ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

Отношение C/I может быть улучшено использованием в сети следующих методов: уменьшением мощности передачи, точной настройкой азимута антенны и угла наклона антенны. Все методы влияют на зону покрытия соты и поэтому должны использоваться с учетом целевых показателей покрытия. Также ситуация в целом должна быть проверена, предпочтительно с помощью тестовых полевых измерений, потому что изменения, сделанные в одной области могут привести к изменениям в смежных областях.

Методы эффективного использования спектра, как видно из их названия, предоставляют способы использования частот более эффективно. Это критично при планировании сети из-за ограниченности ресурсов, т.е. ограниченности частот. Более эффективное использование полосы частот возможно без увеличения уровня помех. В этом случае емкость сети увеличивается.

2.7.1 Управление мощностью передачи

Управление мощностью передачи может использоваться в нисходящем и восходящем направлениях для уменьшения помехи совмещенного канала. Управление мощностью увеличивает эффективность использования спектра, а также увеличивает время работы мобильных телефонов от батареи, так как передача будет происходить с меньшей мощностью. Мощность передачи может быть уменьшена в случае высокого уровня принимаемой мощности и уменьшена до тех пор, пока принимаемый уровень еще остается адекватным. Диапазоны мощности для базовой станции и мобильной станции, а также шаг регулирования мощности указаны в спецификациях GSM.

Мощность передачи мобильной станции определяется классом MS в соответствии со спецификациями. Например, выходная мощность MS 4 класса (GSM 900) равна 2 Вт. Мощность MS может быть уменьшена с шагом 2 дБ, диапазон регулирования мощности MS составляет 15 шагов, или, другими словами 30 дБ. Аналогично, управление мощностью базовой станции также осуществляется с шагом 2 дБ и диапазон – 30 дБ. Еще одним параметром кроме диапазонов и шагов регулирования мощности, является время – как быстро мощность может быть уменьшена или увеличена. Одно изменение в 2 дБ можно сделать один раз в течение 13 TDMA кадров, что составляет 13 × 4.615 мс = 60 мс. Структура канала GSM приведена в разделе 2.6.1 (Планирование емкости в сетях GSM).

При установлении соединения MS сначала передает, используя фиксированную мощность. Уровень передаваемой мощности, который всегда используется при установлении соединения, определяется для всей соты.

111

Информация передается на MS через канал BCCH. Спустя некоторое время управление мощностью может быть использовано для нахождения более подходящей мощности MS. Начальная мощность выбирается так, чтобы быть достаточной во всех случаях для этой конкретной соты.

Управление мощностью является дополнительной функцией сети, которая может быть активирована при желании. Подсистема базовых станций (BSS), контролирует управление мощностью в обоих направлениях линии связи. MS измеряет уровень принимаемой мощности и передает результаты через BTS в BSS. BTS также измеряет уровень принимаемого сигнала. На основании результатов измерений, переданных в BSS, может быть рассчитан необходимый уровень мощности передачи для MS и BTS. Измерения будут гарантировать, что мощность передачи поддерживается на определенном уровне и, что качество связи не падает ниже требуемого уровня.

2.7.2 Прерывистая передача

Режим прерывистой передачи (Discontinuous transmission, DTX)

является еще одним методом, используемым для уменьшения помех совмещенного канала и, следовательно, повышения эффективности использования спектра. При уменьшении внутриканальных помех качество в отдельных сотах улучшается. Режим DTX используется в нисходящем и восходящем канале. В восходящем направлении прерывистая передача также увеличивает время работы от аккумулятора.

Функция прерывистой передачи основана на распознавании моментов молчания. Во время любого телефонного разговора встречаются моменты молчания, потому что в среднем разговоре один человек обычно говорит половину времени. Мобильная станция умеет отделять моменты молчания и разговора, используя обнаружение голосовой активности (voice activity detection, VAD). Во время молчания DTX минимизирует передачу.

