3 Системное проектирование сетей подвижной связи»

3.1 Общие вопросы проектирования сетей подвижной связи

Общие положения

На этапе принятия решения о построении системы связи с подвижными объектами общего пользования (ССПО-ОП) требуется определить:

• емкость системы ( возможное число пользователей)

• географический размер сети

• стратегию развития сети

• необходимые инвестиции

• источники финансирования.

Далее требуется :

• осуществить краткосрочный и долгосрочный прогноз роста числа пользователей

• распределение и объем трафика во времени и пространстве

• выбор поставщиков оборудования.

Возможное число пользователей сети связи вычисляется при заданном числе радиоканалов, нагрузке на одного абонента и допустимой вероятности потери вызова..

Возможное число пользователей определяет требования к параметрам элементов сети:

• емкости коммутационной станции системы

• пропускной способности канала сигнализации зоны.

Итак , на этапе принятия решения следует иметь информацию:

• полоса частот

• ожидаемое число абонентов

• определение зоны обслуживания

• требуемое качество обслуживания

• основные сведения о местности( на основе цифровых карт).

После принятия решения на построение сети требуется:

• разработать проект сети подвижной связи

• провести сертификацию оборудования

• обеспечить прогноз радиочастотной обстановки в зоне обслуживания

• разработать систему тарифов

• сформировать систему управления и технического обслуживания сети

• осуществить обучение и переподготовку инженерно-технического персонала.

Определяющим при проектировании сети является планирование радиосети, которое является итеративным процессом с выполнением следующих шагов:

• синтеза или модификации структуры сети

• прогнозирование напряженности поля по зоне ответственности оператора

• оценка формы сотовых ячеек

• анализ зоны обслуживания для каждой ячейки и сети в целом

• оценка матриц ЭМС , содержащих вероятности создания взаимных помех для всех пар ячеек

• назначение частот

• окончательный анализ работы с учетом помех.

Экономически оправданно начинать строительство сети с одного коммутационного узла, обслуживающего всю зону. С ростом числа базовых станций и количества пользователей требования к коммутационной станции возрастают. Администрация сети должна постоянно контролировать объемы нагрузки, с тем чтобы определить момент введения новой коммутационной станции, т.е. момент организации новой зоны. При этом администрация сети должна учесть необходимость затрат на введение службы "роуминг".

Итак, на этапе принятия решения по построению сети следует собрать информацию о будущей сети. Сюда входит знание полосы частот, ожидаемое число абонентов, определение охватываемой зоны действия и требуемого качества обслуживания, Эта информация должна быть достаточной для грубого задания параметров сети. Кроме того, должны быть получены основные сведения о местности на основе цифровых карт местности, которые бы содержали оценку территории и ее морфоструктуры в масштабах региона, а также, по возможности, и регионов, находящихся за пределами сети. Данные о передаваемом трафике должны быть преобразованы в цифровую форму в виде банка данных о плотности трафика, отображающего региональное распределение абонентов. Возможно, в дальнейшем вследствие неоднородности роста трафика, следует создавать отдельные банки данных.

Компания (оператор) и местная администрация должны рекомендовать собственные здания и недвижимое имущество в качестве возможных участков для развертывания элементов сети. Местоположения в сети, представляющие особый интерес и требующие наивысшего качества обслуживания, должны оговариваться особо. Должна быть определена стратегия охвата зоной действия туннелей, шоссейных дорог и т.д.

После принятия решения на построение ССПО-ОП требуется:

• разработать проект ССПО-ОП;

• провести сертификацию оборудования сети;

• обеспечить прогноз радиочастотной обстановки в зоне обслуживания и в сотах;

• разработать систему тарифов;

• сформировать систему управления и технического обслуживания

• ССПО-ОП;

• осуществить обучение и переподготовку инженерно-технического

• состава.

Определяющим при проектировании ССПО-ОП является планирование радиосети, которое является итеративным процессом с выполнением следующих шагов:

• синтеза или модификации структуры сети;

• прогнозирования напряженности поля по зоне ответственности фирмы-оператора;

• оценки формы сотовых ячеек;

• анализа зоны обслуживания для каждой ячейки и сети в целом;

• оценки матриц электромагнитной совместимости, содержащих вероятности создания взаимных помех для всех пар ячеек;

• назначения частот;

• окончательного анализа работы с учетом помех.

Процесс планирования осуществляется постепенно, шаг за шагом, и выливается в предложения по построению сети сотовой связи и анализу ее работы.

План построения сети сотовой связи содержит координаты сот в географической системе координат, число ячеек, подлежащих обслуживанию, необходимые высоты антенн, направленность и коэффициенты усиления антенн, мощности передатчиков, количество приемопередатчиков в сотах и перечень выделенных (назначенных) частот.

Анализ работы содержит для каждой ячейки и для всей сети данные о предполагаемом трафике и вероятности блокирования вызова, о вычисленных значениях напряженности поля и основанные на этом данные о вероятности нарушения радиосвязи из-за наличия зон неуверенного приема и помех радиоприему или вследствие того и другого. Результаты анализа представляются либо в графической форме, либо в числовой.

При планировании радиосети используется модель определения напряженности поля, при этом учитывается уклон местности, эффективная высота антенны, дифракция над множественными препятствиями, смешанная морфоструктура трассы между подвижной и базовой станциями. Модель распространения для каждого региона имеет весьма характерные и отличные от других параметры, зависящие от архитектуры городов, растительности и землепользования. Поэтому рекомендуется производить измерение напряженности поля для калибровки модели распространения. Применительно к данному региону целесообразно выбирать до 10 участков типового характера. Необязательно, чтобы эти участки были частью будущей сети. Измерения проводятся при немодулированных несущих с использованием подвижного измерительного пункта, оснащенного измерительным приемником, системой определения местоположения и компьютером для снятия и записи данных измерений.

Часть действий, которые сопровождают выбор участков, составляют действия по проверке зоны охвата Измерения проводятся с целью проверки того, что выбранный участок оказывается в зоне уверенного приема, как это было предсказано при планировании сети Из-за ограниченности времени на этапе начального планирования оказывается сложным предсказать объем измерений для определения зоны уверенного приема. Если на исследуемом участке предусматривается установка башни или мачты, испытания по проверке зоны уверенного приема должны производиться при установке передающей аппаратуры на данной высоте. Проверка зоны уверенного приема может быть ограничена границами соты и в наиболее важных районах зоны.

Для того чтобы не только измерять напряженность поля, но также оценивать качество радиоканалов в реальных условиях распространения, а также исследовать вопросы регулирования мощности, влиянии дополнительных источников помех и преимуществ, получаемых за счет ППРЧ в цифровых ССПО-ОП, требуется использование более сложного оборудования.

В начале работы по планированию радиосети заказчик может определить ряд зданий или объектов недвижимости, которые он предлагал бы использовать в будущем как участки размещения базовых станций. Планирование радиосети позволит получить перечень участков, оптимальных по местоположению и высоте, исходя из оценки возможностей по передаче трафика и реальных помех. Естественно, что участки, которые полностью соответствуют требованиям, можно найти только в редких случаях и в последующем необходимо найти компромиссное решение, обеспечивая при этом достаточный уровень эксплуатационных характеристик сети.

