Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Возможности повышения эффективности сетей CDMA 14
1.1. Состояние вопроса 14
1.2. Формулировка критерия технической эффективности сети CDMA 19
1.3. Особенности систем CDMA, обуславливающие различие реальных и потенциальных характеристик сети 26
1.4. Возможности изменения зон покрытия секторов 34
1.4.1. Влияние параметров антенны на покрытие сектора 34
1.4.2. Изменение покрытия сектора путем субсекторизации 37
Глава 2. Оптимизация сети CDMA путем изменения зон покрытия отдельных секторов 41
2.1. Конфигурация типовой сети CDMA и сети с субсекторами 41
2.2. Общая схема нахождения оптимальной конфигурации 47
2.3. Особенности ГИС-расчетов 50
2.4. Расчет покрытия для оптимизируемой сети произвольной конфигурации на основе результатов драйв-тестов 53
2.4.1. Определение покрытия 53
2.4.2. Методы расчета покрытия 56
2.4.3. Математическое представление покрытия 58
2.4.4. Расчет азимутальных потерь распространения 65
2.4.5. Расчет покрытия для сети произвольной конфигурации на основе модели азимутальных потерь 77
2.5. Оценка основных характеристик сети CDMA путем имитационного моделирования 79
2.5.1. Генерация попыток соединения в соответствии с плотностью абонентского спроса 80
2.5.2. Расчет мощности каналов трафика 85
2.5.3. Расчет емкости секторов и хэндоф-фактора 92
Глава 3. Способы нахождения зон покрытия секторов, оптимальных по критерию минимума хэндоф-фактора 94
3.1. Алгоритм оценки зон покрытия базовых станций, обеспечивающих минимальный хэндоф-фактор сети 95
3.2. Проверка эффективности алгоритма путем моделирования тестовой CDMA-сети 104
3.3. Инструмент "эквалайзер". Настройка коэффициентов
передачи делителя мощности для субсекторов 111
Глава 4. Практическая реализация метода 119
4.1. Практическая методика оптимизации сети CDMA с использованием разработанного комплекта программ 119
4.1.1. Конфигурация исходной сети. Программа Cells Redactor ... 123
4.1.2. Особенности проведения драйв-тестов. Обработка результатов в программе Drive Test Processor 126
4.1.3. Оптимизация модели сети CDMA в программе Cdma Optimizer 135
4.1.4. Проверка реальной емкости и хэндоф-фактора действующей сети CDMA по данным статистических отчетов 140
4.2. Результаты оптимизации действующей сети CDMA-800
в г. Нижний Новгород 144
Заключение 148
Список использованных источников
- Формулировка критерия технической эффективности сети CDMA
- Общая схема нахождения оптимальной конфигурации
- Проверка эффективности алгоритма путем моделирования тестовой CDMA-сети
- Конфигурация исходной сети. Программа Cells Redactor
Введение к работе
Системы сотовой связи прочно вошли в нашу жизнь. Первая экспериментальная аналоговая базовая станция была установлена в 1978 году в Нью-Йорке, США, и могла обслуживать не более 30 абонентов. Сейчас сотовые сети множества стандартов охватывают большую часть территории земного шара, обеспечивая связью уже более двух с половиной миллиардов абонентов. По данным аналитических агентств, уровень проникновения сотовой связи в развитых странах составляет более 50%, а в крупных городах формально даже переходит за 100%. Обеспечение эффективного функционирования сетей, обслуживающих столь значительное количество абонентов на столь обширных территориях, представляет собой серьезную техническую проблему. В ряде случаев развернутая сеть работает не так эффективно, как это изначально предполагалось. Другими словами, сеть, рассчитанная на определенную абонентскую емкость и охват определенной территории, на практике сможет обеспечивать связью меньшее количество абонентов, а на запланированной территории покрытия могут быть области неудовлетворительного качества связи. Обычно такая проблема решается действенным, но затратным способом - установкой дополнительных базовых станцфреди большого разнообразия различных сотовых систем, на втором месте по численности абонентов (после GSM) находятся сети CDMA, число пользователей которых на начало 2007 года составляет более 370 млн. CDMA является основой стандарта второго поколения cdmaOne (IS-95) и стандартов третьего поколения cdma2000 (IS-2000) и, наиболее перспективного, WCDMA. По данным CDMA Development Group () всего в мире насчитывается 134 оператора cdmaOne в 52 странах и 193 оператора cdma2000 в 84 странах.
