2.6 Пример планирования района сети

В этом примере на рис. 5 показано планирование для района размером  12 х 12 км². Использовалась методика планирования сети, описанная в разделе 2.3.2.

Было установлено, что существуют необходимые вероятности обслуживания оператором в зоне охвата для услуг со скоростью передачи 8 Кбит/с, 64 Кбит/с и 384 Кбит/с соответственно 95 %, 80 % и 50 % или лучше. Этап планирования начинался с оценки ресурса радиолинии и выбора схемы расположения сайтов. На следующем этапе планирования были оптимизированы доминирующие районы для каждой ячейки. В этом контексте доминирование связано только с условиями распространения. Наклон антенны, азимут и расположение участков могут регулироваться для получения зон с четко выраженным распространением радиоволн в этих ячейках. Оптимизация района доминирования важна для определения помех, зоны мягкого хэндовера и управления вероятностью осуществления мягкого хэндовера. Улучшенные мягкий/полумягкий хэндовер и характеристика помех автоматически ведут к улучшенной пропускной способности сети. План состоит из 19 макроучастков (сайтов), каждый с тремя секторами, и средняя зона сайта равна 7,6 км². В городской зоне нагрузка в восходящем канале была ограничена до 75 %, что соответствовало увеличению помех на 6 дБ. В случае превышения нагрузки у необходимого числа мобильных станций из сильно нагруженных ячеек случайным образом прерывалась связь (или они перемещались на другую несущую). В таблице. 3 показано распределение пользователей в моделях, а другие, использованные параметры при моделировании, приводятся в табл.4.

Таблица.3 - Распределение пользователей

Услуга в Кбит/с	Пользователей На указанную услугу
8 Кбит/с	1735
64 Кбит/с	250
384 Кбит/с	15

Таблица 4 - Параметры, используемые в модели

Предел нагрузки в восходящем канале	75 %
Максимальная мощность передачи BS	20 Вт (43 дБм)
Максимальная мощность передачи MS	300 мВт (= 25 дБм)
Динамический диапазон управления мощностью MS	70 дБ
Корреляция медленных (логарифмически нормальных) замираний между базовыми станциями	50 %
Стандартное допустимое отклонение для медленных замираний	6 дБ
Профиль многолучевого канала	ITU А-канал подвижного средства
Скорости MS	3 км/ч и 50 км/ч
Коэффициент шума MS/BS	7 дБ / 5 дБ
Интервал сложения при мягком хэндовере	 6 дБ
Мощность испытательного канала	30 дБм
Усредненная мощность для других общих каналов	30 дБм
Ортогональность в нисходящем канале	0,5
Коэффициент использования для передачи речи (данных)	50 % / (100 %)
Антенны BS: сектор/усиление	65^/17 дБн
Антенны MS для передачи речи данных	Ненаправленные/ 1,5 дБн

Во всех трех случаях моделирования интерес представляли пропускная способность ячейки в Кбит/с и вероятность обслуживания в зоне по каждой услуге. Далее были собраны результаты моделирования вероятности и нагрузки при мягком хэндовере. В табл. 5 и .6 показаны результаты моделирования для пропускной способности ячейки и вероятностей обслуживания в зонах, ячейках, сайтах. Максимальная нагрузка в восходящем канале была установлена не выше 75 % согласно таблице 2.4. Заметим, что в нескольких ячейках нагрузка ниже 75 % и соответственно пропускная способность также ниже, чем достигаемое максимальное значение. Причиной этому является то, что не было достаточного предлагаемого трафика в этом сайте для того, чтобы полностью загрузить ячейки. Нагрузка в ячейке 5 составляла 75 %. Ячейка 5 расположена в нижнем правом углу на рис. 8.7, и нет никаких других ячеек, близких к ячейке 5. Поэтому эта ячейка может взять на себя больше трафика, чем другие ячейки. Например, ячейки 2 и 3 находятся в середине зоны, и нет достаточного трафика для того, чтобы полностью загрузить ячейки.

Таблица 5 - Пропускная способность, нагрузка и затраты на мягкий хэндовер

Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1805
Идентификатор ячейки	Пропускная способность UL (Кбит/с)	Пропускная способность DL (Кбит/с)	Нагрузка UL	Затраты на SHO
Ячейка 1	728,00	720,00	0,50	0,34
Ячейка 2	208,70	216,00	0,26	0,50
Ячейка 3	231,20	192,00	0,24	0,35
Ячейка 4	721,60	760,00	0,43	0,17
Ячейка 5	1508,80	1132,52	0,75	0,22
Ячейка 6	762,67	800,00	0,53	0,30
Среднее значение (по всем ячейкам)	519,20	508,85	0,37	0,39
Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1777
Ячейка 1	672,00	710,67	0,58	0,29
Ячейка 2	208,70	216,00	0,33	0,50
Ячейка 3	226,67	192,00	0,29	0,35
Ячейка 4	721,60	760,00	0,50	0,12
Ячейка 5	1101,60	629,14	0,74	0,29
Ячейка 6	772,68	800,00	0,60	0,27
Среднее значение (по всем ячейкам)	531,04	506,62	0,45	0,39
Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч и 3 км/ч, число обслуживаемых пользователей: 1802
Продолжение таблицы 2.5
Ячейка 1	728,00	720,00	0,51	0,34
Ячейка 2	208,70	216,00	0,29	0,50
Ячейка 3	240,00	200,00	0.25	0,33
Ячейка 4	730,55	760,00	0,44	0,20
Ячейка 5	1162,52	780,00	0,67	0,33
Ячейка 6	772,68	800,00	0,55	0,32
Среднее значение (по всем ячейкам)	525,04	513,63	0,40	0,39

