Джерело: Проект «Покращення якості обслуговування абонентів мобільного зв’язку на автомагістралях державного значення» в рамках програми УМС «Професіонали майбутнього»
Левченко Л.В., Геращенко О.М., Орленко А.М., Матвійчук Є.М., Бессараб О.С., кер. Попов В.О., ДонНТУ, факультет КІТА
Вступ
Обслуговування мобільним зв’язком абонентів автомобільних трас – непроста задача. По-перше, розмістити базову станцію в будь-якому, навіть найбільш вигідному з точки зору формування електромагнітної обстановки, місці не завжди видається можливим через відсутність необхідної інфраструктури. Саме тому базові станції встановлюють у притрасових населених пунктах. По-друге, такі населені пункти – це селища або невеликі міста, де не так багато високих будівель, як у великому місті, тому забезпечити необхідну висоту підвісу антени непросто. У такому випадку потрібно будувати опору для антени базової станції. По-третє, вздовж траси можуть бути ліси, лісосмуги, пагорби, ріки – все це ускладнює процес розповсюдження сигналу, відповідно, якість зв’язку погіршується.
Таким чином, проблема якості зв’язку саме на трасах є досить актуальною, і кожний оператор намагається переборювати вищевказані складності власними засобами.
Проект спрямований на узагальнення варіантів вирішення цих проблем, надання нових рекомендацій та автоматизацію деяких алгоритмів рішень з метою підвищення якості обслуговування та прискорення прийняття рішень при виникненні нестандартних ситуацій.
Завдання роботи:
Проект охоплює рішення майже всіх основних проблем, які виникають на великих автомобільних дорогах при обслуговуванні їх мобільним зв’язком.
Характеристика об'єкту дослідження
Об’єктом дослідження є обслуговування абонентів мобільного зв’язку, що рухаються автомагістралями на прикладі автотраси Донецьк-Маріуполь. Довжина траси складає 103 кілометри, вона поєднує два великих промислових міста, до того ж Маріуполь – важливий порт України. Даною трасою проходить шлях для багатьох туристів та відпочивальників до курортів Азовського та Чорного морів, тому для неї характерні сезонні коливання навантаження (статистика свідчить, що коливання трафіку складають 3-4 рази), а отже і сезонність виникнення певних проблем при обслуговуванні абонентів рухомого зв’язку.
Хоча рельєф Донецької області переважно рівнинний, місцевість уздовж траси порізана балками та ярами, в яких знаходяться населені пункти, а отже і базові станції. Таким чином, картина радіопокриття нестандартна – базова станція знаходиться у балці і її покриття обмежене кордонами цієї балки. До того ж, у такому випадку можуть бути неочікувані джерела інтерференції – наприклад, сигнал вздовж річки по балці розповсюджується з малими втратами, і якщо цього не враховувати, це може спричинити інтерференцію.
Донецька область знаходиться у степовій зоні, але для південної частини області, де саме і знаходиться об’єкт дослідження, характерні штучні насадження дерев. Сигнал перетерплює загасання, проходячи крізь них. Це може бути причиною неможливості встановлення з’єднання, зриву виклику або недоступності абонента.
Такі основні риси процесу обслуговування мобільним зв’язком на автомобільній магістралі Донецьк-Маріуполь.
Проблеми забезпечення якості обслуговування та методи їх вирішення
Основними етапами використання послуги з точки зору користувача мобільного зв’язку є:
На кожному з цих етапів можливі певні проблеми забезпечення якості зв’язку:
Розглянемо специфіку названих проблем якості для досліджуваного об’єкта в порядку їх пріоритетності.
Проблема неуспішності з’єднання
Розглянемо основні шляхи вирішення цієї проблеми.
I. Розділення трафіку, що надходить з автошляху та внутрішнього трафіку населеного пункту.
Необхідно ретельно обирати місце розміщення базової станції у притрасовому населеному пункті так, щоб один з секторів станції обслуговував населений пункт, два інших - тільки трасу. Проте такий підхід можливий лише при проектуванні нових базових станцій, а для існуючих таке перенесення є досить затратним, а то і просто неможливим.
Для існуючих базових станцій слід використовувати багатошаровий механізм та розподіл трафіку між шарами: 900МГц (G-шар) та 1800МГц (D-шар). Внутрішній трафік має повністю обслуговуватися шаром D, трафік з автошляху – переважно шаром G.
Для стільників D-шару, що обслуговують автомагістраль, слід підвищувати пріоритет.
II. Збільшення ємності мережі.
Статистичні дані свідчать, що нерідкими бувають випадки, коли всі ресурси обслуговуючого стільника виявляються зайнятими – низький відсоток успішно встановлених з‘єднань (Call Setup Success Rate), великий відсоток блокування каналу виклику (Dropped Call Rate).
У цьому випадку може бути два варіанти розв‘язання:
1. Використання механізму напівшвидкісного кодування – абоненту виділяється тайм-слот не у кожному кадрі, а через один. Так ємність базової станції може бути підвищена майже до двох разів. Такий варіант вирішення проблеми вимагає мінімальних затрат.
2. Додавання нових прийомопередавачів. Для обслуговування Донбаського регіону використовується всього 19 пар частот 900-го діапазону (далі G-шар), тому радіочастотне планування у цих межах є складною задачею, адже треба забезпечити високий рівень відношення сигнал/інтерференція між базовою станцією, яка обслуговує абонента, та базовими станціями, які працюють на тій же частоті і заважають її роботі. Тому зручно застосовувати прийомопередавачі D-шару завдяки тому, що вільна частотна смуга для 1800-діапазону значно ширша. Але тут виникають також проблеми, пов’язані з тим, що радіус дії антен D-шару менший. Тут треба обирати краще для конкретного випадку.
Оскільки зазначені проблеми носять чітко виражений сезонний характер, то можна запропонувати алгоритм автоматизації керування сезонними значеннями параметрів стільника.
Проблема перерваних з’єднань
Як свідчить статистика, ця проблема також є актуальною. Вона може виникати через наступні особливості досліджуваного об’єкта:
1. Особливості місцевості, а саме: наявність балок, лісів. В таких характерних місцях часто з’являється проблема слабкого сигналу, коли жодна з базових станцій не може забезпечити його достатній рівень. Це може привести до втрати виклику, коли абонент проїжджає таке місце.
2. Підвищена мобільність абонентів. У сукупності з особливостями рельєфу та розміщенням базових станцій це може викликати чисельні передачі управління з’єднанням від одного стільника до іншого (процес хендоверу) та його повернення в короткий проміжок часу. Виникає так званий «пінг-понг», під час якого часто відбувається втрата виклику. Зони «пінг-понгу» з’являються там, де приблизно проходять межі стільників, і радіообстановка є нестабільною.
Для усунення зазначених причин пропонується наступне:
1. Щодо слабкого рівня сигналу, то потрібен детальний аналіз характерних зон, а рішення слід насамперед шукати в орієнтації антен найближчих базових станцій – можливо буде достатньо незначно нахилити діаграми спрямованості антен.
Ще одним варіантом вирішення зазначеної проблеми є підсилення вихідної потужності базової станції. Якщо це неможливо, проте користувач досить швидко проїжджає проблемне місце, то потрібно задати для того стільника або стільників, що обслуговують цю територію, параметр тайм-ауту, за яким визначається обрив з’єднання, таким, щоб воно не було перерване протягом того часу, за який абонент проїжджає проблемне місце. Звичайно, протягом дії такого таймеру абоненти не чують один одного, але користувачу не доведеться передзвонювати.
2. На сьогодні найбільш розповсюджений вид хендоверу – це хендовер по кращому енергетичному бюджету радіоканалу, тобто наявність кращого стільника для обслуговування. Тому уникати «пінг-понгу» можна за рахунок створення гістерезисної хендоверної характеристики. Тобто бюджет радіоканалу для стільника, який є претендентом на прийняття управління з’єднанням має не просто бути вищим від обслуговуючого, а перевищувати його на певну величину. Встановити цю величину можна лише по результатам драйв-тестів.
Проблема якості передачі мови
Основною причиною неякісної передачі мови є інтерференція. Це загальна проблема для мереж, побудованих на принципі перевикористання частот, і вона стає все більш актуальною зі збільшенням щільності базових станцій. Для зменшення та рівномірного розподілу інтерференцій в мережі можна запропонувати:
1. Зменшення висоти підвісу антен та нахилу їх діаграми спрямованості до землі. Таким методом можна здійснювати локальну боротьбу з інтерференцією. Але він не завжди можливий, адже при цьому може недопустимо змінитися зона обслуговування стільника та знадобляться серйозні зміни у радіоплануванні території.
2. Для рівномірності розподілу та зменшення негативного впливу інтерференції на якість передачі мови по всій мережі рекомендується впровадження режиму стрибкової частоти – так званого хоппінгу.
Результати виконання проекту
Результатом виконання проекту є створення програмного пакету, для розрахунку покриття базових станцій, який використовує модель Окамури-Хата з врахуванням явища “дифракції на клині” та втрат при розповсюджені сигналу в лісових масивах. Також було синтезовано алгоритм для автоматизації сезонних змін параметрів стільників, що обслуговують абонентів автомагістралей державного значення. Запропоновані основні шляхи покращення показників якості обслуговування абонентів таких магістралей.