Запас на допустимые внутрисистемные помехи.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

При расчете используется величина запаса на внутрисистемные помехи, которая характеризует возрастание мощности шума на входе приемника. Для расчета, принимают что запас на внутрисистемные помехи равен[2]:

L=-10∙ log₁₀(1-η ), (3.9)

где η – относительная загрузка соты в восходящей или нисходящей линии.

Как видно, запас на внутрисистемные помехи это функция от загрузки соты, чем больше разрешенная нагрузка в соте, тем большую величину запаса необходимо учесть в расчете. При росте нагрузки до 100% запас на помехи стремится к бесконечности и зона обслуживания соты уменьшается до нуля. Зависимость значения данной величины от загрузки соты представлена на Рис. 3.1:

Рис. 3.1. Зависимость значения запаса на внутрисистемные помехи от значения относительной загрузки соты

Для восходящей линии относительная загрузка соты может быть определена с помощью выражения[16]:

где

K_N – количество пользователей;

W– скорость передачи чипов в WCDMA (3.84 Мчип/c);

– требуемое отношение E_b/N₀, для пользователя с номером k;

– скорость передачи данных пользователя с номером k;

– коэффициент занятия услуги;

i – отношение I_oth/I_own , где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own – принятая мощность от абонентов обслуживающей соты. i характеризует «изоляцию» соты. Обычно данная величина составляет от 0.15(локальные микро-БС) до 1.2(в случае плохого планирования).

Относительная загрузка соты в нисходящей линии уменьшена на величину α характеризующую ортогональность кодов в нисходящей линии[16]:

Также загрузку соты можно определить с помощью соотношения[16]:

где m- количество услуг предоставляемых в соте;

– скорость передачи данных для услуги;

- требуемое отношение E_b/N₀для услуги.

Выигрыш за счет мягкого хэндовера. Как уже было описано в данной работе, мягкий хэндовер имеет место в том случае, когда мобильная станция соединена как минимум с двумя сотами одновременно. В случае, если эти соты принадлежат двум разным базовым станциям(Node B) объединение двух восходящих каналов осуществляется контроллером радиосети (RNC). В случае, если соты принадлежат одной базовой станции объединение сигналов осуществляется базовой станцией. В нисходящей линии объединение двух каналов осуществляется RAKE-приемником мобильной станции методом оптимального сложения. Можно рассматривать, как метод разнесенного приема, при использовании которого сигналы разных каналов складываются с учетом их весовых коэффициентов, а коэффициенты усиления в каждом канале прямо пропорциональны среднеквадратичному значению мощности сигнала и обратно пропорциональны среднеквадратичному значению мощности шума в этих каналах. При оптимальном сложении отношение сигнал/шум на выходе максимально. Выигрыш от мягкого хэндовера достигается за счет макро-разнесенного приема, следовательно уменьшает негативные эффекты от теневых зон и замираний. В реальной сети, зоны обслуживания большинства сот пересекаются. На границе соты мобильная станции может выбрать лучшую соту из доступных в данный момент, то есть мобильная станция не ограничена одним соединением. Это ведет к тому, что запас на замирания может быть снижен при расчете бюджета радиолинии, происходит уменьшение требуемого значения E_b/N₀. Выигрыш от мягкого хендовера зависит от условий распространения радиоволн. В городах где замирания сигналов очень существенны, корреляция между сигналами пришедшими от разных источников мала, как результат возрастает выигрыш от использования мягкого хендовера. И наоборот в сельской местности когда сигналы незначительно подвержены замираниям, корреляция между сигналами от разных источников возрастает и выигрыш уменьшается. Величина выигрыша может меняться в пределах 2-5 дБ. Типичная величина выигрыша, которой задаются, для расчета бюджета радиолинии составляет 2-3 дБ.

