Статистические модели каналов с замираниями

Существует несколько функций распределения вероятности, которые используются для моделирования статистических характеристик каналов с замираниями. Если в среде распространения сигнала присутствует множество рассеивателей, каждый из которых вносит свой вклад в величину принимаемого сигнала (как в случае ионосферного или тропосферного распространения), то применение центральной предельной теоремы приводит к гауссовской модели импульсной характеристики канала. Если процесс имеет нулевое математическое ожидание, то огибающая импульсной характеристики радиоканала в любой момент времени имеет релеевское распределение, а фаза импульсной характеристики имеет равномерное распределение в интервале [0,2p]. То есть огибающая импульсной характеристики R= |h(t,t)| имеет функцию распределения вероятности:

Заметим, что распределение Релея характеризуется только одним параметром W.

Вид графика функции распределения Релея при различных значениях параметра W приведен на рис. 2.5.

Необходимо также отметить, что для частотно-неселективного канала огибающая является значением канального затухания в мультипликативной модели канала, а для частотно-селективного канала каждый из отводов в линии задержки. Моделирующей канал, имеет коэффициент передачи, моделируемый релеевским распределением.

Альтернативной статистической моделью для огибающей импульсной характеристики канала является распределение Накагами. Функция распределения вероятности:

где Ω = M {R²}, а параметр m определяется отношением моментов распределения:

Чем больше значение параметра m, тем меньше разброс значений случайной огибающей импульсной характеристики канала, что проиллюстрировано рис. 2.5.

В сравнении с распределением Релея, зависящим от одного параметра, который может быть использован для оценки статистики радиоканала, распределение Накагами является двухпараметрическим и позволяет достичь большей точности и гибкости в оценке статистических параметров радиоканала. Распределение Накагами является более общим видом распределения, поскольку в частном случае m=1, оно совпадает с распределением Релея. Исследования показывают, что распределение Накагами хорошо описывает передачу данных по радиоканалам в городских условиях.

Рис. 2.5 – Вид графика функции распределения Релея при различных значениях параметров

Распределение Раиса является двухпараметрическим и также может быть использовано для описания поведения сигнала при распространении в радиоканалах с замираниями. Это распределение используется для гауссовских каналов с импульсной характеристикой с ненулевым средним значением. Функция распределения равна:

где параметр s² равен мощности ненулевого компонента сигнала, а параметр равен значению дисперсии гауссовского процесса. Заметим, что в случае s² = О выражение (2.20) упрощается к распределению Релея с s² = W/2.

Распределение Раиса применимо к случаям, когда между передатчиком и приемником сигнала удовлетворяются условия прямой видимости, и сигнал на приеме равен сумме компонентов прямого распространения и многолучевых компонентов, образовавшихся в результате отражений от территориальных объектов, которые прибывают с различными задержками.

Распределения Релея, Раиса и Накагами являются широко используемыми статистическими моделями для сигналов, переданных через радиоканал с замираниями и многолучевым распространением.

Рассмотренные выше методы моделирования позволяют понять поведение радиосигнала на приеме после распространения в радиоканалах с замираниями. Однако их применение на практике требует проведения ряда натурных испытаний каналов для получения оценок реальных значений допплеровского и временного рассеяния в каналах. Подобные натурные испытания являются довольно дорогостоящими, и на их проведение может потребоваться разрешение регулирующих органов. Из-за случайной неконтролируемой природы распространения радиоволн трудно обеспечить повторяемость результатов таких испытаний. Поэтому Европейский институт стандартов телекоммуникаций ETSI разработал на основе проведенных натурных испытаний реальных радиоканалов ряд стандартизированных моделей распространения. Этот ряд включает в себя модели распространения для следующих условий:

- типичный город, средняя скорость движения абонентов 50 км/ч (TU50);

- холмистая территория, средняя скорость движения абонентов 200 км/ч [НТ200] и др.

