ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

также должен быть согласован приоритет параметров. Параметры, определяемые на этом этапе, оказывают влияние друг на друга, и поэтому важно определить акцент для того, чтобы получить оптимальные результаты, находящиеся в диапазоне согласованных параметров. Крайне важно согласовать с оператором схему сети, например, использование трех секторных сайтов или комбинацию из трехсекторных и ненаправленных (omni) сайтов. Одним из важных вопросов планирования также является вопрос использования на начальном этапе только макросот или комбинации макро, микро и пикосот. Макро, микро и пикосоты различаются размером соты и размещением антенны. Макросоты используются в сельских и пригородных районах для покрытия больших территорий. Микросоты используются в городских районах для покрытия небольшой территории и имеют антенны, установленные на стенах зданий. Пикосоты используются для покрытия либо определенных хотспотов на улице или обеспечивают покрытие внутри помещений. Необязательные функции сети, такие как, перескоки по частотам, также оказывают влияние на определение размеров радиосети. Все эти вопросы должны обсуждаться и согласовываться между оператором и поставщиком.

Макросоты имеют размеры в диапазоне 1-35 км и и характеризуется уличными антеннами, которые покрывают большую площадь. Антенны располагаются выше уровня крыш. Микросоты имеют размеры менее 1 км и обеспечивают уличное покрытие. Антенны обычно устанавливаются на стенах зданий и ниже среднего уровня крыш. Пикосоты имеют размеры менее 500 м и характеризуется антеннами, установленными низко на стенах, намного ниже уровня крыш. Они используются для внутреннего и наружного покрытия.

2.3.1Расчет энергетического бюджета линии

Спомощью бюджета радиоканала пытаются рассчитать зону покрытия соты. Одним из необходимых параметров являются условия распространение радиоволн для того, чтобы оценить потери при распространении между передатчиком и приемником. Другие необходимые параметры – это мощность передачи, коэффициент усиления антенны, потери в кабеле, чувствительность приемника и запасы по мощности сигнала, как показано на рисунке 2.8.

51

Рисунок 2.8 – Параметры бюджета линии При определении зоны покрытия соты цель состоит в том, чтобы

сбалансировать мощности восходящей и нисходящей линий. Линии рассчитываются отдельно и отличаются мощностью передачи. Мощность передачи BTS выше, чем мощность передачи MS и, следовательно, приемник BTS должен иметь более высокую чувствительность. Другие различия в расчетах между восходящей и нисходящей линиями объясняются далее. Параметр, который является одинаковым для расчетов обоих направлений связи – это потери при распространении. Радиосигнал испытывает одинаковые потери на трассе при движении от BTS к MS и от MS к BTS.

Прежде чем приступить к расчетам более детально рассмотрим параметры бюджета GSM линии:

∙Чувствительность BTS (BTS sensitivity) определена в рекомендации ETSI GSM 05.05 [6] и ее рекомендуемое значение -106 дБм. Это общая рекомендация, поэтому при расчете бюджета линии с оборудованием конкретного производителя рекомендованное значение этого производителя может быть использовано.

∙Чувствительность MS (MS sensitivity) также указана в рекомендации ETSI 05.05, где значение чувствительности приемника определено для каждого класса MS. Для MS 4 класса, что означает GSM 900, рекомендуемое значение -102 дБм. Соответственно для 1 класса, GSM 1800, значение -100 дБм. Чувствительность MS также может быть вычислена, используя информацию о шуме приемника F и минимальном Eb/N0. Значение шума – 10 дБ, а минимальное Eb/N0 – 8 дБ, как определено в рекомендации ETSI 03.30 [5]. Чувствительность приемника Si находится по следующей формуле, где мощность входного шума Ni является результатом трех параметров: постоянной Больцмана k, температуры T0 = 290K и полосы частот W = 271 кГц (54 дБ):

где

52

Чувствительность BTS также может быть рассчитана с использованием этого уравнения со значением шума для BTS.

