Алгоритм локализации и регуляции абонентской нагрузки в пространстве в сотовых ситемах подвижной радиосвязи стандарта GSM

Алгоритм локализации абонентской нагрузки в пространстве и времени в сотовых системах подвижной радиосвязи

стандарта GSM

А. В. Береснев ,

Источник:http://jre.cplire.ru/mac/nov02/4/text.html

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.

Получена 12 ноября 2002 г.

В данной статье представлена разработанная автором модель локализации пространственно временного распределения абонентской нагрузки в сетях подвижной радиосвязи стандарта GSM. Приведены примеры использования данной модели для локализации абонентского трафика в «островных» зонах, а также для определения эффективной и действующей зонах обслуживания для многодиапазонных иерархических систем. Данная модель основывается на получении коэффициента пропорциональности между принятыми результатами измерений при определённом значении временной задержки распространения сигнала между базовой и мобильной станцией и, общим количеством принятых результатов измерений.

На основе полученной модели, разработан алгоритм анализа локализации абонентской нагрузки при вводе в эксплуатацию новой базовой станции.

1. Введение

До недавнего времени, структура сетей подвижной радиосвязи различных стандартов была достаточно проста: коммутатор подвижной радиосвязи (MSC – Mobile Switch Center), контроллер базовых станций (BSC – Base Station Controller) и регулярная структура базовых станций (BS – Base Station), в редких случаях, со стороны радиочастотной части, использовался принцип повторного использования частот. Действительно, абонентская нагрузка в таких сетях была невелика, поэтому потребности в большом количестве базовых станций не было и, следовательно, радиочастотном ресурсе. В таких сетях, основной стратегией построения сетей было обеспечение удовлетворительного качества радиочастотного покрытия: обеспечение достаточным уровнем сигнала, создаваемого базовыми станциями во всей области обслуживания абонентов.

В существующих мобильных сетях, как правило, покрытие удовлетворительно. Абонентская же нагрузка постоянно растёт, увеличивая, тем самым, потребность в дополнительных частотах для расширения пропускной способности сетей. Помимо этого, введение новых технологий мобильной связи, таких как GPRS (General Packet Radio Service - сети с пакетной передачей данных) требует достаточно большого радиочастотного ресурса, а, следовательно, большего количества базовых станций. Но, на данный момент, как в России, так и зарубежом, среди операторов подвижной радиосвязи частоты в диапазоне 900 МГц уже поделены. Следовательно, среди существующих операторов, приобретаются лицензии на частоты диапазона 1800 МГц. На фоне последнего, структура сетей подвижной радиосвязи стандарта GSM усложняется: появляются многослойные иерархические сети, работающие как в одном частотном диапазоне 900 или 1800 МГц, так и в смешанных диапазонах частот, рис. 1, которым свойственны как макро соты, так и микро соты, а в некоторых случаях пико соты.

Рис. 1 – Структурная схема многодиапазонной иерархической системы

Операторы, организующие такие сложные структуры своих сетей, сталкиваются с рядом проблем, связанных с настройкой работы систем. На этапе планирования сетей проектировщики прибегают к различным математическим моделям расчета и прогнозирования, как покрытия, так и абонентской нагрузки. Но все эти модели находят место только на этапе планирования сетей или вводя в эксплуатацию новые базовых станций. Когда же сеть уже в эксплуатации, анализ работы сети осуществляется с помощью оценки статистических данных по событиям в системе, используя различные аналитические программные комплексы, например [1,2]. К последним относятся: хэндоверные характеристики, сброшенные соединения, неудачные попытки установки соединений, интерференция и др. Но, для оптимальной оценки работы системы не достаточно знать количество событий в системе, необходимо знать, на каком расстоянии от базовой станции происходят эти события, и какому количеству абонентов они относятся.

Следует отметить, что любое изменение в системе, будь то ввод в эксплуатацию новой базовой станции или регуляция углов наклона антенн базовых станций приводит к изменениям в работе системы в целом. Последнее сказывается на качестве работы системы и, следовательно, качестве обслуживания абонентов. В связи с этим необходимо постоянно осуществлять мониторинг работы сети в целом, как в области радиочастотного ресурса, так и на уровне программно-аппаратного обеспечения центра коммутации и контроллера базовых станций. Но как показывает практика, в первую очередь страдает радиочастотная часть системы. Ввод в эксплуатацию новой базовой станции, организация иерархической [3,4] и вложенной структуры сот [5,6] приводит к перераспределению пространственно-временного трафика и, соответственно, влияет на работу системы, вызывая в одних случаях, перегрузку отдельных сот, в других случаях - недогрузку, иными словами, неравномерность распределения трафика. Последнее для поддержания удовлетворительного качества недопустимо. В связи с этим, каждый оператор, организуя нововведения в своей сети, должен ясно представлять для себя схему контроля и управления качеством работы сети.

