Расчет параметров сети, исходя из энергетических возможностей оборудования сети

Часть 1. Построение начального приближения сети

Начальное приближение сети – сеть регулярной архитектуры с одинаковыми параметрами всех БС сети.

В процессе теоретического расчета необходимо определить:

1. Количество БС в проектируемой сети N_BSnet;

2. Высоты подвеса антенн БСH_BS, м;

3. Мощность передатчиков БСP_TXBS, Вт;

4. Количество приемопередатчиков (TRX) в секторе БС N_TRXsect;

5. Абонентскую емкость сектораA_sect, Эрл

6. Дальность связи R, км

Расчет параметров сети, исходя из требований по обеспечению абонентской емкости и выделенного частотного ресурса

1.1. Расчет потенциально-возможной емкости сектора БС

Расчет необходимо произвести для двух типов кластера (M/C): 3/9 и 4/12, где M – число БС в кластере, С – число секторов в кластере.

Определим максимально-возможное число частот (радиоканалов) на сектор

(N_{f sect}=N_{TRX sect}):

а) кластер 3/9:

б) кластер 4/12:

Таким образом, при выборе кластера 3/9 будет 1 резервная частота, при выборе кластера 4/12 - 4 резервных частоты.

Определим число трафиковых каналов в секторе :

1) для кластера 3/9

Следовательно, из таблицы 1 по соотношению каналов в секторе БС число трафиковых каналов N_TCH=15, число каналов управления и сигнализации N_CCH=1;

2) для кластера 4/12

Следовательно, из таблицы 1 по соотношению каналов в секторе БС число трафиковых каналов N_TCH=15, число каналов управления и сигнализации N_CCH=1.

Табл.1. Рекомендации по соотношению каналов в секторе БС стандарта GSM

Число каналов в секторе	Общее число радиоканалов в секторе
трафиковых (NTCH)	управления и сигнализации (NCCH)
1…7 8…15 16…22 23…30 31…37

Максимально-возможная абонентская емкость сектораA_sect:

1) кластер 3/9: A_sect=9,81

2) кластер 4/12: A_sect=9,81

Максимально-возможное число абонентов в секторе:

1) кластер 3/9:

2) кластер 4/12:

где Эрл – нагрузка от одного абонента в ЧНН.

1.2. Расчет минимально-возможного числа БС в сети

Определим число секторов в сети:

1) кластер 3/9:

2) кластер 4/12:

где – число абонентов сети, согласно заданию на курсовую работу.

Найдем число БС в сети:

1) кластер 3/9:

То есть, в сети будет 30 трехсекторных БС, и 1 односекторная БС.

2) кластер 4/12:

где D – число секторов на БС.

В сети будет 30 трехсекторных БС, и 1 односекторная БС.

1.3. Расчет требуемой дальности связи

Найдем площадь одного сектора БС:

1) кластер 3/9:

2) кластер 4/12:

Дальность связи при этом:

1) кластер 3/9:

2) кластер 4/12:

Расчет параметров сети, исходя из энергетических возможностей оборудования сети

2.1. Расчет дальности связи

Выберем подходящую по частотному диапазону антенну БС с коэффициентом G_BS=16 дБи и шириной диаграммы направленности Θ_H=65⁰.

Значения параметров системы представлены в таблице 2.

Табл. 2. Значения параметров системы

Параметр	Значение
Высота подвеса антенны БС HBS, м
Потери в комбайнере Bkomb, дБ
Потери в фидере Bfid, дБ
Потери в дуплексном фильтре Bdf, дБ
Потери в теле абонента, дБ
Потери на проникновение
в автомобили, дБ
в здания, дБ
Высота подвеса антенны МС HMS, м	1,5

Выберем соответствующую заданному частотному диапазону и типу зоны обслуживания математическую модель для расчета потерь передачи (табл. 3).

