Некоммерческое акционерное общество

Алматинский университет энергетики и связи

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

 

МОБИЛЬНЫЕ МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТАНДАРТА GSM И УСЛУГИ КОМПАНИЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ

 Сборник задач

для магистрантов  специальности  6М071900 -

Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

 

Алматы 2011 

Составитель: Самоделкина С.В., Клочковская Л.П. Мобильные многоканальные технологии стандарта GSM и услуги компаний сотовой связи. Сборник задач для магистрантов  специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2011, - 44 с.

 

В сборнике задач приведены методы  планирования  и расчета беспроводных сотовых сетей, таких как сети GSM, LTE, WCDMA, UMTS. Рассмотрены  примеры  расчетов  бюджета радиолиний,  приведена оценка допустимой скорости передачи в канале сети LTE. Определены методики расчета восходящей  (UL) и нисходящей (DL) линий сотовой связи.

Ил. 2 табл. 30, библиогр.8

 

 

Рецензент:  доцент Е.В. Ползик

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

 

Св. план 2011., поз. 172

 

 Введение 

Планирование радиосетей UMTS и LTE имеет некоторые отличия  от аналогичного процесса  для других технологий. Отличия  обусловлены типом многостанционного доступа на базе  OFDM, наличием двух типов дуплекса – частотного (FDD) и временного (TDD), а при  планировании сетей с временным дуплексом  приходится искать компромисс между радиопокрытием и емкостью сети.

Существуют два основных варианта планирования сетей: с целью формирования максимальной площади покрытия или с целью обеспечения требуемой емкости. Эти задачи порой противоречат друг другу. Например, в городских условиях при высокой плотности абонентов зоны обслуживания базовых станций (БС) по площади гораздо меньше максимально возможной, но оптимизированы по пропускной способности. В сельской местности зачастую ситуация – противоположная, плотность абонентов – невысокая, и базовые станции устанавливаются на максимальном удалении друг от друга так, чтобы закрыть каждой БС максимальную территорию. Но и в том и другом случае оценивают как радиопокрытие, так и емкость сети для того, чтобы выявить в проекте сети факторы, ограничивающие ее характеристики.

Как правило, планирование радиосети включает в себя несколько этапов. Как и в сетях второго поколения они могут быть разделены на 3 фазы: начальное планирование(расчет, постановка целей), детальное планирование радиосети  и работы по оптимизации. В сотовых системах, в которых все каналы связи в воздушном интерфейсе работают на одной частоте(WCDMA), количество одновременно обслуживаемых пользователей влияет на уровень шумов в системе. Следовательно, планирование зоны обслуживания и емкости радиосети UMTS  не могут быть отдельными этапами планирования, в отличие от планирования радиосети GSM, где эти два этапа могут четко разграничиваться. В системах третьего поколения важную роль начинают играть  сервисы по передаче данных.  Множество различных сервисов требуют  обширного процесса планирования учитывающего особенности каждой из предоставляемых услуг. Такими особенностями являются, например, разные требования к качеству обслуживания(QoS) для каждого сервиса. В случае планирования UMTS для каждого конкретного вида услуги необходимо определение и соответственно выполнение требований к качеству обслуживания(QoS target). На практике данное означает, что самые строгие требования должны определять плотность расположения базовых станций.

Также есть и общие аспекты в планировании зон обслуживания радиосетей GSM и UMTS. В обеих системах как восходящая радиолиния(uplink) так и нисходящая радиолиния(downlink) должны быть проанализированы. При планировании сети GSM необходимо добиваться баланса, то есть допустимые потери на трассе вверх и вниз должны быть одинаковыми. В UMTS одна из радиолиний может быть нагружена сильнее чем другая, следовательно, эта линия будет ограничивать емкость и зону обслуживания соты. Расчеты, связанные с распространением радиоволн, в основном одинаковы для всех технологий радиодоступа, с той лишь разницей, что используются разные модели распространения. Еще одна общая черта - необходимость оценки уровня помех. В случае WCDMA это необходимо для анализа чувствительности приемников и нагрузки, в TDMA это основа частотного планирования.

Предварительное планирование представляет собой первую приблизительную оценку требуемого числа сетевых элементов(конфигурация, количество базовых станций) и их соответствующую емкость. Данный этап включает в себя как планирование сети радиодоступа так и базовой сети. В данном сборнике задач рассматриваются различные методы планирования радиосети и расчеты параметров сетей

 

1 Расчет параметров сетей  GSM, LTE, WCDMA

 

1.1 Расчет бюджета потерь и зоны покрытия сетей GSM и LTE

 

Тип передаваемых данных – VoIP, скорость передачи: 39,7 кбит/с.

Δf системы: 10 МГц.

Высоты подъёма антенны абонентских станций 1.5 м, а  базовых станций 30 и 50 м в городской и пригородной зоне соответственно.

Производится оценка зоны покрытия сети по моделям распространения Okumura–Hata  и COST 231 – Hata.

 

Для GSM 1800 и LTE 1800 (город)

 

; (1.1)

 

.                      (1.2)

 

Для GSM 1800 и LTE 1800 (пригород):

 

,

 

.

 

Для GSM 900 и LTE 900 (город):

 

; (1.3)

 

.                   (1.4)

 

Для GSM 900 и LTE 900 (пригород):

 

(1.5)

 

.         (1.6)

 

Допустимые потери составляют 149,2 дБ (GSM)  и 155,1 (LTE).

 

Задача 1.1

Для сети сотовой связи GSM определить радиус зоны покрытия в городе, если известны  значения потерь L, дБ , высоты базовой станции  НБС и  абонетской станции НМС, м. Сделать вывод об устойчивости связи

 

Таблица 1.1 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

L, дБ

142

130

125

140

150

149

150

130

145

135

НБС, м

30

40

50

35

35

38

42

34

43

33

тип сети

GSM-1800

GSM-900

GSM-1800

GSM-900

GSM-1800

GSM-900

GSM-1800

GSM-900

GSM-1800

GSM-900

 

Пример расчета

L  = 149,2 дБ; НБС= 30 м; НМС = 1,5м; тип GSM-1800.

 

 

Задача 1.2

Для сети сотовой связи LTE 900 определить радиус зоны покрытия , если известны  значения потерь L, дБ , высоты базовой станции  НБС и  абонетской станции НМС, м.

 

Таблица1.2 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

L, дБ

150

125

140

130

145

135

141

142

150

130

НБС, м

50

35

43

33

42

34

41

39

35

38

тип зоны покрытия

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

Пример расчета

 

L  = 155,1 дБ; НБС= 30 м; НМС = 1,5м; тип зоны покрытия – город

 

 

Задача 1.3

Рассчитать потери для LTE если известны  радиус зоны покрытия R, км,  высота подвеса антенны базовой  HБС, м  и абонентской станций НМС = 1,5 м. Сделать вывод об устойчивости связи.

 

Таблица 1.3 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

R, км

2

2,5

1,7

2,9

1,7

2,7

1,9

2,5

1,8

2,6

НБС, м

50

30

55

48

52

30

40

45

35

45

тип зоны покрытия

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

Тип сети

LTE 900

LTE 1800

LTE 900

LTE 1800

LTE 900

LTE 1800

LTE 900

LTE 1800

LTE 900

LTE 1800

 

Пример расчета

R =3,2 км; НБС= 50 м; НМС = 1,5м; тип зоны покрытия – пригород.

 

           

Допустимые потери для LTE 155,5 дБ > 150 дБ, значит связь будет  устойчивой.

 

Задача 1.4

Определить потери для GSM 1800, если известны  радиус зоны покрытия R, км,  высота подвеса антенны базовой  HБС, м  и абонентской станций НМС = 1,5 м. Сделать вывод об устойчивости связи.

 

Таблица 1.4 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

R, км

1,9

2,5

1,8

2,6

1,5

2,5

2

2,7

1,7

2,7

НБС, м

30

40

45

35

45

50

30

55

48

52

тип зоны покрытия

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

город

пригород

 

Пример расчета

R =2 км; НБС= 50 м; НМС = 1,5м; тип зоны покрытия - пригород

         Так как L = 143 дБ < Lдоп = 149,2 дБ, значит связь устойчива.

 

1.2 Оценка допустимой скорости передачи в канале сети LTE для «близких» и «далеких» пользователей в области u

 

Скорость передачи в канале  LTE для «близких» (в центре соты) пользователей (Мбит/с)

 

;                             (1.7)

 

для  «далеких» (на границе соты) пользователей

 

                                              (1.8)

 

где W – полоса системы, МГц,  η – SINR.

 

Задача 1.5

Рассчитать скорость передачи в канале для пользователей, расположенных в центре и на границе соты для DL, если известны полоса системы W, МГц,  η1(u)SINR  для центра соты, η2(u)SINR для границы соты.

 

Таблица 1.5 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

W, МГц, 

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

η1(u)

6

5

4

6

5

4

4,2

5,1

5,6

4,3

η2(u)

0,5

0,4

0,3

0,6

0,45

0,56

0,66

0,36

0,47

0,55

 

Пример расчета

W = 10 МГц, η1(u) = 5, η2(u) = 0,34.

Скорость передачи для пользователей в центре соты

 

 

а скорость передачи для пользователей на границе соты

 

 

 

Задача 1.6

Рассчитать скорость передачи в канале для пользователей, расположенных в центре и на границе соты для UL, если известны полоса системы W, МГц,  η1(u)SINR  для центра соты, η2(u)SINR для границы соты.

 

Таблица 1.6 - Исходные данные

Вариант

1, 5

2, 6

3, 7

4, 8

5, 0

W, МГц, 

10

10

10

10

10

η1(u)

2

3

4

3

4

η2(u)

0,3

0,25

0,4

0,35

0,28

 

Задача 1.7

Сделать оценку допустимой скорости передачи в соте Rc, Мбит/с и в трехсекторной БС.

