Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Системный анализ совершенствования системы подвижной радиосвязи стандарта GSM 18
1.1 Системный подход в решении вопросов совершенствования системы подвижной радиосвязи 18
1.2 Анализ задач и принципов ЧТП 30
1.3 Анализ методов оптимизации ЧТП ССС и управления радиочастотным ресурсом. Достоинства и недостатки 1.3.1 Метод дробления зоны радиопокрытия 33
1.3.2 Метод построения иерархической сотовой сети 36
1.3.3 Изменение формы зоны радиопокрытия 38
1.3.4 Кластерное частотно-территориальное планирование
сети GSM 41
1.4 Анализ технических характеристик наиболее распространённых стандартов ССС и особенности управления частотным ресурсом 45
1.4.1 Стандарт GSM900/DCS1800 47
1.4.1.1 Технические характеристики стандартов GSM900/DCS1800 49
1.4.1.2 Архитектура сети GSM 50
1.4.1.3 Перспективы развития 51
1.4.2 Сотовая связь CDMA/CDMA 2000 51
1.4.2.1 Общая характеристика и принципы функционирования CDMA 52
1.5 Сравнительный анализ перспектив развития стандартов GSM и CDMA в РФ 53
1.5.1 Анализ возможностей системы по предоставлению скоростной пакетной передачи данных в системах подвижной
радиосвязи 55
1.6 Пути совершенствования системы сотовой связи стандарта GSM 57
1.7 Требования к управлению системой сотовой связи
1.8 Основные критерии совершенствования частотно территориального планирования 61
Выводы по главе 63
Глава 2 Методика частотно-территориального планирования ПОЧД и процесс её реализации 64
2.1 Цель и задачи совершенствования топологии ССС 64
2.2 Технические методы повышения эффективности использования радиочастотного ресурса 65
2.3 Методика ЧТП для двух стандартной ССС стационарной топологии пространственным отделением частотных диапазонов 68
2.4 Сравнительный анализ показателей существующих методик с показателями новой методики 75
2.5 Процесс реализации методики ЧТП ПОЧД
2.5.1 Реализация методики на действующей сети 81
2.5.2 Реализация методики на строящейся сети 82
2.5.3 Внедрение методики ЧТП ПОЧД в ЗАО «Астрахань GSM» 83 Выводы по главе 84
Глава 3 Проверка достоверности методики частотно - территориального планирования ПОЧД 85
3.1 Анализ математических моделей расчёта затухания используемых в ССС 85
3.1.1. Модель Ли 85
3.1.2. Модель Окамуры 8 7
3.1.3. Модель Хата 8 8 3 Л .4. Модель COST231 - Хата 3.1.5. Модель С08Т231-Уолфиш-Икегами 91
3.1.6. Модель Парсонса 93
3.1.7. Модель Сакагами-Кубои 94
3.2 Проверка достоверности методики ПОЧД на моделях расчёта
затухания сигналов сотовой связи 3.3 Экспериментальная проверка достоверности методики частотно-территориального планирования пространственным отделением частотных диапазонов 102
3.4 Оценка результатов эксперимента 1 3.4.1 Доверительные интервалы для генеральной средней и дисперсии нормального случайного признака 107
3.4.2 Расчёт коэффициента детерминации 108
3.4.3 Однофакторный дисперсионный анализ 110
3.5 Расчёт экономических затрат на внедрение методики ЧТП ПОЧД в сети операторов сотовой связи 112
Выводы по главе 115
Глава 4 Корректировка эффективности обратной связи ССС с использованием методов современной обработки информации 117
4.1 Принятие управляющих решений по результатам воздействия обратных связей системы на изменение топологии ССС " 120
4.2 Анализ особенностей расчётов, проводимых комплексами радиопланирования подвижной радиосвязи 122
4.3 Методика корректирования расчётов радиопланирования ПКП «ONEGA» 125
4.3.1 Методика корректировки точности радиопланирования в городской черте 125
4.3.2 Методика корректировки расчётов ПКП радиопланирования внегородской черты. 142
4.4 Проверка достоверности методики РЗР 144
4.5 Оценка результатов эксперимента 1 4.5.1 Доверительные интервалы для генеральной средней и дисперсии нормального случайного признака 148
4.5.2 Расчёт коэффициента детерминации 149
4.5.3 Однофакторный дисперсионный анализ 150
4.6 Расчёт экономических затрат на перемещение БС, вызванное неточностями радиопланирования 155
4.7 Расчёт экономической целесообразности приобретения цифровых карт высокой точности 157
Выводы по главе 158
Глава 5 Алгоритмы повышения эффективности обратных связей и устойчивости ССС 160
5.1 Алгоритм использования методики РЗР для повышения эффективности обратных связей и устойчивости ССС 162