Таким образом, первоначальный вариант участков развертывания базовых станций следует рассматривать как своего рода ориентировочный. Здесь можно руководствоваться следующими правилами:

- для равнинной местности могут допускаться отклонения от идеальной позиции до 1/4 диаметра сотовой ячейки;

- для холмистой местности все зависит от топографии местности;

- для городских условий вблизи участка не должно находиться высоких зданий или башен и антенна должна устанавливаться на уровне значительно превышающем верхний уровень крыш зданий в соответствующей ячейке (более предпочтительны здания с плоской крышей)

Помимо требований по выбору местоположения и высоты есть требование к достаточной вместимости площади помещения, по максимальной нагрузке на квадратный метр, к длине антенного кабеля, по доступу на крышу и т.д. Если предполагается возвести мачту или башню, грунт должен быть твердым и подходящим для возведения фундамента. Кроме того, требуется своевременное подведение электрических и цифровых линий передач.

Временная и логическая последовательность действий при планировании радиосети, под которыми следует понимать процедуру по определению числа базовых станции, мест их расположения, частотного плана с учетом выполнения заданных требований при минимальной стоимости, содержит ряд этапов:

Этап 1. Получение исходных данных.

Этап 2. Построение первого приближения радиосети. На основе анализа распространения волн разрабатывается предварительный план построения сотовой сети с выдачей предложений о координатах и типах антенн, ориентации и мощности передатчика каждого отдельного участка. План построения сотовой сети содержит данные об имеющихся предполагаемых участках для развертывания базовых станций. Анализируется эффективность работы сети, которая сравнивается с требованиями заказчика.

Этап 3. Измерение напряженности поля в наиболее характерных точках зоны обслуживания сети (осуществляется; как правило, параллельно с осуществлением этапов 1 и 2).

Этап 4. Калибровка модели распространения, использованной для планирования радиосети, основываясь на основе измерений напряженности поля.

Этап 5. Анализ эффективности работы сети и оценка ее соответствия требуемым эксплуатационным характеристикам. Если требования не удовлетворяются, то производится корректировка плана построения сотовой сети с изменениями предполагаемых участков для развертывания базовых станций.

Этап 6. Привязка участков развертывания базовых станций, определенных планом построения сотовой сети, к местности. Для каждого участка необходимо определение вариантов размещения, близких по местоположению к предложенной позиции (месту) и имеющих достаточную высоту.

Этап 7. Перебор всех возможных вариантов размещения базовых станций с последующим анализом сети и ранжирование результатов анализа в соответствии с прогнозируемыми характеристиками.

По результатам этапа 7 могут приниматься следующие решения.

Если характеристики проверенного места размещения базовой станции подходят, то:

- проводятся переговоры об аренде участка;

- если они прошли успешно, то участок включается в план построения сотовой сети, если нет - в соответствии с ранжировкой берется следующий участок и т.д.;

- производятся измерения по проверке реальной напряженности поля;

если в процессе планирования станет очевидно, что участок подходит, он арендуется и можно начинать подготовительные работы по развертыванию базовой станции.

Если участки подобрать не удалось, следует вернуться к этапу 6 и оценить возможность перекрытия этого участка базовыми станциями зоны обслуживания, используя расчетные методики и измерительные средства.

В работающей сети для ее оптимизации целесообразно производить:

1) исследование совместной работы базовых станций с целью уточнения перекрытия зоны обслуживания и наличия взаимных помех;

2) оптимизацию тех параметров базовых станций, которые определяют передачу команд управления (в частности управление мощностью), оптимизировать размер соты с тем, чтобы добиться снижения потока следования команд управления и низкого процента нарушения связи из-за задержки передачи управления, добиться более сбалансированного трафика, высокого уровня успешных попыток успешного вызова, низкой вероятности появления помех при передаче управления внутри соты, повысить вероятность охвата обслуживаемой зоны и т.д.;

3) спецификацию и анализ измерений трафика и частоты появления событий (например, передачи управления, обновления данных о местонахождении и т.д.);

4) мероприятия по увеличению пропускной способности в соответствии с возрастанием трафика;

5) анализ жалоб абонентов на наличие провалов в зоне обслуживания, перегрузку сети трафиком, а также определение мер, которые необходимо предпринять для исправления положения

Наиболее важными входными данными, которые требуются при планировании, являются:

- ожидаемая плотность трафика в Эрл/км²;

- пересеченность местности,

- морфоструктура территории;

- эксплуатационные характеристики (вероятность блокировки вызова, охват зоны обслуживания, вероятность передачи информации с заданным качеством);

- ограничения, связанные с частотным ресурсом, отведенным системе;

- технические данные радиоаппаратуры.

В лучшем случае должны иметься данные о территории в цифровом формате. Должны быть представлены данные, зависящие от времени (ожидаемый трафик, охват зоны обслуживания, охват населения), а также график выполнения этапов работы с тем, чтобы производить расширение с минимальной реконфигурацией уже установленного оборудования. Планирование сети осуществляется при широком использовании средств программного обеспечения, поддерживающего функции синтеза сети, распределения частот и анализа эксплуатационных характеристик. После завершения итеративного процесса оптимизации получается сеть базовых станций, которая удовлетворяет заданным эксплуатационным характеристикам при минимальном количестве установленного радиооборудования.

В процессе планировании сети для каждой базовой станции определяются следующие параметры:

- местоположение;

- высота антенны;

- количество секторов в соте (ячеек) (1 всенаправленная и/или до трех и более секторных ячеек).

Для каждой ячейки определяются:

- количество используемых частот и их номиналы;

- эффективная изотропная мощность излучения базовой станции;

- тип антенны;

- ориентация антенны;

- график прогнозируемой средней напряженности поля;

- эксплуатационные характеристики.

К эксплуатационным характеристикам относятся:

- вероятность обслуживания подвижной станции в данной ячейке;

- вероятность превышения фактической напряженности поля в данном месте над заданным пороговым значением (вероятность перекрытия зоны обслуживания);

- среднее значение вероятности уверенного приема в данном месте (локальная вероятность, взвешенная по трафику для данной ячейки);

- вероятность того, что отношение сигнал/помеха в данном местоположении ниже заданного порогового значения (вероятность локальных помех);

- среднее значение вероятности локальных помех;

- вероятность превышения частоты появления битовых ошибок для цифровых ССПО-ОП в данном местоположении над заданным пороговым значением (вероятность локального нарушения связи) - пороговое значение может быть приписано различным уровням качества речи от "удовлетворительного" до "отличного";

- среднее значение вероятности локального нарушения связи;

- перечень ячеек (сот) наиболее критических с точки зрения помех, вместе с вероятностью создания взаимных помех.

Помимо данных, которые относятся к данной соте (ячейке), в ходе планирования оказывается возможным вычислить локальные и средние значения вероятности уверенного приема (попадания в зону обслуживания), вероятности наличия помех, вероятности обеспечения связи с заданным качеством. Результаты планирования могут быть использованы для изучения эксплуатационных характеристик сети при изменении требований в отношении передачи трафика и, соответственно, для прогнозирования числа абонентов, которые могут быть обслужены сетью.

