Прогноз зон покрытия на основе геоинформационной базы данных

Одной из возможностей систем мобильной связи является развёртывание на их основе сетей подвижной радиосвязи. Сети подвижной радиосвязи (ПРС) - сотовые, транкинговые, пейджинговые и другие -развёртываются в городских условиях, а также в сельской местности. Фирма-оператор заинтересована в достаточно точном знании зон покрытия базовых станций (БС) как на этапе планирования сети, так и в ходе её эксплуатации и дальнейшего развития.

В развитии зоновых сетей подвижной радиосвязи имеется ряд проблем и противоречий, носящих общий характер:

объективная необходимость повышения диапазона используемых радиочастот для увеличения канальной емкости оборудования и пропускной способности систем обусловливает дополнительные трудности при планировании сетей (выборе мест развертывания базовых станций и обосновании параметров их элементов);

длительный срок окупаемости вложенных средств вызывает необходимость определения рациональной стратегии развития подвижных служб связи с учетом особенностей конкретного района;

увеличение числа и динамики пользователей на ограниченной территории требует обеспечения эффективного управления сетью.

Указанные проблемы в значительной мере могут быть разрешены путем широкого использования технологий геоинформационных систем (ГИС-технологий) при планировании сетей подвижной радиосвязи. Основным достоинством применения ГИС-технологии является возможность перевода методического аппарата планирования сетей подвижной связи из области статистических исследований в область детерминированных расчётов.

Назначение ГИС-технологии в мобильной связи - повышение oперативности и обоснованности решений, принимаемых при выборе мест размещения БС за счет автоматизированного анализа влияния земной поверхности и местных предметов на распространение УКВ радиосигналов, а также оптимизация структурно-топологических и технических характеристик систем УКВ радиосвязи. В частности, ГИС могут применяться для оптимального планирования и организационно-технического управления системами подвижной радиосвязи,

Далее используется терминология, соответствующая ГОСТам [ 8/1, 8.2, 8.3 ]. Кроме того, применяются следующие термины [ 8.4 ]:

Зона покрытия (ЗП) базовой станции (БС) - часть примыкающей к ней территории, на которой выполняются заданные параметры пространственного распределения энергетических соотношений в радиолиниях "БС - подвижный объект (ПО)", например, отношения сигнал/(помеха + шум) (S/N) на входе приёмника ПО. Если БС развёрнута, то определение её ЗП может быть произведено на основе измерений, в специальных подвижных лабораториях.

Зона покрытия по связи (ЗПС) БС - часть примыкающей к ней территории, на которой выполняются требования по качеству связи

Зона обслуживания (30) (сети подвижной радиосвязи (ПРС)) - территория, на которой обеспечивается заданное качество услуг, предоставляемых пользователю. Конфигурация 3О может быть получена из ЗП и ЗПС БС путём специальных расчётов, Менее точная информация получается на основе субъективного мнения абонентов сети ПРС. Например, в американской системе AMPS 75% пользователей удовлетворены качеством обслуживания при величине отношения сигнал/шум 17 дБ в 90% точек местоположения ПО.

Обычно при планировании развертывания сетей ПРС вопрос определения зоны покрытия базовых станций решается на основе статистических методов, учитывающих некоторые усредненные статистические параметры, описывающие географический район развёртывания сети. Статистические методы прогноза, основанные на презентативной выборке измерений реальных сигналов, длительное время являлись основными в практике фирм-операторов и не потеряли своей актуальности до настоящего времени. В соответствии с ними ЗПС БС моделируется кругом, радиус которого соответствует заданному проценту глобальных зон с качественной связью на его границе. Другим вариантом данного подхода является определение границы зоны покрытия БС как совокупности точек удалений ЭППР от БС по азимутальным углам до достижения в них показателями качества связи своих предельных значений. В этом случае обычно образуется звездообразная форма ЗПС БС.

Применение ГИС-технологий, работающих на основе использования географической базы данных (ГБД), позволяет при решении задач планирования сетей ПРС более точно моделировать конкретные условия местоположения ПО и среду распространения УКВ на трассе "БС -ПО".

