ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

представляют собой плохое качество и его надо улучшать. Требуемое значение для RXQUAL может быть, например, 95% или равно или лучше 5. Примеры требуемых значений для параметров качества сети приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Типичные требуемые значения параметров качества

Требуемое покрытие и качество цели необходимо рассматривать совместно с эволюционной стратегией сети. Прогноз количества абонентов предсказывает необходимость и темпы расширения сети. В связи с этой очевидной связью важно, проверять прогноз числа абонентов время от времени и держать его актуальным. Требуемое покрытие и качество должны быть заданы для различных этапов эволюции сети. Вероятность помех становится все более важным параметром, поскольку увеличивает пропускную способность сети и этот параметр должен быть добавлен к показателям качества.

Используемые функции/свойства сети влияют на этапе определения размеров сети. Требования к емкости и качеству должны быть заданы в соответствии с этими функциями/свойствами.

Некоторые параметры, которые влияют на планирование сети, не могут контролироваться и поэтому важно знать, что они есть, и принять их во внимание при планировании. Топология и морфология всегда зависят от региона, для которого проектируется сеть и в связи с этим параметры планирования связанные с регионом уникальны в каждом конкретном случае. Точные цифровые карты необходимы для сетевого планирования. Карта используется на этапе планирования вместе с моделью распространения для расчета зон покрытия. Модель распространения настраивается для планируемой зоны с помощью измерений распространения.

Данные о численности населения необходимы для оценки количества абонентов. Данные о населении в виде слоя на карте полезны при решении задач планирования, например, при планировании покрытия зоны с высокой плотностью населения и распределения необходимой мощности.

Доступная полоса частот является критическим параметром сетевого планирования. Некоторые основные решения зависят от полосы частот, например, конфигурация BTS и частотный план.

Качество сотовой сети в значительной степени зависит от качества плана сети. Для доказательства работы сети в соответствии с требованиями

41

планирования, производительность сети должна быть измерена и проанализирована.

2.2.2 Внедрение GPRS в GSM сеть

GSM сети не способны эффективно передавать большое количество данных (пакетов). Большое время соединения и сигнальный трафик не позволяют организовать эффективную передачу больших объемов данных. В системе GSM, соединения организуются на основе коммутации каналов; т.е. в радиоинтерфейсе сети устанавливается соединение. Радиоканал, назначается мобильной станции, и данные передаются через этот канал. MS занимает этот радиоканал на все время процесса передачи и, следовательно, пользователь должен платить за все время соединения. С новой системой передачи с коммутацией пакетов, пакет данных передается только, если есть данные для передачи. Это означает, что несколько мобильных станций могут одновременно использовать один радиоканал. MS может использовать в радиоканале одновременно до восьми тайм-слотов. Всякий раз, когда мобильная станция посылает пакет данных, сеть пересылает пакет к получателю через первый свободный радиоканал. Так как трафик данных очень часто является пульсирующим, то эта система позволяет эффективно использовать радиоканалы.

Схемы кодирования в GPRS

ETSI определил в GPRS сети четыре схемы кодирования: CS-1, CS-2, CS-3 и CS-4. Эти схемы кодирования были разработаны на основе компромисса между количеством передаваемых пользовательских данных и защитой от ошибок. Схема кодирования CS-1 имеет самую низкую скорость передачи данных и максимальную защиту, в то время как CS-4 имеет самую высокую скорость данных, но самую низкую защиту.

При внедрении GPRS в сеть оператор имеет определенные требования по покрытию и емкости для службы GPRS, и в то же время требуется, чтобы существующие услуги GSM при этом не ухудшались. Планирование внедрения GPRS можно рассматривать с точки зрения двух отдельных подходов: плана высокого уровня и подробного плана. План высокого уровня рассматривает стратегию внедрения услуги GPRS, в то время как детальный план реализует требования стратегии в сети последовательно в соте за сотой.

Для выполнения этих требований оператору необходимо рассмотреть следующие задачи:

∙Выбрать зону, в которой будет предложена услуга GPRS.

∙Определить групп сот, которые будут предлагать услугу GPRS: o макро соты, микро соты, пико соты, двухдиапазонные.

