Обзор системы gsm
 Скачать 3.58 Mb.
|
Глава 10 - Сотовое планированиеПоследовательность сетевого сотового планирования представлена в виде блок-схемы на рис. 9.1.  Рис. 10.1 Процесс сетевого сотового планирования 10.1 Планирование10.1.1 Старт: анализ трафика и покрытия10.1.1.1 Стоимость системыЦена проектируемой сотовой системы является одним из важнейших факторов. Вложенные в строительство системы средства должны окупаться в заданный период. При проектировании конкретной системы, группа специалистов по технической, финансовой, маркетинговой стороне проекта должны разработать бизнес-план, в котором, исходя из условий рынка, технических и финансовых возможностей оператора должны быть оценены объемы возможных затрат и объемы предполагаемой прибыли от реализации конкретного проекта. 10.1.1.2 Пропускная способность системыНа начальном этапе проектирования системы под пропускной способностью системы понимают предполагаемое количество обслуживаемых абонентов. Пропускная способность сети на этапе проектирования должна быть выбрана достаточной, для удовлетворения всей потенциальной емкости рынка мобильной связи в намеченном регионе. 10.1.1.3 Покрытие (зона обслуживания)Зона радиопокрытия сети городской сотовой связи, должна охватывать всю территорию города, пригородных населенных пунктов и путей сообщений.
Вероятность блокировка вызовов или (GoS - Grade of Service) - процент неудачных попыток установления соединения, вызванных перегрузками в сети, вычисляется по формуле Эрланга Би используется для расчета вероятности блокировки вызовов при заданной величине нагрузки и заданном количестве каналов трафика. Вероятность поступления вызовов в момент, когда все каналы заняты, может быть рассчитана по формуле:  где, N – количество каналов трафика; A – обслуживаемая нагрузка, Эрланг; Нагрузка на одного абонента может быть посчитана по формуле:  где, n - количество соединений за промежуток времени, например, 1 час или 3600 сек.; T- среднее время разговора в течение соединения, сек; В соответствии с требованиями операторских лицензий, величина отказов внутри отечественных сотовых сетей общего пользования принимается на уровне Ротк 5%, а нагрузка на одного абонента 0.015 Эрланг. Иногда, закладывая запас на проектирование, расчет трафика производят исходя из нагрузки (входящая + исходящая) на одного абонента в ЧНН равной 0.025 Эрл и вероятности блокировки 2%. Опыт работы сотовых сетей в России, показывает, что средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом колеблется на уровне (0.007 – 0.016) Эрл. Для простоты расчетов, результаты вычислений по формуле Эрланга Б, принято представлять в виде таблицы Эрланга, таблица 10.1. Таблица 10.1 - Таблица Эрланг 
При анализе доступных для планирования частот, важнейшим пунктом является оценка электромагнитной совместимости (ЭМС) подсистемы базовых станций BSS. ЭМС рассматривается на двух уровнях:
В рамках требований межсистемной ЭМС рассматриваются вопросы, относящиеся к обеспечению совместной работы приемопередающего оборудования подсистем BSS с радиоэлектронными средствами (РЭС) гражданского и специального назначения, работающими в соответствующих частотных диапазонах и в пределах координационных расстояний. Основой для обеспечения межсистемной ЭМС является разделение частотного диапазона, определяемое Регламентом радиосвязи Российской Федерации. Анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи Государственной радиочастотной службой разрешений на использование операторами связи радиочастот. В рамках рассмотрения межсистемной ЭМС могут быть выделены вопросы обеспечения объектной ЭМС. Объектная ЭМС должна обеспечить совместную работу различных РЭС, устанавливаемых на одном объекте, и предусматривает отсутствие взаимных помех под воздействием излучаемых радиочастот, их гармоник и продуктов интермодуляции.
Качество в системах сотовой связи определяется множеством факторов. При проектировании учитывают:
На данном этапе анализируется:
На основании полученных данных определяется топология сотовой сети. Топология подсистем базовых станций BSS строится на основе сотовых структур. Радиусы сот подбираются в соответствии с плотностью абонентской нагрузки и требованиями по пропускной способности. Различают 3 градации размеров сот:
Таким образом, адаптируется топология подсистемы базовых станций к величине, плотности и территориальному распределению абонентской нагрузки.
При строительстве PLMN важно так же учитывать:
А так же другие технические, экономические, социальные факторы, так или иначе влияющие на процесс планирования.
Номинальный сотовый план это графическое изображение будущей сотовой сети и выглядит он как набор сот, нанесенный поверх географической карты. Но прежде чем определить расположение BS и сот на карте, необходимо произвести расчеты.
