Аналіз характерних проблем обслуговування систем стільникового зв'язку та варіанти їх вирішення

О. М. Геращенко, студент групи ТКС 07м

Звіт під час розробки конкурсного проекту МТС

Робота по оптимізації показників якості системи мобільного зв’язку може розглядати кілька напрямків, що виражають окремі механізми та явища системи, але формують  загальну картину якості і функціональної насиченості.

         Наведемо приклади найбільш характерних проблем систем мобільного зв’язку автошляхів:

• високий рівень інтерференції, що викликає велику кількість помилок та навіть втрату виклику
• проблема відмови в обслуговуванні при зайнятості усіх каналів
• проблема неможливості здійснення хендоверу у зв’язку з зайнятостю усіх каналів сусідніх сот
• проблема так званого «пінг-понгу»
• проблема наявності областей неможливого обслуговування завдяки різким коливанням рельєфу.
• проблема зриву процесу хендовера при знаходжені в зоні «тіні».

         Для даного типу місцевості та характеру рель'єфу дуже характерним є наявність проблем інтерференції, що виникає завдяки різним ефектам розповсюдження сигналу, коли сигнал однієї БС досягає з достньо високим рівнем інтенсивності зони обслуговування іншої БС,  що працює на тій же частоті. В цьому випадку для сигналу мобільного терміналу характерно виникнення помилок, зниження якості зв’язку , втрата виклику.

Для уникнення такого типу феномену необхідно дуже ретельно підбирати місця встановлення антен, їх характеристики та проводити частотне планування. Виникнення таких проблем характерно, коли біля БС, що є причиною інтерференції є вода (водоєм, річка) , що створює гарні умови розповсюдження з мінімальними втратами, або, коли дуже рівнинна місцевість та маленький захисний інтервал D і відбувається  (двопромінева модель розповсюдження) складання сигналу прямого бачення та відображеного від поверхні, за рахунок чого інтерференційний сигнал підсилюється та розповсюджується на великі не втраховані під час планування відстані. Також це явище може виникати , коли інтерференційна БС знаходиться на височені, і між двома соканальними БС існує лінія прямої бачення.

Якщо ця проблема виявляється вже під час функціонування мережі перепланування є дуже складною задачею і виправити це становище можна:

• по-перше зменшити ймовірну зону обслуговування за допомогою downtilt антени, що є причиною інтерференції. Слід зауважити, що краще виконувати електричний downtilt за рахунок фазових зсувів, а не механічний. В такому випадку не буде спотворення ДН. Нижче приведено порівняння впливу виду  downtilt на форму ДН . Видно, що при збільшенні кута при механічному downtilt  форма ДН спотворюється.

 

• по-друге для данної соти, де виник інтерференційний острів можна в якості критерію хендовера визначити СIR (carrier to interference ratio), тоді мобільний термінал за рахунок вимірювання параметру RX_QUAL, що відповідає кількості бітових помилок, яких буде дуже багато в зоні «острову», здійснить перехід до сусідньої соти, де нема цієї проблеми. І хоча інтенсивність сигналу буде малою, але , можливо це врятує виклик. А, коли абонент вийде за межи «острова» він зможе повернутися до рідної соти.
• телефон вимірює параметр RX_QUAL, для якого стандартом передбачено 8 рівнів в залежності від кількості помилок.

  RxQUAL	BER
  0	BER<0,2%
  1	0,2%<BER<0,4%
  2	0,4%<BER<0,8%
  3	0,8%<BER<1,6%
  4	1,6%<BER<3,2%
  5	3,2%<BER<6,4%
  6	6,4%<BER<12,8%
  7	12,8%<BER

При досягненні параметру 7 рівня в телефоні запускається таймер, що відраховує час Т, заданий системою. Якщо впродовж цього часу значення RX_QUAL не збільшиться з’єднання буде перервано. Таким чином, виявивши неблагонадійну зону інтерференції або зону ділянку відсутності покриття можна за рахунок встановлення більшого значення часу Т зменшити відсоток зірваних викликів (drop calls).

Механізм частотного хопінгу дозволяє ефективно вести боротьбу з явищем інтерференції та завмирання сигналу. Для стільника, що має проблемні зони може бути застосований більш простий механізм Base band hopping, що передбачає режим стрибків по частоті тільки для передавачів цієї БС, слід зазначити, що частотний ресурс БС не змінюється. Це дозволяє «розмазати» негативну інтерференцію для всіх абонентів цього стільника.

Проблема відмови в обслуговуванні при зайнятості усіх каналів в наших специфічних умовах мережі автошляхів може виникати в кількох випадках, слід зазначити, що стандарт GSM передбачає стандартний механізм боротьби з перевантажиням за рахунок введеня півшвидкісного кодування, за рахунок чого вдається збільшити кількість фізичних каналів вдвічі. Але відмова в обслуговуванні настає вже в момент зайнятості навіть цих півшвидкісних каналів.  Фактором збільшення навантаження є сезонні коливання кількості абонентів, але вони прогнозуються на початкових стадіях проектування і не повинні в нормальних умовах викликати явище відмови.  