Из-за того, что все ячейки сети CDMA работают на одной частоте, объединение базовых станций CDMA в систему не требует частотно-территориального планирования. В то же время, ряд особенностей техноло-
7 гии сотового CDMA обуславливает другие, более сложные зависимости совокупных характеристик сети от взаимного распределения покрытия отдельных ячеек. В случае неправильно выбранной конфигурации сети, либо, в случае, если хорошая конфигурация на практике не реализуема, сеть CDMA может иметь реальные характеристики, значительно хуже потенциальных. Таким образом, существует актуальная научно-техническая проблема усовершенствования существующих методов планирования сетей CDMA и разработки новых методов повышения эффективности действующих сетей.
Объект исследования
Сеть сотовой связи CDMA.
Цель работы
Разработка метода повышения эффективности сотовой сети CDMA путем изменения покрытия отдельных секторов сети, в том числе с использованием субсекторизации секторов. Разработка алгоритма расчета оптимальной по критерию минимальности зон хэндофа направленности секторных антенн базовых станций сети CDMA. Разработка программного обеспечения, реализующего ГИС-моделирование сети CDMA с использованием субсекторов. Разработка и внедрение практической методики оптимизации действующих сетей CDMA на основе данных натурных исследований сети (драйв-тестов) с использованием разработанного программного обеспечения.
Программа исследований
Изучение особенностей сотовых сетей CDMA, в том числе на основе анализа статистических данных о работе действующих CDMA-сетей в г. Нижний Новгород, г. Саратова, г. Орска.
Определение критериев эффективности сети CDMA.
Исследование возможностей повышения эффективности развернутых сетей CDMA. Исследование зависимости совокупных характеристик сети CDMA от взаимного распределения покрытия отдельных ячеек.
Разработка методики корректировки покрытия отдельных секторов путем их субсекторизации.
Разработка алгоритма расчета покрытия сети CDMA произвольной конфигурации (в том числе с субсекторами) на основе драйв-тестов исходной сети.
Разработка алгоритма оценки покрытия сети заданной конфигурации, оптимального по критерию минимума хэндофа, и соответствующих диаграмм направленности антенн базовых станций.
Разработка алгоритма оценки емкости и хэндоф-фактора сети CDMA путем имитационного моделирования.
Разработка программного обеспечения, реализующего предложенные алгоритмы.
Разработка практической методики оптимизации развернутой сети CDMA с использованием разработанного ПО.
Внедрение результатов работы в практику действующих операторов CDMA-сетей.
Методы исследования
В работе использованы элементы теории функционального анализа, исследования операций, вариационного исчисления и методов оптимизации, теории систем массового обслуживания, математический аппарат векторной алгебры и дискретной математики, методы математического моделирования, аппарат ГИС-систем, проводились многочисленные натурные исследования действующей сети CDMA в г. Нижний Новгород с использованием измерительного CDMA-терминала и GPS-приемника. Значительная часть результатов работы была достигнута с использованием программных алгоритмов, реализованных в языке C++, VBA, tcl. Также применялись специализированные математические программы и геоинформационные системы.
Научная новизна
Предложен новый метод повышения эффективности сотовых сетей CDMA, отличающийся от существующих возможностью технической реализации в развернутых сетях без необходимости разработки и внедрения специализированного оборудования. В том числе: разработан алгоритм расчета
9 модели потерь распространения сигнала в сети CDMA на основе данных драйв-тестов, алгоритм оценки оптимальных диаграмм направленности базовых станций сети CDMA, алгоритм оценки емкости секторов, хэндоф-фактора и площади покрытия. Предложена формула для расчета технической эффективности сотовой сети как основного критерия оптимизации.
Достоверность научных положений
Достоверность достигнутых научных результатов достигается использованием в качестве исходных данных для выдвижения гипотез большого количества практических данных о работе действующей сети CDMA, и использованием для обработки этих данных проверенных математических методов.
Положения, выносимые на защиту
Формулировка критерия технической эффективности сотовой сети CDMA, с учетом работы сети в режиме мягкого хэндофа и неравномерности территориального распределения абонентского спроса.
