Добавил:
linker.pp.ua Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

реф. Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS

.pdf
Скачиваний:
43
Добавлен:
15.12.2018
Размер:
2.4 Mб
Скачать

Таблица 3.1

Значения Eb/N0 для различных типов услуг

Восходящая линия

Eb/N0, дБ

 

 

тип сервиса

Телефония

скорость

 

 

 

3 км/ч

4,4

 

 

120 км/ч

5,4

 

 

Нисходящая линия

Eb/N0, дБ

 

 

тип сервиса

Телефония

скорость

 

 

 

3 км/ч

7,9

 

 

120 км/ч

7,4

 

 

Требуемое значение Eb/N0 зависит от

типа услуги (скорость передачи, требование к BER, BLER, метод канального кодирования);

радиоканала (Скорость движения абонента, частота, многолучевость);

типа соединения (Мягкий хэндовер, разнесенный прием,

использование быстрого управление мощностью).

А) Предельная пропускная способность (емкость) соты восходящего канала

Предельную емкость соты восходящего канала можно вывести из выражения для относительной загрузки соты. Относительная загрузка соты восходящего канала вычисляем из данного выражения:

 

 

(3.4)

 

 

 

 

 

 

 

где KN – количество пользователей; W – скорость передачи чипов в UMTS

(3.84 Мчип/c); – требуемое отношение Eb/N0; – скорость передачи данных пользователя; – коэффициент занятия услуги; i – отношение Ioth/Iown.

Принимая во внимание, что требование к отношению Eb/N0, скорость передачи данных, одинаково для всех пользователей, можно вывести

54

выражение, определяющее предельное количество одновременно обслуживаемых абонентов (предельную емкость соты) (3.7).

Увеличение помех во восходящем канале определяется как отношение полной принимаемой широкополосной мощности к мощности помех:

Noise Rise

I total

 

 

 

 

 

 

 

(3.5)

PN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и, используя уравнение (3.1):

 

 

 

 

 

 

 

 

Noise Rise

I total

 

 

1

 

 

 

1

,

(3.6)

 

 

N

1

ηUL

 

PN

 

 

 

 

 

 

 

 

1 L j

 

 

 

 

 

 

j

NR(dB) 10 log10 (1 UL )

Предельная пропускная способность соты восходящего канала или количество одновременных соединений равно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

(3.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Gобр - выигрыш от обработки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

в дБ,

(3.8)

 

 

 

 

 

 

 

где

скорость следования чипов в UMTS равна 3,84 Мчип/c.

 

 

 

В таблице 3.2 представлены типичные значения величины i для

различных типов сот [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2

 

 

Значения величины i для различных типов сот

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пико-сота

Микросота с

Макросота

с

2-х

 

3-х

 

6-х

внутри

 

ненаправленной

ненаправленной

секторная

 

секторная

 

исекторная

помещения

антенной

антенной

 

БС

 

БС

 

БС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1 - 0.2

0.25 - 0.55

0.45

 

0.55

 

 

0.65

 

0.85

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для хорошо изолированных сот (indoor, пикосоты), значение i очень мало и составляет около 0.1. Соответственно для макросот значение i

увеличивается в связи с возможным перекрытием зон обслуживания. Также заметно влияние количества секторов в соте на увеличение i, это связано с

55

тем что для многосекторных БС используются антенны с более узкой диаграммой направленности, а следовательно и с большим коэффициентом усиления, соответственно зона обслуживания такой БС возрастает. Из выражения (3.7) следует, что для увеличения емкости системы необходимо стремиться к лучшей изоляции сот (уменьшению значения i).

коэффициент занятия услуги. Данный коэффициент описывает отношение времени передачи данных пользователя к общему времени занятия канала, в случае применения прерывистой передачи (DTX).

Типичное значения величины данного коэффициента для телефонии составляет 50%, так как принимается, что половина разговора занимают паузы. Для расчетов значения данного коэффициента выбрано 67% с учетом запаса на передачу каналов сигнализации (DPCCH), который принят равным

17%. Для услуг предоставляющих передачу данных коэффициент занятия услуги принимается равным 100%, так как канал для передачи данных резервируется и используется абонентом только в период самой передачи.

Б) Предельная пропускная способность (емкость) соты нисходящего канала Предельную емкость соты для нисходящего канала можно также

вычислить из выражения для относительной загрузки соты в нисходящем канале:

 

 

(3.9)

 

 

 

 

 

 

В сравнении с формулой для относительной загрузки соты в восходящем канале, в данном выражении используется параметр коэффициент ортогональности в нисходящем канале. В радиоинтерфейсе

UMTS используются ортогональные коды Уолша переменной длины в нисходящем канале для разделения каналов пользователей. В случае отсутствия многолучевости ортогональность этих каналов сохраняется.