5.2 Алгоритм поддержки принятия управляющих решения по совершенствованию ССС 165
5.3 Алгоритм ввода подвижного объекта РЭС в стационарную топологию ССС 169
5.4 Управление радиочастотным ресурсом ССС при введении в её стационарную топологию подвижных средств РЭС 178
Выводы по главе 183
Заключение 185
Список используемой литературы
- Системный подход в решении вопросов совершенствования системы подвижной радиосвязи
- Технические методы повышения эффективности использования радиочастотного ресурса
- Анализ математических моделей расчёта затухания используемых в ССС
- Принятие управляющих решений по результатам воздействия обратных связей системы на изменение топологии ССС
Введение к работе
В свете усиленного развития систем радиосвязи общего пользования в мире, наиболее популярным и удобным с точки зрения его совершенствования является стандарт GSM. Перспективы развития этого стандарта рассматриваются с учетом того, что современный этап развития характеризуется глубокой конвергенцией телекоммуникационных и информационных сетей. Подвижная сотовая радиосвязь относится к наиболее динамичному и востребованному сектору рынка телекоммуникаций, уступая по темпам развития лишь Интернету[31]. Число пользователей стандарта GSM во всём мире сегодня насчитывает более 3,5 миллиардов человек, и продолжает стремительно увеличиваться с примерными темпами около 40 миллионов ежемесячно.
В настоящее время системы сотовой подвижной радиосвязи находятся на переломном этапе своего развития - этапе перехода от систем связи второго поколения к системам связи третьего поколения 3G (3rd Generation) или UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - система мобильной связи третьего поколения).
Основным элементом стратегии плавного и безболезненного перехода к сетям 3G, является максимальное использование возможностей стандарта GSM (Global System for Mobile Communications - глобальная система мобильной связи) и его развитой инфраструктуры. Сети связи второго поколения GSM интенсивно модернизируются, технические возможности расширяются. Сети GSM, максимально приближенные по своим параметрам и функциям к сетям связи третьего поколения получили название сетей 2,5G и 2,75G. Однако, системные связи и закономерности функционирования ССС остались прежними - для систем второго поколения. Многие заявленные технические совершенствования стандарта GSM, ввиду ограниченности радиочастотного ресурса, фактически остаются только заявленными и на практике не подтверждаются.
эффекторную каспазу-3. Взаимодействие каспазы-8 и прокаспазы-3 осуществляется через домены CARD (Caspase Recruitment Domain). Активация каспазы-3 ведет к клеточной гибели [10].
Рисунок 1.1 - Схема а поп тот и ческой сигнализации через «рецепторы смерти» на примере системы Fas-FasL (из |10]),
Внутренняя индукция апоптоза осуществляется под действием различных внутри- и внеклеточных стрессов, таких, как отсутствие ростовых факторов, гипоксия, повреждение ДНК, индукция онкогенов и др. В ряде случаев в ответ на повреждение ДНК, гипоксию, уменьшение содержания рибонуклеотидов в клетке, повреждение веретена деления, присутствие N0 и активацию онкогенов происходит накопление и активация в клетке белка р53, который может останавливать деление клеток и/или индуцировать апоптоз. р53 является фактором транскрипции и активирует экспрессию генов множества проапоптотических белков, включая гены белков семейства Bcl-2: bax, puma, поха и bid, что, в конечном счете, приводит к формированию пор во внешней митохондриальной мембране, вследствие чего резко снижается мембранный потенциал митохондрий и
Методики построения топологии и частотного планирования, разработанные для сетей связи 2-го поколения, не позволяют полно раскрыть возможности стандарта GSM. Точность проведения расчётов для оценки эффективности функционирования системы связи недостаточна для того, чтобы эффективно проводить предварительное планирование таких систем.
Решение научных и технических проблем ССС невозможно без разработки новых и совершенствования существующих методов частотно-территориального планирования (ЧТП) и построения топологии сети. При принятии управленческих решений по развитию ССС необходимо применять новые алгоритмы поддержки принятия управленческих решений в сложных технических системах такого рода.
