Контрольная работа: Анализ параметров сотовой сети подвижной связи

После подстановки в (2.11) параметров модели Ли из табл. 2.5 (Р₁ и γ ) для трассы "типовая пригородная" и выражения для из табл. 2.4 , определяется уровень мощности сигнала на входе приемника МС:

Р_с = - 61,7 +(Р_БС - 40) - 38,4 lgR_mi +α₂ +α₃+α₄+α₅ , дБм, (2.12)

Полагая, что удобнее измерять протяженность трассы в километрах вносим поправку ( 1 миля = 1,6 км.). Поправка при подстановке протяженности трассы (R) в километрах (1 миля =1,6 км.) равна:

 = 38,4lg(R/1,6) = 38,4(lgR -lg1.6) = 38,4lgR - 7,84. (2.13)

Подставив величины  и  , вычисленные по данным Табл.1 исходных данных и Табл. 2.4, и поправку (-7,84) из (2.13) в (2.12), находим:

=Р_БС - 109,54 - 38,4 lgR + 20lg(h_l)+l0lg(h₂) + g_l + g₂, (2.14)

здесь R выражено в км, a h_l и h₂ - в метрах.

Расчёт зависимостей уровня сигнала в точке приёма от расстояния (Р_С(R)) необходимо проводить по следующей расчетной формуле:

Р_С(R) = К - 38,4 lgR (2.15)

Здесь: К = Р_БС - 109,54 + 20lg(h_l)+l0lg(h₂) + g_l + g₂, дБм, (2.16)

- показатель, не зависящий от расстояния и определяемый по исходным данным индивидуально для каждого варианта контрольной работы. При этом коэффициент усиления антенны БС - g₁ определяется по Табл.1 исходных данных, а для МС принимается g₂= 0.

Аналогичным образом необходимо рассчитать зависимости Р_С(R) по модели Ли для открытой территории и для городской застройки.

. Расчет отношения сигнал - интерференция

В разделе 1.2 были рассмотрены принципы построения кластера для однородных моделей. В этих моделях антенны БС - ненаправленные, расстояние между БС с одинаковой частотой равно:

 = q; q = ; d = , (3.1)

где  - радиус соты, N - размерность кластера, q - показатель размерности кластера. На рис. 1.4 приведен кластер размерности N = 7 и пунктиром показаны пути шести мешающих сигналов при всенаправленных антеннах БС. Мешающие станции обозначены М1- М6.

Рис.3.1

Расстояние от точки А до МС с номером j обозначим R_j. Для вычисления R_j. используем упрощенный рис. 3.1, аналогичный рис. 1.4. На рис. 3.1 обозначено местоположение БС - точка О, МС -- точка А и местоположение мешающих станций Ml...М6. Длины отрезков Ml - О, М2 - О, ...М6 - О равны d (3.1). Радиус внутренней окружности OA -- радиус соты R_0.. Очевидно, длина Ml - А равна расстоянию от МС до Ml, длина М2-А равна расстоянию до М2 и т.д. По рис. 3.1 путём несложных геометрических построений можно определить расстояния:

 = d-;  = ; R₃ = ; (3.2)

Подставив сюда значения из (3.1), получим:

=(q - 1);

=(; (3.3)

=(;

=(;

Степень воздействия сигналов мешающих станций, работающих на частоте своей станции, на полезный сигнал, определяется по показателю «медианное отношение сигнал - интерференция» (SIR), зависящего от размерности кластера N.

Для определения медианного отношение сигнал - интерференция воспользуемся упрощенной аналитической зависимостью между мощностью принимаемого сигнала Р_с и расстоянием от БС до МС, которая в общем виде может быть представлена как

Р_с = К₀R^-n (3.4)

Показатель n зависит от расстояния, высоты антенны БС и характера городской застройки. По результатам измерений Окамуры этот показатель меняется от 2-х (для свободного пространства) до 5-и в условиях плотной городской застройки.

Мощности сигналов, приходящих на МС представим в виде (3.4), приняв R =  для своего сигнала и R = R_j для j-ого мешающего сигнала. Если энергетические параметры базовых станций в сети одинаковы, то отношение медианной мощности j-ого мешающего сигнала к медианной мощности своего сигнала равно:

=, (3.5)

При нескольких мешающих сигналах на МС воздействует суммарная помеха, медианная мощность которой равна сумме медианных мощностей отдельных сигналов. Тогда медианное отношение сигнал - интерференция определится как

SIR= -10lg() = 10lg(), дБ(3.6)

где m - число мешающих сигналов.