 

1.3 Определение пространственных параметров сети WCDMA

 

1.3.1 Расчет абонентской емкости сети WCDMA

 

Сеть сотовой связи строят, повторяя одни и те же частотные кластеры в пределах однородных фрагментов зоны обслуживания сети. Это позволяет снизить дефицит радиочастот за счет их повторного использования. Исходя из числа рабочих частот, выделенных оператору– nf  и размерности кластера – C, находим число каналов, используемых для управления и сигнализации– Nу и  число трафика каналов, приходящихся на одну несущую.

 

Исходные данные для расчета пространственных параметров сети с точки зрения абонентской емкости:

- число каналов трафика на соту                     Nа net;

- вероятностью блокировки вызова                           Рбл

- активность одного абонента в ЧНН                Аа = 0,03 – 0,04 Эрл;

- число абонентов сети                                               Мs;

- число секторов на БС – D                               D;

- площадь зоны обслуживания                          Sзон.

Максимально возможное  число абонентов, которое может обслужить  сектор БС Na sec

 

.                                           (1.9)

 

Число секторов в сети                   

                                        (1.10)

 

Число БС в сети                             

 

                                     (1.11)

 

где D – число секторов на БС.     

Площадь БС                                   

 

                                           (1.12)

 

Дальность связи (радиус соты с точки зрения абонентской нагрузки):

 

                                                                               (1.13)

 

где k = 1.25 – коэффициент, учитывающий необходимость взаимного перекрытия сот для обеспечения хэндовера.

Для среднего и малого города с высотой антенны BS 30м, высотой антенны MS 1,5м и несущей частотой 1950МГц допустимые потери на трассе с помощью модели COST231–Hata:

 

                                                          (1.14)

 

Тогда радиус соты с точки зрения бюджета потерь:

 

                                                           (1.15)

Если  R ( по потерям) ≈ R (по абонентской емкости), то выполняются требования по покрытию и емкости сети и ресурсы используются наиболее рационально, а если данное требование не выполняется, то надо произвести расчет заново для улучшения ситуации, изменяя определенные параметры.

Таким образом, на этом этапе планирования  находится число базовых станций и максимальный радиус сот, исходя из абонентской плотности (нагрузки).

Произведем  расчет абонентской емкости для тотальной услуги – VoIP. Каждой соте при мягком повторном использовании частот выделяется вся полоса системы.

Оценим абонентскую емкость для полосы 10 МГц. Примем в расчет то, что для организации речевого канала со скоростью 39.7 кбит/с необходим 1 ресурсный блок, в частотной области занимающий 180 кГц. Следовательно, можем организовать 55 речевых каналов (Na sect) .

 Для систем сотовой связи вероятность блокировки равна 1%, расчетная абонентская нагрузка составляет Aa = 0.025 Эрл на абонента.  По таблице Эрланга для системы с отказами  получаем по исходным данным нагрузку, которую может выдержать  сайт As=42.4 Эрл. (см. приложение таблицы Эрланга)

Посчитаем количество абонентов, которым будет предоставлена услуга VoIP в ЧНН:

 

 

Число секторов в сети

 

Число  БС в сети

 

 

где D = 3 – число секторов для одной БС

Площадь города S = 2500 км2.

Площадь  зоны БС

 

 

Дальность связи

 

 

 

Задача 1.8

Произвести расчет абонентской емкости сети  WCDMA, если известно число  речевых каналов  Na, активность одного абонента в ЧНН Аа, число секторов для одной БС D, площадь населенного пункта, где организуется сеть  WCDMA Snet

 

Таблица 1.7 - Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Аа

0,028

0,003

0,025

0,035

0,004

0,038

0,029

0,031

0,041

0,027

Na

24

29

33

80

98

111

55

80

98

33

D

3

4

6

3

4

6

3

4

6

3

Snet, км2

1500

1200

1600

2500

2600

3000

2500

2600

2700

1800

 

Задача 1.9

Рассчитать радиус соты с точки зрения абонентской нагрузки и с точки зрения бюджета потерь. Определить выполняются ли требования по покрытию и емкости сети. Если нет то, произвести расчет заново для улучшения ситуации, изменяя определенные параметры.

 

Таблица 1.8- Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

L, дБ

148

161

151

153

151

154

149

152

150

135

Snet, км2

300

450

260

270

180

150

120

160

250

190

NБСnet

35

10

23

20

16

8

10

8

12

10

 

1.3.2 Распределение кодовых сдвигов по секторам (сотам) сети WCDMA

 

Все BS в сети используют один короткий код, но с разными циклическими сдвигами. По циклическому сдвигу короткого кода можно выделять и различать сигналы, излучаемые BS в разных сотах и секторах.

Сектора и соты сети группируются в кодовые кластеры, максимальная размерность которых (               , 512),

 


где                 - количество сот,

512 – максимально возможное количество секторов в кластере,

                   - секторность сот.

Средний радиус кластера равен:

 

                                                           (1.16)

Соты и сектора с идентичными кодовыми сдвигами будут разнесены на расстояние:

                                                         (1.17)

 

Задача 1.10

Рассчитать размерность кластера, средний его радиус, а также расстояние между секторами с идентичными кодовыми сдвигами.

 

Таблица 1.9- Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

m

1

3

6

1

3

6

1

3

6

1

Rcell, км

3

4

5

6

7

9

3

5

7

5

 

2 Расчет бюджета радиолиний системы WCDMA

 

Задача расчета бюджета радиолиний – это оценка максимальных допустимых потерь на трассе. Зная значение допустимых потерь, и используя подходящую модель распространения, можно вычислить радиус соты. При расчете бюджета радиолинии учитываются параметры антенн, потери в кабелях, выигрыши от разнесения, запасы на замирания и.т.д.  Результатом расчета является максимальные разрешенные потери на трассе.

Основные параметры использующиеся в расчете:

Eb/N0 – отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума. Требуемое отношение Eb/Nзависит от типа сервиса, скорости передвижения абонента и радиоканала.

Минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника является характеристикой оборудования,  и оно будет индивидуальным для оборудования разных производителей, также оно будет разным для приемников базовой и мобильной станций,   вследствие различий в сложности их устройства. Однако, значения требуемого отношения Eb/Nопределено спецификациями 3GPP для различных типов радиоканала. Данные требования c учетом параметров оборудования WCDMA BTS представлены в таблице 2.1:

 

Таблица 2.1 -  Значения Eb/N0   для различных типов

Восходящая линия

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

        тип сервиса

скорость

Телефония

64 кбит/c

144 кбит/c

384 кбит/c

3 км/ч

4,4

2

1,4

1,7

120 км/ч

5,4

2,9

2,4

2,9

Нисходящая линия

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

Eb/N0, дБ

       тип сервиса

скорость

Телефония

64 кбит/c

144 кбит/c

384 кбит/c

3 км/ч

7,9

5

4,7

4,8

120 км/ч

7,4

4,5

4.2

4,3

 

Требуемое значение Eb/N0  зависит от

-     типа услуги(скорость передачи, требование к BER,BLER, метод канального кодирования);

-     радиоканала (Скорость движения абонента, частота, многолучевость);

-     типа соединения (Мягкий хэндовер, разнесенный прием, использование быстрого управление мощностью).

 

2.1 Расчет чувствительности приемника UMTS

 

Минимально допустимый уровень сигнала на входе приемника определяется как:

 

Pпр(дБмВт)= Pш(дБмВт)+ (Eb/N0)треб(дБ) – Gобр(дБ),                       (2.1)

 

где (Eb/N0)треб требуемое значение Eb/N0,

Gобрвыигрыш от обработки.

Pш – мощность собственных шумов приемника.

Основные параметры использующиеся в расчете:

Eb/N0 – отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума. Требуемое отношение Eb/Nзависит от типа сервиса, скорости передвижения абонента и радиоканала.

Минимально допустимый уровень сигнала на входе приемника зависит от требуемого отношения Eb/N0, скорости передачи данных пользователя, качества аналоговых компонентов приемника,  уровня помех. Помехи могут создавать разные источники: абоненты из обслуживающей  соты, абоненты обслуживающиеся другими сотами, а также другие источники, создающие действующие в диапазоне используемого частотного канала.

 

Мощность собственных шумов приемника

-       

-      Pш= N+Kш (дБмВт),                                                  (2.2)

-       

где  N - мощность теплового шума в приемнике, дБмВт

 

N= kTB,                                                            (2.3)

 

где k- постоянная Больцмана (1.38∙10-23 Дж/K), 

Tтемпература проводника.

Мощность теплового шума в приемнике зависит от полосы пропускания фильтра. Для стандарта UMTS полосу согласованного фильтра можно принять равной 3.84 МГц.

Коэффициент шума приемника  Кш = 7 дБ для линии DL, Кш = 2,5 дБ для линии UL.

Задача 2.1

Определить чувствительность приемника Pпр(дБмВт), если известны  температура проводника, T°, тип линии (DL, UL), коэффициент шума приемника Кш (дБ), полоса согласованного фильтра приемника В (МГц), отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума  Eb/N0 (дБ), выигрыш от обработки Gобр(дБ).

 

Таблица 2.2– Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Eb/N0 (дБ)

4,4

5,4

7,9

7,4

2

2,9

5

4,5

1,4

2,4

тип линии

UL

UL

DL

DL

UL

UL

DL

DL

UL

UL

Кш (дБ)

7

7

6

6

8

8

7

7

8

8

273° + Т°

20

21

25

24

30

28

20

18

25

19

В (МГц)

3,84

3,91

4,2

4,1

3,92

3,86

4,12

4,18

4

4,1

Gобр(дБ)

4

4,2

5

5,1

4,1

4,3

4,5

4,6

5

4,9

 

Пример расчета

Тип линии -  UL, T = 20°, В = 3,84 МГц, Кш = 2,5 дБ,  Gобр= 4 дБ.

Услуга – телефония, скорость  абонента – 3 км/час.

 

Определяем из таблицы значение  Eb/N0  = 7,9 дБ.

