8.3.2.1. Итерации в восходящем и нисходящем каналах

Цель итерации в восходящем канале назначать мощности передачи моделируемым мобильным станциям так, чтобы уровни помех и значения чувствительности базовых станций сопрягались. Уровень чувствительностиBSкорректируется вычисленным уровнем помех в восходящем канале (увеличение помех) и поэтому зависит от состояния ячейки. Влияние нагрузки в восходящем канале на чувствительность учитывается членом10log₁₀(1  _UL), где_ULзадается уравнением (8.12). При итерации в восходящем канале мощности передачиMSвычисляются, основываясь на уровне чувствительности наилучшего сервера, обслуживании, скорости движения и потерь на линии. Далее мощности передачи сравниваются с максимальной допустимой мощностью передачиMS, и уMS, превышающих этот предел, передача прерывается. Затем помехи переоцениваются и назначаются новые значения нагрузки и чувствительности для каждойBS. Если коэффициент нагрузки в восходящем канале выше установленного предела,MSsхаотично перемещаются из ячейки с высокой нагрузкой на другую несущую (если позволяет спектр), или их обслуживание прекращается.

Цель итерации в нисходящем канале назначать правильные мощности передачиBSкаждой мобильной станции до тех пор, пока принимаемый сигнал наMSотвечает требуемому отношениюE_b/N₀.

8.3.2.2. Моделирование работы на уровне канала

При определении площади (размаха) и планировании радиосети необходимо сделать упрощающие предположения, касающиеся канала с многолучевым распространением, передатчика и приемника. В традиционной модели должно использоваться среднее принимаемое E_b/N₀, гарантирующее требуемое качество обслуживания как основную величину, которая включает учет влияния профиля задержки мощности. В системах, использующих быстрое управление мощностью, среднего принимаемогоE_b/N₀недостаточно для того, чтобы охарактеризовать влияние радиоканала на работу сети. Кроме того, распределение мощности передачи должно учитываться при моделировании работы на уровне радиоканала в оценках на уровне сети. Соответствующий способ приводится в [1] для восходящего канала WCDMA. Было показано, что из-за быстрого управления мощностью в условиях многолучевого замирания помимо требования к среднему принимаемому E_b/N₀, необходимо учитывать увеличение средней мощности передачи при оценках помех. Увеличение мощности подробно рассматривается в разделе 9.2.1.2. Более того, запас на управление мощностью должен включаться в оценку ресурса радиолинии для того, чтобы управление мощностью соответствовало быстрым замираниям на краю ячейки.

Множественные радиолинии учитываются в модели при оценке выигрышей при мягком хэндовере в средней принимаемой и передаваемой мощностях, а также в требуемом резерве управления мощностью. При моделировании мощности передачи корректируются коэффициентом активности речи, выигрышем при мягком хэндовере и средним увеличением мощности для каждой MS.

8.3.3. Пример

В этом примере на рис. 8.7 показано планирование для района Espoo, Финляндия, размером12 х 12 км². Использовалась методика планирования сети, описанная в разделе 8.3.2.

Рис. 8.7. Сценарий сети. Размеры района 12 х 12 км, он обслуживается 19 сайтами,

в каждом из них трехсекторные ячейки.

Было установлено, что существуют необходимые вероятности обслуживания оператором в зоне охвата для услуг со скоростью передачи 8 Кбит/с, 64 Кбит/с и 384 Кбит/с соответственно 95 %, 80 % и 50 % или лучше. Этап планирования начинался с оценки ресурса радиолинии и выбора схемы расположения сайтов. На следующем этапе планирования были оптимизированы доминирующие районы для каждой ячейки. В этом контексте доминирование связано только с условиями распространения. Наклон антенны, азимут и расположение участков могут регулироваться для получения зон с четко выраженным распространением радиоволн в этих ячейках. Оптимизация района доминирования важна для определения помех, зоны мягкого хэндовера и управления вероятностью осуществления мягкого хэндовера. Улучшенные мягкий/полумягкий хэндовер и характеристика помех автоматически ведут к улучшенной пропускной способности сети. План состоит из 19 макроучастков (сайтов), каждый с тремя секторами, и средняя зона сайта равна 7,6 км². В городской зоне нагрузка в восходящем канале была ограничена до 75 %, что соответствовало увеличению помех на 6 дБ. В случае превышения нагрузки у необходимого числа мобильных станций из сильно нагруженных ячеек случайным образом прерывалась связь (или они перемещались на другую несущую). В таблице 8.10 показано распределение пользователей в моделях, а другие, использованные параметры при моделировании, приводятся в таблице 8.11.