Метод оптимизации сети CDMA через изменение зон покрытия секторов в соответствии с критерием минимальности хэндоф-фактора.
Метод моделирования зоны покрытия сектора путем деления на субсекторы с использованием регулируемого делителя мощности.
Алгоритм оценки оптимальных по критерию минимальности зон хэндофа зон покрытия базовых станций для заданной конфигурации сети CDMA.
Алгоритм оценки хэндоф-фактора и площади покрытия моделируемой сети CDMA.
Практическая ценность результатов работы
Предложенный в диссертационной работе метод позволяет с минимальными материальными, трудовыми и временными затратами увеличить емкость и улучшить покрытие действующих сотовых сетей CDMA. Для реализации метода не требуется разработки нового оборудования, не требуется изменения аппаратной или программной части радиоинтерфейса или каких-
10 либо других частей системы, кроме антенного оборудования. Разработана методика проведения оптимизации действующих сетей CDMA, которая может быть использована непосредственно оператором. Программное обеспечение Cdma Optimizer, отвечающее за все необходимые расчеты, написано под Windows-платформу и может быть установлено на обычном персональном компьютере. Некоторые элементы предложенного метода могут использоваться самостоятельно. Разработанный программный комплекс может применяться операторами CDMA-сетей для выяснения реальной зоны обслуживания, выявлению областей отсутствия связи, которые могут быть устранены, в том числе, и традиционными способами, для расчета емкости сети и отдельных секторов, расчета хэндоф-фактора и т.д. Также этот программный комплекс может быть полезен при планировании новых сетей CDMA, в том числе сетей 3G. Предложенный принцип субсекторизации секторов может найти применение в дальнейших работах в области интеллектуальных антенных систем, динамически подстраивающих свои характеристики в зависимости от радиообстановки. Список публикаций
Хализов А.В, Петяшин Н. Б. Интеллектуальные антенны в системах мобильной связи // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2004": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2004 - С.50.
Хализов А.В. Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с неравномерной диаграммой направленности // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2005": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2005 - С. 47.
Хализов А.В. Проблемы использования антенн с неравномерной диаграммой направленности для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Труды Нижегородского государственного технического университета. Том 55: Статья, Нижний Новгород: НГТУ, 2005 - С. 116.
Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы докладов XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки: Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 - С. 31.
Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети CDMA // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006 - С. 84-85.
Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы Международной научно-практической конференции "Молодежь и наука XXI века": Тез. докл., Ульяновск, 2006 - С. 225.
Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети сотовой связи стандарта CDMA // Тезисы докладов V Юбилейной международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки", Нижний Новгород, 2006 - С. 28.
Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Материалы четырнадцатой межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения": Тез. докл., Нижний Новгород -Москва, 2006-С. 50.
Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Электронный многопредметный научный журнал "Исследовано в России": Статья, 2006 - № 240 - С. 2283-2294, <>
Хализов А.В. Расчет покрытия сети CDMA произвольной конфигурации на основе результатов драйв-тестов // Труды НГТУ: Серия Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства: Статья, Нижний Новгород, 2006 - Вып.11. - С.96-101.
Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей cdma путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Информационные материалы пятой межрегиональной научно-практической конференции "Новые информа-
12 ционные технологии - инструмент повышения эффективности управления": Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 - С. 50.
12. Хализов А.В. Использование субсекторизации секторов базовых стан
ций для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Антенны - 2007
- Выпуск2 (117).-С. 60-62.
13. Хализов А.В. Алгоритм оценки зон покрытия сети CDMA, оптималь
ных по критерию минимальности зон хэндофа // Техника и технология - 2007
-№3(21).-С. 66.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены и обсуждались на:
Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2004", Нижний Новгород, 2004.
Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2005", Нижний Новгород, 2005.
Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006.
XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки, 2006.
V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки - 2006», Нижний Новгород, 2006.
V Межрегиональной научно-практической конференции "Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления", Нижний Новгород, 2006.
XIV Межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения", Нижний Новгород
- Москва, 2006.
