Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра «Системы и сети радиосвязи и телерадиовещания (СиСРТ)»

Контрольная работа

«Сети и системы мобильной связи»

Подготовил:

БИС1952

Проверил:

Сорокин А.С.

Москва, 2022 г.

Задание:

1) Привести описание алгоритма функционирования СМС при индиви-дуальном варианте исходных данных.

2) Произвести расчет основных информационных и частотно-территориальных параметров сотовой инфраструктуры СМС.

3) Определить оптимальные энергетические параметры радиооборудо-

вания БС и АС.

4) Сформулировать выводы по результатам расчетов.

Индивидуальные исходные данные

Индивидуальные исходные данные для выполнения КР приведены в табл. 1 и определяются по номеру варианта К в соответствии с номером личного студбилета. Значение К находится по двум последним цифрам номера студенческого билета zy по формуле: К=zy–(15·k) , где значение числа k подбирается индивидуально из ряда k = 0; 1; 2; 3; 4 ; 5 ; 6 таким образом, чтобы значение К лежало в пределах, указанных в табл. 1. Кроме данных табл. 1 также необходимо еще два индивидуальных данных: диапазон рабочих частот соединительных РРЛ (СРРЛ) fррл и диаметр антенн РРС da. Это делается вычислением по нижеприведенным формулам с использованием значения К, полученным ранее:

Исходные данные Варианта 7:

Sто,км2	350
Тип ТО	СМ
W,аб/км2	600
Fсот, МГц	1800
Тблдоп,%	7
Тндоп,%	4
А	0,6
	0,19
Кс’,дБ	106
М	16
А1, Эрл	0,1
Ксек	1
Rаб, Мбит/с	7
Qмдоп, дБ	6,2

Использованы следующие обозначения: К – номер варианта данных; Sто – площадь территории обслуживания (ТО) данной СРД; Wa - плотность абонентов на ТО; fсот – диапазон рабочих частот радиооборудования сот; Δf∑ – отведенная для работы СРД полоса частот; Тб доп – допустимый процент блокировки (ПБл) абонентского канала связи (АКС); А1 – абонентская нагрузка от одного абонента; Тн доп – допустимый процент нарушения связи (ПНС) в АКС; рс мин – чувствительность приемника абонентской станции (АС); М – число уровней цифровой модуляции радиосигнала в соте; Rцс к1 – скорость передачи группового цифрового сигнала по радиоканалу, включая помехоустойчивое кодирование, если оно применяется; qм доп – допустимое отношение сигнал-помеха (ОСП) на входе приемника АС (защитное отношение); ри бс – эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ) БС.

Под допустимыми значениями показателей ЧТП следует понимать те параметры СРД, которые позволяют конкретизировать решение задачи ЧТП любой сети радиосвязи. Сущностью данной задачи является обеспечение условий внутрисистемной электромагнитной совместимости (ЭМС). Внутрисистемная ЭМС обусловлена возникновением в сложной системе радиосвязи (СРС) мешающих радиосигналов (МС) между собственными приемопередатчиками, работающими на совпадающих частотах и расположенными в различных элементах рассматриваемой СРС. К числу сложных СРС относятся такие, которые состоят из значительного числа элементарных СРС, представляющих пару приемопередатчиков, расположенных в двух точках пространства (между которыми необходимо передавать информацию). Примером сложных СРС являются многопролетные РРЛ, системы абонентского радиодоступа, сотовые спутниковые системы связи и рассматриваемые здесь СРД. При этом следует отметить, что проблема внутрисистемной ЭМС, а равно и задача ЧТП, обусловлена, как правило, экономией частотного ресурса (полосы радиочастот). Последнее достигается таким способом, как повторное использование одних и тех же рабочих частот некоторыми (а иногда и всеми) элементарными СРС, входящих в состав сложной СРС. В свою очередь, повторение частот и является причиной появления внутрисистемных МС. Чем больше число повторений частот в сложной СРС, тем больше в ней возникает МС и тем сложнее решение проблемы ЭМС и задачи ЧТП. Одной из основных задач ЧТП является определение минимальнодопустимых (координационных) расстояний между приемопередатчиками элементарных СРС, работающими на совпадающих частотах. Смысл координационного расстояния состоит в том, что оно равно такому расстоянию между передатчиком – источником МС и приемником, подверженным влиянию этого МС, при котором мощность МС на входе приемника равна допустимому значению МС для данного приемника (зависит от его характеристик). При этом на выходе приемника будет иметь место равенство величины уровня помех, вызванных этим МС, и их допустимого значения, которое является фиксированным и нормируется для определенного вида СРС.