2.7.3 Скачкообразная перестройка частоты (Frequency hopping)

Перескок частот – особенность системы GSM, которая используется для уменьшения одновременного использования той же частоты и таким образом уменьшения среднего уровня помех. По сравнению с обычным повторным использованием частот, которое является статическим, скачкообразная перестройка частоты обеспечивает преимущество, позволяя динамическое изменение частоты. На практике, с помощью алгоритма скачкообразной перестройки частоты изменяется несущая частота. Она изменяется либо циклически, либо случайно. При использовании скачкообразной перестройки частоты помехи усредняются более эффективно, что повышает общее воспринимаемое качество. Частотное разнесение и усреднение помех может быть получено с помощью скачкообразной перестройки частоты.

112

Структура канала GSM упоминается в разделе 2.7.1 (Управление мощностью) и была описана в разделе 2.6.1 (Планирование емкости в сетях GSM). Как описано, несущие частоты разделены на восемь временных интервалов, в соответствии с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA). Один временной интервал выделяется для обслуживания одного вызова, т.е. одного абонента. Длина одного временного интервала составляет 0.577 мс, а длина кадра TDMA, состоящего из восьми временных интервалов составляет 4.6 мс. Метод скачкообразной перестройки частоты, реализованный в системе GSM, является медленной скачкообразной перестройкой частоты; частота может быть изменена после каждого кадра TDMA. Изменяя частоту через каждые 4.615 мс, в секунду получаем 217 изменений. В системе GSM два типа скачкообразной перестройки частоты – скачкообразной перестройки частоты в основной полосе частот (base band, BB) и скачкообразной перестройки частоты синтезатора частот (radio frequency, RF). Широковещательный канал управления (BCCH), который находится в первом временном интервале TRX, и каналы трафика (TCHs) обрабатываются по-разному. Канал ВССН передается непрерывно, в то время как, каналы TCH занимаются при наличии трафика.

При скачкообразной перестройке в основной полосе частот приемопередатчики в действительности имеют фиксированную частоту, а скачкообразная перестройка частоты организована таким образом, что передача (burst) перемещается от одного TRX к другому в соответствии с последовательностью перескоков. Число частот для скачкообразной перестройки, следовательно, равно числу приемопередатчиков. Длина списка распределения частот для мобильной станции равна числу приемопередатчиков. Перескоки по частотам не используются на канале ВССН приемопередатчика, и поэтому он исключается из групп перескоков. При скачкообразной перестройке в основной полосе частот есть две группы перескоков, одна для первых временных интервалов каждого TRX (в одной соте) исключая канал ВССН TRX, а другая для всех остальных интервалов. Первый группа перескоков имеет TRX–1 частот, в связи с выделенной частотой канала BCCH. Рисунок 2.29 иллюстрирует скачкообразную перестройку частоты в основной полосе частот.

При скачкообразной перестройке радиочастоты изменяется частота TRX, но одно соединение использует только один TRX. Этот алгоритм не имеет ограничения на количество частот как при перескоках в основной полосе. При скачкообразной перестройке радиочастоты последовательность перескоков может быть случайной или циклической. При случайной скачкообразной перестройке радиочастоты частоты выбираются случайным образом из доступных частот. Циклические перескоки имеют определенный цикл для частот из списка распределения частот мобильной станции. Рисунок 2.30 показывает базовые функции скачкообразного изменения радиочастоты .

113

Рисунок 2.29 – Принцип скачкообразной перестройки частоты в основной полосе частот.

Рисунок 2.30 – Принцип скачкообразной перестройки радиочастоты

В следующем разделе вводятся параметры, управляющие скачкообразной перестройкой частоты в GSM. Номер последовательности перескоков (Hopping Sequence Number, HSN) может быть выбран из 64

вариантов, и определяет последовательность изменения частоты. В случае если HSN установлен в 0, то выбрана циклическая скачкообразная перестройка частоты. Значения HSN от 1 до 63 используются для выбора различных случайных последовательностей. При перестройке радиочастоты все временные интервалы имеют одинаковый HSN номер.При перескоках в основной полосе частот первый временной интервал (временной интервал 0) использует один HSN, а другие временные интервалы другой HSN. Чтобы избежать передачи различных приемопередатчиков, использующих одинаковый HSN, одновременно на одинаковых частотах, был введен параметр, который называется Смещение индекса/указателя распределения для мобильной станции (Mobile Allocation Index Offset, MAIO). Установка разных MAIO в приемопередатчиках одной соты гарантирует, что эти приемопередатчики начнут передавать на разных частотах; т.е. они начинают

114

из разных мест последовательности перескоков. Максимальная длина списка распределения частот – 64 частоты, который также включает в себя частоту ВССН, и, следовательно, максимальное количество частот для перескоков в списке – 63.