Рассмотрим методику решения задач планирования, основанную на методе прогноза ЗП и ЗПС БС сети ПРС.

Метод прогноза. Под прогнозом будем понимать вероятностное суждение, сделанное на основе специальных расчётов. В каждом конкретном случае будем вкладывать в компоненты определения термина "прогноз" их точную характеристику.

Известное смысловое затруднение вызывает определение термина "точка местоположения" или "местоположение" ПО. С целью уменьшения степени пространственной неопределенности прогноза ЗП и ЗПС целесообразно использовать не гипотетические "местоположения" ПО, а элементы пространственного разрешения территории, называемые по терминологии Джейкса [ ] "глобальной" и "локальной" зонами перемещения ПО. Данные зоны, существующие объективно, целесообразно рассматривать как элементарные площадки пространственного разрешения (ЭППР) территории зоны ответственности системы ПРС [ 8 ]. Атрибутами ЭППР являются статистические характеристики соответственно медленных и быстрых замираний сигнала БС па входе радиоприемника ПО. Те ЭППР, в которых удовлетворяются заданные требования к характеру пространственного распределения параметра S/N, будем включать в ЗП БС.

Для среднепересеченной местности величина интервала квазистационарности флуктуации уровня сигнала, называемая "глобальной зоной" перемещения ПО, составляет от 500 до 2000 м. Интервал квазистационарности флуктуации амплитуды сигнала при его неизменной мощности ("локальная зона") составляет несколько длин волн несущего колебания. Таким образом, на этапе планирования структуры сети ПРС конфигурацию ЗП целесообразно прогнозировать как совокупность ЭППР с заданными параметрами.

Для предлагаемой модели ЗП БС прогноз её ЗПС определяется как вероятностное суждение о выполнении требований к связи в каждой ЭППР, осуществленное на основании специальных расчётов. Для полевых условий в качестве ЭППР целесообразно оперировать глобальными зонами перемещения ПО. Для городских условий решение неоднозначно, т. к. здесь пространственное разрешение должно быть выше, а условия затенения изменяются гораздо резче, чем в полевых условиях.

Альтернативой статистическим методам прогноза являются детерминированные методы, в которых методики прогноза качества связи в ЭППР основаны на учёте двух факторов: влияния препятствий па трассе распространения сигнала от БС до ЭППР и местных условий в ЭППР | 8.9 ]. Если ограничиться энергетической моделью канала передачи в радиолинии подвижной радиосвязи, то характер флуктуации амплитуды сигнала в глобальной зоне определяется тремя параметрами [ 8.4 ]: медианным значением уровня поля, среднеквадратическим отклонением его флуктуации и параметром, характеризующим наличие или отсутствие условий прямой видимости между фазовыми центрами антенн БС и ПО по условиям распространения на интервале.

Для определения медианного значения уровня сигнала в ЭППР можно использовать известные методики расчёта затухания сигнала в радиолинии УКВ диапазона прямой видимости. Методики расчёта тесно увязаны с используемыми исходными данными. В этом случае с заданной точностью восстанавливается профиль трассы или ее трехмерная картина. Соответственно рассматривают методы 2D и 3D. Для метода 2D профиль представляет собой плоскую картинку. Для метода 3D рассматривают или объем первой зоны Френеля, или объём, позволяющий учесть возможность прихода сигнала в точку приема по многим путям ("трассовая" многолучевость).

Методы 2D к настоящему времени развиты в наибольшей степени |9 ]. Для условий открытой местности строится профиль трассы, при этом реальные препятствия аппроксимируются известными геометрическими фигурами, затем рассчитывается по известным формулам ослабление сигнала на каждом препятствии. Полученные результаты комбинируются. Основными видами геометрических фигур, аппроксимирующих реальные препятствия, являются полубесконечные параболы, цилиндры и клинья, которым соответствует разная точность и скорость расчёта величины затухания сигнала. Наименьшую точность при наивысшей скорости расчёта даёт аппроксимация препятствия клином [ 9].