Существует несколько оптимизируемых показателей качества, в той или иной степени характеризующих работу сети в как целом, так и отдельных её составляющих [7]. В данном случае, речь идёт о показателях радиочастотного тракта. К последним относятся:

· цена системы или отдельных её узлов;

· пропускная способность системы;

· хэндоверные характеристики;

· интерференционные показатели.

Не смотря на степень динамики развития сетей мобильной связи в области радиочастотного ресурса, выше перечисленные показатели качества, необходимо держать под непрерывным контролем и управлением. Если система построена и ее функционирование по определённым показателям качества удовлетворительно, то это не означает, что нужно забыть о мониторинге качества системы. Абонентская нагрузка постоянно растёт, создавая, в определённых частях сети перегрузки и влияет, тем самым, на другие показатели качества, например неудачные хэндоверы за счёт перегрузок, как на каналах трафика, так и управления. Поэтому, установлено [8], что для мобильных сетей связи основными показателями качества работы сети являются абонентская нагрузка (GoS Grade of Service - процент отказов) и хэндоверные характеристики. В связи с этим, для контроля и оптимизации качества обслуживания абонентов необходимо знать, как распределена абонентская нагрузка, а, следовательно, количество абонентов в пространстве и времени. Как показано в [9], для определения последнего можно воспользоваться статистическим накоплением данных, где измеряемым показателем качества покрытия служит временная задержка распространения сигнала (TA) от базовой станции до мобильной станции и обратно. Данный подход позволяет определить, не только эффективную и действующую зоны обслуживания, но и зоны «острова», где качество обслуживания абонентов неудовлетворительно и, зачастую приводит к сбросу соединений. Но, для эффективного использования данного вида статистики необходимы эффективные алгоритмы анализа пространственно-временного распределения абонентской нагрузки. В связи с этим, данная статья и посвящена разработке модели и алгоритма локализации абонентской нагрузки в пространстве и времени.

2. модель Локализации абонентов в пространстве

Известно, что первая установка соединения мобильной станции с базовой станцией осуществляется по направлению «вверх» (направление от мобильной станции к базовой станции). Данное соединение происходит в виде пакета доступа (AB - access burst) по каналу параллельного доступа (RACH – random access channel).

Основной характеристикой пакета доступа является то, что кроме последовательности синхронизации (49 бит) и битов кодирования (39 бит) передается информация о временной задержке распространения сигнала от мобильной станции к базовой станции. Информация о временной задержке предаётся в защитном интервале (GP - guard period), временная длительность которого составляет 68.25 бит или 252 мксек.

Используя данные о временных значениях интервала доступа, можно определить действующее расстояние между базовой станцией и мобильной станцией, которое может быть записано в виде

(1)

где, TA – временная задержка для обычного радиуса сот; D_RT – расстояние от мобильной станции до базовой станции определяется как

(2)

где, v – скорость света ; t = 1 бит = 48/13 [мкс].

Для оценки локализации абонентов в пространстве использовалось программное обеспечение фирмы ERICSSON [10], которое было апробировано на действующей сети сотовой связи стандарта GSM г. Томска. Данное программное обеспечение является составной частью аппаратного обеспечения BSC [11].

Согласно разработанным рекомендациям [9], измерения по оценке пространственного распределения абонентов были проведены как кратковременные, так и долговременные записи статистики. Результаты проведённых экспериментов приведены на рис. 2, где в виде гистограммы распределения приводятся результаты измерений. По оси х откладывается удалённость абонентов от базовой станции [км], по оси y, как и в случае [1], откладывается относительная величина - процент результатов измерений [%], полученных контроллером базовых станций от мобильной станции. Но практика показала, что использование относительных данных не информативно, поэтому наряду с процентом результатов измерений приведём шкалу количества результатов измерений.

Рис. 2 – Пространственное распределение результатов измерений для одной из сот пригородной базовой станции (долговременные измерения, 120 часов)

В случае если мы используем шкалу «процент принятых измерений» [1], то мы можем только определить эффективную зону обслуживания, где осуществляется 60 – 80% трафика, а также действующую зону обслуживания, характеризующуюся размерами, которые ограничиваются «островными» зонами. Причём, если нам необходимо сравнить зоны обслуживания разных сот, то знать процентное распределение результатов измерений недостаточно, так как оно не несёт в себе информации о количестве обслуживаемых абонентов в пространстве.

Если же использовать шкалу «количество переданных измерений», то можно оценить абонентскую нагрузку

Но для определения последнего необходимо знать, сколько результатов измерений в среднем приходится на одного абонента.

Несмотря на большие возможности аппаратно-программной реализации оборудования центра коммутации и контроллера базовых станций, невозможно оценить одновременно количество обслуживаемых абонентов в соте и число системных событий на каждого обслуживаемого абонента в соте в отдельности.

Таким образом, для определения абонентской нагрузки в пространстве необходимо осуществить привязку количества принятых результатов измерений к абонентскому трафику при занятии канала. Но следует учитывать и то, что при любом доступе в систему мобильной станцией результаты измерений передаются не только на каналах трафика, но и каналах управления.

Ниже приводится список процессов связанных с занятием канала управления SDCCH:

· обновление местоположения (Location Updating);

· включение и выключение мобильной станции (IMSI Attached/Detach);

· входящий/исходящий звонок (Terminated/Originated Call);

· передача/прием коротких сообщений (SMS);

· входящее/исходящее факсимильное сообщение.

Подтверждением последнего является распечатка передачи системной информации через радио эфир, рис. 3. Распечатка соответствует случаю установки исходящего звонка с мобильной станции. Данные были получены с помощью измерительного комплекса TEMS Investigation [12].

Рис. 3 - Распечатка передачи системной информации при установке исходящего звонка с мобильной станции

Из приведенной распечатки видно, что результаты измерений (Measurement Report) в режиме занятия канала трафика отсылаются мобильной станцией (Uplink) через время равное 480 мсек. Что же касается канала управления, то период, через который передаются результаты измерений, а также их переданное количество в режиме занятия канала SDCCH отличаются от и соответственно.

Экспериментально было исследовано, что время занятости SDCCH канала при различных видах доступа мобильной станцией различно, а, следовательно, и количество передаваемых результатов измерений. Помимо этого, на время занятия канала SDCCH влияет и общая нагрузка на каналах трафика и каналах управления. Если мобильной станции не удаётся занять канал SDCCH, то соединение не разрывается, а возобновляется. За количество повторов занятия канала SDCCH отвечает системный параметр Maximum_Retransmissions, который, в свою очередь, находится под контролем оператора и может задаваться для каждой соты в отдельности. Ниже, на рис. 4, 5 приведены результаты 20 попыток установки исходящих/входящих звонков, а именно: время занятости SDCCH канала, а также количество переданных результатов измерений при различных попытках установки связи между мобильной станцией и системой.


*Рис. 4* - Время занятости SDCCH канала для исходящих/входящих звонков	*Рис. 5* - Количество переданных результатов измерений для исходящих/входящих звонков

Пример длительного занятия канала SDCCH наглядно виден из рис. 4: 2-ая, 5-ая, 18-ая попытки. Как показывает практика, учесть такие длительные по времени занятия канала SDCCH для различных процессов достаточно сложно. Последнее связанно с тем, что помимо таких факторов как перегрузка на каналах трафика и управления, на длительность занятия канала SDCCH могут влиять и интерференционные показатели качества, вызывающие, в свою очередь, длительные процессы синхронизации мобильной станции и системы. Последнее напрямую связано с увеличением времени занятия каналов управления, а, следовательно, передаваемых результатов измерений.

Следует отметить, что использование аппаратно-программного обеспечения BSC компании ERICSSON, позволяет осуществить привязку установленных соединений и переданных коротких сообщений к отдельным сотам базовой станции. Зарегистрировать остальные процессы с помощью контроллера базовых станций не удаётся в силу отсутствия возможностей аппаратно-программного уровня контроллера базовых станций.

Несмотря на отсутствие возможностей контроллера, остальные процессы удается зарегистрировать с помощью средств статистики заложенных в центре коммутации подвижной радиосвязи. Что касается контроллера, то он позволяет определить количество событий в системе с привязкой к соте, коммутатор же нет, он позволяет оценить количество тех или иных событий на всю систему в целом, так как он не знает о существовании сотовой структуры в подсистеме базовых станций. Поэтому, статистику о процессах обновления местоположения, включения и выключения мобильной станции, а также входящих/исходящих факсимильных сообщениях привязать к определённым сотам не возможно.

Тем самым видим, что в целом, определить привязку результатов измерений передаваемых на каналах TCH и SDCCH к абонентской нагрузке проблематично, даже при наличии мощных аппаратно-программных комплексов.

Практика показала, что для оценки пространственного распределения трафика достаточно знать коэффициент пропорциональности между принятыми результатами измерений в значении определённой временной задержки (TA) и общим количеством принятых результатов измерений.

Следовательно, коэффициент пропорциональности может быть получен, используя следующее выражение

, (3)

где - период измерений, [сек]; - количество принятых результатов измерений на каком-то расстоянии от базовой станции в определённый временной отсчёт i. - суммарное количество принятых результатов измерений с разных расстояний от базовой станции (ТА=0..63) в i^-тый временной интервал.

Для того чтобы определить распределение нагрузки в соте, разделим нагрузку, созданную за период измерения с учетом коэффициента пропорциональности:

, (4)

где – суммарная нагрузка на соту, [Эрланг] за период измерения ,[сек.].

В контроллере базовых станций компании ERICSSON, определение трафика в сотах осуществляется с помощью счётчиков накоплений [13]:

, (5)

где – суммарная нагрузка на соту, [Эрланг]; – Traffic level accumulator - счётчик, значение которого увеличивается на единицу при очередном занятии канала трафика и уменьшается на единицу при освобождении канала, период счёта 10 сек; – количество десятисекундных интервалов за период измерений .

Среднее же время разговора в соте определяется уже после определения нагрузки в соте и числа известных успешных попыток занятия канала трафика, а не наоборот, сперва вычисление среднего времени разговора, а потом значение трафика. Последнее связанно с тем, что учет времени разговора в системе GSM осуществляется программно в центре коммутации подвижной радиосвязи. Связать статистику, полученную контроллером и коммутатором достаточно проблематично. Поэтому, оценка среднего времени занятия канала трафика вычисляется уже после определения общего трафика в соте за период измерений.

, (6)

где – среднее время разговора (занятия канала трафика (TCH)) [сек.], - количество успешных попыток занятия канала трафика в i^-тый временной интервал.

Объединяя формулы (3) – (5), получаем выражение для вычисления значения нагрузки в соте сосредоточенной на различных расстояний от базовой станции.

(7)

Использование данного метода оценки пространственно-временного распределения было заложено при разработке программного комплекса [2].

Необходимо отметить, что в случае использования аппаратно-программного обеспечения других производителей, отличных от компании ERICSSON, процесс получения значений абонентской нагрузки в сотах может быть другим. Поэтому, значение может быть получено используя принципы вычисления нагрузки, заложенные внутри аппаратно-программного обеспечения контроллера базовых станций фирмы производителя.

3. практические Результаты использования модели

Пример результата исследования пространственно-временного распределения абонентского трафика для одной из пригородных базовых станций диапазона 900 МГц представлен на рис. 6. Оценка распределения абонентского трафика проводилась во время основного трафика данной соты с 10:00 до 22:00 часов, с периодом записи 1 час.

Рис. 6 - Пространственно-временное распределение абонентского трафика

Эффективность такого представления распределения абонентского трафика в пространстве и времени очевидна. Во-первых, данное представление позволяет наглядно локализовать абонентский трафик в пространстве. Во-вторых, определить динамику перемещения абонентского трафика во времени. В третьих, как уже указывалось в [9], определяется не только эффективная и действующая зоны обслуживания, но и зоны «острова». Последнее достаточно важно в случае, если качество обслуживания абонентов в удалённых – «островных» зонах (рис. 6, отметка 19 км.) неудовлетворительно, что обычно приводит к негативной реакции самих абонентов, выраженной в претензиях предоставления качественных услуг связи. Тем самым, оператор, используя данный метод, может принимать определённые меры по устранению таких островных зон, улучшая качество обслуживания абонентов. В некоторых случаях, во благо качества обслуживания абонентов, необходимо жертвовать обеспечением связи на таких расстояниях.

Определение «островных» зон - не единственная задача использования данного метода. В случае организации многодиапазонных сетей 900/1800 МГц, необходимо знать, как распределяется абонентский трафик между сотами различных частотных диапазонов. Основное отличие диапазона 1800 МГц и 900 МГц – это более высокая пропускная способность за счет большего количества частотных каналов и, меньшие зоны обслуживания абонентов, из-за большего затухания сигнала на более высоких частотах.

Следует отметить, что базовые станции различных частотных диапазонов могут располагаться не только разнесено в пространстве, но и меть те же пространственные координаты с одинаковой азимутальной привязкой сот, рис. 1. В последнем случае, для определения правильности работы двух диапазонных сот необходимо знать, как распределяется трафик между сотами разных диапазонов. Важно это и по той причине, что в первую очередь абонентскую нагрузку должна забирать сота диапазона 1800 МГц, в ближней зоне обслуживания базовой станции (0 – 1.5 км.). На расстояниях же более чем 1.5 км, нагрузка должна забираться уже сотой, работающей в диапазоне 900 МГц.

Ниже приведём пример распределения абонентского трафика для случая двух диапазонной сети 900/1800 МГц. В приведённом случае рассматривается одна из сот двух диапазонной БС, работающей на одну антенную систему, то есть сота диапазона 900 МГц и 1800 МГц имеют как одинаковые географические координаты, а также одну и туже азимутальную привязку излучения.

Рис. 7 - Пространственно-временное распределение абонентского трафика с 9:00 – 19:00 для сот:

а) диапазон 900 МГц, б) диапазон 1800 МГц.

Из рисунка видно, что эффективная и действующая зоны обслуживания для сот разных частотных диапазонов различается. Особенно это заметно в вечернее время 19:00 ч., где эффективная зона обслуживания для диапазона увеличивается по сравнению с сотой диапазона 1800 МГц. Последнее может обуславливаться перемещением абонентов в спальные, жилые районы, в то время как на расстояниях до 1 км, рис. 7, могут существовать шоссе, дороги, где осуществляется перемещение абонентов, а, следовательно, перемещение трафика.

Помимо этого, на пространственное распределения трафика в сотах могут влиять и другие системные параметры, связанные с различными системными опциями, например динамическое распределение нагрузки в сотах [14], а так же настройка хэндоверных алгоритмов.

При исследовании распределения абонентского трафика в двухдиапазонных сотах недостаточно оценивать только пространственно-временное распределение. Последнее связанно с тем, что двухдиапазонные соты, работающие с одной азимутальной привязкой антенных систем и имеющих одинаковые географические координаты, обслуживают один и тот же пространственный сектор (случай секторного построения сот), а, следовательно, делят нагрузку между собой в разных соотношениях. Поэтому, помимо оценки пространственно-временного распределения трафика, необходимо оценивать распределение суммарного трафика двухдиапазонных сот в течение суток, а также долю нагрузки забираемой каждой сотой в отдельности, рис. 8.

Рис. 8 - Распределение суммарного абонентского трафика для двухдиапазонных сот в течение суток.

Помимо суммарного и долевого трафика необходимо оценивать перегрузки, как на каналах трафика, так и на каналах управления с учётом определённого количества радиоканалов трафика и подканалов управления.

4. Алгоритм анализа распределения абонентской нагрузки

На основе выработанной модели (7) и практических результатов, был разработан алгоритм анализа абонентской нагрузки при введении в эксплуатацию новой базовой станции, рис. 10. Ниже, пошагово приведено описание данного алгоритма.

1. Принятие решения о расширении системы. Данный шаг является отправной точкой для проведения анализа работы системы в области распределения абонентского трафика. Данный шаг может предполагать как запуск в эксплуатацию новой базовой станции, так и активация дополнительной системной опции, например динамическое распределение нагрузки между сотами.

2. Расчёт покрытия смежных зон обслуживания. Данный аналитический шаг относится к этапу прогнозирования. С использованием расчётных программных комплексов, на данном этапе определяется радиочастотное покрытие, как всей системы, так и каждой соты в отдельности.

