ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

интервалов зарезервирован для сигнализации. Второй случай соответствует трем TRX, когда два временных интервала из 32 зарезервированных для сигнализации. Выигрыш от группообразования может быть рассчитан по формуле Эрланга B и в этом случае необходимые цифры нагрузки можно найти в таблице 2.13:

Выигрыш для 7 каналов = 2.93 Эрл/7 Эрл = 0.42 Выигрыш для 30 каналов = 21.93 Эрл/30 Эрл = 0.73

Другой пример, необходимо рассчитать требуемое количество каналов трафика, при нагрузке от одного пользователя – 0.02 Эрл и количестве абонентов – 500. Вероятность блокировки должна быть меньше 2%.Вопервых, 500пользователей создают нагрузку 500 × 0.02 Эрл = 10 Эрл. Таблица Эрланга B используется для расчета количества необходимых каналов. Выбирается столбец таблицы на основе вероятности блокировки. Таблица 2.14 представляет собой фрагмент таблицы Эрланга B для 2% вероятности блокировки. Для обслуживания нагрузки в 10 Эрл необходимо 17 каналов. Вторым шагом будет расчет общего количества необходимых приемопередатчиков. Общее правило определения размеров для не объединяемых SDCCH каналов: 7 временных интервалов, 1 TRX; 15 временных интервалов, 2 TRX; и 22 временных интервалов, 3 TRX. Таким образом, необходимое количество приемопередатчиков равно 3.

Таблица 2.14 – Формула Эрланга В для вероятности блокировки 2%

Структура каналов

В связи с тем, что полоса частот GSM ограничена, система должна быть способна выполнять интеллектуальное разделение полосы частот. Система GSM объединяет множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) и множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) для эффективного использования полосы частот. Частотное разделение означает разделение полосы частот на частоты несущих, которые разнесены друг от друга на 200 кГц. Диапазоны частот для GSM указаны в спецификации ETSI и таблице 2.15.

Например, в GSM 900 поддиапазоны разделены на 124 несущие частоты. Временное разделение делит каждый несущую частоту на временные интервалы, пронумерованные от 0 до 7 (рис 2.23). Длительность одного временного интервала составляет 0.577 мс.

91

Таблица 2.15 – Диапазоны частот для GSM

Система GSM делит несущие частоты на временные интервалы. Кадр TDMA состоит из восьми временных интервалов и, следовательно, имеет длину 4.6 мс. Для идентификации TDMA кадров, каждый кадр имеет 22битовое поле, используемое для идентификационной информации. Структура канала трафика (TCH) следующая: гиперкадр = 2048 суперкадров, суперкадр = 51 мультикадр, мультикадр = 26 TDMA кадров. Структура канала управления (ССН) следующая: гиперкадр = 2048 суперкадров, суперкадр = 26 мультикадров, мультикадр = 51 TDMA кадр. Один передача (burst) или один временной интервал в TDMA кадре – это физический канал.

Рисунок 2.23 – Структура канала GSM

Сейчас необходимо разделить два понятия – физический и логический канал. Первые – фактические каналы для переноса информации между BSS и MS. Другими словами, Канальные интервалы – это физические каналы. Логические каналы – это структура передаваемой информации, данных и сигнализации. Каналы трафика для пользовательских данных и каналы управления для сигнализации. Пользовательскими данными могут быть либо голос либо данные.

В системе GSM каналы управления могут быть трех основных типов: широковещательные каналы управления, общие каналы управления и

92

выделенные каналы управления. Общие каналы используются в режиме ожидания, а выделенные каналы назначаются мобильным станциям, когда они находятся в активном режиме. Выделенные и общие каналы управления относятся к типу точка-многоточка. Вещательные каналы передают информацию, предназначенную всем мобильным станциям. Далее логические каналы системы GSM описаны более подробно.

Канал трафика(Traffic Channel, TCH)

Канал трафика может быть или полноскоростной (full rate, FR), или полускоростной (half rate, HR) или улучшенный полноскоростной (enhanced full rate, EFR). Для полноскоростного канала битрейт кодека составляет 13 кбит/с, для полускоростного – 5.6 кбит/с. Усовершенствованный полноскоростной (EFR) работает на скорости 12,2 кбит/c. TCH канал выделяется для одного пользователя. Другой тип кодирования речи – адаптивный многоскоростный (adaptive multirate, AMR), стандартизированный 3GPP. Идея AMR заключается в динамической адаптации источника и канального кодирования в соответствии с окружающими условиями в сети. Чем лучше канал, тем меньше требуется избыточное канальное кодирование. В целом, AMR улучшает качество и сохраняет емкость сети. AMR поддерживает восемь скоростей передачи: 12.2, 10.2, 7.95, 7.40, 6.70, 5.90, 5.15 и 4.75 кбит/с.

