ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

который включает в себя сигнализацию между CS RRM и PCU, а также по радиоинтерфейсу до GPRS пользователя, занимает соответствующий временной интервал, и, следовательно, вносит задержку. Чтобы не было задержки, связанной с перераспределением, система пытается сохранить один или несколько временных интервалов (в зависимости от числа несущих в соте) свободными для таких CS назначений. При неуклонном росте нагрузки CS трафика, будет постоянный рост области CS, с перераспределением временных интервалов из области GPRS, в идеальном случае до поступления запроса на CS соединение. Когда количество свободных временных слотов в области CS падает ниже требуемого уровня, то для исправления ситуации инициируется уменьшение области GPRS. Количество выделяемых при этом свободных слотов определяется для 95% вероятности того, что дальнейшее уменьшение не потребуется.

∙ Если область GPRS была расширена за пределы границы по умолчанию и требования GPRS трафика снижаются, то произойдет уменьшение области GPRS за счет перераспределения освободившихся временных интервалов обратно в CS область.

Увеличение области GPRS

Существует два случая, которые приводят к увеличению области

GPRS:

∙Когда область CS занимает область GPRS, заданную по умолчанию, и трафик CS уменьшается, CS RRM будет инициировать увеличение области GPRS перераспределением временных интервалов обратно в область GPRS. В этом случае количество свободных слотов, необходимых для начала процедуры увеличения, зависит от числа несущих в соте. В случае увеличения, выбирается такое число тайм-слотов, которое не потребует (при 95% вероятности) дальнейшего увеличения.

∙Когда требования GPRS сервиса не удовлетворяются по количеству временных интервалов в области GPRS (которое уже на границе или внутри области CS), и когда уровень трафика в области CS позволяет, выполняется увеличение области GPRS. Это правило основано на количестве временных потоков блоков (temporary block flow, TBF) на временной интервал; как только среднее число пользователей, разделяющих временные интервалы GPRS, становится слишком большим, (это определяется неконфигурируемым параметром системы), будет предпринята попытка увеличения области GPRS.

Предварительные значения для количества свободных временных интервалов в области CS приведены в таблице 2.17. Среднее число свободных временных интервалов в области CS также дается, исходя из предположения равенства чисел при увеличении и уменьшении области

GPRS .

101

Таблица 2.17 – Число свободных временных интервалов в области CS

Пропускная способность данных

Общая пропускная способность EGPRS данных зависит от ряда факторов. GPRS имеет четыре схемы кодирования, а EGPRS имеет девять схем модуляции и кодирования, и каждая из них предлагает свою теоретическую скорость передачи данных. Реальная производительность каждой из них зависит от отношения C/I, как показано на рисунках 2.26 (а) и (б).

В примере для GPRS, идеальная адаптация канала будет гарантировать, что при увеличении C/I, примерно, от 6 дБ до 7 дБ изменение схемы кодирования с CS-1 на CS-2, максимизирует скорость передачи данных пользователя. Следует понимать, однако, что в точке пересечения высокие скорости повторной передачи можно было бы ожидать с более высокой скоростью схеме. Однако в точке пересечения при схеме с более высокой скоростью ожидается высокая частота повторной передачи. Если это принять во внимание при расчете пользовательского битрейта, то это приведет к неэффективному использованию канала. Поэтому система, рассчитанная на C/I в 10 дБ, будет иметь пропускную способность для CS-2 выше, чем система, рассчитанная на C/I в 7 дБ. На практике, многие системы были разработаны для уровней C/I значительно более высоких, чем этот, и поэтому более интересны границы между CS-2 и CS-3 и CS-3 и CS-4.