Принцип использования геоинформационной базы данных в задачах частотно-территориального планирования сетей мобильной связи

Цифровые карты (модели) местности (ЦКМ, ЦММ) - это систематизированная запись на магнитном носителе в цифровом виде пространственных координат объектов местности и кодов их характеристик. ЦКМ (ЦММ) по содержанию, математической основе, степени генерализации, точности планового и высотного положения объектов местности и номенклатуре соответствуют традиционным картам того или иного масштаба и назначения. Например, ЦКМ (N-37-144-A-a) - эта цифровая карта местности по всем параметрам соответствует обычной топографической карте масштаба 1:25 000 на район указанной номенклатуры. Можно создавать цифровые карты специального назначения, например цифровую аэронавигационную карту, карту магнитных аномалий, обзорную карту и т. д.

В настоящее время существует большой выбор ГИС, все множество которых можно разделить на две группы. К первой относятся справочные системы, которые представляют собой готовую карту и набор фиксированных запросов. Это в основном отечественные ГИС на платформах DOS\WINDOWS; ATLAS CIS, GeoGraf/GeoDraw, Панорама, Магистраль и др.

Ко второй относят гак называемые мощные продукты, разработанные для различных, аппаратных и программных платформ, такие, как TNT-Mips, Arclnfo, Intergraph, Mapinfo, WinGIS и ряд других.

Прогноз зон покрытия на основе геоинформационной базы данных

Одной из возможностей систем мобильной связи является развёртывание на их основе сетей подвижной радиосвязи. Сети подвижной радиосвязи (ПРС) - сотовые, транкинговые, пейджинговые и другие -развёртываются в городских условиях, а также в сельской местности. Фирма-оператор заинтересована в достаточно точном знании зон покрытия базовых станций (БС) как на этапе планирования сети, так и в ходе её эксплуатации и дальнейшего развития.

В развитии зоновых сетей подвижной радиосвязи имеется ряд проблем и противоречий, носящих общий характер:

объективная необходимость повышения диапазона используемых радиочастот для увеличения канальной емкости оборудования и пропускной способности систем обусловливает дополнительные трудности при планировании сетей (выборе мест развертывания базовых станций и обосновании параметров их элементов);

длительный срок окупаемости вложенных средств вызывает необходимость определения рациональной стратегии развития подвижных служб связи с учетом особенностей конкретного района;

увеличение числа и динамики пользователей на ограниченной территории требует обеспечения эффективного управления сетью.

Указанные проблемы в значительной мере могут быть разрешены путем широкого использования технологий геоинформационных систем (ГИС-технологий) при планировании сетей подвижной радиосвязи. Основным достоинством применения ГИС-технологии является возможность перевода методического аппарата планирования сетей подвижной связи из области статистических исследований в область детерминированных расчётов.

Назначение ГИС-технологии в мобильной связи - повышение oперативности и обоснованности решений, принимаемых при выборе мест размещения БС за счет автоматизированного анализа влияния земной поверхности и местных предметов на распространение УКВ радиосигналов, а также оптимизация структурно-топологических и технических характеристик систем УКВ радиосвязи. В частности, ГИС могут применяться для оптимального планирования и организационно-технического управления системами подвижной радиосвязи,

Далее используется терминология, соответствующая ГОСТам [ 8/1, 8.2, 8.3 ]. Кроме того, применяются следующие термины [ 8.4 ]:

Зона покрытия (ЗП) базовой станции (БС) - часть примыкающей к ней территории, на которой выполняются заданные параметры пространственного распределения энергетических соотношений в радиолиниях "БС - подвижный объект (ПО)", например, отношения сигнал/(помеха + шум) (S/N) на входе приёмника ПО. Если БС развёрнута, то определение её ЗП может быть произведено на основе измерений, в специальных подвижных лабораториях.

Зона покрытия по связи (ЗПС) БС - часть примыкающей к ней территории, на которой выполняются требования по качеству связи

Зона обслуживания (30) (сети подвижной радиосвязи (ПРС)) - территория, на которой обеспечивается заданное качество услуг, предоставляемых пользователю. Конфигурация 3О может быть получена из ЗП и ЗПС БС путём специальных расчётов, Менее точная информация получается на основе субъективного мнения абонентов сети ПРС. Например, в американской системе AMPS 75% пользователей удовлетворены качеством обслуживания при величине отношения сигнал/шум 17 дБ в 90% точек местоположения ПО.

Обычно при планировании развертывания сетей ПРС вопрос определения зоны покрытия базовых станций решается на основе статистических методов, учитывающих некоторые усредненные статистические параметры, описывающие географический район развёртывания сети . Статистические методы прогноза, основанные на презентативной выборке измерений реальных сигналов, длительное время являлись основными в практике фирм-операторов и не потеряли своей актуальности до настоящего времени. В соответствии с ними ЗПС БС моделируется кругом, радиус которого соответствует заданному проценту глобальных зон с качественной связью на его границе. Другим вариантом данного подхода является определение границы зоны покрытия БС как совокупности точек удалений ЭППР от БС по азимутальным углам до достижения в них показателями качества связи своих предельных значений. В этом случае обычно образуется звездообразная форма ЗПС БС.

Применение ГИС-технологий, работающих на основе использования географической базы данных (ГБД), позволяет при решении задач планирования сетей ПРС более точно моделировать конкретные условия местоположения ПО и среду распространения УКВ на трассе "БС -ПО".

Рассмотрим методику решения задач планирования, основанную на методе прогноза ЗП и ЗПС БС сети ПРС.

Метод прогноза. Под прогнозом будем понимать вероятностное суждение, сделанное на основе специальных расчётов. В каждом конкретном случае будем вкладывать в компоненты определения термина "прогноз" их точную характеристику.

Известное смысловое затруднение вызывает определение термина "точка местоположения" или "местоположение" ПО. С целью уменьшения степени пространственной неопределенности прогноза ЗП и ЗПС целесообразно использовать не гипотетические "местоположения" ПО, а элементы пространственного разрешения территории, называемые по терминологии Джейкса [ ] "глобальной" и "локальной" зонами перемещения ПО. Данные зоны, существующие объективно, целесообразно рассматривать как элементарные площадки пространственного разрешения (ЭППР) территории зоны ответственности системы ПРС [ 8 ]. Атрибутами ЭППР являются статистические характеристики соответственно медленных и быстрых замираний сигнала БС па входе радиоприемника ПО. Те ЭППР, в которых удовлетворяются заданные требования к характеру пространственного распределения параметра S/N, будем включать в ЗП БС.

Для среднепересеченной местности величина интервала квазистационарности флуктуации уровня сигнала, называемая "глобальной зоной" перемещения ПО, составляет от 500 до 2000 м. Интервал квазистационарности флуктуации амплитуды сигнала при его неизменной мощности ("локальная зона") составляет несколько длин волн несущего колебания. Таким образом, на этапе планирования структуры сети ПРС конфигурацию ЗП целесообразно прогнозировать как совокупность ЭППР с заданными параметрами.

