Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование эволюции технических средств и способов реализации структур радиотелефонной связи 7
1.1. Анализ тенденций развития сетей подвижной радиосвязи в Российской Федерации 7
1.2. Анализ технических характеристик и перспектив использования цифрового стандарта мобильной связи GSM 16
1.3. Характеристики стандарта DECT и принципы его взаимодействия с GSM 21
1.4. Системы подвижной связи с кодовым разделением каналов CDMA 25
1.5. Особенности архитектуры универсальной мобильной телекоммуникационной системы UMTS 28
1.6. Выбор методов описания сетей подвижной связи 32
1.7. Постановка задачи исследования 34
2. Разработка математической модели процесса обслуживания вызовов на сетях связи с кодовым разделением каналов 37
2.1. Разработка общей структуры математической модели, выбор системы параметров и характеристик 37
2.2. Разработка формализованного представления макроуровня сотовой сети подвижной связи 42
2.3. Математическая модель микроуровня для сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов 54
3. Разработка метода расчета пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов 63
3.1 Анализ требований, предъявляемых к выбору способа построения сетей подвижной связи 63
3.2. Исследование распределения трафика на макроуровне сети подвижной связи 67
3.3. Оценка пропускной способности сети подвижной связи технологии CDMA с учетом особенностей «мягкой эстафетной передачи» 78
3.4 Разработка метода расчета пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов 105
4. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований и разработка рекомендаций по использованию метода расчета пропускной способности сети подвижной связи технологии CDMA 121
4.1. Методика оценки вероятностных показателей режима «мягкой эстафетной передачи» 121
4.2. Результаты экспериментальных исследований использования радиоинтерфейса соты стандарта CDMA 133
4.3. Анализ характеристик и рекомендации по выбору режима функционирования базовых станций 140
Заключение 146
Литература 149
Приложение
- Анализ технических характеристик и перспектив использования цифрового стандарта мобильной связи GSM
- Разработка формализованного представления макроуровня сотовой сети подвижной связи
- Исследование распределения трафика на макроуровне сети подвижной связи
- Результаты экспериментальных исследований использования радиоинтерфейса соты стандарта CDMA
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития подвижной (мобильной) связи характеризуется высокими темпами роста числа пользователей цифровых сотовых сетей подвижной связи (СПС-Ц). Ожидается, что к 2002 году число пользователей СПС-Ц достигнет 600 миллионов. Имеется тенденция освоения новых диапазонов частот, предоставляемых операторам связи на правах аренды. Начинается реализация концепции универсальных мобильных телекоммуникационных систем третьего поколения UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems). В рамках UMTS ключевыми направлениями развития СПС-Ц являются: эволюция на базе технологии множественного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access) - стандарты GSM и DECT; эволюция на базе технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access) - модификации стандарта IS-95 и новые стандарты связи на базе широкополосной технологии W-CDMA.
Важной характеристикой функционирования СПС-Ц является пропускная способность сети, то есть интенсивность нагрузки, пропущенной сетью с заданным качеством. Актуальной проблемой является эффективное использование выделенного оператору связи ресурса частот с целью повышения пропускной способности элементов сети и сети подвижной связи в целом.
В диссертационной работе исследуются особенности функционирования СПС-Ц технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов. Актуальность исследования подтверждается перспективностью реализации СПС-Ц на оборудовании технологии CDMA, допускающем двойное использование (военные и гражданские цели), обеспечивающем высокую защищенность передаваемой информации и работу пользователей при минимальном уровне сигналов.
Цифровая сотовая сеть подвижной связи состоит из совокупности ячеек (сот). Будем обозначать понятием «сота» участок территории, где качество приема радиосигнала от базовой станции с точки зрения мобильных абонентов будет находиться в заданных фиксированных пределах. Базовая станция располагается в центре каждой соты сети и обеспечивает предоставление пользователям каналов трафика радио интерфейса на время разговора, контроль качества связи, эстафетную передачу абонентов на обслуживание в другие соты. Ресурс каналов трафика радиоинтерфейса в сотах сети технологии CDMA, как правило, фиксирован. Под пропускной способностью соты понимается интенсивность нагрузки, которую может пропустить радиоинтерфейс соты сети с заданной вероятностью потерь по вызовам.