Наличие или отсутствие условий прямой видимости между БС и ЭППР определяется из геометрических соотношений на трассе распространения сигнала.

В обоих случаях применение электронных карт (ЭК) позволяет учесть состояние рефракции атмосферы в географическом районе развёртывания системы ПРС, что является несомненным преимуществом ГИС-технологий перед применяемыми в настоящее время статистическими методами учёта влияния морфологии местности на качество связи. Например, появляется возможность расчёта верхней и нижней оценки вероятности качественной связи в ЭППР по условиям рефракции атмосферы.

Среднеквадратическое отклонение флуктуации уровня поля относительно его медианного значения в пределах глобальной зоны определяется в соответствии с классификацией типа подстилающей поверхности в пределах ЭППР. Например, с точки зрения прогноза вероятности качественной подвижной радиосвязи в пределах ЭППР номенклатура типов подстилающей поверхности может содержать: paвнину. лес, водную поверхность, населённый пункт, болото и т.п.. Характерно, что состав номенклатуры типов подстилающей поверхности зависит от многих факторов, характеризующих степень влияния типа подстилающей поверхности в ЭППР на параметры радиолинии. Факторами влияния могут быть: диапазон частот, аналоговый или дискретный вид сигнала, используемые методы повышения качества и вероятности связи.

Указанные методы позволяют также выявить возможность прихода в точку приёма копий сигнала с большей задержкой и актуальны для условий сильнопересечённой местности и разновысотной городской застройки.

Для городских условий МСЭ рекомендовано применение модели Walfisch-lkegami [10 ], которая является сочетанием методов 2D и 3D. Собственно метод Walfisch обеспечивает компоненту 2D, а метод Ikegarni - 3D. Метод Walfisch заключается в следующем. В точке приема учитываются следующие механизмы распространения на трассе: дифракция поля на зданиях, аппроксимированных эквидистантной решеткой (влияние трассы) - Flat Edge Model, дифракция поля на кромке последнего здания на трассе и отражение поля от противоположного здания (влияние местных условий). В модели используются усреднённые значения высот зданий и ширины улиц на трассе. Экспериментально установлено, что модель теряет точность при больших и очень малых углах возвышения трассы и наличии значительных перепадов высот зданий на трассе. Кроме того, экспериментальные значения коэффициента отражения поля от стены противоположного здания улицы меняются в пределах 2... 15 дБ. Данная часть общей модели в настоящее время доработана и учитывает разновысотность зданий на трассе (модель ITU-R в Report 567-4).

Вклад Ikegami в модель заключается в том, что учитывается возможность прихода сигнала в точку приема несколькими путями с последующим сложением копий сигнала ("трассовая" многолучевость).

Для системы персональной связи модель ЗП БС будет другой [ 11 ]. Данные системы являются микро- и пикосотовыми, и антенны базовых станций размещаются на высоте фонарных столбов, т. е. ниже уровня крыш. Антенна приёмника - на типичной высоте автомобильной крыши или головы человека. Модели зданий представляют собой блоки с бесконечной высотой и гладкими поверхностями, улицы пусты (отсутствуют случайные отражатели).

Сцена имеет следующий вид - в точку приёма приходит несколько отражённых лучей (до трех) и не более одного луча, дифрагированного на углу здания. Картина становится двумерной (с учётом отражения сигнала от мостовой), что существенно удешевляет создание ЦКМ для проведения расчётов. В качестве ЭППР можно использовать ячейки квадратной сетки с размером, эквивалентным величине микро- или пикосоты, однако теперь их размеры не соответствуют глобальной зоне, а характеризуют определённый элемент окружения ПО (типовую сцену). В качестве типовых сцен могут быть назначены: прямые и кривые улицы, прямые и косые перекрёстки, скверы и парки и т.д. Таким образом, прогноз зоны покрытия системы персональной связи будет представлять собой совокупность прогнозов для типовых сцен.

