ПТСМС / Planirovanie_radiosetei(2)

Потери при многократной дифракции происходят при распространении сигнала вдоль городских улиц и дифракции на углах зданий:

где

Параметр kа увеличивает потери на трассе в случае, если BTS находится ниже уровня крыш. Параметры kd и kf – для настройки соотношения между расстоянием и частотой и с многократной дифракцией.

Модель Уолфиш-Икегами действительна для диапазона частот 800-200 МГц. Диапазон значений для высоты антенны базовой станции составляет от 4 до 50 метров, высоты антенны мобильной станции – от 1 до 3 метров и расстояния между передатчиком и приемником – от 20 до 5000 метров.

2.4.3 Модель трассировки лучей(Ray Tracing Model)

Точность эмпирических способов ограничена в городской микросотовой среде из-за многолучевого распространения. Ранее представленная модель Уолфиш-Икегами не учитывает отражения и дифракцию и поэтому оценка распространения при использовании этой модели осложняется в условиях их наличия. Трассировка лучей соответствует этому утверждению.

71

Принцип трассировки лучей заключается в том, что выбранное число лучей используется для оценки распространения. Сколько отражений и дифракций учитывается, зависит от алгоритма инструментария планирования сети. Когда речь идет о сложных алгоритмах, то ясно, что требуемая более точная оценка распространения, требует больших возможностей от инструментария планирования и особенно времени.

2.4.4 Настройка моделей (Model Tuning)

Настройка модели – это исследование условий распространения в зоне планирования с последующей настройкой используемой модели распространения для этой зоны (рис 2.13). Тщательно настроенная модель особенно важна на этапе планирования покрытия, так как оценка покрытие выполняется на основе распространения.

Настройка модели в основном состоит из трех этапов: подготовки, полевых измерений и анализа измерений с помощью инструментария планирования. Перед началом полевых измерений необходима некоторая подготовка. Во-первых, требуется подходящая и точная, насколько это возможно, цифровая карта. Настройка модели основана на картографической информации и, следовательно, актуальность и разрешение карты являются критическими; модель не может быть точнее, чем карта. Частью подготовки, когда речь идет о полевых измерениях, является сбор и проверка измерительного оборудования. Необходима как проверка передатчика, так и измерительного приемника, установленного на машине. Места измерений для тестового передатчика должны быть тщательно рассмотрены и, следовательно, предполагается, что будут посещены выбранные места. Маршруты тестовых измерений также должны быть хорошо спланированы.

Ниже приведены инструкции по выбору места размещения тестового передатчика и планированию маршрутов измерения для настройки модели:

∙Места и маршруты должны хорошо отражать особенности зоны, включать типичные места внутри зоны.

∙Все типы помех должны быть охвачены выбранными местами измерений.

∙Несколько мест измерения необходимо выбрать в одном районе для того, чтобы получить более правильную общую картину.

∙Ограничения настраиваемой модели распространения должны быть учтены при планировании измерений.

72

Рису нок 2.13 – Процесс настройки модели

Измерения начинаются с установки тестового передатчика в первом месте измерения. Тест-драйв выполняется в соответствии с плановым маршрутом измерения. Испытания продолжаются, пока не будет собрано достаточно данных для анализа. Хорошей практикой измерений является документирование результатов измерений. Специальные параметры, связанные с настройкой модели, необходимые на этапе анализа:

∙координаты местоположения тестового передатчика;

∙тип тестовой антенны передатчика, высота и направление;

∙мощность тестового передатчика;

∙тип и длина кабелей, или, если возможно, измеренные потери в кабеле.

После окончания полевых измерений наступает время для анализа данных, т.е. настройка модели. Различные инструменты планирования оказывают помощь в настройке модели. Инструментарий планирования требует данных измерения, которые экспортируется из приемника и параметры, документированные во время испытаний. Сначала на цифровой карте в инструментарии планирования указывается расположение тестового передатчика, а затем добавляются все остальные данные, относящиеся к нему. Данные должны быть тщательно проверены и в случае ошибок измерения неправильные данные должны быть отфильтрованы. В качестве результата инструментарий дает поправочные коэффициенты для каждого измеренного типа помех. Пример поправочных коэффициентов для некоторых типов помех используемых в модели Окумура-Хата представлен в таблице 2.8. Небольшое значение поправочного коэффициента означает «легкие» условия распространения.

Таблица 2.8 – Поправочные коэффициенты

2.5Планирование покрытия

2.5.1Планирование покрытия в GSM сети

Целью планирования покрытия является нахождение оптимального размещения базовых станций для получения непрерывного покрытия в соответствии с требованиями планирования. Особенно в случае сети с ограничениями по покрытию расположение BTS имеет решающее значение. Для сети с ограничениями по емкости требования по емкости также должны быть рассмотрены.

