Рекомендации по сетевому планированию и оптимизации.

7.7. Рекомендации по сетевому планированию и оптимизации.
 
При проектировании сотовой сети мобильной связи должны быть выполнены следующие основные операции [7.9]: оценка стоимости проектируемой сети; оценка емкости сети; оценка радиопокрытия и расположения элементов сотовой сети; оценка максимально допустимой плотности (степени услуг); оценка количества вызовов; оценка будущего развития сотовой сети. По мнению специалистов фирмы NOKIA, главными этапами процесса планирования сети являются следующие:
 
1. Сбор информации по следующим разделам:
 
- правила и законы;
- ключевая информация относительно демографии, уровня доходов, прогноз расширения территории обслуживания, поддержка услуг, маркетинговые исследования и т.д.;
- наличие арендованных линий связи, наличие СВЧ-частот, требования соединений с другими системами;
- номерные, адресные принципы и принципы маршрутизации;
- топографические карты;
- существующая инфраструктура, например, передающие сети и передающая среда.
 
2. Определение требуемых базовых параметров сети по радиопокрытию и емкости.
 
Главной проблемой этого этапа планирования является оптимизация сети по критерию стоимость-эффективность. Чтобы реализовать на практике эту задачу, необходимы детальная информация о сотовой сети (рост стоимости этапа плана, защита, имеющаяся в наличии, необходимая информационная инфраструктура), а также формулировка задач сети и требований к ее качеству. Результатом второго этапа является проект топологии интегрированной сети, в котором должны быть показаны различные услуги и требуемая для ее реализации аппаратура. Кроме того, должен быть представлен первоначальный развернутый план реализации сети. Главная цель данного этапа — проиллюстрировать комплексный процесс планирования сотовой сети. Следует отметить также другие виды планирования:
- FTP (Fixed Transmission Planning) — планирование фиксированной передачи;
- NAP (Network Access Planning) — планирование сетевого доступа;
- DCN (Data Communication Network Planning) — планирование сети передачи данных;
- INP (Intelligent Network Planning) — планирование интеллектуальной сети;
- 3G и IP Network Planning — планирование развития сотовой системы третьего поколения (3G), использования сетевых протоколов IP и т.д., что должно быть включено в полный процесс проектирования сотовой сети.
 
3. Выбор MSC, BSC и мест расположения базовых станций.
 
4. Съемка местоположения для заданных MSC, BSC и базовых станций, другими словами, оценка мест расположения MSC, BSC и BTS с учетом среды, окружающей эти системы.
 
5. Детальное планирование сотовой сети. В этот этап входят следующие операции:
 
- компьютерное проектирование сети и инструменты для создания необходимого радиопокрытия территории;
- анализ помех (соканальных, внешних, шумов);
- частотное планирование;
- планирование СВЧ-каналов;
- документирование и пр.
 
Фирмой NOKIA подготовлен комплект ТОТЕМ, включающий необходимые инструменты для планирования сотовой сети. Ниже рассматриваются три области в планировании сотовой сети:
 
- SNP (Switching Network Planning) — планирование коммутации сети;
- CTNP (Cellular Transmission Network Planning) — планирование сотовой передающей сети;
- RNP (Radio Network Planning) — планирование радиосети.

Особенности планирования системы коммутации сети.
 
В процессе данного этапа планирования должны быть решены следующие задачи:
 
- путем измерений и учета необходимой емкости сети (среднего времени разговоров, числа handovers, передач коротких сообщений и др.) оценивается объем переключений;
- устанавливается уровень сетевого исполнения в соответствии с заданной коммутационной емкостью сети;
- рассматривается реализация систем коммутации и сигнализации сети;
- отрабатываются правила для маршрутизации, защиты, синхронизации и управления коммутацией;
- определяются матрицы речевого и сигнального трафика;
- оценивается необходимая аппаратура для реализации вышеприведенных задач.
 
После того, как сотовая сеть размечена (рис. 7.9, 7.10), выполняется детальный план с
 
выбранным числом входов (например, схема сети, план маршрутизации, цифровой анализ, детали управления, план нумерации, план загрузки и др.). Кроме того, специалист, планирующий систему коммутации сети, должен, помимо выполнения вышеперечисленных задач, рассмотреть возможный будущий расширенный план сети.

Планирование сети передачи.
 