Зоны обслуживания соседних базовых станций, как правило, перекрывают друг друга. Мобильный абонент CDMA может обслуживаться одной, двумя или тремя базовыми станциями с использованием ресурса каналов трафика соседних сот сети в режиме «мягкой эстафетной передачи». Актуальной проблемой является исследование зависимости пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов от структуры сети, интенсивности перемещения абонентов и особенностей режима «мягкой эстафетной передачи. Исследование процессов «мягкой эстафетной передачи» абонентов в сетях CDMA и разработка рекомендаций по оптимизации пропускной способности сети подвижной связи представляют значительный теоретический и практический интерес.
Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов, учитывающего особенности структуры сети, влияние перегрузок за счет мобильности абонентов и степень взаимного влияния между соседними сотами сети, которое является следствием использования перспективного режима «мягкой эстафетной передачи».
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: сравнительный анализ характеристик сотовых систем подвижной связи; разработка двухуровневой математической модели процесса обслуживания вызовов в сетях связи с кодовым разделением каналов, позволяющей исследовать взаимодействие элементов сети между собой (макроуровень) и рассматривать различные модели обслуживания вызовов в пределах соты (микроуровень);
разработка математической модели функционирования соты системы подвижной связи технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов, учитывающей влияние на пропускную способность соты режима «мягкой
эстафетной передачи», когда обслуживание вызова одного мобильного абонента обеспечивают несколько базовых станций, расходуя свои частотные ресурсы;
разработка компьютерных программ итерационного решения системы уравнений, описывающих макроуровень сети подвижной связи заданной структуры, и программы расчета вероятности потерь по вызовам на микроуровне;
разработка метода оценки пропускной способности сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов, учитывающего особенности структуры сети, влияние перегрузок за счет мобильности абонентов и степень взаимного влияния между соседними сотами сети на микроуровне;
разработка имитационной модели моделирования работы соты сети для технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, вычислительной математики и программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана двухуровневая математическая модель сети подвижной связи. На макроуровне описывается взаимодействие между сотами сети, что позволяет выявить соты с повышенной нагрузкой, образующейся из первичной нагрузки и нагрузки, поступающей из соседних сот при перемещении абонентов. На микроуровне проводится анализ функционирования отдельных сот, позволяющий учесть влияние на пропускную способность соты режима «мягкой эстафетной передачи». Гибкость математической модели достигается за счет независимого анализа функционирования макроуровня и микроуровня;
- предложена математическая модель функционирования микроуровня цифровой сотовой сети подвижной связи технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов. Ресурс радиоканалов трафика одной соты, управляемый базовой станцией, рассматривается как полнодоступная система массового обслуживания, на вход которой поступает поток групп заявок на обслуживание. Особенности режима «мягкой эстафетной передачи» учитываются тем, что вызов от абонента, находящегося в пограничной области, рассматривается как одна, две или три заявки на обслуживание;
-5- разработан метод оценки пропускной способности цифровой сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов, учитывающий мобильность абонентов, неравномерность распределения абонентов по территории мобильной сети и необходимость рационального использования ресурса каналов трафика на микроуровне;
- разработаны программы расчета характеристик макроуровня и микроуровня сетей с кодовым разделением каналов, в результате расчетов на персональном компьютере получены рекомендации по выбору режима функционирования базовых станций, типа устанавливаемых антенн и соотношения между радиусом зоны покрытия и радиусом соты.
