1. Расчет абонентской емкости сети lte

Определение профиля трафика. Процедуре определения профиля трафика сети можно отвести роль связующего звена, нацеленного на завершение этапа подготовки исходных данных и переход к непосредственному расчету параметров сети начального приближения. Предоставление сведений, необходимых для оценки ожидаемого профиля трафика и создания соответствующих моделей сервисов, во многом является прерогативой оператора (заказчика).

Создание модели трафика для ЧНН (часа наибольшей нагрузки) включает в себя 2 основные составляющие:

• Модель сервиса, описывающую основные параметры, такие как: скорость передачи данных , кбит/c, cреднестатистическая длительность сессии , c, доля передачи пользовательского трафика , % за время сессии и запаса , %.

• Модель поведения абонента при использовании того или иного сервиса, основанную на статистических данных о доле абонентов , использующих сервис и числе активаций сессии .

Скорости передачи данных , кбит/c в сервисах могут задаваться оператором или устанавливаться, исходя из требований, определенных для того или иного вида сервиса.

В качестве примера приведем выбор и описание сервисов модели профиля трафика:

• Web Browsing - просмотр Web-страниц;

• File Transfer + P2P Sharing - передача данных;

• Streaming Media - потоковое мультимедиа;

• Instant messaging (IM) – системы обмена мгновенными сообщениями (Skype, WhatsApp и др).

Долю трафика, создаваемую другими сервисами и сигнализацией примем пренебрежимо малой и не оказывающей существенного влияния на дальнейшие вычисления. Учтите, что на реальных сетях возможен учет статистических различий в пользовательских предпочтениях исходя из морфоструктуры местности и тарифных планов абонентов.

Таким образом, объем информации, переданный сервисами за сессию:

, кбит

В качестве примера построим профиль трафика на линиях «вниз» (табл. 2) и «вверх» (табл. 3) для ЧНН используя методику.

Объем информации по всем видам трафика от одного абонента в ЧНН по линиям «вверх» и «вниз» приведен в табл. 5.

Таблица 5. Объем передаваемой информации, приходящийся на одного абонента в ЧНН

Вид сервиса	, кбит
	линия «вверх»	линия «вниз»
Web-серфинг	4631,04	18800,64
Передача данных	620544	2511667,2
Мультимедиа	9354,24	37969,92
Мессенджеры	72253,44	72038,4
Суммарный объем , кбит	706782,72	2640476,16

Основываясь на рассчитанных параметрах профиля трафика можно произвести оценку требуемой пропускной способности сети в ЧНН для одного абонента по линиям «вверх» и «вниз». Поскольку здесь рассматривается средний трафик, для учета кратковременных пиков в ЧНН требуется ввести запас на их обработку (как по линии «вверх», так и по линии «вниз»). Величины запаса на обработку пикового трафика в ЧНН для каждого вида услуги находится, опираясь на статистику по действующими сетями и анализ перспективы развития того или иного вида услуги. Для некоторых видов услуг величина запаса может превышать составлять 80…100% от среднего трафика этой услуги в ЧНН. Примем величину запаса на обработку пикового трафика для каждой из предоставляемых услуг.

Таким образом, величина требуемой пропускной способности в ЧНН определяется по формуле

Таблица 6. Оценка пропускной способности , приходящийся на одного абонента в ЧНН

Вид сервиса	, кбит/с
	линия «вниз»	линия «вверх»
Web-серфинг	3,65568	0,90048
Передача данных	146,5139	36,1984
Мультимедиа	1,77193	0,436531
Мессенджеры	29,41568	29,50349
Суммарный объем ∑, кбит	181,3572	67,0389

Величина требуемой пропускной способности для приведенного в примере профиля трафика составляет

67 [кбит/с] для линии «вверх»

181 [кбит/с] для линии «вниз»

Получив значения требуемой пропускной способности сети для одного абонента для линий «вверх» и «вниз» можно произвести аналогичную оценку требуемой пропускной способности для всего однородного фрагмента сети, а именно

,

где – количество пользователей в ЧНН;

Требуемая пропускная способность однородного фрагмента сети при=100000 чел.:

6.7 [Гбит/с]- линия «вверх»

18.1 [Гбит/с]-линия «вниз»

Как как показывает практика, требуемая пропускная способность на линии вверх составляет 23% от общей требуемой пропускной способности, что, в целом, соответствует ярко выраженной тенденции к ассиметричности трафика в сетях мобильного радиодоступа. Приняв во внимание данный факт, целесообразно ввести допущение о необходимости расчета пропускных способностей только по линии «вниз».