Однако в многолучевом радиоканале, ортогональность кодов нарушается.

Следовательно возрастает уровень внутрисистемных помех. Потеря

56

ортогональности нисходящих каналов характеризуется значением величины

α. Данная величина оказывает значительное влияние на площадь покрытия и емкость соты в нисходящем канале. Обычно значение коэффициента ортогональности принимает значение от 0.4 до 0.9 в многолучевых радиоканалах. При расчетах задаются неким постоянным коэффициентом ортогональности зависящим от

типа местности;

класса базовой станции;

типа радиоканала.

Типы местности часто используются в различных инструментах для планирования, а также при расчетах для того, чтобы характеризовать среду распространения. Значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности представлены в таблице 3.3 [2]:

Таблица 3.3

Среднее значение коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности для макросот

Тип местности

Открытая местность

Пригород

Город

Плотная застройка

 

 

 

 

 

Коэффициент

0.825

0.65

0.525

0.4

ортогональности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тип БС также влияет на коэффициент ортогональности. Для макро-БС коэффициент ортогональности выбирается в зависимости от типа местности,

где расположена БС. Как результат, коэффициент ортогональности выше в микросотах, чем в зоне обслуживания макро-БС. В случае пикосот, фемтосот или БС расположенных в помещениях, коэффициент ортогональности еще выше, так как обычно в таких случаях используется распределенная антенная система с множеством антенн, следовательно почти всегда антенна МС находится в прямой видимости от передающей антенны БС. Зависимость коэффициента ортогональности от типа БС отражена в таблице 3.4 .

57

Таблица 3.4 Средние значения коэффициента ортогональности в зависимости от

типа базовой станции

Тип БС

Макросота

Микросота

Пикосота

 

 

 

 

Коэффициент

0.5-0.6

0.8

0.9

ортогональности

 

 

 

 

 

 

 

Увеличение помех во нисходящем канале определяется по следующей формуле:

Noise Rise

Itotal

 

1

 

1

,

(3.10)

 

 

 

N

1 ηDL

 

PN

 

 

 

 

 

 

1 L j

 

 

 

 

j

NR(dB) 10 log10 (1 DL )

Предельная пропускная способность (емкость) соты нисходящего канала, количество одновременных соединений (пользователей) рассчитаем по формуле:

(

 

 

 

 

) (

)

(3.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В) Относительная загрузка соты в нисходящем и восходящем канале Для расчета взяты значения из исходных данных о нагрузке

создаваемой одним абонентом. Данные значения представлены в таблице 3.5:

Таблица 3.5

Нагрузка создаваемая одним абонентом в нисходящем и восходящем канале

Тип

услуги,

скорость

Нисходящий канал,

Восходящий канал,

нагрузка создаваемая одним

нагрузка создаваемая одним

передачи

 

 

абонентом, мЭрл

абонентом, мЭрл

 

 

 

 

 

 

Телефония, 12.2 кбит/c

20

20

 

 

 

 

 

58

 

Относительная загрузка соты будет равна:

 

 

 

 

(3.12)

 

 

где

относительная загрузка соты; N -количество предоставляемых услуг;

Mi - среднее количество одновременно занятых каналов передачи для услуги

i;

- предельная емкость соты, количество одновременных соединений,

для услуги i.

 

 

При расчете используются значения

, определенные выше. В

качестве значений Mi используется среднее количество одновременно занятых каналов передачи. Для трафика с коммутацией каналов (телефония,

видео-телефония) среднее количество одновременно занятых каналов это трафик в Эрлангах.

Таким образом, определив предельную емкость соты, которую можно рассчитать для каждой из предоставляемых услуг, используя предполагаемую абонентскую нагрузку в качестве исходных данных, можно рассчитать относительную загрузку соты. Значение определяет требуемое количество частотных каналов, а также влияет на размер зоны обслуживания соты, учитывается при расчете энергетического бюджета восходящего и нисходящего радиоканал.

59

3.2.Оценка пропускной способности соты при использовании AMRкодека

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.6

 

 

 

Параметры, используемые при вычислении UL и DL

 

 

 

 

 

 

 

 

символ

 

Определение

 

 

Рекомендуемые значения

 

 

 

 

 

 

 

 

т

Число пользователей на соте

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

Коэффициент

 

активного

 

0.67

 

пользователя для речи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергия

 

сигнала

на

бит,

 

 

 

Eb/N0

поделенная

на

спектральную

 

5

 

 

 

 

плотность шума для речи, дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

Скорость передачи чипов UMTS,

 

3,84

 

Мчип/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Битовая скорость j пользователя,

 

12.2

 

Rj

Зависит

от

обслуживания,

для

 

7.40

 

 

 

 

речи кбит/с

 

 

 

 

 

4.45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отношение уровней радиопомех

 

 

 

