ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

Сценарий ограниченной емкости

В этом случае нагрузка на систему больше, чем первоначально используемое значение для вычисления размера сот, а это означает, что необходимо либо уменьшать размер соты или увеличивать емкость. Если нагрузка на систему остается больше, чем допустимое значение, то размеры соты должны быть уменьшены. За этим следует выполнить расчет загрузки системы итеративно до тех пор, пока фактическая нагрузка системы не совпадет допустимой нагрузкой, тем самым определим размеры сот.

Входные данные, связанные с емкостью

∙Число абонентов

∙Профиль пользователя

∙Доступный спектр

Прогноз трафика должен быть сделан каждой на фазе развертывания сети на основе анализа предполагаемой нагрузки в ЧНН на одного абонента при разных скоростях обслуживания.

Трафик данных

Голос

∙Нагрузка (Эрл) от абонента в ЧНН

∙Битрейт кодека

∙Голосовая активность

Данные реального времени (real-time)

∙Нагрузка (Эрл) от абонента в ЧНН

∙Битрейт услуги

Данные нереального времени (non-real-time)

∙Средняя пропускная способность (Кбит/с) на абонента в ЧНН

∙Битрейт

∙Асимметрия между UL (восходящей линии связи) и DL (нисходящая линия связи) трафиком для услуг нереального времени (загрузка 1/10) должна быть принята во внимание

Также необходим прогноз эволюции сети и числа абонентов.

Входные данные, связанные с качеством

61

Качество в восприятии абонента. Пара важных параметров, которые используются во время этапа определения размеров – это вероятность нахождения в зоне покрытия (location probability) и вероятность блокировки (blocking probability). Вероятность нахождения возрастает, если UE могут обнаружить более одной ячейки. Вероятность нахождения обычно находится в диапазоне между 90 и 99%. На это влияют такие факторы, как требования клиентов, окружающая среда и т.д. Вероятность блокировки должна быть как можно ниже (не более 1-2%). Вероятность блокировки определяет количество вызовов заблокированных по причине отсутствия ресурсов.

Определение размеров RNC

Цель определения размеров RNC - определить число контроллеров радиосети, необходимых для поддержки предполагаемого трафика. Основными ограничениями, которые должны быть приняты во внимание, являются:

∙максимальное количество сот;

∙максимальное количество базовых станций;

∙максимальная пропускная способность интерфейса Iub;

∙количество и тип интерфейсов;

∙входные данные от клиента или радиочастотного планирования;

∙пример определения размеров RNC;

∙зона RNC.

Некоторые параметры, используемые в определении размеров WCDMA

Eb/N0 представляет собой отношение средней энергии бита и спектральной плотности шума. Значение Eb/N0 зависит от вида услуги, скорости движения UE и радиоканала:

где

Prx – принимаемая мощность,

Iown – суммарная мощность, принимаемая от обслуживающей соты (исключая собственный сигнал),

Ioth – суммарная мощность, принимаемая от других сот, α – коэффициент ортогональности,

R- битрейт,

W – полоса частот,

62

PN – мощность шума.

Так, требуемое радиочастотное отношение C/I (channel-to-interference) необходимое для удовлетворения отношения Eb/N0 в основной полосе частот, также известное как отношение энергии на чип к полной спектральной плотности, может быть определено как:

В системах WCDMA отношение Eb/N0 больше чем отношение S/N (signal-to-noise, сигнал-шум) на величину коэффициента расширения. Поэтому, в системах WCDMA связь возможна, даже если S/N в приемнике значительно меньше единицы.

Усиление при «макроразнесении» (Macro Diversity Gain, MDC)

Концепция мягкого хэндовера (soft handover) используется для организации макроразнесения. Усиление вычисляется с использованием общего среднего значения мощности для всех соединений, принимая во внимание различия принимаемых сигналов, принятым по разным ветвям, и скорости UE. В направлении UL усиление составляет 0 дБ, а в направлении нисходящей линии связи составляет 1 дБ.

Запас помехозащищенности (Interference Margin)

Запас помехозащищенности рассчитывается из отношения значений нагрузки UL/DL (η). В UL η показывает потери в бюджете линии, связанные с нагрузкой, а в DL η показывает потерю чувствительности БС связанные с нагрузкой:

Запас по управлению мощностью (Power Control Headroom)

На краю соты UE не имеет достаточно мощности, чтобы поддерживать провалы, связанные с быстрыми замираниями. Запас против быстрых замираний описывается запасом по управлению мощностью. Он может быть вычислен как:

power control headroom = (Eb/N0) среднее принятое без быстрого управления мощностью − (E b/N0) среднее принятое с быстрым управлением мощностью.