Основные положения, выносимые на защиту:
формализация процесса поступления и обслуживания вызовов на сети с кодовым разделением каналов в виде двухуровневой математической модели, учитывающей мобильность пользователей;
математическая модель функционирования соты сети подвижной связи технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов, которая рассматривается как полнодоступная система массового обслуживания с групповым поступлением заявок на обслуживание, позволяет учесть «мягкую эстафетную передачу» пользователей между соседними сотами;
разработанный метод расчета пропускной способности цифровой сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов позволяет определять:
вероятность потерь по вызовам из-за отсутствия свободных каналов трафика; вероятность потери вызова в процессе эстафетной передачи; допустимую интенсивность нагрузки с учетом емкости радио интерфейса, - а также обеспечивать решение задач анализа и синтеза цифровых сотовых сетей подвижной связи;
- имитационное моделирование подтвердило достоверность и адекватность результатов математической модели для цифровой сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов.
Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и проведенное моделирование на персональном компьютере, а также полученные из них выводы и рекомендации получены автором лично.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации двухуровневая математическая модель функционирования цифровой сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов позволяет исследовать зависимость вероятности потерь по вызовам от структурных параметров сети связи, учесть мобильность абонентов и особенности режима «мягкой эстафетной передачи». Метод расчета пропускной способности цифровой сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов может быть использован для определения допустимой интенсивности нагрузки на ячейку сети с учетом того, что часть радиоресурса ячейки будет задействована в режиме «мягкой эстафетной передачи». Разработанная методика оценки вероятностных показателей режима «мягкой эстафетной передачи» позволяет обосновать выбор конфигурации ячеек сети с учетом предполагаемого типа антенн, наличия зон перекрытия и расстояния между базовыми станциями соседних ячеек.
Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры СУ ГТС МТУСИ, а также в научно-исследовательской работе ЗАО «Межрегиональный Транзит Телеком», что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на Международных форумах информатизации МФИ- 1998 (Москва, ноябрь 1998 г.), МФИ-1999 (Москва, ноябрь 1999 г.), МФИ-2000 (Москва, ноябрь 2000 г.) и МФИ-2001 (Москва, ноябрь 2001 г.), на Научно- технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУСИ (1998г., 1999г., 2001г.), на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она включает 91 страницу машинописного текста, 31 рисунок, 29 таблиц, 5 приложений. Список литературы включает 110 наименований.
Анализ технических характеристик и перспектив использования цифрового стандарта мобильной связи GSM
Первая коммерческая сеть GSM была развернута в Германии в 1992 году. На основе этого базового стандарта было создано так называемое "GSM семейство" [4,5,8,11,28,31], которое включает стандарт GSM-900 и производные технологии - DCS-1800 и PCS-1900 (Северная Америка). "GSM семейство" захватило наибольший сегмент мирового рынка. По данным аналитической группы Nortel число его пользователей в мире возрастет до 684 миллионов пользователей в 2002 году. Ожидается, что он охватит более половины мирового рынка (56% в 2002 году).
В России началось совместное использование на сетях оборудования GSM-900 и GSM-1800. Создание федеральной сети GSM с полным набором услуг планируется завершить к 2010 году. Большим преимуществом перед другими стандартами в нашей стране у GSM является международный роуминг. Однако по проведённым исследованиям данной услугой пользуются лишь около 3% абонентов. К тому же стоимость создания сети GSM на больших территориях довольно высока. Поэтому говорить о явном превосходстве данного стандарта в России пока рано. Основные характеристики стандарта GSM
В соответствии с рекомендацией СЕРТ стандарт GSM на цифровую глобальную сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890 - 915 МГц - для передатчиков подвижных станций; 935 - 960 МГц - для передатчиков базовых станций (таблица 1.2).
В стандарте GSM используется узкополосный множественный доступ с временным разделением каналов (NB TDMA). Полоса частот стандарта GSM в каждом поддиапазоне может достигать ширины 25 МГц, причем разнос частот приема и передачи установлен равным 45 МГц. В конкретных проектах СПС диапазон выделяемых для работы частот может быть сужен. Максимальное число радиоканалов в стандарте GSM составляет 124 РК с разносом несущих канальных частот - 200кГц. Для передачи речи или данных в каждом радиоканале за счет временного уплотнения организуются восемь информационных каналов (рис.1.1).
