чтп сетей gsm. ЧТП сетей GSM. Методические указания для практических занятий по курсу "Системы подвижной радиосвязи" для студентов специальности 45 01 03 "Сети телекоммуникаций"
 Скачать 227.5 Kb.
|
|
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования “БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ” Кафедра "Сетей и устройств телекоммуникации "В.А. Аксёнов, Э. А. Чуйко Частотно-территориальное планирование сотовых сетей связи СТАНДАРТА GSM Методические указания для практических занятий по курсу "Системы подвижной радиосвязи" для студентов специальности 45 01 03 “Сети телекоммуникаций” дневной и заочной форм обучения Минск 2005УДК 621.396.2 (075.8) ББК 32.884.1 А 42 Аксенов В.А. А 42 Частотно-территориальное планирование сотовых сетей связи стандарта GSM: Метод. указ. для практ. занятий по курсу "Системы подвижной радиосвязи" для студ. спец. 45 01 03 “Сети теле-коммуникаций” дневной и заочной форм обучения/ В.А.Аксёнов, Э.А.Чуйко Мн.: БГУИР, 2004.17 с. ISBN 985-444-742-1 В методических указаниях приводятся основные понятия, термины и принципы частотно-территориального планирования сотовых сетей стандарта GSM-900, приведена формула Хата, поясняются некоторые элементы теории трафика. Указания содержат задание для выполнения самостоятельного частотно-территориального планирования сети GSM-900. УДК 621.396.2 (075.8) ББК 32.884.1 ISBN 985-444-742-1 В.А. Аксенов, Э.А.Чуйко, составление 2005 БГУИР, 2005 1. Основные принципы построения сотовых сетей стандарта GSM Построение сотовых сетей связи основывается на двух главных принципах. Первый принцип -- повторное использование частот, идея которого заключается в том, что в соседних ячейках сети используются разные радиоканалы, а через несколько ячеек эти радиоканалы повторяются. Это позволяет при минимальном количестве доступных оператору сети радиоканалов охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания и существенно повысить емкость системы. Второй принцип – перекрытие зон радиоизлучения соседних сот. Перекрытие обеспечивает передачу обслуживания вызова (хэндовер) без перебоя связи при пересечении границ сот. Оптимальное расположение сот на телефонизируемой территории и назначение радиоканалов для них – задача частотно-территориального планирования (ЧТП). Критерий оптимальности – минимальные аппаратурные затраты на построение сети при получении высокого качества связи. В сотовой сети связи стандарта GSM можно выделить следующие топологические структуры. Сота – зона радиопокрытия антенны базовой станции (БС), характеризующаяся использованием небольшого количества (обычно 1--3) закрепленных за нею конкретных радиоканалов. Сота является наименьшей структурной единицей сети. В зависимости от характера диаграммы направленности (ДН) антенны БС сота может быть круговой (ширина ДН 360О) или секторной (ширина ДН 120О или 60О). В настоящее время наиболее популярны секторные 120 градусные соты. Размер соты характеризуется радиусом R, определяющим зону обслуживания данной БС. Следует подчеркнуть, что радиоизлучение БС распространяется заметно дальше расстояния R.  Рис.1. Условное графическое изображение соты и сайта: а--круговая сота; б--сайт из трех 120 градусных сот; в--сайт из шести 60 градусных сот Сайт – совокупность нескольких смежных секторных сот, работа которых обеспечивается одной БС. Исторически сайты появились как способ повышения емкости соты: одна круговая сота разбивалась на несколько секторных. Поэтому характеристический размер зоны обслуживания сайта – R – такой же, как у круговой соты. На рис.1 приведены условные графические обозначения соты и сайтов. Использование в качестве условного графического обозначения правильного шестиугольника позволяет заполнять такими фигурами карту зоны телефонизации без пропусков. Однако важно помнить, что форма реальных зон покрытия сот и сайтов может сильно отличаться от этого условного образа. Кластер – группа сот (сайтов), в пределах которой нет повтора радиочастот (номеров радиоканалов). Кластер используется как крупная типовая структура для ЧТП больших территорий телефонизации. Кластеры могут состоять из круговых сот (например, классическая «ромашка» из 7 сот) или сайтов с секторными сотами. На рис.2 и 3 показана топология сотовой сети с кластерами типа 3/9 и 4/12 на основе 120 градусных сот. При ЧТП важно обеспечить низкий уровень так называемой соканальной помехи. Соканальной называют помеху в j-й соте, создаваемую i-й сотой, при условии, что i-я и j-я соты используют одинаковые радиоканалы. Такие соты будут иметь одинаковые имена в своих кластерах. Снижение соканальной помехи обеспечивается максимальным разнесением одноименных сот при стыковке кластеров, организацией разного направления излучения в таких сотах, выбором достаточно большого R или снижением мощности радиопередачи.  Рис.2. Топология сети на основе кластера 3/9  Рис.3. Топология сети на основе кластера 4/12 По стандарту GSM требуется обеспечить отношение «сигнал/соканальная помеха» не хуже 9 дБ. В литературе [1] имеется ряд соотношений, связывающих между собой радиус сот/сайтов, тип кластера и минимальное защитное расстояние (защитный интервал) между одноименными сотами. Однако эти соотношения наиболее хорошо подходят для расчета сетей с круговыми сотами. 2. Эскизное проектирование сотовой сети Эскизное ЧТП сводится к определению необходимого количества БС для обслуживания заданного количества абонентов, с заданным качеством, на заданной территории, при условии, что оператор сети располагает определенным ресурсом радиоканалов. Территорию телефонизации при эскизном проектировании покрывают сетью регулярной структуры, обычно с кластерами 3/9 или 4/12, при равном размере всех сайтов. Приведем пример эскизного ЧТП. Исходные данные для проектирования находятся в табл.1. Таблица 1
Окончание Табл.1
1. Составим таблицу распределения радиоканалов по сотам для заданного кластера (табл.2). Кластер 4/12 состоит из 4 сайтов и 12 секторных сот. Поэтому в таблице имеется 12 столбцов для каждой соты. Имя соты содержит букву (A-D), указывающую на принадлежность к конкретному сайту, и номер соты в этом сайте. В табл. 2 принят вариант расположения радиоканалов по порядку, слева направо. Таблица 2.
Как видно из табл. 2, две соты в кластере будут содержать три радиоканала, а остальные десять сот -- по два радиоканала. Для кластера 3/9 в табл. 2 будут отсутствовать столбцы для сайта D. 2. Определим абонентскую ёмкость сот. Количество трафик-каналов для соты в сети GSM определяется по формуле N TCH = K РК 8 – 2, где два радиоканала резервируются для служебных целей и поддержания хэндовера. По таблице Эрланга (см. Приложение) для заданных потерь 5% и N TCH определяется максимальная нагрузка УСОТЫ (в Эрлангах), которая может быть обслужена сотой. Далее определяется абонентская ёмкость соты по формуле N СОТЫ =УСОТЫ / Уаб . При этом значение округляется до целого в меньшую сторону. В данном примере для сот с двумя радиоканалами получим значения: N TCH = 2 8 – 2 = 14; УСОТЫ = 9,7295 Эрл; N СОТЫ = 9,7295 Эрл / 30 мЭрл = 324, 31 ; N СОТЫ = 324 абонента. Для сот с тремя радиоканалами получим следующие значения: N TCH = 3 8 – 2 = 22; УСОТЫ = 17,132 Эрл; N СОТЫ = 17,132 Эрл / 30 мЭрл =571,066; N СОТЫ = 571 абонента. 3. Определим абонентскую емкость кластера. В данном примере, с учётом наличия разноемкостных сот, получим: N КЛАСТЕРА = 2 571 + 10 324 = 4382 абонента. 4. Определим необходимое для обслуживания N аб количество кластеров, сайтов и сот. Основу сети составят 3 целых кластера (12 БС), которые будут обслуживать 3 4382 = 13 146 абонентов. Оставшиеся 15 000 – 13 146 = 1 854 абонентов будут обслуживаться сайтами и сотами, примыкающими к этим кластерам. Причем количество сот следует выбирать с превышением по абонентской емкости. Например, можно взять 2 сайта типа C и D, которые вместе могут обслужить 2 (3 324) = = 2 972 = 1944 абонента. В результате сотовая сеть будет состоять из 14 сайтов (14 БС). Ее топология показана на рис. 4. Отдельные сайты C и D выделены тоном.  Рис. 4. Вариант топологии сотовой сети на основе кластера 4/12 5. Определим радиус R сайтов, при котором обеспечивается покрытие площади S (км2). Площадь сайта в виде шестиугольника будет равна: S сайта = R2 (1/2 6 sin(2 /6))= 2,598 R2. Тогда радиус сайта для данного примера можно определить по формуле R = SQRT (S / (14 2,598))=SQRT(150 км2/(14 2,598))= = SQRT(4,124) = 2,03 км. Значение радиуса сайта для городских условий обычно лежит в приделах 0,5 – 3 км. В случае, если сеть будет состоять не только из целого количества сайтов, но и из отдельных секторных сот, следует полагать площадь каждой 120 градусной соты как 1/3 от S сайта. При этом можно вычислить или подобрать радиус R так, чтобы площадь сети была не меньше заданной площади телефонизации. 3. ФОРМУЛА ХАТА Существует несколько методик [1] для оценки характера распространения радиоволн между БС и абонентской станцией (АС). Одна из наиболее простых – применение формул Хата, полученных как аппроксимация экспериментальных данных Окумуры. Для выбора конкретного типа формулы Хата необходимо задаться рядом условий. Типичными являются следующие условия: городская застройка; диапазон частот 150 МГц f 1500 МГц; дальность связи (расстояние БС-АС) R 20 км; высота подъема антенны БС HБС = 30 м; высота подъема антенны АС HАС = 1,5 м; АС находятся на улице. При таких условиях формула Хата для медианной величины потерь L (в децибелах) имеет вид L = 69,6 + 26,2 lg(f) – 13,82 lg(max{30; HБС }) + + [44,9 – 6,55lg(max{30; HБС })] lg(R) – a(HАС) – b(HБС), (1) где max{30; HБС }= 30(м) = HБС ; b(HБС) = min{0; 20lg(HБС /30)}= 0; a(HАС) = (1,1lg(f) – 0,7) min{10; HАС} – (1,56lg(f) – 0,8) + + max{0;20lg(HАС /10)} == (1,1lg(f) – 0,7) HАС -- (1,56lg(f) – 0,8); f – подставляют в мегагерцах. Подставляя все в (1) получим соотношениеL = 68,8 + 27,76 lg(f) – 13,82 lg(HБС) + + [ 44,9 – 6,55lg(HБС)] lg(R) – (1,1lg(f) – 0,7) HАС (2) Обозначим для упрощения части этого выражения следующим образом: C = 68,8 + 27,76 lg(f) – 13,82 lg(HБС) – (1,1lg(f) – 0,7) HАС, (3) B = 44,9 – 6,55lg(HБС). (4) В результате получим запись: L = C + B lg(R). (5) Из (5) окончательно получаем выражение для расстояния: R = 10 (L – C) / B . (6) При расчете бюджета потерь в качестве L выбираются допустимые основные потери передачи с вероятностью 75%, т.е. Wдоп(75%) . Далее по (6) находится максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания. 4. расчет бюджета потерь После эскизного ЧТП переходят к расчету бюджета потерь при распространении радиоволн, расчету максимальной дальности связи (максимального радиуса соты/сайта) и уровня соканальной помехи. По результатам расчетов могут вноситься коррективы в эскизный проект. Исходные данные для вышеназванных расчетов приведены в табл. 3. Последовательность расчетов, их результаты и используемые формулы приведены в табл. 4. Таблица 3
Окончание Табл.3
Таблица 4. Бюджет потерь, максимальные дальности связии соканальных помех в сети связи GSM-900
Продолжение Табл.4
Окончание Табл.4
5. Задания для самостоятельного проектирования Для получения разных вариантов исходных данных используется номер зачетной книжки студента, обозначенный как НЗ. Номера идут от 01 до 30. Если НЗ отсутствует, следует считать его равным 01. Если НЗ больше 30, следует брать вариант (НЗ - 30). Первая цифра НЗ обозначена как ПцНЗ. Вторая цифра НЗ – ВцНЗ. В табл.5 приводятся данные для эскизного ЧТП, а в табл.6 -- данные для расчета бюджета потерь, расстояния и соканальной помехи. Таблица 5 Данные для эскизного ЧТП
Окончание Табл.5
Следует провести вычисления в соответствии с пунктами разд. 2 и нарисовать эскиз сотовой сети. При расположении сот и сайтов, следует полагать, что зона телефонизации имеет форму квадрата заданной площади. Таблица 6 Данные для расчета бюджета потерь, расстояния и соканальной помехи
По заданным исходным данным следует выполнить расчеты и свести их в таблицу, как показано в разд. 4. Полученное значение максимального расстояния Rmax надо сравнить со значением R из эскизного ЧТП. Сделать выводы о необходимости корректировки эскизного проекта. ЛИТЕРАТУРАКарташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи.-- М.: Эко-Трендз, 2001. --300с. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование..— СПб: СПбГУТ, 2000. --196 с. GSM System Survey. Student text. EN/LZT 123 3321 R2A,1998 by Ericsson Radio Systems AB. Громаков Ю.А.Стандарты и системы подвижной радиосвязи.--М.: Эко-Трендз, 1997. --238 с. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. Под ред. Зимина Д.Б./-- М.: Радио и связь, 1998. --248 с. Ламекин В.Ф. Сотовая связь. –Ростов-н/ Д: Феникс, 1997. –176 с. Ратынский М.В. Сотовая связь как система массового обслуживания //Мобильные системы.—1997.-- №2. – с. 16-18. Никодимов И.Ю., Мансыров М.И. Планирование сети GSM// Сети и системы связи. – 1999. --№ 13. ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица Эрланга
Содержание Основные принципы построения сотовых сетей стандарта GSM……………………………………………………….…3 2. Эскизное проектирование сотовой сети…………………………….5 3. Формула Хата…………………..……………………………………..8 4. Расчет бюджета потерь……………..……………….………………..9 5. Задания для самостоятельного проектирования……………………12 Литература…..………………………………………………………..…14Приложение. Таблица Эрланга………………………………………....15 Св. план 2005, поз. №_95_ Учебное издание Частотно-территориальное планирование сотовых сетей связи стандарта GSM Методические указания для практических занятий по курсу "Системы подвижной радиосвязи" для студентов специальности 45 01 03 “Сети телекоммуникаций” дневной и заочной форм обучения Составители: Аксёнов Вячеслав Анатольевич, Чуйко Эдуард Алексеевич Редактор Т.А.Лейко Корректор Е.Н. Батурчик
______________________________________________________________ Издатель и полиграфическое исполнение: Учреждение образования "Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники " Лицензия на осуществление издательской деятельности №02330/0056964 от 01.04.2004. Лицензия на осуществление полиграфической деятельности №02330/0133108 от 30.04.2004г. 220013, Минск, П.Бровки, 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||