В табл. 6 показано, что скорость MS оказывает влияние как на пропускную способность, так и на вероятность обслуживания в зоне. Когда мобильные станции передвигаются со скоростью 50 км/ч, то меньшее количество их можно обслужить, пропускная способность ниже, а полученная нагрузка выше, чем, когда мобильные станции передвигаются со скоростью 3 км/ч. Если значения пропускной способности нормализуются в соответствии с одним и тем же значением нагрузки, различие между случаями со скоростью 3 км/ч и 50 км/ч будет больше 20 %. Лучшую пропускную способность при более медленно двигающихся MS можно объяснить лучшим отношением E_b/N₀. Быстрое управление мощностью может корректировать сигнал с замираниями, и требуемое значение E_b/N₀ уменьшается. Более низкое заданное значение уменьшает общий уровень помех, и в сети может быть обслужено большее число пользователей.

При сравнении обслуживания вероятности в зоне можно отметить, что быстро перемещающиеся MS получают качество обслуживания более высокое, чем медленно перемещающиеся, потому что для последних нужен резерв мощности передачи MS для обеспечения быстрого управления мощностью. Влияние скорости может быть особенно заметно, если используемые битовые скорости высоки, потому что при низких скоростях передачи зона обслуживания больше из-за большего выигрыша в отношении сигнал/шум при обработке сигналов. Зона обслуживания проверяется в этой методике планирования путем использования проверочной MS после сходимости итераций в восходящем канале. Отмечается, что эта проверочная MS не влияет на нагрузку в сети.

Таблица 6 - Результаты оценки вероятности обслуживания в зоне.

Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/ч	96,6 %	97,7 %
64 Кбит/с	84,6 %	88,9 %
384 Кбит/с	66,9 %	71,4 %
Основная нагрузка: скорость MS 50 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/с	95,5 %	97,1 %
64 Кбит/с	82,4 %	87,2 %
384 Кбит/с	63,0 %	67,2 %
Основная нагрузка: скорость MS 3 км/ч и 50 км/ч	Скорость контрольной MS:
	3 км/ч	50 км/ч
8 Кбит/с	96,0 %	97,5 %
64 Кбит/с	83,9 %	88,3 %
384 Кбит/с	65,7 %	70,2 %

Анализ вероятности обслуживания в зоне в нисходящем канале отличается от анализа в восходящем канале. В восходящем канале ограничивающим фактором является максимальная мощность передачи MS. В нисходящем канале ограничения зависят от используемых алгоритмов управления радиоресурсом.

Этот пример демонстрирует влияние профиля пользователя, т. е. используемого обслуживания и скорости MS, на работу сети. Показано, что более низкая скорость MS обеспечивает лучшую пропускную способность: число обслуживаемых MS и пропускная способность ячейки выше в случае со скоростью 3 км/ч, чем со скоростью 50 км/ч. При сравнении с вероятностью обслуживания в зоне влияние скорости MS различно. Более высокая скорость уменьшает запас на быстрые замирания и, таким образом, увеличивает вероятность обслуживания в зоне, когда скорость MS увеличивается [3-5].

Было показано, что представленная методика планирования сети применима, поскольку учитывает зависимости между пропускной способностью и зоной обслуживания в WCDMA.

Заключение.

В данной работе была рассмотрена краткая история развития и современное состояние сетей сотовой связи (ССС). Представлен анализ принципов построения и работы сети стандарта UMTS и приведены характеристики сети UMTS. Выполненный анализ архитектуры сети UMTS показывает, что система UMTS делится на подсети, каждая из которых называется UMTS PLMN (наземная мобильная сеть общего пользования).

Также был выполнен анализ особенностей и задач планирования и оптимизации ССС 3-го поколения. Анализируются возможности известных программных комплексов планирования, и описывается методика планирования ССС с помощью программного комплекса. Было доказано, что наиболее эффективным инструментом автоматизации процесса планирования и оптимизации сетей мобильной связи являются геоинформационные технологии, прошедшие в своем развитии путь от узкоспециализированных способов и методов обработки цифровой картографической информации до высокоразвитых программных средств, называемых геоинформационными системами (ГИС). Геоинформационные технологии (ГИС-технологии) представляют собой совокупность средств и методов обработки данных, имеющих пространственный аспект и обеспечивающих получение информации в требуемом виде [1-4].

Произведен расчет емкости соты при номинальном планировании сети UMTS, определения числа одновременно обслуживаемых абонентских станций в прямом канале сети UTRA и в обратном канале, расчет мощности передатчика базовой станции, излучаемой на одну абонентскую станцию. Мы рассмотрели приближенную методику расчета и показали ее на конкретном примере.

Глоссарий

Authentification Centre (AUC)	предназначен для аутентификации каждой SIM карты которая пытается присоединиться к GSM сети (обычно когда телефон включается).
Base Station Subsystem (BSS)	один из основных элементов системы подвижной радиотелефонной связи, ответственный за передачу голосового и сигнального трафика между мобильным терминалом абонента и подсистемой сети и коммутации, GSM core network.
Equipment Identity Register (EIR)	регистр содержащий перечень IMEI мобильных телефонов, доступ которым запрещён в сеть, или они находятся под наблюдением.
GSM	глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением частотного канала по принципу TDMA и средней степенью безопасности
Home Location Register (HLR)	база данных, которая содержит информацию о абоненте сети GSM-оператора.
Integrated Service Digital Network (ISDN)	цифровая сеть связи, включающая как передачу голоса, так и данных.
International Mobile Equipment Identity (IMEI)	число (обычно 15-разрядное в десятичном представлении), уникальное для каждого использующего его аппарата.
International Mobile Subscriber Identity (IMSI)	международный идентификатор мобильной станции (индивидуальный номер абонента), ассоциированный с каждым пользователем мобильной связи стандарта GSM,UMTS или CDMA.
Mobile Switching Centre (MSC)	специализированная автоматическая телефонная станция, обеспечивающая возможность связи с коммутацией каналов, управления мобильностью и предоставления сервисов GSM для мобильных телефонов внутри зоны своего обслуживания
Operations Support Systems (OSS)	компьютерные системы, используемые операторами связи для автоматизации процессов управления сетью и сетевым оборудованием.
SIM-карта	идентификационный модуль абонента, применяемый в мобильной связи.
Visitors Location Register (VLR)	временная база данных абонентов, которые находятся в зоне действия определённого MSC/VLR
Базовая станция	системный комплекс приёмопередающей аппаратуры, осуществляющей централизованное обслуживание группы оконечных абонентских устройств.
Контроллер базовых станций	сетевой элемент, являющийся ядром подсистемы радиосети (BSS) сотовой связи стандарта GSM.
Мобильная радиосвязь	радиосвязь между абонентами, местоположение которых может меняться
Мобильный телефон	переносное средство связи, предназначенное преимущественно для голосового общения.
Сотовая связь	один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.
Сотовый телефон	разновидность телефона, точнее вид мобильного телефона, предназначенный для работы в сетях сотовой связи

Список используемой литературы

1. Попов, В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM [текст]/ В.В. Андреев. – М.: ЭкоТрендз, 2005. — 296 с. 2. Тихвинский, В.О. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS [текст]/ В.О. Тихвинский, С.В. Терентьев — М.: ЭкоТрендз, 2007. — 400 с.

3. Holma, H. W-CDMA for UMTS [текст]/ H. Holma. — John Wiley & Sons, 2004 — 445 c.

4. WCDMA (UMTS). Deployment handbook. Planning and optimization [текст]/ Ch. Chevallier, Ch. Brunner, A. Garavaglia, Kenn P. Murray. – Wiley, 2006. – 367 c.

5. Laiho, J. Radio Network planning and optimization for UMTS [текст]/ J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad — Wiley, 2007. – 495 c.

6. Naworocki M. Understanding UMTS radio network. Moddelling, planning and automated optimization [текст]/ M. Naworocki, M. Dohler, A. Aghvami — Wiley, 2006. – 500 c.

7. Manninen M. Radio interface System Planning for GSM/GPRS/UMTS [текст]/ M. Manninen — Wiley, 2002. – 275 c.

8. ДСТУ 300-95. Державний стандарт України. Документація. Звіти у свері науки і техніки. Структура і правила оформлення.

Приложение А.

Перечень условных обозначений, символов, сокращений и терминов

3G – третье поколение сетей сотовой связи, работающих в рамках программы UMTS

3GPP – партнерство по проекту в области технологий 3-го поколения (формирует стандарт WCDMA)

BTS  базовая приемопередающая станция

CDMA  множественный доступ с кодовым разделением каналов

DS-CDMA  множественный доступ с кодовым разделением и прямым расширением спектра

EDGE  повышенные скорости передачи данных (для эволюции GSM)

GPRS  пакетная коммутация в сетях подвижной радиосвязи

QoS  качество услуг связи

KPI  ключевые параметры качества функционирования сотовой сети связи

UTRAN  сеть наземного радиодоступа сети UMTS

WCDMA  широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов

USIM  модуль идентификации абонента

ИАПК  измерительный аппаратно-програмный комплекс

АТ  абонентский терминал

БС  базовая станция

ГИС  геоинформационная система