Ограничение управления мощностью или запас на быстрые замирания. Алгоритм быстрого управления мощностью введен в UMTS для того, чтобы поддерживать требуемое значение E_b/N₀на входе приемникапостоянным во время быстрых замираний, обусловленных многолучевостью. глубина замираний может доходить до 30 дБ. Быстрое управление мощностью особенно важно для абонентов имеющих малую скорость передвижения так как они не могут быстро изменить свое положение для компенсации глубоких замираний. На границе соты, мощность передатчика мобильной станции максимальная, таким образом не остается запаса на управление мощностью для компенсации быстрых замираний. Для того чтобы учесть этот процесс в расчете зададимся величиной запаса на быстрые замирания. Величина запаса на быстрые замирания зависит от скорости абонента. Типичные значения величины запаса в зависимости от скорости абонента представлены в таблице 3.2 [2]

Таблица 3.2. Типичные значения величины запаса на быстрые замирания

Тип абонента, скорость перемещения	Типичная величина запаса на быстрые замирания
Небольшая скорость (3 км/ч)	3-5 дБ
Средняя скорость (50 км/ч)	1-2 дБ
Высокая скорость (120 км/ч)	0.1 дБ

Рассчитаем допустимые потери на трассе для восходящей и нисходящей линии. Расчет произведем для услуги требующей скорости передачи данных в нисходящей и восходящей линии 384 кбит/c.

Расчет восходящей радиолинии. Расчет осуществляется в несколько этапов.

1.Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС определяется из (3.8):

P_прбс(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) – G_обр(дБ),

где (E_b/N₀)_треб– требуемое значение E_b/N₀_,

G_обр – выигрыш от обработки,

P_ш – мощность собственных шумов приемника.

Для анализа выбран тип оборудования БС Nokia Flexi WCDMA BTS. Коэффициент шума приемника данной базовой станции менее 3 дБ. Для расчета примем Kш=3 дБ.

Мощность шумов приемника БС из (3.7):

P_ш = N+K_ш=-108, 2+3=-105, 2 дБмВт.

Минимально допустимое значение E_b/N₀на входе приемникадля данного типа сервиса составляет 1.7 дБ при скорости абонента 3 км/ч.

Выигрыш от обработки составляет:

G_обр =10log(R_чип/R_польз)=10log(3, 84∙ 10⁶/384∙ 10³)=10 дБ,

R_чип-чиповая скорость стандарта UMTS, 3, 84∙ 10⁶ чип/c,

R_польз- скорость передачи данных пользователя, 384000 бит/c.

Также, как описывалось выше, необходимо учесть выигрыш за счет мягкого хендовера и запас на внутрисистемные помехи. Величину выигрыша примем равной G_хо=2 дБ. Величину запаса на внутрисистемные помехи определим из выражения (3.9). Величину относительной загрузки соты для начального расчета примем равной 50%. Допустимым значением величины относительной загрузки соты считается 50%. Выбор этой величины обусловлен следующими соображениями:

· Неустойчивость работы системы управления мощностью при нагрузках превышающих 75%, которая проявляется в попытках осуществления больших корректирующих воздействий регулировки мощности в качестве реакции на небольшие быстрые изменения нагрузки.

· Необходимостью резервирования 30% ресурсов емкости соты для процедур мягкого хэндовера.

Запас на внутрисистемные помехи равен:

L_п =-10∙ log₁₀(1-0.5)=3 дБ.

С учетов вышеуказанных факторов, минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС равна:

P_прбс=P_ш + (E_b/N₀)_треб– G_обр + L_п – G_хо =-105, 2+1.7-10+3-2=-112, 5 дБмВт.

2.Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

P_пр=P_прбс + L_фидер –G_бс + L_ff =-112, 5 +3-18+3=-124, 5 дБмВт,

где L_фидер - потери в фидере, дБ. Как правило, длина и тип фидера выбирается таким образом, чтобы значение затухания в нем составляла не более 3 дБ;

G_бс– коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ. Для расчета примем G_бс=18дБ, типичное для секторных антенн базовых станций;

L_ff –запас на быстрые замирания, дБ. Значение L_ff примем равным 3 дБ.

3. Эффективно излучаемая мощность мобильной станции определяется выражением:

P_измс=P_мс+G_мс - L_тело=21+0-0=21 дБмВт,

где P_мс – мощность передатчика мобильной станции. Для расчета взята минимальная мощность мобильной станции определенная стандартом(класс 4 – 21 дБмВт);

G_мс – коэффициент усиления антенны базовой станции, принята равной 0 дБ;

L_тело– потери на затухание в теле абонента. Для расчета L_телопринимают равным 3 дБ. Необходимо заметить, что как правило, потери на затухание в теле учитываются для голосовых типов услуг, и могут не учитываться для услуг по передаче данных. В данном случае L_тело=0 дБ.

4. Максимально допустимые потери на трассе равны:

L= P_измс- P_пр=21+124, 5=145, 5 дБ.

Расчет нисходящей радиолинии также осуществляется в виде последовательных этапов.

1. Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС определяется аналогичным выражением(как и для БС):

P_прмс(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) – G_обр(дБ).

Приемник мобильной станции более простой, чем приемник БС, в нем используются более простые компоненты, следовательно, его коэффициент шума выше. Стандартом коэффициент шума приемника МС должен иметь значение < 9 дБ. Для расчета примем Kш=8 дБ.

Мощность собственных шумов приемника МС:

P_ш = N+Kш=-108, 2+8=-100, 2 дБмВт.

Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС с учетом запаса на внутрисистемные помехи и выигрыш от мягкого хэндовера равна:

P_прмс=P_ш + (E_b/N₀)_треб– G_обр – L_п – G_хо =-100, 2+4, 8–10+3-2=-104, 4 дБмВт,

где (E_b/N₀)_треб-минимально допустимое значение E_b/N₀на входе приемникадля данного типа сервиса составляет 4.8 дБ при скорости абонента 3 км/ч;

G_обр =10log(R_чип/R_польз)=10log(3, 84∙ 10⁶/384∙ 10³)=10 дБ;

R_чип-чиповая скорость стандарта UMTS, 3, 84∙ 10⁶ чип/c;

R_польз- скорость передачи данных пользователя. 384000 бит/c;

L_п– запас на внутрисистемные помехи. Примем что сота в нисходящей линии загружена также как и в восходящий. L_п=3 дБ;

G_хо–выигрыш за счет мягкого хендовера примем также 2 дБ.

2.Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

P_пр=P_прмс + L_тело –G_мс + L_ff =-104, 4+0-0+3=-101.4 дБмВт,

где L_тело– потери на затухание в теле абонента. Для услуг по передачи данных L_тело=0.

G_мс – коэффициент усиления антенны мобильной станции, дБ. Значение G_мспринято равным 0 дБ.

L_ff –запас на быстрые замирания, дБ.

3. Эффективно излучаемая мощность БС:

P_избс=P_бс+G_бс – L_фидер=40+18–3=55 дБмВт,

где P_бс – мощность передатчика базовой станции на кодовый канал. Для данного типа сервиса величина максимальной мощности передатчика на кодовый канал составляет 40 дБмВт[параметры оборудования Nokia];

G_бс – коэффициент усиления антенны базовой станции;

L_фидер– потери обусловленные затуханием в фидере.

4. Допустимые потери на трассе:

L= P_избс- P_пр=55+101.4 =156.4 дБ.

В данном расчете не учитывались затенения сигнала препятствиями(здания, деревья и.т.д.), затухания вносимые стенами зданий для абонентов находящихся внутри помещений. Величина этого запаса влияет на величину вероятности обслуживания в соте.

Статистический анализ измерений уровня принимаемого радиосигнала показывает, что величина потерь L, в каждой конкретной точке между базовой и мобильной станцией на любом расстоянии может рассматриваться как случайная величина которая подчиняется нормальному гауссовскому распределению относительно среднего значения потерь.

L(d)[дБ]=Lср(d)[дБ]+Xδ [дБ]

Где Xδ – случайная величина, имеющая нормальное распределение, со средним значением ноль, среднеквадратическим отклонением δ.

P_пр(d)=P_прд– L(d) [дБ].

Для нахождения вероятности обслуживания в соте необходимо задать величину среднеквадратического отклонения, степень потерь модели распространения n. В случае, если необходимо учесть обслуживание абонентов внутри помещений, необходимо задать величину потерь на проникновение в здание. Обычно она составляет 15-20 дБ. Следующее выражение определяет вероятность обслуживания в соте[1]. Вероятность обслуживания в соте - вероятность того что уровень принимаемого сигнала P_пр примет значение большее значения минимально допустимого уровня сигнала х0:

где

где P_пр – уровень принимаемого сигнала. х0- минимально допустимый уровень сигнала. Величина х0-P_пр – является искомым запасом на медленные замирания;

δ –среднеквадратическое отклонение;

n – степень потерь.

erf(x) –функция ошибок .

Рассматривается участок сети находящейся в плотной застройке, более того в рассматриваемом районе много жилых домов внутри которых также требуется обеспечить покрытие.

Характерные значения величины среднеквадратического отклонения и степени потерь представлены в таблице 3.3 [2]:

Таблица 3.3. Значения величины среднеквадратического отклонения и степени потерь для различных типов местности

Тип местности	N	δ _outdoor	δ _indoor
Сельская местность	3, 2		-
Пригород	3, 5
Город	3, 5
Плотная городская застройка

Из таблицы, примем δ _outdoor=7дБ, δ _indoor=6 дБ(среднеквадратические отклонение замираний в открытом пространстве и помещении соответственно).

Суммарное среднеквадратическое отклонение:

= ≈ 9 дБ.

степень потерь модели распространения n=4.

Требование к вероятности нахождения в зоне обслуживания - 95%

Постепенно увеличивая величину запаса добьемся требуемого значения вероятности.

(Расчет производился в среде MathCad). Результат расчета представлен в виде таблицы 3.4:

Таблица 3.4. Зависимость вероятности обслуживания в соте от значения запаса на медленные замирания

х0-P_пр, запас на медленные замирания	Вероятность обслуживания в соте
	0.88
	0.899
	0.915
	0.929
	0.942
	0.953

Таким образом, требуемое значение запаса на медленные замирания равно L_sf=10 дБ.

Величина допустимых потерь на трассе равна:

L=L_max-L_sf-L_зд,

где L_max- максимально допустимые потери на трассе,

L_зд- потери на проникновение в здание,

L_sf-значение запаса на медленные замирания.

Для передачи данных со скоростью 384 кбит/c получим значения допустимых потерь:

Восходящая линия L=L_max-L_sf-L_зд=145, 5-10-15=120, 5 дБ.

Нисходящая линия L=L_max-L_sf-L_зд=153, 4-10-15=128, 4 дБ.

Для расчета зоны обслуживания или радиуса соты, берется меньшее из значений допустимых потерь в восходящей или нисходящей линии.

Для расчета покрытия, определяют требуемый уровень пилотного сигнала(CPICH), определяющий потери на трассе, таким образом, по уровню CPICH можно судить о доступности того или иного сервиса. Обычно, уровень пилотного сигнала составляет 10% от суммарной мощности передатчика БС. Выходная мощность БС составляет 43 дБмВт. Соответственно мощность пилотного сигнала равна P_CPICH=33 дБмВт.

Мощность принимаемого пилотного сигнала для доступности услуги должна составлять:

P_пр_CPICH= P_избс- L_max+(P_CPICH- P_бс) (дБмВт),

где P_избс– эффективно излучаемая мощность БС на кодовой канал,

L_max – максимально допустимые потери на трассе,

P_бс- мощность передатчика БС на кодовый канал,

P_CPICH_-мощность пилотного сигнала БС.

P_пр_CPICH=55-145.5+(33-40)=-97, 5 дБмВт.

С учетом потерь на проникновение в здания и величины запаса на медленные замирания.

P_пр_CPICH= P_избс- L+(P_CPICH- P_бс)=-72, 5 дБмВт,

где L-допустимые потери на трассе.

Результаты расчета сведены в таблицу 3.5.

Таблица 3.5. Бюджет радиолиний 384 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c
Скорость передачи восходящей линии бит/c
Скорость передачи нисходящей линии бит/c
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция

Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105, 2	-100, 2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	1, 7	4, 8
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2, 0	2, 0
Выигрыш от обработки, дБ	10, 0	10, 0
Запас на помехи, дБ	3, 0	3, 0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-7, 3	-4, 2
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-112, 5	-104, 4
Потери в фидере, дБ	3, 0	0, 0
Потери в теле, дБ	0, 0	0, 0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18, 0	0, 0
Запас на быстрые замирания, дБ	3, 0	3, 0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-124, 5	-101, 4

Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция

Мощность передатчика, дБмВт
Потери в кабеле, дБ
Потери в теле, дБ
Коэффициент усиления антенны, дБ
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт

Максимально допустимые потери на трассе, дБ	145, 5	156, 4
Потери на проникновение в здание, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Допустимые потери на трассе, дБ	120, 5	128, 4
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-72, 5

Аналогично выполнен расчет бюджета радиолиний для других услуг: телефония(12, 2 кбит/c), видеотелефония(64 кбит/c), передача данных(144 кбит/c). При расчетах использовались данные из таблицы 3.1. Мощность передатчика БС на кодовый канал выбиралась из таблицы 3.6.

Таблица 3.6. Мощность передатчика БС на кодовый канал[параметры использующиеся в оборудовании Nokia]

Тип услуги	Телефония, 12, 2 кбит/c	Видеотелефония, 64 кбит/c	Передача данных, 144 кбит/c	Передача данных, 384 кбит/c
Максимальная мощность передатчика на канал, дБмВт	34, 2	37, 2

Результаты расчетов приведены в нижеследующих таблицах 3.7-3.9:

Таблица 3.7. Бюджет радиолиний 12, 2 кбит/c(телефония)

Скорость следования чипов, чип/c
Скорость передачи восходящей линии бит/c
Скорость передачи нисходящей линии бит/c
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция

Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105, 2	-100, 2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	4, 4	7, 9
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2, 0	2, 0
Выигрыш от обработки, дБ	25, 0	25, 0
Запас на помехи, дБ	3, 0	3, 0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-19, 6	-16, 1
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-124, 7	-116, 2
Потери в фидере, дБ	3, 0	0, 0
Потери в теле, дБ	0, 0	3, 0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18, 0	0, 0
Запас на быстрые замирания, дБ	3, 0	3, 0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-136, 7	-110, 2

Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция

Мощность передатчика, дБмВт		34, 2
Потери в кабеле, дБ
Потери в теле, дБ
Коэффициент усиления антенны, дБ
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт		49, 2

Максимально допустимые потери на трассе, дБ	154, 7	159, 4
Потери на проникновение в здание, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Допустимые потери на трассе, дБ	129, 7	134, 4
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-81, 7

Таблица 3.8. Бюджет радиолиний 64 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c
Скорость передачи восходящей линии бит/c
Скорость передачи нисходящей линии бит/c
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция

Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105, 2	-100, 2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	2, 0	5, 0
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2, 0	2, 0
Выигрыш от обработки, дБ	17, 8	17, 8
Запас на помехи, дБ	3, 0	3, 0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-14, 8	-11, 8
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-119, 9	-111, 9
Потери в фидере, дБ	3, 0	0, 0
Потери в теле, дБ	0, 0	0, 0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18, 0	0, 0
Запас на быстрые замирания, дБ	3, 0	3, 0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-131, 9	-108, 9

Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция

Мощность передатчика, дБмВт		37, 2
Потери в кабеле, дБ
Потери в теле, дБ
Коэффициент усиления антенны, дБ
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт		52, 2

Максимально допустимые потери на трассе, дБ	152, 9	161, 1
Потери на проникновение в здание, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Допустимые потери на трассе, дБ	127, 9	133, 1
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-79, 9

Таблица 3.9. Бюджет радиолиний 144 кбит/c

Скорость следования чипов, чип/c
Скорость передачи восходящей линии бит/c
Скорость передачи нисходящей линии бит/c
	Восходящая линия	Нисходящая линия
Приемная сторона	Базовая станция	Мобильная станция

Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц	-174	-174
Коэффициент шума приемника, дБ
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц	-171	-166
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт	-105, 2	-100, 2
Требуемое отношение Eb/No, дБ	1, 4	4, 7
Выигрыш от мягкого хендовера(макроразнесение), дБ	2, 0	2, 0
Выигрыш от обработки, дБ	14, 3	14, 3
Запас на помехи, дБ	3, 0	3, 0
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ	-11, 9	-8, 6
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт	-117, 0	-108, 7
Потери в фидере, дБ	3, 0	0, 0
Потери в теле, дБ	0, 0	0, 0
Коэффициент усиления антенны, дБ	18, 0	0, 0
Запас на быстрые замирания, дБ	3, 0	3, 0
Требуемая изотропная мощность, дБмВт	-129, 0	-105, 7

Передающая сторона	Мобильная станция	Базовая станция

Мощность передатчика, дБмВт
Потери в кабеле, дБ
Потери в теле, дБ
Коэффициент усиления антенны, дБ
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт

Максимально допустимые потери на трассе, дБ	150, 0	160, 7
Потери на проникновение в здание, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Допустимые потери на трассе, дБ	125, 0	132, 7
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт	-77, 0

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