Широковещательные каналы управления (Broadcast Control Channels)

Широковещательный канал управления (Broadcast Control Channel, BCCH)

ВССН передает системную информацию непрерывно в нисходящем направлении, например, частоты соседних сот и информации группового вызова.

Широковещательный канал соты (Cell Broadcast Channel, CBCH)

Это вещание содержит пользовательскую информацию без сигнализации.

Канал коррекции частоты (Frequency Correction Channel, FCCH)

Канал используется для синхронизации несущей MS.

Канал синхронизации (Synchronisation Channel, SCH)

Этот канал используется для синхронизации MS. Транслируется код идентификации BS и номер TDMA кадра.

Общие каналы управления (Common Control Channels)

Канал предоставления доступа (Access Grant Channel, AGCH)

93

AGCH канал используется для выделения SDCCH канала MS и подтверждения запросов на канал от MS.

Канал уведомления (Notification Channel, NCH)

Цель этого канала заключается в информировании мобильных станций о голосовых широковещательных вызовах; он работает только в нисходящей линии связи.

Канал вызова (Paging Channel, PCH)

Канал используется для передачи управляющей информации к мобильной станции, когда система не знает ячейку местонахождения мобильной станции.

Канал случайного доступа (Random Access Channel, RACH)

RACH канал используется для передачи запросов доступа от MS и обновления местоположения; он действует только в восходящем направлении.

Выделенные каналы управления(Dedicated Control Channels)

Медленный связанный канал управления (Slow Associated Control Channel, SACCH)

Этот канал используется для мониторинга линии, например, передачи измерений, необходимых для принятия решений относительно хэндовера. SACCH всегда связан с каналом TCH. SACCH, как и все выделенные каналы управления, работает в обоих направлениях и представляет собой канал точка-точка.

Автономный выделенный канал управления (Stand-alone Dedicated Control Channel, SDCCH)

Используется для установления соединения, аутентификации, обновления местоположения и SMS.

Быстрый связанный канал управления (Fast Associated Control Channel, FACCH)

Этот канал используется в критических случаях передачи сигнализации; он занимает моменты передачи канала TCH для передачи сигнализации. Критическая ситуация - это, например, передача обслуживания.

Методы улучшения емкости

Методы повышения емкости используются, если требуемая емкость выше, чем может предоставить макросота. Одним из методов повышения емкости является скачкообразная перестройка частоты. Еще одним примером того, как предложить дополнительную емкость, являются микро и пикосоты.

94

2.6.2Планирование емкости в GPRS и EGPRS

Вследующих разделах рассмотрим определение размеров для профиля смешанного трафика GPRS/EGPRS и голоса GSM. Заметим, что передача GPRS и EGPRS данных способна выполняться в прерывистом режиме с выделением ресурсов по мере их доступности (емкость по требованию), а передача голоса GSM требует постоянного соединения в течение длительных периодов (десятки секунд). Все GPRS примеры, которые будут рассмотрены далее, также могут быть непосредственно применены к планированию емкости EGPRS.

Другое важное понятие в планировании емкости GPRS и EGPRS связано с приоритетами распределения ресурсов различных услуг. В связи с относительной нечувствительностью к задержкам многих услуг на основе пакетной передачи, является разумным прервать пакетную передачу данных, если канал требуется для голосового вызова. В этом случае, пропускная способность, выделяемая для GPRS трафика, будет переменной во времени, позволяя некоторую степень свободы в общем планировании системы. Однако следует отметить, что возможно потребуются дополнительные временные интервалы на несущей для передачи GPRS данных, для обеспечения минимального уровня емкости для GPRS данных.

Определение объема трафика с коммутацией каналов

Поскольку предполагается, что с трафик с коммутацией каналов будет иметь приоритет над пакетным трафиком, и, вероятно, составляет основную нагрузку системы, поэтому целесообразно рассмотреть его первым.

Трафик с коммутацией каналов и формула Эрланга В

При расчете трафика с коммутацией каналов обычно используют формулу Эрланга B для получения необходимого количества каналов для заданной нагрузки и вероятности блокировки:

где В – вероятность блокировки (%), А – нагрузка (Эрл) и N – число каналов (временных интервалов). К счастью, решение уравнения (2.53) требуется редко, так как таблицы, содержащие результаты, широко доступны.

Например, вычисления по формуле Эрланга В показывают, что 22 канала трафика смогут обслужить нагрузку 14.9 Эрл с вероятностью блокировки <2%. Поэтому зона покрытия с равномерно распределенной общей нагрузкой около 100 Эрл, может быть построена из 7 сот, в которых по 22 канала трафика с вероятностью блокировки <2%.