Скорость преобразования речевого кодека в стандарте GSM равна 13 бит/с. Передача данных через радиоканал может осуществляться со скоростью 3,6 Кбит/с; 6,0 Кбит/с или 12,0 Кбит/с. Стандартная скорость передачи информации в информационном канале GSM составляет 16 Кбит/с (речевая информация передается со скоростью 13 Кбит/с, а данные сигнализации - со скоростью 3 Кбит/с). Для связи базовых станций с центром коммутации и выхода на ТФС-ОП или сети передачи данных используются цифровые соединительные линии с импульсно-кодовой модуляцией со скоростью передачи64 Кбит/с в каждом из 30-ти временных каналов. Для перехода к этой скорости на базовой станции предусмотрено транскодирование.
Оборудование стандарта GSM должно обеспечивать связью подвижных абонентов в сотах радиусом до 35 км. Максимальная мощность приемопередатчика базовой станции составляет 60 Вт и может регулироваться в широком диапазоне. Различаются пять классов мобильных станций от модели 1-ого класса с выходной мощностью 20 Вт, устанавливаемой на транспортном средстве, до портативной модели 5-ого класса, мощностью 0,8Вт.
Суммарная скорость передачи по РК в стандарте GSM равна 270,833 кбит/с (длительность одного информационного бита 3,692мкс). Передача ведется так называемыми TDMA кадрами, длительностью по 4,615 мс. Каждый TDMA кадр делится на восемь интервалов, соответствующих информационным каналам с номерами от 1 до 8. Такие интервалы называются "окнами". Физический смысл "окна" - выделение промежутка времени для модуляции несущей частоты радиоканала цифровым информационным потоком речи или данных. Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, которые размещаются в этих "окнах". Длительность окна равна 0,577 мс, а длительность пакета установлена меньше длительности окна и составляет 0,546мс.
Отличительной чертой стандарта GSM является высокая степень защищенности передаваемой информации от несанкционированного доступа. Защиту от подслушивания и искажений при передаче обеспечивает блочное и сверточное кодирование с перемежением, а также медленное переключение рабочих частот (Slow Frequency
Hopping-SFN) со скоростью 217 скачков в секунду. Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что передаваемая от абонента информация передается поблочно и в каждом последующем кадре (через 0,577 мс) используется новая фиксированная частота несущей. Дуплексный разнос между направлениями приема и передачи равен 45 МГц. Всем «активным» абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие ортогональные формирующие последовательности, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентам в соте. Параметры последовательности переключения частот (частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются каждой базовой станцией в процессе выбора и закрепления за абонентом информационного канала. В смежных сотах используются различные формирующие последовательности.
Разработка формализованного представления макроуровня сотовой сети подвижной связи
Будем рассматривать каждую базовую станцию как узел открытой сети массового обслуживания [46,47,60], поскольку первичные вызовы могут возникать в каждом узле и после окончания обслуживания вызовы могут покидать сеть. Связь между двумя узлами отображает возможность передачи вызова на обслуживание от одной из рассматриваемых сот в соседнюю соту. Каждая базовая станция использует для обслуживания вызовов некоторый ресурс радиоканалов трафика, которые могут закрепляться за абонентами на время разговора. Каждый узел открытой сети имеет ряд возможностей для обеспечения успешного обслуживания или дальнейшей передачи вызовов, которые поступили на данный узел из других узлов.
Модель макроуровня сети подвижной связи построена следующим образом. Имеются к базовых станций и к соответствующих сот, которые некоторым образом покрывают территорию сети подвижной связи. Будем предполагать, что между сотами нет перекрытий, так что заявка абонента может быть обслужена только в одной из имеющихся сот. Вопросы обеспечения «мягкой» эстафетной передачи будут исследоваться на микроуровне. Пронумеруем соты некоторым образом целыми числами от 1 до к. Будем предполагать, что -ая базовая станция располагает ресурсом из VI радиоканалов трафика, =1,2,...,к. Обозначим через а, интенсивность нагрузки, поступающей на радиоканалы трафика -ой соты. Величина а,, для обслуживания которой используются VI радиоканалов трафика, образуется как сумма: нагрузки с интенсивностью ар,-, которая инициируется мобильными абонентами, находящимися в данный момент на территории соты; нагрузки, поступающей от мобильных абонентов других сот или от телефонной сети общего пользования.