63

Рисунок 2.10 – Определение размеров в WCDMA радиосети

Таким образом, требуемая мощность сигнала (Required signal power) может быть вычислена как:

Required signal power = receiver noise + required Ec/I0 − interference margin + MDC gain.

Потери в теле человека обычно используются только для речевых услуг и могут безопасно быть приняты равными нулю для услуг передачи данных. На рисунке 2.10 показан пример бюджета линии связи для сети 3G (где LCD (long constrained delay data) – данные с большой задержкой и UDD (unconstrained delay data) – данные c неограниченной задержкой).

2.4Распространение радиоволн

Модели распространения были разработаны, чтобы иметь возможность оценить распространение радиоволн, настолько точно насколько это возможно. Модели были созданы для различных окружающих условий для прогнозирования потерь на трассе между передатчиком и приемником. Сигнал какой мощности должен быть передан BTS, чтобы получить определенный уровень мощности сигнала на мобильной станции? Сложность модели влияет на ее применимость, также как и точность. Две наиболее известные модели – это модели Окамура-Хата (Okumara-Hata) и УолфишИкегами (Walfish-Ikegami). Первая модель создана для крупных сот, т.е. для

64

сельских и пригородных районов, в то время как модель Уолфиш-Икегами используется для маленьких сот, т.е. для городских районов.

Основными механизмами распространения электромагнитных волн являются потеря в свободном пространстве, отражение, дифракция и рассеяние. Потери в свободном пространстве описывают идеальную ситуацию, когда передатчик и приемник находятся на линии прямой видимости и нет никаких препятствий вокруг, способных создать отражение, дифракцию или рассеяние. В этом идеальном случае ослабление сигнала радиоволн пропорционально квадрату расстояния от передатчика.

При распространении сигнала в свободном пространстве к антенне приемника, плотность мощности S на расстоянии d от передатчика можно записать в виде:

где Pt – передаваемая мощность, Gt – усиление передающей антенны. Эффективная площадь антенны приемника, который влияет на принимаемую мощность, может быть выражена как:

где λ – длина волны и Gr – усиление приемной антенны. Принимаемая плотность мощности также может быть записана в виде:

Объединяя предыдущие уравнения, принимаемая мощность может быть выражена как:

Потери на трассе в свободном пространстве представляют собой отношение передаваемой и принимаемой мощности. Уравнение для потерь на трассе без усиления антенн:

и потери в свободном пространстве преобразованные в децибелы:

65

где f – частота в мегагерцах и d – расстояние в километрах.

На самом деле радиоволны распространяются обычно в условиях отсутствия прямой видимости и в окружении препятствий, таких как здания

идеревья. Поэтому, применимость модели распространения в свободном пространстве ограничена. Принятый сигнал на самом деле состоит из нескольких компонентов, которые распространялись по различным путям, и столкнулись с отражением, дифракцией и рассеянием. Этот эффект называется многолучевым распространением и один компонент представляет собой один путь распространения. Различные компоненты, векторы сигналов, можно объединить в один сигнал с учетом фазы и амплитуды векторов.

Ослабление мощности сигнала радиоволн зависит от диапазона частот

итипа местности между передающей и приемной антеннами. При оценке общих потерь на трассе радиосигнала, пройденный путь может быть разделен на секции в соответствии с типами местности. Так как распространение изменяется в зависимости от типа местности, это должно быть учтено в модели распространения. Разница может быть оценена с помощью измеренных поправочных коэффициентов для каждого типа местности.

Еще одним феноменом в мобильной среде являются различные типы замирания. Медленные замирания происходят, когда сигнал радиоволны испытывает дифракцию (преломляется) на зданиях или других крупных препятствиях на пути сигнала. Приемник, мобильный телефон, находится в тени этих препятствий. Медленные замирания – логарифмическинормальные замирания и поэтому моделируется распределением Гаусса.

Многолучевое распространение вызывает кратковременные относительно глубокие замирания в принятом сигнале вследствие сложения векторов сигнала, которые имеют различные фазы и амплитуды. Эти замирания известны как быстрые замирания или рэлеевские замирания. Как следует из второго названия, быстрые замирания могут быть смоделированы с помощью распределения Рэлея.

Третий тип замираний является комбинацией двух предыдущих и называется райсовские замирания. Говоря о быстрых замираниях, учитывают сигнал, распространяющийся по линии прямой видимости, а также рассеянные компоненты сигнала. Предположительно, третий тип замираний может быть смоделирован с помощью райсовского распределения.

