Расчет бюджета радиолиний в системах сотовой мобильной связи.

7.5. Расчет бюджета радиолиний в системах сотовой мобильной связи.
 
Расчет бюджета радиолинии в сотовых системах связи, являющийся одной из важных задач при проектировании таких систем, зависит от быстрых многолучевых релеевских замираний, медленных логарифмически нормальных затенений, от потерь при распространении радиоволн с расстоянием и т.д.
 
Главными параметрами при расчете являются мощности передатчиков (MS и BTS) и интервал повторного использования частот. Эти параметры определяются для заданного качества передачи, то есть для заданного значения вероятности ошибки на бит и допустимой надежности связи. В свою очередь, вероятность ошибки на бит — BER = ty(C / N) — является функцией от отношения сигнала к шуму и для GMSK (модуляции в стандарте GSM) составляет ~ 1СГ3 при C/N = 30 дБ. Надежность радиосвязи определяется частью зоны обслуживания, в пределах которой не может поддерживаться требуемое качество связи.
 
При проектировании сотовой системы мобильной связи требование к качеству передачи определяется из знания характеристики передачи в условиях воздействия только многолучевых релеевских замираний без учета логарифмически нормальных затенений [7.1]. Надежность же связи определяется исходя из предположения логарифмически нормального затенения и изменения потерь при распространении в зависимости от расстояния.

Надежность радиосвязи и энергетический запас по параметрам С/N и С/1
Рис. 7.3. Модель повторного использования каналов на обслуживаемой территорииКак показано в работе [7.1], на качество передачи, выраженное через значение BER, в сотовых системах наибольшее влияние оказывают тепловые шумы и соканальные помехи. На рис. 7.3 показана простая модель повторного использования каналов на обслуживаемой территории.
 
Если предположить, что локальными средними значениями полезного сигнала и помехи являются значения х и v> соответственно, то при допущении, что х и v подвергаются взаимно независимому логарифмически нормальному затенению, получим совместную функцию плотности распределения вероятности величин Хи v в виде [7.1]:

Рис. 7.3. Модель повторного использования каналов на обслуживаемой территории.

сигнал/помеха, как наименьших значениях C/N (Гпор) и СЦ (Лпор), при которых обеспечивается допустимое значение BER. После соответствующих преобразований [7.1], получим окончательное выражение, определяющее вероятность того, что Г ^ Гпор или Л ^ Апор:
Данное выражение позволяет в зависимости от того, как перераспределяются энергетические запасы C/N и СЦ, оценить возможные значения вероятности потери связи. Расчет по формуле (7.11) позволяет оценить энергетические запасы по соотношению сигнал/помеха S/I и сигнал/шум S/N, при этом, как показано в работе [7.2], надежность связи при наличии теплового шума и соканальных помех должна определяться исходя из масштаба системы и ее уровня качества. Например, когда допускается суммарное значение вероятности потери связи Рв~ 0,1, то можно сделать расчет линии связи: либо для условий, когда запас по С/N -15 дБ, а запас по СII -12 дБ, то есть предполагать, что можно отдать приоритет тепловому шуму, либо для условий, когда C/N < 10 дБ, а СЦ ~ 15 дБ, то есть предполагать, что можно отдать приоритет соканальным помехам, при этом первый вариант больше подходит для сотовой системы с большими размерами сот, а второй — для системы с малыми размерами сот и большой емкостью.
 
Когда надежность связи определяется для соответствующих факторов отдельно, то энергетические запасы по C/N и СЦ могут вычисляться отдельно. Например, если суммарная вероятность потери связи составляет Рв ~ 0,05 и из них 0,01 часть выделена на тепловой шум, а 0,04 части — связаны с соканальными помехами, то требуемые энергетические запасы по C/N и СЦ определяются из решения уравнения (7.11). В данном примере значения C/N и СЦ при Рв > 0,05 следующие: C/N ~ 15 дБ, СЦ ~ 16 дБ. Основываясь на взаимосвязи между надежностью связи и энергетическими запасами, можно найти мощность передатчика и интервал повторного использования каналов, которые являются основными параметрами при расчете линии мобильной связи. Пороговые значения для локального среднего C/N (Г) и локального среднего СЦ (Л) устанавливаются с учетом требований к качеству передачи в условиях воздействия чисто релеевских замираний без учета логарифмически нормального затенения. Допустимые значения вероятности потери радиосвязи из-за воздействия теплового шума и соканальных помех могут быть определены отдельно, в зависимости от уровня сигнала и отношений С IN и СЦ. В работе [7.1] показаны алгоритмы определения мощности передатчика при заданных географических потерях связи, вероятности потери связи в пределах соты, на границе соты, при учете запаса по C/N, требуемой вероятности BER, порогового значения C/N и параметров линии радиосвязи (рис. 7.4), по формуле:

где Гт — территориальное среднее значение сигнала и C/N, kTBNF — мощность шума приемника, LP — потери мощности на расстоянии от BTS до MS, GBts и Gms — коэффициенты усиления антенн BTS и MS, включающие потери в фидерах передатчика и приемника соответственно.

Рис. 7.4. Процедура определения требуемой мощности передатчика мобильной станции [7.1]
Таким образом, величина q = D/R —это нормированный к радиусу соты R минимальный интервал повторного использования каналов.
Рис. 7.5. Графики зависимости интервала повторного использования каналов
Рис. 7.5. Графики зависимости интервала повторного использования каналов от территориального среднего значения С//
Пример расчета радиолинии цифровой микросотовой системы.
 
Постановка задачи. Пусть решается задача по определению мощности мобильной станции PMS и интервала повторного использования частот q = D/R при следующих условиях:
 
- средняя частота диапазона рабочих частот/Ср = 900 МГц;
- радиус соты R = 3 км;
- стандартное отклонение для логарифмически нормального затенения а0 = 6 дБ;
- постоянная распространения п = 3,5;
- требуется обеспечить среднюю вероятность BER Рв = 10~3 и вероятность потери радиосвязи Рг_с = 10%, причем вводится допущение, что эти значения делятся поровну между тепловыми шумами и соканальными помехами по основному каналу приема;
- вид модуляции и схема демодуляции: MSK с автокорреляционной демодуляцией;
- требуемая ширина полосы частот В при скорости передачи 16 кбит/с равна 16 кГц.
 
На рис. 7.6 показан алгоритм расчета мощности приемника PMs и коэффициента q, при дополнительных к вышерассмотренным условиям:
 
- мощность шума на входе приемника MS Рш ~ &TBNF = -168 дБм/Гц,
- потери мощности на длине R = 3 км —ЬР= 137 дБ,
- произведение GBTS GMS = 8 дБ.
 
Как следует из полученных значений, величина Рмs ^ 1 Вт, a q = D/R ^ 8,2, то есть число сот в кластере: Nck = с^/Ъ = 22 соты (многосотовый кластер).
Пример расчета  цифровой мобильной связи
 
Следует отметить, что при расчете учитывались значения: ГПор ^ 21 дБ, Апор ^ 21 дБ, Гт/Гпор ^ 6 дБ (шум), Ат/АПор ^ 9 дБ (соканальная помеха), Гт ^ 27 дБ, Ат ^ 30 дБ, а также при оценке качества передачи учитывалось ее ухудшение на 2 дБ.
 
При учете воздействия шести мешающих BTS, к среднему территориальному значению C/N = Aw = 30 дБ, необходимо добавить 8 дБ, то есть Aw = 38 дБ.
 
Пространственное разнесение как средство борьбы с быстрыми релеевскими замираниями из-за многолучевости эффективно снижает допустимые локальные средние значения C/N и СП.
 
Метод разнесения по BTS, реализуемый путем эстафетной передачи управления и применяемый для устранения эффекта затенения, уменьшает требуемые запасы по C/N и С/1.


Основы сотовой связи стандарта GSM. 
       1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
       2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
       3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
       5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
       6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
       
7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
                 7.1. Цели и задачи проектирования.
                 
7.2. Методы проектирования.

                 7.3. Принципы радио-покрытия зон обслуживания.
                 7.4. Распределение каналов в сотовой сети.
                 
7.5. Расчет бюджета радиолиний в системах сотовой мобильной связи.
                 7.6. Емкость сотовой сети мобильной связи.
                 7.7. Рекомендации по сетевому планированию и оптимизации.
                 7.8. Измерения и мониторинг в радиочастотных системах.
                 7.9. Измерение параметров в радиочастотных системах.
                 7.10. Нормы на уровни электромагнитных излучений.
                 7.11. Математическая модель электромагнитного излучения мобильными и базовыми станциями.
                 7.12. Экспериментальные исследования уровней излучения антенн ВТS.

       8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
      10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.

 
   
Стол заказов: (067)194-45-55 | Киев