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы используются в практической деятельности действующих операторов сотовой связи стандарта CDMA-800 "Нижегородский Радиотелефон", "Народный Телефон Саратов", "ОрскИн-терСвязь". Комплекс программ по подготовке исходных данных и расчету
13 покрытия широко используется для анализа текущего состояния покрытия сети. Информация, полученная по ходу диссертационной работы, легла в основу лабораторной работы по курсу "Системы сотовой и пейджинговой связи", поставленной на кафедре "Техника радиосвязи и телевидения" Нижегородского Государственного Технического Университета, На программы по расчету CDMA-сети Cdma Optimizer и DTProcessor были получены регистрационные свидетельства.
Структура и объем диссертации
Текст диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем основного текста диссертации - 149 страниц. Диссертация содержит 61 рисунок, 2 таблицы.
Формулировка критерия технической эффективности сети CDMA
Прежде всего, необходимо определить, что можно понимать под эффективностью сети сотовой связи.
Когда говорят об эффективности какой-либо системы, подразумевают то, в какой мере система выполняет возложенные на нее функции, при этом так или иначе учитывая, какими средствами это достигнуто.
Повышение эффективности, таким образом, может быть достигнуто как увеличением возможностей системы, так и уменьшением тех ресурсов, посредством которым эти возможности получены. Процесс повышения эффективности мы понимаем как оптимизацию.
Для сети сотовой связи также можно ввести понятие эффективности. Причем, как и для любого сложного образования, критериев эффективности может быть несколько. В научно-техническом контексте основное внимание сосредоточено на технических параметрах системы. И эффективность может быть рассмотрена как некая функция этих параметров.
С технической точки зрения система сотовой связи есть система, призванная обеспечивать связью заданного качества заданное количество або нентов. Под связью заданного качества понимается уровень и спектр услуг, предоставляемых абоненту. Современные сотовые сети помимо своей исходной функции - предоставления услуг телефонной связи предлагают также передачу различного рода данных, от факса до мультимедиа. В системе с коммутацией каналов (большинство сотовых систем второго поколения работают именно по этому принципу) один канал трафика обеспечивает один голосовой канал, в случае же передачи данных для поддержки одного информационного канала может использоваться несколько каналов трафика.
Так или иначе, основными техническими параметрами сотовой системы как системы массового обслуживания и одновременно как системы с коммутацией каналов являются емкость - число каналов трафика, которое система может поддерживать одновременно, и зона покрытия, определяемая в общем случае как географическая область, в которой услуги сети могут быть приняты [41, 69, 98].
Чем больше емкость и зона покрытия сети, тем выше возможности сети как системы обслуживания, однако, если говорить об эффективности, то здесь необходимо учитывать, какими средствами эти возможности достигнуты: в техническом аспекте, сколько базовых станций использовалось для получения такой емкости и зоны.
В результате, мы предлагаем следующее выражение для технической эффективности сети сотовой связи: П -—— NET NET _ NET "NET (\ 14 iSNET -, ,, ,, - ,,2 v V1 1/ К с МММ -к где QmT - техническая эффективность, CNET - общее число каналов трафика, SNET - площадь зоны обслуживания, М - общее число секторов в сети (емкость нормируется на число секторов, поскольку образуется всеми секторами; площадь - аналогично), Krrise - коэффициент, отражающий все другие, или некоторые выборочные параметры, характерные для сотовой сети данного типа. К с необходим в случае сравнения различных систем. Например, КЫх может соответствовать ширине полосы частот, в которой работает сие тема - если необходимо сравнить эффективность систем, использующих не равные полосы; или стоимости одной базовой станции, если необходимо сравнить эффективность систем, учитывая экономический аспект.
Рассмотрим, какое максимальное значение может принимать gNET. Иерархия классической сотовой системы представлена на рисунке 1.4. Баэойоя станция [ячейка сети) Сектор Рисунок 1.4. Структура сотовой системы в масштабе система-сеть-базовая станция-сектор.
Поскольку сотовая сеть состоит из однотипных базовых станций (или ячеек), а базовые станции, в свою очередь, из отдельных секторов, эффективность системы в целом в первом приближении будет определяться эффективностью отдельно взятого сектора.
Важнейшими техническими характеристиками сектора являются емкость C r, т.е. максимальное число поддерживаемых одновременно каналов трафика, и максимальная площадь обслуживания S r, определяющаяся, в свою очередь, максимальным радиусом обслуживания сектора Я "-г. Значение С у задано в стандарте и является одинаковым для всех секторов. RcT определяется типом реализованного в стандарте радиоинтерфейса, а также непосредственно условиями распространения. Однако, можно рассматривать R как средний максимальный радиус обслуживания, т.е. некую величину, характерную для данного конкретного стандарта. (Например, в IS-95A CscT = 61, максимальный радиус обслуживания может достигать 60 км, а средний максимальный радиус R около 10 км.).