∙Мощности MS и BTS важны наряду с чувствительностью. TX (передача) мощность MS определяется классом MS в спецификации ETSI. Для MS 4- го класса (GSM 900) максимальная мощность передачи составляет 2 Вт, а для 1-го класса (GSM 1800) – 1 Вт. мощность передачи BTS зависит от типа BTS и поставщика. Мощность передачи регулируется, что позволяет получить сбалансированный бюджет линии.

∙Усиление антенны (Antenna gain) для BTS и MS антенн. Усиление антенны BTS зависит от типа антенны. Антенна может быть ненаправленная или направленная. Ненаправленные BTS антенны имеют усиление приблизительно 10dBi. Коэффициент усиления направленной BTS антенны зависит от ширины пучка в горизонтальной и вертикальной плоскости на уровне половины мощности (угол раствора главного лепестка). Усиление также зависит от физических размеров антенны, на которые, в свою очередь, оказывают воздействие на частотный диапазон. Диапазон частот обратно пропорционален размером антенны. Усиление антенны составляет около 16-20 дБи для антенн с углом раствора главного лепестка 60-65° в горизонтальной плоскости и 5-10° - в вертикальной. В расчетах бюджета линии коэффициент усиления MS антенны, как правило, равен 0 дБи. Фактическое усиление MS антенны сложно оценить, потому что коэффициент усиления сильно зависит от относительного расположения мобильного пользователя по отношению к базовой станции, от которого зависят потери в человеческом теле.

∙Выигрыш от разнесения (Diversity gain) может быть использован для коррекции дисбаланса между восходящей линией связи и нисходящей линией связи. Обычно разнесение организовывается на приеме BTS. Основной метод заключается в разнесении приемных антенн вертикально или горизонтально. Этот метод называется пространственным разнесением. Разнесение уменьшает эффект затухания и полученное усиление может быть около 5 дБ.

∙Потери в кабеле и разъемах (Cable and connector losses) должны быть измерены или рассчитаны в каждом конкретном случае. Более толстые кабели имеют меньшие потери, но их труднее монтировать, т.к. они имеют большой вес и большой радиуса изгиба. Более толстые кабели также являются более дорогими. Очевидно, длинный кабель дает более высокие потери и поэтому следует использовать самый короткий маршрут прокладки кабеля. Некоторое представление о потерях в кабеле может быть получено из таблицы 2.3. Каждый разъем дает потери около 0,1 дБ,

53

но в зависимости от кабельной системы их может быть несколько в одной антенной линии.

∙Потери в оборудовании состоят из потерь в изоляторе, комбайнере и фильтрах. Изолятор изолирует передаваемый сигнал от передатчика. Комбайнер объединяет сигналы, предаваемые к одной антенне. Фильтр объединяет передаваемые и принимаемые сигналы для передачи по одному фидеру, а также к одной антенне и антенному кабелю. Изолятор, комбайнер и фильтр вместе дают около 2-3 дБ потерь.

∙Два других фактора усиления, которые должны быть рассмотрены в бюджете линии, если они используются, это малошумящий усилитель

(МШУ) (Tower Mounted Amplifier (ТМА) или Mast Head Amplifier (MHA))

и усилитель/бустер (booster). МШУ используется для усиления принимаемого сигнала и устанавливается рядом с приемной антенной BTS. Это уменьшает дисбаланс между восходящей и нисходящей линиями, давая дополнительное усиление в восходящем направлении. Бустер может быть использован для усиления мощности передачи BTS.

∙Запас помехозащищенности (The interference degradation margin),

описывает потери, связанные с повторным использованием частот. Поэтому скорость повторного использования частот соответствует значению запаса помехозащищенности. Рекомендуемое значение запаса помехозащищенности в пригородной и сельской местности составляет 3 дБ в соответствии с рекомендацией ETSI 03.30 [5]. В случае высокого повторного использования частот в городских районах запас помехозащищенности может иметь значение 4-5 дБ.