Таким образом, совершенствование, разработка новых методик построения элементов ССС и использования радиочастотного ресурса, совершенствование существующих методик частотного планирования, обработки информации и совершенствование системы поддержки принятия управляющих решений должны стать шагом в эволюционном развитии систем GSM к системам UMTS.
Вопросы повышения эффективности функционирования сетей сотовой связи, эффективности использования радиочастотного ресурса сейчас являются особенно актуальными, так как для дальнейшего развития сети и предоставления передовых услуг необходимо рассматривать иные организационные и технические подходы при реализации новых коммерческих проектов]^ 17].
Научная новизна
Научная новизна и теоретическая ценность работы в целом заключается в разработке вопросов управления радиочастотным ресурсом и повышении точности радиопланирования систем сотовой связи, необходимых для повышения эффективности функционирования системы. В том числе:
методика частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от существующих методик применением межстандартного кластера без использования иерархии;
методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;
алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;
алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.
Объект исследования
Объектом исследования является система сотовой связи со стационарной топологией и возможности по повышению эффективности её работы за счёт эффективного использования радиочастотного ресурса.
Цель и задачи работы:
Цель работы заключается в повышении эффективности функционирования современных ССС стандарта GSM за счёт новых подходов к планированию, использованию радиочастотного ресурса, а также системы поддержки принятия решений (СППР).
Основные задачи исследования:
разработка методики эффективного использования выделенного радиочастотного ресурса на основе свойств совмещённой работы двух стандартов сотовой связи, позволяющей повысить эффективность эксплуатации существующих сетей сотовой связи;
выявление причин появления ошибок в проектировании архитектуры ССС и разработка методики повышающей точность расчётов предварительного планирования ССС и алгоритма её использования средствами современной обработки информации;
разработка алгоритма действий руководящего персонала по управлению устойчивостью ССС при воздействии форс-мажорных обстоятельств с помощью введения в стационарную топологию системы сотовой связи подвижных базовых станций (или объектов радиоэлектронных средств (РЭС)) и способа выделения радиочастотного ресурса для средств РЭС в этой ситуации.
Достоверность научных положений
Для проводимых исследований в качестве основных первоисточников использовались материалы экспериментов, трудов опубликованных в период г интенсивного развития теории сотовой связи таких учёных как: В. И. Попов, В. Ю. Бабков, М. А. Быховский, В. А. Бесекерский, К. Весоловский, Е. П. Голубков, В. Е. Гмурман, Ю. А. Громаков, О. Н. Маслов, А. А. Марков, А. И. Плис, А. Феер, Y. Okumura. Основанием для формирования выводов явились материалы, рекомендованные для пользования в качестве учебных пособий, либо являющиеся нормативно-технической базой Российской Федерации.
Научные положения, выносимые на защиту
- методика частотно-территориального планирования (ЧТП) простран
ственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от су
ществующих методик изменённой архитектурой размещения станций для
двухстандартной сети GSM без использования иерархии;
методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;
алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;
алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.
Область применения результатов
Областью применения результатов является структура сотовой подвижной радиосвязи стандарта GSM/DCS.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
Пищин О. Н. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.Л. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций / Вестник Астраханского государственного технического университета. №4(39). 2007.-С. 207-211.
Пищин О. Н. Принципы организации сетей мобильной связи па основе подвижных базовых станций./ Пищин О.Н., Дмитриев В.Н., Сорокин А.А. Принципы организации сетей мобильной связи на основе подвижных базовых станций. / Вестник Астраханского государственного технического университета. №б(41).-Астрахань: Изд-во АГТУ. 2007.-С. 194-196.
Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задерж-ки./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задержки / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №4-1(52). Санкт Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2007.-С. 131-135.
Пищин О. Н. Построение систем связи с динамической непериодической топологией./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Построение систем связи с динамической непериодической топологией / Инфоком-муникационные технологии (ИКТ). 2008, том 6, №1- С. 34-39
Пищин О. Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О.Н., Дмитриев В.Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №2-1(55). Санкт Петербург: Изд-во СПбТГУ. 2008. - С.35-39
Пищин О. Н. Методика повышения точности расчётов радиопланирования сотовой подвижной радиосвязи / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов №6 Июнь 2008. ISSN 1991-3087- С. 151-154
Пищин О. Н. Управление устойчивостью системы подвижной радиосвязи общего пользования / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №7 Июль 2008. ISSN 1991-3087- С184-185.
