Исследование принципов построения сотовых сетей стандарта GSM

 

При известных  и определяем общее число каналов:

 

.

 

где количество каналов, количество секторов.

Поскольку выполняется  условие:

 

.                                                                 (4.10)

 

где  Pв допустимая вероятность блокировки вызова в сотовой сети — 0,02 (для GSM 1800), для GSM 900 она будет равна – 0.05

Для определения допустимой телефонной нагрузки в одном секторе  соты воспользуемся следующей формулой:

 

,                                                               (4.11)

 

 Эрл.

 

Рассчитаем число абонентов  обслуживаемых одной БС (М=3)

 

.                                   (4.12)

 

где β - предполагаемая нагрузка от одного абонента.

Число БС в сотовой сети подвижной радиосвязи равно:

 

.                                                      (4.13)

 

где Na - поверхностная плотность подвижных абонентов.

Радиус одной соты в сети

 

 км.                                                    (4.14)

 

 

4.2 Расчет критических  и оптимальных размеров сот  с учетом НРП

 

 

Уменьшение  размеров сот - это уменьшение расстояния между совпадающими по настройке радиосредствами, и, следовательно, увеличение уровня непреднамеренных радиопомех (НРП).  В ССС возникают специфические НРП;   все другие НРП имеют место, как в любом радиоприемнике. Эти специфические НРП относятся к классу внутрисетевых межсистемных помех; назовем их сотовыми радиопомехами (СРП).

Рассчитаем  Рn_mах на входе радиоприемного устройства АС в простейшем случае распространения радиоволн в свободном пространстве при n=2.

 

,                                                                      (4.15)

 

,                                                 (4.16)

 

.                                                                                         (4.17)

Выражение (4.17) далее перепишем с учетом (4.16). При этом используем аппроксимацию суммы (4.18) степенной функцией (для Q<9 она дает ошибку не выше 10%).

 

,                                                          (4.18)

 

Получим

 

,                                                                  (4.19)

 

.                                           (4.20)

 

Последнее  выражение  отражает  противоречивость  зависимости  мощности передатчика  от размера соты . В результате дальнейших преобразований получим:

 

.                                                                          (4.21)

 

Мощность передатчика будет лавинообразно увеличиваться при приближении знаменателя в (3.21) к нулю. Существует, таким образом критический размер соты , который можно рассчитать по формуле

 

 км.                                       (4.22)

 

При = 10км, С=4, а=6.

Для ослабления взаимного влияния между сигналами данной и ближайшей к ней соты с совпадающим частотным каналом их разносят на расстояние D, которое называют защитным интервалом. Компактная группа сот, в которой совпадающие по настройке частотные каналы не повторяются, состоит из С сот. Параметр а - необходимое превышение порога над уровнем шума.

Наименьшая  мощность передатчика  будет при

Приведенное уравнение  имеет решение:

 

км.

 

 

4.3 Нормы частотно-территориального разноса РЭС

 

 

В ходе оценки ЭМС РЭС необходимо определить требуемые удаления потенциально несовместимых РПД и РПМ при различных частотных расстройках и при различных вариантах взаимной ориентации их антенн. Полученные результаты для наземных РЭС с учетом принятой модели распространения радиоволн и без учета влияния рельефа местности представляют собой оценку сверху требуемых территориальных разносов.

В случае, если реальные значения территориальных  разносов больше чем требуемые, то считается, что ЭМС РЭС обеспечивается. В противном случае может потребоваться введение дополнительных ограничений на мощность излучения, частотную расстройку и (или) пространственную ориентацию и высоту расположения антенн РЭС.

Одним из эффективных способов согласования условий совместной работы РЭС является разработка и реализация норм частотно-территориального разноса (ЧТР) между взаимовлияющими РЭС.

Нормы ЧТР представляют собой совокупность взаимообусловленных значений территориального и частотного разноса РЭС с учетом ориентации их антенн, при которых обеспечивается их ЭМС. На основе норм ЧТР определяются или конкретные рабочие частоты, которые могут быть использованы в сетях подвижной связи, или необходимый для обеспечения ЭМС территориальный разнос для заявленных рабочих частот. Кроме того, нормы ЧТР позволяют установить требования к характеристикам направленности и ориентации антенных систем РЭС в пространстве при заданных рабочих частотах и расстояниях между РЭС.

Нормы ЧТР определяются для конкретных типов РЭС с учетом их энергетических, частотных и пространственных характеристик. В случае удовлетворения требованиям норм ЧТР, ЭМС между РЭС считается обеспеченной.

Нормы ЧТР рассчитываются на основании  уравнения ЭМС РЭС (3.5). Часто основные потери передачи L(R) при распространении на трассе протяженностью R от радиопередатчика  к  радиоприемнику   представляют  функцией, которую в относительных единицах (дБ) можно записать: 
        

.                                                                               (4.23)

 

Для примера, приведем известную формулу основных потерь передачи в свободном пространстве (без учета влияния земной поверхности, атмосферы и других факторов):

 

,                                               (4.24)

 

.

 

Здесь, f -рабочая частота, МГц, R - расстояние, км.

В рекомендации ITU-R Р.529 дано уравнение для напряженности поля в следующем виде:

 
           ,      (4.25)

.

 

где f - рабочая частота РЭС в МГц; h_БС, h_AC - высота расположения антенн БС и АС в метрах.