3. Определение объектов статистического исследования. Необходимо отметить, что основной информацией для проведения анализа распределения межсотового трафика является не покрытие в чистом виде, полученное на предыдущем шаге, а смежные зоны обслуживания соседних сот, которые, являются непосредственными кандидатами на хэндовер, а, следовательно, и на распределение межсотового трафика. Таким образом, на данном этапе определяются соты, которые будут являться потенциальными соседями для сот базовой станции, вводящейся в эксплуатацию.

Рис. 10 - Алгоритм анализа абонентской нагрузки при введении в эксплуатацию новой БС

4. Определение исходных параметров сот. Одновременно с определением сот соседей определяются частоты соседних сот, которые, в свою очередь, будут прописываться в списке BCCH несущих для каждой новой соты [15]. Данные частоты прослушиваются мобильными станциями, и нужны для того, чтобы знать на какую соту с какой частотой осуществлять хэндовер. Необходимо исключить соты, с одинаковыми частотами из списка соседних сот. Исключение производить исходя из наибольших смежных зон обслуживания, а также их удаленности от базовых станций.

5. Ввод информации о новой БС. После того, как составлены списки кандидатов на хэндоверы, а также им соответствующие номера BCCH несущих, необходимо прописать всю системную информацию о новой базовой станции в контроллер базовых станций. К последней относится: BCCH частоты для случая нескольких сот, соседей, списки BCCH несущих соседних сот, информация о поведении мобильных станций в сотах данной базовой станции, как в режиме IDLE, так и ACTIVE и т.д.

Необходимо отметить, что после ввода информации о новой базовой станции, последняя не запускается ни в тестовую, ни в коммерческую эксплуатацию.

6. , (8.) Запись статистики. На данном этапе, активируется статистика по анализу пространственно-временное распределение абонентского трафика на вышеопределённые соседние соты. Пространственно-временное распределение трафика определяется кратковременными и долговременными записями статистики. Под долговременными записями мы понимаем запись статистики за длительный временной интервал (сутки, несколько суток, неделя). Под кратковременными записями период записи статистики внутри одной долговременной записи (минута, час, несколько часов). Конечно, чем меньше интервал кратковременной записи, тем детальнее пространственно-временная картина распределения трафика. Но последнее требует больших мощностей ЭВМ для обработки огромного количества данных. Как показывает практика, принято, что значения нагрузки оцениваются в ЧНН (час наибольшей нагрузки). Следовательно, не отходя от общности оценку пространственно-временного распределения абонентского трафика, необходимо осуществлять через часовой интервал.

7. Контроль работы сот в период записи статистики. Данный шаг предусматривает собой мониторинг работы объектов исследования в период записи статистики по данным объектам. Основным контролируемым параметром является простой объекта исследования. Перечислим объекты исследования, над которыми должен быть установлен контроль:

· базовая станция (причина остановки: разрыв соединительного тракта между контроллером базовых станций и самой базовой станцией, выключение питания базовой станции, выход из строя одного из основных устройств базовой станции и т.д.);

· группа базовых станций, сот (причина остановки: разрыв каскадного соединения базовых станций, разрыв оптического кольца, в которое включена группа базовых станций и т.д.);

· сота (причина остановки: выход из строя приемопередатчика, выход значения К.С.В. в антенно-фидерном тракте соты за допустимые приделы, выход из строя одного из основных устройств базовой станции и т.д.);

9. Проверка мониторинга. Если хотя бы один из объектов исследования выходил из работы в период снятия статистики, то следуй пункту 10, если нет, то пункту 11.

10. Деактивация и активация новой статистики.

11. Запись статистики в базу данных. В базе данных хранится информация о суточном трафике для каждого из исследуемого объекта, перегрузки, среднее время занятости канала, а также пространственное распределение абонентов. Хранящаяся информация необходима в дальнейшем для анализа перераспределения абонентского трафика после ввода в эксплуатацию новой базовой станции.

12. Запуск в эксплуатацию новой базовой станции. На данном шаге, активируются приемопередатчики сот базовой станции – запуск в эксплуатацию новой базовой станции.

13. Запись статистики. Активируется статистика по анализу пространственно-временного распределения абонентского трафика между новой базовой станцией и сотами соседями. Поскольку, изначально нам неизвестно, правильно ли мы настроили межсотовые соотношения, сетевые параметры новой базовой станции и соседних сот мы не можем активировать сбор статистики на долгое время. Поэтому, достаточно активировать кратковременную запись (максимально сутки).