Табл. 3.Математическая модель для расчета основных потерь передачи в СПС

Наименование, источник информации	Условия применимости, исходные данные	Описание зоны, дополнительные условия	Расчетное уравнение
Окамура-Хата (Rec. ITU-R P.529-2)	F = 150…1000 МГц НBS = 30…200 м НMS = 1…10 м R=1...20 км	Пригород (suburban)	L = 63,35–13,82lgHBS+27,72lgF–2(lg(F/28)2-(1,1lgF–0,7)×HMS + (44,9–6,55lgHBS)×lgR

Запишем выражение для определения дальности связи через потери передачи R=f(F, L, H_BS, H_MS):

Рассчитаем бюджет потерь при выбранном значении коэффициента усиления антенны БС G_BS=16 дБи:

Табл. 4. Бюджет потерь

Энергетические характеристики, параметры	Направление передачи	Расчетные формулы
БС-АС	АС-БС
Мощность передатчика P'tx, Вт
Мощность передатчика Ptx, дБм	46,02	33,01
Потери в фидере антенны РПдУBfidtx, дБ
Потери в комбайнере Bkomb, дБ
Потери в дуплексном фильтре РПдУBdf, дБ
Максимальный КУ антенны РПдУGotx, дБи
Излучаемая мощность Prad, дБм	55,02	32,01
Чувствительность приемника Prx, дБм	-110	-110
Потери в фидере антенны ПРМ Dfidrx, дБ
Максимальный КУ антенны ПРМ Gorx, дБи
Потери в дуплексном фильтре ПРМ Bdf, дБ
Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50 % Pws(50%), дБм	-109	-121
Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50% Ews(50%), дБ	27.754	15,75
Среднеквадратическое отклонение (СКО) флуктуаций сигнала Ϭ, дБ
Параметр логнормального распределения уровней сигнала по местоположению с вероятностью 75% η(75%)	0,68
Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75 % Pws(75%), дБм	-104.24	-116,24
Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% Ews(75%), дБ (мкВ/м)	32.514	20,514
Потери в теле абонента
Потери на проникновение:
в здание
в автомобиль
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 50% Lt(50%) при нахождении АС на улице	161.02	150,01
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 75% Lt(75%) при нахождении АС на улице	156.26	145,25
Максимальна дальность связи с вероятность 75% на границе зоны обслуживания R1, км	6,368

Сравним полученные значения R₀ и R₁. Полученное значение максимальной дальности связи R₁ ближе по значению к значению максимальной дальности связи R₀, полученному в результате расчета по емкости для кластера 3/9. В связи с этим, дальнейший расчет будем производить для кластера 3/9.

2.2 Рассчет количества БС в сети

Определим площадь сектора:

,

Определим число секторов в сети:

Найдем число БС в сети:

То есть, в сети будет 3 трехсекторные БС и 1 односекторная.

2.3 Рассчет абонентской нагрузки, которую сможет обслужить сектор

Количество абонентов в секторе:

Абонентская нагрузка в секторе:

2.4 Определение требуемого частотного ресурса

По таблицам Эрланга (прил. 1) для заданной вероятности блокировки вызова определим требуемое количество каналов трафика в секторе (N_TCH) и требуемый частотный ресурс (N_{f sect}) по таблице 1:

N_TCH=38, N_{f sect}=N_{TRX sect}=5

Так как R₁>R₀, то при работе сети не будут выполняться требования по внутрисистемной ЭМС. Для улучшения ситуации выберем антенну с меньшим коэффициентом усиления (табл. 5).

Табл. 5. Бюджет потерь

Энергетические характеристики, параметры	Направление передачи	Расчетные формулы
БС-АС	АС-БС
Мощность передатчика P'tx, Вт
Мощность передатчика Ptx, дБм	46,02	33,01
Потери в фидере антенны РПдУB fidtx, дБ
Потери в комбайнере Bkomb, дБ
Потери в дуплексном фильтре РПдУ Bdf, дБ
Максимальный КУ антенны РПдУ Gotx, дБи
Излучаемая мощность Prad, дБм	49,02	32,01
Чувствительность приемника Prx, дБм	-103	-105
Потери в фидере антенны ПРМ Dfidrx, дБ
Максимальный КУ антенны ПРМ Gorx, дБи
Потери в дуплексном фильтре ПРМ Bdf, дБ
Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50 % Pws(50%), дБм	-102	-110
Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50% Ews(50%), дБ	34,75	26,28
Среднеквадратическое отклонение (СКО) флуктуаций сигнала Ϭ, дБ
Параметр логнормального распределения уровней сигнала по местоположению с вероятностью 75% η(75%)	0,68
Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75 % Pws(75%), дБм	-97,24	-105,24
Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% Ews(75%), дБ (мкВ/м)	39,51	31,04
Потери в теле абонента
Потери на проникновение:
в здание
в автомобиль
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 50% Lt(50%) при нахождении АС на улице	148,02	139,01
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 75% Lt(75%) при нахождении АС на улице	143,26	134,25
Максимальна дальность связи с вероятность 75% на границе зоны обслуживания R1, км	3,40