Публикации в других изданиях
Пищин О. Н. Системы связи с динамической топологией сети./ Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Системы связи с динамической топологией сети. (Монография) Инфокоммуникационные системы и технологии: проблемы и перспективы / СПб.: Изд-во Политехи., ун-та. 2007. 592 с. - (С. 59-118). ISSBN 5-7422-1664-5.
Пищин О. Н. Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями./ Сорокин А.А., Пищин О.Н., Дмитриев В.Н. Способы
15 организации систем связи с подвижными базовыми станциями / Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. научн. ст.- Красноярск: Сибирский федеральный ун-т; Политехнический институт, 2007.-690 с. - (С.292-294). ISSBN 978-57638-0718-9.
Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций / Телекоммуникационные и информационные системы / Труды международной конф. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2007.-512 с. - (С.139-143). ISSBN 5-7422-1583-5.
Пищин О. Н., Дмитриев В.Н. Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / Пищин О.Н., Дмит- ; риев В.Н., Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» I Международная научная конференция «Математи- -ческие методы в технике и технологиях» ММТТ-21 сб. трудов XXI Между-нар. Науч. конф.: в 10 т. Т.7Секции 9,14/под общ. ред. В. С. Балакирева. Са- , ратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008.278 с. - (С240-242). ISBN 978-5-7433-1928-
12. Пищин О. Н. Дмитриев В.Н. Оптимизация расчета сезонных по
терь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О.Н., Дмитриев
В.Н., Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной
радиосвязи / X Всероссийская научно-техническая конференция с междуна
родным участием «Современные проблемы радиоэлектроники»: сб. науч. тр.
/ред: А. И. Громыко, А. В. Сарафанов. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 498
с. - (С. 155-157). ISBN 978-5-7638-0777-6
Апробация и внедрение результатов
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава Астраханского государственного технического университета в период с 2006 года по 2008 год, на Всероссийских научных конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» (КГТУ, Красноярск 2007, 2008), на межд. научной конференции: «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем» (ТРТУ, Таганрог 2007); «Информационные и телекоммуникационные системы и технологии» (СПбГТУ, Санкт-Петербург 2007); «ТЕЛЕКОМ-2007» (Ростовский филиал МТУ СИ, Ростов-на-Дону 2007); «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (СГТУ, Саратов 2008).
Теоретические исследования диссертационной работы доведены до практически полезных результатов, к числу которых относятся:
Внедрение методики частотно-территориального планирования отделением частотных диапазонов в ЗАО «Астрахань GSM», которое рационализировало его использование в ССС, позволило при увеличении пропускной способности сети снизить уровень паразитной интерференции и добиться увеличения скорости передачи данных по каналам GSM.
Внедрение алгоритма принятия управляющих решений при решении задач ЧТП при временном локальном возрастании абонентской нагрузки при введении в её структуру подвижных объектов РЭС в ЗАО «Астрахань GSM» позволило изменять статичность сети в целях предоставления повсеместно доступа абонентов в ССС вне зависимости от форс-мажорных обстоятельств.
Внедрение методики корректировки расчётов, компенсирующей отсутствие полноты исходных данных, используемых при радиопланировании в ССС цифровых карт, позволило повысить обоснованность принятия управленческих решений при планировании сетей сотовой связи. Методика доступна более 70 пользователям программного продукта ООО «ИНФОТЕЛ»
17 (операторам сотовой связи Российской Федерации и компании Те1е2 (Швеция)).
Акты о применении результатов диссертационной работы приведены в Приложении №6.
Структура и объём диссертации
Работа состоит из введения, 5-ти глав и заключения. Содержит 178 страниц, в том числе 167 страниц текста, 64 рисунка, 38 таблиц, список литературы из 65 наименований и 38 страниц приложения.
Системный подход в решении вопросов совершенствования системы подвижной радиосвязи
Сущность системного подхода в решении вопросов совершенствования системы подвижной радиосвязи (далее системы сотовой связи (ССС)) сводится к тому, что деятельность любой части системы связи оказывает некоторое влияние на деятельность всех других её частей[2].