Общая схема нахождения оптимальной конфигурации
Зная конфигурацию системы, необходимо определить общую схему, в рамках которой эту конфигурацию можно изменять так, чтобы оптимизировать систему по какому-либо критерию на основе определенных данных. Алгоритм нахождения оптимизированной конфигурации сети CDMA показан на рисунке 2.3. Он построен в виде блок-схемы, где каждый блок представляет те или иные данные, или то или иное действие (расчет) в процессе. Типы блоков представлены в таблице 2.1. Ход процесса показан стрелками.
Итак, перед нами стоит задача: основываясь на различного рода исходных данных, найти такую конфигурацию секторов/субсекторов сети CDMA, при которой коэффициент повышения эффективности КЕ? превысил бы заданный порог . При этом, пока мы не рассматриваем способы получения исходных данных, предполагая, что вся необходимая информация в нужном формате имеется, не рассматриваем аспекты реализации найденной конфигурации "в железе" и не рассматриваем практическую проверку эффективности исходной сети и сети после проведения оптимизации.
Любые расчеты, касающиеся сети сотовой связи, будь то планирование или оптимизация, неразрывно связаны с геодезией, поскольку имеют дело с территориально-распределенной информацией [21, 31]: сеть разворачивается на определенной территории с определенными характеристиками: рельефом, землепользованием и т.д.; конфигурация базовых станций описывается с использованием долгот, широт и азимутов; большинство исходных данных, в том числе распределение абонентского спроса, существуют в виде электронных карт определенного формата [20]; покрытие - объект воздействия метода данной работы - также есть не что иное, как распределение мощности по некой территории.
В связи с этим, необходимо разъяснить некоторые особенности геоинформационной составляющей расчетов.
Основная проблема, с которой сталкиваются при работе с геоданными, описываемыми геодезическими (сферическими) координатами - долготой, широтой (в общем случае и высотой), это необходимость их трансляции в плоскую метрическую декартову систему координат, где можно оперировать такими понятиями как расстояние и площадь [9, 25]. Аналогично, необходима и обратная операция - перевод линейных относительных координат на плоскости в некой метрической системе, соответствующей определенной части земной поверхности в абсолютные геодезические координаты.
В декартовой системе производятся все расчеты по распространению радиоволн, моделирование работы сети. В декартовой прямоугольной системе координат работают устройства отображения геоинформации такие, как монитор и принтер.
Таким образом, необходимо определить функции перевода геодезических координат типа долгота/широта в прямоугольные плоскостные метрические и наоборот.
В силу относительной малости участка территории покрытия сети, можно считать этот участок плоским, а также исключить зависимость масштаба от широты в пределах участка. В таком случае можно использовать горизонтную топоцентрическую систему [10], в которой, аналогично крупномасштабным картам, вся область представлена прямоугольным участком в декартовой системе координат с осью ординат, совпадающей с направлением на север, и осью абсцисс, совпадающей с направлением на восток (см. рис. 2.4). При этом начало метрических координат (0,0) совпадает с геодезическим центром этого участка {cL0N ж, сит_CBmat).
В основе рассматриваемого в работе метода оптимизации - изменение покрытия отдельных секторов. В связи с этим критическую важность приобретают вопросы расчета покрытия отдельных секторов сети и всей сети до и после оптимизации.
Прежде всего, необходимо определиться с тем, что стоит за термином "покрытие" и какую роль оно играет в данной работе.