Каждая стандартизированная модель описана в следующих параметрах: число отводов линии задержки, относительная задержка времени между отводами, относительная средняя мощность в каждом отводе, распределение случайного процесса, моделирующего коэффициент передачи отвода.

Данные стандартизированные модели могут применяться для оценки эффективности разрабатываемых или проектируемых систем в различных условиях распространения. Но для оценки характеристик эффективности в специфических условиях распространения представляется целесообразным проведение натурных испытаний и разработка адекватной модели с использованием выше рассмотренного подхода.

1.Какое назначение имеют модели при проектировании?

2. Какие виды моделей используются при проектировании мобильных систем связи?

3. Перечислите основные модели расчета потерь при распространении.

4.Какие виды местности рассматриваются в моделях расчета?

5.Какие виды распределения используются при статистическом моделировании?

3 Системное проектирование сетей подвижной связи»

3.1 Общие вопросы проектирования сетей подвижной связи

На этапе принятия решения о построении системы связи с подвижными объектами общего пользования (ССПО-ОП) требуется определить:

- емкость системы (возможное число пользователей)

- осуществить краткосрочный и долгосрочный прогноз роста числа пользователей

- распределение и объем трафика во времени и пространстве

Возможное число пользователей сети связи вычисляется при заданном числе радиоканалов, нагрузке на одного абонента и допустимой вероятности потери вызова..

Возможное число пользователей определяет требования к параметрам элементов сети:

- пропускной способности канала сигнализации зоны.

Итак, на этапе принятия решения следует иметь информацию:

- основные сведения о местности(на основе цифровых карт).

После принятия решения на построение сети требуется:

- обеспечить прогноз радиочастотной обстановки в зоне обслуживания

- сформировать систему управления и технического обслуживания сети

- осуществить обучение и переподготовку инженерно-технического персонала.

Определяющим при проектировании сети является планирование радиосети, которое является итеративным процессом с выполнением следующих шагов:

- прогнозирование напряженности поля по зоне ответственности оператора

- анализ зоны обслуживания для каждой ячейки и сети в целом

- оценка матриц ЭМС, содержащих вероятности создания взаимных помех для всех пар ячеек

- окончательный анализ работы с учетом помех.

Экономически оправданно начинать строительство сети с одного коммутационного узла, обслуживающего всю зону. С ростом числа базовых станций и количества пользователей требования к коммутационной станции возрастают. Администрация сети должна постоянно контролировать объемы нагрузки, с тем чтобы определить момент введения новой коммутационной станции, т.е. момент организации новой зоны. При этом администрация сети должна учесть необходимость затрат на введение службы "роуминг".

Итак, на этапе принятия решения по построению сети следует собрать информацию о будущей сети. Сюда входит знание полосы частот, ожидаемое число абонентов, определение охватываемой зоны действия и требуемого качества обслуживания, Эта информация должна быть достаточной для грубого задания параметров сети. Кроме того, должны быть получены основные сведения о местности на основе цифровых карт местности, которые бы содержали оценку территории и ее морфоструктуры в масштабах региона, а также, по возможности, и регионов, находящихся за пределами сети. Данные о передаваемом трафике должны быть преобразованы в цифровую форму в виде банка данных о плотности трафика, отображающего региональное распределение абонентов. Возможно, в дальнейшем вследствие неоднородности роста трафика, следует создавать отдельные банки данных.

Компания (оператор) и местная администрация должны рекомендовать собственные здания и недвижимое имущество в качестве возможных участков для развертывания элементов сети. Местоположения в сети, представляющие особый интерес и требующие наивысшего качества обслуживания, должны оговариваться особо. Должна быть определена стратегия охвата зоной действия туннелей, шоссейных дорог и т.д.

