Основные возможности программного продукта:

- Все технологии сосуществуют в одном сеансе;

- Лучшие в своем классе симуляции радиофункций;

- Развитая функциональность HSDPA и EV-DO;

- Доступ к данным мобильного тестирования приложений TEMS Investigation и TEMS Automatic;

- Интеграция в инфраструктуру сети при помощи функции СМ (Управление конфигурацией), при этом поддерживается оборудование различных производителей;

- Усовершенствованный анализ параметров соседних сот.

Дополнительные возможности:

- Поддержка мульти-растровой графики;

- Усовершенствованная симуляция Монте-Карло для WCDMA/CDMA;

- AFP (Автоматическое планирование частот) от Ericsson TEMS;

- Лучшие в своем классе модели прогнозирования;

- Общий интерфейс для функций импорта;

- Поддержка скриптов;

- Поддержка сетей большого размера.

Совместное планирование сетей 2G и 3G. Система TEMS CellPlanner Universal упрощает совместное детальное планирование сетей 2G и 3G. Это единственное программное обеспечение, специально созданное для планирования новых сетей и расширения уже существующих, в едином проекте. TEMS CellPlanner Universal обеспечивает все необходимые функции для выполнения точного проектирования сетей сотовой связи всех поколений и на всех этапах - от повторного использования сот и антенн до модуля детального планирования соседних сот. Совместное планирование позволяет пользователю разделять сетевые данные между двумя системами и предоставлять подробный план для планирования внутрисистемной эстафетной передачи и анализа. При помощи уникального алгоритма поддерживается создание расширенного списка соседних сот и работа с усовершенствованным комплектом функций анализа. Этот алгоритм рассматривает поведение реальной ”soft” эстафетной передачи со значениями для мощности пилот-канала и пороговыми значениями эстафетной передачи в сетях CDMA и WCDMA, и возможности HCS (Иерархическая структура соты) для сетей GSM/GPRS/EDGE. Возможность доступа к информации о соседних сотах для отдельно выбранной соты позволяет производить широкий анализ требуемых параметров.

Поддержка WCDMA. В системе TEMS CellPlanner Universal имеется современный высокоточный механизм анализа сетей WCDMA. Функция Quick Analysis WCDMA вычисляет и сохраняет информацию на уровне детальной конфигурации каждой соты. Кроме того, симулятор Monte Carlo обеспечивает гибкое распределение критериев конвергенции помех для канала вверх на уровне соты, конвергенции шума и мощности на канале вверх, а также конвергенции шума на канале вверх и конвергенции C/I на канале вниз для отдельно взятого пользователя. Функция Pilot Power Balancing (Балансировка Мощности Контрольного Сигнала) позволяет пользователю оценивать и предотвращать загрязнение контрольного сигнала. Это может выполняться на уровне отдельной соты или на уровне сети с балансировкой отношения покрытия контрольным сигналом к покрытию канала трафика. ”Soft” эстафетная передача может отображаться на графиках, а также в статистических отчетах на уровне сектора. Используя вариационное моделирование каналов и сервисов, пользователь может настраивать параметры передачи трафика для сетей WCDMA. Например, можно осуществлять симуляцию изменения скорости передачи в канале подобно тому, как это делается в сетях WCDMA или смоделировать управление присвоением и переполнением с помощью сложных механизмов, контролирующих рост и захват трафика. Пользователь также может выводить на дисплей и распечатывать на принтере множество различных графиков для покрытия и мощностей. Например, информация о параметрах мощности принимаемого сигнального кода (RSCP) для пилот-сигналов в зоне охвата упрощает развертывание сети и первоначальную настройку сети WCDMA.

Расширенная поддержка HSDPA. Работа с функциями HSDPA является уникальной частью TEMS CellPlanner Universal. Она помогает точно моделировать возможности HSDPA для пользователей, работающих с высокоскоростной передачей данных, путем случайного распределения пользователей и симуляцией выделения HSDPA-радиоканалов. Такой усовершенствованный подход дает более точную картину радиоохвата, качества обслуживания и производительности в сетях HSDPA, нежели алгоритмы моделирования, использующие только оценки значений параметра мощности на канале “от сети к абоненту”. Планировщик сети может установить начальные пороговые значения для использования HSDPA на уровне соты и таким образом может контролировать максимальное поддерживаемое количество высокоскоростных данных для одного пользователя. Симуляция HSDPA обеспечивает широкий спектр статистик и графиков параметров покрытия и параметров, описывающих производительность сети, а также предоставление статистических данных для планирования сети HSDPA.