14. В случае если в эксплуатацию вводится областная базовая станция, то есть необходимость проводить анализ пространственно-временной статистики за несколько суток. Для вычисления последнего необходимо воспользоваться выражением (7).

15. Проверка распределения межсотового трафика. После того, как выполнен сбор статистики по нововведённому объекту, а также его соседям, необходимо сопоставить данные, полученные на шаге 6, 8 существующего алгоритма и данные, полученные после системных нововведений. На данном шаге уделяется большее внимание не пространственно-временному распределению трафика, а временному, за период измерения. И на этом шаге нас уже интересуют максимальные значения нагрузки и перегрузки в сотах при заранее установленных системных параметрах, определённых межсотовых соотношениях и активных системных опциях. В случае если результаты не удовлетворительны, то необходимо прибегать к методам регулировки перераспределения трафика – шаг 16, если же все удовлетворительно, то необходимо перейти к шагу 17.

16. Регуляция абонентского трафика. В случае если после запуска очередной базовой станции в эксплуатацию или активации новой системной опции, оказывается, что прогнозируемое качество обслуживания абонентов неудовлетворительное: неравномерность распределения трафика, неудачные хэндоверы, сброшенные соединения, то необходимо прибегать к своевременной регуляции качества обслуживания абонентов. Поскольку речь идёт об абонентском трафике, то и к его урегулированию. Методы регуляции последнего дифференцируются на несколько категорий:

1) регуляция мощностных характеристик [16, 17];

2) регуляция углом наклона антенн базовых станций [18];

3) регуляция ограничением по временной задержке распространения сигнала между мобильной и базово станцией [19];

4) регуляция межсотовых соотношений [20 -22];

5) регуляция с использованием дополнительных системных опций, например, [1].

17. Запись в базу данных и составление отчёта. Полученные данные записываются в базу данных для возможности использования последних в будущем, например построения тренда роста трафика, в отдельном территориальном районе. После этого составляется отчет о проделанной работе, с комментариями и рекомендациями.

5. Заключение

В данной статье разработанная автором модель локализации пространственно-временного абонентского трафика в сетях подвижной радиосвязи стандарта GSM. Доказано, что достаточно проблематично сопоставить абонентскую нагрузку с результатами измерений переданных одновременно на каналах управлениях SDCCH и каналах трафика TCH в различных процессах установки соединения между мобильной и базовой станциями. А также привязать последнее к отдельной соте базовой станции. В связи с этим, было получено выражение, определяющее соотношение между принятыми и абонентской нагрузкой. Последнее основывается на получении коэффициента пропорциональности между принятыми результатами измерений в определённом значении определённой временной задержки и общим количеством принятых результатов измерений.

Использование данной модели было заложено при разработке программного комплекса [2].

Показано, что в отличие от [1] применение данного подхода дает наглядную картину пространственно-временного распределения абонентского трафика. Последнее позволило для пригородных базовых станций локализовать трафик в малых, удалённых областях – «островных» зонах, где, зачастую наблюдается неудовлетворительное качество обслуживания абонентов, выражено в сбросах соединений.

Основные преимущества трёхмерного представления распределения абонентского трафика:

во-первых, такое представление позволяет наглядно локализовать абонентский трафик в пространстве;

во-вторых, определяет динамику перемещения абонентского трафика во времени;

в третьих, легко определяется не только эффективная и действующая зоны обслуживания, но и зоны «острова».

В случае использования многодиапазонных иерархических систем показано, что недостаточно оценивать только пространственно-временное распределение, а необходимо оценивать распределение суммарного трафика двухдиапазонных сот в течение суток, а также долю нагрузки забираемой каждой сотой в отдельности. Помимо суммарного и долевого трафика необходимо оценивать перегрузки? как на каналах трафика, так и на каналах управления с учётом определённого количества радиоканалов трафика и подканалов управления.

Достаточно наглядное представление распределения абонентского трафика полезно при оценке влияния каких-либо изменений в системе (ввод в эксплуатацию новой базовой станции, активации новой системной опции, настройки системных параметров сот).

На основе предложенной модели и практических результатов её применения, был разработан алгоритм анализа локализации абонентской нагрузки при вводе в эксплуатацию новой базовой станции. Данный алгоритм может быть адаптирован под другие случаи, например активация новой системной опции или, например, при регулировке углов наклона антенн базовых станций.