Системный подход основан на глубоких исследованиях причинных связей и закономерностей развития системы связи. Расширение применения системного подхода при принятии управленческих решений будет способствовать повышению эффективности функционирования всей ССС в целом и отдельных ее участков.
Системный подход к организации управления в ССС требует перехода от разрозненных, частных моделей, изолированного рассмотрения экономических и технических категорий и отдельных частных вопросов к общей концепции, позволяющей видеть всю систему связей и отношений в техническом аспекте, весь комплекс технических параметров, определяющих наилучшие пути ее развития и способствующих выполнению намеченных планов.
Такой же подход следует использовать при принятии решений на уровне отдельных подсистем. Системный подход прямо противоположен практике локального, временного решения проблем без учета последствий этих решений в будущем.
В системном анализе исследования строятся на использовании категории системы, под которой понимается единство взаимосвязанных и взаимо-влияющих элементов, расположенных в определенной закономерности в пространстве и во времени, совместно действующих для достижения общей цели.
Система сотовой связи для рассмотрения её с точки зрения системного анализа должна удовлетворять двум требованиям:
1. Поведение каждого элемента системы влияет на поведение системы в целом; существенные свойства системы теряются, когда она расчленяется.
2. Поведение элементов системы и их воздействие на целое взаимозависимы; существенные свойства элементов системы при их отделении от системы также теряются.
Система сотовой связи этим требованиям удовлетворяет. Более того ССС относится к физической открытой системе[2], где происходит обмен материально-информационными ресурсами, и, одновременно, энергией с окружающей средой регулярным и понятным образом.
Система сотовой связи относится к большой системе, важнейшими характерными чертами которой являются:
1. Целенаправленность и управляемость системы, наличие у всей системы общей цели и назначения - предоставление широкого перечня услуг радиотелефонной связи, задаваемых и корректируемых в системах более высоких уровней, таких как головное предприятие сотовой связи, регулирующее и создающее задачи филиалов, тарифы, методы организации и прочее...;
2. Сложная иерархическая структура организации системы сотовой связи, предусматривающая сочетание централизованного управления головного предприятия с автономностью региональных филиалов;
3. Большой размер системы, то есть большое число частей, подсистем и элементов, входов и выходов, разнообразие выполняемых функций, таких как, например, предоставление различного рода услуг в сфере телекоммуникаций;
4. Целостность и сложность поведения. Сложные, переплетающиеся взаимоотношения между переменными, включая петли обратной связи, приводят к тому, что изменение одной влечет изменение многих других пере менных. Обратные связи в своём преимуществе положительные, приводящие к изменению выходных характеристик системы.
ССС является одновременно сложной системой, которая строится для решения многоцелевой, многоаспектной задачи к которым относятся кроме предоставления телефонной подвижной радиосвязи, предоставление в аренду волоконно-оптических линий связи, предоставление доступа к интернету и предоставление проводной связи (стационарного доступа в телефонную сеть общего пользования (ТфОП)). Непосредственным выводом из концепции сложной системы для анализа и проектирования систем управления является требование учета следующих факторов, явно присутствующих в системе сотовой связи:
1. Наличие сложной, составной цели, такой как кроме предоставления услуг населению, предоставление в аренду ресурсов другим системам ;; различного рода или использование ресурсов иных систем, параллельное существование разных целей или последовательная смена целей (возможна их с периодичность).
2. Наличие одновременно многих структур у одной системы. Например, административной структуры, структуры технического снабжения и технического планирования. Структуры технического и абонентского обслуживания, структуры капитального строительства, энергообеспечения, и т. д.
3. Невозможность описания системы в одном языке, необходимость использования спектра языков для анализа и проектирования отдельных ее подсистем, например: технологическая схема построения системы; нормативно-юридические акты, устанавливающие распределение обязанностей и прав; схема документооборота и программа совещаний; порядок взаимодействия служб, отделов и групп при разработке проекта плана.
Технические методы повышения эффективности использования радиочастотного ресурса
Совершенствование топологии ССС преследует цель: улучшение параметров сети за счёт изменения структуры её построения и изменения алгоритмов внутренних связей.
Исходя из данных таблицы 1.4 и рис. 1.12 (глава 1), для улучшения параметров сети, а именно: скорости передачи данных по каналам GSM, получения возможности расширения канальной ёмкости сети за счёт рационалиг зации использования выделенного радиочастотного ресурса, необходимо привести параметр отношения сигнала к помехе в системе к величине 30дБ.
Согласно рекомендации GSM05.05[14], для предоставления услуг разговорного трафика необходимо добиваться отношения с/п 9 дБ. С такими требованиями и строились сети 2-го поколения цифровой связи GSM. На настоящем этапе реформирования таких сетей и приближения их к требованиям сетей третьего поколения (Поколение 2,5...2,75G) необходимо оптимизировать топологию сети таким образом, чтобы выполнить возросшие требования к ней по пропускной способности.
Вследствие внедрения высокоскоростных систем передачи данных, роста числа пользователей и связанных с этим роста трафика и объема разнообразных услуг в системах сотовой мобильной связи количество выделенных для разговорного трафика каналов исчерпывается, требуются дополнительные канальные ресурсы, обостряется необходимость в наращивании канальной ёмкости сети. Наращивание канальной ёмкости сети возможно: 1. Посредством увеличения количества базовых станций; 2. Посредством увеличения количества приёмопередатчиков на базовой станции; 3. Посредством использования полускоростного кодирования речи, применение которого удваивает канальную ёмкость.
Однако применение полускоростного кодирования применяется как временная мера, так как при этом происходит снижения качества передачи речи вдвое из-за удвоения количества ошибок. Поэтому изменение скорости кодирования применяется как временная мера, до получения разрешения на физическое расширение сети.
Оставшиеся способы увеличения канальной ёмкости влекут за собой увеличение количества используемых частот. При ограниченном частотном ресурсе увеличение количества используемых частот уменьшает защитный интервал между зонами действия частот и, как следствие уменьшает отноше ние сигнала к помехе. ;
То есть, увеличивая повтор частот в замкнутом пространстве, мы снижем возможности системы связи по качеству предоставляемых каналов. Таким образом, необходим новый метод территориального планирования сети, при котором увеличение числа базовых станций не вело бы к снижению качества ССС.
Техническим методам повышения эффективности использования радиочастотного ресурса уделяется особое внимание. Это связано с тем, что, во-первых, они часто могут быть применены без изменения действующих разрешений на использование РЧР, а, во-вторых, именно развитие техноло гий может привести к коренному пересмотру принципов управления РЧР[17].
Действующие сегодня сети UMTS обеспечивают скорости порядка нескольких сотен кбит/с, что не позволяет в полной мере предоставлять высокоскоростные услуги передачи данных большому числу абонентов, а загрузка мультимедийных данных может потребовать много времени. Для технологии UMTS (Universal Mobile Telecommunications System- система мобильной связи третьего поколения) Внедрение технологий HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) / HSUPA (High Speed Uplink Packet Access - высокоскоростная загрузка пакетной информации) решает эту проблему - время на загрузку различной информации уменьшается в несколько раз. Как правило, скорость приема информации намного важнее, чем скорость передачи - это доступ к информационным ресурсам сети Интернет, загрузка музыки и ви7 део, получение электронной почты.
Максимальная скорость приёма цифровых данных в мобильных сетях, использующих первую фазу HSDPA, составляет 3,6 Мбит/с. Однако, в реаль1 ности, системы обеспечивают средний показатель 4 Мбит/сек. Но и такая скорость позволяет существенно повысить удобство и привлекательность НОг вых услуг. По сравнению с технологией HSDPA технология HSUPA призвана обеспечить повышение скорости передачи данных по восходящему каналу. Это необходимо для предоставления таких услуг, как VoIP (Voice over IP), видеоконференции и онлайновые видеоигры, где одинаково важны скорости, как приема, так и передачи информации[17]. Скорости передачи данных в современной системе GSM посредством EDGE, в зависимости от типа абонентского терминала (способности поддержки современных схем кодирования информации) можно увеличить до 1200 Кбит/с в случае использования расширенной конфигурации многоканальных базовых станций.
Анализ математических моделей расчёта затухания используемых в ССС
Ли (англ. W.C.Y. Lee) [27,49] предложена модель распространения сигнала, основанную на серии проведенных в США измерений на несущей частоте = 900 МГц. Согласно модели Ли, среднее значение мощности, измеренной на расстоянии d от передающей станции, описывается выражением
P(d)=Po(d/do) y(f/foyn FQ или в логарифмическом представлении Ґ ;\ ( f\ Ч"о/ Wo У dB где Р0 - эталонная медианная мощность, измеренная на расстоянии d(f=lKM; FQ - поправочный коэффициент, вычисляемый на основе серии компонентных множителей по формуле: F =П5 F в которой коэффициенты Fi рассчитываются следующим образом:
Fi = (ABs.cfi/30,48)2, F2= (hMS/3)v, где /?Bs,eff - эффективная высота антенны базовой станции, м; hMs - высота антенны подвижной станции, м; v - показатель степени. При высоте антенны подвижной станции менее 3 м принимается v=l, а при высоте более 10 м - v=2. В свою очередь: F Pj/lO, Ff= Gj/4, F5= GR, PT - мощность сигнала, излучаемого передатчиком базовой станции, Вт; GT, GR- коэффициенты усиления антенн соответственно базовой и подвижной станции относительно полуволнового вибратора. Параметры PQ И у получены экспериментально на основе проведенных замеров в различных типах окружающей среды: свободное пространство Ро=-41, 7=20,0 дБ на одну декаду, сельская местность, редкая застройка Р0=-40, 7=43,5 дБ на одну декаду, пригород, небольшой город PQ=-54,7=38,4 дБ на одну декаду.
Медианные потери мощности в зависимости от частоты определяются коэффициентом (flfo) " и его показателем степени п. Для частот от 30 МГц до 2 ГГц и расстояний между подвижной и базовой станциями от 2 до 30 км значение п лежит в диапазоне от 2 до 3. Величина п также зависит от топографических особенностей местности. Для пригородных и сельских районов рекомендуется выбирать п-1 при частотах ниже 450 МГц и п = 3 при частотах выше 450 МГц. На пересеченной местности эффективная высота антенны может сильно отличаться от ее физической высоты.
Измерения, лежащие в основе эмпирических формул модели Ли, были проведены в системе со следующими параметрами: 1. Несущая частота fa= 900 МГц; 2. Высота антенны базовой станции - Авзей- ЗОДЭ м (100 футов); 3. Мощность передаваемого сигнала - Pj = 10 Вт; 4. Коэффициент усиления антенны - GT = 6 дБ относительно базовой станции полуволнового вибратора; 5. Высота антенны подвижной станции - hMs =3 м; 6. Коэффициент усиления антенны - GR = 0 дБ относительно подвижной станции полуволнового вибратора;
Эти параметры отражены в формулах в виде коэффициентов/ / = 1,...,5)
В основе модели Окамуры (англ. Окитига) также лежит множество измерений. Впервые она была представлена в работе [27,50]. Многочисленные измерения в частотном диапазоне от 150 до 1920 МГц проводились в Токио. Для описания зависимости медианных потерь (L50 )dB от расстояния d до передающей антенны базовой станции была предложена формула (LsoU =LS + A(f,d) + G(/zBSeff) + G(hMS), где Ls - потери при распространении в свободном пространстве; A(f,d) — медианное значение потерь в городской среде с квазигладкой земной поверхностью по отношению к затуханию в свободном пространстве в случае, если эффективная высота антенны базовой станции (англ. BS - base station) hBs eff — 200 м, а высота антенны подвижной станции (англ. MS — mobile station) hMs = 3 м; G(hBseid - корректирующий коэффициент (в дБ), учитывающий отличие эффективной высоты антенны базовой станции от 200 м; G(hMS) - корректирующий коэффициент (в дБ), зависящий от высоты антенны подвижной станции, если она отличается от 3 м.
Потери при распространении в свободном пространстве вычисляются по формуле потерь свободного пространства в логарифмическом масштабе, (см. рис. 3.1, 3.2, 3.3, Приложение №3). В [50] предложены дополнительные корректирующие члены, позволяющие учесть наклон и неровности местности, а также ее тип. В литературе можно обнаружить другой вариант формулы, описывающей модель Окамуры. Она имеет вид: iL5o)dB =LS + A(f, d)- G(/zBSeff) - G(hMs) - GAREA, Параметр A(f, d), как и ранее, берется из графика, изображенного на рис. 3.4, а корректирующие члены G(/zBseff) и G(hMs) задаются выражениями (Лвзеіт) = 201g(/ BS eff/200), Юм hBS eff 1000м. G(hMS) = 101g(/zMS/3), hMS 3,G(hMS) = 20\g(hMS/3), 3u hMs 10M. \
Поправочный коэффициент GAREA, выраженный в дБ, зависит от типа местности и несущей частоты и берётся из графика, изображённого на рис.3.4. (Приложение 3)
Модель Окамуры основана исключительно на экспериментальных данных, собранных в районе Токио. Характеристики японской городской местности немного отличаются от характеристик городской местности в Европе или США. Несмотря на это, модель Окамуры пользуется популярностью и считается наилучшей моделью для разработки сотовых и других систем наземной подвижной связи [47]. Основной недостаток модели Окамуры - медленная реакция на изменение типа местности. Эта модель лучше всего подходит для городских и пригородных районов и не очень эффективна для сельской местности.