 

N= kTB=1.38∙10-23∙293∙3.84∙106=1.55∙10-14 Вт,

 

N=10∙log(1.55∙10-14/0.001)=-108,2 дБмВт.

 

Мощность собственных шумов приемника

 

Pш= N+Kш  = -108,2 + 2,5 = -105,7 дБ.

 

Чувствительность приемника

 

Pпр = -105, 7 + 7,9 – 4= - 101,8 дБ.

 

2.2 Расчет максимально допустимых потерь сети WCDMA

 

 Максимально допустимые потери

 

LMARL = PEIRPSRx + GRxALRxFMBuildMIntMShade +GHO,                  (2.4)

 

где PEIRP – ЭИИМ передатчика, дБ;

SRx – чувствительность приемника, дБ;

GRxA – коэффициент усиления антенны, дБи;

LRxF – потери в фидерном тракте, дБ;

MBuild – запас на проникновение в помещение, дБ;

MInt – запас на внутрисистемные помехи, дБ;

MShade – запас на затенение , дБ;

GHO – выигрыш от хендовера, дБ.

 

Запас на допустимые внутрисистемные помехи.

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:

 

                                      MInt =-10∙log10(1-η),                                      (2.5)

 

где ηотносительная 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 рисунке 3.1.

 

Рисунок  3.1 - Зависимость значения запаса на внутрисистемные помехи от значения относительной загрузки соты

 

Выигрыш за счет мягкого хэндовера.

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), то 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 Eb/N0 . Выигрыш от мягкого хэндовера 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 хэндовера. 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 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 Eb/N0 на входе приемника постоянным 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 2.3

 

 

 

Таблица 2.3 -  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

 

Задача 2.2

Рассчитать максимально допустимые потери  LMARL в сети WCDMA, если известны ЭИИМ передатчика -  PEIRP (дБ), чувствительность приемника - SRx, (дБ), коэффициент усиления антенны - GRxA  (дБи), потери в фидерном тракте -  LRxF, (дБ), запас на проникновение в помещение -  MBuild ,( дБ), запас на затенение -  MShade, (дБ), выигрыш от хэндовера - GHO (дБ), загрузка соты - η.

 

Таблица 2.4 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

параметры

FDD 10 + 10 МГц

TDD 20 МГц (конф. кадра 1)

TDD20 МГц (конф. кадра 2)

тип линии

DL

UL

DL

DL

UL

DL

UL

DL

UL

DL

PEIRP (дБ)

65

21

63

71

23

66

22

68

24

63

η

0,8

0,75

0,6

0,9

0,8

0,75

0,8

0,9

0,85

0,6

SRx, (дБ)

-95

-115

-97

-95

-112

-94

-110

-92

-114

-96

GRxA  (дБи)

18

-

17,8

19

-

17,5

-

17

-

18

LRxF, (дБ)

0,4

-

0,5

0,5

-

0.45

-

0,5

-

0,4

MBuild ,( дБ)

22

17

12

8

17

22

12

8

17

22

MShade, (дБ)

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

8,7

GHO (дБ)

2,5

2,5

2,5

3

3

3

2,5

2,5

2,5

2,5

Примечание: типовые значения запаса на проникновение:

- 22 дБ в условиях плотной городской застройки;

- 17 дБ в условиях средней городской застройки;

- 12 дБ в условиях редкой застройки (в пригороде);

- 8 дБ в сельской местности (на открытой местности в автомобиле).

 

Пример расчета

PEIRP  = 70дБ, SRx = -97,6 дБ, GRxA   = 12 дБ, LRxF = 0,3 дБ, η.= 0,8, MBuild=17дБ,   MShade = 9 дБ, GHO  = 3дБ.

 

Определим запас на помехи MInt, дБ

 

MInt =-10∙log10(1-η) = -10 lg(1 - η) = -10 lg 0,2 = 6,9 дБ.

 

Максимально допустимые потери

 

LMARL = 70 + 97,6т+12 -0,3 -6,9 – 17 – 9 + 3= 149,4 дБ.

 

2.3 Расчет восходящей линии (UL) WCDMA

 

Расчет восходящей линии (UL) состоит из нескольких этапов:

-     расчет минимально допустимой мощности  сигнала на входе приемника  базовой станции;

-     определение требуемой мощности  принимаемого сигнала;

-     расчет эффективно излучаемой мощности мобильной станции;

-     определение максимально допустимых потерь.

 

2.3.1 Расчет минимально допустимой мощности сигнала на входе приемника базовой станции

 

Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС определяется из формулы (2.1) :

 

Pпрбс(дБмВт)= Pш(дБмВт)+ (Eb/N0)треб(дБ) – Gобр(дБ),

 

где (Eb/N0)треб требуемое значение Eb/N0,

Gобрвыигрыш от обработки,

Pшмощность 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 (2.2):

 

Pш = N+Kш  (дБмВт).

 

Минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника для данного типа сервиса составляет 1.7 дБ при скорости абонента 3 км/ч.

 

Выигрыш от обработки составляет:

 

Gобр=10log(Rчип/Rпольз),                                       (2.6)

 

где Rчип -чиповая скорость стандарта UMTS, чип/c,

Rпольз- скорость передачи данных пользователя, кбит/c.

 

Также необходимо учесть выигрыш за счет мягкого хендовера и запас на внутрисистемные помехи. Величину выигрыша примем равной Gхо=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%. 

 

Запас на внутрисистемные помехи равен:

 

MInt =-10∙log10(1-η).

 

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

 

Pпрбс=Pш + (Eb/N0)треб Gобр + Lп Gхо (дБмВт).                  (2.7)

 

Задача 2.3

Рассчитать минимально допустимую мощность сигнала на входе приемника базовой станции UMTS, если известны  температура проводника, T°, тип линии (DL, UL), коэффициент шума приемника Кш (дБ), полоса согласованного фильтра приемника В (МГц), отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума  Eb/N0 (дБ), чиповая скорость Rчип (чип/c), скорость передачи данных пользователя Rпольз (кбит/c), загрузка соты - η.  Мощность собственных шумов приемника взять из расчета задачи 2.1.

 

Таблица 2.5 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Eb/N0 (дБ)

4,4

5,4

2

2,9

1,4

2,4

1,7

2,9

2

2,9

106Rчип (чип/c)

3,84

1,44

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

Rпольз (кбит/c).

384

144

384

144

64

384

144

64

384

144

273° + Т°

20

25

30

20

25

21

15

18

22

17

В (МГц)

3,84

1,44

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

Кш (дБ)

2,5

2,7

3

2,5

2,7

3

2,5

2,7

3

2,5

η

0,5

0,6

0,7

0,5

0,6

0,7

0,5

0,6

0,7

0,8

 

Пример расчета

Kш=3 дБ, Eb/N0 = 1.7 дБ, Rчип  = 3,84∙106  чип/c, Rпольз= 384 кбит/c,

η = 0,5.

 

Мощность теплового шума в приемнике:

 

N= kTB=1.38∙10-23∙293∙3.84∙106=1.55∙10-14 Вт,

 

N=10∙lg(1.55∙10-14/0.001)=-108,2 дБмВт.

 

Мощность шумов приемника БС из (2.2):

 

Pш = N+Kш=-108,2+3=-105,2 дБмВт.

 

Выигрыш от обработки составляет:

 

Gобр =10log(Rчип/Rпольз)=10log(3,84∙106/384∙103)=10 дБ.

 

Запас на внутрисистемные помехи равен:

 

MInt =-10∙log10(1-0.5)=3 дБ.

 

Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС равна:

 

Pпрбс=Pш + (Eb/N0)треб Gобр + Lп Gхо =-105,2+1.7-10+3-2= -112,5 дБмВт.

 

2.3.2 Определение мощности принимаемого сигнала

 

Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

 

Pпр=Pпрбс + Lфидер Gбс + Lff  (дБмВт),                 (2.8)

 

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

Gбс коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ.;

Lff  запас на быстрые замирания, дБ.

 

Задача 2.4

Определить  требуемую мощности принимаемого сигнала, если известны  потери в фидере Lфидер (дБ), коэффициент усиления антенны базовой станции Gбс (дБ), запас на быстрые замирания Lff (дБ).Значение мощности  приемника БС берется из предыдущей задачи.

 

Таблица 2.6 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Lфидер (дБ)

3

2

2,5

2,7

2,8

3

2

2,4

2,5

2,6

Gбс (дБ)

18

17

16

18

17

16

18

17

16

18

Lff (дБ)

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

 

Пример расчета

 Lфидер = 3 дБ, Gбс=18 дБ, Lff  = 3 дБ.

Тогда 

 

Pпр=Pпрбс + Lфидер Gбс + Lff =-112,5 +3-18+3=-124,5 дБмВт.

 

 

2.3.3 Расчет эффективно излучаемой мощности мобильной станции

 

Эффективно излучаемая мощность мобильной станции определяется выражением:

 

PизМС=PМС+GБС - Lтело (дБмВт),                          (2.9)

 

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

GБСкоэффициент усиления антенны базовой станции, принята равной 0 дБ;

Lтело потери на затухание в теле абонента. Для расчета Lтело принимают равным 3 дБ. Необходимо заметить, что  потери на затухание в теле учитываются для голосовых типов услуг, и могут не учитываться для услуг по передаче данных.

 

Задача 2.5

Рассчитать эффективно излучаемую мощность мобильной станции UMTS, если известны мощность передатчика мобильной станции Pмс (дБмВт).  коэффициент усиления антенны базовой станции Gмс (дБ),  потери на затухание в теле абонента Lтело (дБ).

 

Таблица 2.7 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

PМС (дБмВт)

4

6

8

10

12

14

15

18

20

21

Lтело (дБ)

0

0

0

0

1

1

2

2

3

3

GБС (дБ)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

 

2.3.4 Определение максимально допустимых потерь

 

Максимально допустимые потери на трассе равны:

 

L= PизМС- Pпр.       .                           (2.10)

 

Задача 2.6

По результатам  задач 2.4, 2.5 определить максимально допустимые потери на трассе восходящей линии UMTS.

 

 

 

 

2.4 Расчет нисходящей радиолинии (DL) WCDMA

 

Данный расчет также осуществляется в несколько этапов:

-     расчет минимально допустимой мощности сигнала на входе приемника МС;

-     определение требуемой мощности принимаемого сигнала;

-     расчет эффективно излучаемой мощности базовой станции;

-     определение допустимых потерь на трассе.

 

2.4.1 Определение минимально допустимой мощности сигнала на входе приемника МС

 

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

 

Pпрмс(дБмВт)= Pш(дБмВт)+ (Eb/N0)треб(дБ) – Gобр(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:

 

Pш = N+Kш (дБмВт).

 

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

 

PпрМС=Pш + (Eb/N0)треб Gобр  Lп Gхо  (дБмВт),

 

где (Eb/N0)треб  -минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника для данного типа сервиса составляет 4.8 дБ при скорости абонента 3 км/ч;

Gобр =10log(Rчип/Rпольз);

Rчип -чиповая скорость стандарта UMTS, чип/c;

Rпольз- скорость передачи данных пользователя. кбит/c;

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

Gхо   выигрыш за счет мягкого хендовера, дБ.

 

Задача 2.7

Определить минимально допустимую мощность сигнала на входе приемника МС, если известны температура проводника, T°, коэффициент шума приемника Кш (дБ), полоса согласованного фильтра приемника В (МГц), отношение средней энергии бита к спектральной плотности шума  Eb/N0 (дБ), чиповая скорость Rчип (чип/c), скорость передачи данных пользователя Rпольз (кбит/c), загрузка соты - η

 

Таблица 2.8 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Eb/N0 (дБ)

7,9

7,4

5

4,5

4,7

4,2

4,8

4,3

7,9

7,4

106Rчип (чип/c)

3,84

1,44

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

Rпольз (кбит/c).

384

144

384

144

64

384

144

64

384

144

273° + Т°

20

25

30

20

25

30

25

28

22

17

В (МГц)

3,84

1,44

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

0,64

3,84

1,44

Кш (дБ)

8

7,5

7

6

7

6

7

6

8

7,5

η

0,5

0,6

0,7

0,5

0,6

0,7

0,5

0,6

0,7

0,8

 

Пример расчета

Kш=8 дБ ; Rчип -чиповая скорость стандарта UMTS, 3,84∙106 чип/c;

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

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

Gхо   выигрыш за счет мягкого хендовера,  примем  2 дБ.

 

Мощность собственных шумов приемника МС:

 

Pш = 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:

 

PпрМС=Pш + (Eb/N0)треб Gобр Lп Gхо =-100,2+4,8–10+3-2=-104,4 дБмВт,

 

где (Eb/N0)треб  -минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника для данного типа сервиса составляет 4.8 дБ при скорости абонента 3 км/ч;

 

Gобр =10log(Rчип/Rпольз)=10log(3,84∙106/384∙103)=10 дБ.

 

2.4.2 Определение требуемой мощности принимаемого сигнала

 

Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:

 

Pпр=PпрМС + Lтело GМС + Lff  (дБмВт),

 

где Lтело потери на затухание в теле абонента. Для услуг по передачи данных Lтело=0;

GМСкоэффициент усиления антенны мобильной станции, дБ. Значение Gмс принято равным 0 дБ;

Lff  запас на быстрые замирания, дБ.

 

Задача 2.8

Определить требуемую мощность принимаемого сигнала Pпр для нисходящей радиолинии, если известны запас на быстрые замирания Lff  (дБ), коэффициент усиления антенны мобильной станции GМС (дБ),  потери на затухание в теле абонента Lтело (дБ). Значение мощности приемника МС PпрМС берется из предыдущей задачи

 

Таблица 2.9 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Lff (дБ)

2

2,5

3

2,2

2,4

2,5

2,6

2,8

2,9

3

Lтело (дБ)

0

0

0

0

1

1

2

2

3

3

GМС (дБ)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

2.4.3 Расчет эффективно излучаемой мощности базовой станции

 

Эффективно излучаемая мощность БС:

 

PизБС=PБС+GБСLфидер, дБмВт,

 

где PБСмощность передатчика базовой станции на кодовый канал, дБ;

GБСкоэффициент усиления антенны базовой станции, дБ;

Lфидер потери обусловленные затуханием в фидере, дБ.

 

Задача 2.9.

Определить эффективно излучаемую мощность базовой станции PизБС дБ, если известны мощность передатчика базовой станции на кодовый канал PБС (дБ), коэффициент усиления антенны базовой станции GБС (дБ), потери обусловленные затуханием в фидере Lфидер (дБ).

 

Таблица 2.9 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

PБС (дБ)

42

50

35

30

35

40

50

35

40

50

Lфидер (дБ)

3

2

2,5

2,7

2,8

3

2

2,4

2,5

2,6

GБС (дБ),

16

17

16

18

17

16

18

17

16

18

 

2.4.4  Расчет допустимых потерь на трассе

 

Допустимые потери на трассе:

 

L= PизБС - Pпр -MBuildдБ,

 

где MBuild – запас на проникновение в помещение, дБ.

Типовые значения запаса на проникновение:

- 22 дБ в условиях плотной городской застройки;

- 17 дБ в условиях средней городской застройки;

- 12 дБ в условиях редкой застройки (в пригороде);

- 8 дБ в сельской местности (на открытой местности в автомобиле).

 

Задача  2.10

Определить допустимые потери на трассе нисходящей линии UMTS, если известен MBuild – запас на проникновение в помещение, дБ. Эффективно излучаемая мощность базовой станции PизБС и  требуемая мощность принимаемого сигнала Pпр берутся из задач 2.8, 2.9.

 

Вариант

1, 6

2, 7

3, 8

4, 9

5, 0

тип местности сети UMTS

плотная городская застройка

средняя городская застройка

пригород

сельская местность

открытая местность в автомобиле

 

 

3 Планирование и расчет радиосетей  LTE

 

3.1 Расчет энергетического бюджета  для сети LTE

 

Рисунок 3.1 – Принцип расчета энергетического бюджета

 

Рассмотрим примеры расчета энергетического бюджета для систем LTE c частотным и временным дуплексом, работающих в диапазоне 2600 МГц. Причем для системы с временным дуплексом рассмотрим два варианта конфигураций кадра 1 и 2, формат специального субкадра – 7. Системная полоса для всех систем рассматривается равной 20 МГц, т.е. в случае FDD системная полоса будет разделяться на два канала по 10 МГц для линии вверх (UL) и линии вниз (DL), а в случае TDD вся полоса 20 МГц будет использоваться как на UL, так и на DL.

Рассмотрим БС, РЧ-блок каждого сектора которой оснащен двумя приемопередатчиками, выходная мощность передатчиков 20 Вт (43 дБм). РЧ-блок устанавливается в непосредственной близости от антенны. Базовая станция работает на линии вниз в режиме MIMO 2x2 с использованием кросс-поляризованной антенны. Поскольку энергетический бюджет рассчитывается для абонентской станции (АС) на краю соты, т.е. принимающей сигналы от БС с низким отношением сигнал/шум (ОСШ), то БС передает сигналы на эту АС в режиме разнесенной передачи. За счет сложения мощностей сигналов двух передатчиков в пространстве можно получить энергетический выигрыш (3 дБ). В качестве АС рассматриваем USB-модем, класс 3 – ЭИИМ 23 дБм.

Эквивалентная изотропно излучаемая мощность

 

ЭИИМ = РТХ + GТхDiv GTxA LTxF ,                          (3.1)

 

где РТХ – выходная мощность передатчика, дБм;

GТхDiv – выигрыш от сложения мощности передатчиков, дБ;

GTxA – коэффициент усиления антенны, дБи;

LTxF  - потери в фидерном тракте, дБ.

 

Задача 3.1

Рассчитать ЭИИМ передатчика базовой  или абонентской станции, в зависимости от параметров оборудования LTE и восходящей  или нисходящей линии сотовой связи

 

Таблица 3.1 – Исходные данные 

Вариант

1, 3

2, 4

5,8

6

7

9,0

Конфигурация системы

FDD 10 + 10 МГц

TDD 20 МГц (конф. кадра 1)

TDD20 МГц (конф. кадра 2)

Линия

DL

UL

DL

UL

DL

UL

РТХ ,  дБм

40

20

43

23

43

22

GТхDiv дБ;

3

0

2,9

0

2,8

0

GTxA, дБи;

18

0

20

0

19

0

LTxF, дБ.

0,4

0

0,36

0

0,38

0

 

 

 

3.2 Оценка емкости сети  LTE

 

Емкость, или пропускную способность, сети оценивают, базируясь на средних значениях спектральной эффективности соты в определенных условиях. В таблице 2 приведены значения средней спектральной эффективности соты LTE FDD в макросети для двух случаев, специфицированных 3GPP как сценарий 1 (расстояние между сайтами 500 м), и сценарий 3 (расстояние между сайтами 1732 м) [1]. В обоих случаях характеристики оценивались для диапазона 2 ГГц, полосы канала 10 МГц (10 + 10 МГц в дуплексе), при потерях на проникновение в здание 20 дБ, в среднем при 10 активных пользователях в соте.

 

Таблица 3.2 – Средняя спектральная эффективность в макросети

Линия

Схема MIMO

Средняя спектральная эффективность, бит/с/Гц

Сценарий 1

Сценарий 3

UL

1 х 2

0,735

0,681

1 х 4

1,103

1,038

DL

2 х 2

1,69

1.56

4 х 2

1,87

1,85

4 х 4

2,67

2,41

 

Приведем пример расчета пропускной способности для сетей трех конфигураций, рассмотренных в предыдущем разделе, причем пользоваться будем значениями спектральной эффективности для сценария 1 (расстояние между сайтами 500 м), как наиболее близкого по размерам сот.

Для системы FDD средняя пропускная способность соты может быть получена путем прямого умножения ширины канала на спектральную эффективность.

Для системы TDD можно принять спектральную эффективность равной аналогичным значениям для системы FDD, а при расчете пропускной способности учитывать долю длительности кадра на линии вверх или вниз. Например, рассчитаем среднюю пропускную способность соты на линии вниз при конфигурации кадра 1:

 

RTDD=SFDDaverage.W.T%=1,69.20000.0,54=18,25 Мбит/с,

 

где SFDDaverage - средняя спектральная эффективность,

W - ширина канала,

T% - доля длительности кадра на линии вверх или вниз.

 

Задача 3.1

Рассчитать среднюю пропускную способность соты RTDD  и среднюю пропускную способность базовой станции  третьей конфигурации RБC3, если известны тип  и конфигурация линии, доля длительности кадра на линии вверх или вниз, T%, средняя спектральная эффективность SFDDaverage, ширина канала W. Ширина канала  W берется из конфигурации системы. Например,  для FDD W  = 20 МГц

 

Таблица 3.1 - Исходные данные

Вариант

1, 3

2, 4

5, 7

6, 9

8

0

Конфигурация системы

FDD 10 + 10 МГц

TDD 20 МГц (конф. кадра 1)

TDD20 МГц (конф. кадра 2)

Линия

DL

UL

DL

UL

DL

UL

Соотношение длительности кадров, T%

100 %

100 %

54 %

42 %

74 %

23 %

Спектральная эффективность, SFDDaverage бит/с/Гц

1,69

0,735

1,69

0,735

1,69

0,735

 

Задача 3.2

Рассчитать емкость сети LTE FDD  RNW (Мбит/с) в мегаполисе при наличии пары полос 10+10 МГц и при перeиспользовании N сотовых площадок. Средняя пропускная способность БС, N, Мбит/с.

 

Таблица 3.2- Исходные данные

Вариант

1, 2

3, 4

5

6

7, 8

9, 0

Средняя пропускная способность БС, N, Мбит/с

50,7

22,05

54,75

18,96

75€04

10,14

Число сот

100

500

1000

1200

1500

800

     

Пример расчета

Число сот - 1500; Средняя пропускная способность БС – 50,7 Мбит/с

Емкость сети или суммарная пропускная способность такой сети в направлении к абоненту составит

 

RNW = RБС N = 50,7 ∙ 1500 = 76000 Мбит/с.

 

Задача 3.3

Рассчитать усредненный трафик абонента  в ЧНН  RВН (МБит/с), если заданы: Таб, Гбайт/месяц - трафик абонента,  NВН  - число ЧНН в день;          ND - число дней в месяце.

 

 

Таблица 3.3– Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Таб, Гбайт/месяц

30

28

25

20

15

17

29

26

27

24

NВН

17

18

15

20

13

14

15

20

16

17

ND , дней

31

30

31

28

29

30

31

28

30

31

 

Пример расчета

Таб = 30 Гбайт/месяц; NВН  = 17; ND = 30.

 

 

Задача 3.4

Используя результаты расчета предыдущей задачи, определить усредненный  трафик абонента на DL (линия вниз) в ЧНН  RDL (Мбит/с), если  известны  RВН - усредненный трафик абонента  в ЧНН (данные взять из предыдущей задачи), МБит/с; SDL – доля трафик на DL, %.

 

Таблица 3.4 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

SDL, %

80

85

75

90

100

100

85

90

82

78

 

Пример расчета

RВН = 0,47 Мбит/с; SDL = 80%.

 

RDL = RВНSDL = 0,47 ∙ 0,8 = 0,376 Мбит/с.

 

Задача 3.5

Определить число абонентов NАБ, если известны  суммарная пропускная способность  RNW, Мбит/с;  усредненный трафик абонента на DL в ЧНН RDL, Мбит/с.

Исходные данные взять из задач 3.2, 3.4.

 

Пример расчета

RNW = 76000Мбит/с; RDL = 0,376 Мбит/с.

 

 

Примечание: по данным расчетов задач 3.2 – 3.5 составить таблицу. 

 

Таблица 3.5 – Результаты расчетов емкости сети LTE

Трафик абонента, Гбайт/месяц

ТАБ

 

Число ЧНН в день

NВН

 

Число дней в месяце

Nд

 

Усредненный трафик абонента в ЧНН, Мбит/с

RВН

 

Доля трафик на DL, %

SDL

 

Усредненный трафик абонента на DL в ЧНН, Мбит/с

RDL

 

Общий трафик в сети, Гбит/с

RNW

 

Число абонентов, тыс

NАБ

 

 

 

4 Модели распространения радиоволн внутри помещений

 

Большое количество беспроводных сетей передачи данных в настоящее время работает внутри зданий. В последние годы были разработаны различные прогностические модели внутренней среды в помещении для частотного диапазона от 500 МГц до 5 ГГц. У каждой из этих моделей есть свои преимущества и недостатки.

Предложенные к настоящему времени модели каналов связи внутри зданий не учитывают в полной мере их особенности, вследствие чего не обладают удовлетворительной точностью расчета. Кроме того, недостатком этих моделей является их «неустойчивость» к объему исходных данных. «Устойчивая» модель позволяет грубо оценивать уровень сигнала при минимальном объеме исходных данных о здании или городе и приводит к улучшению точности по мере расширения сведений. Применяемые в настоящее время модели начинают работать лишь после того, как достаточно полно заданы исходные данные о планировке здания (или города), и не дают существенного улучшения точности при их пополнении.

Средства для моделирования внутреннего распространения радиоволн можно разделить на следующие четыре группы:

Статистические модели. Эти модели не требуют никакой информации о стенах в здании. Необходимо только описание типа зданий (офис, гостиница, больница, старое здание и т.д.).

Эмпирические модели с прямым путем распространения (однолучевые). Они основаны на прямом пути между передатчиком и приемником, никакие другие лучи не рассматриваются/

Эмпирические многолучевые модели. Этот новый подход основан на многолучевом распространении волн между передатчиком и приемником. Рассчитываются различные типы путей, и их параметры используются для прогнозирования.

Модели на основе геометрической оптики. СВЧ диапазон может быть описан с помощью квазиоптических моделей распространения, рассматривающими отражение на стенах и дифракцию на углах. Созданы различные подходы, такие как трассировка луча (слежение за лучом) и пуск луча.

Каждая группа содержит разные реализации основной идеи, но все модели, относящиеся к одной группе, приводят к примерно схожим результатам и имеют одинаковые преимущества (и недостатки).

 

4.1  Статистические модели распространения

 

Наиболее популярная реализация статистической модели -модифицированная модель свободного пространства. Для базовой станции с  передаваемой мощностью Рt  и коэффициентом усиления антенны Gt , напряженность поля Ее определяется формулой

 

                                          (4.1)

 

В большинстве случаев потери на трассе Lf используются для того, чтобы охарактеризовать канал.

Использование получаемой мощности РR в уравнении

 

                                              (4.2)

 

приводит к уравнению для потерь на трассе

 

                                (4.3)

 

Вместо точного расположения и материала стен, более общий подход реализуется, где высокие потери при прохождении стен ведут к увеличению показателя n. Таким образом, разные типы зданий характеризуются разными значениями параметра n, внутри здания  n = 2.

 

Задача 4.1

Определить получаемую МС мощность РR, Вт,  если БС передает мощность Pt, Вт, имеет  коэффициент усиления антенны БС Gt, дБ. Мобильная станция находится на расстоянии от БС d, км внутри  здания с параметром  n. Частота f, МГц.

Рассчитать и проверить потери на трассе L0

 

 

Таблица 4.1– Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Pt, Вт

10

15

20

25

30

35

45

40

45

50

Gt, дБ

7

8

9

10

10

9

8

7

6

5

d, км

10

8

12

15

20

25

30

28

23

12

f, МГц

935

940

950

955

960

1810

1820

1950

1870

1980

 

Пример расчета

Мощность БС Pt = 20 Вт;

коэффициент усиления антенны БС Gt, = 7 дБ (5 раз);

расстояние между БС и МС d = 10 км;

параметр n внутри здания  n = 2;

частота f = 950 МГц.

 

Потери на трассе между БС и МС

 

 

Мощность, получаемая МС

 

 

Проверка правильности решения:

 

 

4.2 Эмпирические однолучевые модели

 

В помещениях обусловленное расстоянием затухание не такое, как в свободном пространстве, из-за отражения, дифракции и рассеивания, даже если антенны передатчика и приемника расположены в зоне прямой видимости. Предложенные к настоящему времени эмпирические однолучевые модели распространения сигналов внутри помещений можно разделить на 2 группы, в зависимости от взаимного расположения приемника и передатчика: одноэтажные модели и многоэтажные модели.

Вычисление потерь на пути распространения производится при сравнении выходной мощности в точке передатчика и входного сигнала приемника и включает все потери между этими точками из-за антенн, кабелей, потери в свободном пространстве и другие.

Потери в свободном пространстве, выраженные в децибелах, задаются формулой

 

РL = 32,44 + 20lg(d) + 20lg(f)       ,                  (4.4)

 

где d -  расстояние между антеннами (в км),

f - несущая частота (в МГц).

 

Задача 4.2

На основе исходных данных и результатов расчетов предыдущей задачи, определить общее затухание  на трассе L0  и мощность, получаемую МС PR.

Сделать вывод о возможности приема.

 

Пример расчета

Для d = 10 км и f = 950 МГц потери в свободном пространстве PL

 

РL = 32,44 + 20lg(10) + 20lg(950) =112 дБ.

 

Общее затухание на трассе L0

 

L0 = Lк +PL = 7,2 + 112 = 119,2 дБ.

 

Мощность, получаемая МС PR

 

PR  = 10lg(Рt)- L0 = 10lg20 – 119,2 =-106,2 дБ.

 

Чувствительность приемника  Е= 0,35 мкВ

 

Е = 20lg 3,5∙10-7 = -129 дБ.

 

Если PR>Е∙Rвх , то прием возможен, где Rвх  - входное сопротивления приемника.

Проверка возможности приема

 

-106,2 дБ > -129 + 10lg50 = -112 дБ,

 

делаем вывод – прием возможен.

 

4.3 Модель потерь на трассе внутри помещения

 

Модель потерь на трассе внутри помещения, выраженная в дБ, представляет собой следующую форму

 

L = 37+20lg(d) + ΣKW1LW1 +18,3q[(q+2)/(q+1) – 0,46],                           (4.5)

 

где d - расстояние между приемником и передатчиком, выраженное в метрах;

 KW1 - количество пересекаемых стен типа i;

LW1 – фактор потерь на стене типа i;

q - количество пересекаемых межэтажных перекрытий.

 

Рассмотрены два типа стен внутри здания: легкие внутренние стены с фактором потерь в 3,4 дБ и стандартные внутренние стены с фактором потерь в 6,9 дБ.

Если не моделировать внутренние стены индивидуально, внутренняя модель потерь представляет следующее выражение:

 

L = 37+20lg(d) +18,3q[(q+2)/(q+1) – 0,46],                          (4.6)

 

 

Задача 4.3

Рассчитать потери на трассе внутри помещения L, дБ, если известно       d - расстояние между приемником и передатчиком, выраженное в метрах;    KW1 - количество пересекаемых стен типа i;  LW1 – фактор потерь на стене типа iq - количество пересекаемых межэтажных перекрытий.

 

Таблица 4.2 - Исходные данные для задач 4.3, 4.4.

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

d, км

5

8

3

10

15

20

25

30

12

9

KW1

2

3

4

2

5

2

1

1

4

5

LW1

3,4

3,4

3,4

3,4

3,4

6,9

6,9

6,9

3,4

3,4

q

2

2

3

4

2

2

1

1

2

1

 

Пример расчета

d = 10 км; KW1 = 4;   LW1 =6,9 дБ; q = 3.

 

L = 37+20lg(10)  + 4∙6,9 + 18,3∙35/(4-0,46) = 170 дБ.

 

Задача 4.4

Рассчитать потери на трассе без моделирования внутренних стен индивидуально, если известно d - расстояние между приемником и передатчиком, выраженное в метрах; q - количество пересекаемых межэтажных перекрытий

 

Пример расчета

d = 10 км;  q = 3.

 

L = 37+20lg(10) + 18,3∙35/(4-0,46) = 153 дБ.

 

4.4 Одноэтажные модели

 

Эти модели используются, когда передатчик и приемник расположены на одном этаже внутри здания.

Потери на линии связи в помещении  PLm в дБ

 

PLm  = PL(d0) + 10n∙lg(d/d0),                             (4.7)

 

где d0  - исходное расстояние, обычно 1 м для внутренней среды;

PL(d0) -   соответствующая потеря в свободном пространстве;

п -  показатель степенной зависимости от расстояния.

Для внутренних ситуаций величина п зависит от несущей частоты и от типа и планировки здания. В литературе можно найти значения п до 6.5, для сильно загроможденных путей.

Модель потерь, основанная на ослабляющем факторе перегородки, учитывает потери на перегородках для оценки внутренних потерь на линии связи. На распространение сигнала внутри здания влияют строительные материалы стен и другие перегородки внутри здания. Так, эта модель в сравнении с  dn  моделью вводит дополнительные потери из-за влияния стен и перегородок. Формула для внутренних потерь в этой модели следующая:

 

                        (4.8)

 

Когда радиосигнал проходит через Pk перегородок или стен класса k, каждая из них привносит ослабление, выражаемое в АFk  факторе. Сумма представляет полную потерю на трассе, вызываемую всеми перегородками на данном этаже, преграждающими сигнал.

Фактор потерь для легких внутренних стен 3,4 дБ, для стандартных внутренних стен 6,9 дБ.

 

Задача 4.5

Рассчитать потери на линии связи в помещении, если известно d0  - исходное расстояние, обычно 1 м для внутренней среды; PL(d0) -  потери в свободном пространстве; п -  показатель степенной зависимости от расстояния.

 

Таблица 4.3 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

d, км

5

8

3

10

15

20

25

30

12

9

f, МГц

1980

1870

1950

1820

1810

960

955

950

940

935

n

2

3

4

5

6

6,5

2

3

4

5

 

 

Пример расчета

d = 10 км;  d0 = 1 м, f  = 950МГц; n = 2.

Потери в свободном пространстве на расстоянии 1 м

 

PL(d0)= 32,44 + 20lg0,001 + 20lg950 = 32 дБ,

 

PLm  = 32+ 10∙2∙lg(10000/1) = 112 дБ.

 

Задача 4.6

Определить дополнительные потери из-за влияния стен и перегородок PLm, дБ, если известно d0  - исходное расстояние, обычно 1 м для внутренней среды; п -  показатель степенной зависимости от расстояния, Pk легк.  - число легких перегородок или стен класса k, Pk станд.. - число стандартных перегородок или стен класса k.

 

Таблица 4.4– Исходные данные для задач 11, 12

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

d, км

9

12

30

25

20

15

10

3

8

5

d0, м

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

f, МГц

1980

1870

1950

1820

1810

960

955

950

940

935

Pk легк.

2

2

1

2

2

2

2

4

2

1

Pk станд.

1

2

3

3

4

2

2

2

3

3

n

2

3

4

2

3

4

2

3

4

2

 

Пример расчета

d = 10 км;  d0 = 1 м, f  = 950МГц; n = 2, Pk легк = 2;. Pk станд = 3.

 

PL(d0)= 32,44 + 20lg0,001 + 20lg950 = 32 дБ,

 

PLm  = 32+ 10∙2∙lg(10000/1) +2∙3,4 + 3∙6,9 =  139,5 дБ.

 

4.5 Многоэтажные модели

 

Эти модели применимы, когда передатчик и приемник располагаются на разных этажах. Модель потерь на линии связи в зависимости от расстояния также выражается уравнением (4.7), но рассматриваются большие значения п. В случаях вплоть до трех перекрытий значение п обычно находится между 4 и 5.5

Модель потерь, основанная на ослабляющем факторе межэтажных перекрытий, выражается уравнением (4.8), но в явной форме добавлен эффект потерь, вызванных промежуточными перекрытиями. Дополнительная потеря выражена этажным ослабляющим фактором, обозначенным FАF. Таким образом, формула становится следующей:

 

                             (4.9)

 

В многоэтажном здании необходимо одновременно учитывать перегородки и многоэтажные потери. Полная формула внутри зданий, применимая для покрываемых регионов:

 

                       (4.10)

 

Типичные значения FАF составляют около 15 дБ для одного этажа и еще 5-12 дБ на каждый дополнительный этаж, вплоть до пяти этажей. При рассмотрении более 5 этажей нет существенного увеличения FАF.

 

Задача 4.7

Определить потери в 3-х этажном здании PLm, дБ, если известно  d0  - исходное расстояние, обычно 1 м для внутренней среды; п - показатель степенной зависимости от расстояния, Pk легк.  - число легких перегородок или стен класса k, Pk станд.. - число стандартных перегородок или стен класса k, число этажей в здании.

 

Таблица 4.5 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Число этажей, Nэ

2

3

4

5

3

2

3

4

5

6

 

Пример расчета

d = 10 км;  d0 = 1 м, f  = 950МГц; n = 2, Pk легк = 2;. Pk станд = 3, Nэ = 3/

Отсюда

FAF = 15 + 2∙10 = 35 дБ.

 

PL(d0)= 32,44 + 20lg0,001 + 20lg950 = 32 дБ,

 

PLm  = 32+ 10∙2∙lg(10000/1) +2∙3,4 + 3∙6,9+ 32 = 172 дБ.

 

Задача 4.8

Определить передаваемую мощность передатчика БС Рt. Сравнить с     Рмакс = 50 Вт (17 дБ). Сделать вывод о возможности приема.

Исходные данные: чувствительность приемника  БС Е, мкВ, входное сопротивление Rвх, Ом, потери в здании PLm, дБ.

 

Таблица 4.6 – Исходные данные

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Е, мкВ

0,32

0,43

0,28

0,41

0,32

0,29

0,34

0,27

0,45

0,38

Rвх, Ом

50

75

55

70

60

65

50

55

65

75

PLm, дБ

120

128

144

140

119

140

148

135

150

129

 

Пример расчета

Е = 0,35 мкВ, Rвх = 50 Ом, PLm = 172 дБ.

 

Рt,= Е∙Rвх  + Lm (дБ),

 

Е(дБ) =20 lg(0,35∙10-6)= -129 дБ,

 

Е∙Rвх  = -129 + 10 lg50 = -129+17 = -112 дБ,

 

Рt,= -112 + 172 = 60 дБ.

 

Вывод. Мощность передатчика БС не может превышать 50 Вт (17 дБ), следовательно – прием невозможен.

  

Приложение

Предлагаемый транспортный поток в erlang, где   n  - число каналов

вероятность потерь (E)

n

0.007

0.008

0.009

0.01

0.02      

0.03

0.05

0.1

0.2

0.4

n

1

.00705

.00806

.00908

.01010

.02041

.03093

.05263

.11111

.25000

.66667

1

2

.12600

.13532

.14416

.15259

.22347

.28155

.38132

.59543

1.0000

2.0000

2

3

.39664

.41757

.43711

.45549

.60221

.71513

.89940

1.2708

1.9299

3.4798

3

4

.77729

.81029

.84085

.86942

1.0923

1.2589

1.5246

2.0454

2.9452

5.0210

4

5

1.2362

1.2810

1.3223

1.3608

1.6571

1.8752

2.2185

2.8811

4.0104

6.5955

5

6

1.7531

1.8093

1.8610

1.9090

2.2759

2.5431

2.9603

3.7584

5.1086

8.1907

6

7

2.3149

2.3820

2.4437

2.5009

2.9354

3.2497

3.7378

4.6662

6.2302

9.7998

7

8

2.9125

2.9902

3.0615

3.1276

3.6271

3.9865

4.5430

5.5971

7.3692

11.419

8

9

3.5395

3.6274

3.7080

3.7825

4.3447

4.7479

5.3702

6.5464

8.5217

13.045

9

10

4.1911

4.2889

4.3784

4.4612

5.0840

5.5294

6.2157

7.5106

9.6850

14.677

10

11

4.8637

4.9709

5.0691

5.1599

5.8415

6.3280

7.0764

8.4871

10.857

16.314

11

12

5.5543

5.6708

5.7774

5.8760

6.6147

7.1410

7.9501

9.4740

12.036

17.954

12

13

6.2607

6.3863

6.5011

6.6072

7.4015

7.9667

8.8349

10.470

13.222

19.598

13

14

6.9811

7.1155

7.2382

7.3517

8.2003

8.8035

9.7295

11.473

14.413

21.243

14

15

7.7139

7.8568

7.9874

8.1080

9.0096

9.6500

10.633

12.484

15.608

22.891

15

16

8.4579

8.6092

8.7474

8.8750

9.8284

10.505

11.544

13.500

16.807

24.541

16

17

9.2119

9.3714

9.5171

9.6516

10.656

11.368

12.461

14.522

18.010

26.192

17

18

9.9751

10.143

10.296

10.437

11.491

12.238

13.385

15.548

19.216

27.844

18

19

10.747

10.922

11.082

11.230

12.333

13.115

14.315

16.579

20.424

29.498

19

20

11.526

11.709

11.876

12.031

13.182

13.997

15.249

17.613

21.635

31.152

20

21

12.312

12.503

12.677

12.838

14.036

14.885

16.189

18.651

22.848

32.808

21

22

13.105

13.303

13.484

13.651

14.896

15.778

17.132

19.692

24.064

34.464

22

23

13.904

14.110

14.297

14.470

15.761

16.675

18.080

20.737

25.281

36.121

23

24

14.709

14.922

15.116

15.295

16.631

17.577

19.031

21.784

26.499

37.779

24

25

15.519

15.739

15.939

16.125

17.505

18.483

19.985

22.833

27.720

39.437

25

26

16.334

16.561

16.768

16.959

18.383

19.392

20.943

23.885

28.941

41.096

26

27

17.153

17.387

17.601

17.797

19.265

20.305

21.904

24.939

30.164

42.755

27

28

17.977

18.218

18.438

18.640

20.150

21.221

22.867

25.995

31.388

44.414

28

29

18.805

19.053

19.279

19.487

21.039

22.140

23.833

27.053

32.614

46.074

29

30

19.637

19.891

20.123

20.337

21.932

23.062

24.802

28.113

33.840

47.735

30

31

20.473

20.734

20.972

21.191

22.827

23.987

25.773

29.174

35.067

49.395

31

32

21.312

21.580

21.823

22.048

23.725

24.914

26.746

30.237

36.295

51.056

32

33

22.155

22.429

22.678

22.909

24.626

25.844

27.721

31.301

37.524

52.718

33

34

23.001

23.281

23.536

23.772

25.529

26.776

28.698

32.367

38.754

54.379

34

35

23.849

24.136

24.397

24.638

26.435

27.711

29.677

33.434

39.985

56.041

35

36

24.701

24.994

25.261

25.507

27.343

28.647

30.657

34.503

41.216

57.703

36

37

25.556

25.854

26.127

26.378

28.254

29.585

31.640

35.572

42.448

59.365

37

38

26.413

26.718

26.996

27.252

29.166

30.526

32.624

36.643

43.680

61.028

38

39

27.272

27.583

27.867

28.129

30.081

31.468

33.609

37.715

44.913

62.690

39

40

28.134

28.451

28.741

29.007

30.997

32.412

34.596

38.787

46.147

64.353

40

41

28.999

29.322

29.616

29.888

31.916

33.357

35.584

39.861

47.381

66.016

41

42

29.866

30.194

30.494

30.771

32.836

34.305

36.574

40.936

48.616

67.679

42

43

30.734

31.069

31.374

31.656

33.758

35.253

37.565

42.011

49.851

69.342

43

44

31.605

31.946

32.256

32.543

34.682

36.203

38.557

43.088

51.086

71.006

44

45

32.478

32.824

33.140

33.432

35.607

37.155

39.550

44.165

52.322

72.669

45

46

33.353

33.705

34.026

34.322

36.534

38.108

40.545

45.243

53.559

74.333

46

47

34.230

34.587

34.913

35.215

37.462

39.062

41.540

46.322

54.796

75.997

47

48

35.108

35.471

35.803

36.109

38.392

40.018

42.537

47.401

56.033

77.660

48

49

35.988

36.357

36.694

37.004

39.323

40.975

43.534

48.481

57.270

79.324

49

50

36.870

37.245

37.586

37.901

40.255

41.933

44.533

49.562

58.508

80.988

50

51

37.754

38.134

38.480

38.800

41.189

42.892

45.533

50.644

59.746

82.652

51

n

0.007

0.008

0.009

0.01

0.02                     0.03

0.05

0.1

0.2

0.4

n

вероятность потерь (E)

вероятность потерь (E)

n

0.00001

0.00005

0.0001

0.0005

 0.001     

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

n

51

26.789

28.706

29.632

32.094

33.332

34.716

35.611

36.293

36.852

37.331

51

52

27.513

29.459

30.400

32.898

34.153

35.558

36.466

37.157

37.724

38.211

52

53

28.241

30.216

31.170

33.704

34.977

36.401

37.322

38.023

38.598

39.091

53

54

28.971

30.975

31.942

34.512

35.803

37.247

38.180

38.891

39.474

39.973

54

55

29.703

31.736

32.717

35.322

36.631

38.094

39.040

39.760

40.351

40.857

55

56

30.438

32.500

33.494

36.134

37.460

38.942

39.901

40.630

41.229

41.742

56

57

31.176

33.266

34.273

36.948

38.291

39.793

40.763

41.502

42.109

42.629

57

58

31.916

34.034

35.055

37.764

39.124

40.645

41.628

42.376

42.990

43.516

58

59

32.659

34.804

35.838

38.581

39.959

41.498

42.493

43.251

43.873

44.406

59

60

33.404

35.577

36.623

39.401

40.795

42.353

43.360

44.127

44.757

45.296

60

61

34.151

36.351

37.411

40.222

41.633

43.210

44.229

45.005

45.642

46.188

61

62

34.900

37.127

38.200

41.045

42.472

44.068

45.099

45.884

46.528

47.081

62

63

35.651

37.906

38.991

41.869

43.313

44.927

45.970

46.764

47.416

47.975

63

64

36.405

38.686

39.784

42.695

44.156

45.788

46.843

47.646

48.305

48.870

64

65

37.160

39.468

40.579

43.523

45.000

46.650

47.716

48.528

49.195

49.766

65

66

37.918

40.252

41.375

44.352

45.845

47.513

48.591

49.412

50.086

50.664

66

67

38.677

41.038

42.173

45.183

46.692

48.378

49.467

50.297

50.978

51.562

67

68

39.439

41.825

42.973

46.015

47.540

49.243

50.345

51.183

51.872

52.462

68

69

40.202

42.615

43.775

46.848

48.389

50.110

51.223

52.071

52.766

53.362

69

70

40.967

43.405

44.578

47.683

49.239

50.979

52.103

52.959

53.662

54.264

70

71

41.734

44.198

45.382

48.519

50.091

51.848

52.984

53.848

54.558

55.166

71

72

42.502

44.992

46.188

49.357

50.944

52.718

53.865

54.739

55.455

56.070

72

73

43.273

45.787

46.996

50.195

51.799

53.590

54.748

55.630

56.354

56.974

73

74

44.045

46.585

47.805

51.035

52.654

54.463

55.632

56.522

57.253

57.880

74

75

44.818

47.383

48.615

51.877

53.511

55.337

56.517

57.415

58.153

58.786

75

76

45.593

48.183

49.427

52.719

54.369

56.211

57.402

58.310

59.054

59.693

76

77

46.370

48.985

50.240

53.563

55.227

57.087

58.289

59.205

59.956

60.601

77

78

47.149

49.787

51.054

54.408

56.087

57.964

59.177

60.101

60.859

61.510

78

79

47.928

50.592

51.870

55.254

56.948

58.842

60.065

60.998

61.763

62.419

79

80

48.710

51.397

52.687

56.101

57.810

59.720

60.955

61.895

62.668

63.330

80

81

49.492

52.204

53.506

56.949

58.673

60.600

61.845

62.794

63.573

64.241

81

82

50.277

53.012

54.325

57.798

59.537

61.480

62.737

63.693

64.479

65.153

82

83

51.062

53.822

55.146

58.649

60.403

62.362

63.629

64.594

65.386

66.065

83

84

51.849

54.633

55.968

59.500

61.269

63.244

64.522

65.495

66.294

66.979

84

85

52.637

55.445

56.791

60.352

62.135

64.127

65.415

66.396

67.202

67.893

85

86

53.427

56.258

57.615

61.206

63.003

65.011

66.310

67.299

68.111

68.808

86

87

54.218

57.072

58.441

62.060

63.872

65.897

67.205

68.202

69.021

69.724

87

88

55.010

57.887

59.267

62.915

64.742

66.782

68.101

69.106

69.932

70.640

88

89

55.804

58.704

60.095

63.772

65.612

67.669

68.998

70.011

70.843

71.557

89

90

56.598

59.526

60.923

64.629

66.484

68.556

69.896

70.917

71.755

72.474

90

91

57.394

60.344

61.753

65.487

67.356

69.444

70.794

71.823

72.668

73.393

91

92

58.192

61.164

62.584

66.346

68.229

70.333

71.693

72.730

73.581

74.311

92

93

58.990

61.985

63.416

67.206

69.103

71.222

72.593

73.637

74.495

75.231

93

94

59.789

62.807

64.248

68.067

69.978

72.113

73.493

74.545

75.410

76.151

94

95

60.590

63.630

65.082

68.928

70.853

73.004

74.394

75.454

76.325

77.072

95

96

61.392

64.454

65.917

69.791

71.729

73.896

75.296

76.364

77.241

77.993

96

97

62.194

65.279

66.752

70.654

72.606

74.788

76.199

77.274

78.157

78.915

97

98

62.998

66.105

67.589

71.518

73.484

75.681

77.102

78.185

79.074

79.837

98

99

63.803

66.932

68.426

72.383

74.363

76.575

78.006

79.096

79.992

80.760

99

100

64.609

67.760

69.265

73.248

75.242

77.469

78.910

80.008

80.910

81.684

100

101

65.416

68.589

70.104

74.115

76.122

78.364

79.815

80.920

81.829

82.608

101

n

0.00001

0.00005

0.0001

0.0005

0.001                 0.002

 

0.003

0.004

0.005

0.006

n

вероятность потерь (E)


вероятность потерь (E)     

n

0.007

0.008

0.009

0.01

0.02

0.03

0.05

0.1

0.2

0.4

n

101

83.296

83.916

84.482

85.005

88.941

91.784

96.265

105.21

121.89

165.92

101

102

84.225

84.849

85.419

85.946

89.910

92.774

97.289

106.30

123.13

167.58

102

103

85.155

85.783

86.357

86.888

90.880

93.765

98.314

107.40

124.38

169.25

103

104

86.086

86.718

87.296

87.830

91.850

94.756

99.339

108.50

125.63

170.91

104

105

87.017

87.653

88.235

88.773

92.821

95.747

100.36

109.60

126.87

172.58

105

106

87.948

88.589

89.175

89.716

93.791

96.738

101.39

110.70

128.12

174.25

106

107

88.880

89.525

90.115

90.660

94.763

97.730

102.42

111.79

129.36

175.91

107

108

89.812

90.462

91.055

91.604

95.734

98.722

103.44

112.89

130.61

177.58

108

109

90.745

91.399

91.996

92.548

96.706

99.715

104.47

113.99

131.86

179.24

109

110

91.678

92.336

92.937

93.493

97.678

100.71

105.49

115.09

133.10

180.91

110

111

92.612

93.274

93.879

94.438

98.651

101.70

106.52

116.19

134.35

182.58

111

112

93.546

94.212

94.821

95.384

99.624

102.69

107.55

117.29

135.59

184.24

112

113

94.481

95.151

95.764

96.330

100.60

103.69

108.57

118.39

136.84

185.91

113

114

95.416

96.090

96.707

97.277

101.57

104.68

109.60

119.49

138.09

187.57

114

115

96.352

97.030

97.650

98.223

102.54

105.68

110.63

120.58

139.33

189.24

115

116

97.287

97.970

98.594

99.171

103.52

106.67

111.66

121.68

140.58

190.91

116

117

98.224

98.910

99.538

100.12

104.49

107.66

112.69

122.78

141.83

192.57

117

118

99.160

99.851

100.48

101.07

105.47

108.66

113.71

123.88

143.07

194.24

118

119

100.10

100.79

101.43

102.01

106.44

109.66

114.74

124.98

144.32

195.91

119

120

101.04

101.73

102.37

102.96

107.42

110.65

115.77

126.08

145.57

197.57

120

121

101.97

102.68

103.32

103.91

108.39

111.65

116.80

127.18

146.81

199.24

121

122

102.91

103.62

104.26

104.86

109.37

112.64

117.83

128.28

148.06

200.90

122

123

103.85

104.56

105.21

105.81

110.35

113.64

118.86

129.38

149.31

202.57

123

124

104.79

105.50

106.16

106.76

111.32

114.64

119.89

130.48

150.55

204.24

124

125

105.73

106.45

107.10

107.71

112.30

115.63

120.92

131.58

151.80

205.90

125

126

106.67

107.39

108.05

108.66

113.28

116.63

121.95

132.68

153.05

207.57

126

127

107.61

108.34

109.00

109.61

114.25

117.63

122.98

133.78

154.29

209.23

127

128

108.55

109.28

109.95

110.57

115.23

118.62

124.01

134.88

155.54

210.90

128

129

109.49

110.22

110.90

111.52

116.21

119.62

125.04

135.99

156.79

212.57

129

130

110.43

111.17

111.85

112.47

117.19

120.62

126.07

137.09

158.03

214.23

130

131

111.37

112.12

112.79

113.42

118.17

121.62

127.10

138.19

159.28

215.90

131

132

112.31

113.06

113.74

114.38

119.15

122.62

128.13

139.29

160.53

217.57

132

133

113.26

114.01

114.69

115.33

120.12

123.61

129.16

140.39

161.77

219.23

133

134

114.20

114.95

115.64

116.28

121.10

124.61

130.19

141.49

163.02

220.90

134

135

115.14

115.90

116.59

117.24

122.08

125.61

131.22

142.59

164.27

222.56

135

136

116.09

116.85

117.54

118.19

123.06

126.61

132.25

143.69

165.52

224.23

136

137

117.03

117.80

118.50

119.14

124.04

127.61

133.28

144.80

166.76

225.90

137

138

117.97

118.74

119.45

120.10

125.02

128.61

134.32

145.90

168.01

227.56

138

139

118.92

119.69

120.40

121.05

126.00

129.61

135.35

147.00

169.26

229.23

139

140

119.86

120.64

121.35

122.01

126.98

130.61

136.38

148.10

170.50

230.90

140

141

120.81

121.59

122.30

122.96

127.97

131.61

137.41

149.20

171.75

232.56

141

142

121.75

122.54

123.26

123.92

128.95

132.61

138.44

150.30

173.00

234.23

142

143

122.70

123.49

124.21

124.88

129.93

133.61

139.48

151.41

174.25

235.89

143

144

123.64

124.44

125.16

125.83

130.91

134.61

140.51

152.51

175.49

237.56

144

145

124.59

125.39

126.11

126.79

131.89

135.61

141.54

153.61

176.74

239.23

145

146

125.54

126.34

127.07

127.75

132.87

136.61

142.57

154.71

177.99

240.89

146

147

126.48

127.29

128.02

128.70

133.86

137.61

143.61

155.82

179.24

242.56

147

148

127.43

128.24

128.98

129.66

134.84

138.61

144.64

156.92

180.48

244.23

148

149

128.38

129.19

129.93

130.62

135.82

139.62

145.67

158.02

181.73

245.89

149

150

129.32

130.14

130.88

131.58

136.80

140.62

146.71

159.12

182.98

247.56

150

151

130.27

131.09

131.84

132.53

137.79

141.62

147.74

160.23

184.23

249.22

151

n

0.007

0.008

0.009

0.01

0.02      

0.03

0.05

0.1

0.2

0.4

n

вероятность потерь (E)

  

Список литературы 

1     Бабков В.Ю. Общие подходы к задачам  планирования и оптимизации 2G - 4G сетей подвижной связи, - С-П, 2011.

2     Ипатов В.П., Орлов В.К., Самойлов И.М. Системы мобильной связи. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия, 2003.

3     Аунг М.Э. Распространение радиоволн и разработка затухания для помещения  сложной формы. - М. : МГИЭТ, 2008.

4     Гершман И.Р. Модели и методы расчета абонентской нагрузки в сотовых сетях, - С-П.:  ЛОНИИС, 2009.

5     Варукина Л.И. Планирование сетей LTE, технические предпосылки объединения операторов. MForum.ru, 2010.

6     Крылов В.В, Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. Учеьное пособие для вузов. - С-П.: БХВ Петербург, 2005.

7     Русеев Д. Технологии беспроводного доступа: Справочник. – СПб.: БХВ Петербург, 2002.

8     Варукина Л.И. Производительность сети TD-LTE в сравнении с WiMAX. MForum.ru, 2010.

 

Содержание 

Введение

3

1. Расчет параметров сетей  GSM, LTE, WCDMA

1.1 Расчет бюджета потерь и зоны покрытия сетей GSM и LTE

4

4

1.2 Оценка допустимой скорости передачи в канале сети LTE для «близких» и «далеких» пользователей в области u

7

1.3 Определение пространственных параметров сети WCDMA

8

1.3.1 Расчет абонентской емкости сети WCDMA

8

1.3.2 Распределение кодовых сдвигов по секторам (сотам) сети WCDMA

11

2 Расчет бюджета радиолиний системы WCDMA

12

2.1 Расчет чувствительности приемника UMTS

13

2.2 Расчет максимально допустимых потерь сети WCDMA

14

2.3 Расчет восходящей линии (UL) WCDMA

18

2.3.1 Расчет минимально допустимой мощности сигнала на входе приемника базовой станции

18

2.3.2 Определение мощности принимаемого сигнала

20

2.3.3 Расчет эффективно излучаемой мощности мобильной станции

21

2.3.4 Определение максимально допустимых потерь

21

2.4 Расчет нисходящей радиолинии (DL) WCDMA

22

2.4.1 Определение минимально допустимой мощности сигнала на входе приемника МС

22

2.4.2 Определение требуемой мощности принимаемого сигнала

23

2.4.3 Расчет эффективно излучаемой мощности базовой станции

24

2.4.4  Расчет допустимых потерь на трассе

25

3 Планирование и расчет радиосетей  LTE

3.1 Расчет энергетического бюджета  для сети LTE

25

25

3.2 Оценка емкости сети  LTE

27

4 Модели распространения радиоволн внутри помещений

30

4.1  Статистические модели распространения

31

4.2 Эмпирические однолучевые модели

32

4.3 Модель потерь на трассе внутри помещения

33

4.4 Одноэтажные модели

35

4.5 Многоэтажные модели

36

Приложение. Предлагаемый транспортный поток в erlang

Список литературы

39

42