Моделирование распространения. Система TEMS CellPlanner Universal поддерживает несколько моделей распространения радиосигнала, широко используемых во всем мире на протяжении последних 15 лет. Она использует модель 9999, являющуюся реализацией компанией Ericsson модели Okumura-Hata, с эмпирическими корректировками. Используется также полуэкранная модель для имитации потерь сигнала при распространении его над крышами домов и рекурсивная микросотовая модель для вычисления распространения сигнала между зданиями. Кроме того, поддерживаются традиционные модели радиосигнала Okumura-Hata и Walfisch-Ikegami.

3.4 Выводы

С целью обеспечить качественные услуги мобильной связи, ведущие операторы применяют методы математического и компьютерного моделирования. Наиболее эффективным инструментом автоматизации процесса оптимизации (ССС) являются геоинформационные технологии. Примером реализации ГИС-технологий для решения прикладных задач в области телекоммуникаций являются программные комплексы (ПК) планирования и оптимизации (ССС). В данном разделе рассмотрены программные комплексы планирования и оптимизации сетей сотовой связи. Были проанализированы основные возможности известных комплексов планирования и оптимизации сетей сотовой связи. Рассмотрено более детально программный комплекс ONEPLAN RPLS а также TEMS CellPlanner Universal

4. Планирование сетей сотовой связи с помощю программного комплекса, и исследование основных характеристик

В данном разделе проиллюстрировано методику планирования сети сотовой связи с помощью программного комплекса и был произведен анализ расчета основных характеристик сети UTRA

4.1 Методика планирования сети сотовой связи при помощи программного комплекса NetAct

4.1.1 Исходные данные для программного комплекса Nokia NetAct Planner

Для нормального функционирования ПК при планировании сетей сотовой связи программному комплексу Nokia NetAct Planner требуется большой набор исходных данных, достоверность которых может существенно повлиять на адекватность принимаемого решения. Исходные данные можно сгруппировать следующим образом:

- электронные карты местности региона планирования (геоданные);

- параметры подсети базовых станций и радиорелейных линий, установленные стандартами ETSI и ITU, а также технические характеристики оборудования;

- количество планируемых сайтов;

- радиоклиматические параметры региона планирования.

Электронные карты местности региона планирования. В ПК в качестве внутренних используются векторные карты. Для планирования в регионах рекомендуются электронные карты масштабов 1:100 000 или 1:200 000, для планирования в крупных населенных пунктах - планы местности с указанием высоты застройки. Обязательным требованием к картам является наличие данных о рельефе местности. Входящий в состав программного комплекса геоинформационный модуль позволяет настроить отображение карты и сформировать матрицу высот рельефа местности, которая импортируется в программу и используется при расчетах.

Параметры подсети базовых станций и радиорелейных линий, установленные стандартами, и технические характеристики оборудования. Ввиду важности этой группы исходных данных в процессе планирования сети сотовой связи в ПК предусмотрен встроенный справочник. Основные разделы справочника сгруппированы по папкам: стандарты, приемопередатчики базовых станций, комбайнеры, абонентские терминалы, модели расчета распространения сигналов, шаблоны базовых станций, ЧТП, радиорелейных интервалов (РРИ), передачи данных и речи. Имеется также антенный редактор, который в текстово-графическом виде отображает электрические параметры антенн в формате msi.

Количество планируемых сайтов. Данные о сайтах с координатной и адресной привязкой формируются пользователем ПК или импортируются из внешних файлов или баз данных.

Радиоклиматические параметры регионов планирования. При расчете покрытия учитываются коэффициент рефракции района планирования, а также электрические параметры почвы - диэлектрическая проницаемость и проводимость. При расчетах радиорелейных интервалов дополнительно учитываются среднее значение и стандартное отклонение градиента диэлектрической проницаемости, тип подстилающей поверхности, абсолютная влажность водяного пара, Q-фактор земной поверхности и климатический фактор, интенсивность осадков.