Детерминированные методы требуют построения профиля трассы "БС - ПО" для каждой ЭППР территории. Точность расчёта величины затухания сигнала на трассе зависит от точности метода расчёта и точности задания исходных данных, т. е. от точности восстановления в общем случае трехмерной картины. Для автоматизации расчётов целесообразно использовать геоинформационные системы (ГИС) на основе ЭК.

При обосновании величины горизонтального разрешения пространственного распределения морфологических данных о местности, точности аппроксимации высот рельефа, номенклатуры типов подстилающей поверхности было показано, что для условий среднепересеченной местности достаточным является горизонтальное разрешение 250 м, точность задания высот 4 м и учет восьми типов подстилающей поверхности [ 8.12 ]. Для гористой местности величина горизонтального разрешения уменьшается до 50 м. Для городских условий горизонтальное разрешение должно составлять 5 м-, иначе не будут обозначены все проезды, хотя для проведения самих расчётов достаточно горизонтального разрешения в 10 м [ 8.13 ].

Требования к качеству прогноза ЗП и ЗПС БС определяют метод прогноза и параметры исходных данных, С точки зрения влияния полноты учета рельефа местности на точность прогноза уровня ЭМП, можно выделить модели прогноза пяти типов [ 8,9 ]:

- без использования данных о рельефе;

- с приближенной оценкой рельефа (используются параметр пересеченности рельефа dh и эффективная высота антенны базовой станции h);

- с точной оценкой данных о рельефе (определяются величина минимального просвета на интервале и удаление препятствия);

- аналогичная, но с учетом эмпирических коэффициентов для местных условий и получением гарантированных оценок величины затухания;

- модель, аналогичная предыдущей, но с учетом возможных погрешностей в задании исходных данных об условиях распространения УКВ.

Представленная классификация моделей прогноза позволяет проводить сравнительную характеристику различных методов учета влияния рельефа на затухание УКВ и, правильно классифицируя по указанным признакам новые методы, получать приближенные оценки их точности, избегая при этом дополнительных исследований. Кроме того, классификация позволяет сформулировать некоторые общие рекомендации для использования различных методов в практических расчетах в зависимости от специфики решаемых задач.

Исходная информация для создания проблемно-ориентированных ЭК может быть представлена в различной форме. В последнее время получили значительное развитие методы зондирования территории из космоса. Реализуемые точности исходной базы данных радиометрическими методами составляют 2 м по высоте и 30 м по горизонтали, после дополнительной обработки горизонтальное разрешение может быть улучшено. Съёмка в панхроматическом диапазоне обеспечивает горизонтальное разрешение 0,5 м, при многоспектральном режиме 4 м и в гиперспектральном режиме 8 м [ 8 ].

Процедура планирования радиосети

Сотовая радиосеть должна обеспечивать связь подвижным абонентам в данной зоне обслуживания со стационарной сетью. Элементами радиосети являются базовые станции. Базовые станции, находящиеся на достаточном удалении друг от друга, могут повторно использовать одну и ту же частоту. Качественное проектирование радиосети должно удовлетворять ожидаемой плотности трафика (закладывается заказчиком для данных обслуживания абонентов) при минимальном количестве установленного радиооборудования с учетом ограничений в частотной области и возможности увеличения пропускной способности сети при возрастании запросов на передачу трафика. Эта задача может решаться за счет оптимизации мест расположения базовых станций, мощности передатчиков, высот антенн и их типов (ненаправленные или с направленностью по секторам) и распределения частот между базовыми станциями. Сложность задачи не позволяет найти прямое решение и подразумевает использование метода последовательных приближений.

При описании процедуры синтеза структуры сети требуется учитывать тип системы. В дальнейшем будем ориентироваться на параметры систем стандартов NMT и GSM.

Первый шаг (этап 1) по планированию сети - получаются следующие данные:

- пересеченность местности;

- морфоструктура территории (тип подстилающей поверхности);

- распределение населения, транспортных потоков и другие факторы, влияющие на плотность трафика;

- прогноз числа абонентов;

- требования к рабочим характеристикам радиооборудования дня обеспечения соответствующего качества радиосвязи;

- вероятность блокировки вызова;

- рекомендуемые участки для размещения базовых станций;

- имеющаяся в распоряжении полоса частот;

- совместимость с другими системами;

- сетевые интерфейсы.