Основное преимущество функции скачкообразной перестройки частоты в том, что она не требует изменений в конфигурации сети, и автоматически применима ко всем типам MS.

2.7.4 Анализ помех

Целью частотного планирования является выделение частот таким образом, чтобы сеть функционировала, и выполнялись требования к качеству обслуживания. Внутриканальные помехи и помехи по соседнему каналу анализируется на сетевом уровне, а также последовательно в каждой ячейке. Планирование частот – часто итеративный процесс и некоторые выделенные частоты должны быть изменены для уменьшения уровня помех. Естественно позже, во время эксплуатации сети частотный план обновляется частично или полностью при добавлении приемопередатчиков или новых базовых станций. Спецификации GSM определяют значения помех совмещенного канала и помех по соседнему каналу. Кроме того, заказчик может дать дополнительные рекомендации для анализа помех. Если сравнивать помехи совмещенного канала и помехи по соседнему каналу по влиянию на функционирование системы, то система лучше переносит влияние помех по соседнему каналу.

Помехи обычно анализируются последовательно канал за каналом с помощью инструмента планирования. При этом анализируется уровень помех. Частотные каналы перераспределяются таким образом, чтобы получить как можно меньший уровень помех, избавляясь от помех совмещенного канала и помех по соседнему каналу. Необходимо обеспечить минимальных уровень помех в зоне доминирования соты. Некоторые инструменты планирования также представляют численную статистику помех, что облегчает нахождение мешающих каналов и сравнение помех после изменения частотного плана. Уменьшение помех совмещенного канала для канала ВССН важнее, чем для каналов TCH. В случае нахождения на этом этапе мест с высоким уровнем помех может быть сделана небольшая повторная проверка областей доминирования. Излишне большая зона покрытия усложняет частотное планирование. Ранее рассмотренные методы могут быть использованы для уменьшения уровня помех в зоне доминирования и, таким образом, создать более прочную основу для успешного планирования частот:

∙для помехи совмещенного канала: C/Ic = 9 дБ

∙для помехи по соседнему каналу (200 кГц): C/Ia1 = –9 дБ

∙для помехи по соседнему каналу (400 кГц): C/Ia2 = –41 дБ

115

∙для помехи по соседнему каналу (600 кГц): C/Ia3 = –49 дБ

2.8Планирование параметров

2.8.1Планирование параметров в GSM сети

Код идентификации соты (Cell Identity, CI) используется для присвоения уникальных имен сотам сети GSM. Эта идентификация используется в режиме ожидания. Каждый код уникален внутри одной зоны местоположения. Длина кода CI составляет 16 бит.

Код зоны местоположения (LAC) определяет идентификацию зоны местоположения. Код состоит из 2 битов. Зона местоположения объединяет близлежащие соты в одну логическую область. На практике, физически зоны местоположения являются большими. Существует два типа обновления местоположения: MS пересекает границу двух зон местоположения или истекает таймер выполнения обновления. Информация о местоположении обновляется в домашнем регистре (HLR) и гостевом регистре (VLR). Важнейшим вопросом в планировании зон местоположения является определение границ, для того чтобы избежать ненужных обновлений местоположения можно и дополнительного обмена сигнализацией.

Идентификационный код базовой станции (BSIC) используется для идентификации сот в выделенном режиме и транслируется на канале SCH. BSIC – это шестизначный код, состоящий из двух частей, каждая из трех цифр, Цветного кода сети (Network Colour Code, NCC) и Цветного кода базовой станции (Base Station Colour Code, BCC). NCC часть зарезервирована для разделения различных сетей, а BCC – для разделения базовых станций. Важный момент в планировании BSIC – не назначить одинаковые коды BCC сотам с одинаковыми частотами в одной зоне. NCC на практике отделяет разных операторов, использующих одинаковые частоты, что может иметь место в приграничных районах двух стран. NCC и BCC могут иметь значения от 0 до 7.

