Планирование радиосети UMTS

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. Планирование зоны обслуживания и пропускной способности радиосети UMTS

3.1 Основные этапы планирования радиосети UMTS

Как правило, планирование радиосети включает в себя несколько этапов. Как и в сетях второго поколения они могут быть разделены на 3 фазы: начальное планирование(расчет, постановка целей), детальное планирование радиосети и работы по оптимизации. В сотовых системах, в которых все каналы связи в воздушном интерфейсе работают на одной частоте(WCDMA), количество одновременно обслуживаемых пользователей влияет на уровень шумов в системе. Следовательно, планирование зоны обслуживания и емкости радиосети UMTS не могут быть отдельными этапами планирования, в отличие от планирования радиосети GSM, где эти два этапа могут четко разграничиваться. В системах третьего поколения важную роль начинают играть сервисы по передаче данных. Множество различных сервисов требуют обширного процесса планирования учитывающего особенности каждой из предоставляемых услуг. Такими особенностями являются, например, разные требования к качеству обслуживания(QoS) для каждого сервиса. Ранее при планировании систем второго поколения предоставляющих услуги голосовой связи, было достаточно определить покрытие и вероятность отказа. но со временем все более и более важным становится определение вероятности обслуживания для абонентов находящихся в помещении или в автомобиле. В случае планирования UMTS данная проблема чуть более многомерна. Для каждого конкретного вида услуги необходимо определение и соответственно выполнение требований к качеству обслуживания(QoS target). На практике данное означает, что самые строгие требования должны определять плотность расположения базовых станций.

Также есть и общие аспекты в планировании зон обслуживания радиосетей GSM и UMTS. В обеих системах как восходящая радиолиния(uplink) так и нисходящая радиолиния(downlink) должны быть проанализированы. При планировании сети GSM необходимо добиваться баланса, то есть допустимые потери на трассе вверх и вниз должны быть одинаковыми. В UMTS одна из радиолиний может быть нагружена сильнее чем другая, следовательно эта линия будет ограничивать емкость и зону обслуживания соты. Расчеты связанные с распространением радиоволн, в основном одинаковы для всех технологий радиодоступа, с той лишь разницей что используются разные модели распространения. Еще одна общая черта это необходимость оценки уровня помех. В случае WCDMA это необходимо для анализа чувствительности приемников и нагрузки, в TDMA это основа частотного планирования.

Предварительное планирование представляет собой первую приблизительную оценку требуемого числа сетевых элементов(конфигурация, количество базовых станций) и их соответствующую емкость. Данный этап включает в себя как планирование сети радиодоступа так и базовой сети. В данной дипломной работе рассматриваются конкретно методы планирования радиосети. Задача начального этапа планирования это рассчитать необходимую плотность расположения базовых станций и их конфигурацию для определенной территории. Данный этап включает в себя расчет бюджета радиолинии, оценку емкости сети, анализ покрытия, и как результат количество необходимого оборудования. Распределение нагрузки сети по различным сервисам, распределение трафика по территории и требования к качеству обслуживания являются исходными данными для расчета.



3.2 Расчет бюджета радиолиний системы WCDMA

Задача расчета бюджета радиолиний это оценка максимальных допустимых потерь на трассе. Зная значение допустимых потерь, и используя подходящую модель распространения можно вычислить радиус соты. При расчете бюджета радиолинии учитываются параметры антенн, потери в кабелях, выигрыши от разнесения, запасы на замирания и.т.д. Результатом расчета является максимальные разрешенные потери на трассе.

Основные параметры использующиеся в расчете:

E_b/N₀ - отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума. Требуемое отношение E_b/N₀ зависит от типа сервиса, скорости передвижения абонента и радиоканала.

, (3.1)

, (3.2)

, (3.3)

где

-мощность принимаемого сигнала;

I - мощность помехи;

-суммарная мощность полученная от обслуживающей соты(исключая собственный сигнал);

-суммарная мощность полученная от других сот;

б - фактор ортогональности;

R - скорость передачи;

W - полоса частотного канала;

Pn - мощность шума.

Минимально допустимое значение E_b/N₀ на входе приемника по сути является характеристикой оборудования(приемника), следовательно оно будет индивидуальным для оборудования разных производителей, также оно будет разным для приемников базовой и мобильной станций в следствие различий в сложности их устройства. Однако, значения требуемого отношения E_b/N₀ определено спецификациями 3GPP(3GPP 25.101) для различных типов условий(типов радиоканала). Данные требования c учетом параметров оборудования Nokia Flexi WCDMA BTS представлены в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Значения E_b/N₀ для различных типов услуг

Восходящая линия	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ
тип сервиса скорость	Телефония	64 кбит/c	144 кбит/c	384 кбит/c
3 км/ч	4,4	2	1,4	1,7
120 км/ч	5,4	2,9	2,4	2,9
Нисходящая линия	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ	Eb/N0, дБ
тип сервиса скорость	Телефония	64 кбит/c	144 кбит/c	384 кбит/c
3 км/ч	7,9	5	4,7	4,8
120 км/ч	7,4	4,5	4.2	4,3

Требуемое значение E_b/N₀ зависит от

· типа услуги (скорость передачи, требование к BER,BLER, метод канального кодирования);

· радиоканала (Скорость движения абонента, частота, многолучевость);

· типа соединения (Мягкий хэндовер, разнесенный прием, использование быстрого управление мощностью).