Для предлагаемой модели ЗП БС прогноз её ЗПС определяется как вероятностное суждение о выполнении требований к связи в каждой ЭППР, осуществленное на основании специальных расчётов. Для полевых условий в качестве ЭППР целесообразно оперировать глобальными зонами перемещения ПО. Для городских условий решение неоднозначно, т. к. здесь пространственное разрешение должно быть выше, а условия затенения изменяются гораздо резче, чем в полевых условиях.

Альтернативой статистическим методам прогноза являются детерминированные методы, в которых методики прогноза качества связи в ЭППР основаны на учёте двух факторов: влияния препятствий па трассе распространения сигнала от БС до ЭППР и местных условий в ЭППР | 8.9 ]. Если ограничиться энергетической моделью канала передачи в радиолинии подвижной радиосвязи, то характер флуктуации амплитуды сигнала в глобальной зоне определяется тремя параметрами [ 8.4 ]: медианным значением уровня поля, среднеквадратическим отклонением его флуктуации и параметром, характеризующим наличие или отсутствие условий прямой видимости между фазовыми центрами антенн БС и ПО по условиям распространения на интервале.

Для определения медианного значения уровня сигнала в ЭППР можно использовать известные методики расчёта затухания сигнала в радиолинии УКВ диапазона прямой видимости. Методики расчёта тесно увязаны с используемыми исходными данными. В этом случае с заданной точностью восстанавливается профиль трассы или ее трехмерная картина. Соответственно рассматривают методы 2D и 3D. Для метода 2D профиль представляет собой плоскую картинку. Для метода 3D рассматривают или объем первой зоны Френеля, или объём, позволяющий учесть возможность прихода сигнала в точку приема по многим путям ("трассовая" многолучевость).

Методы 2D к настоящему времени развиты в наибольшей степени |9 ]. Для условий открытой местности строится профиль трассы, при этом реальные препятствия аппроксимируются известными геометрическими фигурами, затем рассчитывается по известным формулам ослабление сигнала на каждом препятствии. Полученные результаты комбинируются. Основными видами геометрических фигур, аппроксимирующих реальные препятствия, являются полубесконечные параболы, цилиндры и клинья, которым соответствует разная точность и скорость расчёта величины затухания сигнала. Наименьшую точность при наивысшей скорости расчёта даёт аппроксимация препятствия клином [ 9].

Наличие или отсутствие условий прямой видимости между БС и ЭППР определяется из геометрических соотношений на трассе распространения сигнала.

В обоих случаях применение электронных карт (ЭК) позволяет учесть состояние рефракции атмосферы в географическом районе развёртывания системы ПРС, что является несомненным преимуществом ГИС-технологий перед применяемыми в настоящее время статистическими методами учёта влияния морфологии местности на качество связи. Например, появляется возможность расчёта верхней и нижней оценки вероятности качественной связи в ЭППР по условиям рефракции атмосферы.

Среднеквадратическое отклонение флуктуации уровня поля относительно его медианного значения в пределах глобальной зоны определяется в соответствии с классификацией типа подстилающей поверхности в пределах ЭППР. Например, с точки зрения прогноза вероятности качественной подвижной радиосвязи в пределах ЭППР номенклатура типов подстилающей поверхности может содержать: paвнину. лес, водную поверхность, населённый пункт, болото и т.п.. Характерно, что состав номенклатуры типов подстилающей поверхности зависит от многих факторов, характеризующих степень влияния типа подстилающей поверхности в ЭППР на параметры радиолинии. Факторами влияния могут быть: диапазон частот, аналоговый или дискретный вид сигнала, используемые методы повышения качества и вероятности связи.

Указанные методы позволяют также выявить возможность прихода в точку приёма копий сигнала с большей задержкой и актуальны для условий сильнопересечённой местности и разновысотной городской застройки.

Для городских условий МСЭ рекомендовано применение модели Walfisch-lkegami [10 ], которая является сочетанием методов 2D и 3D. Собственно метод Walfisch обеспечивает компоненту 2D, а метод Ikegarni - 3D. Метод Walfisch заключается в следующем. В точке приема учитываются следующие механизмы распространения на трассе: дифракция поля на зданиях, аппроксимированных эквидистантной решеткой (влияние трассы) - Flat Edge Model, дифракция поля на кромке последнего здания на трассе и отражение поля от противоположного здания (влияние местных условий). В модели используются усреднённые значения высот зданий и ширины улиц на трассе. Экспериментально установлено, что модель теряет точность при больших и очень малых углах возвышения трассы и наличии значительных перепадов высот зданий на трассе. Кроме того, экспериментальные значения коэффициента отражения поля от стены противоположного здания улицы меняются в пределах 2... 15 дБ. Данная часть общей модели в настоящее время доработана и учитывает разновысотность зданий на трассе (модель ITU-R в Report 567-4).

Вклад Ikegami в модель заключается в том, что учитывается возможность прихода сигнала в точку приема несколькими путями с последующим сложением копий сигнала ("трассовая" многолучевость).

Для системы персональной связи модель ЗП БС будет другой [ 11 ]. Данные системы являются микро- и пикосотовыми, и антенны базовых станций размещаются на высоте фонарных столбов, т. е. ниже уровня крыш. Антенна приёмника - на типичной высоте автомобильной крыши или головы человека. Модели зданий представляют собой блоки с бесконечной высотой и гладкими поверхностями, улицы пусты (отсутствуют случайные отражатели).

Сцена имеет следующий вид - в точку приёма приходит несколько отражённых лучей (до трех) и не более одного луча, дифрагированного на углу здания. Картина становится двумерной (с учётом отражения сигнала от мостовой), что существенно удешевляет создание ЦКМ для проведения расчётов. В качестве ЭППР можно использовать ячейки квадратной сетки с размером, эквивалентным величине микро- или пикосоты, однако теперь их размеры не соответствуют глобальной зоне, а характеризуют определённый элемент окружения ПО (типовую сцену). В качестве типовых сцен могут быть назначены: прямые и кривые улицы, прямые и косые перекрёстки, скверы и парки и т.д. Таким образом, прогноз зоны покрытия системы персональной связи будет представлять собой совокупность прогнозов для типовых сцен.

Детерминированные методы требуют построения профиля трассы "БС - ПО" для каждой ЭППР территории. Точность расчёта величины затухания сигнала на трассе зависит от точности метода расчёта и точности задания исходных данных, т. е. от точности восстановления в общем случае трехмерной картины. Для автоматизации расчётов целесообразно использовать геоинформационные системы (ГИС) на основе ЭК.

При обосновании величины горизонтального разрешения пространственного распределения морфологических данных о местности, точности аппроксимации высот рельефа, номенклатуры типов подстилающей поверхности было показано, что для условий среднепересеченной местности достаточным является горизонтальное разрешение 250 м, точность задания высот 4 м и учет восьми типов подстилающей поверхности [ 8.12 ]. Для гористой местности величина горизонтального разрешения уменьшается до 50 м. Для городских условий горизонтальное разрешение должно составлять 5 м-, иначе не будут обозначены все проезды, хотя для проведения самих расчётов достаточно горизонтального разрешения в 10 м [ 8.13 ].