Принятие управляющих решений по результатам воздействия обратных связей системы на изменение топологии ССС
Первичный инструмент, используемый большинством операторов для решения проблем оптимизации сети - мобильная измерительная система. Данная система предназначена для проведения радиомониторинга ССС. Радиомониторинг [12] базируется на совместных измерениях параметров излучений некоторой совокупности радиоэлектронных средств. При использовании баз данных результатов измерений и соответствующих алгоритмов их статистической обработки результирующая погрешность таких измерений может быть значительно снижена по сравнению с погрешностью обычных многократных прямых измерений.
Мобильная измерительная система определяет собой начало сложного процесса совершенствования ССС (рис. 4.2, Приложение 4), который состоит из четырех основный этапов: Мобильные измерения, обработка результатов, анализ данных, принятие решений.
Задача мониторинга - получение численного значения измеряемого параметра в реальном масштабе времени и сравнение результата с нормативным значением. К целям проведения мониторинга качества услуг ССС можно отнести: повышение качества оказываемых услуг связи, создание унифицированного перечня показателей качества услуг связи, по которым потребитель может сравнивать качество аналогичных услуг, оказываемых разными операторами. А также создание уверенности у потребителя услуг связи и других заинтересованных сторон в обеспечении оператором стабильного качества услуг в соответствии с утвержденными нормативными требованиями, создание условий для эффективной работы организаций связи и обобщение и использование накопленного организациями связи опыта по обеспечению требуемого уровня качества услуг[22].
Таким образом, информация, полученная средствами мониторинга сети сотовой подвижной радиосвязи, позволяет реализовать управление эксплуата 121 ционными характеристиками сети, получать важную информацию о работоспособности различных элементов системы, что, в конечном счете, определяет возможные альтернативные решения для применения тех или иных методов оптимизации топологии. Эти же средства являются средствами анализа результатов проведённых мероприятий, повлиявших на параметры топологии ССС.
Вероятность принятия верных управленческих решений зависит от полноты получения информации о состоянии системы. В данном случае системы сотовой связи. Полнота или информативность исходных данных играет решающую роль при получении окончательных результатов расчётов, оценивая которые и принимаются решения по повышению эффективности функционирования сетей сотовой связи. Однако полные исходные данные не всегда доступны, в этом случае необходимо прибегнуть к стандартизованным средним значениям, которые примут участие в расчётах и нивелируют недостаток информации в исходных данных.
Определение параметров канала связи имеет ключевое значение при разработке любой системы связи. Свойства канала, вносимые искажения и помехи, а также допустимая ширина спектра передаваемого сигнала определяют максимальную скорость передачи данных при заданном качестве. Таким образом, перед проектированием любой системы связи разработчик должен определить параметры канала передачи данных в этой системе. Системы подвижной связи не являются исключением из этого правила [5, 23]. где прое1СГ - уровень проектируемого затухания сигнала, Lpean - реальный уровень затухания радиосигнала, z - методика виртуальной корректировки затухания радиосигналов сотовой связи, отражающая уточнение расчётов, увели чивающая вероятность верной оценки выходных параметров системы. В идеальном случае критерий Кос стремиться к единице и не искажает оценку эффективности системы.
Методику «z» - необходимо разработать.
Программный комплекс ONEPLAN RPLS позволяет производить автоматическую калибровку моделей расчета уровней сигналов по результатам измерений, а также закрепление откалиброванных моделей за районом расчета, базовыми станциями или секторами. Если за сектором не закреплена модель, то используется модель района.
При автоматической калибровке детерминированной модели учитывается, что суммарное ослабление сигнала в дБ на интервале между двумя точками определяется по формуле: где &ооткр/закр - корректировочный коэффициент ослабления свободного пространства на постоянную величину отдельно для открытых и закрытых интервалов, дБ;