Кроме того, величина а;, будет уменьшаться за счет той части нагрузки , которая будет направляться в другие соты при переезде пользователей.
Будем предполагать, что время обслуживания любого первичного вызова имеет экспоненциальное распределение с параметром ц., а также, что вызов будет находиться в -ой соте случайное время, имеющее экспоненциальное распределение с параметром уу и затем перейдет на обслуживание в соту ]. В ]-ой соте он занимает канал и обслуживается как первичный вызов, возникший в ]-ой соте. Возможность перехода вызова в одну из соседних сот определяется структурой сети и взаимным расположением базовых станций и характеризуется случайными величинами уу.
Рассмотрим случай, когда каждая базовая станция имеет бесконечное число радиоканалов, VI = при \ = 1,2,...,к. Это означает, что в рассматриваемой модели уход вызова из сети может осуществиться только за счет окончания обслуживания, которое произойдет на каком-то узле (не обязательно там, где вызов возник). Обозначим через 001 номера сот, в которые по условиям построения модели возможен переход на обслуживание из соты , а через - номера потоков, чьи вызовы по условиям построения модели могут попасть на дообслуживание в соту . Выясним, как распределено время обслуживания вызова от абонента, который находится на территории соты , при первичной попытке или при переходе из какой-то соты на обслуживание. Фрагмент функционирования -ой соты рассматриваемой модели сети показан на рис.2.1. Обозначим через П время, которое проводит активный абонент (абонент в состоянии вызова) на территории в -ой соте. При попадании активного абонента в -ую соту, он продолжает разговор с вызываемым абонентом. Поскольку длительность разговора имеет экспоненциальное распределение с параметром ц, то в силу основного свойства экспоненциального распределения, независимо от того, является ли вызов первичным или пришедшим на обслуживание, его остаточное время обслуживания также будет иметь экспоненциальное распределение с тем же параметром ц. Обозначим через Т3 время до окончания разговора рассматриваемого абонента, отсчитываемое от момента возникновения вызова в -ой соте. Обозначим через
Исследование распределения трафика на макроуровне сети подвижной связи
Использование возможностей персональных компьютеров позволяет оперативно производить оценку перераспределения трафика на макроуровне мобильной сети. Итерационный подход к оценке интенсивности нагрузки в ячейках (сотах) сети подвижной связи, учитывающий возможность перемещения абонентов в виде системы равновесия, был изложен в главе 2 и нашел свое отражение в разработанной программе расчета интенсивностей нагрузки ai.
Ячейки сети технологии CDMA могут иметь емкость радиоинтерфейса 55 радиоканалов трафика или 165 радиоканалов трафика. Первый вариант соответствует сети CDMA с кодовым разделением каналов при использовании антенн круговой направленности (общее число каналов равно 64, из которых для передачи абонентского трафика будут задействованы только 55 каналов). Для случая использования трехсекторных антенн емкость соты составляет 55 х 3 = 165 каналов трафика. Последняя разработка оборудования стандарта CDMA за счет использования специальных антенн позволяет обеспечивать 330 радиоканалов трафика в шестисектор- ной соте. Реальная емкость соты может быть ниже технологической емкости.
Для определения вероятностей перехода абонента на обслуживание в соседние соть! предположим, что вероятность перехода пропорциональна интенсивности первичной нагрузки в соте. Запишем формулу для определения вероятности перехода на обслуживание из соты j в соту : aP,i х Pvarj z - совокупность соседних сот относительно соты j ; ар, i - интенсивность нагрузки, первоначально возникающей в i -ой соте; к - общее число сот в сети подвижной связи;
Рчаг - вероятность того, что мобильный абонент во время разговора переедет из ой соты в соседнюю соту. Пусть Рмгц =Руаг, причем РУЭГ = 1-Рр, где Рр = Рпер.яч. - вероятность того, что абонент останется в той соте, где был зарегистрирован вызов. Расчеты были проведены для широкого диапазона изменения Рр = 0,6...0,9.