В среде сотовой связи вместе с термином "зона покрытия" (coverage area) также получил широкое распространение термин "зона обслуживания" (service area). В данном случае "зона обслуживания" обозначает область уверенного приема - географическую область, в пределах которой выбранный критерий качества связи (например, частота ошибочных кадров - FER) не превышает, либо не опускается ниже заданной границы. Под "зоной покрытия" при этом подразумевают всю географическую область, в которой присутствует сигнал системы связи, мощность которого достаточна для того, чтобы его распознал приемник абонентского терминала. Зона обслуживания ( ЕШСЕ)? таким образом, является частью зоны покрытия (5 ):
Проверка эффективности алгоритма путем моделирования тестовой CDMA-сети
Алгоритм, рассмотренный в предыдущем параграфе, должен, в принципе, так изменить покрытие CDMA-сети, чтобы, во-первых, уменьшить хэндоф-фактор каждой базовой станции до необходимого и достаточного минимума, а во-вторых, максимально увеличить общую зону покрытия сети. Однако такой практический результат получается лишь косвенно, поскольку в процессе оптимизации хэндоф-фактор и площадь покрытия не выступают в качестве критериев. В этой связи, существует необходимость практической проверки эффективности алгоритма.
Для проверки алгоритма необходимо было произвести серию опытов по оптимизации с его помощью тестовых моделей CDMA-сетей различной конфигурации, измеряя и сравнивая при этом параметры сети до и после оптимизации. Эксперимент был проведен в рамках программы Cover Optimizer, в которой реализован алгоритм. При этом в качестве опытных моделей сетей CDMA выступали модели, сформированные определенным образом на основе исходного варианта из шестнадцати базовых станций, симметрично расположенных в углах треугольников (см. рис. 3.3).
Поскольку базовые станции, расположенные по периметру сети, находятся в заведомо лучшей в плане хэндофа обстановке, для оценки общесетевого хэндоф-фактора использовались лишь внутренние БС5-БС12. Для оценки общесетевой площади покрытия использовались все БС.
Серия опытов состояла из 20 испытаний, в каждом из которых сеть имела оригинальную конфигурацию. Для этого в каждом опыте, кроме первого, к стационарным координатам базовых станций BTS0,rBTSO прибавлялась случайная компонента Лхааі,/Іуш. Причем, для оценки влияния неравномерности установки базовых станций на эффективность алгоритма, максимальное значение радиальной части случайной компоненты линейно увеличивалась с каждым опытом к от 0 в первом, до Raai ш в последнем: rand "v 1 Q rand_max Отсюда, радиальная часть случайной компоненты может быть найдена как: „d=rand(rand()), где функция rand(xTOX) возвращает случайное число от 0 до х с равномерным распределением вероятности. Азимутальная часть случайной компоненты: 6 rand=rand(27i). Таким образом, могут быть заданы случайные компоненты: randW = rra„dSin( rand), randW = „dCOS( rand). В результате, координаты БС N на к -ом опыте устанавливались следующими: BTSJV BTSOJV + Хшй ( )» BTStf = BTSOAf + 4Угак1 ( )
В опыте полагалось, что базовые станции находятся на поверхности определенного рельефа (см. рис. 3.4):
Данный рельеф, различный для каждого опыта (см. рис. 3.5), генерировался случайным образом в программе MathCad. Параметры генерации устанавливались таким образом, чтобы статистические параметры разброса высот и размеры географических неоднородностей соответствовали рельефу, характерному для городов, расположенных в равнинной и холмистой местности [38, 77]. Использовались величины Ah = 20 м - дисперсия высот. Ad = 5000 м - гладкость рельефа.
Поскольку в реальности БС редко располагают в местах, ниже среднего уровня местности, в нашем опыте, в случае, если хотя бы одна базовая станция располагалась в таком месте, конфигурация пересчитывалась.
Таким образом, для каждого опыта мы имеем модель системы из 16 БС, расположенных на определенном рельефе. Другие параметры, необходимые для расчета, были заданы идентичными для всей системы. Высоты антенн приняты равными Яш=30м, высоты антенн "абонентов" - #щ=1,5м, тип застройки - средний город.
Для модели сети CDMA до и после оптимизации необходимо рассчитать основные параметры. В данном эксперименте для упрощения вычислений не производилась оценка емкости сети или отдельных БС. Такая операция достаточно сложна и в рамках предложенной в диссертации реализации занимает значительное время. Взамен этого, было решено использовать оценку хэндоф-фактора как основного фактора, снижающего реальную емкость сети CDMA.
Метод оценки хэндоф-фактора основан на использовании метода Монте-Карло (см. гл. 2, пункт 5). Также в рамках этого алгоритма может быть рассчитана и площадь покрытия сети.