В формуле (4.25) используется поправочный коэффициент на высоту абонентской станции.

 
    ,                                   (4.26)

 

.

 

Коэффициент  к   в (3.25) позволяет   расширить   действие   модели   для протяженности трассы до 100 км:

 

к = 1        для R < 20 км,

для 20 км <R< 100 км.

 

Формула (4.25) может быть использована и в диапазоне от 1 ГГц до 2 ГГц с ограничением по дальности до 20 км.

Основные  потери передачи L(R) [дБ] при распространении на трассе протяженностью R [км] от радиопередатчика к радиоприемнику в соответствии с этой моделью определяются формулой

 

.                                                                   (4.27)

 

где α, β — коэффициенты, зависящие  от типа местности, рабочей частоты  и высоты расположения антенн РЭС. Формулы  для расчета L(R) для различных типов местности представлены ниже.

Потери  в городе:

 

,                                (4.28)

 

.

 

Потери  в пригороде:

 
,                                            (4.29)

 

.

Потери  в сельской местности:

 
           ,                                     (4.30)

 

                                               

.

 

Потери  в открытом пространстве:

 
           ,                                      (4.31)

                          .

 

В формуле (4.28) используются тот же поправочный  коэффициент, что и в (4.25). Для больших городов с плотной городской застройкой коэффициент a(h_AC) равен:

 

 для < 200 МГц,                           (4.32)

 

для > 400 МГц.                                  (4.33)

 

Для корректного использования формул необходимо придерживаться следующего соответствия между типами моделей и характеристиками местности:

- плотная городская застройка (большой город);

- плотная застройка  с высокими зданиями (выше 20 этажей) с малой площадью зеленых насаждений. Покрытие ячеек в значительной мере определяется дифракцией и рассеянием сигнала на ближайших к абоненту зданиях;

- городская   застройка  -   многоэтажная  административная   и  жилая 
застройка, индустриальные районы. Плотность зданий достаточно высокая, но 
может быть разбавлена зелеными насаждениями, небольшими скверами;

- пригород  -   одиночные   жилые дома,   административные   здания, магазины   высотой   1-3   этажа.   Большие   площади   зеленых   насаждений (деревьев), парковые зоны с отдельными группами зданий плотной застройки;

- сельская  местность - открытое пространство  с несколькими зданиями, фермы, кустарниковые насаждения, шоссе;

- открытое  пространство - озера, водохранилища,  открытые участки 
без насаждений, неплодородные земли.

 

 

4.4  Расчет эффективности  системы

 

 

Расчет эффективности  системы будем производить по формуле:

 

,                                                                                 (4.34) 

 

где - телефонная нагрузка приходящаяся на один кластер.

 

,                                                                                            (4.35)

 

,

 

- площадь кластера.

 

  ,                                                  (4.36)

 

- количество симплексных радиоканалов  на одну соту.

 

.

 

K- размерность кластера.

Подставив эти величины в формулу, получим:

 

. 

Выводы по главе 4.

Нормы ЧТР представляют собой совокупность взаимообусловленных значений территориального и частотного разноса РЭС с учетом ориентации их антенн, при которых обеспечивается их ЭМС. На основе норм ЧТР определяются или конкретные рабочие частоты, которые могут быть использованы в сетях подвижной связи, или необходимый для обеспечения ЭМС территориальный разнос для заявленных рабочих частот. Кроме того, нормы ЧТР позволяют установить требования к характеристикам направленности и ориентации антенных систем РЭС в пространстве при заданных рабочих частотах и расстояниях между РЭС.

 

ВЫВОДЫ  И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

 

 

В данной дипломной  работе рассматривается  развитие  сети GSM Стремительный рост количества абонентов мобильной сотовой связи требует от операторов дальнейшего развития состава услуг связи, предоставление их с качеством не хуже, чем в современных цифровых сетях фиксированной связи.

Эти требования в разной степени могут быть реализованы  в сетях связи второго и  третьего поколений (2G и 3G), причем сегодня не выделяются приоритеты технологиям связи.

Главными приоритетами становятся сами услуги, динамика их развития, этапность внедрения и условия их предоставления пользователям. Данная сеть будет ориентирована на широкий круг потребителей вследствие своего высокого качества и относительно умеренной стоимости.  

В данной дипломной работе рассмотрены характеристика и организация технологии развития сети GSM.

Кроме того, в дипломной работе были произведены  расчеты параметров базовых станций, зоны покрытия базовой станции, качественных показателей, критических и оптимальных  размеров сот с учетом НРП.  Также произведена оценка требуемого числа каналов и вероятности потери   вызова, расчет усилителя базовой станции и расчет резервного электропитания.

 

5 ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ РАБОТЕ НА СЕТЯХ СВЯЗИ

 

5.1 Стандартизация мероприятий по обеспечению безопасности электромагнитных излучений

 

 

Защита организма  человека от действия электромагнитных излучений предполагает снижение их интенсивности до уровней, не превышающих  предельно допустимые. Защита обеспечивается выбором конкретных методов и средств, учетом их экономических показателей, простотой и надежностью эксплуатации. Организация этой защиты подразумевает:

- оценку уровней  интенсивности излучений на рабочих  местах и их сопоставление  с действующими нормативными  документами;