95

Расчет также будет включать в себя расчет C/I порога, тем самым гарантируя, что во всей зоне покрытия, отношение C/I является достаточным для надежной передачи. Значение C/I выбирается в соответствии форматом передачи, содержащимся в запросе, например, речь и данные с коммутацией каналов.

Доступные ресурсы для GPRS в схеме с коммутацией каналов

Система, предназначенная для трафика с коммутацией каналов, как правило, имеет базовую (минимальную) пропускную способность для GPRS данных: так как система была разработана с достаточным запасом, чтобы обеспечить низкий уровень блокировки, то свободная мгновенная емкость может быть использована для передачи пакетных данных. До тех пор пока пакетный трафик может быть временно прерван, для предоставления ресурсов трафику с коммутацией каналов, никакой деградации услуг с коммутацией каналов не произойдет.

Для приведенного выше примера, сота, имеющая 22 канала и обслуживающая нагрузку с коммутацией каналов в 14.9 Эрл и, в среднем имеет 7.1 свободных канала. Поэтому можно выполнять пакетную передачу данных, основанную на принципе «по запросу», отказывая, когда требуются каналы для трафика с коммутацией каналов. Таким образом, вероятность блокировки трафика с коммутацией каналов не ухудшается, даже притом, что каналы трафика могут быть загружены сильнее. Однако, существуют определенные накладные расходы, связанные с разделением зоны с коммутацией каналов и зоны GPRS. Это приводит к уменьшению числа каналов, доступных для GPRS, в данном случае с 7.1 каналов до 5.6 каналов.

Таблица 2.16 показывает среднее число временных интервалов (TCHs), доступных для GPRS для различного числа несущих в соте и вероятности блокировки трафика с коммутацией каналов равной 1 и 2%. Она учитывает накладные расходы канала (см. табл. 2.17 и соответствующее описание выше). В целом предполагается увеличение числа временных интервалов, доступных для GPRS, так как увеличивается количество несущих, но есть несколько примеров в таблице 2.16, когда это не происходит. Это связано с увеличением накладных расходов при увеличении числа.

Теоретически, в предыдущем примере, в среднем 5.6 временных интервалов доступны для передачи GPRS данных. Можно использовать все из них и загружать каждый канал определенным числом пользователей (максимум 9 в нисходящем направлении и 7 в восходящем направлении). Однако в таких условиях скорость передачи данных на одного пользователя будет низкой по сравнению с теоретической обеспечиваемой схемой кодирования, и общая задержка сообщения будет, как правило, высокой при больших размерах пользовательских сообщений. Поскольку распределение запрашиваемых передач данных, как ожидается, будет не равномерным (это может быть, например распределение Пуассона) некоторые дополнительные ресурсы должны быть заложены в системе для обслуживания пиков

96

нагрузки, для сохранения удовлетворительной скорости передачи пользовательских данных.

Таблица 2.16 – Среднее число доступных тайм-слотов

Увеличение GPRS емкости

Как было показано, типичная сеть, большую часть времени, будет иметь ограниченную емкость для передачи GPRS трафика. Для увеличения доступной емкости, будут необходимы дополнительные ресурсы в виде каналов трафика (и, следовательно, несущих). Добавление дополнительной несущей в соте даст еще семь или восемь каналов, в зависимости от того, является первый тайм-слот каналом управления или каналом трафика. Во всех случаях, приведенных в таблице 2.15, добавление семи или восьми каналов TCH добавляет значительную емкость для GPRS; в случае трех несущих и 2% блокировки трафика с коммутацией каналов, типичный ресурс доступный для GPRS увеличивается более чем в два раза путем добавления одной несущей (при том же уровне трафика с коммутацией каналов).

Разделение нагрузки с коммутацией каналов и нагрузки GPRS –

метод областей (The Territory Method)

Основная методика для разделения ресурсов между трафиком с коммутацией каналов и пакетным трафиком называется метод областей. Временные интервалы в пределах соты динамически разделяются между GSM и GPRS областями. Это означает, что определенное количество последовательно расположенных временных интервалов зарезервированы для GSM вызовов с коммутацией каналов, а остальные будут доступны для GPRS трафика. Динамическое изменение границы между областями (и, следовательно, количество временных интервалов в каждой области) позволяет системе адаптироваться к различным уровням нагрузки и

97

пропорциям трафика, и таким образом, иметь оптимальную производительность при различных условиях нагрузки.

Профиль трафика

Оптимальное назначение различных параметров для областей зависит от наличия реалистичного профиля трафика для системы. Пример профилей трафика для возможной системы показан на рисунке 2.24. В этом случае, легко наблюдаются отдельные пики нагрузки для пакетного трафика и трафика с коммутацией каналов. Это предполагает долгосрочные изменения границы областей. Эти изменения будут в дополнение к краткосрочным изменениям, которые учитывают колебания в профиле нагрузки (рисунок

2.24).