Пример расчета энергетического бюджета представлен в таблице 2.4. Этот пример относится к GSM 1800. Расчеты, описанные ниже, используют значения из этого примера.

Таблица 2.4 – Энергетически й бюджет для GSM 1800

54

Za = 77.2 + 20 log (frequency [MHz]).

Расчет энергетического бюджета начинается с приемной стороны, расчетом изотропной мощности (F) и для BTS и MS. Изотропная мощность – это минимальная мощность принимаемого сигнала. Чувствительность приемника (A) является основой для изотропной мощности, из которой вычитаются параметры, усиливающие энергетический бюджет, и прибавляются параметры, ослабляющие его. Изотропная мощность для BTS:

Расчет энергетического бюджета продолжается вычислением пиковой эффективной изотропной излучаемой мощности (ЭИИМ, effective isotropic radiated power, EIRP) (P) для MS. Мощность излучения MS представлена как EIRP, то коэффициент усиления используемой антенны представляется в децибелах по отношению к изотропной антенне (дБи, dBi). Если

55

коэффициент усиления антенны представлен в децибелах относительно диполя (дБд, dBd), то излучаемая мощность называется ERP (effective radiated power, эффективная излучаемая мощность). Переход от EIRP к ERP дается по формуле EIRP = ERP + 2 дБ. Как было написано выше, коэффициент усиления антенны MS зависит от потерь, вносимых телом человека, которые являются случайной величиной, и поэтому обычно в расчетах используется усиление 0 дБи. Остальные потери также равны нулю и, следовательно, EIRP MS – это выходная мощность передатчика (К) и эта мощность берется в зависимости от класса MS:

Изотропные потеря на трассе (Q) для восходящей линии связи определяются как разница между EIRP и изотропной мощностью:

Потери на трассе в нисходящем направлении связи равны потерям на трассе для восходящего направления связи. Исходя из этого, выполняется расчет мощности передачи. Как упоминалось ранее, мощность передачи BTS имеет решающее значение для баланса линии. Во-первых, пиковая EIRP для BTS равна:

Затем находим мощность передачи BTS, вычитая из EIRP нисходящей линии связи коэффициент усиления антенны BTS (O) и добавляя потери в кабеле (N) и изоляторе, комбайнере и потери фильтра (L):

K = M + L = P + N − O + L = 57 dBm + 2 dB − 18 dBi + 3 dB = 44 dBm (2.11)

Для определения размеров радиосети значение нагрузки, созданной одним абонентом, берется равным 15-30 мЭрл (milliErlang, миллиЭрланг). Что означает на практике, например, 25 мЭрл. Продолжительность разговоров пользователя во время часа наибольшей нагрузки составляет: 60 × 60 × 0.025 = 90 секунд. Соответствующая пропускная способность должна быть зарезервирована для одного пользователя для удовлетворения запланированных потребностей.

Определение размеров сети выполняется для часа наибольшей нагрузки, что обеспечит наилучшее качество обслуживания. Вероятность блокировки описывает вероятность того, что MS не может инициировать вызов, потому что все каналы трафика зарезервированы в этот момент времени. Вероятность блокировки и приблизительная нагрузка дают требуемое количество каналов. Для расчета используется формула Эрланга: формула B для ситуации без очередей и формула С для ситуации с

56

очередями. При расчете нагрузки вначале предполагается, что абоненты будут равномерно распределены внутри планируемой зоны покрытия. Количество требуемых каналов трафика и сигнализации определяют число приемопередатчиков (TRX) и BTS. Из количества TRX и BTS может быть рассчитано минимальное количество BSC и MSC. Ограничение пропускной способности связано с доступными полосами частот, числа частот и скорости повторного использования частот.