Требуемое отношение сигнал/шум вычисляется по формуле:

Таким образом, в системе WCDMA соотношение E_b/N_0, больше чем отношение сигнал/шум в раз, - величина называемая коэффициентом расширения или выигрышем от обработки. Поэтому допустимое соотношение сигнал/шум в приемнике может быть много меньше единицы.

Чувствительность приемника. Чувствительность приемника ограничена тепловым шумом. Спектральная плотность шума N₀ определяется, как

N₀=k•T (3.5)

где k- постоянная Больцмана (1.38•10^-23 Дж/K), T - температура проводника. Мощность теплового шума в приемнике зависит от полосы пропускания фильтра. Для стандарта UMTS полосу согласованного фильтра можно принять равной 3.84 МГц. Мощность теплового шума в приемнике:

N= k•T•B=1.38•10^-23•293•3.84•10⁶=1.55•10^-14 Вт, (3.6)

N=10•log(1.55•10^-14/0.001)=-108,2 дБмВт.

В реальном приемнике уровень шумов также определяется качеством внутренних компонентов таких как малошумящие усилители, фильтры, которые также создают дополнительный шум. Коэффициент шума приемника равен отношению сигнал/шум на его входе и выходе K_ш=10log₁₀(С/Ш)_вх/(С/Ш)_вых. Поэтому мощность собственных шумов приемника можно записать:

P_ш= N+K_ш (дБмВт). (3.7)

Минимально допустимый уровень сигнала на входе приемника определяется как:

P_пр(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) - G_обр(дБ), (3.8)

где

(E_b/N₀)_треб - требуемое значение E_b/N₀,

G_обр - выигрыш от обработки.

Минимально допустимый уровень сигнала на входе приемника зависит от требуемого отношения E_b/N₀, скорости передачи данных пользователя, качества аналоговых компонентов приемника, уровня помех. Помехи могут создавать разные источники: абоненты из обслуживающей соты, абоненты обслуживающиеся другими сотами, а также другие источники, создающие действующие в диапазоне используемого частотного канала.

Запас на допустимые внутрисистемные помехи.

При расчете используется величина запаса на внутрисистемные помехи, которая характеризует возрастание мощности шума на входе приемника. Для расчета, принимают что запас на внутрисистемные помехи равен [2]:

L=-10•log₁₀(1-з), (3.9)

где з - относительная загрузка соты в восходящей или нисходящей линии.

Как видно, запас на внутрисистемные помехи это функция от загрузки соты, чем больше разрешенная нагрузка в соте, тем большую величину запаса необходимо учесть в расчете. При росте нагрузки до 100% запас на помехи стремится к бесконечности и зона обслуживания соты уменьшается до нуля. Зависимость значения данной величины от загрузки соты представлена на Рис. 3.1:

Рис. 3.1 Зависимость значения запаса на внутрисистемные помехи от значения относительной загрузки соты

Для восходящей линии относительная загрузка соты может быть определена с помощью выражения [16]:

где

K_N - количество пользователей;

W- скорость передачи чипов в WCDMA (3.84 Мчип/c);

- требуемое отношение E_b/N_0, для пользователя с номером k;

- скорость передачи данных пользователя с номером k;

- коэффициент занятия услуги;

i - отношение I_oth/I_own, где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own - принятая мощность от абонентов обслуживающей соты. i характеризует «изоляцию» соты. Обычно данная величина составляет от 0.15(локальные микро-БС) до 1.2(в случае плохого планирования).

Относительная загрузка соты в нисходящей линии уменьшена на величину б характеризующую ортогональность кодов в нисходящей линии [16]:

Также загрузку соты можно определить с помощью соотношения [16]:

где m- количество услуг предоставляемых в соте;

- скорость передачи данных для услуги;

- требуемое отношение E_b/N₀ для услуги.

Выигрыш за счет мягкого хэндовера. Как уже было описано в данной работе, мягкий хэндовер имеет место в том случае, когда мобильная станция соединена как минимум с двумя сотами одновременно. В случае, если эти соты принадлежат двум разным базовым станциям(Node B) объединение двух восходящих каналов осуществляется контроллером радиосети (RNC). В случае, если соты принадлежат одной базовой станции объединение сигналов осуществляется базовой станцией. В нисходящей линии объединение двух каналов осуществляется RAKE-приемником мобильной станции методом оптимального сложения. Можно рассматривать, как метод разнесенного приема, при использовании которого сигналы разных каналов складываются с учетом их весовых коэффициентов, а коэффициенты усиления в каждом канале прямо пропорциональны среднеквадратичному значению мощности сигнала и обратно пропорциональны среднеквадратичному значению мощности шума в этих каналах. При оптимальном сложении отношение сигнал/шум на выходе максимально. Выигрыш от мягкого хэндовера достигается за счет макро-разнесенного приема, следовательно уменьшает негативные эффекты от теневых зон и замираний. В реальной сети, зоны обслуживания большинства сот пересекаются. На границе соты мобильная станции может выбрать лучшую соту из доступных в данный момент, то есть мобильная станция не ограничена одним соединением. Это ведет к тому, что запас на замирания может быть снижен при расчете бюджета радиолинии, происходит уменьшение требуемого значения E_b/N₀. Выигрыш от мягкого хендовера зависит от условий распространения радиоволн. В городах где замирания сигналов очень существенны, корреляция между сигналами пришедшими от разных источников мала, как результат возрастает выигрыш от использования мягкого хендовера. И наоборот в сельской местности когда сигналы незначительно подвержены замираниям, корреляция между сигналами от разных источников возрастает и выигрыш уменьшается. Величина выигрыша может меняться в пределах 2-5 дБ. Типичная величина выигрыша, которой задаются, для расчета бюджета радиолинии составляет 2-3 дБ.