Данные о пересеченности местности и ее морфоструктуре должны быть представлены в цифровом формате (пространственное разрешение по горизонтали должно быть около 100 м). Тип подстилающей поверхности должен определяться, по крайней мере следующими классами: открытые участки, лес, участки застройки и водная поверхность. Рекомендуется иметь подклассы для участков, покрытых растительностью, и участков застройки.

Поскольку плотность трафика может меняться в десятки раз от городского центра к сельскому району, необходимо сделать двумерную карту плотности трафика.

Заказчик и компания (будущий оператор сети) должны определить требования к эксплуатационным характеристикам и вероятности блокировки, прогнозировать ожидаемое число абонентов на различных этапах реализации проекта на основе исследования рынка. У заказчика запрашивается перечень рекомендуемых участков для размещения базовых станций.

Важно знать возможное поведение абонента для эффективного планирования трафика и потребности в каналах управления. Оно представляется средней величиной трафика, приходящегося на одного абонента, средним временем удержания канала, длительностью вызова абонента, а также процентом вызовов из подвижных средств и из стационарных объектов и т.д. Эти данные обычно предоставляются заказчиком системы.

Для того, чтобы избежать помех со стороны других систем, следует получить данные о системах, работающих в той же полосе частот или в соседних полосах, сигналы которых попадают в зону обслуживания развертываемой системы.

При планировании сети следует учитывать полученный на основе математических моделей прогноз величин напряженности поля для условий, характерных в зоне обслуживания. В дальнейшем потребуется проводить измерения для подтверждения правильности прогнозов и нахождения участков ненадежного приема.

Синтез структуры сети начинается с построения ее первого приближения (этап 2). Эта процедура сводится к определению местоположений базовых станций и параметров их антенн на основе оценки плотности трафика и характера местности. Синтез структуры сети проводится в соответствии со следующими правилами:

1. Находится максимальное число частот (несущих), приходящихся на ячейку,

где N₀- общее число имеющихся частот; С - размер кластера повторного использования.

При построении первого приближения размер кластера повторного использования обычно берется равным 9. Далее после анализа вероятностей взаимных помех эта величина может корректироваться, поскольку алгоритм назначения частот должен обеспечивать более гибкое составление плана их использования. В данном же случае осуществляется оценка N_max. Пропускная способность для трафика ячейки Т_с рассчитывается как функция числа частот N_mах и максимально допустимой вероятности блокировки Р_бл,. Для этого расчета используется статистика трафика, заданная в эрлангах. Требуется предусмотреть выделение части каналов для целей управления и сигнализации.

2. Построение сети начинается с областей с самой высокой плотностью трафика и затем, переходя к районам с более низкой плотностью трафика, последовательно добавляются ячейки до тех пор, пока не будет охвачена вся зона обслуживания Площадь ячейки в зоне со средней плотностью трафика t_ср, определяется с использованием выражения А _с=Т с/t_cр. Исходя из величины этой площади, следует выбрать подходящую позицию для базовой станции, которая могла бы обеспечить хорошую зону охвата (уверенного приема) и малую мощность помех в прилегающем районе.

Выбор местоположений базовых станций и определение мощности передатчиков, определение высот антенн, типов антенн и их ориентации обеспечивается итеративным методом. В процессе синтеза сети после построения нескольких ячеек периодически производится проверка на наличие провалов в пространственном распределении уровня поля по причине затенения в зоне обслуживания.

3. Количество несущих частот на ячейку поддерживается постоянным в пределах всей сети.

Обычно применяется направленный кластер повторного использования, например, 3x3 (т.е. 3 базовые станции, каждая из которых обслуживает 3 секторные ячейки по 120°), Для обычных условий распространения этот кластер обеспечивает уровень радиосигнала выше порогового значения сигнал/шум.