2.4.1Модель Окамура-Хата

Модель Okumura-Hata является хорошо известной моделью распространения, которая может быть применена для окружающей обстановки макросот для предсказания среднего затухания радиосигнала. Имея один компонент, модель учитывает потери в свободном пространстве. Модель Окумура-Хата является эмпирической моделью, это означает, что

66

она основана на полевых измерениях. Окумура выполнял полевые измерения в Токио и опубликовал результаты в графическом формате. Хата преобразовал результаты измерений в формулы. Модель может быть применена без поправочных коэффициентов для квазигладкой местности в городской зоне, но в случае других типов местности необходимы поправочные коэффициенты. Недостаток модели Окумура-Хата в том, что она не учитывает отражения и затенение (экранирование). Ограничения для параметров этой модели:

Частота f: 150–1500 МГц, расширение 1500–2000 МГц Расстояние между MS и BTS d: 1–20 км

Высота антенны передатчика Hb: 3–200 м Высота антенны приемника Хm: 1–10 м

Модель Окумура-Хата для прогнозирования потерь на трассе может быть записана в виде:

где f – частота (МГц), Hb – высота антенны базовой станции (м), a(Hm) – поправочный коэффициент для антенны мобильной станции, d – расстояние между BTS и MS (км) и Lother – дополнительным поправочный коэффициент, зависящий от типа местности. Поправочный коэффициент для высоты антенны MS для небольшого или среднего города представлен следующим образом:

и для крупного города:

где Нm – высота MS антенны:

Параметры А и В зависят от частоты следующим образом:

67

В качестве примера расчета потерь на трассе с использованием модели Окумура-Хата сделаны расчеты с двумя наборами параметров и приведено сравнение с потерями в свободном пространстве (см. графики в рисунке 2.11). Наборы параметров представлены в таблице 2.6. Расстояние между BTS и MS в этих расчетах берется от 1 до 20 км, что находится в разрешенном диапазоне для модели Окумура-Хата. Расчет, приведенный ниже, выполнен для набора параметров 2, когда расстояние от BTS составляет 2 км:

L = A + B log10 f − 13 .82 log10(Hb) − a(Hm) + [44.9 − 6 .55 log10(Hb)] log10(d)

С дополнительным поправочным коэффициентом (Lother) модель Окумура-Хата может применяться для всех типов местности. Поправочный коэффициент для каждой области получается в результате настройки модели на основе полевых измерений в конкретных областях. Некоторые примеры значений потерь распространения представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.6 – Параметры для расчета по модели Окумура-Хата

68

Рисунок 2.11Сравнение потерь в свободном пространстве и потерь рассчитанных по модели Окумура-Хата

Таблица 2.7 – Потери распространения для различных типов местности

2.4.2 Модель Уолфиш-Икегами

Модель Уолфиш-Икегами является эмпирической моделью распространения для городской местности, хорошо подходящей для микросот, но может быть использована и для макросот. Параметры, связанные с моделью WalfishIkegami показаны на рисунке 2.12. Среднее значение для ширины улиц (w) дается в метрах, а угол ориентации дорог (φ) в градусах. Среднее значение высоты зданий (hroof) является средним для расчетной области и дается в метрах. Среднее значение расстояния между зданиями (b) рассчитывается от центра одного здания до центра другого здания и также дается в метрах.

Модель Walfish-Ikegami разделяется на две составляющих. Одна описывает ситуацию распространения по линии прямой видимости (line-of- sight, LOS), вторая – при отсутствии прямо видимости (no-line-of-sight, NLOS). Формулу для прогнозирования потерь на трассе при наличии прямой видимости можно записать в виде:

69

Рисунок 2.12 – Параметры модели Уолфиш-Икегами

где d – расстояние (км) и частота f (МГц). В условиях отсутствия прямой видимости формулу потерь на трассе можно записать в виде:

где Lrts – потери на трассе при дифракции на переходе крыша-улица (rooftop– street diffraction loss) и потери на трассе при рассеивании (scatter loss), а Lmsd –

потери на трассе при многократной дифракции. Потери на трассе в условиях отсутствия прямой видимости на самом деле состоят из трех компонентов: потери Lrts, потери Lmsd и потери в свободном пространстве:

Правило следующее:

Потери при дифракции «крыша-улица» и рассеивании – это потери которые происходят, когда радиоволны распространяется от ближайшей крыши к приемнику:

где LOri – потери связанные с ориентацией улиц:

70