Средняя пропускная способность соты на линии «вниз». Для расчета средней пропускной способности соты необходимо получить распределение скоростных колец в соте. Естественно, на данном этапе радиусы модуляционно-кодирующих схем не будут выражаться в км, а будут отнесены к радиусу R всей соты. Например, зона действия высокоскоростной, но слабо помехозащищенной модуляционно-кодирующей схемой (MCS - modulation and coding scheme) с соответствующей ей индексом индикатора качества канала (CQI - Channel Quality Indication №13 (модуляция 64-КАМ, скорость кода = 0,75) равна 0,2R, а помехоустойчивой и низкоскоростной MCS №2 (модуляция 4-ФМ, скорость кода 0,12) 0,9R соответственно.

Итого, для расчета средней пропускной способности соты необходимо:

1. Рассчитать относительные радиусы модуляционно-кодирующих схем.

2. Рассчитать % площади от целой соты, который занимает тот или иной сегмент;

3. Рассчитать пропускную способность для каждого скоростного сегмента;

4. Определить среднюю пропускную способность соты.

Таблица 7 Соотношения скоростных колец в соте

Индекс CQI, соответствующий MCS	Модуляция	Скорость кода	Средняя. пропускная способность зоны, Мбит/с	Относительный радиус	Доля от общей площади соты
15	64-КАМ	0,93	73,0	0,2	4

При равномерном распределении абонентов по территории обслуживания сети их количество в том или ином скоростном сегменте любого eNB будет пропорционально его площади. Следовательно, долю площади, занимаемую той или иной скоростной зоной можно принять в качестве весового коэффициента для пропускной способности каждой из зон.

Таким образом, среднюю пропускную способность соты находим по формуле:

,

т.е. 14,4 Мбит/c

Следует отметить, что основная сложность при оценке средней пропускной способности на линии «вверх» состоит в учете взаимных внутрисистемных помех, создаваемых абонентскими терминалами. Однако c учетом того, что на сегодняшний день трафик в мобильных сетях носит ассиметричный характер (доля трафика на линии «вверх составляет 20~30), ею можно пренебречь ввиду низкой вероятности одновременного занятия абонентами общего частотно-временного ресурса.

Требуемое число eNB для однородного фрагмента сети. Число eNB однородного фрагмента сети начального приближения будет определяться как:

Оценка пропускной способности. Проверим, правильно ли выбрана полоса 10 МГц для обеспечения передачи информации в заданном количестве. Емкость (иначе – пропускную способность) сети оценивают, базируясь на средних значениях спектральной эффективности соты в определенных условиях.

Спектральная эффективность системы мобильной связи представляет собой показатель, вычисляемый как отношение скорости (в бит/с) передаваемых данных на 1 Гц используемой полосы частот (бит/с/Гц). Эта величина характеризует скорость передачи информации в заданной полосе частот. Спектральная эффективность оказывает огромное влияние на эффективность использования частотного ресурса, выделенного сети и качество услуг.

Таблица 8. Средняя спектральная эффективность для сети LTE

Линия	Схема MIMO	Средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц)
UL	1×2	0,735
DL	2×2	1,69

Для системы FDD средняя пропускная способность 1 сектора БС рассчитывается как Th_cect= S*W, где S – средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц), W – ширина канала (МГц). Тогда

Th_cectDL= 1.69*5= 8.45 Мбит/с

Th_cectUL = 0,735*5= 3,675 Мбит/с

Средняя пропускная способность базовой станции Th_eNB вычисляется путем умножения пропускной способности одного сектора на количество секторов базовой станции; число секторов eNB равно 3, т.к. базовая станция 3-ёх секционная, тогда:

Th_eNBDL = 8.45*3= 25,35 Мбит/с

Th_eNBUL = 3.675*3=11,025 Мбит/с

Весь канальный ресурс разбивается на ресурсные блоки (РБ). Один блок состоит из 12 расположенных рядом поднесущих, занимающих полосу 180 кГц. Общее число каналов N_k рассчитывается по формуле:

N_k = W/W_lte,

где W_lte – полоса частот одного радиоканала (кГц). Тогда получим

N_k = 5МГц/180кГц =28 каналов

Среднюю планируемую пропускную способность Th_net проектируемой сети определим путем умножения количества eNB на среднюю пропускную способность eNB. Формула примет вид:

Th_net = (Th_eNBDL+ Th_eNBUL)*N_eNB

Th_net= (25.35+11.025) · 1257 ≈ 45,72 (Гбит/с).

Если сравнить требуемую пропускную способность сети с планируемой 18,1 [Гбит/с], то легко видеть, что Th_net >. Это условие показывает, что проектируемая сеть не будет подвергаться перегрузкам в ЧНН, а выделенной полосы 5 МГц хватит для рефарминга из GSM в LTE. Следовательно, можно переходить к расчету площади покрытия и радиуса соты.

Определение площади и требуемого радиуса соты. Определим площадь соты

где - площадь зоны обслуживания сети км²

При =100

==0,0795 км²

Определим требуемый радиус соты

==0,16 км