Имеет место тяготение абонентов к определенным, местам городской инфраструктуры. При проектировании новых объектов фиксированной телефонной связи такое тяготение учитывается специальными методами. Одним из методов распределения нагрузки по направлениям связи является привязка к предполагаемой емкости АТС сети [50,56,59]. Действительно, можно ожидать, что нагрузка в сторону 20-ти тысячной АТС будет примерно в два раза выше, чем нагрузка в сторону 10-ти тысячной АТС. В телефонных сетях определение коэффициентов тяготения остается сложной задачей. Возможные ошибки и просчеты заранее учитываются путем избыточного запаса межстанционных линий связи.
Применительно к рассматриваемой сотовой сети связи предположим, что распределение нагрузок при перемещении абонентов будет пропорционально первоначальным интенсивностям нагрузок в различных сотах, иначе, - пропорционально проектному числу мобильных абонентов. Предполагается, что места регистрации наибольшего числа мобильных абонентов совпадают с культурными и бизнес - центрами. Возможным также является привязка распределения нагрузок сети подвижной связи к существующей телефонной сети. Поскольку предположение о распределении нагрузок отражается только в заполнении исходного файла тяготения, при исследовании конкретных сетей могут вноситься коррективы, учитывающие опыт эксплуатации.
В сетях подвижной связи частотный ресурс ограничен [2,7,20]. Возможные перегрузки следует учитывать на этапе синтеза сети. Поскольку просчеты проектирования могут вызвать необходимость изменения проекта всей сети, или (если это невозможно из-за высоких затрат) дадут возможность конкурентам получит дополнительные доходы по трафику. Полезно оценивать функционирование удаленных сот сети, в которых снижение трафика позволяет использовать менее дорогое приемопередающее оборудование.
Функционирование математической модели для макроуровня мобильной сети рассмотрим на примере структуры сети, показанной на рис.3.2. Она имеет 25 ячеек (сот), то есть к=25. Такая структура характерна для покрытия деловой части крупного города, имеющего конфигурацию «круг». Для ячеек центра города характерно существенное превышение первоначально возникающей интенсивности нагрузки по сравнению с ячейками (сотами) на окраине города. Наиболее загруженной является ячейка номер 13, для которой величина а р13 = 90 Эрланг. Соседние с ней ячейки под номерами 8,9 и 14 имеют интенсивность нагрузки равную 70 Эрлангам. Остальные ячейки - 40 Эрлангов.
Для описания взаимного расположения ячеек на сети будем использовать двухмерную матрицу G[h,d], где h=1,2,...,k; d =1,2,...,k. Информация о структуре сети будет храниться следующим образом. Элемент G[h,0] содержит величину a ph, то есть характеризует первоначальную интенсивность нагрузки в ячейке h. Далее в элементах G[h,d], где d =1,2,...,к записывается первоначальная интенсивность нагрузки в ячейках с индексами d, если они являются соседними относительно рассматриваемой ячейки h, и записывается нуль, если они не являются соседними относительно рассматриваемой ячейки h. Вариант ввода исходных данных по структуре сети представлен в Приложении 1 программой итерационного решения системы уравнений на языке Turbo Pascal.
Результаты экспериментальных исследований использования радиоинтерфейса соты стандарта CDMA
Потери по вызовам из-за занятости всех каналов радиоинтерфейса соты Рвыз = РУ резко возрастают в области значений интенсивности поступающей нагрузки а, близкой к емкости радиоинтерфейса V. Если абоненты конкретных сот постоянно получают отказы в обслуживании, должен ставиться вопрос об изменении режима функционирования базовых станций (например, снижении мощности передатчиков) или об установке антенн другой конфигурации (например, переходе от круговой антенны к трехсекторным антеннам). Система управления может зафиксировать интенсивность обслуженной нагрузки в соте (3, которая определяется как
Поскольку величина Рвыз = F(a) увеличивается с ростом величины а, в практическом плане важно изучить зависимость (3 от а. Можно предположить , что существует некоторая область значений а, которая будет оптимальной с точки зрения максимума пропускаемого трафика (3- ртах и сохранения величины Рвыз на допустимо низком уровне. Найдем такие области для сот с антеннами круговой направленности, сот с трехсекторными и шестисекторными антеннами. Для проведения расчетов будем использовать рекомендации предыдущего подраздела.