При планировании сотовой сети передачи главной проблемой является проработка использования линий связи СВЧ (или волоконно-оптических линий связи) в сети GSM, обеспечивающих, например, взаимодействие между BTS и BSC. Возможны несколько путей планирования:
 
- установка собственных ретрансляционных линий связи СВЧ (радиорелейных линий связи СВЧ);
 
- аренда уже существующих радиорелейных линий, вписывающихся по местоположению и условиям устойчивой радиосвязи в разрабатываемую сотовую сеть;
 
- прокладка волоконно-оптических линий связи.
 
При выполнении данного пункта планирования сети необходимо учесть проблему соединения и координации больших потоков различной информации. На данном этапе необходимо разработать схему главной передающей сети для доступа BTS и сетевые узлы, что позволит получить четкое изображение сетевых соединений. Это также необходимо для определения требуемой емкости сети.
 
Как принципы синхронизации, так и шлюзовые и коммутирующие соединения должны быть идентифицированы. При планировании СВЧ-каналов необходимо выбрать высоконадежные широкополосные каналы, позволяющие обеспечить надежную связь между BTS и BSC. Кроме того, в сотовой сети вместо радиорелейных могут быть использованы волоконно-оптические каналы.

Планирование радиосети.
 
Тип и местоположение BTS зависят от характеристик окружающей среды. В условиях города соты обычно меньше по размерам, чем в сельской местности. Кроме того, объем трафика также влияет на число радиоканалов в обычной соте. Так как в стандарте GSM максимальное теоретическое расстояние от BTS до края макросоты составляет 35 км, то к нему обычно адаптируется способность MS отправлять пакеты, которые должны прибывать в BTS в правильном слоте.
 
Факторы, ограничивающие размеры сот:
 
1) с ростом рабочей частоты, то есть с уменьшением рабочей длины волны, размер соты уменьшается (размер соты GSM 900 больше, чем размеры сот для GSM 1800 и 1900);
2) внешние условия: для открытых водных пространств затухание радиосигналов меньше, чем в лесных массивах или в городских условиях.
 
Таким образом, при планировании радиосети в сотовой системе связи необходимо:
 
- реализовать выбор радиоканалов путем создания собственных радиорелейных линий СВЧ, либо путем аренды уже существующих, либо прокладывая волоконно-оптические линии связи;
- оформить детальный план сети, включающий результаты по предыдущему пункту, а также результаты измерений и тестирования радиопокрытия территории.
Определение трафика и числа каналов в сотах
 
Сота является базовым «конструктивным блоком» сети GSM. Одна сота по сути есть географическая область, окружающая одну BTS, при этом размеры соты зависят от следующих факторов:
 
- от окружающей среды;
- от числа пользователей;
- от диапазона рабочих частот;
- от мощностей передатчиков BTS и т.д.
 
Соты группируются вокруг контроллера базовой станции BSC. Средние размеры соты находятся из ответа на два фундаментальных вопроса: Как велик трафик каналов (ТСН — Traffic CHannel), который должен управлять в пределах соты? Какое множество трафиков каналов необходимо соте? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо определить объем трафика в соте.
 
Трафик можно рассчитать по простой формуле:    

где (к) (вызов/час) — среднее число вызовов в час; (т) — среднее время разговора (час). Количественно трафик не зависит от продолжительности наблюдения. Например, если исследование проводится в течение 15 минут, тогда в формуле для трафика А знаменатель вместо 3600 с, будет равен 900 с.
 
Рассмотрим численный пример. Пусть в соте реализуется 540 вызовов в час, а средняя продолжительность разговоров составляет 100 с (100/60 = 1,66 мин), тогда объем трафика состоит:  формула

Если воспользоваться табл. 7.1 (модель Эрланга В) максимальной плотности трафика, то получим: число каналов Nk_c = 20, при вероятности отказа Рв = 5%. Таким образом, в данном случае величина GOS = 5% (Grade Of Service —качество обслуживания), определяемая вероятностью отказа, свидетельствует, что при времени наблюдения, равного 1 часу, 5-ти из 100 вызовов отказано в связи из-за недостатка ресурсов соты, при этом число каналов составит 20. Так как в стандарте GSM каждый радиоканал поддерживает 8 (речевых) каналов, то можно сделать грубую оценку комплектации оборудованием BTS: если использовать в BTS три приемопередатчика (transceivers), то будет обеспечено Nk-c = 3x8 = 24 речевых канала, что больше расчетной величины, равной 20 каналам. Это обеспечивает некоторый запас по объему трафика, так как при Nk_r = 24 и Рь = 5% величина трафика составит Л = 19 Эрл (из табл. 7.1).

