Исследование принципов построения сотовых сетей стандарта GSM

Данный алгоритм не оптимален с точки зрения момента включения управления мощностью. Лучше производить управление мощностью в РК в процессе проверки связи. Тоже самое касается и проверки отношения сигнал-шум. Эти изменения позволяют уменьшить время занятости КС и, следовательно, уменьшить вероятность столкновения пакетов в КС.

3.5 Установление  связи по инициативе АС

 

 

АС в дежурном режиме просматривает КС всех БС и  при необходимости выхода на связь  выбирает канал с наибольшим уровнем  сигнала. По этому КС и передается запрос от АС.    

При ухудшении  отношения сигнал-шум ЦКПС посылает по КС БС тестовые сигналы и выбирает БС с наилучшим отношением сигнал-шум, затем передает номер нового РК на АС и АС переходит на этот канал.

Сигнал также  переадресуется со старой БС на новую, которая предает его на РК, указанный ЦКПС. 

Недостатком такой  схемы является явление «пинг-понга» – из-за интерференционных замираний  и затенения отношение сигнал-шум  для соседних БС на границах сот  может сильно варьироваться в  ту или иную сторону и происходит многократное взаимное переключение БС.

Пути усовершенствования ССПС. Существует три пути усовершенствования:

- повышение  пропускной способности ССПС  без увеличения используемого  ресурса;

- повышение  надежности поддержания связи  с АС;

- повышение скорости передачи.

 

 

3.6 Повышение пропускной способности ССПС

 

 

Снижение D/R₀. Достигается за счет снижения допустимого отношения сигнал-шум (применение цифровых методов передачи, помехоустойчивое кодирование и модуляция). 

Другой способ применение секторного обслуживания сот:

 

120⁰

60⁰

120⁰ 

 

 

 

     120⁰

 

 

 

Рисунок 3.4 - Секторное  обслуживания сот

 

В данном случае величина D/R₀ получается минимально возможной (через одну ячейку), а также, за счет применения антенн с разной шириной ДН, перераспределяется пропускная способность между зонами с большей и меньшей активностью абонентов. Такой план позволяет обслуживать город с разделением на центральную деловую зону и периферийную зону спальных районов. Достигается при использовании CDMA, т.к. размерность кластера – единица, и вся полоса частот, отводимая на систему используется в каждой соте. Увеличение числа одновременно работающих абонентских станций путем динамического распределения частотно-временного ресурса: пакетный режим передачи (коммутация пакетов) и предоставление РК в паузах речи другим абонентам (длительность пауз – до 45% от общего времени занятия канала).

 

    D  E

 

 

  A  B

    C         F            C         F

E    D

 

   B                   A

 

 

Рисунок 3.5 - Стокгольмский план расположения сот

 

Применение  методов доступа к каналу эластичных к изменению нагрузки в канале. Обеспечивается при использовании CDMA.

Для узкополосных систем:

 

.  

                                                       

Для ШПС (CDMA):

 

.                                      

 

Если число  работающих АС велико, то сумма P_ci мало изменится при добавлении еще нескольких АС и, соответственно, мало уменьшится h². Таким образом, мы меняем ухудшение качества связи на увеличение пропускной способности. Другой путь состоит в обмене скорости передачи на количество абонентов.

 

R=1/T Þ Rmax Þ (TF)min Þ M абонентов при F=const.

Rmin Þ  (TF)max ÞM+K абонентов, где К=const.

 

Скорость  символов  на  выходе  вокодера  меняется  в пределах  8…1бит/сек.

 

 

7.   Повышение надежности

 

 

Повышение устойчивости работы в канале с замираниями.

Для этого необходимо осуществлять помехоустойчивое кодирование  и перемежение символов. При обработке  возможно два подхода:

- автовыбор  наиболее мощного сигнала луча  и прием информации только  по этому лучу;

- раздельная  обработка нескольких лучей с  последующим сложением результатов  обработки. Этот метод обеспечивает  выигрыш в несколько дБ.

 Обычно обрабатывают  не более 3 – 4 лучей, что позволяет обеспечить выигрыш по сравнению с узкополосными системами порядка 10дБ и выше.

Для узкополосных систем TDMA-FDMA очень опасной является межсимвольная интерференция: непрерывный поток символов сообщения преобразуется в пакеты, занимающие одно окно в кадре. При этом скорость следования символов в пакете будет в Т_кадра/Т_пакета выше и длительность Т_{символа} в пакете меньше или равна времени запаздывания между соседними лучами. Для борьбы с замираниями в этом случае используют перемежение символов и скачки по частоте. Кроме того применяют «эквалайзеры» – адаптивные фильтры, позволяющие подавить сигналы всех лучей кроме самого мощного.

Для настройки  эквалайзера в составе каждого  пакета передается обучающая последовательность, известная на приемном конце, и настройка производится по критерию минимальной ошибки приема этой последовательности. Кроме перечисленных методов широко используется прием на пространственно разнесенные антенны на БС. Уменьшение вероятности срыва связи при эстафетной передаче.

Сбой связи  при эстафетной передаче может возникнуть из-за неправильного выбора момента  перехода обслуживания на другую БС. Повышение  надежности эстафетной передачи может  быть достигнуто за счет дублирования передачи информации к АС через 2 БС (через предыдущую и следующую). При этом решение об окончании эстафетной передачи принимает сама АС, сравнивая сигналы, поступающие от двух БС.

В данном случае система не боится режима «пинг-понга», а вероятность потери связи при  эстафетной передаче будет меньше, поскольку сигналы, несущие информацию, складываются между собой.

 

 

8.  Увеличение скорости передачи

 

 

Более высокая  скорость передачи информации является обязательным требованием к ССПС 3-го поколения.

Для систем TDMA-FDMA эти способы имеют реализацию, когда используется несколько временных окон в кадре для использования одним абонентом – при этом снижается пропускная способность системы в целом и увеличение числа градаций фазы (2ФМ ®4ФМ ® 8…16ФМ) – уменьшается помехоустойчивость.

 

 

Выводы по главе 3.

В отличие от большинства стандартов первого поколения, например NMT-450, где управление сосредоточено в одном функциональном блоке (контроллере базовых станций), сеть GSM является структурой с распределенным управлением. Функциональное сопряжение элементов данной системы осуществляется стандартными интерфейсами, а ее сетевые компоненты взаимодействуют в соответствии со стандартизованной на международном уровне системой протоколов сигнализации МККТТ № 7, предназначенной для обмена сигнальной информацией (сигнализацией) в цифровых сетях в целях обеспечения связи с цифровыми программно-управляемыми станциями.

 

4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА

 

4.1   Расчет  параметров базовых станций

 

 

Необходимые данные для расчета:

- сотовая сеть подвижной радиосвязи;

- площадь города — 340 кв. км;

- поверхностная  плотность подвижных абонентов  — 30000;

- стандарт — GSM 1800;

- полоса частот, выделенная в городе для передачи  сигнала к БС (или        число каналов) — 7,2 МГц;

- допустимая  вероятность блокировки вызова  в сотовой сети — 0,02.

Определим общее  число частотных каналов, выделяемых для развертывания сотовой сети в данном городе.

 

   (4.1)

 

где F- полоса частот, а F_k - ширина полосы канала связи.

Для определения  необходимой размерности кластера K воспользуемся таблицей 4.1

Выберем размерность  кластера K=4  и антенны с 120˚ диаграммой направленности (М=3) и количеством частот равных двум на каждом секторе.

При этом относительное  расстояние повторного использования  частотных каналов равно:

 

                                                                                (4.2)

 

где D-расстояние между сотами с повторяющимися частотами; R-радиус соты.

На мачте  обычно присутствует три  антенны, однако они могут быть и разнесены  по углам здания. Каждая из них обслуживает сектор в 120 ^о.

Размеры: длина 129 см, ширина 26, толщина 10 см.

Добротность - 15,5 dBi. Секторные антенны обычно наклонены  к поверхности горизонта. Этот угол может составлять 2-6 ^о.

В силу своей  направленности, а также определенного наклона у антенны формирует так называемый основной луч, который достигает поверхности земли на определенном расстоянии.

Именно поэтому, вне зоны главного луча, а также  у подножия антенны уровень электромагнитного  излучения будет мал.

С увеличением  расстояния от антенны плотность  потока уменьшается, что иллюстрирует рисунок 4.1.

 

Таблица 4.1 –  Конфигурация антенного оборудования

Вариант конфигурации антенного оборудования	Количество  сот в кластере	Количество  секторов в соте	Количество частот в секторе
Круговая OMNI	9	-	1
Круговая OMNI	7	-	1
Секторная 120 град	3	3	1
Секторная 60 град	3	6	1
Секторная 120 град	4	3	1
Секторная 120 град	4	3	2

 

Рисунок 4.1 –  Трехсекторная базовая станция

 

Рассчитаем  коэффициенты определяющие медианное значение затухания радиоволн на i-ой трассе распространения помехи.

В данном случае (М=3):

 

                                                                           (4.3)

 

Определим эквивалентные параметры помехи , и :

 

,                                                 (4.4)

 

где  α - отклонение флуктуаций сигнала, α=6 дБ;

 

 

 

 

Рисунок 4.2 –  Зависимость плотности потока от расстояния

 

     ,

 

,                                                                   (4.5)

 

,

 

,                                                                      (4.6)

 

.                         

 

Определяем среднее значение сигнал/помеха на входе приемника:

 

дб.                                                   (4.7)

 

Используя таблицe 4.2  находим процент времени, в течении которого отношение сигнал/помеха на входе приемника МС будет находиться ниже защитного отношения дБ при выбранной размерности кластера (К=4).

Р(4)=16,7 %.                                                                                          (4.8)

 

Определяем количество радиочастот, которое необходимо для  обслуживания абонентов в одном  секторе каждой соты:

.                                                                (4.9)

Таблица 4.2 - Зависимость  параметров БС от количества секторных  антенн

Размерность кластера К	Параметры	Секторность М
		1			3			6
3	α, дБ; P(K),%	4	7	10	4; 6,2	7; 21,8	10; 29,5	4; 0,4	7; 6,6	10; 14,5
4	α, дБ; P(K),%	4; 39	7; 49, 6	10	4; 2,3	7; 14,7	10; 23,6	4; 0,3	7; 4,3	10; 11,5
7	α, дБ; P(K),%	4; 6,4	7; 25, 8	10; 35	4; 0,2	7; 6,4	10; 15,2	4; 0,01	7; 1,7	10; 6,8