Методические указания и индивидуальные задания для выполнения контрольной работы по дисциплине Сети и системы мобильной связи

ность сотовой СМС и поэтому на практике ограничиваются обычно первыми тремя значениями. БС, на которых допускается повторное использование ра-

бочих частот, должны быть удалены друг от друга на некоторое расстояние

Rбс, которое определяется соотношением

где Rcот – радиус соты.

Чем больше Rбс, тем меньше уровень соканальных помех, возникаю-

щих от передатчиков других сот, работающих на совпадающих частотах. В

однородной сотовой СМС при расчете показателей ее работы принимается,

что максимальное число соканальных помех равно шести (хотя реальное число их больше, но все помехи кроме шести наиболее близких имеют зна-

чительно меньшие уровни и их в общем случае не учитывают).

Эффективным способом снижения общего уровня помех, воздейству-

ющих на определенную БС, является секторирование сот за счет применения направленных секторных антенн вместо одной всенаправленной с круговой

тенн с шириной ДНА 1200 и 600. При использовании трех секторных сот число мешающих сигналов уменьшается в три раза, а при шести секторных – в шесть раз.

4.2.Основные технические характеристики СМС

Втабл. 4.1 приведены основные технические характеристики СМС ос-

новных стандартов, которые в настоящее время находятся в эксплуатации,

включая СМС второго поколения (2G) стандарта GSM, поколения 2G++ (GSM/EDGE), третьего поколения (3G) стандартов CDMA-2000 и WCDMA,

транкинговых СМС стандартов TETRA и iDEN, а также СМС стандартов

DECT, WiFi, WiMax, LTE [3, 4, 5, 8].

11

В табл. 4.1 приняты следующие обозначения: GSM – Global System for Mobile Communication – Европейский стандарт глобальной сотовой связи;

EDGE – Enhanced Data Rates for GSM Global Evolution – стандарт высокоско-

ростной передачи данных, основанной на инфраструктуре GSM; CDMA IS95 – Code Division Multiple Access – многостанционный доступ с кодовым разделением радиоканалов, то же, что МДКР (см. ниже); CDMA-2000 - аме-

риканский стандарт широкополосного CDMA; WCDMA – европейский стан-

дарт широкополосного CDMA; МД – многостанционный доступ; КТ – канал трафика; МДВР – МД с временным разделением каналов; МДКР/МН –

МДКР с множеством несущих (CDMA/MC); OFDMA – МД на основе метода ортогонального мультиплексирования частотных компонент сигнала

(OFDM); ЭИИМ – эквивалентная изотропно-излучаемая мощность; МЧМ

(ММС) – минимальная частотная манипуляция (манипуляция минимальным сдвигом); М-ФМ – М-уровневая фазовая модуляция (М=2; 4; 8); М-КАМ –

М-уровневая квадратурная амплитудная модуляция (М= 4; 16; 64; 256); ЧД –

частотный дуплекс (разнос частот передачи и приема в дуплексном стволе системы радиосвязи); ВД – временной дуплекс (разнос по времени интерва-

лов передачи и приема в дуплексном стволе системы радиосвязи).

В качестве комментария к табл. 4.1 можно отметить ряд общих харак-

терных положений. Несмотря на наличие достаточно большого числа стан-

дартов СМС, фиксирующих их специфические характеристики, имеется яв-

ная тенденция к использованию наиболее эффективных методов передачи информации и методов обработки сигналов с целью повышения их эффек-

тивности функционирования. Конкретно эти тенденции выражаются в реали-

зации мультисервисного режима функционирования СМС, поддержка кото-

рого приводит к существенному усложнению программно-аппаратного обес-

печения системы. Как можно видеть из табл. 4.1, в мультисервисных СМС приходится использовать несколько типов модуляции радиосигнала, начиная от самой простой (2-ФМ) и кончая таким сложным типом, как 64-КАМ или

12

даже 256-КАМ. Кроме этого в случае большого диапазона изменения скоро-

стей передачи цифровых сигналов дополнительно к этому используются не-

сколько схем помехоустойчивого кодирования.

Другим характерным положением является тенденция к унификации одной из главнейших характеристик мультисервисных СМС - метода МД.

Практика показывает, что движение в этом вопросе идет в направлении при-

менения с некоторыми вариациями МД типа OFDMA, который позволяет компромиссным образом реализовывать мультискоростной режим работы канала связи за счет эффективного использования свойств сигнала

OFDM [3; 4].

И, наконец, для эффективного управления возможностями применяе-

мых средств вводится автоматическая система управления гарантированным качеством услуг связи (QoS – Quality of Service), одной из базовых подсистем которой является автоматическая система контроля и управления частотно-

энергетическими ресурсами СМС (RRC – Radio Resource Control). Можно также отметить, что практически во всех современных СМС применяется стандартная система сетевого управления (TMN), а точнее ее необходимые элементы. При этом алгоритмы функционирования перечисленных систем управления основаны на стандартизованной модели взаимодействия откры-

тых систем OSI [3; 4; 5].

13

*) зос – зависит от скорости передачи абонентских сигналов по КТ. **) зошрк – зависит от ширины радиоканала.

1

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

5.1. Расчет частотно-территориальных параметров сотовой инфраструктуры

Определение допустимых значений показателей ЧТП

Под допустимыми значениями показателей ЧТП следует понимать те па-

раметры СМС, которые позволяют конкретизировать решение задачи ЧТП лю-

бой сети радиосвязи. Сущностью данной задачи является обеспечение условий внутрисистемной электромагнитной совместимости (ЭМС). Внутрисистемная ЭМС обусловлена возникновением в сложной системе радиосвязи (СРС) ме-

шающих радиосигналов (МС) между собственными приемопередатчиками, ра-

ботающими на совпадающих частотах и расположенными в различных элемен-

тах рассматриваемой СРС. К числу сложных СРС относятся такие, которые со-

стоят из значительного числа элементарных СРС, представляющих пару прие-

мопередатчиков, расположенных в двух точках пространства (между которыми необходимо передавать информацию). Примером сложных СРС являются мно-

гопролетные РРЛ, системы абонентского радиодоступа, сотовые спутниковые системы связи и рассматриваемые здесь СМС. При этом следует отметить, что проблема внутрисистемной ЭМС, а равно и задача ЧТП, обусловлена, как пра-

вило, экономией частотного ресурса (полосы радиочастот). Последнее достига-

ется таким способом, как повторное использование одних и тех же рабочих ча-

стот некоторыми (а иногда и всеми) элементарными СРС, входящими в состав сложной СРС. В свою очередь, повторение частот и является причиной появле-

ния внутрисистемных МС. Чем больше число повторений частот в сложной СРС, тем больше в ней возникает МС и тем сложнее решение проблемы ЭМС и задачи ЧТП.

Одной из основных задач ЧТП является определение минимально допустимых (координационных) расстояний между приемопередатчиками эле-

ментарных СРС, работающими на совпадающих частотах. Смысл координаци-

15

онного расстояния состоит в том, что оно равно такому расстоянию между пе-

редатчиком – источником МС и приемником, подверженным влиянию этого МС, при котором мощность МС на входе приемника равна допустимому значе-

нию МС для данного приемника (зависит от его характеристик). При этом на выходе приемника будет иметь место равенство величины уровня помех, вы-

званных этим МС, и их допустимого значения, которое является фиксирован-

ным и нормируется для определенного вида СРС.

В цифровых СРС критерием расчета координационного расстояния явля-

ется процент нарушения связи (ПНС) МС Тм, т.е. процент эталонного интервала времени, в течение которого вероятность ошибок Рош на выходе цифрового тракта, обусловленных воздействием МС, превышает допустимое значение ве-

роятности ошибок Рош доп. Однако, чаще всего конкретные значения этого кри-

терия в нормах ЭМС, как это принято в аналоговых СРС, не задаются. В этом случае допустимое значение ПНС МС нормируется как доля общего ПНС в ка-

в котором Тс – ПНС из-за замираний полезного (радио)сигнала (ПС) при рас-

пространении в соте; Т 'м - ПНС из-за воздействия всех внутрисистемных МС;

Т ''м - ПНС из-за воздействия всех внешних МС от других СРС. При правильно спроектированной СМС должно выполняться соотношение, называемое усло-

вием нормальной связи (УНС) в АК

где Тн доп – допустимое значение ПНС в АК.

Допустимые доли вклада составляющих в общий ПНС на основании

(5.1), определяются следующим образом [2]

Т ''м доп=c·Тн доп

где весовые коэффициенты a, b и c находятся из условия нормировки

16

Значение коэффициента а задано в исходных данных на КР в табл. 3.1.

Тогда с учетом (5.4), (5.5) может быть рассчитано значение коэффициента

В процессе определения допустимых показателей ЧТП необходимо учи-

тывать конкретную структуру рассматриваемой СРС, т.е. сколько пролетов в РРЛ, сколько сот в СМС и как они соединяются с Центром коммутации и т.п. В

связи с этим ниже кратко рассмотрена общая структура типовой СМС, которая должна приниматься во внимание при определении допустимых показателей ЧТП в данной КР.

Современные СМС представляют совокупность элементов, обеспечива-

ющих выполнение всех возлагаемых на систему функций. Общая структура со-

товой СМС представлена на рис. 4.1. Там же перечислены ее основные эле-

менты. При выполнении данной КР предполагается, что соединительные ли-

нии между БС и ЦС (ЦКМС) организованы с помощью соединительных РРЛ (СРРЛ). Таким образом, между двумя абонентскими станциями (АС)

вСМС образуется составной абонентский канал (АК) связи:

АС1–БС1-СРРЛ1-ЦС- СРРЛ2-БС2-АС2.

При этом части этого канала БС1-СРРЛ1-ЦС и ЦС-СРРЛ2-БС2 образуются в общем случае N-пролетной СРРЛ1 и М-пролетной СРРЛ2. Обычно при расчете исходят из худшего случая, которому в данном случае будет соответствовать размещение обоих абонентов в одной наиболее удаленной от ЦС соте. БС этой соты будет соединяться СРРЛ, число пролетов в которой может быть определе-

но на основании конкретной структуры СМС, связанной с индивидуальными исходными данными. Следует отметить, что при выполнении данной КР струк-

тура СМС полагается однородной, то есть все соты одинакового размера и дли-

на всех пролетов СРРЛ также одинакова.

17

Применительно к СМС с рассмотренной структурой и с учетом сказан-

ного выше о составном АК передачи между абонентами можно записать соот-

ношение:

в котором: Тсот - ПНС, обусловленный помехами в соте; Тррл – ПНС, обуслов-

ленный помехами в СРРЛ.

В соответствии с общепринятой методикой можно принять допустимые

доли слагаемых в (5.7) как 9:1, то есть:

Далее необходимо учесть, что показатели Тсот и Тррл в (5.7) обусловлены,

всвою очередь, совокупностью помех, действующих, соответственно, в соте и

вСРРЛ. Для Тсот можно записать следующее соотношение:

в котором: Тс сот - ПНС в соте, обусловленный замираниями радиосигнала на участке АС-БС

Тм сот – ПНС в соте, обусловленный воздействием МС от других сот данной СМС, работающих на тех же частотах

Т 'м сот – ПНС в соте, обусловленный воздействием МС от других СРС

Т 'м сот доп = 0,1∙Тсот доп .

Отметим, что последняя составляющая используется как критерий расче-

та межсистемной ЭМС данной СМС с другими СРС, который не входит в круг задач данной КР и, поэтому, далее этот показатель ЧТП не используется.

18

Таким образом, с учетом (6) можно рассчитать конкретные значения по-

казателей ЧТП сотовой инфраструктуры:

Показатель Тррл доп, значение которого рассчитывается по (5.11), является допустимым значением показателя ЧТП сети СРРЛ рассматриваемой СМС и

будет использоваться во второй части КР, выполняемой на 9-м семестре.

Расчет радиуса сот

Критерием расчета радиуса сот является Тс сот доп, значение которого по-

лучается в соответствии с (5.15). За величину радиуса соты Rсот принимается такое расстояние Rс между БС и АC, при котором выполняется условие нор-

мальной связи (УНС) в соте:

где Тс сот – текущее значение ПНС в соте, обусловленное замираниями радио-

сигнала при текущих параметрах АС, БС и расстояния связи Rс.

где рс мед – медианное значение уровня сигнала на входе приемника АС, дБм;

рс мин – чувствительность приемника в дБм (см. табл. 4.1); σс – параметр глуби-

ны замираний ПС, дБ [2, 3].

Значение параметра σс может быть определено по рис. 5.1 [2] для типомо-

дели ТО, на которой разворачивается СМС. При этом используют пять типомо-

делей ТО: малый город (МГ) с площадью Sто = (25...75) км2; средний город (СГ)

с Sто = (100...300) км2; большой город (БГ) с Sто = (500...900) км2; сельская мест-

ность (СМ); открытая местность (ОМ).

19

Рис. 5.1. Стандартное отклонение закона распределения замираний

Значение рс мед в (5.19) определяется в соответствии с общим соотноше-

нием

в котором рпд – уровень сигнала на выходе передатчика, дБм; gпд – коэффициент усиления антенны передающей станции, дБ; аф пд – потери в АФТ передающей станции, дБ; ас – потери сигнала при распространении в соте между антеннами БС и АС, дБ; gпр - коэффициент усиления антенны приемной станции, дБ; аф пр -

потери в АФТ приемной станции, дБ.

Соотношение (5.19) может быть записано через известный из тактико-

технических данных оборудования обобщенный параметр “коэффициент си-

стемы”