Программный комплекс Nokia NetAct Planner автоматизирует процесс планирования и оптимизации сети сотовой связи для следующих постановок задачи:

- при заданном аппаратном и частотном ресурсах сформировать сеть (фрагмент сети) сотовой связи, обеспечивающую максимальную зону покрытия, с требуемым качеством;

- для заданного района планирования определить минимальные затраты аппаратного и частотного ресурсов, обеспечивающих покрытие, качество которого было бы не ниже требуемого.

Основные функциональные модули Nokia NetAct Planner представлены на рис. 4.1. В модуле базы данных (БД) хранятся пространственно-технические характеристики исходного множества вариантов построения сети, из которого по результатам расчета параметров качества функционирования сети выбирается предпочтительный, с точки зрения пользователя ПК, вариант. Геоинформационный модуль обеспечивает взаимодействие расчетных модулей с матрицами рельефа, отображение векторных карт местности и результатов расчета, а также вспомогательных растровых изображений [2].

4.1.2 Анализ построения сети с помощью программного комплекса

Программный комплекс обеспечивает расчет тематических карт уверенного приема сигналов (зоны покрытия), уровней сигналов и границ зон действия сетей сотовой связи. Также с его помощью можно показать интерференцию и распределение уровней сигнала на выбранном радиорелейном интервале.

Следует заметить, что экономический выигрыш от использования программного комплекса необходимо рассматривать в двух аспектах. Во-первых, одноразовая экономия средств на закупку оборудования при реализации решений, касающихся топологии сети, например обеспечения покрытия конкретного региона с заданным качеством минимальным количеством базовых станций. Во-вторых, при формировании частотно-территориального плана можно добиться существенного снижения потерь трафика из-за внутрисистемных помех, что напрямую связано с постоянными доходами оператора.

4.2 Методика определения числа одновременно обслуживаемых абонентских станций в прямом канале сети UTRA

Одной из существенных особенностей систем CDMA является наличие внутрисистемных помех. Эти помехи возникают в прямом канале (БС-АС) за счет приема абонентской станцией помимо полезного сигнала от базовой станции «рабочей» зоны обслуживания сигналов от базовых станций соседних зон обслуживания (секторов или сот). В обратном канале (АС-БС) эти помехи возникают на входе приемника БС, куда поступает помимо сигналов от АС, с которой осуществляется сеанс связи по одному из каналов, сигналы от других АС, находящихся в зоне обслуживания этой БС.

Рассмотрим методику расчета допустимого числа одновременно работающих абонентских станций, изложенную в работе. При этом рассматривается вариант такого количества базовых станций и их взаимного расположения (рис. 4.10), который предусматривает максимально возможное влияние излучений базовых станций на приемник АС.

Изображенная на рис. 4.10 АС расположена на границе зоны обслуживания и находится на одинаковом расстоянии, равном R, от трех ближайших БС. Уровни сигналов, принимаемых от этих БС, случайны и АС, производя измерения уровней этих сигналов, устанавливает связь с той БС, чей уровень сигнала оказывается наибольшим. Помехи же на входе приемника АС возникают от двух ближайших БС, трех БС, расположенных на расстоянии 2R, и шести БС, расположенных на расстоянии (где R - радиус зоны обслуживания БС) и использующих антенны с круговыми ДНА. При использовании направленных ( =120) антенн, количество мешающих БС, расположенных на расстоянии 2R равно шести.

Помехи, создаваемые БС, находящимися на больших расстояниях от АС, можно не учитывать, так как в условиях городской застройки уровень сигналов (т.е. помех в данном случае) от этих БС убывает пропорционально четвертой степени расстояния между АС и БС. Показанное на рис. 4.10 местоположение АС на границе зоны обслуживания является наихудшим с точки зрения влияния мешающих сигналов соседних БС [2-5].

Рисунок 4.10 - Влияния мешающих сигналов соседних БС при местоположении АС на границе зоны

Часть мощности ее передатчика, принимаемая равной 0,2 от ее полного значения, расходуется на передачу пилот-сигнала и других служебных сигналов для управления системой.