Ограничение управления мощностью или запас на быстрые замирания. Алгоритм быстрого управления мощностью введен в UMTS для того, чтобы поддерживать требуемое значение E_b/N₀ на входе приемника постоянным во время быстрых замираний, обусловленных многолучевостью. глубина замираний может доходить до 30 дБ. Быстрое управление мощностью особенно важно для абонентов имеющих малую скорость передвижения так как они не могут быстро изменить свое положение для компенсации глубоких замираний. На границе соты, мощность передатчика мобильной станции максимальная, таким образом не остается запаса на управление мощностью для компенсации быстрых замираний. Для того чтобы учесть этот процесс в расчете зададимся величиной запаса на быстрые замирания. Величина запаса на быстрые замирания зависит от скорости абонента. Типичные значения величины запаса в зависимости от скорости абонента представлены в таблице 3.2 [2].

Таблица 3.2

Типичные значения величины запаса на быстрые замирания

Тип абонента, скорость перемещения	Типичная величина запаса на быстрые замирания
Небольшая скорость (3 км/ч)	3-5 дБ
Средняя скорость (50 км/ч)	1-2 дБ
Высокая скорость (120 км/ч)	0.1 дБ

Рассчитаем допустимые потери на трассе для восходящей и нисходящей линии. Расчет произведем для услуги требующей скорости передачи данных в нисходящей и восходящей линии 384 кбит/c.

Расчет восходящей радиолинии. Расчет осуществляется в несколько этапов.

1. Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС определяется из (3.8):

P_прбс(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) - G_обр(дБ),

где (E_b/N₀)_треб - требуемое значение E_b/N_0,

G_обр - выигрыш от обработки,

P_ш - мощность собственных шумов приемника.

Для анализа выбран тип оборудования БС Nokia Flexi WCDMA BTS. Коэффициент шума приемника данной базовой станции менее 3 дБ. Для расчета примем Kш=3 дБ.

Мощность шумов приемника БС из (3.7):

P_ш = N+K_ш=-108,2+3=-105,2 дБмВт.

Минимально допустимое значение E_b/N₀ на входе приемника для данного типа сервиса составляет 1.7 дБ при скорости абонента 3 км/ч.

Выигрыш от обработки составляет:

G_обр =10log(R_чип/R_польз)=10log(3,84•10⁶/384•10³)=10 дБ,

R_чип -чиповая скорость стандарта UMTS, 3,84•10⁶ чип/c,

R_польз- скорость передачи данных пользователя, 384000 бит/c.

Также, как описывалось выше, необходимо учесть выигрыш за счет мягкого хендовера и запас на внутрисистемные помехи. Величину выигрыша примем равной G_хо=2 дБ. Величину запаса на внутрисистемные помехи определим из выражения (3.9). Величину относительной загрузки соты для начального расчета примем равной 50%. Допустимым значением величины относительной загрузки соты считается 50%. Выбор этой величины обусловлен следующими соображениями:

· Неустойчивость работы системы управления мощностью при нагрузках превышающих 75%, которая проявляется в попытках осуществления больших корректирующих воздействий регулировки мощности в качестве реакции на небольшие быстрые изменения нагрузки.

· Необходимостью резервирования 30% ресурсов емкости соты для процедур мягкого хэндовера.

Запас на внутрисистемные помехи равен:

L_п =-10•log₁₀(1-0.5)=3 дБ.

С учетов вышеуказанных факторов, минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС равна:

P_прбс=P_ш + (E_b/N₀)_треб - G_обр + L_п - G_хо =-105,2+1.7-10+3-2=-112,5 дБмВт.

2. Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

P_пр=P_прбс + L_фидер -G_бс + L_ff =-112,5 +3-18+3=-124,5 дБмВт,

где L_фидер - потери в фидере, дБ. Как правило, длина и тип фидера выбирается таким образом, чтобы значение затухания в нем составляла не более 3 дБ;

G_бс - коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ. Для расчета примем G_бс=18 дБ, типичное для секторных антенн базовых станций;

L_ff -запас на быстрые замирания, дБ. Значение L_ff примем равным 3 дБ.

3. Эффективно излучаемая мощность мобильной станции определяется выражением:

P_измс=P_мс+G_мс - L_тело=21+0-0=21 дБмВт,

где P_мс - мощность передатчика мобильной станции. Для расчета взята минимальная мощность мобильной станции определенная стандартом(класс 4 - 21 дБмВт);

G_мс - коэффициент усиления антенны базовой станции, принята равной 0 дБ;

L_тело - потери на затухание в теле абонента. Для расчета L_тело принимают равным 3 дБ. Необходимо заметить, что как правило, потери на затухание в теле учитываются для голосовых типов услуг, и могут не учитываться для услуг по передаче данных. В данном случае L_тело=0 дБ.

4. Максимально допустимые потери на трассе равны:

L= P_измс- P_пр=21+124,5=145,5 дБ.

Расчет нисходящей радиолинии также осуществляется в виде последовательных этапов.

1. Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС определяется аналогичным выражением(как и для БС):

P_прмс(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) - G_обр(дБ).

Приемник мобильной станции более простой, чем приемник БС, в нем используются более простые компоненты, следовательно, его коэффициент шума выше. Стандартом коэффициент шума приемника МС должен иметь значение <9 дБ. Для расчета примем Kш=8 дБ.

Мощность собственных шумов приемника МС:

P_ш = N+Kш=-108,2+8=-100,2 дБмВт.

Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС с учетом запаса на внутрисистемные помехи и выигрыш от мягкого хэндовера равна:

P_прмс=P_ш + (E_b/N₀)_треб - G_обр - L_п - G_хо =-100,2+4,8-10+3-2=-104,4 дБмВт,

где (E_b/N₀)_треб -минимально допустимое значение E_b/N₀ на входе приемника для данного типа сервиса составляет 4.8 дБ при скорости абонента 3 км/ч;

G_обр =10log(R_чип/R_польз)=10log(3,84•10⁶/384•10³)=10 дБ;

R_чип -чиповая скорость стандарта UMTS, 3,84•10⁶ чип/c;

R_польз- скорость передачи данных пользователя. 384000 бит/c;

L_п - запас на внутрисистемные помехи. Примем что сота в нисходящей линии загружена также как и в восходящий. L_п =3 дБ;

G_хо - выигрыш за счет мягкого хендовера примем также 2 дБ.

2. Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

P_пр=P_прмс + L_тело -G_мс + L_ff =-104,4+0-0+3=-101.4 дБмВт,

где L_тело - потери на затухание в теле абонента. Для услуг по передачи данных L_тело=0.

G_мс - коэффициент усиления антенны мобильной станции, дБ. Значение G_мс принято равным 0 дБ.

L_ff -запас на быстрые замирания, дБ.

3. Эффективно излучаемая мощность БС:

P_избс=P_бс+G_бс - L_фидер=40+18-3=55 дБмВт,

где P_бс - мощность передатчика базовой станции на кодовый канал. Для данного типа сервиса величина максимальной мощности передатчика на кодовый канал составляет 40 дБмВт[параметры оборудования Nokia];

G_бс - коэффициент усиления антенны базовой станции;

L_фидер - потери обусловленные затуханием в фидере.

4. Допустимые потери на трассе:

L= P_избс- P_пр=55+101.4 =156.4 дБ.

В данном расчете не учитывались затенения сигнала препятствиями(здания, деревья и.т.д.), затухания вносимые стенами зданий для абонентов находящихся внутри помещений. Величина этого запаса влияет на величину вероятности обслуживания в соте.

Статистический анализ измерений уровня принимаемого радиосигнала показывает, что величина потерь L, в каждой конкретной точке между базовой и мобильной станцией на любом расстоянии может рассматриваться как случайная величина которая подчиняется нормальному гауссовскому распределению относительно среднего значения потерь.

L(d)[дБ]=Lср(d)[дБ]+Xд[дБ]

Где Xд - случайная величина, имеющая нормальное распределение, со средним значением ноль, среднеквадратическим отклонением д.

P_пр(d)=P_прд - L(d) [дБ].

Для нахождения вероятности обслуживания в соте необходимо задать величину среднеквадратического отклонения, степень потерь модели распространения n. В случае, если необходимо учесть обслуживание абонентов внутри помещений, необходимо задать величину потерь на проникновение в здание. Обычно она составляет 15-20 дБ. Следующее выражение определяет вероятность обслуживания в соте[1]. Вероятность обслуживания в соте - вероятность того что уровень принимаемого сигнала P_пр примет значение большее значения минимально допустимого уровня сигнала х0:

,

Где

,

,

где P_пр - уровень принимаемого сигнала. х0- минимально допустимый уровень сигнала. Величина х0-P_пр - является искомым запасом на медленные замирания;

д -среднеквадратическое отклонение;

n - степень потерь.

erf(x) -функция ошибок.

Рассматривается участок сети находящейся в плотной застройке, более того в рассматриваемом районе много жилых домов внутри которых также требуется обеспечить покрытие.

Характерные значения величины среднеквадратического отклонения и степени потерь представлены в таблице 3.3 [2]:

Таблица 3.3

Значения величины среднеквадратического отклонения и степени потерь для различных типов местности

Тип местности	N	дoutdoor	дindoor
Сельская местность	3,2	8	-
Пригород	3,5	8	4
Город	3,5	7	5
Плотная городская застройка	4	7	6

Из таблицы, примем д_outdoor=7 дБ, д_indoor=6 дБ (среднеквадратические отклонение замираний в открытом пространстве и помещении соответственно).

Суммарное среднеквадратическое отклонение:

=?9 дБ.

степень потерь модели распространения n=4.

Требование к вероятности нахождения в зоне обслуживания - 95%

Постепенно увеличивая величину запаса добьемся требуемого значения вероятности.

(Расчет производился в среде MathCad). Результат расчета представлен в виде таблицы 3.4:

Таблица 3.4

Зависимость вероятности обслуживания в соте от значения запаса на медленные замирания

х0-Pпр, запас на медленные замирания	Вероятность обслуживания в соте
5	0.88
6	0.899
7	0.915
8	0.929
9	0.942
10	0.953

Таким образом, требуемое значение запаса на медленные замирания равно L_sf=10 дБ.

Величина допустимых потерь на трассе равна:

L=L_max-L_sf-L_зд,

где L_max- максимально допустимые потери на трассе,

L_зд- потери на проникновение в здание,

L_sf-значение запаса на медленные замирания.

Для передачи данных со скоростью 384 кбит/c получим значения допустимых потерь:

Восходящая линия

L=L_max-L_sf-L_зд=145,5-10-15=120,5 дБ.

Нисходящая линия

L=L_max-L_sf-L_зд=153,4-10-15=128,4 дБ.

Для расчета зоны обслуживания или радиуса соты, берется меньшее из значений допустимых потерь в восходящей или нисходящей линии.

Для расчета покрытия, определяют требуемый уровень пилотного сигнала(CPICH), определяющий потери на трассе, таким образом, по уровню CPICH можно судить о доступности того или иного сервиса. Обычно, уровень пилотного сигнала составляет 10% от суммарной мощности передатчика БС. Выходная мощность БС составляет 43 дБмВт. Соответственно мощность пилотного сигнала равна P_CPICH=33 дБмВт.

Мощность принимаемого пилотного сигнала для доступности услуги должна составлять:

P_прCPICH= P_избс- L_max+(P_CPICH- P_бс) (дБмВт),

где P_избс - эффективно излучаемая мощность БС на кодовой канал,

L_max - максимально допустимые потери на трассе,

P_бс- мощность передатчика БС на кодовый канал,

P_CPICH- мощность пилотного сигнала БС.

P_прCPICH=55-145.5+(33-40)=-97,5 дБмВт.

С учетом потерь на проникновение в здания и величины запаса на медленные замирания.

P_прCPICH= P_избс- L+(P_CPICH- P_бс)=-72,5 дБмВт,

где L-допустимые потери на трассе.

Результаты расчета сведены в таблицу 3.5.

Таблица 3.5

Бюджет радиолиний 384 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c	3840000
Скорость передачи восходящей линии бит/c	384000
Скорость передачи нисходящей линии бит/c	384000
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ	3	8
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105,2	-100,2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	1,7	4,8
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2,0	2,0
Выигрыш от обработки, дБ	10,0	10,0
Запас на помехи, дБ	3,0	3,0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-7,3	-4,2
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-112,5	-104,4
Потери в фидере, дБ	3,0	0,0
Потери в теле, дБ	0,0	0,0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18,0	0,0
Запас на быстрые замирания, дБ	3,0	3,0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-124,5	-101,4
Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция
Мощность передатчика, дБмВт	21	40
Потери в кабеле, дБ	0	3
Потери в теле, дБ	0	0
Коэффициент усиления антенны, дБ	0	18
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт	21	55
Максимально допустимые потери на трассе, дБ	145,5	156,4
Потери на проникновение в здание, дБ	15	15
Запас на медленные замирания, дБ	10	10
Допустимые потери на трассе, дБ	120,5	128,4
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-72,5

Аналогично выполнен расчет бюджета радиолиний для других услуг: телефония(12,2 кбит/c), видеотелефония(64 кбит/c), передача данных(144 кбит/c). При расчетах использовались данные из таблицы 3.1. Мощность передатчика БС на кодовый канал выбиралась из таблицы 3.6.

Таблица 3.6

Мощность передатчика БС на кодовый канал[параметры использующиеся в оборудовании Nokia]

Тип услуги	Телефония, 12,2 кбит/c	Видеотелефония, 64 кбит/c	Передача данных, 144 кбит/c	Передача данных, 384 кбит/c
Максимальная мощность передатчика на канал, дБмВт	34,2	37,2	40	40

Результаты расчетов приведены в нижеследующих таблицах 3.7-3.9:

Таблица 3.7

Бюджет радиолиний 12,2 кбит/c(телефония)

Скорость следования чипов, чип/c	3840000
Скорость передачи восходящей линии бит/c	12200
Скорость передачи нисходящей линии бит/c	12200
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ	3	8
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105,2	-100,2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	4,4	7,9
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2,0	2,0
Выигрыш от обработки, дБ	25,0	25,0
Запас на помехи, дБ	3,0	3,0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-19,6	-16,1
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-124,7	-116,2
Потери в фидере, дБ	3,0	0,0
Потери в теле, дБ	0,0	3,0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18,0	0,0
Запас на быстрые замирания, дБ	3,0	3,0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-136,7	-110,2
Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция
Мощность передатчика, дБмВт	21	34,2
Потери в кабеле, дБ	0	3
Потери в теле, дБ	3	0
Коэффициент усиления антенны, дБ	0	18
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт	18	49,2
Максимально допустимые потери на трассе, дБ	154,7	159,4
Потери на проникновение в здание, дБ	15	15
Запас на медленные замирания, дБ	10	10
Допустимые потери на трассе, дБ	129,7	134,4
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-81,7

Таблица 3.8

Бюджет радиолиний 64 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c	3840000
Скорость передачи восходящей линии бит/c	64000
Скорость передачи нисходящей линии бит/c	64000
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ	3	8
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105,2	-100,2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	2,0	5,0
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2,0	2,0
Выигрыш от обработки, дБ	17,8	17,8
Запас на помехи, дБ	3,0	3,0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-14,8	-11,8
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-119,9	-111,9
Потери в фидере, дБ	3,0	0,0
Потери в теле, дБ	0,0	0,0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18,0	0,0
Запас на быстрые замирания, дБ	3,0	3,0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-131,9	-108,9
Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция
Мощность передатчика, дБмВт	21	37,2
Потери в кабеле, дБ	0	3
Потери в теле, дБ	0	0
Коэффициент усиления антенны, дБ	0	18
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт	21	52,2
Максимально допустимые потери на трассе, дБ	152,9	161,1
Потери на проникновение в здание, дБ	15	15
Запас на медленные замирания, дБ	10	10
Допустимые потери на трассе, дБ	127,9	133,1
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-79,9