Требования к качеству прогноза ЗП и ЗПС БС определяют метод прогноза и параметры исходных данных, С точки зрения влияния полноты учета рельефа местности на точность прогноза уровня ЭМП, можно выделить модели прогноза пяти типов [ 8,9 ]:

- без использования данных о рельефе;

- с приближенной оценкой рельефа (используются параметр пересеченности рельефа dh и эффективная высота антенны базовой станции h );

- с точной оценкой данных о рельефе (определяются величина минимального просвета на интервале и удаление препятствия);

- аналогичная, но с учетом эмпирических коэффициентов для местных условий и получением гарантированных оценок величины затухания;

- модель, аналогичная предыдущей, но с учетом возможных погрешностей в задании исходных данных об условиях распространения УКВ.

Представленная классификация моделей прогноза позволяет проводить сравнительную характеристику различных методов учета влияния рельефа на затухание УКВ и, правильно классифицируя по указанным признакам новые методы, получать приближенные оценки их точности, избегая при этом дополнительных исследований. Кроме того, классификация позволяет сформулировать некоторые общие рекомендации для использования различных методов в практических расчетах в зависимости от специфики решаемых задач.

Исходная информация для создания проблемно-ориентированных ЭК может быть представлена в различной форме. В последнее время получили значительное развитие методы зондирования территории из космоса. Реализуемые точности исходной базы данных радиометрическими методами составляют 2 м по высоте и 30 м по горизонтали, после дополнительной обработки горизонтальное разрешение может быть улучшено. Съёмка в панхроматическом диапазоне обеспечивает горизонтальное разрешение 0,5 м, при многоспектральном режиме 4 м и в гиперспектральном режиме 8 м [ 8 ].

Процедура планирования радиосети

Сотовая радиосеть должна обеспечивать связь подвижным абонентам в данной зоне обслуживания со стационарной сетью. Элементами радиосети являются базовые станции. Базовые станции, находящиеся на достаточном удалении друг от друга, могут повторно использовать одну и ту же частоту. Качественное проектирование радиосети должно удовлетворять ожидаемой плотности трафика (закладывается заказчиком для данных обслуживания абонентов) при минимальном количестве установленного радиооборудования с учетом ограничений в частотной области и возможности увеличения пропускной способности сети при возрастании запросов на передачу трафика. Эта задача может решаться за счет оптимизации мест расположения базовых станций, мощности передатчиков, высот антенн и их типов (ненаправленные или с направленностью по секторам) и распределения частот между базовыми станциями. Сложность задачи не позволяет найти прямое решение и подразумевает использование метода последовательных приближений.

При описании процедуры синтеза структуры сети требуется учитывать тип системы. В дальнейшем будем ориентироваться на параметры систем стандартов NMT и GSM.

Первый шаг (этап 1) по планированию сети - получаются следующие данные:

- пересеченность местности;

- морфоструктура территории (тип подстилающей поверхности);

- распределение населения, транспортных потоков и другие факторы, влияющие на плотность трафика;

- прогноз числа абонентов;

- требования к рабочим характеристикам радиооборудования дня обеспечения соответствующего качества радиосвязи;

- вероятность блокировки вызова;

- рекомендуемые участки для размещения базовых станций;

- имеющаяся в распоряжении полоса частот;

- совместимость с другими системами;

- сетевые интерфейсы.

Данные о пересеченности местности и ее морфоструктуре должны быть представлены в цифровом формате (пространственное разрешение по горизонтали должно быть около 100 м). Тип подстилающей поверхности должен определяться, по крайней мере следующими классами: открытые участки, лес, участки застройки и водная поверхность. Рекомендуется иметь подклассы для участков, покрытых растительностью, и участков застройки.

Поскольку плотность трафика может меняться в десятки раз от городского центра к сельскому району, необходимо сделать двумерную карту плотности трафика.

Заказчик и компания (будущий оператор сети) должны определить требования к эксплуатационным характеристикам и вероятности блокировки, прогнозировать ожидаемое число абонентов на различных этапах реализации проекта на основе исследования рынка. У заказчика запрашивается перечень рекомендуемых участков для размещения базовых станций.

Важно знать возможное поведение абонента для эффективного планирования трафика и потребности в каналах управления. Оно представляется средней величиной трафика, приходящегося на одного абонента, средним временем удержания канала, длительностью вызова абонента, а также процентом вызовов из подвижных средств и из стационарных объектов и т.д. Эти данные обычно предоставляются заказчиком системы.

Для того, чтобы избежать помех со стороны других систем, следует получить данные о системах, работающих в той же полосе частот или в соседних полосах, сигналы которых попадают в зону обслуживания развертываемой системы.

При планировании сети следует учитывать полученный на основе математических моделей прогноз величин напряженности поля для условий, характерных в зоне обслуживания. В дальнейшем потребуется проводить измерения для подтверждения правильности прогнозов и нахождения участков ненадежного приема.

Синтез структуры сети начинается с построения ее первого приближения (этап 2). Эта процедура сводится к определению местоположений базовых станций и параметров их антенн на основе оценки плотности трафика и характера местности. Синтез структуры сети проводится в соответствии со следующими правилами:

1. Находится максимальное число частот (несущих), приходящихся на ячейку,

Nmax= No/C,

(3.1)

где N₀ - общее число имеющихся частот; С - размер кластера повторного использования.

При построении первого приближения размер кластера повторного использования обычно берется равным 9. Далее после анализа вероятностей взаимных помех эта величина может корректироваться, поскольку алгоритм назначения частот должен обеспечивать более гибкое составление плана их использования. В данном же случае осуществляется оценка N_max . Пропускная способность для трафика ячейки Т_с рассчитывается как функция числа частот N_mах и максимально допустимой вероятности блокировки Р_бл,. Для этого расчета используется статистика трафика, заданная в эрлангах. Требуется предусмотреть выделение части каналов для целей управления и сигнализации.

2. Построение сети начинается с областей с самой высокой плотностью трафика и затем, переходя к районам с более низкой плотностью трафика, последовательно добавляются ячейки до тех пор, пока не будет охвачена вся зона обслуживания Площадь ячейки в зоне со средней плотностью трафика t_ср, определяется с использованием выражения А_с=Тс/t_cр. Исходя из величины этой площади, следует выбрать подходящую позицию для базовой станции, которая могла бы обеспечить хорошую зону охвата (уверенного приема) и малую мощность помех в прилегающем районе.

Выбор местоположений базовых станций и определение мощности передатчиков, определение высот антенн, типов антенн и их ориентации обеспечивается итеративным методом. В процессе синтеза сети после построения нескольких ячеек периодически производится проверка на наличие провалов в пространственном распределении уровня поля по причине затенения в зоне обслуживания.

3. Количество несущих частот на ячейку поддерживается постоянным в пределах всей сети.

Обычно применяется направленный кластер повторного использования, например, 3x3 (т.е. 3 базовые станции, каждая из которых обслуживает 3 секторные ячейки по 120°), Для обычных условий распространения этот кластер обеспечивает уровень радиосигнала выше порогового значения сигнал/шум.

Направленные и ненаправленные антенны базовой станции ячейки дают примерно одинаковый размер кластера повторного использования и пропускную способность при заданных требованиях к качеству радиоканала. Однако использование двух- и трехнаправленных антенн приводит к более экономному использованию ресурса системы по сравнению с ненаправленными. Использование ненаправленных антенн и больших размеров кластеров повторного использования (C>9) целесообразно только во время развертывания системы или в районах с низкой нагрузкой в зонах обслуживания базовых станций.

4. Радиус ячейки имеет нижний предел, например для стандарта GSM, около 0,35 км, что обусловлено направленностью антенн. Верхний предел определяется, исходя из условий обеспечения зон охвата (зон уверенного приема), принимая во внимание максимально возможную мощность передатчиков портативных станций, чувствительность приемников базовых станций, потери при распространении радиоволн, флуктуации мощности сигнала из-за наличия мест, попадающих в область тени. При планировании следует руководствоваться правилом, что зона уверенного приема должна составлять 90% площади ячейки.

В окончательно построенной сети подвижный абонент, находящийся на границе ячейки, может соединяться более чем с одной базовой станцией. Благодаря этому обеспечивается практически полный охват зоны обслуживания. Максимальная дальность связи, в частности для системы GSM, определяется величиной максимальной задержки сигнала вследствие многолучевости, допустимой при обработке сигнала и составляет 35 км. Для районов с исключительно низкой плотностью трафика или при необходимости перекрывать большие расстояния допускается возможность увеличения дальности радиосвязи до 120 км.

5. При определении размеров ячеек должна приниматься во внимание топография местности. Например, можно рекомендовать, чтобы базовые станции располагались не на вершине холмов, а предпочтительно в высоких зданиях в долинах. Благодаря этому зона обслуживания может быть четко ограничена.

6. Плотность трафика может изменяться в зависимости от местоположения в десятки раз. Соответственно и радиусы ячеек могут изменяться приблизительно в 10 и более раз. Расстояние, на котором возможно повторное использование частот, сопоставимо с радиусом ячейки для малых радиусов. При больших радиусах пространственная расфильтровка способствует уменьшению помех. Однако для получения ожидаемого выигрыша при повторном использовании частот в районах с малыми ячейками необходимо, чтобы более крупные ячейки в прилегающих районах были направленными.

7. Возможность потенциального роста пропускной способности сети учитывается следующим образом. В начале проектируется полная сеть. Затем, опираясь на полную сеть, из нее конструируются различные варианты сетей с меньшей пропускной способностью. Таким образом постепенно приходим к варианту сети, которая вводится в эксплуатацию. Это осуществляется за счет исключения ряда базовых станций и замены секторных антенн ненаправленными.

Прогнозируются средние значения напряженности поля E_mаx (b,х) (этап 3) для каждого передатчика базовой станции в местоположениях х в его собственной зоне обслуживания и в областях, где он может создать помехи другим станциям. Прогнозирование напряженности поля основывается на полуэмпирической модели Окамуры и на аналитической модели, разработанной Хата [ 8]. Практика показывает, что четырех классов морфоструктуры, определенных Хата, недостаточно. В зависимости от качества банка данных о морфоструктуре можно получить большее число классов. Поэтому необходимы некоторые корректировки и дополнения. В отмеченных выше моделях вычисление значений напряженностей полей производится в следующей последовательности:

- оценка профилей местности между базовой станцией "В" и местоположением "х" с учетом высот рельефа и данных о морфоструктуре, полученных из банка данных:

- анализ профиля территорий с учетом неровностей, скатов, препятствий, перехода от суши к морю;

- определение поправок с учетом морфоструктуры окружающей среды для подвижной станции (ПС);

- определение поправок на высоты антенн вследствие наклона местности в районе расположения ПС в соответствии с методом, предложенным Ли [ 8.5 ];

- прогнозирование напряженности поля при использовании формулы Хата с учетом морфоструктуры, высоты подъема антенн у ПС, скорректированной высоты антенны у базовой станции, частоты, мощности;

- вычисление дополнительных потерь из-за дифракции, обусловленной наличием одного или большего числа препятствий в зоне Френеля, которые захватывают линию прямой видимости (дифракция на препятствиях с острыми и закругленными краями);

- корректировка, учитывающая смешанный характер трассы (суша/море);

- поправка, учитывающая дифракцию для расстояний больше 20 км;

- учет данных по ориентации улиц (если они обеспечиваются базой данных);

- учет сезонных изменений (например, лес с лиственным или без лиственного покрова) .

Таким образом, прогнозирование в процессе планирования основано на использовании известных моделей, которые пригодны лишь для первоначальной оценки напряженности поля. Для получения большей точности необходимо выполнить измерения напряженности поля в заданном районе и использовать эти данные для калибровки параметров в моделях. Определение морфоструктуры классов для городских зданий и природных ландшафтов, которые характерны для разных стран, говорят в пользу калибровки (получения более точных данных). Все изложенное соответствует оценкам напряженности поля в макросотах. Вообще говоря, ПС, находящаяся в разных местах соты (ячейки), может обслуживаться более чем одной базовой станцией с приемлемым качеством передачи информации. Поэтому подход, рассматривающий соты (ячейки) с четко определенными границами, не является правильным. Целесообразно их определять, задаваясь вероятностью назначения (приписки подвижного абонента), указывающей на то, что в течение времени обслуживания ПС в данном местоположении будет связана с i-й базовой станцией. Для заданного местоположения х справедливо следующее равенство:

(3.2)

Оценка P_ass(b_i,х) основана на упрощенной модели стратегии передачи управления в системе, которая учитывает значения относительной напряженности поля от нескольких базовых станции в местоположениях ПС при заданном запаздывании при передаче сигналов управления. Обеспечивается асимметричный запас при передаче управления для уравновешивания трафика между соседними ячейками. При планировании используется зонтичное построение ячеек. Вероятности назначения дают полное определение зоны обслуживания и заменяют упрощенную картину представления ячейки в виде шестиугольника. Район, где 0,1 < Р_ass(b_i,,х) < 0.9, может определяться как зона передачи управления.

Уровень радиосигнала в соте (ячейке) является величиной случайной, распределенной относительно своего среднего значения. Многолучевое распространение вызывает быстрые релеевские замирания сигнала, в то время как различные уровни затенения и отражения в среде, окружающей ПС, приводят к медленным замираниям. Вероятность того, что фактическая выборка Е из множества значений сигнала, взятая в местоположении x, превышает заданный порог Е_thr„, зависит от средней напряженности поля Е_тed(b,х) и стандартной дисперсии сигнала при логнормальной модели радиоканала. Величина дисперсии сигнала зависит от морфоструктуры в месте x и может изменяться в пределах от 4 дБ до 12 дБ. Приемлемая величина для порогового значения сигнала, например, в системе GSM составляет около -102 дБмВт (что приблизительно соответствует E c/N = 8 дБ для типового демодулятора приемника) и гарантирует приемлемое качество речи. Вероятность выполнения требований по энергетике базовой станцией b_i в местоположениях х задается как:

Pcov(b,x)=P(E(b,.x))>Ethr ,

(3.3)

Р_cov(b,х) вычисляется для всех базовых станций, обслуживающих данный участок сети. Вероятность выполнения требований по энергетике для заданного местоположения x определяется в виде

(3.4)

где b₁...b_n, - возможные обслуживающие базовые станции в точке х (т.е. P_ass(b_i,,x)> 0, i=1,n).

По желанию, можно вместо этого критерия использовать критерий, взвешенный по плотности трафика и по вероятности назначения. Средняя вероятность покрытия определяется выражением

(3.5)

Интеграл берется по площади ячейки, обслуживаемой базовой станцией "b' (dх - элемент пространственного разрешения площади). Границы ячейки нет необходимости определять, так как они в неявной форме учтены в P_ass. Взвешивание по плотности трафика t(x) является необязательным (осуществляется по выбору)

Обычно требования к параметрам энергетического покрытия неодинаковы по участкам сети и зависят от плотности трафика или от морфоструктуры. Например, может потребоваться использование портативных станций с мощностью передатчика 0,8 Вт внутри помещений либо в центре большого города, в то время как в сельских районах потребуются подвижные станции мощностью 8 Вт. При использовании данных о морфоструктуре в анализ может быть введен критерий покрытия, зависящий от местоположения подвижного абонента Если предположить, что ожидаемая плотность трафика для зоны обслуживания сети задана, то используя эту информацию, можно оценить фактическую нагрузку по передаче трафика Т(b) для b-й базовой станции

T(b)=  P (b,x)t(x) dx

(3.6)

Используя формулы Эрланга и учитывая максимальную вероятность блокировки и максимальную нагрузку, составляющую, например, 0,8 Эрл/канал, можно определить фактическую потребность в каналах для передачи трафика и вычислить число каналов управления. Суммарное количество каналов передачи трафика и каналов управления ведет к получению окончательного числа N_C(B) несущих частот, каждая из которых требует передатчика базовой станции. Если первоначальное преднамеренное ограничение максимального числа несущих частот на ячейку N_max будет существенно превышаться для ряда ячеек, то можно получить более сбалансированную нагрузку по передаче трафика путем внесения изменений в первоначальный проект сети, уменьшая высоту антенн для перегруженной ячейки, и увеличивая этот параметр для соседних ячеек или путем изменения числа каналов по передаче команд управления.

Определение вероятностей взаимных помех (этап 4) является предварительным шагом для последующего назначения частот. Прежде чем назначить в паре сот (ячеек) одни и те же или смежные частоты их следует проверить на совместимость, т.е. оценить вероятность взаимных помех, которая должна быть ниже заданного порогового значения. Два передатчика базовых станций, которые используют те же или смежные частоты, могут создавать взаимные помехи принимающей подвижной станции в местоположении х. Если предположить, что ПС связана с i-й базовой станцией, то вероятность того, что радиолиния подвергается воздействию мешающего сигнала, передаваемого к-й базовой станцией, можно представить как

(3.7)

где с/п - отношение сигнал/помеха, определяемое используемой системой.

Например, для стандарта GSM пороговое значение отношения сигнал/помеха равно 9 дБ ( по основному каналу ) и -9 дБ (по соседнему каналу) при обычных условиях распространения. Е - напряженность поля, полученная в соответствии с логнормальным распределением напряженности поля относительно E_med вблизи х.

Фактическое отношение с/п является не постоянным значением, а функцией отношения E_c/N и условий распространения. Игнорирование зависимости с/п от E_c/N вводит неточность в окончательные расчеты эксплуатационных характеристик, но вполне допустимо для сильных, либо, наоборот, слабых помех.

Для получения вероятности того, что на ПС, находящуюся в зоне обслуживания i-и базовой станции, воздействует мешающий сигнал, локальная вероятность помехи должна усредняться по зоне обслуживания базовой станции с весом, соответствующим вероятности назначения, т.е.

(3.8)

Вероятности помех в работающей сети должны быть малы. Поэтому базовые станции, которые создают взаимные помехи и которыми нельзя пренебречь, не должны использовать те же или соседние частоты.

Следует отметить, что вероятность взаимных помех P_intm пар базовых станций представляет собой лишь предварительную величину, используемую для назначения частот. Окончательная вероятность помех определяется суммой влияния всех возможных источников помех для данной базовой станции. Это становится возможным лишь после того, как известны рабочие частоты, т.е. после назначения частот. Эти ограничения выражаются в виде матрицы совместимости размером NxN, где N - число базовых станций и ячеек в сети.

Классические концепции о назначении частот (этап 5) основаны на разделении всей имеющейся полосы частот на несколько раздельных групп частот. Количество групп называется размером кластера повторного использования. Он зависит от порогового значения отношения сигнал/шум (18 дБ для аналоговых систем и 9 дБ для цифровых систем). Размеры кластера определяют разнос ячеек с одинаковыми группами частот для получения приемлемой величины вероятности помех. Однако при этом не обеспечивается оптимальное распределение частотного ресурса системы, поскольку такая концепция назначения не оптимизирована в отношении спектральной эффективности. Например, даже в часы пиковой нагрузки значительная часть каналов не используется. Это приводит к тому, что радиолинии имеют очень разные уровни помех, зависящие от числа фактически работающих мешающих станций. Отсюда следует, что на практике приходиться отказываться от концепции фиксированных кластеров и назначать на базовую станцию такое количество частот, какое необходимо по требованиям передачи трафика. В этом случае основным элементом, который должен назначаться, является не группа частот как часть ранее определенного кластера, а одна потребная частота, Естественно, что этот процесс должен быть автоматизирован.

Алгоритм назначения частот должен работать в рамках, ограничений, заданных матрицей электромагнитной совместимости. Эти ограничения задаются величиной максимальной вероятности создания взаимных помех, которая не должна быть превышена при назначении конкретной частоты. Если для удовлетворения этого требования может быть использовано более одной частоты, то будет выбрана частота, вызывающая сравнительно небольшую величину дополнительных помех в сети. Алгоритм является эвристическим и должен оптимизировать план назначения частот с учетом взаимных помех последовательными шагами. Здесь целесообразно использовать такое понятие, как средний размер повторного использования кластера, который составляет

(3.9)

где N_o - полное количество имеющихся частот, а N- среднее количество частот на ячейку.

Алгоритм должен обеспечивать большую гибкость и реализовывать:

- требования по числу каналов для каждой ячейки;

- назначение частот в группах (группами);

- ограничения по помехам, обусловленным совместным расположением (несущие, используемые в одной ячейке, должны иметь необходимое разнесение по частоте;

- ограничения из-за помех по соседнему каналу;

- априорно заданные фиксированные назначения частот (например, на случай расширения сети, для того, чтобы не было совпадений с частотами соседних сетей);

- оптимизацию (минимизацию) числа частот с учетом всей информации, содержащейся в матрице вероятности взаимных помех.