∙Определить параметры GPRS, которые определяются оператором на основе групп сот (в микро сотах 2 несущие, в макро сотах 3 несущие)

42

понимание влияния на производительность сети существующих услуг

GSM и GPRS услуги:

o выделенные временные интервалы; o емкость GPRS по умолчанию;

o охватываемую территорию;

o предпочитаемые частоты для BCCH;

o параметры управления мощностью передачи для восходящей линии связи - гамма-канал и альфа;

o определить границы зоны маршрутизации.

oПересмотреть существующие GSM параметры для обеспечения оптимальной работы GPRS:

o параметры управления мобильностью C1/C2;

oхарактеристики управление трафиком - повторные попытки.

∙Проанализировать зоны GPRS связи, чтобы проверить, что служба GPRS охватывает желаемую зону с требуемым уровнем пропускной способности.

∙проанализировать емкость GPRS и GSM услуг, чтобы гарантировать, что услуги GPRS имеют требуемую пропускную способность, и пропускная способность GSM не ухудшается.

На практике процесс является итеративным, и все задачи могут выполняться несколько раз, чтобы отвечать всем требованиям. Также может потребоваться добавление новых сот или несущих. Блок-схема процесса внедрения GPRS в существующую сеть представлена на рисунке 2.3.

2.2.3 Внедрение EGPRS в GSM сеть

Основным различием между EGPRS (улучшенный GPRS) и GSM/GPRS является более высокая пропускная способность за счет использования модуляции 8-PSK, которая передает 3 бита на символ, а также девять схем модуляции и кодирования (MCS). Несмотря на новую модуляции 8-PSK, временные интервалы EGPRS имеют стандартную структуру передачи GSM

и GPRS.

Рисунок 2.4 описывает, как последовательность блоков управления радиосвязью (RLC) в EGPRS отправляется по радиоинтерфейсу.

Каждый RLC-блок разделен на четыре передачи (burst) и соответствует структуре кадра GSM TDMA (в данном случае, временной интервал 7 в 52 мультикадре (мультикадр = 52 кадра)канала пакетных данных (Packet Data Channel, PDCH). Этот рисунок также дает практические рекомендации, как рассчитать эффективную пропускную способность тайм-слота для любого соединения EGPRS. В стандартный мультифрейм PDCH укладываются12 RLC/MAC блоков и скорость передачи блоков составляет 50 RLC/MAC блоков/секунду. Если скорость передачи блоков умножить на полезную нагрузку (в битах) RLC/MAC-блока (В зависимости от используемой RLC

43

схемы кодирования), то получим эффективную пропускную способность временного интервала.

Рисунок 2.3 – Блок-схема процесса внедрения GPRS в существующую сеть

Так как большинство EGPRS устройств способны использовать от 2 до 4 временных интервалов одновременно, то дополнительные временные интервалы, назначенные мобильной станции, будут соответственно увеличивать пропускную способность. Несколько EGPRS временных интервалов назначаются мобильной стации при наличии свободных интервалов. Рассмотрим алгоритмы и параметры, которые влияют на балансирование нагрузки, перегрузку и блокирование голосовых вызовов GSM и вызовов передачи данных EGPRS.

В системе EGPRS для поддержания качества связи вводится адаптация канала связи и дополнительные методы резервирования. Технология

44

адаптации канала связи динамически изменяет схему модуляции и кодирования на основании предполагаемых условий канала. Скорость кода подбирается под реальные условия канала путем изменения избыточности. Избыточность постепенно увеличивается до тех пор, пока декодирование не будет выполнено успешно.

Рисунок 2.4 – Передача RLC блоков

Интерфейс Abis

Стандарты GSM и GPRS требуют в интерфейсе Abis только каналы со скоростью 16 кбит/с, так как все кодировки в радиоканале вписываются в эту структуру канала передачи. Однако радиопередача EGPRS требует дополнительной пропускной способности Abis канала для поддержки более высоких схем кодирования. Это ключевой фактор при планировании и оптимизации EGPRS сетей т.к. неадекватное планирование транспортной сети непосредственно приведет к снижению пропускной способности в радиоканале и пропускной способности для конечного пользователя.

Блок управления пакетной передачей (PCU)

Не смотря на то, что архитектура блока управления пакетами (Packet Control Unit, PCU) варьируется у разных поставщиков, она должна быть рассчитана и сбалансирована адекватно поддерживать дополнительную нагрузку по обработке и дополнительную нагрузку на логические каналы Abis от EGPRS. Недостаточная пропускная способность PCU ведет к

45

снижению пропускной способности для конечного пользователя из-за нехватки ресурсов, выделяемых для обработки запрошенной передачи, схемы MCS, или временных интервалов радиоинтерфейса EGPRS. В общем, каждый PCU обслуживает большую часть зоны покрытия BSS, поэтому очень важно обеспечить соответствующую пропускную способность PCU.