Направленные и ненаправленные антенны базовой станции ячейки дают примерно одинаковый размер кластера повторного использования и пропускную способность при заданных требованиях к качеству радиоканала. Однако использование двух- и трехнаправленных антенн приводит к более экономному использованию ресурса системы по сравнению с ненаправленными. Использование ненаправленных антенн и больших размеров кластеров повторного использования (C>9) целесообразно только во время развертывания системы или в районах с низкой нагрузкой в зонах обслуживания базовых станций.

4. Радиус ячейки имеет нижний предел, например для стандарта GSM, около 0,35 км, что обусловлено направленностью антенн. Верхний предел определяется, исходя из условий обеспечения зон охвата (зон уверенного приема), принимая во внимание максимально возможную мощность передатчиков портативных станций, чувствительность приемников базовых станций, потери при распространении радиоволн, флуктуации мощности сигнала из-за наличия мест, попадающих в область тени. При планировании следует руководствоваться правилом, что зона уверенного приема должна составлять 90% площади ячейки.

В окончательно построенной сети подвижный абонент, находящийся на границе ячейки, может соединяться более чем с одной базовой станцией. Благодаря этому обеспечивается практически полный охват зоны обслуживания. Максимальная дальность связи, в частности для системы GSM, определяется величиной максимальной задержки сигнала вследствие многолучевости, допустимой при обработке сигнала и составляет 35 км. Для районов с исключительно низкой плотностью трафика или при необходимости перекрывать большие расстояния допускается возможность увеличения дальности радиосвязи до 120 км.

5. При определении размеров ячеек должна приниматься во внимание топография местности. Например, можно рекомендовать, чтобы базовые станции располагались не на вершине холмов, а предпочтительно в высоких зданиях в долинах. Благодаря этому зона обслуживания может быть четко ограничена.

6. Плотность трафика может изменяться в зависимости от местоположения в десятки раз. Соответственно и радиусы ячеек могут изменяться приблизительно в 10 и более раз. Расстояние, на котором возможно повторное использование частот, сопоставимо с радиусом ячейки для малых радиусов. При больших радиусах пространственная расфильтровка способствует уменьшению помех. Однако для получения ожидаемого выигрыша при повторном использовании частот в районах с малыми ячейками необходимо, чтобы более крупные ячейки в прилегающих районах были направленными.

7. Возможность потенциального роста пропускной способности сети учитывается следующим образом. В начале проектируется полная сеть. Затем, опираясь на полную сеть, из нее конструируются различные варианты сетей с меньшей пропускной способностью. Таким образом постепенно приходим к варианту сети, которая вводится в эксплуатацию. Это осуществляется за счет исключения ряда базовых станций и замены секторных антенн ненаправленными.

Прогнозируются средние значения напряженности поля E_mаx (b,х) (этап 3) для каждого передатчика базовой станции в местоположениях х в его собственной зоне обслуживания и в областях, где он может создать помехи другим станциям. Прогнозирование напряженности поля основывается на полуэмпирической модели Окамуры и на аналитической модели, разработанной Хата [ 8]. Практика показывает, что четырех классов морфоструктуры, определенных Хата, недостаточно. В зависимости от качества банка данных о морфоструктуре можно получить большее число классов. Поэтому необходимы некоторые корректировки и дополнения. В отмеченных выше моделях вычисление значений напряженностей полей производится в следующей последовательности:

- оценка профилей местности между базовой станцией "В" и местоположением "х" с учетом высот рельефа и данных о морфоструктуре, полученных из банка данных:

- анализ профиля территорий с учетом неровностей, скатов, препятствий, перехода от суши к морю;

- определение поправок с учетом морфоструктуры окружающей среды для подвижной станции (ПС);

- определение поправок на высоты антенн вследствие наклона местности в районе расположения ПС в соответствии с методом, предложенным Ли [ 8.5 ];

- прогнозирование напряженности поля при использовании формулы Хата с учетом морфоструктуры, высоты подъема антенн у ПС, скорректированной высоты антенны у базовой станции, частоты, мощности;

- вычисление дополнительных потерь из-за дифракции, обусловленной наличием одного или большего числа препятствий в зоне Френеля, которые захватывают линию прямой видимости (дифракция на препятствиях с острыми и закругленными краями);

- корректировка, учитывающая смешанный характер трассы (суша/море);

- поправка, учитывающая дифракцию для расстояний больше 20 км;

- учет данных по ориентации улиц (если они обеспечиваются базой данных);

- учет сезонных изменений (например, лес с лиственным или без лиственного покрова).