Причини:

• причиною відмови може бути велике скупчення абонентів в якомусь транзитному населеному пункті;
• в умовах виникнення надзвичайних ситуацій та блокування автодороги;
• в зонах, наближених до великих населених пунктів (міст).

Можна привести декілька можливих варіантів вирішення цієї проблеми:

• додавання додаткових передавачів в умовах вже сформованної мережі викликає проблеми частотного перепланування усієї мережі, цей варіант може бути прийнятним, коли сота обслуговується всенаправленою антеною і для неї можна провести секторизацію.
• дуже розповсюдженим методом боротьби з перенавантаженням є введення в експлуатацію двошарової моделі мережі за рахунок використання системи 1800 діапазона.
• можливим варіантом боротьби також є конфігурація MSC таким чином, щоб він у разі завантаження даної соти перевів мобільний термінал на обслуговування до сусідньої вільної соти, що дозволить встановити виклих за рахунок зменшення якості (механізм Direct retry) чи программуванням визначеної величини timeout, впродовж якої БС не відмовляє абоненту, а  утримує його на сигнальному каналі, підвищуючи ймовірність встановлення виклику.

         Коли мобільний термінал надає запит на хендовер, може постати така ситуація, що всі канали соти-призначення зайняті і передача виклику стає неможливою – зв’язок втрачається.

Щоб уникнути цієї ситуації для кожної БС визначають (резервують) певну кількість каналів N (guard channel) серед загальної кількості C спеціально для процедури хендовера, тобто абоненти всередені цієї соти не мають лоступ до цих каналів і у разі, якщо кількість викликів перевищіть С-N виклики в середені соти будуть втрачені. Основна проблема цієї методики полягає в неефективному використанні частотного ресурсу. Адаптивні алгоритми виділення guard channels допомагають зменшити це негативне явище.

В іншому випадку вирішити цю проблему дозволяє застосування механізму черг. При цьому MSC створює чергу запитів на хендовер замість відмови в обслуговуванні в разі зайнятості усіх каналів соти призначення. Але є негативна сторона цього методу, за збільшення вірогідності вдалого хандоверу ми платимо зменшенням вірогідності вдалого встановлення викликів абонентів соти-призначення, оскільки абоненту не буде надаватись канал на обслуговування доки існує черга запитів. Цей механізм бажано застосоввувати при невеликому рівні трафіку всередені соти. Найбільш гарні умови для реалізаціії цього методу створюються в макросотах, тобто в умовах нашого проекту, оскільки доки мобільний термінал знаходиться в черзі, він обслуговується своєю «рідною» сотою і може зачекати доки рівень сигналу не впаде до мін. значення.

Також для зменшеня вірогідності невдалого хандоверу використовують метод directed retry, що дозволяє вже MSC передати запит на хандовер до сусідньої для соти –призначення БС.

         Явище «пінг-понгу» характерно для граничних ділянок перекриття  зон обслуговування двох або більшої кількості БС де існує великий дінамічний діапазон коливань інтенсивностей сигналів. Таким чином мобільний термінал впродовж цієї ділянки передається на обслуговування то до однієї БС то до іншої. Це явище може викликати втрату виклику і характерно, коли в якості критерію хандоверу обран критерій абсолютного значення інтенсивності сигналу.

Боротьба з пінг-понгом може полягати також в визначені величини timeout за допомогою таймера, що починає працювати при проведені першого хендовера до соти призначення. Необхідно визначити інтервал часу, впродовж якого абонент подолає зону «пінг-понгу». Впродовж цього часу усі хендовери для цього абонента заборонено.

Крім того, якщо хендовер виконується для критерію бюджету радіолінії, він проходить по гістерезісу, тобто в момент коли значення RX_LEV стільника призначення стане трохи більше  RX_LEV поточного стільника.

На рис. видно, що рівень сигналу  коливається  біля лінії середнього значення, що може призводити до появи цього явища. Рішенням цієї проблеми може бути встановлення параметру HO_MARGIN, що дозволить хендовер в момент значного перевищення RX_LEV стільника 2 рівня RX_LEV першого стільника.

Для території, впродовж якої проходить автомагістраль характерні специфічні умови розповсюдження сигналу, тобто можуть виникати як всередені  соти, так і на прикордонних ділянках області неможливого обслуговування («тіні»), що призводять, в разі потрапляння туди абонента, втрату виклику, зрив процесу хандовера. Це перш за все такі ділянки, як балки, ліси та ін. Встановлення там додаткових БС чи перепланування існуєчих може буди економічно не виправданним. Тоді вирішення цієї проблеми лежить в площіні застосування активних ретрансляторів, які «реанімують» цю зону за рахунок підсилення базового сигналу.
Важними характеристиками, що володіє репітер, є:

• робота на весь діапазон стандарту;
• автоматичний контроль підсилення;
• малий рівень потужності, що споживається, що дозволяє репітеру працювати на сонячних батареях без необхідності підведення живлення.