Суть алгоритма заключается в том, что в процессе моделирования производится генерация вызовов со случайными координатами в пределах некоторой прямоугольной области (размеры которой выбираются такими, чтобы вместить максимальные зоны покрытия всех БС). В данном случае неравномерность абонентского спроса не учитывается, т.е. вероятность "звонка" из любой части области равновероятна. Зная зоны покрытия базовых станций, можно определить, в зону какой (каких) БС попадает точка вызова (см. рис. 3.6).
Конфигурация исходной сети. Программа Cells Redactor
Подробное описание параметров конфигурации обычной сети CDMA и сети CDMA с использованием субсекторов приведено в главе 2, пункт 2. В данном параграфе рассматриваются источники получения данных параметров для исходной сети (без субсекторов). Для удобства, все параметры сведены в таблицу (см. табл. 4.2).
Перечисленные в таблице параметры являются характеристиками различных объектов и существуют в различных файлах. Для удобства работы все они объединяются в одной, специализированной программе - Cell Redactor. В этой программы осуществляется управление конфигурацией сети (см. рис. 4.2).
Все данные сохраняются в одном файле с расширением Ъвр , который может быть непосредственно использован в программе Cover Optimizer.
Драйв-тест, или, иначе, - филд-тест (fieldest - тест поля), а по-русски - объезд, как и следует из названия, заключается в объезде всей территории покрытия на автомобиле (либо на каком-либо другом транспортном средстве) с установленным специализированным оборудованием с целью получения координатно-увязанных данных о сети. Причем, это может быть не только распределение мощности пилот-сигналов.
Обычно драйв-тест проводится с терминалом, на котором запущен тестовый, так называемый Марковский, звонок. В процессе Марковского звонка по каналам трафика между терминалом и базовой станцией передаются псевдослучайные данные со статистическими характеристиками, характерными для обычной речи. Поскольку данные точно известны на обоих концах, это дает возможность точно контролировать процент битовых ошибок (BER) в прямом и обратном каналах. Таким образом, применение Марковского звонка обеспечивает получение одного из основных критериев качества цифрового канала связи.
Однако наиболее важным для рассматриваемого метода является возможность тестовых CDMA-терминалов динамически выводить информацию о текущем состоянии своего приемника и передатчика. А именно, терминал CDMA может выдавать: 1. Рш - общую принимаемую мощность. 2. QPILV- отношение сигнал/шум для пилота сектора V, где под шумом понимается общая принимаемая мощность Р . 3. Рш - мощность передатчика. 4- PADJ - часть мощности передатчика, контролируемая в закрытой петле цифровой подстройки (adjustment) мощности; 5. флаг принадлежности сектора к определенному набору (активному, кандидатскому, набору соседей либо набору оставшихся секторов)
Для получения данных, привязанных к координатам, помимо CDMA-терминала необходимо какое-либо устройство, по данным которого можно судить о текущем местоположении терминала, т.е., о координатах замера.
На заре развития сотовой связи для определения местоположения замера отсчитывали линейное расстояние от точек с известными координатами (например, от пересечения улиц). На автомобильное колесо устанавливался датчик оборотов, импульсы с которого регистрировались. В результате, количество оборотов в момент измерения означало расстояние до точки измерения. В настоящее время стал доступен простой и точный способ определения координат - использование системы глобального позиционирования. Сейчас наиболее доступна система GPS.
Оборудование, необходимое для драйв-теста, можно подразделить на два класса. Во-первых, существуют специализированные комплексы, объединяющие в одном корпусе измерительный терминал, GPS-приемник и компьютер, который позволяет не только сохранять данные CDMA и GPS, но и обрабатывать их в реальном времени, что обеспечивает возможность выявления каких-либо проблем непосредственно на месте.
Простым и более доступным решением является использование CDMA-терминала и GPS-приемника в виде самостоятельных устройств. В таком случае используется стандартный CDMA-аппарат с возможностью работы в тестовом режиме (ряд аппаратов Qualcomm, например, QCP-820, поддерживают такую возможность). Терминалы CDMA и GPS подключаются к персональному компьютеру или ноутбуку, на который устанавливаются программы, осуществляющие сбор, расшифровку и сохранение получаемой информации. В рамках данной работы для работы с CDMA-аппаратом (QCP-820) использовалась специализированная программа CAIT (CDMA Air Interface Tester) фирмы Qualcomm [84].