В литературе известен ряд алгоритмов различной степени сложности. Общее назначение этих алгоритмов состоит в том, чтобы удовлетворить всем требованиям с учетом заданных ограничений при минимизации использованного частотного ресурса. Задача назначения частот относится к циклу математических задач, связанных с раскраской графов. Из теории известно, что время, необходимое для нахождения лучшего решения, экспоненциально увеличивается с размером задачи (т.е. с ростом числа базовых станций). По этой причине вообще невозможно принять решение, если алгоритм назначения не дал близкое к оптимальному решение или решение связано с дополнительным расходом частот. В соответствии с теорией окрашивания графов путем поиска так называемого максимально полного подграфа можно определить нижнюю границу для общего использованного частотного ресурса. Если в результате находится решение задачи назначения с общим числом рабочих частот, близким к нижней границе, то оно принимается, в противном случае (если общий запрос частот превышает полный частотный ресурс, выделенный для сети подвижной связи) размеры ячеек следует уменьшить (произвести их "расщепление"), чтобы сеть хотя бы локально работала с более высоким уровнем повторного использования частот.

Полагаем, что после назначения частот базовые станции, создающие помехи в сети по основному и соседнему каналу на данной частоте, известны. Можно определить качество работы (эксплуатационные характеристики) для каждой ячейки и для всей сети (этап 6). Качество работы определяется вероятностью нарушения связи, т.е. вероятностью того, что уровень принимаемого сигнала в точке приема (БС или ПС) ниже заданного порогового значения из-за недостаточного охвата обслуживающей БС и/или из-за неприемлемых помех от других БС, использующих те же частоты.

Суммарная мощность помех в местоположении х в зоне обслуживания "b" составляет

E(х) = Е(bi, x) + ... + Е(bn,x) + Eabj (Е(bm ,х) + ... + E(bk, х)),

(3.10)

где b_i…b_n - станции, создающие помехи по основному каналу; b_in...b_k -станции, создающие помехи в зоне обслуживания "b" по соседнему каналу; E(b,x) - мощность сигнала станции b_i, принятого в x, E_abj= -18 дБ и представляет собой коэффициент затухания соседних каналов в сравнении со станцией, создающей помехи по основному каналу.

E(x) - величина случайная, т.к. величины E(b,x) случайные и имеют логнормальное распределение относительно E _med(b,x) при стандартной девиации  , где  является функцией морфоструктуры в местоположении х. Предположим, что мощность сигналов от различных станций помех флуктуирует без какой-либо корреляции. При анализе следует учитывать три возможных случая.

1. В часы "пик" нагрузка по передаче трафика в сети существенно ниже, чем пропускная способность сети. Это объясняется тем, что требуемая вероятность блокировки P_бл составляет несколько процентов, а вероятность того, что все каналы, имеющиеся в данной ячейке, являются активными, весьма мала. Поэтому относительная средняя нагрузка для типичных конфигураций будет составлять порядка 50...80% от пропускной способности. Средние относительные нагрузки по передаче трафика могут быть рассчитаны конкретно для каждой ячейки и моделируются с помощью метода Монте-Карло,

2. Прерывистая передача. Можно оценить речевой канал, если иметь в виду речевую активность абонента лишь половину времени, так что и помеха от конкретной мешающей станции будет выключаться случайным образом с вероятностью 0,5. Эта величина также может быть вычислена в процессе моделирования с помощью метода Монте-Карло,

Следует заметить, что планирование с расчетом на среднюю относительную нагрузку и прерывистую передачу имеет смысл только при использовании ППРЧ (для систем GSM). Зная мощность принимаемого сигнала E(b,x), можно определить отношение сигнал/помеха с/п (x) на частоте несущей и отношение битовой энергии к плотности шума E _c/N(x) в точке приема. Локальная вероятность нарушения связи в случае неприемлемого ухудшения качества речи может быть найдена при использовании порогового значения ((E_c/N₀)_thr 8 дБ дня незначительного уровня шума)

Pout1 = P(Ec/No<(Ec/No)thr)

(3.11)

или, используя пороговое значение для уровня помех (с/п ~ 9 дБ для незначительного уровня шума),

Pout2 = P(c/n<(c/n)thr)

(3.12)

Найденные значения Р_out1 и Р _out2 могут давать заниженную оценку по сравнению с реальной вероятностью нарушения связи. Фактически с/п _thr является функцией E_С/N₀, a E_C/N_{0 thr} - функцией с/п. Вводя запас 3 дБ_, получаем полную вероятность нарушения связи

Pout3 = P(c/n<(c/n)thr + ЗдБ).

(3.13)

Однако запас 3 дБ является произвольно выбранным и может привести для небольших расстояний к завышению реальной вероятности нарушения связи Р_оиt, что, соответственно, приводит к увеличению оборудования, а для больших расстояний, наоборот, к недооценке Р_out, что приводит к неполному покрытию зоны обслуживания. Кроме того, среда распространения (профиль трассы и доплеровский эффект) оказывает влияние на пороговые значения. Поэтому наиболее важные районы (участки) должны исследоваться более тщательно с соответствующим внесением изменений в план распределения частот или в план сети.

Конечный результат процесса планирования - это радиосеть, спроектированная под прогнозируемую нагрузку по передаче трафика с уровнем обслуживания, определенным требованиями компании - оператора. Однако нагрузку по передаче трафика для эксплуатирующейся в течение достаточного времени ("зрелой") сети невозможно предсказать с точностью выше 30%. С другой стороны, невозможно увеличить пропускную способность сети путем простого добавления новых базовых станций. Причина заключается в том, что новые базовые станции стали бы устанавливаться между существующими участками размещения базовых станций. Такая процедура привела бы к резкому локальному увеличению пропускной способности, если предположить что количество несущих в каждой БС осталось без изменений. Умеренное и в пространственном отношении однородное увеличение пропускной способности по передаче трафика путем добавления новых БС вряд ли возможно. Потребовалась бы дорогостоящая модификация существующей конфигурации сети. Можно предположить и такое решение: проектировать "зрелую" (развитую) сеть в соответствии с прогнозируемым полным трафиком и с некоторым запасом. Однако это может привести к тому, что расходы на построение сети будут более значительными, чем это реально необходимо. Чтобы избежать и того и другого, т.е. дорогостоящих модификаций "развитой" сети и дополнительных расходов на развертывание оборудования, можно пойти по пути повышения пропускной способности за счет снижения качества обслуживания. В этом случае стратегия будет состоять в том, чтобы реагировать на неожиданное возрастание трафика путем добавления новых приемопередатчиков (несущих) в существующих базовых станциях. Способствовать этому будет гибкий метод назначения частот без применения фиксированной структуры кластера, который, как это отмечалось выше, приводит к повышению уровня внутрисистемных помех и, соответственно, к ухудшению качества обслуживания.

Контрольные вопросы

1.Каковы этапы проектирования системы мобильной связи

2.Какие параметры требуется определить на этапе принятия решения о построении системы?

3.Что означает ЭППР?

4.Для чего необходимы цифровые карты?

5.На какие параметры сети влияет вероятность блокировки вызова?