1. Методика расчета пропускной способности

Задача расчета пропускной способности радиолиний это оценка максимальных допустимых одновременных соединений на трассе. Зная значение отношения E_b/N₀, и используя подходящую модель распространения можно вычислить допустимых одновременных соединений. Результатом расчета является максимальное количество разрешенных одновременных соединений (число пользователей) на трассе.

Основной параметр, использующийся в расчете, отношение E_b/N₀ средней энергии бита к спектральной плотности шума. Требуемое отношение E_b/N₀ зависит от типа сервиса, скорости передвижения абонента и радиоканала.

, (3.1)

, (3.2)

, (3.3)

где - мощность принимаемого сигнала; I - мощность помехи; -суммарная мощность полученная от обслуживающей соты (исключая собственный сигнал); -суммарная мощность полученная от других сот; α - коэффициент ортогональности; R - скорость передачи; W - полоса частотного канала; Pn – мощность шума.

Значения требуемого отношения E_b/N₀ определено спецификациями 3GPP(3GPP 25.101) [19] для различных типов условий (типов радиоканала). Данные требования c учетом параметров оборудования Nokia Flexi UMTS BTS представлены в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Значения E_b/N₀ для различных типов услуг

Восходящая линия	Eb/N0, дБ
тип сервиса скорость	Телефония
3 км/ч	4,4
120 км/ч	5,4
Нисходящая линия	Eb/N0, дБ
тип сервиса скорость	Телефония
3 км/ч	7,9
120 км/ч	7,4

Требуемое значение E_b/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).

А) Предельная пропускная способность (емкость) соты восходящего канала

Предельную емкость соты восходящего канала можно вывести из выражения для относительной загрузки соты. Относительная загрузка соты восходящего канала вычисляем из данного выражения:

(3.4)

где K_N – количество пользователей; W – скорость передачи чипов в UMTS (3.84 Мчип/c); – требуемое отношение E_b/N₀; – скорость передачи данных пользователя; – коэффициент занятия услуги; i – отношение I_oth/I_own.

Принимая во внимание, что требование к отношению E_b/N₀, скорость передачи данных, одинаково для всех пользователей, можно вывести выражение, определяющее предельное количество одновременно обслуживаемых абонентов (предельную емкость соты) (3.7).

Увеличение помех во восходящем канале определяется как отношение полной принимаемой широкополосной мощности к мощности помех:

(3.5)

и, используя уравнение (3.1):

, (3.6)

Предельная пропускная способность соты восходящего канала или количество одновременных соединений равно:

, (3.7)

где G_обр - выигрыш от обработки:

или в дБ, (3.8)

где скорость следования чипов в UMTS равна 3,84 Мчип/c.

В таблице 3.2 представлены типичные значения величины i для различных типов сот [2].

Таблица 3.2

Значения величины i для различных типов сот

Пико-сота внутри помещения	Микросота с ненаправленной антенной	Макросота с ненаправленной антенной	2-х секторная БС	3-х секторная БС	6-х исекторная БС
0.1 - 0.2	0.25 - 0.55	0.45	0.55	0.65	0.85

Для хорошо изолированных сот (indoor, пикосоты), значение i очень мало и составляет около 0.1. Соответственно для макросот значение i увеличивается в связи с возможным перекрытием зон обслуживания. Также заметно влияние количества секторов в соте на увеличение i, это связано с тем что для многосекторных БС используются антенны с более узкой диаграммой направленности, а следовательно и с большим коэффициентом усиления, соответственно зона обслуживания такой БС возрастает. Из выражения (3.7) следует, что для увеличения емкости системы необходимо стремиться к лучшей изоляции сот (уменьшению значения i).

коэффициент занятия услуги. Данный коэффициент описывает отношение времени передачи данных пользователя к общему времени занятия канала, в случае применения прерывистой передачи (DTX). Типичное значения величины данного коэффициента для телефонии составляет 50%, так как принимается, что половина разговора занимают паузы. Для расчетов значения данного коэффициента выбрано 67% с учетом запаса на передачу каналов сигнализации (DPCCH), который принят равным 17%. Для услуг предоставляющих передачу данных коэффициент занятия услуги принимается равным 100%, так как канал для передачи данных резервируется и используется абонентом только в период самой передачи.