Для построения сети целесообразно уменьшить коэффициент усиления антенны до 10 дБи, так как в данном случае максимальные дальности связи R₀ и R₁ отличаются всего на 200 м, в то время как при выборе антенны с коэфиициентом усиления 16 дБи R₀ и R₁ отличаются на 1,5 км. Поэтому для случая, когда учитывается КУ=16дБи был произведен перерасчет количества БС в сети, абонентской нагрузки, которую сможет обслужить сектор, а также был выбран необходимый частотный ресурс.

Результаты расчетов по емкости и по энергетике, а так же приведен наиболее рациональный вариант приведены в таблице 6.

Табл. 6. Результаты расчетов

	Тип кластера	Nbsnet	Hbs, м	Ptxbs, Вт	Gobs, дБи	Ntrxsect	Asect, Эрл	R, км
Расчет по емкости	3/9						13,7	3,6
4/12						8,11	2,8
Расчет по энергетике	3/9							5,1
Наиболее рациональный вариант	3/9						13,7	3,6

В результате расчетов по энергетике для двух типов кластеров и расчета по энергетике для кластера 3/9 наиболее рациональный вариант для построения сети стандарта GSM-900 для пригородной местности при заданных параметрах сети был получен в результате расчета кластера 3/9 по емкости, так как исходя из расчета данного кластера по энергетике, будет достаточно сложно обеспечить требуемый частотный ресурс сети.

Таким образом, при построении сети будет использоваться 7 БС: 6 трехсекторных БС и 1 двухсекторная БС, то есть в сети будет 20 секторов. Так как по задания к курсовому проекту заданный частотный ресурс 28, то на один сектор будет приходиться по 1 частоте, при этом будет 8 резервных частот.

3. Частотное планирование

3.1 Распределение выделенного частотного ресурса

Распределим выделеный частотный ресурс между секторами таким образом, чтобы выполнялись требования по обеспечению емкости и соблюдались частотные ограничения (табл. 7). Сетка частот должна быть непрерывна (например, каналы с 1 по 28)

Табл. 7. Параметры частотных ограничений

Шаг регулярной частотной сетки, кГц	Общая стойка БС	Смежные сектора
ΔFBS min, кГц	ΔNBS min	ΔFsect min, кГц	ΔNsect min

3.2. Построение регулярной структуры сот

Регулярная структура сот представлена на рис. 1.

Рис. 1. Сеть регулярной структуры (кластер 3/9)

3.3. Определение требуемого числа каналов SDCCH в секторе

Определение требуемого числа каналов SDCCH в секторе осуществляется исходя из следующих условий:

· по каналам SDCCH обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, также по этому каналу подвижная станция делает запрос на локализацию в новой зоне.

· процедура локализации (LU – locationupdate) происходит 1 раз в час;

· время занятия канала SDCCH для любой из процедур 7 секунд.

Нагрузка SDCCH, создаваемая абонентами одного сектора:

,

где - нагрузка SDCCH, создаваемая всеми абонентами сектора в ЧНН для установления соединения; - нагрузка SDCCH, создаваемая всеми абонентами сектора в ЧНН в процессе процедуры локализации.

Требуемое количество каналов NSDCCH определять по таблицам Эрланга при вероятности блокирования 1%.

NSDCCH= 5

Расчитать требуемое число таймслотов для размещения каналов SDCCH при архитектуре (BCCH + SDCCH/4) и SDCCH/8.

Заполнить таблицу 9.

Таблица 9

Число каналов в секторе	Число приемопередатчиков в секторе
трафиковых (NTCH)	NBCCH + SDCCH/4	N SDCCH/8
трафиковых (NTCH)	NBCCH + CCH	N SDCCH/8