Повторное использование частоты.
 
Каждая подсистема базовых станций BSS имеет ограниченное число выделенных частот. Эти частоты должны быть распределены между каждой сотой, чтобы требуемая емкость сети удовлетворяла различным частям BSS.
 
Рассмотрим следующий пример. На рис. 7.11 показана сотовая сеть.
Схема сотовой сети
Рис. 7.11. Схема сотовой сети.
 
 Пример равномерного радиопокрытия территории
Рис. 7.12. Пример равномерного радиопокрытия территории при выбранном частотном плане.
 
Пусть проектировщик сети выбрал кластер порядка 9, то есть число выделенных частот составляет 9 (для BSS). На рис. 7.12 показано кластерное распределение частот с использованием принципа частотного повторения. Следующим этапом является оценка LA (Local Area) — локальной области сети, которую выполняют в соответствии с характеристиками трафика каждой области. Окончательная фаза при планировании фиксированной сети состоит в оценке требуемого трафика и радиосети.

Оптимизация и развитие сети.
 
Планирование сети, описанное выше, является лишь первой частью длительного процесса улучшения создаваемой сотовой сети. При дальнейшем совершенствовании спроектированной сотовой сети необходимо учитывать следующие факторы.
 
1. Увеличение числа абонентов требует расширения сети в данном месте и в данный период времени.
 
2. Учет стоимости сети для любого оператора является конкурентно-образующим параметром на рынке услуг мобильной связи.
 
3. Емкость сети, с одной стороны, необходимо минимизировать (обеспечивать необходимый трафик), а с другой, она не должна быть малой величиной, так как это ухудшит качество обслуживания (grade of service) абонентов.
 
То есть существуют противоречивые требования:
 
- сеть должна обладать высоким качеством и иметь широкое радиопокрытие;
- но в то же время для уменьшения стоимости сеть не должна быть избыточной.
 
4. Необходимость обеспечения качества услуг (quality of services) связана с требованиями уменьшения помех в радиоинтерфейсе и уменьшения числа вызывных сигналов в единицу времени при обеспечении оптимальной стоимости.
 
5. Для основных и дополнительных услуг настоящие и будущие требования должны быть обеспечены.
 
В настоящее время большие капиталовложения реализуются в направлении использования высокоскоростных сетей передачи данных, к которым относятся:
 
- HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) — высокоскоростные цепи коммутации данных;
- GPRS (General Packet Radio Services) — общая служба пакетной радиопередачи;
- EDGE (Enhanced Date Rates for Global Evolution) — улучшенная передача данных для глобальной эволюции систем связи (384 кбит/с);
- SDH (Synchronous Digital Hierarchy) — синхронная цифровая иерархия (использующая волоконно-оптические линии связи между узлами в сотовой сети) и т.д.
 
Главной причиной внедрения высокоскоростных систем передачи данных является рост числа пользователей и связанный с ним рост трафика и объема разнообразных услуг в системах сотовой мобильной связи.
 
Поэтому для оптимизации и развития сотовой сети следует:
 
1) проводить полевые испытания созданной сети (достаточно дорогостоящие), которые позволили бы уточнить не только качество передачи информации, но и аппаратурные проблемы, а также возможности сжатия (gathering) информации, увеличения числа пользователей при неизменной структуре и аппаратном обеспечении сети и т.п.
 
2) использовать информацию, которая получена в NMS (рис. 7.13), по оценке условий географического радиопокрытия (station тар), по уровню мощности BTS (serving BTS), по уровням излучений соседних станций (neighbor stations) для трех сетевых сообщений.
 
Данная информация позволяет реализовать управление эксплуатационными характеристиками сети из NMS (управления сетью), получить важную информацию о работоспособности различных частей сотовой сети, что в конечном счете определяет возможные альтернативные решения для оператора сети.
 Пример оценки условий радиопокрытия, уровня мощности BTS
Рис. 7.13. Пример оценки условий географического радиопокрытия, уровня мощности BTS и уровня излучений соседних станций.

 


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