Инструментарий (программные средства) для определения размеров сети

Несколько коммерческих программных средств доступно для целей определения размеров сети. Они предлагаются компаниями-разработчиками ПО (software company), но многие производители и операторы также имеют свои собственные программных средства для определения размеров. Сложность программных средств зависит от функциональных возможностей. Простейший инструментарий представляет собой «самодельные» электронные таблицы. Они подходят для небольших объемов работ по определению размеров и вычисления емкости. Более сложные инструменты обеспечивают определение размеров по нескольким параметрам и подходят для больших объемов работ. Дополнительное ПО может потребоваться при определении пропускной способности, необходимой для дополнительных возможностей сети.

Инструментальные средства обеспечивают расчеты емкости в соответствии с требованиями по емкости, покрытию и показателям качества. Бюджеты линии являются неотъемлемой частью расчетов, а результаты определения размеров приводятся для каждого типа зоны покрытия – требуемое количество сетевых элементов для каждого типа зоны покрытия.

Эволюция сети также может «нарисована» и использованием этих инструментальных средств. Процесс развертывания сети состоит из нескольких этапов и за этапом определения размеров следует этап определения структуры. Так как объем работ достаточно большой, то определение размеров должно быть выполнено в соответствии с графиком. Результатом работы инструментальных средств является количество сетевых элементов, которое используется в качестве исходных данных для этапа планирования покрытия и для инструментальных средств планирования покрытия.

2.3.2 Определение размеров в EGPRS сети

Возможно, при планировании EGPRS сети особенно важно знать места с наиболее интенсивным трафиком. Учитывая это, должна быть выполнена начальная оптимизация вокруг этих сот с интенсивным трафиком, для обеспечения требуемого качества обслуживания новых EGPRS абонентов.

57

После того как EGPRS сеть будет развернута и начнет функционировать, периодическая оптимизация ключевых параметров обеспечит бесперебойную работу сети.

Таблица 2.5 суммирует ключевые параметры радио- и транспортной сети, которые необходимо учитывать при планировании и оптимизации EGPRS сети. Пример бюджета линии для EGPRS сети показан на рисунке

2.9.

2.3.3Определение размеров в WCDMA радиосети

ВWCDMA покрытие и емкость взаимосвязаны. Это означает, что при определении размеров покрытие планируется для обслуживания определенной нагрузки. Используемые услуги и их нагрузки являются входными параметрами для определения размеров. Если нагрузка на сеть изменяется, то должно быть выполнено планирование покрытия для новых значений нагрузки. Если новые услуги вводятся, то они должны быть правильно оценены, чтобы не ухудшить покрытие.

Таблица 2.5 – Краткое описание ключевых EGPRS параметров

59

Рисунок 2.9 – Бюджет линии для EGPRS

Определение размеров это всегда компромисс между покрытием и пропускной способности. При снижении максимальной нагрузки покрытие может быть расширено. Если требуется большая емкость, то зона покрытия каждой соты сжимается, и это увеличивает количество требуемых сетевых элементов.

Сценарий ограниченного покрытия

В этом случае нагрузка на систему меньше, чем первоначально используемое значение для вычисления размеров ячеек. Расчет бюджета линии повторяется с более низким фактическим значением загрузки системы. Этот приведет к большим размерам сот и более низкому уровню помех, тем самым позволяя обслуживать в соте больше пользователей. Это снижение нагрузки системы, при расчете бюджета линии, продолжается о тех пор, пока она не совпадет с фактической нагрузкой системы, вычисленной по профилю трафика. В результате будет получен конечный размер сот.

Входные данные, связанные с покрытием

∙Как можно более точная информация о типе местности

∙Зона покрытия для каждого этапа развертывания сети

∙Процент площади для каждого класса (DU, U, SU, R)

∙Потери при проникновении в здания и запас на замирания

∙Модели распространения для вычисления потерь на трассе

∙Корректирующие коэффициенты для моделей распространения

Сценарии обслуживания должны быть определены, например, какие виды услуг предлагаться и где (оказывают большое влияние на количество сайтов).

60