Для сот с антеннами круговой направленности будем исходить из величин Q = = 1,414 , ф2 =1,0 и ф1=0,0 (максимальная взаимопомощь между соседними ячейками), а также для перспективного варианта - О = 1,2 , ф2 = 0,44 и ф1 = 0,56. Результаты расчета для сот с антеннами круговой направленности представлены в таблицах 4.6 и 4.7, а также на рис.4.7. В области значений интенсивности нагрузки a 32 Эрланг имеет место плавное увеличение величины пропущенной нагрузки (3. Практически, в указанной области имеет место соотношение (3 а. Дальнейшее увеличение интенсивности нагрузки a сопровождается замедленным ростом обслуженной нагрузки р, а затем может наблюдаться уменьшение величины 3 (последнее хорошо видно на зависимости, полученной для f = 1,414 , ф2 =1,0 и ф1=0,0). Если учитывать, что доходы компании мобильной связи в значительной мере определяются объемами пропускаемого трафика, можно сделать вывод, что дальнейший рост интенсивности нагрузки не ведет к получению дополнительных доходов. Изучение зависимости 3 =F(a) показало, что более перспективным является вариант = 1,2 , ф2 = 0,44 и ф1 = 0,56, который может задаваться выбором мощности передатчиков и размещением приемопередатчиков базовых станций. Для этого варианта увеличение интенсивности нагрузки a сопровождается постепенным ростом пропущенной нагрузки в области значений 32 Эрланга a 44 Эрланга. Дальнейший рост a (расчет проводился в области значений 44 Эрланг a 51 Эрланг) не сопровождается ростом пропущенной нагрузки 3, практически р const.
Если а— 55 Эрланг, будет иметь место выход из стационарного режима работы. Можно сделать вывод о том, что норма на величину потерь в радиоинтерфейсе Р выз « 5% будет соблюдаться: при а 25 Эрланг, если Q = 1,414 , ср2 = 1,0, (pi = 0,0, ср3 = 0,0; при а 34 Эрланга, если О = 1,2 , ф1 = 0,56, ср2 = 0,44, р 3 = 0,0. Для сот с трехсекторными и шестисекторными антеннами расчет проводился для О = 1,2, ф1 = 0,64, ф2 = 0,28 и ф3 = 0,08. Его результаты представлены в таблицах 4.8 и 4.9, а также на рис.4.8. Анализ полученных зависимостей (3 = F(a) показывает, что до некоторого значения атах имеет место прямо пропорциональная, линейная зависимость р от а. Для сот с трехсекторными антеннами величина атах = 100 Эрланг, а для сот с шестисекторными антеннами - атах = 210 Эрланг. Зависимость р = F(a) при a атах имеет нелинейный характер.
Для Q = 1,2, ф1 = 0,64, ф2 = 0,28 и ф3 = 0,08 норма на величину потерь в радиоинтерфейсе Р выз = 5% будет соблюдаться: при a 120 Эрланг для трехсекторных антенн; при a 240 Эрланга для шестисекторных антенн. Синтез сети подвижной связи технологии CDMA следует начинать с выбора типа антенн и емкости радиоинтерфейса соты, используя следующие исходные данные: если ожидаемая интенсивность поступающей нагрузки а в соте будет меньше 44 Эрланг, можно устанавливать антенну круговой направленности. Использование каналов радиоинтерфейса составит (44 Эрланга/55 каналов) = 0,8, что соответствует максимальному использованию соединительных линий телефонных сетей. Однако вероятность потерь по вызовам в радиоинтерфейсе в этом случае будет недопустимо высокой и составит 18,4%. Вероятность потерь по вызовам будет меньше 5 промиль, если интенсивность поступающей нагрузки a 27 Эрланг (то есть использование каналов радиоинтерфейса составит 50%);