После принятия решения на построение ССПО-ОП требуется:

- обеспечить прогноз радиочастотной обстановки в зоне обслуживания и в сотах;

- сформировать систему управления и технического обслуживания

- осуществить обучение и переподготовку инженерно-технического

Определяющим при проектировании ССПО-ОП является планирование радиосети, которое является итеративным процессом с выполнением следующих шагов:

- прогнозирования напряженности поля по зоне ответственности фирмы-оператора;

- анализа зоны обслуживания для каждой ячейки и сети в целом;

- оценки матриц электромагнитной совместимости, содержащих вероятности создания взаимных помех для всех пар ячеек;

- окончательного анализа работы с учетом помех.

Процесс планирования осуществляется постепенно, шаг за шагом, и выливается в предложения по построению сети сотовой связи и анализу ее работы.

План построения сети сотовой связи содержит координаты сот в географической системе координат, число ячеек, подлежащих обслуживанию, необходимые высоты антенн, направленность и коэффициенты усиления антенн, мощности передатчиков, количество приемопередатчиков в сотах и перечень выделенных (назначенных) частот.

Анализ работы содержит для каждой ячейки и для всей сети данные о предполагаемом трафике и вероятности блокирования вызова, о вычисленных значениях напряженности поля и основанные на этом данные о вероятности нарушения радиосвязи из-за наличия зон неуверенного приема и помех радиоприему или вследствие того и другого. Результаты анализа представляются либо в графической форме, либо в числовой.

При планировании радиосети используется модель определения напряженности поля, при этом учитывается уклон местности, эффективная высота антенны, дифракция над множественными препятствиями, смешанная морфоструктура трассы между подвижной и базовой станциями. Модель распространения для каждого региона имеет весьма характерные и отличные от других параметры, зависящие от архитектуры городов, растительности и землепользования. Поэтому рекомендуется производить измерение напряженности поля для калибровки модели распространения. Применительно к данному региону целесообразно выбирать до 10 участков типового характера. Необязательно, чтобы эти участки были частью будущей сети. Измерения проводятся при немодулированных несущих с использованием подвижного измерительного пункта, оснащенного измерительным приемником, системой определения местоположения и компьютером для снятия и записи данных измерений.

Часть действий, которые сопровождают выбор участков, составляют действия по проверке зоны охвата Измерения проводятся сцелью проверки того, что выбранный участок оказывается в зоне уверенного приема, как это было предсказано при планировании сети Из-за ограниченности времени на этапе начального планирования оказывается сложным предсказать объем измерений для определения зоны уверенного приема. Если на исследуемом участке предусматривается установка башни или мачты, испытания по проверке зоны уверенного приема должны производиться при установке передающей аппаратуры на данной высоте. Проверка зоны уверенного приема может быть ограничена границами соты и в наиболее важных районах зоны.

Для того чтобы не только измерять напряженность поля, но также оценивать качество радиоканалов в реальных условиях распространения, а также исследовать вопросы регулирования мощности, влиянии дополнительных источников помех и преимуществ, получаемых за счет ППРЧ в цифровых ССПО-ОП, требуется использование более сложного оборудования.

В начале работы по планированию радиосети заказчик может определить ряд зданий или объектов недвижимости, которые он предлагал бы использовать в будущем как участки размещения базовых станций. Планирование радиосети позволит получить перечень участков, оптимальных по местоположению и высоте, исходя из оценки возможностей по передаче трафика и реальных помех. Естественно, что участки, которые полностью соответствуют требованиям, можно найти только в редких случаях и в последующем необходимо найти компромиссное решение, обеспечивая при этом достаточный уровень эксплуатационных характеристик сети.