Таблица 3.9

Бюджет радиолиний 144 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c	3840000
Скорость передачи восходящей линии бит/c	144000
Скорость передачи нисходящей линии бит/c	144000
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ	3	8
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105,2	-100,2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	1,4	4,7
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2,0	2,0
Выигрыш от обработки, дБ	14,3	14,3
Запас на помехи, дБ	3,0	3,0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-11,9	-8,6
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-117,0	-108,7
Потери в фидере, дБ	3,0	0,0
Потери в теле, дБ	0,0	0,0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18,0	0,0
Запас на быстрые замирания, дБ	3,0	3,0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-129,0	-105,7
Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция
Мощность передатчика, дБмВт	21	40
Потери в кабеле, дБ	0	3
Потери в теле, дБ	0	0
Коэффициент усиления антенны, дБ	0	18
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт	21	55
Максимально допустимые потери на трассе, дБ	150,0	160,7
Потери на проникновение в здание, дБ	15	15
Запас на медленные замирания, дБ	10	10
Допустимые потери на трассе, дБ	125,0	132,7
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-77,0

Сравнение значений допустимых потерь на трассах радиолиний GSM и WCDMA.

На основе расчетов проведенных в главе 1, и данном разделе, составлена таблица 3.10. В качестве допустимых потерь выбрано наименьшее из значений в восходящей или нисходящей радиолинии, так как именно оно будет ограничивать зону обслуживания БС.

Таблица 3.10

Значение допустимых потерь на трассах радиолиний GSM и WCDMA

Тип радиолинии	Допустимые потери на трассе, дБ
GSM, телефония	149,3
WCDMA, 12,2 кбит/c	154,7
WCDMA, 64 кбит/c	152,9
WCDMA, 144 кбит/c	150
WCDMA, 384 кбит/c	145,5

В таблице 3.10 показано, что значения допустимых потерь на трассах радиолиний GSM и WCDMA, отличаются незначительно. Если рассматривать, что сеть стандарта GSM работает в диапазоне 1800 МГц, можно судить о том, что зоны обслуживания БС GSM и UMTS соизмеримы. Следовательно, площадки на которых установлены БС GSM обеспечивающие сплошное покрытие, могут использоваться для построения БС UMTS обеспечивающих также сплошное покрытие в районе. Построение зоны обслуживания сети UMTS при использовании существующих площадок произведено в 4 главе данной работы.



3.3 Методика анализа емкости системы UMTS

В данном разделе рассматривается методика анализа емкости соты UMTS. Для анализа взяты исходные данные, определяющие абонентскую нагрузку на начальном этапе развертывания сети.

Исходные данные для расчета:

· Количество пользователей: 9000;

· Объем речевого трафика от абонента: T_{абголос} = 20 мЭрл;

· Объем трафика видеовызова от абонента: T_{абвидео} =6 мЭрл.

Для представления размерности пакетного трафика в Эрлангах использована формула:

T_эрл =T(бит/ч)/R(бит/c)/3600,

где T_эрл -пакетный трафик (Эрл),

T_эрл-количество загруженной/выгруженной информации за час пользователем(бит/ч),

R -скорость передачи пользователя.

· Объем пакетного трафика загружаемого(нисходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 144 кбит/c. T_144DL=500 кбайт/час.

T_144DLэрл=8•1000•T_144DL/(1000•144)/3600=0,008 Эрл.

· Объем пакетного трафика загружаемого(нисходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 384 кбит/c. T_384DL= 500 кбайт/час.

T_384DLэрл=8•1000•T_144DL/(1000•384)/3600=0,006 Эрл.

· Объем пакетного трафика передаваемого(восходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 144 кбит/c. T_144UL =200 кбайт/час.

T_144ULэрл=8•1000•T_144UL/(1000•144)/3600=0,003 Эрл.

· Объем пакетного трафика передаваемого(восходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 384 кбит/c. T_384UL=200 кбайт/час.

T_384ULэрл=8•1000•T_384UL/(1000•384)/3600=0,001 Эрл.

· Требуемый процент блокировок вызова 2%.

Расчет предельной теоретической емкости соты для восходящей линии. В WCDMA все соты системы используют одну и ту же частоту, поэтому емкость данной системы ограничена помехами. Следовательно, допустимая емкость системы не должна приводить к росту внутрисистемных помех выше заданного уровня. Рассчитаем предельную емкость соты, при которой уровень внутрисистемных помех стремится к бесконечности и покрытие соты уменьшается до нуля. Предельную емкость соты можно вывести из выражения для относительной загрузки соты. Относительная загрузка соты может быть вычислена из данного выражения (3.10):

где

K_N - количество пользователей;

W- скорость передачи чипов в WCDMA (3.84 Мчип/c);

- требуемое отношение E_b/N₀;

- скорость передачи данных пользователя;

- коэффициент занятия услуги;

i - отношение I_oth/I_own, где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own - принятая мощность от абонентов обслуживающей соты.

Принимая во внимание, что требование к отношению E_b/N₀, скорость передачи данных, одинаково для всех пользователей, можно вывести выражение определяющее предельное количество одновременно обслуживаемых абонентов(предельную емкость соты) для каждой из предоставляемых сетью услуг. Формула получена из выражения для относительной загрузки соты, принимая, что значение относительной загрузки равно 1.

Предельная емкость соты или количество одновременных соединений равно:

, (3.26)

где

G_обр- выигрыш от обработки.