Отношение C/I для конкретного пользователя будет зависеть от его расположения внутри соты. Адаптация линии, основанная на измерении C/I или BLER, стремиться обеспечить использование правильной схемы кодирования для обеспечения самой высокой пропускной способности для пользователя. Следовательно, в соте будут пользователи, работающие на разных скоростях передачи данных с использованием разных схем

102

кодирования. Кроме того, там будут разные типы пользователей – одни, способные осуществлять передачу только в одном тайм-слоте (single-slot only operation), другие – в нескольких тайм-слотах одновременно (multislot operation). Общая пропускная способность будет зависеть от этих и других факторов.

Рисунок 2.26 – ( а) пропускная способность данных в зависимости от C/I. Пропускная способность тайм-слота EGPRS в зависимости от C/I.

103

Влияние нагрузки на тип активных пользователей

Поскольку доступно ограниченное число временных, то средняя число пользователей, имеющих доступ к желаемому числу временных интервалов, будет уменьшаться по мере увеличения числа пользователей. В условиях большой нагрузки, несколько пользователей могут совместно использовать один временной интервал, и, следовательно, чистая скорость передачи данных для каждого пользователя будет снижена пропорционально, а общее время передачи сообщения будет увеличиваться. Хотя пропускная способность системы не уменьшается в условиях большой нагрузки, а уровень обслуживания, испытываемый пользователями, будет обусловлен уменьшением скорости передачи данных/увеличением времени задержки передачи.

Эффективная мультислотовая передача, очевидно, очень зависит от количества доступных временных интервалов. В условиях высокой нагрузки, становится все менее вероятным, что пользователь будет иметь полный доступ к, например, трем последовательным временным интервалам. Поэтому средняя скорость передачи данных на одного пользователя, соответствующая трем временным интервалам, будет редко достигать теоретически возможного значения (трехкратной скорости одного слота), за исключением случаев, когда система работает в уровнях низкой загрузки.

Исходя из вышеизложенного, можно ожидать, что скорость передачи данных, достигаемая при мультислотовой передаче, часто будет не достигать заявленной теоретической скорости. Высокие скорости будут доступны в условиях низкой нагрузки, но будут уменьшаться при средних и высоких уровнях нагрузки.

Качество обслуживания и снижение скорости

С точки зрения определения размеров сети, необходимо учитывать качество обслуживания (QoS), которое предлагается пользователям EGPRS. Для приложений, включая передачу относительно больших файлов (электронная почта, веб-браузинг и т.д.), общая скорость передачи данных и задержка сообщения будут лучшей мерой QoS. Для оценки того, насколько сильно могут быть загружены тайм-слоты EGPRS, до того как предлагаемое QoS упадет ниже неприемлемого уровня, используется коэффициент снижения скорости. Высокое занятие (вызванное множеством одновременных пользователей EGPRS) увеличивает коэффициент снижения скорости и уменьшает эффективную пропускную способность на пользователя или QoS.

104

Кратко об определении параметров трафика GPRS и EGPRS

Были изложены основные принципы для определения размеров смешанной сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов (GPRS/EGPRS). Они должны рассматриваться как «практический способ» выполнения проекта на начальном этапе. Поскольку сеть данных развертывается и передает реальный трафик, два ключевых «допущения» требуют повторного рассмотрения и количественной оценки для калибровки и повторного определения размеров: профили данных и трафика:

Профили данных. Изначально предполагается, что большинство пользователей будут использовать EGPRS для просмотра веб-страниц и приложений электронной почты. Это означает, относительно большие размеры сообщения (обычно свыше нескольких килобит). Требования QoS для этих приложений могут несколько отличаться от тех, которые связаны с другими приложениями, которые используют короткие сообщения. В случае если профиль приложения изменяется значительно от того, что предполагался при моделировании выполняемой работы, то возможно необходимо ослабить ограничения загрузки EGPRS, позволяя более высокую загрузку канала и наивысшую пропускную способность EGPRS.