Рисунок 2.24 – Примеры профилей трафика

При определении размеров сети в целом основными параметрами являются:

∙пик нагрузки трафика с коммутацией каналов (Эрл);

∙пик нагрузки с коммутацией пакетов (Кбит/с);

∙нагрузка от трафика с коммутацией каналов в час наибольшей общей нагрузки (Эрл);

∙нагрузка от трафика с коммутацией пакетов в час наибольшей общей нагрузки (Кбит/с).

Первые два параметра дают представление о предельных оптимальных распределениях ресурсов в соответствующие часы пик (максимальных границах областей). Последние два помогут при определении размеров сети в целом в условиях пиковых нагрузок, показывая общие требования к каналам. Тот факт, что соответствующие трафику пики нагрузки не обязательно совпадают, является важным с точки зрения определения размеров сети в целом.

98

Область GPRS

Можно выделить каналы трафика службе GPRS, если требуется минимальный уровень обслуживания, когда трафик с коммутацией каналов достигает пиковых уровней. Если это сделано в системе, которая была рассчитана на трафик с коммутацией каналов при 2% блокировке, то ясно, что в результате уровень блокировки увеличиться за счет сокращения числа каналов. Рисунок 2.25 показывает эффект выделения временных интервалов для GPRS на вероятность блокировки трафика с коммутацией каналов. Как и следовало ожидать, увеличение блокирования более выражено при малом числе несущих на соту. Однако график показывает, что даже выделение только одного или двух временных интервалов для GPRS в случае, когда есть относительно большое число несущих на соту, может существенно повлиять на блокировку вызова (например, 5 несущих, 38 TCHs: блокировка с 2% увеличивается до 3.5% при выделении 2 TCHs для GPRS).

Существует, таким образом, компромисс между обеспечением минимального уровня услуги GPRS и увеличением вероятности блокировки для услуг с коммутацией каналов. Должны ли ресурсы быть выделены, зависит от приоритетов оператора сети и существующей производительности системы. Если нет абсолютной необходимости гарантировать минимум GPRS обслуживания (за счет блокировки трафика с коммутацией каналов) то, вероятно, лучше не выделять тайм-слоты для GPRS трафика, а при обратной ситуации (например, при очень высоком уровне трафика с коммутацией каналов) скорее наоборот.

Рисунок 2.25 - Влияние выделения каналов трафика для GPRS на вероятность блокировки трафика с коммутацией каналов

99

Размеры области GPRS по умолчанию

Областью GPRS по умолчанию является зона, которая всегда будет включена в мгновенную область GPRS и должна разрешать передачу трафика с коммутацией каналов. Если трафик с коммутацией каналов снижается, занимающий некоторую область GPRS по умолчанию, то временные интервалы автоматически перераспределяются в область GPRS, независимо от фактической нагрузки GPRS. Поэтому такие временные интервалы будут доступны сразу для пользователей GPRS при поступлении вызова, или для перераспределения существующим пользователям для повышения их скорости передачи данных.

Когда уровень трафика с коммутацией каналов падает, но находится за пределами области GPRS, то автоматического перераспределения не происходит. Свободные временные интервалы станут доступными для GPRS только при достижении нагрузки GPRS заданного уровня (а в это время пользователи могут испытывать небольшое уменьшение пропускной способности). Таким образом, установка более высокого значения по умолчанию для области GPRS приведет к увеличению QoS GPRS.

Однако существует и обратная сторона увеличения границы по умолчанию для области GPRS. Одной из проблем является увеличение числа внутрисотовых хэндоверов пользователей с коммутацией каналов, из-за сохранения свободной области GPRS, назначенной по умолчанию. Это произойдет, несмотря на то, что нагрузка GPRS будет низкой. Второй вопрос связан с числом временных интервалов, доступных в PCU. Это число является фиксированным, и общая пропускная способность системы GPRS может ухудшиться, если большое количество GPRS тайм-слотов занимаются для PCU соединений, притом, что на самом деле они не несут GPRS трафика. Таким образом, нужно найти компромисс между эффектами. И поэтому изначально рекомендуется границу по умолчанию установить на уровне немного ниже ожидаемого уровня нагрузки, в качестве компромисса между вышеуказанными факторами.

Увеличение/уменьшение области GPRS

Процедуры увеличения и уменьшения области GPRS срабатывают при следующих обстоятельствах.

Уменьшение области GPRS

Существует два преобладающих случая, при которых происходит уменьшение области GPRS:

∙ Если область с коммутацией каналов (CS) полностью занята и необходимо разместить еще соединение CS, то будет необходимо перераспределить временной интервал из области GPRS. Это процесс,

100