 

i

от

другой

соты

к

помехам в

 

55 %

 

 

собственной соте,

определенное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приемником BS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

Ортогональность j пользователя

 

0.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отношение мощности BS другой

Каждый пользователь

видит разное ij,

 

 

 

соты

к

мощности

BS

ij

зависящее от его расположения в соте и

собственной соты,

принимаемой

 

 

 

логарифмически нормального затенения

 

 

 

j пользователем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средний

 

 

коэффициент

ITU А-канал подвижного средства 60 %

 

 

 

ортогональности в соте

 

ITU А-канал пешехода 90 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее

отношение

мощности

 

 

 

 

i

BS

другой

соты

к

мощности

Макросота

с

ненаправленными

 

собственной соты,

принимаемое

антеннами: 55 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

пользователем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осуществим имитационное моделирование при движении МС, по траектории проходящей через середину стороны соты рис.2.8. Построим в среде MATLAB график зависимости отношения Eb/N0 от расстояния рис. 3.1.

Требуемое отношение сигнал/шум вычисляется по формуле:

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

(i) 10*log10

 

SF

 

P

* r *10 i /10

 

(3.16)

b

 

 

CPICH

19

 

 

 

 

 

i

 

 

N0CPICH

 

 

v

 

PT *(1 a) * ri *10 /10 PT * rj *10 /10

 

 

 

 

 

 

 

 

j 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j i

 

Для расчета отношения Eb/N0 использовались исходные данные представленные в таблице 3.7.

 

 

 

 

 

Таблица 3.7

 

 

Исходные параметры для расчета Eb/N0

 

 

 

 

 

 

 

Символ

 

 

Название

 

Значение

 

 

 

 

 

 

 

σ

 

Дисперсия, дБ

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

Угол от линии, соединяющей БС1 и

0

 

θ

 

БС2Б по ходу движения часовой

 

 

 

стрелки, градус

 

 

 

μ

 

Математическое ожидание

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

Чиповая скорость, Мбит/с

 

3.84

 

 

 

 

 

 

 

α

 

Показатель затухания

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

Скорость передачи речи, кбит/с

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

Радиус соты, км

 

3

 

 

 

 

 

 

r1

 

Расстояние до обслуживающей БС1,

1.5:4.5

 

 

км

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

Коэффициент ортогональности

0.6

 

 

 

 

 

 

 

 

v

 

Коэффициент активности

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PT

 

Суммарная

мощность,

излучаемая

59.9573

 

 

БС, дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

Pc

 

Мощность канала CPICH, дБ

36.9315

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

график

изменения

Eb / N0 каналов CPICH для БС,

участвующих в мягком хэндовере, в зависимости от расстояния d [м],

пройденного МС по маршруту (рис. 2.9).

61

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eb/N0 BS1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eb/N0 BS2

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eb/N0

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

 

 

 

 

 

 

d, Km

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Зависимость отношения Eb от расстояния

N0

3.2.1. Расчет предельной пропускной способности восходящего канала

Результаты расчета пропускной способности восходящего канала приведены на рис. 3.2 – рис. 3.4. На первом этапе был выполнен расчет коэффициента нагрузки UL (рис.3.2.).

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AMR 12.2

 

 

 

0.9

 

 

 

 

AMR 7.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AMR 4.75

 

 

 

0.8

 

 

 

 

 

 

 

 

0.7

 

 

 

 

 

 

 

UL

0.6

 

 

 

 

 

 

 

Load Factor

0.5

 

 

 

 

 

 

 

0.4

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

10

20

30

40

50

60

 

 

 

 

 

No. of AMR users

 

 

 

Рис. 3.2. Зависимость коэффициента нагрузки UL от количества пользователей

62

Из графиков рис. 3.2. видно, что коэффициент нагрузки UL

значительно увеличивается при использовании AMR 12.2. максимальная емкость соты в этом случае составляет 60 соединений. Применение более низких скоростей AMR кодека позволяет обслужить большее число абонентов с меньшими уровнями внутрисистемных помех (рис. 3.3.).

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

AMR 12.2

 

 

 

 

 

 

 

AMR 7.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

AMR 4.75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

Rise(dB)

12

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

Noise

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

UL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

10

20

30

40

50

60

 

 

 

 

 

No. of AMR users

 

 

 

Рис. 3. 3. Зависимость величины помех UL от количества пользователей в соте

Результаты оценки предельной пропускной способности приведены на

рис. 3.4.

 

 

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AMR 12.2

 

 

 

 

 

AMR 7.4

 

60

 

 

 

AMR 4.75

 

50

 

 

 

 

of connections

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Number

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

0

0

5

10

15

 

 

 

 

Eb/N0 , dB

 

 

Рис. 3.4. Зависимость емкости соты восходящего канала от отношения Eb/N0

63

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.