Линии связи Gb интерфейса

Линии связи между PCU BSS и SGSN должны иметь большую пропускную способность для поддержки EGPRS. Нехватка пропускной способности линий Gb существенно снижает пропускную способность всех сот, подключенных к этим линиям. В то время как адекватные PCU, Abis и радио ресурсы доступны в BSS, пользователи будут испытывать ухудшение или отсутствие пропускной способности во время перегрузки линий связи

Gb.

2.2.4 WCDMA в UMTS

WCDMA – радиоинтерфейс в UMTS

WCDMA является радиоинтерфейсом, выбранным для UMTS. Он довольно сильно отличается от радиоинтерфейса сетей GSM. Требования к качеству (и задержке) в сетях UMTS гораздо выше по сравнению с сетями GSM. Скорости передачи данных выше (до 2 Мбит/с в Release 99 и до 21 Мбит/с в HSPA+ Release 7), что требует большей полосы частот в 5 МГц для поддержки этих более высоких скоростей. Привлекательной чертой сетей UMTS является возможность предоставления по требованию абонента различных скоростей передачи и пропускной способности. Для этого используется технология АТМ. В радиоинтерфейсе реализована поддержка ассиметричного трафика. Разнесение передачи может быть использовано для повышения пропускной способности нисходящей линии связи в сети WCDMA. Так как используется только одна частота, частотное планирование является не такой утомительной задачей, как в GSM сетях. Планирование пакетных данных на основе нагрузки по сравнению с планированием на основе временных интервалов как в сети GSM, делает систему более эффективной. Алгоритмы, используемые для управления радио ресурсами (RRM) являются более продвинутыми по сравнению с сетями GSM.

Несущие WCDMA

WCDMA – это DS-CDMA, или CDMA с прямым расширением спектра с помощью ПСП (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Эта технология позволяет организовать множественный доступ на основе расширения спектра. Это означает, что биты пользовательской информации передаются,

46

используя широкую полосу частот. Для этого они умножаются на квазислучайные биты (чипы, chips) CDMA кодов расширения. Скорость, с которой распространяются данные, называется чиповой скоростью (chip rate). Отношение скорости передачи чипов к скорости передачи символов, называется коэффициентом расширения (spreading factor, SF). На приеме используется тот же код расширения, который использовался при передаче и выполняется обнаружение корреляции. Каждому пользователю назначается уникальный код расширения. Скорость передачи чипов составляет 3.84 Mчип/с (Mcps, megachips per second), что требует для несущей полосы частот 5 МГц, как показано на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Несущая WCDMA

Скорость передачи узкополосного сигнала R выбирается в зависимости от объема информации, который должен быть передан. SF показывает, сколько чипов основной полосы частот используются для передачи одного узкополосного информационного бита:

R SF = constant = W = 3.84 Мчип/с.

Всем пользователям в DS-CDMA для связи может быть назначен один и тот же частотный диапазон и интервал времени. В результате, отношение сигнал/помеха в приемнике легко может быть меньше единицы, так как мощность сигнала пользователя, как правило, меньше, чем суммарная мощность сигналов других пользователей.

Расширение и сжатие

Для расширения используются коды Уолша-Адамара: ортогональные коды с переменным коэффициентом расширения (orthogonal variable spreading factor, OVSF). Коды Уолша-Адамара выбраны так как они являются ортогональными. По определению, два кода являются ортогональными, если их взаимная корреляция равна нулю. На практике, ортогональность означает, что информация, закодированная с помощью ортогональных кодов, может быть восстановлена без ошибок.

Умножая биты данных на расширяющий код, получаем последовательность чипов в основной полосе частот. Расширяющий код применяется снова для извлечения информации из последовательности чипов

47

в основной полосе частот, после того, как сигнал был получен на другом конце радиоинтерфейса. Это показано на рисунке 2.6.

Сжатие последовательности чипов с помощью одного расширяющего кода дает первую информационную битовую последовательность. Сжатие той же самой последовательности чипов с помощью другого расширяющего кода дает другую битовую последовательность. При этом ее возникает ошибок, связанных с кодированием и декодированием. Одна последовательность чипов в основной полосе частот может переносить несколько кодированных информационных последовательностей.