Планирование покрытия выполняется с помощью инструментария для планирования, включающего цифровую карту с топографической и морфологической информацией. Перед началом этапа планирования покрытия выбрана модель распространения и выполнена ее настройка с помощью измерений для настройки модели. Выбор модели осуществляется в соответствии с параметрами планирования, такими как частота, макро/микро сотовая среда, высота антенны BTS. Предсказание покрытия выполняется на основе карты и модели и, следовательно, точность зависит от тех, и от других.

Как только расчеты бюджета линии будут созданы для всех конфигураций сети, что означает различные комбинации планируемых параметров, то может быть начато определение размеров сот. Число запланированных различных комбинаций должно быть как можно меньше, но несколько различных BTS профилей, как правило, необходимы. Иногда могут быть ограничения на используемые антенны, например, только маленькие антенны могут быть использованы в городской зоне, и поэтому рассчитывается бюджет линии для городской и сельской местности. Бюджет линии определяет максимально допустимые потери на трассе с определенной конфигурацией. Во-первых, теоретический максимум для размера ячейки вычисляется с использованием выбранной базовой модели распространения.

Теоретический максимум размера ячейки невозможно достичь на практике. Медленные замирания вызывают изменения уровня принимаемого сигнала, из-за препятствий на пути распространения сигнала. Поэтому вводится термин вероятность нахождения (location probability), который описывает вероятность приема сигнала; т.е. уровень сигнала выше, чем чувствительность приемника. В реальности вероятность местоположения никогда не может быть равна 100%, потому что это невозможно сделать с разумным количеством ресурсов.

74

Для определения вероятности нахождения должно быть определено распределение для принимаемого сигнала. Изменение медленных замираний в среднем уровне принимаемого сигнала, имеет нормальное распределение, что представлено на рисунке 2.14. Функция распределения для медленных замираний:

где – случайная величина и – среднее значение для нее, и σ стандартное отклонение, которое измеряется в дБ. Стандартное отклонение σ зависит от типа зоны и, как правило, находится в диапазоне 5–10 дБ. Значение обычно увеличивается в районах плотной городской застройки. Медленные замирания описываются нормальной случайной величиной .

Рисунок 2.14 - Нормального распределение для расчета вероятности нахождения

Вероятность нахождения может быть выражена уравнением, она является вероятностью верхней части уравнения (2.40). Вероятность Pх0 дает вероятность нахождения в определенной месте, когда случайная величина превышает некоторое пороговое х0:

Вероятность нахождения может быть выражена и как нижняя часть в уравнении (2.41), и поэтому вероятность может быть рассчитана ниже определенного запаса. Практический пример вероятности нижней части будет вычислять определенную вероятность нахождения в точке на краю соты. Например, вероятность нахождения 70% в точке на краю соты может быть рассчитана путем нахождения значение x0, при котором сигнал меньше этого значения может быть получен с вероятностью 30%. При планировании

75

целевое значение для вероятности нахождения обычно составляет 90–95% по всей зоне покрытия.

Вероятность нахождения, запас на медленные замирания , максимальные потери на трассе и размер ячеек связаны между собой. Если вероятность нахождения составляет, например, 80% в точке на краю соты с определенным запасом на медленные замирания, то чтобы получить вероятность нахождения более 95% запас на медленные замирания должен быть увеличен, который также влияет на максимально допустимые потери на трассе. Размер сот зависит от максимально допустимых потерь на трассе и, следовательно, улучшение вероятности нахождения приводит к уменьшению размера сот.

Определение размера ячейки связано с вычислением порога покрытия, который является минимально допустимым уровнем сигнала нисходящей линии связи на границе соты с некоторой вероятностью нахождения. Для расчета порога покрытия необходимы изотропная мощность MS, модель распространения, стандартные отклонения, поправочный коэффициент для типа местности и потери при проникновении в здания. Сначала рассчитывается значение запаса на медленные замирания на основе стандартного отклонения и вероятности нахождения. Поправочный коэффициент для типа местности получается в результате измерений, проводимых для настройки модели распространения. Потери при проникновении в здания необходимы в случае вычисления порога покрытия внутри зданий. Рекомендация 03.30 ETSI предлагает значения для средних потерь при проникновении в здания (building penetration loss, BPL). В городской зоне это примерно 15 дБ для 1800 МГц и 18 дБ для 900 МГц и в сельской местности около 10 дБ, за счет меньшего размера зданий. Для вычисления порога покрытия внутри зданий также необходимо знать девиацию потерь при проникновении, которая используется как стандартное отклонение внутри зданий. Приблизительное значение отклонения BPL – 10 дБ.