Код обучающей последовательности (Training Sequence Code, TSC), передается в середине каждой передачи (burst) и используется для поддержания синхронизации. Код обучающей последовательности (TS) известен приемнику и передатчику. Его длина 26 бит. Кроме того, RXQUAL рассчитывается на основе количества битовых ошибок в обучающей последовательности.

Списки несущих частот в текущей и соседних сотах, сообщаемые MS, будут зависеть в режима работы MS: режим соединения или ожидания. В случае, когда MS находится в режиме ожидания, ей передается список частот канала BCCH в соседних сотах на собственной частоте канала BCCH. Поэтому MS может измерить только частоты соседних сот. Кроме того список может также включать некоторые другие частоты, которые были определены отдельно. Когда мобильная станция находится в выделенном

116

режиме (dedicated mode), содержание списка может быть в принципе похожим. Для предоставления информации вместо канала BCCH используется канал SACCH. Спецификации GSM позволяют 255списков частот на BSC. Количество частот в одном списке может быть не более 32, что также определяет максимальное количество соседних ячеек.

Выбор ячейки в режиме ожидания, в основном происходит на основе критериев с 2-мя параметрами: критерий С1, главным образом, используется для начального выбора соты, а критерий С2 – для повторного выбора соты. Критерий С1 можно также использовать для повторного выбора соты, если критерий С2 – невозможный вариант. Критерий С1 называется критерием потерь на трассе. Значение С1 определяет выбор ячейки в режиме ожидания. Следующее уравнение является критерием С1, с параметрами, описанными ниже:

C1 = (RxLev − RxLevAccessMin − MAX[(MSTxPower − MST xPowerMax), 0] (2.68)

где RxLev – уровень сигнала, принимаемого на канале BCCH. Этот уровень сигнала сравнивается с RxLevAccessMin и если он ниже, то MS продолжает поиск другого канала BCCH. Этот тест гарантирует, что уровень сигнала в нисходящем направлении достаточно высокий для подключения с надлежащим качеством. RxLevAccessMin – минимальное требование к уровню принимаемого сигнала для получения MS доступа в соту. Другими словами, в режиме ожидания параметр RxLevAccessMin ограничивает размер соты. Обычно требуется уровень сигнала близкий к –100 дБм. MSTxPower – максимальная мощность MS, которая может использоваться на основе установленных параметров сети. Аналогично параметру RxLevAccessMin, ограничивающему соту в нисходящем направлении, параметр MSTxPower ограничивает восходящее направление и размер соты. MSTxPowerMax – максимальная мощность передачи мобильной станции на основании ее типа и указанного класса.

Критерий C2 называется критерием повторного выбора ячейки. Ниже приводится уравнение для С2 и определение параметров:

C2 = C1 + CellReselectionOffset – TemporaryOffset* H(PenaltyTime − T) (2.69)

Обычно выбор новой ячейки происходит через 5 секунд, если значение С2 выше для другой ячейки, чем для текущей. По критерию С2 сравниваются текущая ячейка и шесть сильнейших соседних ячеек. Соседние ячейкки добавляются в список сравнения и применяется PenaltyTime. В начале таймер Т равен нулю, затем его значение увеличивается пока не достигнет значения параметра PenaltyTime. TemporaryOffset – параметр, который негативно сказывается на выборе ячейки.

Для того чтобы предотвратить слишком быстрый повторный выбор ячейки, а также возможный «пинг-понг» эффект после предыдущего выбора

117

ячейки дополнительный критерий применяется в течение 15 секунд. Значение С2 для новой ячейки должно быть минимум на 5 дБм лучше по сравнению со значением C2 из текущей ячейки. Другим исключением из правил является ситуация, когда новая ячейка и старая ячейка принадлежат к разным зонам местоположения. В этом случае С2 новой ячейки должно быть выше с CellReselectHysteresis в течение 5 или более секунд. Параметр CellReselectionOffset может быть использован для задания приоритетов, т.е. некоторые ячейки будут иметь более высокое смещение, что сделает выбор легче. TemporaryOffset применяется для ячеек, добавленных в список сравнения. PenaltyTime – время, контролирующее использование

TemporaryOffset.