Произведем расчет предельной емкости соты для предоставляемых типов услуг: голосовая телефония, видео-телефония, передача данных со скоростью 144 кбит/c, передача данных со скорость 384 кбит/c.

Выигрыш от обработки для данных скоростей передачи составляет:

или в дБ,

скорость следования чипов в WCDMA равна 3,84 Мчип/c.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.11:

Таблица 3.11

Выигрыш от обработки для различных типов услуг

Тип услуги, скорость передачи данных	Выигрыш от обработки, раз	Выигрыш от обработки, дБ
Телефония, 12,2 кбит/c	315	25
Видео-телефония, 64 кбит/c	60	18
Передача данных 144 кбит/c	27	14
Передача данных 384 кбит/c	10	10

i - отношение I_oth/I_own, где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own - принятая мощность от абонентов обслуживающей соты. Характеризует «изоляцию» соты. В таблице 3.12 представлены типичные значения величины i для различных типов сот [2].

Таблица 3.12

Значения величины i для различных типов сот

Пико-сота внутри помещения	Микросота с ненаправленной антенной	Макросота с ненаправленной антенной	2-х секторная БС	3-х секторная БС	6-и секторная БС
0.1-0.2	0.25-0.55	0.45	0.55	0.65	0.85

Для хорошо изолированных сот(indoor, пикосоты), значение i очень мало и составляет около 0.1. Соответственно для макросот значение i увеличивается в связи с возможным перекрытием зон обслуживания. Также заметно влияние количества секторов в соте на увеличение i, это связано с тем что для многосекторных БС используются антенны с более узкой диаграммой направленности, а следовательно и с большим коэффициентом усиления, соответственно зона обслуживания такой БС возрастает. Из выражения (3.26) следует, что для увеличения емкости системы необходимо стремиться к лучшей изоляции сот(уменьшению значения i). Для этого применяется регулируемый угол наклона ДН антенн в вертикальной плоскости, правильный выбор азимутов для юстировки антенн и другие методы. В данном случае, рассматривается участок сети в городской застройке(район Ясененво), где используется 3-х секторные БС. Таким образом примем для расчета значение i=0.65.

коэффициент занятия услуги. Данный коэффициент описывает отношение времени передачи данных пользователя к общему времени занятия канала, в случае применения прерывистой передачи(DTX). Типичное значения величины данного коэффициента для телефонии составляет 50%, так как принимается, что половина разговора занимают паузы. Для расчетов значения данного коэффициента выбрано 67% с учетом запаса на передачу каналов сигнализации(DPCCH), который принят равным 17%. Для услуг предоставляющих передачу данных коэффициент занятия услуги принимается равным 100%, так как канал для передачи данных резервируется и используется абонентом только в период самой передачи.

Результат расчетов предельной емкости по формуле (3.26) в восходящей линии представлен в таблице. При расчетах были приняты значения , i, E_b/N₀(таблица 3.1) на основе вышесказанного. Результат расчетов предельной емкости в восходящей линии представлен в таблице 3.13.

Таблица 3.13

Предельная емкость соты в восходящей линии

Тип услуги, скорость передачи	Предельная емкость соты, количество одновременных соединений (пользователей)
Телефония, 12.2 кбит/c	104
Видеотелефония, 64 кбит/c	24
Передача данных, 144 кбит/c	12
Передача данных, 384 кбит/c	4

Расчет предельной теоретической емкости соты для нисходящей линии.

Предельную емкость соты для нисходящей линии можно также вычислить из выражения для относительной загрузки соты в нисходящем канале (3.11):

В сравнении с формулой для относительной загрузки соты в восходящей линии, в данном выражении используется параметр коэффициент ортогональности в нисходящем канале. В радиоинтерфейсе WCDMA используются ортогональные коды Уолша переменной длины в нисходящей линии для разделения каналов пользователей. В случае отсутствия многолучевости ортогональность этих каналов сохраняется. Однако в многолучевом радиоканале, ортогональность кодов нарушается. Следовательно возрастает уровень внутрисистемных помех. Потеря ортогональности нисходящих каналов характеризуется значением величины б. Данная величина оказывает значительное влияние на площадь покрытия и емкость соты в нисходящем канале. Идеальная ортогональность означает, то что взаимная корреляция всех каналов равна 0, следовательно, нежелательные каналы могут быть полностью отделены от полезной информации в приемнике МС. Коэффициент ортогональности равный 1 соответствует идеальной ортогональности нисходящих каналов. Значение 0 соответствует полной потери ортогональности нисходящих каналов. Обычно значение коэффициента ортогональности принимает значение от 0.4 до 0.9 в многолучевых радиоканалах. При расчетах задаются неким постоянным коэффициентом ортогональности зависящим от

· типа местности

· класса базовой станции

· типа радиоканала

Типы местности часто используются в различных инструментах для планирования, а также при расчетах для того, чтобы характеризовать среду распространения. В случае открытого типа местности(случай прямой видимости) всегда присутствует основная компонента сигнала и относительно низкий уровень прочих компонент. Следовательно, в этом случае коэффициент ортогональности будет максимальным. В случае городского типа местности(плотная застройка) обычно нет прямой видимости между передающей антенной БС и антенной МС, соответственно на вход приемника поступает множество отраженных компонент с различными величинами задержек, вследствие этого ортогональности нисходящих каналов уменьшается, что отражается в уменьшении коэффициента б для данного типа местности. В загородном типе местности есть большая вероятность присутствия основной компоненты (прямого луча), в этом случае коэффициент ортогональности будет выше чем для городского типа местности. Значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности представлены в таблице 3.14 [2]:

Таблица 3.14

Среднее значение коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности для макро

Тип местности	Открытая местность	Пригород	Город	Плотная застройка
Коэффициент ортогональности	0.825	0.65	0.525	0.4

Тип БС также влияет на коэффициент ортогональности. Для макро-БС коэффициент ортогональности выбирается в зависимости от типа местности, где расположена БС. Однако, в городских условиях, антенна БС обычно располагается ниже уровня застройки, следовательно, зона обслуживания такой соты значительно меньше. В данном случае можно принять, что сигнал не будет сильно подвержен влиянию многолучевости, ввиду меньшего количества отражений и влияния дифракции. Как результат, коэффициент ортогональности выше в микросотах, чем в зоне обслуживания макро-БС. В случае пикосот, или БС расположенных в помещениях, коэффициент ортогональности еще выше, так как обычно в таких случаях используется распределенная антенная система с множеством антенн, следовательно почти всегда антенна МС находится в прямой видимости от передающей антенны БС. Зависимость коэффициента ортогональности от типа БС отражена в таблице 3.15.

Таблица 3.15

Средние значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа базовой станции

Тип БС	Макро	Микро	Пико
Коэффициент ортогональности	0.5-0.6	0.8	0.9

Для расчетов значение коэффициента ортогональности принято равным 0.6. Так как в данном примере тип местности рассматриваемого участка сети можно принять как «плотная городская застройка», т.е предполагается значительное влияние многолучевости на распространение сигнала БС.

Предельная емкость соты, количество одновременных соединений(пользователей) может быть получено из формулы (3.11):

(3.27)

Данное выражение получается из (3.11), путем выражения , относительная загрузка соты принимается равной 1.

Для расчетов предельной емкости использовались следующие исходные данные представленные в таблице 3.16:



Таблица 3.16

Исходные данные для расчета предельной емкости соты в нисходящей линии

Тип услуги	коэффициент занятия услуги

Подобные документы

• Система частотной автоподстройки

  Расчет номинального значения петлевого усиления, параметров сглаживающих цепей и минимального значения отношения мощности сигнала к мощности помехи. Системы автоматической подстройки частоты на примере функциональной схемы супергетеродинного приемника.
  
  курсовая работа [211,3 K], добавлен 24.04.2009
  

• Связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания

  Типы линий связи и способы физического кодирования. Модель системы передачи информации. Помехи и искажения в каналах связи. Связь между скоростью передачи данных и шириной полосы. Расчет пропускной способности канала с помощью формул Шеннона и Найквиста.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.11.2013
  

• Аналого-цифровой преобразователь на переключаемых конденсаторах

  Выбор типа аналого-цифрового преобразователя на переключаемых конденсаторах. Структурная схема сигма-дельта модулятора. Генератор прямоугольных импульсов. Действующие значения напряжений и токов вторичных обмоток трансформатора, его параметры и значения.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.03.2016
  

• Схема напряжения на диодах

  Определение среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке и амплитудного значения тока через диод. Схема тока заряда и разряда конденсаторов и двухкаскадного усилителя. Параметрический стабилизатор постоянного напряжения на стабилитроне.
  
  контрольная работа [465,6 K], добавлен 19.10.2010
  

• Структура микроконтроллера

  Зависимость работы некоторых устройств микроконтроллера от состояния дополнительных однобитовых запоминающих элементов — установочных битов (Fuse Bits). Исходные значения установочных битов. Конструкция и особенности работы генератора тактового сигнала.
  
  реферат [381,3 K], добавлен 21.08.2010
  

• Расчет дальности действия радиолокационной станции в различных условиях помеховой обстановки

  Расчет требуемого отношения сигнал-шум на выходе радиолокационной станции. Определение значения множителя Земли и дальности прямой видимости цели. Расчет значения коэффициента подавления мешающих отражений. Действие станции на фоне пассивных помех.
  
  контрольная работа [1,3 M], добавлен 22.11.2013
  

• Оценка числовых характеристик случайной погрешности на основе эксперимента

  Расчёт относительной погрешности сопротивления резисторов. Оценка математического ожидания относительной погрешности сопротивлений резисторов, дисперсии относительных погрешностей сопротивлений резисторов, отклонения измеренного значения величины.
  
  контрольная работа [22,5 K], добавлен 29.04.2009
  

• Планирование и оптимизация сотовых систем связи 3-го поколения

  Основные принципы построения сетей сотовой связи 3-го поколения. Ожидаемые воздушные интерфейсы и спектры частот. Общая характеристика сети UMTS и анализ ее основных параметров. Этапы планирования и оптимизации сети по совокупности показателей качества.
  
  дипломная работа [2,0 M], добавлен 08.06.2011
  

• Конструирование и технология тонкоплёночных ГИС

  Проектирование пленочных элементов. Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов, значения ширины, длины. Нахождение средней линии меандра. Коэффициент запаса электрической прочности. Особенности монтажа навесных компонентов, бескорпусных транзисторов.
  
  контрольная работа [105,2 K], добавлен 30.12.2014
  

• Система автоматического слежения по направлению

  Расчет номинального значения петлевого коэффициента передачи (добротности) системы. Расчет С.К.О ошибки слежения, вызванной помехами. Минимальное значение отношения мощности сигнала к мощности помехи по критерию равенства вероятности срыва слежения.
  
  курсовая работа [770,4 K], добавлен 14.10.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам