МЕТОДЫ СТРУКТУРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ РАДИОПОКРЫТИЯ В СЕТЯХ CDMA

Бордунова О. В., Бессараб В. И.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Источник: Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІ науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 17-20 травня 2011 р. - Донецьк, ДонНТУ, 2011. – с.49-51

На сегодняшний день мобильная связь является неотъемлемой частью в жизни современного человека. Фиксированная связь отходит на второй план, а спрос на мобильность с каждым днем увеличивается. Учитывая это, необходимо выбирать технологию для построения сети таким образом, чтобы обеспечить пользователей качественной связью, защищенной от прослушивания и помех, высокоскоростным доступом в интернет, видеоконференцсвязью и др. Такой технологией может выступить CDMA технология. CDMA - система множественного доступа с кодовым разделением, которая обеспечивает: хорошее качество передачи речи, отличную помехоустойчивость, минимальную излучаемую мощность, мягкий хэндовер, широкий охват местности, безопасность и секретность информации.

При проектировании сотовой сети основной целью является ее оптимальное построение по основному критерию: высокая эффективность — минимальная стоимость. В связи с тем, что в настоящее время существенно увеличилось количество пользователей мобильной связью, что привело к росту объема передаваемой и обрабатываемой информации, обеспечение эффективного функционирования сетей представляет собой серьезную техническую проблему. Процесс повышения эффективности называется оптимизацией. Структурная оптимизация сети выполняется для получения оптимальной, с точки зрения радиопокрытия, конфигурации сети (схемы расположения базовых станций (БС) и ориентации секторов).

Зона радиопокрытия зависит от ряда факторов: параметры приемника, рельеф местности, плотность городской застройки, характеристики излучения объектов контроля и т.д. Исходя из того, что я провожу структурную оптимизацию радиопокрытия, то главным критерием будет являться минимальное количество базовых станций для обеспечения качественной связи. Эффективная зона обслуживания CDMA определяется по средней площади сайта на узел в км²/сайт для заранее определенных стандартной среды распространения и поддерживаемой плотности трафика.

Расстояние до границ ячейки r можно легко вычислить по известной модели распространения волн. Будем использовать модель Окумура-Хата, которая хорошо подходит для оценки потерь распространения в условиях большого города с плотной застройкой. Средний уровень потерь на радиотрассе, следуя модели, определяется следующим образом:

где K1= 69.55 для частотного диапазона 150 МГц-1000 МГц;

K2= 26.16 для частотного диапазона 150 МГц-1000 МГц;

f - несущая частота (МГц), может лежать в пределах 100-3000 МГц,в расчетах примем 450 МГц;

hb- высота антенны передатчика (в метрах), в расчетах hb=30м, может быть 30-300м;

hm- высота антенны приемника (в метрах), в расчетах hm=1,5м, 1,5-3м;

a(hm ) – коэффициент, учитывающий высоту антенны абонентской станции, для городов с плотной застройкой рассчитывается по формуле:

r - расстояние между БС и абонентской станцией, (км), 1-30км;

Ko= 3dB - для города с плотной застройкой.

Расчеты проведем для условий плотной застройки. Используя рассчитанный средний уровень потерь на радиотрассе Lp, и задавая соответствующие параметры выходной мощности передатчика P(дБ), запаса по замираниям S(дБ) и требуемого уровня сигнала на входе приемника Q(дБ), можно вычислить расстояние уверенной связи r. Уравнение для нахождения r – МАХ расстояния от БС, на котором достигается требуемое качество связи:

На основании полученных данных строится зона покрытия БС с точки зрения качества сигнала. На рисунке ниже показан характерный вид функции уровня сигнала в зависимости от расстояния между БС и абонентом. Пересечение этой функции с прямой Q дает значение максимального значения радиуса зоны обслуживания, при котором еще предоставляются услуги требуемого качества обслуживания. Для стандарта CDMA r ∼ 25-30 км.

Рисунок 1 – Зависимость уровня сигнала от расстояния между БС и абонентом.

Зная расстояние от абонента до БС - r, можем рассчитать зону покрытия площадью S БС, которую она сможет обеспечить: SБС=π*r. Необходимо знать площадь территории Sтер, для которой проектируется сеть и исходя из этого можно получить, что количество БС NБС приближенно можно определить как:

При расчете вышеприведенным способом может произойти ситуация, что для покрытия территории крупного города окажется достаточным один-два десятка БС, однако в связи с тем, что также необходимо планировать и абонентскую нагрузку на каждую соту отдельно, количество БС окажется гораздо больше. Потому и приходится сужать зону покрытия, и увеличивать их количество, исходя из прогнозов абонентской нагрузки на соту. Если учесть количество абонентов, которое может обслужить один сектор БС n аб/сек в стандарте CDMA и собственно количество этих секторов nсек сможем рассчитать количество БС, необходимых для обслуживания Nаб абонентов:

С точки зрения распределения абонентской нагрузки, сеть CDMA предусматривает, что одна БС может обслужить нагрузку YБС (в зависимости от выбранного стандарта и конкретного оборудования). Зная суммарную нагрузку YΣ на сеть, можем рассчитать количество БС:

Таким образом, посчитаем среднее количество БС, которые смогут обеспечить и необходимую площадь покрытия и обслуживание абонентской нагрузки. После того, как было рассчитано количество БС необходимо решить задачу оптимизации расположения базовых станций в зоне обслуживания. Оптимальным считается такое положение, при котором заданный уровень качества сигнала обеспечивается в любой точке зоны обслуживания при минимальном числе базовых станций. Для более рациональной расстановки БС воспользуемся компьютерными средствами - пакетом RPS-2. Качество получаемого результата зависит от того, насколько точно в процессе планирования учтены особенности местности, параметры аппаратуры, источники возможных, учесть которые без использования автоматизированных компьютерных инструментов в современных условиях невозможно [1].

1. Центр компьютерных технологий “Связь Телеком Софт”/ А.Г. Соколов. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.rps2.ru/.