Профили трафика. Определение размеров сети передачи данных на предположении о том, что пики трафика с коммутацией каналов и трафика EGPRS происходят одновременно, может привести к значительному увеличению ее размеров. Размеры должны быть скорректированы на основе пересмотра этого предположения путем профилирования реального трафика, после того, как сильно нагруженные соты начнут передавать EGPRS трафик. Это должно отразиться на величине нагрузки в час наибольшей общей нагрузки.

2.6.3 Планирование емкости в WCDMA сети

Планирование емкости в WCDMA сетях гораздо сложнее, чем в GSM/EGPRS. Факторами, которые влияют на расчеты покрытия, являются нагрузка, помехи, поведение трафика, скорости абонентов, и т.д.

Восходящее направление

Радиоинтерфейс WCDMA представляет собой систему помех. Следовательно, при планировании емкости необходимо будет рассчитать помехи и емкость соты, т. е. объем трафика, который поддерживается базовой станцией. Величина помех в восходящей линии связи имеет большое влияние на емкость соты и ее радиус. Запас помехоустойчивости (η) показывает общее количество помех (в том числе мощность теплового шума) в сравнении с тепловым шумом:

105

где

Eb/N0 = энергия сигнала на бит/спектральная плотность шума, N = общее количество пользователей в соте,

R = битрейт,

W = скорость чипов,

i = помехи от других сот,

νj = коэффициент активности пользователя j.

Нисходящее направление

В нисходящем канале, мощность, передаваемая БС, делится между всеми пользователями. Емкость определяется мощностью передачи базовой станции, расположением UE и помехами. Поэтому, параметры, необходимые для расчета нисходящего направления включают мощность передачи базовой станции и мощность, приходящуюся на общий канал управления (Common Control Channel, CCCH). Расчеты в нисходящем канале сложнее, чем в восходящем канале и это связано с тем что, в восходящем канале есть возможность управлять мощностью передачи мобильной станции. Поэтому покрытие является функцией количества пользователей. В нисходящем направлении собственные помехи соты уменьшаются на коэффициент (1 – α). Это связано с синхронизированными ортогональными каналообразующими кодами, которые используются в нисходящем направлении. Коэффициент нагрузки нисходящей линии связи может быть рассчитан как:

где

и коэффициент ортогональности αj находится в диапазоне от 0.4 до 0.9 (по рекомендации ITU для автомобильного абонента макросоты составляет 0.6 и для пешего абонента микросоты – 0.9)

В системе WCDMA, трафик может быть асимметричным в восходящем (UL) и нисходящем (DL)направлениях, и поэтому нагрузка также может быть разной в этих направлениях. Нагрузка DL, однако, больше, чем нагрузка UL. Производительность канала связи также разная в этих направлениях

106

(значение шума выше для UE, чем для BS). Мягкая передача обслуживания (мягкий хэндовер, soft handover) реализована только в нисходящем направлении.

Коэффициент нагрузки рассчитывается отдельно для каждой услуги. Общая нагрузка является суммой нагрузок различных услуг в зоне покрытия соты.

Изменяемая емкость (Soft Capacity)

Причиной изменения емкости является ситуация, при которой сота может быть сильно загружена, в то время как соседние соты незагружены. Чем меньше помех создают соседние соты, тем больше пользователей могут быть обслужены, пока нагрузка (помехи или передаваемые сигналы) в соте не достигнет максимального значения. Если средняя загрузка невелика, то доступна дополнительная емкость в соседних сотах. Так как эта емкость может быть заимствована в соседних сотах, то разделение помех дает изменение емкости. Изменение емкости сильнее влияет на пользователей с высокими скоростями передачи в режиме реального времени, из-за относительно большего изменения для более высоких скоростей.

Изменение емкости может быть аппроксимировано на основе общих помех в BTS. Общие помехи включают в себя собственные помехи соты и помехи других сот. Таким образом, общий пул каналов может быть получен умножением числа каналов в соте для случая равномерной загрузки на (1 + i). Общий пул каналов – емкость одной изолированной соты.