Рисунок 2.6 – Расширение и сжатие

Коды расширения также называют каналообразующими кодами. Это связано с тем, что коды расширения используются в восходящем канале для разделения пользовательских и управляющих данных (один пользователь) и в нисходящем канале, для разделения общих и выделенных каналов в ячейке (нескольких пользователей). Длина кода расширения изменяется в зависимости от скорости символов (показано на рисунке 2.7).

Коды расширения должны быть ортогональными. Когда используется выбранный расширяющий код, другие коды расширения, принадлежащие к той же ветви кода, не могут быть использованы. Этот вид иерархического выбора скремблирующих кодов формирует «дерево кодов». Занятость всех кодовых ресурсов приведет к блокировке. Менеджер ресурсов имеет функции оптимизации дерева кодов.

Следующий этап после расширения – скремблирование. Последовательность чипов скремблируется с помощью скремблирующего кода. Этот код используется для разделения UE и BS. Эта операция не изменяет полосу частот сигнала, а только разделяет сигналы различных источников. Чиповая скорость достигается при расширении с помощью каналообразующих кодов и скорость передачи символов не зависит от скремблирования.

48

Рисунок 2.7 – Дерево кодов

Выигрыш при обработке (Processing Gain)

Из-за спектрального расширения сигналов пользователя, система DSCDMA является более устойчивой к помехам. Это связано с тем, что в приемнике сигнал помехи расширяется при умножении его на расширяющий код. Предположим, что сигнал пользователя в ходе расширения умножается на коэффициент, например, восемь. Это означает, что сигнал усиливается в восемь раз по отношению к мешающему сигналу другого пользователя. Это называется выигрыш при обработке.

Выигрыш при обработке – коэффициент плотности энергии, который показывает, на сколько меньше энергии в Вт/Гц требуется для передачи информации, при использовании широкополосных сигналов, по сравнению с передачей и той же информацию с помощью узкополосного сигнала. Согласно теории информации произведение энергии, времени, и полосы частот, необходимых для передачи информационного бита, является величиной постоянной. Расширение узкополосного сигнала в широкополосный сигнал дает выигрыш при обработке. Чем больше разница между узкополосной скоростью передачи битов и широкополосной скорости чипов, тем больше выигрыш при обработке:

49

Выигрыш при обработке дает системе WCDMA ее устойчивость к внутрисистемным помехам. Это позволяет повторно использовать частоты 5 МГц несущих на небольшом расстоянии.

Прием в WCDMA сетях

Сигнал, принимаемый приемной антенной, состоит из прямого и отраженных сигналов. Сигналы могут отражаться от естественных препятствий, таких как здания, холмы, башен и т.д., или от поверхности земли. Поэтому, сигнал, который достигает приемной антенны после отражения, придет с задержкой на определенный интервал времени (интервал времени зависит от местности, по которой сигнал распространялся, например, задержка будет меньше в городских районах и больше в холмистой местности). Кроме того, амплитуда отраженных сигналов будет отличаться от прямого сигнала. В WCDMA эффективный прием выполняется с помощью RAKE-приемников. Проблема, связанная с разницей во времени приема двух различных компонент многолучевого сигнала, которая больше длительности одного чипа, может быть решена этим приемником. Компенсация задержки вычисляется по разнице времени приема сигналов каналами RAKE-приемника и сумматор приемника складывает компенсированные символы каналов. Кроме того, чем меньше длительность одного чипа, тем лучше сеть способна бороться против помех многолучевого приема. RAKE приемники UE и BS отличаются, но фундаментальный принцип остается тем же.

Управление радиоресурсами (RRM)

Функции управления радиоресурсами связаны с управлением ресурсами системы. Физическими ресурсами, которые ограничивают число пользователей и доступные услуги, являются мощность передачи, число установленных аппаратных модулей, организующих каналы связи, пропускная способность транспортной сети, кодовые ресурсы, число доступных частот. RRM выделяет ресурсы и контролирует их использование. Основной принцип заключается в экономии ресурсов и гарантировании качества существующих соединений, в случае ограниченности (нехватки) ресурсов не обслуживать новых входящих пользователей.

RRM включат функции управления мощностью (PC), контроля доступа (AC), управления нагрузкой (LC), планировщика пакетов (PS) и менеджера ресурсов (RM). Они подробно описаны в секциях планирования.

2.3 Определение размеров радиосети (Radio Network Dimensioning)

Определение размеров является основной частью этапа предварительного планирования. В дополнение к определению размеров

50