...0,046. С ростом N биномиальное распределение быстро стремится к нормальному. Степень приближения нормальному распределению определяется близостью величины эксцесса нулевому значению.

На рисунке 4.10 показано (в логарифмических шкалах) изменение максимального значения эксцесса. График соответствует вероятности не менее 0,015 вызова от одного абонента в течение средней длительности разговора. При увеличении N от 10 до 1000 величина эксцесса приближается к нулевому значению эксцесса нормального распределения (уменьшается с шести до 0,06), т. е. "островершинность" симметричной кривой плотности биномиального распределения практически исчезает.



Рисунок 4.10 - График изменения максимального значения эксцесса

Таким образом, как формулу (4.38) для числа каналов, так и приближенную формулу (4.40) для вероятности потери вызова можно считать приемлемыми с точностью порядка 1% (причем последнюю для практических случаев, когда рассматриваются тысячи и десятки тысяч абонентов).

4.6 Расчет задержек при передаче речи

В очередях сообщения упорядочены по времени их поступления. Когда в канале заканчивается передача очередного сообщения, то управление переходит к программе “Привратник”. Программа выбирает для очередной передачи сообщение с наивысшим приоритетом, если очереди более старших приоритетов не содержат сообщений, т.е. оказываются пустыми. Выбранное для передачи сообщение захватывает канал на все время его передачи. Если в систему поступает N простейших потоков сообщений с интенсивностями , средние длительности передачи сообщений каждого типа, соответственно, равны , и вторые начальные моменты соответственно , то среднее время t_к ожидания в очереди сообщений, имеющих приоритет К, определится соотношением:

, (4.40)

где,

t_x =

Получим соотношение среднеквадратичного отклонения времени передачи сообщения:

(4.41)

гдек = 1, 2, …, N.

t_x =

Данный алгоритм задержек сообщений при передаче речи представлен на рисунке 4.11.

В соответствии с данным алгоритмом разработана программа, представленная ниже.

10 CLS

20 SUM = 0

30 INPUT "ВВЕДИТЕ N"; N

40 INPUT "ВВЕДИТЕ Rk:"; RK1

50 INPUT "ВВЕДИТЕ Rk-1:"; RK2

60 FOR I = 1 TO N

70 INPUT "ВВЕДИТЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА:"; L

80 INPUT "ВВЕДИТЕ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ:"; T

90 S = L * T

100 SUM = SUM + S

110 NEXT I

120 TK = SUM / 2 * (1 - RK2) * (1 - RK1)

130 PRINT "Tk=:"; TK

140 END

Рисунок 4.11 - Алгоритм задержек сообщения

5. Охрана труда

5.1 Общие сведения

Все работники, занятые на строительстве, эксплуатационном обслуживании и ремонте радиорелейных линий связи, обязаны знать и неуклонно соблюдать меры безопасности ведения работ и противопожарные мероприятия.

До начала работ необходимо тщательно проверить наличие и исправность инструмента, защитных средств, предохранительных приспособлений, лестниц, стремянок, подъемных приспособлений и механизмов и т.п. Индивидуальные защитные средствами приспособления должны быть испытаны в установленные правилами сроки и промаркированы датой следующего испытания.

Руководители цехов, служб, участков, мастера и другие должностные лица, возглавляющие участки работ на предприятии, обязаны:

· знать перечень работ с повышенной опасностью;

· организовывать проведение всех видов инструктажа и обучение подчиненных работников безопасным методам и приемам работы;

· обеспечивать правильную и безопасную организацию рабочих мест;

· обеспечивать работников индивидуальными защитными средствами и приспособлениями, следить за их своевременной проверкой;

· участвовать в расследовании несчастных случаев;

· принимать меры по устранению причин, их вызвавших.

Руководители работ, а также инженеры, электромеханики или опытные работники, назначенные приказом администрации предприятия, обязаны лично присутствовать, руководить и обеспечивать строгое выполнение требований правил техники безопасности на особо опасных участках.