Кэтому большому пулу каналов затем применяется формула Эрланга B. Полученная по формуле Эрланга емкость затем равномерно распределяется между соседними (интерферирующими) сотами путем деления максимально возможного трафика на 1 + i (в UL также учитывается увеличение мощности).

Из запланированной нагрузки может быть рассчитано количество каналов, доступных в пуле ресурсов (среднее состояние):

Доступная изменяемая емкость (в Эрлангах) для услуг реального времени может быть вычислена при помощи таблицы Эрланга B и уравнения:

Изменяемая емкость для DL вычисляется с использованием аналогичного метода.

107

2.7Частотное планирование

Дилеммой частотного планирования является обеспечение необходимой емкости и покрытия в пределах заданной полосы частот. Поэтому частотные каналы должны быть повторно использованы, но таким способом, чтобы не увеличивать уровень помех. Помехи возникают, когда две соты в сети используют один частотный канал слишком близко друг к другу; более точно – это ситуация внутриканальных помех. Когда интерферируют соседние частотные каналы, то это ситуация помехи по соседнему каналу, но это менее серьезно. Уровень помех не может быть выше при построении сети. Уровень помех возрастает при передаче с высокой мощностью при близком расположении.

Коэффициент повторного использования частот проще объяснить с помощью шестиугольной модели сот. Схемы повторного использования частот не используются на практике, потому что соты не шестиугольники. Формы сот различны и соты не имеют одинаковых размеров. Поэтому коэффициент повторного использования частот не является постоянным для всей сети, а изменяется от одного места к другому, а также может изменяться между BCCH и TCH каналами. Доступная полоса частот и план емкости определяют граничные условия для максимально возможного коэффициента повторного использования частот. Рисунок 2.27 показывает два примера коэффициентов повторного использования частот для шестиугольников.

Ниже приведен пример связи между частотным планированием и планированием емкости. Если ширина полосы частот оператора составляет 6 МГц, то количество каналов равно 30. В общем, повторное использование частот влияет на количество несущих, которые можно использовать в одном секторе. Число несущих в секторе может быть рассчитано путем деления доступной полосы частот на произведение коэффициента повторного использования и полосы частот одной несущей, т.е. делением числа каналов на коэффициент повторного использования частот. При использовании коэффициента повторного использования равного 12, количество приемопередатчиков, т.е. несущих на сектор, рассчитывается следующим образом:

Далее емкость сети для 100 BTS и 600 сот может быть рассчитана как:

600 × 2 .5 TRX = 1500 TRX

108

Рисунок 2.27Схема повторного использования частот для 7 и 12 сот

Интересным параметром повторного использования частот является расстояние между базовыми станциями, использующими одинаковую частоту. Это расстояние обозначается D, а радиус соты (шестиугольника) R. Расстояние при повторном использовании является явным для шестиугольной модели, сот с равными размерами и схемой повторного использования частот, повторяющей частоты в том же порядке. Параметры D и R показаны на рисунке 2.28. Коэффициент повторного использования схемы К может быть вычислен геометрически:

Для рисунка 2.27, К может быть вычислен как:

Расстояние D при повторном использовании определяется как:

Для получения максимальной емкости, параметр К должен быть оптимизирован (должен быть как можно меньше) когда система находится в рабочем состоянии и выполняет требования к планированию.

Параметр q – коэффициент уменьшения внутриканальных помех. Чем выше значение q, тем меньше внутриканальные помехи (см. рис. 2.28):

109

Рисунок 2.28 – Внутриканальные помехи с шестиугольными ячейками

Внутриканальная помеха может быть вычислена как отношение несущей (C) к сумме помех (In):

где N – число источников помех и принимаемая несущая равна:

где d описывает расстояние между передатчиком и приемником, α является постоянной и γ – крутизна потерь распространения на трассе. Помехи от сот первого уровня равны:

и упрощенно для первого уровня, когда все источники помех имеют одинаковую мощность:

Помехи от второго уровня:

110