Доли вклада в процесс возникновения ошибок на выходе приемника, обусловленные этими составляющими определяются следующим образом:

В процессе определения допустимых значений показателей ЧТП необходимо учитывать конкретную структуру рассматриваемой СРД, т.е. сколько в ней сот и как они соединяются с центральной станцией (ЦС). В связи с этим ниже кратко рассмотрена общая структура типовой сотовой СРД, которая должна приниматься во внимание при определении допустимых показателей ЧТП в данной КР. Современные СРД представляют совокупность элементов, обеспечивающих выполнение всех возлагаемых на систему функций. Общая структура сотовой СРД представлена на рис. 4.1, где же перечислены ее основные элементы. При выполнении данной КР предполагается, что соединительные линии (СЛ) между базовыми станциями (БС) и ЦС организованы с помощью соединительных РРЛ (СРРЛ). Таким образом, между двумя абонентскими станциями (АС) в СРД образуется составной канал связи: АС1–БС1-СРРЛ1–ЦС-СРРЛ2-БС2-АС2, называемый абонентским каналом связи (АКС).

При этом части этого канала БС1-ЦС и ЦС-БС2 образуются N-пролетной (СРРЛ1) и М-пролетной СРРЛ (СРРЛ2), соответственно. Обычно при расчете исходят из худшего случая, которому в данном случае будет соответствовать размещение обоих абонентов в одной наиболее удаленной от ЦС соте. БС этой соты будет соединяться СРРЛ, число пролетов в которой может быть определено на основании конкретной структуры СРД, связанной с индивидуальными исходными данными. Следует отметить, что при выполнении данной КР структура СРД полагается однородной, то есть все соты одинакового размера и длина всех пролетов СРРЛ также одинакова.

Далее необходимо учесть, что показатели Тсот и Тррл в (7) обусловлены, в свою очередь, совокупностью помех, действующих, соответственно, в соте и в СРРЛ. Для Тсот можно записать следующее соотношение, аналогичное соотношению

С учетом и по аналогии можно записать следующие соотношения для допустимых долей воздействия составляющих в

Отметим, что составляющая Тм 1 сот доп используется как критерий расчета межсистемной ЭМС данной СШБД с другими СРС, который не входит в круг задач данного КР, и, поэтому далее этот показатель ЧТП не используется. Таким образом, можно рассчитать конкретные значения показателей ЧТП сотовой инфраструктуры СРД

Расчет радиуса сот

Рис.2. Стандартное отклонение закона замираний.

В модели Хата используется деление ТО на 5 типов (типомоделей): - большой город (БГ) или городские территории с высокой плотностью застройки, для которой Сто=3 дБ; - средний город (СГ) или городские территории со средней плотностью застройки для которой Сто=0 дБ; - малый город (МГ), пригороды БГ и СГ или городские территории с низкой плотностью застройки, для которой

Типомодели городских ТО также различаются средней высотой строений hто, вызывающих дополнительное ослабление сигнала в соте. Значение параметра hто для этих типомоделей: hто бг=35 м; hто сг=25 м; hто мг=15 м. Для СМ и ОТ значение параметра hто определяется естественными перепадами высот местности Δhм, т.е. в этом случае принимается hто см=Δhм; hто от=Δhм. Высота антенн БС может определяться по формуле:

Значение рс мед рассчитывается по формуле

в которой ри бс – ЭИИМ БС (задана в табл. 3.1); ас мед – медианные потери сигнала в соте, дБ; определяются по формуле Хата [2, 4]:

Для расчета значения Тс сот сначала определяется значение параметра

где рс мин – чувствительность приемника АС, дБм (см. табл. 3.1); рс мед – медианное значение мощности сигнала на входе приемника АС, дБм; σ – параметр глубины замираний, дБ.