Таким образом, прогнозирование в процессе планирования основано на использовании известных моделей, которые пригодны лишь для первоначальной оценки напряженности поля. Для получения большей точности необходимо выполнить измерения напряженности поля в заданном районе и использовать эти данные для калибровки параметров в моделях. Определение морфоструктуры классов для городских зданий и природных ландшафтов, которые характерны для разных стран, говорят в пользу калибровки (получения более точных данных). Все изложенное соответствует оценкам напряженности поля в макросотах. Вообще говоря, ПС, находящаяся в разных местах соты (ячейки), может обслуживаться более чем одной базовой станцией с приемлемым качеством передачи информации. Поэтому подход, рассматривающий соты (ячейки) с четко определенными границами, не является правильным. Целесообразно их определять, задаваясь вероятностью назначения (приписки подвижного абонента), указывающей на то, что в течение времени обслуживания ПС в данном местоположении будет связана с i-й базовой станцией. Для заданного местоположения х справедливо следующее равенство:

(3.2)

Оценка P_ass(b_i,х) основана на упрощенной модели стратегии передачи управления в системе, которая учитывает значения относительной напряженности поля от нескольких базовых станции в местоположениях ПС при заданном запаздывании при передаче сигналов управления. Обеспечивается асимметричный запас при передаче управления для уравновешивания трафика между соседними ячейками. При планировании используется зонтичное построение ячеек. Вероятности назначения дают полное определение зоны обслуживания и заменяют упрощенную картину представления ячейки в виде шестиугольника. Район, где 0,1 < Р_ass(b_i,,х) < 0.9, может определяться как зона передачи управления.

Уровень радиосигнала в соте (ячейке) является величиной случайной, распределенной относительно своего среднего значения. Многолучевое распространение вызывает быстрые релеевские замирания сигнала, в то время как различные уровни затенения и отражения в среде, окружающей ПС, приводят к медленным замираниям. Вероятность того, что фактическая выборка Е из множества значений сигнала, взятая в местоположении x, превышает заданный порог Е_thr„, зависит от средней напряженности поля Е_тed(b,х) и стандартной дисперсии сигнала при логнормальной модели радиоканала. Величина дисперсии сигнала зависит от морфоструктуры в месте x и может изменяться в пределах от 4 дБ до 12 дБ. Приемлемая величина для порогового значения сигнала, например, в системе GSM составляет около -102 дБмВт (что приблизительно соответствует E c/N = 8 дБ для типового демодулятора приемника) и гарантирует приемлемое качество речи. Вероятность выполнения требований по энергетике базовой станцией b_i в местоположениях х задается как:

Р_cov(b,х) вычисляется для всех базовых станций, обслуживающих данный участок сети. Вероятность выполнения требований по энергетике для заданного местоположения x определяется в виде

(3.4)

где b₁...b_n, - возможные обслуживающие базовые станции в точке х (т.е. P_ass (b_i,,x)> 0, i=1,n).