Б) Предельная пропускная способность (емкость) соты нисходящего канала

Предельную емкость соты для нисходящего канала можно также вычислить из выражения для относительной загрузки соты в нисходящем канале:

(3.9)

В сравнении с формулой для относительной загрузки соты в восходящем канале, в данном выражении используется параметр коэффициент ортогональности в нисходящем канале. В радиоинтерфейсе UMTS используются ортогональные коды Уолша переменной длины в нисходящем канале для разделения каналов пользователей. В случае отсутствия многолучевости ортогональность этих каналов сохраняется. Однако в многолучевом радиоканале, ортогональность кодов нарушается. Следовательно возрастает уровень внутрисистемных помех. Потеря ортогональности нисходящих каналов характеризуется значением величины α. Данная величина оказывает значительное влияние на площадь покрытия и емкость соты в нисходящем канале. Обычно значение коэффициента ортогональности принимает значение от 0.4 до 0.9 в многолучевых радиоканалах. При расчетах задаются неким постоянным коэффициентом ортогональности зависящим от

• типа местности;

• класса базовой станции;

• типа радиоканала.

Типы местности часто используются в различных инструментах для планирования, а также при расчетах для того, чтобы характеризовать среду распространения. Значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности представлены в таблице 3.3 [2]:

Таблица 3.3

Среднее значение коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности для макросот

Тип местности	Открытая местность	Пригород	Город	Плотная застройка
Коэффициент ортогональности	0.825	0.65	0.525	0.4

Тип БС также влияет на коэффициент ортогональности. Для макро-БС коэффициент ортогональности выбирается в зависимости от типа местности, где расположена БС. Как результат, коэффициент ортогональности выше в микросотах, чем в зоне обслуживания макро-БС. В случае пикосот, фемтосот или БС расположенных в помещениях, коэффициент ортогональности еще выше, так как обычно в таких случаях используется распределенная антенная система с множеством антенн, следовательно почти всегда антенна МС находится в прямой видимости от передающей антенны БС. Зависимость коэффициента ортогональности от типа БС отражена в таблице 3.4 .

Таблица 3.4

Средние значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа базовой станции

Тип БС	Макросота	Микросота	Пикосота
Коэффициент ортогональности	0.5-0.6	0.8	0.9

Увеличение помех во нисходящем канале определяется по следующей формуле:

, (3.10)

Предельная пропускная способность (емкость) соты нисходящего канала, количество одновременных соединений (пользователей) рассчитаем по формуле:

(3.11)

В) Относительная загрузка соты в нисходящем и восходящем канале

Для расчета взяты значения из исходных данных о нагрузке создаваемой одним абонентом. Данные значения представлены в таблице 3.5:

Таблица 3.5

Нагрузка создаваемая одним абонентом в нисходящем и восходящем канале

Тип услуги, скорость передачи	Нисходящий канал, нагрузка создаваемая одним абонентом, мЭрл	Восходящий канал, нагрузка создаваемая одним абонентом, мЭрл
Телефония, 12.2 кбит/c	20	20

Относительная загрузка соты будет равна:

(3.12)

где относительная загрузка соты; N -количество предоставляемых услуг; M_i - среднее количество одновременно занятых каналов передачи для услуги i; - предельная емкость соты, количество одновременных соединений, для услуги i.

При расчете используются значения , определенные выше. В качестве значений M_i используется среднее количество одновременно занятых каналов передачи. Для трафика с коммутацией каналов (телефония, видео-телефония) среднее количество одновременно занятых каналов это трафик в Эрлангах.

Таким образом, определив предельную емкость соты, которую можно рассчитать для каждой из предоставляемых услуг, используя предполагаемую абонентскую нагрузку в качестве исходных данных, можно рассчитать относительную загрузку соты. Значение определяет требуемое количество частотных каналов, а также влияет на размер зоны обслуживания соты, учитывается при расчете энергетического бюджета восходящего и нисходящего радиоканал.