Общее количество базовых станций, определяется двумя параметрами:
На начальном этапе мы не можем предсказать, как и в каком количестве будет распределена нагрузка в системе. На данном этапе проектирования, нам необходимо обеспечить непрерывное радиопокрытие заданной территории. Необходимо выбирать расстояния между BS для того, чтобы в случае внедрения приемопередатчиков GSM 1800 в целях увеличения емкости, удовлетворялись требования по силе и качеству сигнала. Что касается пропускной способности, то мы можем достаточно широко варьировать ее величиной за счет использования от 1 до 3-х приемопередатчиков и полускоростных каналов. Оптимальное расстояние между соседними BS и радиус сот зависит от типа местности и от частотного диапазона. Данные величины рекомендованы компанией Ericsson при строительстве совмещенных сетей стандартов GSM 900/1800. Таблица 10.2 – Оптимальные размеры сот
Эти величины являются мерой оценки необходимого количества BS по критерию непрерывного покрытия. В местах, где предполагается большое количество нагрузки BS необходимо располагать несколько ближе друг к другу, чем в местах меньшей концентрации трафика.
После того, как собраны данные о предполагаемой нагрузке и покрытии, составляется номинальный сотовый план, который представляет собой географическую презентацию сети на карте, рис. 10.2.  Рис. 10.2 Номинальный сотовый план Необходимо отметить, что номинальный сотовый план является первым этапом сотового планирования.
После того, как получен номинальный сотовый план, проектировщики прибегают к расчету покрытия, частот и интерференции. Для наиболее эффективного планирования важно учитывать законы распространение радиоволн в конкретных условиях. Для этих целей существуют специальные компьютерные программы, в которых заложены цифровые карты местности и используются общепринятые эмпирические модели распространения радиоволн в городской и пригородной застройке, такие как "Окамура-Хата", “Ли” и др. Вычислительные программы, основанные на этих алгоритмах, позволяют:
Входными данными для вычислительных программ является:
Необходимо учитывать диаграмму направленности антенн. Ниже представлен пример данных, которые необходимо учитывать при выборе антенных систем, таблица 10.3. Таблица 10.3 Параметры антенны Allgon 7331.06.
Диаграмма направленности этой антенны приводится на рис. 10.3 .  Рис. 10.3 Нормированные диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях для антенны Allgon 7331.06 на частоте 900 МГц
Составление номинального сотового плана является упрощенным (идеализированным). Реально, на распространение радиоволн влияет множество факторов (рельеф местности, дома, движущиеся объекты и т.д.). Проблемы, связанные с затенением, многолучевым распространением радиоволн проявляются на общем покрытие системы. В реальной ситуации форма покрытия от одной соты не имеет идеального шестигранника, как показано на рис 10.4, а имеет более сложную форму, см. рис. 10.5.  Рис. 10.4 Идеальная форма сот  Рис. 10.5 Реальная форма сот Помимо проблем, перечисленных выше, в системе GSM присутствует еще одна – проблема временной дисперсии. Эта проблема вызвана отражением от удаленных объектов. Для оценки данной проблемы используется показатель качества – отношение C/R Carrier-to-Reflection (отношение основного сигнала С к отраженному сигналу R). Для открытых районов распространение радиоволн осуществляется в зоне прямой видимости. В таких случаях прием сигналов возможен на достаточно больших расстояниях из-за малого затухания сигнала. Но, максимальный радиус сот в системе GSM составляет 35 км. Последнее обусловлено временным наложением (Time Alignment). В этом случае, чтобы избежать такой проблемы следует использовать системные опции, например, опцию Extended Range, которая путем использования последовательных временных интервалов TDMA позволяет увеличить значение TA, и, тем самым, увеличить зону обслуживания до 72 км и более.
В условиях ограниченного частотного ресурса, повторное использование частот из выделенного частотного диапазона позволяет обеспечить непрерывное радиочастотное покрытие на достаточно больших территориях. В классической теории сотового планирования, соты группируются в кластеры, в каждом кластере используется фиксированный набор частот, который повторяется через определенное расстояние.
Помимо обеспечения непрерывным покрытием больших территорий, повторное использование частот на сетях сотовой связи увеличивает и пропускную способность системы. Но, как говорится, - за все надо платить. Отрицательная сторона повторного использования частот - это возникновение интерференции. В основном, проектировщики сотовых систем оценивают внутрисистемную ЭМС (С/I, С/A). С/I - Carrier – to – Interference. Интерференция по основному каналу.  Рис. 10.6 Интерференция по основному каналу С/A – Carrier – to – Adjacent. Интерференция по соседнему каналу (+/- 200, 400 кГц).  Рис. 10.7 Интерференция по основному каналу Требования к внутрисистемной ЭМС, заложенные в стандарте GSM:
Анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи Государственной радиочастотной службой (ГКРЧС) разрешений на использование операторами связи конкретных радиочастот. Внутрисистемная ЭМС должна анализироваться и рассчитываться оператором. Внутрисистемная ЭМС сетей сотовой связи обеспечивает отсутствие взаимных радиопомех между работающими в данной сети радиосредствами. Основным критерием внутрисистемной ЭМС является допустимая величина уровня интерференции, которая не должна быть выше значения, установленного стандартом GSM. К внутрисистемной ЭМС относятся следующие вопросы: 1. Обеспечение необходимых частотных развязок между приемными и передающими трактами радиооборудования в эфирной среде и в различных элементах антенно-фидерных систем при объединении передатчиков и приемников базовых станций; 2. Отсутствие излучения на соседних радиоканалах в пределах одной соты, а также взаимонаправленного излучения на одинаковых или соседних радиоканалах в смежных сотах.
Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой подвижной связи первого поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений. Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое "защитным интервалом". Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи. Частоты внутри кластера распределяются так, чтобы минимизировать интерференцию по соседнему каналу. Например, если в кластере 21 сота, см. рис 10.8 и для них выделен определенный частотный диапазон, то каждой соте будет выделена 1/21 часть от общего частотного диапазона. Если соты в кластере пронумеровать как А1, А2, А3, … G1, G2, G3 то соты в соседних кластерах тоже будут иметь номера А1, А2, А3, … G1, G2, G3, а каждая пронумерованная сота в кластере имеет тот же частотный спектр, что и сота с тем же номером в соседнем кластере. Если сота в кластере «1», с номером А1, будет соседствовать с сотой номер В1 из кластера «2», то возникнет проблема с интерференцией по основному каналу. Таким образом, для уменьшения интерференции по основному каналу необходимо сохранять максимальную дистанцию между сотами, занимающими общий частотный спектр в соседних кластерах. Общепринятая система распределения частот внутри кластера 7/21 изображена на рис 10.8. Принято следующее обозначение кластеров:  , где  - количество сайтов в кластере; - количество частот в кластере.При использовании трехсекторных сайтов, численное обозначение кластера будет кратно 1/3.  Рис 10.8 Кластер 7/21,kисп=4.58 При повторном использовании частот необходимо принимать во внимание минимально допустимый пространственный разнос сот с одинаковыми частотами D, который определяется максимально допустимой величиной интерференции по прямому каналу C/I. Так же величина C/I влияет на качество передаваемой речи. В рекомендациях ETSI для стандарта GSM рекомендуется, чтобы величина C/I была не ниже 9 дБ, однако компания Ericsson, как один из ведущих производителей оборудования GSM рекомендует, чтоб эта величина была не ниже 12 дБ. Для характеристики плотности плана повторного использования частот используются следующие характеристики: kисп - коэффициент повторного использования частот (количество сайтов в кластере); qs - расстояние между одноименными частотами, оцененное в радиусах сот R, которое определяется как:  ,где D – минимальное расстояние между двумя одноименными частотами, удовлетворяющее заданному требованию интерференции по основному каналу C/I. Данная формула используется для общего приближенного расчета, в предположении, что соты идеальные шестиугольники. В системе GSM минимальное значение qs принято брать  Соты с одинаковыми частотами должны быть разнесены в пространстве на расстояние не меньше чем 3R. Второе требование гласит, что C/I должен быть не меньше 12 дБ, при наличии в сети 6 сот с одинаковыми частотами. Для расчета величины C/I используется следующая формула:  , гдеj – количество интерферирующих сайтов; qs - расстояние между одноименными частотами; - показатель потерь на трассе между MS и BS Таблица 10.4 – Значения показателя потерь на трассе для различных районов города.
Например, если в кластере 7 сайтов (К = 7), то 6 сайтов (j = 6 ), окружает обслуживающую соту на расстоянии D1 = 4.58 R1 . Если за пределами этого набора нет других кластеров, содержащих ту же частоту то;  Таким образом, при проектировании систем сотовой связи с применением плана повторного использования частот можно брать за основу кластерную структуру с коэффициентом повторного использования  , рис. 10.8.Если же в системе присутствует больше 6 кластеров с одноименными частотами, то величина C/I немного уменьшится. Поэтому при проектировании крупных сетей необходимо брать пространственный разнос между одноименными частотами с небольшим запасом в сторону увеличения расстояния.