Параметр временного опережения (timing advance, TA) показывает, как далеко находится MS от BTS. В действительности измеряется время – сколько времени занимает распространение сигнала от BTS к MS. Скорость радиочастотного сигнала равна скорости света, и, поэтому может быть вычислено расстояние. Максимальный радиус GSM ячейки составляет 35 км. Этот радиус делится на 64 равных шагов TA. Каждый шаг – это примерно 550 м. Например, значение ТА для мобильной станции, которая находится на расстояние 1500 метров от BTS, равно 2. Другие примеры приведены в табл. 2.18.

Таблица 2.18 – Значение параметра временного опережения (ТА)

Обновление местоположения – это процедура, которая позволяет сети знать о местоположении MS. Она является необходимым условием для мобильности, когда движение MS может быть отслежено и ее позиция известна в случае входящих вызовов, SMS сообщений и т.д. Сеть всегда передает информацию о параметрах в широковещательном режиме на MS и одним из параметров является LAC. МС сохраняет эту информацию, а в случае изменения зоны местоположения или PLMN по сравнению с предыдущей информацией МС делает запрос на обновление местоположения. Если при обновлении местоположения изменяется VLR, в зоне которого находится MS, то об этом информируется HLR. Старый VLR обновляет информацию, относящуюся к мобильной станции. Параметр IMSIAttach определяет порядок обновления местоположения как автоматический. Если параметр IMSIAttach активирован, то при включении

118

мобильный станции она информирует сеть о том, что активна. Очень похожий параметр IMSIDetach, который определяет автоматическую процедуру обновления местоположения при выключении мобильной станции. MS информирует сеть, что она не доступна для связи. Преимущество использования параметров Attach и Detach заключается в уменьшении сигнализации – точнее автоматическая процедура предотвращает ненужные поисковые вызовы.

Инструментарий согласования параметров

Инструментарий, хранящий информацию о параметрах сети, помогает обеспечить согласованность параметров. Первоначальное планирование параметров осуществляется с помощью инструментария планирования сети, например, с помощью частотного плана. Эти параметры могут быть экспортированы из инструментария планирования и затем импортированы в конфигуратор системы управления сетью. В конфигураторе инструментария управления создается план, который передается в сеть во время низкого трафика для того, чтобы не мешать конечным пользователям.

Инструментарий сетевого планирования не охватывает все параметры, которые должны быть установлены в сети и, следовательно, требуется дальнейшее планирование. Инструментарий согласования параметров обеспечивает поддержку информации, поступающей из разных источников. Инструмент согласования параметров может поддерживать данные из инструментария сетевого управления и инструментария планирования. При тестировании новых значений параметров, стоит сохранить старые значения в качестве резервных.

2.8.2 Планирование параметров в EGPRS сети

Введение EGPRS дает новый набор параметров для BSS, необходимых для управления EGPRS трафиком и максимально эффективного использования имеющихся ресурсов. В этом разделе рассматриваются некоторые из общих параметров. Названия параметров зависят от конкретного производителя, и поэтому приводится только общее описание функциональности параметра.

Параметры

GPRS Enabled

Этот параметр определяет, разрешено ли ячейке/радиоподсистеме обрабатывать GPRS трафик.

119

Default GPRS Capacity

Тайм-слоты, которые всегда выделяются для передачи GPRS трафика, если они не заняты для передачи CS трафика (Рисунок 2.31).

Рисунок 2.31 – Область EGPRS

Dedicated GPRS Capacity

Количество каналов TCH, выделенных для обслуживания только GPRS трафика.

Additional GPRS Capacity

Дополнительные временные интервалы, к емкости по умолчанию, которые могут быть использованы GPRS трафиком, если позволяет трафик с коммутацией каналов.

Maximum GPRS Capacity

Это максимальное число временных интервалов в данной ячейке, которые можно использовать для GPRS трафика.

GPRS Traffic Preference

Этот параметр определяет приоритет BCCH несущей перед другими несущими в ячейке при назначении тайм-слотов для GPRS трафика.

Territory Update Guard Time

Параметр определяет значение таймера, т.е. защитный интервал между двумя последовательными обновлениями областей.

Intracell Handover for a GPRS Territory Upgrade

Во время процедуры обновления области GPRS CS вызовы, занимающие временные интервалы в области, которая будет отдана для GPRS, будут переназначены на другие доступные временные интервалы в той же ячейке

(рисунок 2.32).

120