К определению радиуса соты

Rc, км	aсв, дБ	aсмед, дБ	aдоп, дБ	Pсмед, дБм	c	Tссот, %
0,01	225,506	140,414	-85,092	-118,414	-3,516	0,025
1	265,506	213,301	-52,205	-191,301	-21,29	2
2	271,527	224,271	-47,256	-202,271	-23,969	4
3	275,048	230,688	-44,36	-208,688	-25,534	6
4	277,547	235,242	-42,306	-213,242	-26,644	8
5	279,485	238,773	-40,712	-216,773	-27,506	10

По данным табл. 4.1 должны быть построены графики асв(Rс), ас мед(Rс), адоп(Rс), рс мед(Rс) и Tc сот(Rс). Здесь асв – потери сигнала в свободном пространстве

где λсот – длина волны радиосигнала в соте. Значения Rс и λсот подставляются в одинаковых единицах; в данном случае удобно такую подстановку делать в км. Значение λсот целесообразно рассчитать предварительно по формуле

где λсот(м) – длина волны в см рассчитывается по рабочей формуле

в которой fсот(ГГц) – частота радиосигнала в соте в ГГц. Показатель адоп – постоянные дополнительные потери сигнала в соте

При остальных параметрах Rc:

Рис. 3. Обобщенная ИФР нормального закона

Значение Rcот находится по графику Тс сот(Rс) и равно значению Rс, при котором выполняется условие. Процедуру определения Rcот надо отобразить стрелками на всех выше указанных графиках.

Расчет числа сот

Число сот рассчитывается из условия сплошного покрытия ТО. Для этого сначала находится площадь одной соты

Находится число сот в СРД по формуле

в которой [.] - знак выделения целой части; u=0, если результат деления в квадратных скобках является целым числом; u=1, если результат деления в квадратных скобках является дробным числом.

Расчет числа абонентов в соте и в СРД

Число абонентов в соте определяется из очевидного соотношения

Общее число абонентов в СРД

Определение оптимальной размерности кластера и числа секторов в соте

Для повышения частотной эффективности за счет уменьшения занимаемой полосы частот в СРД применяется частотно-территориальное кластирование. При этом ТО подразделяется на кластеры, под которыми понимается группа смежных сот с разными рабочими частотами, что обеспечивает отсутствие между ними помехового взаимодействия. Во всех кластерах используются одни и те же наборы рабочих частот и таким образом между ними возникают МС. Уровень таких МС зависит от основного параметра кластера – размерности Nкл, а именно, увеличение Nкл приводит к уменьшению уровня МС между кластерами и наоборот.

Для улучшения условий внутрисистемной ЭМС за счет уменьшения числа МС между кластерами в СРД дополнительно может применяться секторирование сот. При этом соты делятся на сектора, число которых Мсек, может принимать значения 1; 3; 6. Увеличение Мсек приводит к уменьшению числа МС Nм: при Мсек=1 число МС составляет Nм=6; при Мсек=3 число МС составляет Nм=2; при Мсек=6 число МС составляет Nм=1.