Определение точки установки базовой станции осуществляется исходя из территории обслуживания, конфигурации сети, особенностей городской застройки, ожидаемых параметров абонентского трафика в зоне обслуживания BS, разработанной топологической модели территории обслуживания сети и частотно-территориального плана. При выборе объектов размещения базовых станций необходимо использовать следующее оборудование:
При выборе объектов размещения базовых станций необходимо учитывать следующее:
После того как составлен номинальный сотовый план, необходимо сотрудникам инженерной службы выехать на места расположения будущих базовых станций (точки, определенные на карте номинального плана). Необходимо, чтобы объекты, выбранные для размещения базовых станций, как можно ближе располагались к точкам номинального плана. В некоторых случаях, на одну точку номинального плана могут выбираться несколько потенциальных объектов. Последнее делается для того, чтобы выбрать наилучший объект с точки зрения радиочастотного покрытия. После того, как объект выбран, необходимо зафиксировать данные об этом объекте, а именно:
Требования к объектам, пригодным для установки оборудования базовых станций, репитеров и контроллеров, антенно-фидерных устройств, электропитания и т.д. определяются согласно ведомственным нормам технологического проектирования ("Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования РД 45.162-2001"). Объекты могут быть:
На этапе расчета радиопокрытия с помощью программных средств вычисления, высоты подвеса антенн выбираются приближенно. Например, для среднего города, высота подвеса антенн выбирается в пределах 20 – 40 м. Последнее зависит от типа застройки района. Если значение высоты подвеса антенны, принятое при расчете, отличается на 15% от существующей, то считается, что на существующей высоте можно располагать антенные системы. В случае если высота подвеса антенн получается больше расчетной, то следует обратить внимание на возникновение интерференционных зон. Если же высота подвеса антенн получается ниже, то необходимо вернуться к этапу расчета и убедиться не повлияло ли это на покрытие (возникновение белых пятен). В идеале, для построения оптимальной системы, необходимо, чтобы структура сотовой сети была регулярной, все сектора имели строгую азимутальную привязку, например, 0о, 120о, 240о. Практика показывает, что добиться регулярной структуры достаточно сложно, так как не всегда можно должным образом сориентировать антенны, например, из-за не обеспечения санитарно-защитных зон.
Существует две причины пространственного разнесения антенн:
Пространственное разнесение Для обеспечения усиления принимаемого сигнала используют 2 типа разнесения:
Изоляция антенн Для изоляции антенн GSM 900 необходимо придерживаться следующего:
Одним и важных факторов проектирования мест расположения базовых станций является обеспечение прямой видимости на пути распространения радиоволн от антенн базовых станций. Иными словами для правильного планирования расположения антенн базовой станции, необходимо, чтобы не перекрывалась первая зона Френеля. Для GSM 900 первая зона Френеля составляет 5 метров. Помимо существования первой зоны Френеля необходимо, чтобы обеспечивалась санитарно-защитная зона, а также, чтобы поле, создаваемое антенной, не засвечивало, например, крыши, где могут проводить работы люди. На практике, для обеспечения санитарно-защитной зоны, необходимо чтобы в диаграмму направленности антенны не попадали, например, дома на расстоянии 35 – 50 м.
При выборе места расположения оборудования базовой станции руководствуются принципом, чем ближе оборудование размещается к антенной системе, тем лучше. Последнее связано с затуханием сигнала в антенном фидере, соединяющего антенну и базовую станцию. Близкое расположение также обусловлено ценой фидера, чем больше длина фидера, тем дороже. Необходимо также учитывать, что помещение, где будет располагаться базовая станция, должно быть просторным, тем самым, обеспечивая возможность дальнейшего расширения базовой станции.
Для того чтобы избежать несанкционированного выключения внешнего источника базовой станции необходимо, при проектировании предусмотреть резервное питание базовой станции. В связи с чем, в помещении размещения базовой станции должно быть предусмотрено место под установку аккумуляторных батарей.
Для функционирования сети GSM необходимо чтобы BTS была соединена с BSC. Соединение BTS и BSC может осуществляться через:
Прежде чем принять решение о строительстве, необходимо заключить договор-аренду с арендодателем помещения, где будет располагаться оборудование базовой станции и антенных систем. Без наличия договора-аренды решение о строительстве не принимается.
На данном этапе проектирования имеются все необходимые данные для проектирования сети, а именно:
На основании имеющейся информации, составляется окончательный сотовый план строительства всей системы, присваиваются имена строящимся объектам (BTS, BSC, MSC). Помимо этого готовятся файлы для загрузки сотовых параметров в BSC (Cell Design Data). В этих данных содержится информация обо всех запускаемых сотах. 10.1.5 Строительство системыНа этапе строительства системы определяется, какое оборудование будет использовано при строительстве сети и как оно будет установлено. Выбираются типы антенных систем, конфигурации приемопередатчиков BTS. Анализируются возможности по подключению к транспортной сети компании. При этом в случае, применения радиорелейных линий связи, определяется также наличие прямой видимости в направлении узла радиорелейных линий или соседних BTS. Если расчеты показывают, что выполняются все требования по покрытию и интерференции, то заключаются договора с владельцами помещений и выполняются работы по монтажу системы и запуску в работу. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||