При определении полной мощности сигнала, излучаемого БС, необходимо учесть, что в течение пауз речи сигналы на соответствующую АС не передаются. Интервал активности обычно принимают равным от длительности разговора.

Полная мощность сигнала, излучаемая антенной БС, определяется соотношением:

, (4.1)

где - количество одновременно работающих АС;

- мощность сигнала, излучаемого БС на одну АС.

- часть мощности передатчика, расходуемая на передачу пилотсигнала

Формула (4.1) справедлива для случая, когда применяется автоматическая регулировка мощности излучения БС. В противном случае излучаемая мощность практически в два раза больше:

. (4.2)

На трассе распространения сигнала от БС к АС происходит его ослабление по закону:

, (4.3)

где - расстояние между БС и АС;

k - некоторый коэффициент, зависящий от частоты передачи, высоты антенны БС и т.д.;

n - параметр затухания радиоволн. Его величина колеблется в пределах 2…5. В теоретических расчетах величину n принимают равной 4;

x - случайная величина, моделирующая флуктуации коэффициента ослабления сигнала. Такие флуктуации подчиняются логарифмически нормальному закону и поэтому можно считать, что х - случайная гауссова величина, имеющая среднее значение и дисперсию . Таким образом, мощность помехи, приходящей на вход приемника АС от i-й БС, находящейся от него на расстоянии , определяется соотношением

. (4.4)

Суммарная мощность помех от всех мешающих БС, показанных на рис. 4.1 их число равно 12составляет:

. (4.5)

Соотношение (4.5) справедливо для случаев применения как ненаправленных (М=1), так и для направленных трехсекторных антенн (М=3) и предполагает, что максимальный сигнал АС принимает от первой БС. Поскольку ослабление сигналов, приходящих от тех первых БС, зависит от (i=1,2,3), мощность полезного сигнала, действующего на входе АС:

, (4.6)

где .

Значит, с учетом (4.5) и (4.6) можно записать отношение сигнал/помеха по мощности на входе приемника АС:

. (4.7)

Для упрощения анализа предположим, что ближайшие к МС базовые станции создают на входе приемника МС весьма близкие по уровню сигналы, тогда (4.7) принимает вид:

 . (4.8)

Для дальнейшего анализа необходимо определить распределение величины:

. (4.9)

Строго решить данную задачу сложно. Приближенные методы позволяют аппроксимировать данное распределение логнормальным законом, т.е.

, (4.10)

где - гауссова случайная величина, имеющая нулевое среднее значение и дисперсию .

Показано, что

, (4.11)

,

где

;

;

 - дисперсия флуктуаций сигнала.

Распределение также аппроксимируется логнормальным законом:

. (4.12)

т.е. , где - гауссова случайная величина с нулевым средним и дисперсией . Как показано в

; (4.13)

.

Принятые аппроксимации распределений V₁ и V₂ приводят к тому, что распределение V₀ в (4.8) тоже логнормально:

, (4.14)

где - гауссова случайная величина, среднее значение которой равно нулю. Значение и среднеквадратическое отклонение величины определяются соотношениями:

; (4.15)

. (4.16)

Так как аппроксимировано логнормальным законом, то условие

, (4.17)

выполняется в процентах времени, если и связаны соотношением:

. (4.18)

Это соотношение определяет собой Q - функцию, которая табулирована. При , .

В системах, построенных на базе CDMA, отношение сигнал/помеха на входе приемника и на его выходе (на входе решающего устройства, в котором определяется знак передаваемого информационного символа) связаны соотношением:

_. (4.19)

где - отношение сигнал/помеха на входе приемника;

- отношение сигнал/помеха на выходе приемника;

- скорость передачи информации в радиоканале (чиповая скорость) (бит/с);

- скорость передачи информации (бит/с).

Используя (4.17), получим уравнение, определяющее допустимое число абонентов, которые могут работать в одном секторе каждой соты, при заданном качестве приема сигналов любой АС (определяемом ) и заданной надежности приема (определяемой ):

. (4.20)

Умножение на 2 в (4.20) необходимо для учета регулировки мощности. Обычно приемлемым в CDMA считается качество приема информации, при котором вероятность ошибочного приема одного информационного символа составляет 10^-3, что обеспечивается при =5 (7 дБ).

Приведем пример для заданных значений входящих величин

; ; дб;

; ; дб; ;

Нужно отметить, что эти соотношения справедливы для прямого канала. Пропускная способность обратного канала не зависит от числа соседних БС, а зависит от числа одновременно работающих АС.

Расчет числа абонентов выполняется по формуле (4.20). Для заданного значения = 95% , используя таблицу, находим, что =1,645.Значение вычисляем по формулам Q функции (4.16) соответственно. Значение вычисляем по формуле (4.16)

Произведем расчет параметра :

сотовый связь сеть

;

;

.

Произведем расчет параметра :

;

.==1,96.

Произведем расчет значения :

(абонента).

С учетом канала трафика значение допустимого числа абонентов, которые могут работать в одном секторе каждой соты, вычисляется по формуле :

.

Таким образом, числа абонентов, одновременно обслуживаемых одной базовой станцией, равно:

(абонента).

Из соотношения (4.20) следует, что число одновременно обслуживаемых абонентов (по сути, число активных одновременно занятых каналов) зависит от ряда параметров, в число которых входит:

- необходимое отношение сигнал/шум по мощности, при котором обеспечивается заданное качество связи. В рассматриваемых системах CDMA величина порядка 6дБ (3,984);

- речевая активность, равная . Следует заметить, что при непрерывной передаче не речевой, а цифровой информации величина может быть значительно выше (её максимальное значение );

- база сигнала. Чем больше её величина, тем больший выигрыш в отношении сигнал/шум и тем больше число одновременно обслуживаемых абонентов. Изменение базы сигнала при неизменной числовой скорости увеличивает в соответствующее число раз скорость передачи информации ;

- параметр, определяющий надежность радиоканала (4.18), указанное соотношение табулировано и представляет собой Q - функцию.

- параметр, зависящий от значения , которое может быть (ДНА круговая) или (ДНА секторная, )

- зависит от степени флюктуаций сигнала ( для пригородной зоны, для городской) и определяется соотношениями (4.16), (4.11) и (4.13).

4.3 Расчет числа абонентских станций, одновременно обслуживаемых базовой станцией в обратном канале

В обратном канале для сигнала, приходящего от любой АС на вход приемника БС, помехой являются сигналы, приходящие от остальных АС. В прямом канале (направление передачи с БС на АС) источником помех на входе приемника АС являются сигналы от удаленных БС. Таким образом, оценка пропускной способности БС заключается в анализе влияния на нее внутрисистемных помех, как в обратном канале, так и в прямом.

В первом случае, если число одновременно работающих АС обозначить буквой , то для сигнала, приходящего на вход приемника БС от каждой АС, помехой будут являться сигналы от остальных абонентских станций. Следовательно, справедливы такие зависимости:

и , (4.21)

где - коэффициент, характеризующий взаимнокорреляционные свойства сигналов;

- спектральная плотность мощности помех;

- спектральная плотность мощности собственных помех;

- спектральная плотность мощности взаимных помех;

F - полоса частот, занимаемая системой связи (Гц);

- уровень мощности сигнала, излучаемого передатчиком одной АС.

Известно, что отношение сигнал-шум на входе приемника БС в системах CDMA определяется соотношением:

, (4.22)

где Т - длительность одного элемента широкополосного сигнала.

Используя (4.21) и (4.22), в результате несложных преобразований получим:

. (4.23)

Отсюда:

, (4.24)

где - отношение сигнал-собств. помеха на входе приемника БС;

В - база широкополосного сигнала;

На практике >>, поэтому (4.24) преобразуется к виду:

.

Если полагать, что для значения и дБ, получим .

Полученный результат указывает на то, что пропускная способность сети CDMA ограничивается в основном пропускной способностью прямого канала.

4.4 Расчет мощности передатчика базовой станции, излучаемой на одну абонентскую станцию

В системах стандарта CDMA на каждую АС приходится определенная доля суммарной мощности передатчика. Большинство производителей оборудования CDMA рекомендует использовать следующие значения мощности передатчика, приходящейся на одного абонента: Вт (дБВт), в зависимости от удаленности АС от БС.

Согласно модели Окамуры-Хата мощность сигнала, приходящаяся на одного абонента определяется соотношением:

(4.2)

где ,

- чувствительность приемника мобильной станции, дБВт;

f - частота, на которой осуществляется передача сигналов е сети, МГц,

- радиус соты, км;

- коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ;

- высота подвеса антенны, м.

Если принять значения =-154дБВт, f=2ГГц, = 20дБ, м_, м, =10км,

Подставим числовые значения в формулу (4.25) получим:

= 69,55-154+86,3-20,4-4,3-20+35,3+2,3=-5,25дБВт (0,3Вт).

Последний член данного выражения определяет запас мощности сигнала для обеспечения заданной надежности радиоканала. Этот запас в системах CDMA оказывается меньше, чем в других системах, так как АС осуществляет выбор той БС, которая обеспечивает наибольший уровень принимаемого сигнала.

Полная мощность сигнала, излучаемая антенной БС определяется формулой (4.26):

.

С учетом регулировки мощности получим формулу (4.27):

.

Для приемлемых значений порядка 50-60.

Получим:

Вт.

Полученный результат указывает на то, что в системах CDMA значение излучаемой мощности базовой станцией существенно ниже, чем в системах TDMA (GSM-900, GSM-1800 и др.)

В данном разделе было проиллюстрировано методику планирования сети сотовой связи, и был произведен анализ расчета основных характеристик сети UTRA

Выводы

В данной работе была рассмотрена краткая история развития и современное состояние сетей сотовой связи (ССС). Представлен анализ принципов построения и работы сети стандарта UMTS и приведены характеристики сети UMTS. Выполненный анализ архитектуры сети UMTS показывает, что система UMTS делится на подсети, каждая из которых называется UMTS PLMN (наземная мобильная сеть общего пользования).

Также был выполнен анализ особенностей и задач планирования и оптимизации ССС 3-го поколения. Анализируются возможности известных программных комплексов планирования, и описывается методика планирования ССС с помощью программного комплекса. Было доказано, что наиболее эффективным инструментом автоматизации процесса планирования и оптимизации сетей мобильной связи являются геоинформационные технологии, прошедшие в своем развитии путь от узкоспециализированных способов и методов обработки цифровой картографической информации до высокоразвитых программных средств, называемых геоинформационными системами (ГИС). Геоинформационные технологии (ГИС-технологии) представляют собой совокупность средств и методов обработки данных, имеющих пространственный аспект и обеспечивающих получение информации в требуемом виде [1-4].

Произведен расчет емкости соты при номинальном планировании сети UMTS, определения числа одновременно обслуживаемых абонентских станций в прямом канале сети UTRA и в обратном канале, расчет мощности передатчика базовой станции, излучаемой на одну абонентскую станцию. Мы рассмотрели приближенную методику расчета и показали ее на конкретном примере.

Перечень ссылок

1. Попов, В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM [текст]/ В.В. Андреев. - М.: ЭкоТрендз, 2005. -- 296 с. 2. Тихвинский, В.О. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS [текст]/ В.О. Тихвинский, С.В. Терентьев -- М.: ЭкоТрендз, 2007. -- 400 с.

3. Holma, H. W-CDMA for UMTS [текст]/ H. Holma. -- John Wiley & Sons, 2004 -- 445 c.

4. WCDMA (UMTS). Deployment handbook. Planning and optimization [текст]/ Ch. Chevallier, Ch. Brunner, A. Garavaglia, Kenn P. Murray. - Wiley, 2006. - 367 c.

5. Laiho, J. Radio Network planning and optimization for UMTS [текст]/ J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad -- Wiley, 2007. - 495 c.

6. Naworocki M. Understanding UMTS radio network. Moddelling, planning and automated optimization [текст]/ M. Naworocki, M. Dohler, A. Aghvami -- Wiley, 2006. - 500 c.

7. Manninen M. Radio interface System Planning for GSM/GPRS/UMTS [текст]/ M. Manninen -- Wiley, 2002. - 275 c.

8. ДСТУ 300-95. Державний стандарт України. Документація. Звіти у свері науки і техніки. Структура і правила оформлення.

Размещено на Allbest.ru