По (3.6), воспользовавшись соотношениями (3.3), можно найти усредненное медианное отношение сигнал - интерференция для 7-и элементного кластера, т.е. для N = 7. Для других значений N можно упростить выражения (3.3), заменив конкретные расстояния R₁…..R₆ на расстояния между центрами сот. По рис. 3.1 это означает замену расстояний М_j - А на М_j - О, т.е. на d, а т.к. среди расстояний М_j - А есть как расстояния большие d, так и расстояния меньшие d, то в целом такое упрощение оправдано.

Для правильных 6-и гранных сот в выражении (3.6) значение m = 6 независимо от размерности кластера N, если учитывать воздействие мешающих БС только ближнего круга. Тогда (3.6) преобразуется следующим образом:

SIR=10lg()=10lg()=10lg(6d/R₀)ⁿ=10lg(6d/d/q)ⁿ =10nlg(6q)=10nlg(6), (3.7)

Произведены замены R_j = d и R₀ = d/q. Приняв, далее, n = 3 окончательно получим:

SIR = 30lg(6), дБ (3.8)

Например, для 3-х элементного кластера получим SIR = 30 lg 18 = 37.7 дБ, а для

-и элементного SIR = 30 lg (6 = 30 lg 45.3 = 50 дБ.

. Расчет числа частотных каналов на БС

Рассматривая ССПС, как систему массового обслуживания, определим необходимое число рабочих каналов в БС при заданной вероятности потери вызова из-за их занятости. После этого можно будет определить необходимое число частотных каналов в БС.

Выбор числа рабочих частот в каждой соте, а также числа рабочих и управляющих каналов производится в зависимости от нагрузки, создаваемой абонентами данной соты. Фирма Motorola предлагает для определения чисел каналов рассчитывать общую нагрузку на БС в предположении, что нагрузка от одного абонента (удельная нагрузка) составляет у = 0.025 Эрл (Это соответствует потоку вызовов с интенсивностью λ = 1 выз/час при средней продолжительности разговора - t = 90 с).

Табл. 4.1 содержит сведения, необходимые для определения числа каналов, а следовательно, и числа частот на БС, в зависимости от числа абонентов (нагрузки), обслуживаемых этой станцией. В стандарте GSM в каждом частотном канале имеется 8 временных окон, из которых небольшая часть выделяется под каналы управления (CCH), а основная часть - под рабочие каналы (TCH). Например, при 4-х частотных каналах из 32-х временных окон 30 отведены под рабочие каналы, а два оставшихся окна используются под управляющие каналы.

Общая телефонная нагрузка на БС в час наибольшей нагрузки (ЧНН) определяется как:

Y = Ny = Nλt, (4.1)

где N - число абонентов, обслуживаемых данной БС, а у - удельная нагрузка от одной МС. Величина обслуживаемой нагрузки зависит как от числа каналов, так и от требуемого качества обслуживания, которое в данном случае задаётся в виде допустимой вероятности потерь (вероятности отказа в предоставлении канала - Р_отк).

Для расчёта числа частотных каналов при известном числе абонентов необходимо по (4.1) найти нагрузку в Эрлангах и по табл. 4.1 подобрать соответствующую строку для требуемого качества обслуживания.

Таблица 4.1. Зависимость чисел каналов различных типов от нагрузки

Например, при числе абонентов N = 300 по (1) получим Y = 7.5 Эрл. Тогда, при требуемом качестве обслуживания - не более 1% потерь (Р_отк= 0.01), придётся выделить 3 частотных канала (22 канала ТСН), так как 2 частотных канала при этих требованиях смогут обслужить только 7.4 Эрл нагрузки. Если же смягчить требования по допустимым потерям, например, увеличить допустимые потери до Р_отк= 0.02, то можно обойтись 2-я частотными каналами (14 каналов ТСН).

Список литературы

1. Берлин А.Н. Цифровые сотовые системы связи. - М.: Эко-Трендз, 2007.

2. Бабаков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007.

3. Маковеева М.М. Расчет энергетических параметров сотовых систем радиосвязи. Учебное пособие / МТУСИ. - М.: ЗАО." Информсвязьиздат". 1997.-26 с.

4. Нерсесянц А.А. Сборник лабораторных работ по исследованию систем и сетей связи на имитационных GPSS-моделях. Учебное пособие / МТУСИ СКФ.: Ростов-на-Дону, 2008.