Таблица 8.10.

Распределение пользователей.

Услуга в Кбит/с	Пользователей на указанную услугу
8 Кбит/с	1735
64 Кбит/с	250
384 Кбит/с	15

Таблица 8.11.

Параметры, используемые в модели.

Предел нагрузки в восходящем канале	75 %
Максимальная мощность передачи BS	20 Вт (43 дБм)
Максимальная мощность передачи MS	300 мВт (= 25 дБм)
Динамический диапазон управления мощностью MS	70 дБ
Корреляция медленных (логарифмически нормальных) замираний между базовыми станциями	50 %
Стандартное допустимое отклонение для медленных замираний	6 дБ
Профиль многолучевого канала	ITU А-канал подвижного средства
Скорости MS	3 км/ч и 50 км/ч
Коэффициент шума MS/BS	7 дБ / 5 дБ
Интервал сложения при мягком хэндовере	 6 дБ

(продолжение табл.8.11)

Мощность испытательного канала	30 дБм
Усредненная мощность для других общих каналов	30 дБм
Ортогональность в нисходящем канале	0,5
Коэффициент использования для передачи речи (данных)	50 % / (100 %)
Антенны BS: сектор/усиление	65/17 дБн
Антенны MS для передачи речи данных	Ненаправленные/ 1,5 дБн

Во всех трех случаях моделирования интерес представляли пропускная способность ячейки в Кбит/с и вероятность обслуживания в зоне по каждой услуге. Далее были собраны результаты моделирования вероятности и нагрузки при мягком хэндовере. В таблицах 8.12 и 8.13 показаны результаты моделирования для пропускной способности ячейки и вероятностей обслуживания в зонах, ячейках, сайтах. Максимальная нагрузка в восходящем канале была установлена не выше 75 % согласно таблице 8.11. Заметим, что в таблице 8.12 в нескольких ячейках нагрузка ниже 75 % и соответственно пропускная способность также ниже, чем достигаемое максимальное значение. Причиной этому является то, что не было достаточного предлагаемого трафика в этом сайте для того, чтобы полностью загрузить ячейки. Нагрузка в ячейке 5 составляла 75 %. Ячейка 5 расположена в нижнем правом углу на рис. 8.7, и нет никаких других ячеек, близких к ячейке 5. Поэтому эта ячейка может взять на себя больше трафика, чем другие ячейки. Например, ячейки 2 и 3 находятся в середине зоны, и нет достаточного трафика для того, чтобы полностью загрузить ячейки.

Таблица 8.12.

Пропускная способность, нагрузка и затраты на мягкий хэндовер (SHO).

UL = восходящий канала, DL = нисходящий канал.

Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1805
Идентификатор ячейки	Пропускная способность UL (Кбит/с)	Пропускная способность DL (Кбит/с)	Нагрузка UL	Затраты на SHO
Ячейка 1	728,00	720,00	0,50	0,34
Ячейка 2	208,70	216,00	0,26	0,50
Ячейка 3	231,20	192,00	0,24	0,35
Ячейка 4	721,60	760,00	0,43	0,17
Ячейка 5	1508,80	1132,52	0,75	0,22
Ячейка 6	762,67	800,00	0,53	0,30
Среднее значение (по всем ячейкам)	519,20	508,85	0,37	0,39
Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1777
Ячейка 1	672,00	710,67	0,58	0,29
Ячейка 2	208,70	216,00	0,33	0,50
Ячейка 3	226,67	192,00	0,29	0,35
Ячейка 4	721,60	760,00	0,50	0,12
Ячейка 5	1101,60	629,14	0,74	0,29
Ячейка 6	772,68	800,00	0,60	0,27
Среднее значение (по всем ячейкам)	531,04	506,62	0,45	0,39