Расчет значений Rmi для Мсек=1 проводится по формулам:

Результаты указанных расчетов должны быть сведены в таблицу, вид которой представлен ниже (см. табл. 4.2). Табл. 4.2 К определению оптимального числа секторов в соте

Mсек				Rm1	Rm2					Rm3		Rm4				Rm5				Rm6
Nкл=1
1			2,562			11,248			20,072				9,562				20,072				11,248
3			2,562			11,248			20,072				9,562				20,072				11,248
6			2,562			11,248			20,072				9,562				20,072				11,248
Nкл=3
1		7					63,748		91,551					14				91,551				63,784
3		7					63,748		91,551					14				91,551				63,748
6		7					63,748		91,551					14				91,551				63,748
Nкл=7
1	12,539							498,349			638,443				19,539				638,443				498,349
3	12,539							498,349			638,443				19,539				638,443				498,349
6	12,539							498,349			638,443				19,539				638,443				498,349

Nкл=13
1	18,357	4158,845	5010,287	25,357	5010,287	4158,845
3	18,357	4158,845	5010,287	25,357	5010,287	4158,845
6	18,357	4158,845	5010,287	25,357	5010,287	4158,845

Расчет числа радиоканалов в сети

Число радиоканалов Nрк в СРД при известной полосе частот Δf∑, используемой для организации радиосвязи в сотах, и полосе частот одного радиоканала Δfрк1, определяется по формуле [4]:

в которой [.] - функция округления результата деления в скобках до меньшего целого значения. Значение Δfрк1 рассчитывается по формуле

где αцс – коэффициент скругления спектра цифрового сигнала, значение которого может быть 0,2…0,4 [2, 4].

Число радиоканалов в секторе соты

Число радиоканалов в секторе при известном общем числе радиоканалов, используемых в СШБД, а также известных размерности кластера и числе секторов в сотах рассчитывается по формуле [2]

Число каналов трафика в секторе и в соте

Число каналов трафика (КТ) в секторе Nкт сек, обеспечивающих заданный ПБл Тб доп, определяется с помощью таблицы Эрлангов [6] при значении абонентской нагрузки Асек, создаваемой абонентами сектора, рассчитываемой по формуле

в которой А1 – нагрузка от одного абонента, Эрл

Табл. 4.3 представляет собой прореженную таблицу Эрлангов, поэтому для более точного определения числа КТ для своего случая, необходимо на ее основе путем интерполяции построить рабочий график А(Nкт) для заданного значения Тб=Тб доп. Полученное по графику А(Nкт) значение Nкт должно быть увеличено на 15 % для учета дополнительных каналов управления (КУ) и будет составлять Nкт сек

Данное число КТ распределяется по всем имеющимся радиоканалам в секторе, таким образом, при известном числе радиоканалов секторе Nрк сек можно рассчитать число КТ в одном радиоканале

где [.] - функция округления результата деления в скобках до меньшего целого значения. Число КТ в соте рассчитывается по формуле

Выбор скорости передачи по одному КТ

Скорость передачи по одному КТ Rкт1 может иметь значение в пределах примерно (1,2...1000) Кбит/с (в данной КР). При этом интерес для выбора представляют большие из указанных значений скоростей. Выбор Rкт1 делается на основании соотношения

в котором rпк – скорость помехоустойчивого кодирования, которая может иметь значения 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8. При отсутствии кодирования rпк=1. Таким образом, подбираются такие значения rпк и Rкт1 , начиная с больших значений Rкт1 и меньших значений rпк, чтобы выполнялось соотношение (4.46). Вопрос применения/неприменения помехоустойчивого кодирования решается самостоятельно на основе анализа заданных в ИД параметров числа уровней модуляции М и защитного отношения qм. Если значение qм существенно меньше (на 2 и более дБ), чем допустимое ОСШ+(2…3) дБ, соответствующего при заданном М вероятности ошибки в АКС, равной 10-3 , то это означает, то применяется помехоустойчивое кодирование. При этом, чем дольше такое различие, тем более сильное (эффективное) кодирование должно использоваться. При указанном выше ряде скоростей помехоустойчивого кодирования его сила (эффективность) уменьшается слева направо.