По желанию, можно вместо этого критерия использовать критерий, взвешенный по плотности трафика и по вероятности назначения. Средняя вероятность покрытия определяется выражением

(3.5)

Интеграл берется по площади ячейки, обслуживаемой базовой станцией "b' (dх - элемент пространственного разрешения площади). Границы ячейки нет необходимости определять, так как они в неявной форме учтены в P_ass. Взвешивание по плотности трафика t(x) является необязательным (осуществляется по выбору)

Обычно требования к параметрам энергетического покрытия неодинаковы по участкам сети и зависят от плотности трафика или от морфоструктуры. Например, может потребоваться использование портативных станций с мощностью передатчика 0,8 Вт внутри помещений либо в центре большого города, в то время как в сельских районах потребуются подвижные станции мощностью 8 Вт. При использовании данных о морфоструктуре в анализ может быть введен критерий покрытия, зависящий от местоположения подвижного абонента Если предположить, что ожидаемая плотность трафика для зоны обслуживания сети задана, то используя эту информацию, можно оценить фактическую нагрузку по передаче трафика Т(b) для b-й базовой станции

Используя формулы Эрланга и учитывая максимальную вероятность блокировки и максимальную нагрузку, составляющую, например, 0,8 Эрл/канал, можно определить фактическую потребность в каналах для передачи трафика и вычислить число каналов управления. Суммарное количество каналов передачи трафика и каналов управления ведет к получению окончательного числа N_C(B) несущих частот, каждая из которых требует передатчика базовой станции. Если первоначальное преднамеренное ограничение максимального числа несущих частот на ячейку N_max будет существенно превышаться для ряда ячеек, то можно получить более сбалансированную нагрузку по передаче трафика путем внесения изменений в первоначальный проект сети, уменьшая высоту антенн для перегруженной ячейки, и увеличивая этот параметр для соседних ячеек или путем изменения числа каналов по передаче команд управления.

Определение вероятностей взаимных помех (этап 4) является предварительным шагом для последующего назначения частот. Прежде чем назначить в паре сот (ячеек) одни и те же или смежные частоты их следует проверить на совместимость, т.е. оценить вероятность взаимных помех, которая должна быть ниже заданного порогового значения. Два передатчика базовых станций, которые используют те же или смежные частоты, могут создавать взаимные помехи принимающей подвижной станции в местоположении х. Если предположить, что ПС связана с i-й базовой станцией, то вероятность того, что радиолиния подвергается воздействию мешающего сигнала, передаваемого к-й базовой станцией, можно представить как

(3.7)

где с/п - отношение сигнал/помеха, определяемое используемой системой.

Например, для стандарта GSM пороговое значение отношения сигнал/помеха равно 9 дБ (по основному каналу) и -9 дБ (по соседнему каналу) при обычных условиях распространения. Е - напряженность поля, полученная в соответствии с логнормальным распределением напряженности поля относительно E_med вблизи х.

Фактическое отношение с/п является не постоянным значением, а функцией отношения E_c/Nи условий распространения. Игнорирование зависимости с/п от E_c/N вводит неточность в окончательные расчеты эксплуатационных характеристик, но вполне допустимо для сильных, либо, наоборот, слабых помех.

Для получения вероятности того, что на ПС, находящуюся в зоне обслуживания i-и базовой станции, воздействует мешающий сигнал, локальная вероятность помехи должна усредняться по зоне обслуживания базовой станции с весом, соответствующим вероятности назначения, т.е.

(3.8)

Вероятности помех в работающей сети должны быть малы. Поэтому базовые станции, которые создают взаимные помехи и которыми нельзя пренебречь, не должны использовать те же или соседние частоты.

Следует отметить, что вероятность взаимных помех P_intm пар базовых станций представляет собой лишь предварительную величину, используемую для назначения частот. Окончательная вероятность помех определяется суммой влияния всех возможных источников помех для данной базовой станции. Это становится возможным лишь после того, как известны рабочие частоты, т.е. после назначения частот. Эти ограничения выражаются в виде матрицы совместимости размером NxN, где N - число базовых станций и ячеек в сети.

Классические концепции о назначении частот (этап 5) основаны на разделении всей имеющейся полосы частот на несколько раздельных групп частот. Количество групп называется размером кластера повторного использования. Он зависит от порогового значения отношения сигнал/шум (18 дБ для аналоговых систем и 9 дБ для цифровых систем). Размеры кластера определяют разнос ячеек с одинаковыми группами частот для получения приемлемой величины вероятности помех. Однако при этом не обеспечивается оптимальное рас

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

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 делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

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