Таблица 2.9 показывает пример расчетов размеров сот и порогов покрытия для трех различных типов местности: городской, пригородной и сельской. Основные параметры сети – частота GSM 900 МГц и вероятность нахождения 90% внутри зданий и 95% на улице. Бюджет линии, который используется в качестве основы для расчетов размера соты и порога покрытия, дает –100 дБм для изотропной мощности. Чувствительность MS равна –102 дБм (для 4-го класса MS) и 2 дБ – запас помехозащищенности. Поправочные коэффициенты для типа местности такие же, как в таблице 2.8: 0 дБ для городской, –7 дБ для пригородной и –16 дБ для сельской местности. Для потерь при проникновении в знания используются значения, рекомендованные ETSI, которые для GSM 900 составляют 18 дБ для городской и пригородной местности и 0 дБ для сельской местности. Стандартное отклонение – 7 дБ, а отклонение BPL – 10 дБ.

76

Таблица 2.9 – Расчет размеров ячейки и порога покрытия

Уличный порог покрытия с 95% вероятностью нахождения одинаковый для городской, пригородной и сельской местности: –95,5 дБм. Пороги покрытия внутри зданий с вероятностью нахождения 90% для городской, пригородной и сельской местности соответственно равны –74,2 дБм, –74,2 дБм и –82,2 дБм. Максимальный размер соты для уличного покрытия в

77

городской, пригородной и сельской зоне равен 5 км, 7.89 км и 14.22 км и для покрытия внутри зданий – 1.24 км, 1.96 км и 5.96 км соответственно.

Как видно из приведенных выше уравнений, вероятность нахождения в точке, как правило, рассчитывается на краю соты. Из этого уравнения может быть получена вероятность нахождения для зоны, которая может быть использована для вычисления вероятности зоны покрытия соты. Параметр Fu определяет часть полезной зоны обслуживания, для всей зоны радиусом R и порогового значения х0. Параметр – это снова принимаемый сигнал и Pх0 вероятность того, что принимаемый сигнал превышает пороговое х0 в зоне dA.

Уравнение для полезной зоны обслуживания:

Среднее значение уровня принимаемого сигнала r может быть выражено как:

связь d и R показана на рисунке 2.15. Среднее значение отношения принимаемой несущей к помехе (CIR) равно:

где α представляет собой среднее CIR на расстоянии R. Уравнение для вероятности нахождения в соте:

где

78

Рисунок 2.15 – Покрытие на краю соты

Для обычного случая городского распространения со стандартным отклонением 7 дБ и экспоненциальным расстоянием 3.5, 90% покрытие зоны соответствует, примерно, 75% вероятности обслуживания на границе соты.

Рисунок 2.16 – Пример расчета покрытия с помощью инструментов планирования

На практике планирование покрытия сети осуществляется с помощью инструментария планирования сети, использующего цифровую карту и модели распространения, проверенные с помощью измерений. У некоторых поставщиков оборудования есть свои инструменты для планирования покрытия, но также есть специализированные разработчики инструментария

79

для планирования сети. Несколько примеров программных комплексов (фирм разработчиков), используемых для планирования сети: Atoll (Forsk), Asset (Aircom international), RPLS (Infotel), NetAct (Nokia, Siemens). Пример покрытия, рассчитанного с помощью Asset, показан на рисунке 2.16

Рисунок 2.17 – Макро, микро и пико соты, изображенные как шестиугольники

Оценка покрытия, сделанная на этапе расчета параметров, дает очень приблизительные цифры, потому что она основана на шестиугольной модели сот. На практике соты сети GSM сильно отличаются от теоретических шестиугольников, форма и размер которых зависит от окружающей обстановки, а также параметров BTS. Пример шестиугольников показан на рисунке 2.17, на котором объясняются термины: макро, микро и пико соты. В более плотных областях используются мелкие соты, потому что требуемая емкость ограничивает размеры сот. В этом примере все соты трех секторные.

В качестве примера на рисунке 2.18 показана зона покрытия реальной GSM ячейки. Покрытие для одной ячейки с секторной антенной.

Первый шаг в планировании покрытия заключается в создании предварительного плана, основанного на рассчитанном числе базовых станций на этапе определения размеров, который согласовывается с оператором. Места размещения BTS являются теоретическими на этом этапе, потому что они не были проверены «в поле». Использование ненаправленных и/или секторных антенн является частью стратегии планирования. ненаправленные соты могут быть использованы в сельской местности или других малонаселенных районах, где нет высоких требований к емкости. С помощью базовых станций, имеющих секторные антенны, легче легче организовать покрытие в определенных местах. Следующим шагом является начало поиска фактических мест расположения базовых станций, что является задачей группы приобретения сайтов. Найти оптимальное расположение для BTS является важной и сложной задачей. Основная

80