Предполагается, что данный алгоритм будет доработан в будущем, посредством введения дополнительных этапов анализа:

1) Этап анализа хэндоверных характеристик

2) Этап анализа интерференционных показателей качества.

6. Благодарности

Автор выражает благодарность инженерам ООО «Томская Сотовая Связь» Мендинову И.А, Гафиеву М. И, Аксёнову А.Н., а также студенту ТУСУРа, Фамильцеву М.С., в помощи написания программных средств обработки статистических данных.

7. Литература

[1] Ericsson Radio Systems AB, TMOS User Guide, Doc. № 1553-CRA 114 28 Uen G1, 2000.

[2] Береснев А.В., Аксёнов А.Н. Программный комплекс для анализа радиочастотного покрытия в системах подвижной радиосвязи стандарта //Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления. Всероссийская научно-практическая конференция. Материалы конференции, ТУСУР, Том 2, 2002, С. 183-185.

[3] Ericsson Radio Systems AB, User Description, Hierarchical Cell Structures, Doc. № 12/1553-HSC 103 12 Uen C, 1999.

[4] Yamaguchi A., Kobayashi H., Mizuno T., «Proposal of Multy Layered Microcell System with No Handover Areas», IEICE Trans. Commun. VOL. E79-B, NO 3, pp. 266 – 271, March, 1996.

[5] Ericsson Radio Systems AB, User Description, Overlaid/Underlaid Subcells, Doc. № 66/1553-HSC 103 12 Uen C, 2000.

[6] Furukawa H., Akaiva Y., «Design of Underlaid Microcells in Umbrella Cell Systems», IEICE Trans. Commun. VOL. E81-B, NO 4, pp 762 – 769, April 1998.

[7] Hurlay S., "Planning Effective Cellular Mobile Radio Networks", IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-51, pp.243-253, March 2002.

[8] ITU-T Recommendation E.771. Network Garde of Service Parameters and Target Values for Circuit-Switch Land Mobile Services, 1993.

[9] Береснев А.В., Оценка эффективности зон обслуживания базовыми станциями стандарта GSM // «Журнал радиоэлектроники», 2002, №3, http://jre.cplire.ru/win/mar02/3/text.html

[10] Ericsson Radio Systems AB, User Description, Measurement Result Recording (MRR), Doc. № 71/1553-HSC 103 12 Uen B, 2000.

[11] Ericsson Radio Systems AB, BSC Product Packages for GSM 900/1800/1900 ETSI, R7, RevB, 1998.

[12] Ericsson Erisoft AB, GSM TEMS Investigation 3.1,Users Manual, Doc. LZT 108 2684, R4A, 2001.

[13] Ericsson Radio Systems AB, User Description and Engineering Guidelines, Radio Network Statistics, Doc. № 35/1553-HSC 103 12 Uen B, 1999.

[14] Ericsson Radio Systems AB, User Description, Cell Load Sharing, Doc. № 17/1553-HSC 103 12 Uen C, 1999.

[15] Береснев А.В., Пуговкин А.В. Алгоритм оптимизации межсотовых соотношений в системах подвижной радиосвязи стандарта GSM. //Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления. Всероссийская научно-практическая конференция. Материалы конференции, ТУСУР, Том 2, 2002, С. 186-188.

[16] Бирюков П.Г., Анализ алгоритмов управления мощностью передатчика подвижных станций в системах сотовой связи, Электросвязь, № 11, 2000.

[17] Ericsson Radio Systems AB, User Description, Dynamic BTS power control, Doc. № 78/1553-HSC 103 12 Uen В, 2000.

[18] Benner E., Sesay A.B., «Effects of antenna height, antenna gain, and pattern downtilting for Cellular Mobile Radio», IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-45, pp. 217-224, May. 1996.

[19] Ericsson Radio Systems AB, GSM Advanced Cell Planning EN/LZT 123 5333 R1A, 1999.

Sampath A., J. M. Holtzman, «Adaptive average methodology for handoffs in cellular systems», IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-44, pp. 59-66, Feb. 1995.

[20] Zhang N., J. M. Holtzman, "Analysis of handoff algorithms using both absolute and relative measurements ", IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-45, pp. 174-179, Feb. 1996.

[21] Graziosi F., Pratesi M., Ruggieri M., Santucci F., «A Multicell Model of Handover Initiation in Mobile Cellular Networks,» IEEE Trans. Veh. Technol., vol. VT-48, pp. 802-814, May 1999.