(продолжение табл.8.12)

Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч и 3 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1802
Ячейка 1	728,00	720,00	0,51	0,34
Ячейка 2	208,70	216,00	0,29	0,50
Ячейка 3	240,00	200,00	0.25	0,33
Ячейка 4	730,55	760,00	0,44	0,20
Ячейка 5	1162,52	780,00	0,67	0,33
Ячейка 6	772,68	800,00	0,55	0,32
Среднее значение (по всем ячейкам)	525,04	513,63	0,40	0,39

В таблице 8.13 показано, что скорость MSоказывает влияние как на пропускную способность, так и на вероятность обслуживания в зоне. Когда мобильные станции передвигаются со скоростью 50 км/ч, то меньшее количество их можно обслужить, пропускная способность ниже, а полученная нагрузка выше, чем, когда мобильные станции передвигаются со скоростью 3 км/ч. Если значения пропускной способности нормализуются в соответствии с одним и тем же значением нагрузки, различие между случаями со скоростью 3 км/ч и 50 км/ч будет больше 20 %. Лучшую пропускную способность при более медленно двигающихсяMSможно объяснить лучшим отношениемE_b/N₀. Быстрое управление мощностью может корректировать сигнал с замираниями, и требуемое значениеE_b/N₀уменьшается. Более низкое заданное значение уменьшает общий уровень помех, и в сети может быть обслужено большее число пользователей.

При сравнении обслуживания вероятности в зоне можно отметить, что быстро перемещающиеся MSполучают качество обслуживания более высокое, чем медленно перемещающиеся, потому что для последних нужен резерв мощности передачиMSдля обеспечения быстрого управления мощностью. Смотрите раздел 8.2.1. Влияние скорости может быть особенно заметно, если используемые битовые скорости высоки, потому что при низких скоростях передачи зона обслуживания больше из-за большего выигрыша в отношении сигнал/шум при обработке сигналов. Зона обслуживания проверяется в этой методике планирования путем использования проверочнойMSпосле сходимости итераций в восходящем канале. Отмечается, что эта проверочнаяMSне влияет на нагрузку в сети.

Таблица 8.13.

Результаты оценки вероятности обслуживания в зоне.

Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/ч	96,6 %	97,7 %
64 Кбит/с	84,6 %	88,9 %
384 Кбит/с	66,9 %	71,4 %

(продолжение табл.8.13)

Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/с	95,5 %	97,1 %
64 Кбит/с	82,4 %	87,2 %
384 Кбит/с	63,0 %	67,2 %
Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч и 50 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/с	96,0 %	97,5 %
64 Кбит/с	83,9 %	88,3 %
384 Кбит/с	65,7 %	70,2 %

Анализ вероятности обслуживания в зоне в нисходящем канале отличается от анализа в восходящем канале. В восходящем канале ограничивающим фактором является максимальная мощность передачи MS. В нисходящем канале ограничения зависят от используемых алгоритмов управления радиоресурсом. Одним из ограничений в нисходящем канале является полная мощность передачиBS. Кроме того, может использоваться другое ограничение: лимит мощности на радиолинию. На рис. 8.8 показан пример анализа зоны обслуживания в нисходящем канале для передачи речи. Можно увидеть, что, если ограничение мощности на радиолинию выбирается правильно, то вероятность попадания в зону обслуживания в нисходящем канале может быть установлена на то же самое значение, что и в восходящем канале. Таким образом, зоны обслуживания в восходящем и нисходящем каналах можно сбалансировать. Требуемыми мощностями на линию на рис. 8.8 являются средние мощности, и они не включают запас на быстрые замирания.

Этот пример демонстрирует влияние профиля пользователя, т. е. используемого обслуживания и скорости MS, на работу сети. Показано, что более низкая скоростьMSобеспечивает лучшую пропускную способность: число обслуживаемыхMSи пропускная способность ячейки выше в случае со скоростью 3 км/ч, чем со скоростью 50 км/ч. При сравнении с вероятностью обслуживания в зоне влияние скоростиMSразлично. Более высокая скорость уменьшает запас на быстрые замирания и, таким образом, увеличивает вероятность обслуживания в зоне, когда скоростьMSувеличивается.

Было показано, что представленная методика планирования сети применима поскольку учитывает зависимости между пропускной способностью и зоной обслуживания в WCDMA. Кроме того, можно определить зоны обслуживания с различными битовыми скоростями для выбранных сайтов BS, и можно установить параметры для алгоритмовRRM.

Рис. 8.8. Пример анализа зоны обслуживания в нисходящем канале.

Для передачи речи (8 Кбит/с, 50 км/ч) предел для радиолинии был установлен на 25 дБм для того, чтобы достигнуть 95 % вероятности обслуживания в зоне. В случае требования обеспечения скорости 384 Кбит/с и 71 % вероятности обслуживания в зоне предел для радиолинии составил бы 35 дБм.

8.3.4. Оптимизация сети

Оптимизация сети процесс улучшения качества всей сети, воспринимаемый мобильными абонентами, и гарантии того, что ресурсы сети используются эффективно. В оптимизацию входят анализ сети и улучшения конфигурации, и работы сети. Переход от подробного анализа пропускной способности и зоны обслуживания, показанный на рис. 8.1, к работе и оптимизации сети проходит плавно. Статистические данные от основных рабочих индикаторов для действующей сети подаются в средство анализа состояния сети, а параметры управления радиоресурсами можно регулировать для улучшения качества работы. В главе 9 описываются алгоритмы управления радиоресурсами. Примером параметра оптимизации является оптимизация зоны мягкого хэндовера. Средство анализа состояния сети может быть неотъемлемой частью методики планирования радиосети, представленная в разделе 8.3.2. Рост трафика в сети требует непрерывного взаимодействия методики планирования и действующей сети. Анализируется возможность имеющейся сети поддерживать рост прогнозируемого трафика, и план радиосети можно в дальнейшем совершенствовать, основываясь на фактических данных измерений.

Первый этап процесса оптимизации это определение основных показателей работы. Они состоят из измерений в системе управления сетью и данных эксплуатационных измерений или любой другой информации, которую можно использовать для определения качества обслуживания сети. С помощью системы управления сетью можно анализировать прошлую, настоящую и прогнозируемую будущую работу сети.

Характеристику алгоритмов управления радиоресурсами и их параметры можно анализировать, используя основные рабочие показатели. В алгоритмы управления радиоресурсами входят хэндоверы, управление мощностью, планирование передачи пакетов, управление доступом и нагрузкой.

Анализ качества сети рассчитывается для того, чтобы дать оператору представление о качестве и характеристиках работы сети. Анализ качества и обобщение результатов заключается в планировании эксплуатационных измерений и измерений системы управления сетью. После того, как были установлены критерии качества обслуживания и проанализированы данные, можно составлять отчет-обзор. Для систем 2-го поколения качество обслуживания, например, заключалось в регистрации статистики несостоявшихся (потерянных) вызовов, анализа причин несостоявшихся вызовов, статистики хэндовера и измерения успешных попыток установления вызовов. Для систем 3-го поколения с большим разнообразием услуг следует разработать новые определения качества обслуживания для анализа качества.

Автоматическая оптимизация будет важна в сетях 3-го поколения, поскольку существует больше услуг и битовых скоростей, чем в сетях 2-го поколения, а оптимизация вручную потребует слишком много времени на ее выполнение. Автоматическое управление будет обеспечивать быстрый отклик на изменение условий трафика в сети. Следует отметить, что в начале развертывания сетей 3-го поколения смогут автоматически регулироваться лишь только некоторые параметры, и поэтому процесс оптимизации сетей 2-го поколения должен все еще поддерживаться.