Таким образом, первоначальный вариант участков развертывания базовых станций следует рассматривать как своего рода ориентировочный. Здесь можно руководствоваться следующими правилами:

- для равнинной местности могут допускаться отклонения от идеальной позиции до 1/4диаметра сотовой ячейки;

- для холмистой местности все зависит от топографии местности;

- для городских условий вблизи участка не должно находиться высоких зданий или башен и антенна должна устанавливаться на уровне значительно превышающем верхний уровень крыш зданий в соответствующей ячейке (более предпочтительны здания с плоской крышей)

Помимо требований по выбору местоположения и высоты есть требование к достаточной вместимости площади помещения, по максимальной нагрузке на квадратный метр, к длине антенного кабеля, по доступу на крышу и т.д. Если предполагается возвести мачту или башню, грунт должен быть твердым и подходящим для возведения фундамента. Кроме того, требуется своевременное подведение электрических и цифровых линий передач.

Временная и логическая последовательность действий при планировании радиосети, под которыми следует понимать процедуру по определению числа базовых станции, мест их расположения, частотного плана с учетом выполнения заданных требований при минимальной стоимости, содержит ряд этапов:

Этап 2. Построение первого приближения радиосети. На основе анализа распространения волн разрабатывается предварительный план построения сотовой сети с выдачей предложений о координатах и типах антенн, ориентации и мощности передатчика каждого отдельного участка. План построения сотовой сети содержит данные об имеющихся предполагаемых участках для развертывания базовых станций. Анализируется эффективность работы сети, которая сравнивается с требованиями заказчика.

Этап 3. Измерение напряженности поля в наиболее характерных точках зоны обслуживания сети (осуществляется; как правило, параллельно с осуществлением этапов 1 и 2).

Этап 4. Калибровка модели распространения, использованной для планирования радиосети, основываясь на основе измерений напряженности поля.

Этап 5. Анализ эффективности работы сети и оценка ее соответствия требуемым эксплуатационным характеристикам. Если требования не удовлетворяются, то производится корректировка плана построения сотовой сети с изменениями предполагаемых участков для развертывания базовых станций.

Этап 6. Привязка участков развертывания базовых станций, определенных планом построения сотовой сети, к местности. Для каждого участка необходимо определение вариантов размещения, близких по местоположению к предложенной позиции (месту) и имеющих достаточную высоту.

Этап 7. Перебор всех возможных вариантов размещения базовых станций с последующим анализом сети и ранжирование результатов анализа в соответствии с прогнозируемыми характеристиками.

По результатам этапа 7 могут приниматься следующие решения.

Если характеристики проверенного места размещения базовой станции подходят, то:

- если они прошли успешно, то участок включается в план построения сотовой сети, если нет - в соответствии с ранжировкой берется следующий участок и т.д.;

- производятся измерения по проверке реальной напряженности поля;

если в процессе планирования станет очевидно, что участок подходит, он арендуется и можно начинать подготовительные работы по развертыванию базовой станции.

Если участки подобрать не удалось, следует вернуться к этапу 6 и оценить возможность перекрытия этого участка базовыми станциями зоны обслуживания, используя расчетные методики и измерительные средства.

В работающей сети для ее оптимизации целесообразно производить:

1) исследование совместной работы базовых станций с целью уточнения перекрытия зоны обслуживания и наличия взаимных помех;

2) оптимизацию тех параметров базовых станций, которые определяют передачу команд управления (в частности управление мощностью), оптимизировать размер соты с тем, чтобы добиться снижения потока следования команд управления и низкого процента нарушения связи из-за задержки передачи управления, добиться более сбалансированного трафика, высокого уровня успешных попыток успешного вызова, низкой вероятности появления помех при передаче управления внутри соты, повысить вероятность охвата обслуживаемой зоны и т.д.;

3) спецификацию и анализ измерений трафика и частоты появления событий (например, передачи управления, обновления данных о местонахождении и т.д.);

4) мероприятия по увеличению пропускной способности в соответствии с возрастанием трафика;

5) анализ жалоб абонентов на наличие провалов в зоне обслуживания, перегрузку сети трафиком, а также определение мер, которые необходимо предпринять для исправления положения

Наиболее важными входными данными, которые требуются при планировании, являются:

- эксплуатационные характеристики (вероятность блокировки вызова, охват зоны обслуживания, вероятность передачи информации с заданным качеством);

- ограничения, связанные с частотным ресурсом, отведенным системе;

В лучшем случае должны иметься данные о территории в цифровом формате. Должны быть представлены данные, зависящие от времени (ожидаемый трафик, охват зоны обслуживания, охват населения), а также график выполнения этапов работы с тем, чтобы производить расширение с минимальной реконфигурацией уже установленного оборудования. Планирование сети осуществляется при широком использовании средств программного обеспечения, поддерживающего функции синтеза сети, распределения частот и анализа эксплуатационных характеристик. После завершения итеративного процесса оптимизации получается сеть базовых станций, которая удовлетворяет заданным эксплуатационным характеристикам при минимальном количестве установленного радиооборудования.

В процессе планировании сети для каждой базовой станции определяются следующие параметры:

- количество секторов в соте (ячеек) (1 всенаправленная и/или до трех и более секторных ячеек).

- количество используемых частот и их номиналы;

- эффективная изотропная мощность излучения базовой станции;

- график прогнозируемой средней напряженности поля;

К эксплуатационным характеристикам относятся:

- вероятность обслуживания подвижной станции в данной ячейке;

- вероятность превышения фактической напряженности поля в данном месте над заданным пороговым значением (вероятность перекрытия зоны обслуживания);

- среднее значение вероятности уверенного приема в данном месте (локальная вероятность, взвешенная по трафику для данной ячейки);

- вероятность того, что отношение сигнал/помеха в данном местоположении ниже заданного порогового значения (вероятность локальных помех);

- среднее значение вероятности локальных помех;

- вероятность превышения частоты появления битовых ошибок для цифровых ССПО-ОП в данном местоположении над заданным пороговым значением (вероятность локального нарушения связи) - пороговое значение может быть приписано различным уровням качества речи от "удовлетворительного" до "отличного";

- среднее значение вероятности локального нарушения связи;

- перечень ячеек (сот) наиболее критических с точки зрения помех, вместе с вероятностью создания взаимных помех.

Помимо данных, которые относятся к данной соте (ячейке), в ходе планирования оказывается возможным вычислить локальные и средние значения вероятности уверенного приема (попадания в зону обслуживания), вероятности наличия помех, вероятности обеспечения связи с заданным качеством. Результаты планирования могут быть использованы для изучения эксплуатационных характеристик сети при изменении требований в отношении передачи трафика и, соответственно, для прогнозирования числа абонентов, которые могут быть обслужены сетью.

Принцип использования геоинформационной базы данных в задачах частотно-территориального планирования сетей мобильной связи

Цифровые карты (модели) местности (ЦКМ, ЦММ) - это систематизированная запись на магнитном носителе в цифровом виде пространственных координат объектов местности и кодов их характеристик. ЦКМ (ЦММ) по содержанию, математической основе, степени генерализации, точности планового и высотного положения объектов местности и номенклатуре соответствуют традиционным картам того или иного масштаба и назначения. Например, ЦКМ (N-37-144-A-a) - эта цифровая карта местности по всем параметрам соответствует обычной топографической карте масштаба 1:25 000 на район указанной номенклатуры. Можно создавать цифровые карты специального назначения, например цифровую аэронавигационную карту, карту магнитных аномалий, обзорную карту и т. д.

В настоящее время существует большой выбор ГИС, все множество которых можно разделить на две группы. К первой относятся справочные системы, которые представляют собой готовую карту и набор фиксированных запросов. Это в основном отечественные ГИС на платформах DOS\WINDOWS; ATLAS CIS, GeoGraf/GeoDraw, Панорама, Магистраль и др.

Ко второй относят гак называемые мощные продукты, разработанные для различных, аппаратных и программных платформ, такие, как TNT-Mips, Arclnfo, Intergraph, Mapinfo, WinGIS и ряд других.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: