Классификация сетей электросвязи (стр. 78 )

• Относительная интенсивность сигнала, гистерезис и порог. Переключение происходит, только если текущий уровень сигнала упадет ниже порога и базовая станция-кандидат окажется сильнее, чем текущая станция, на величину Н.

• Технологии прогнозирования. Решение о переключении принимается на основе ожидаемого в будущем значения интенсивности принимаемого сигнала. Принятие решения о переключении осложняется использованием схем регулирования мощности, которые позволяют базовым станциям динамически настраивать мощность сигналов, передаваемых мобильными устройствами. На этом вопросе мы остановимся подробно в следующем разделе.

10.4.7. Регулирование мощности. Учитывая наличие многих спорных моментов, при проектировании в сотовой системе желательно предусмотреть возможность динамической регулировки мощности.

1. Чтобы сообщение проходило эффективно, мощность принимаемого сигнала должна существенно превышать фоновые шумы, в связи с этим предъявляются повышенные требования к мощности передатчика. По мере того как мобильное устройство удаляется от передатчика, принимаемая мощность уменьшается из-за обычного затухания. Кроме того, эффекты отражения, дифракции и рассеяния могут вызвать быструю смену уровней принимаемой мощности даже на небольших расстояниях. Ведь уровень мощности является суммой сигналов, приходящих по множеству различных путей, а фазы, соответствующие этим путям, являются случайными, так что при их сложении сигнал иногда усиливается, а иногда ослабляется. Отметим также, что при движении мобильного устройства воздействие сигналов, поступающих разными путями, может меняться.

2. В то же время желательно минимизировать мощность сигнала, передаваемого мобильным устройством, чтобы уменьшить интерференцию с каналами удаленных ячеек, использующих одну и ту же полосу частот, уменьшить вред, наносимый здоровью людей, и сэкономить энергию батарей.

3. В системах с расширенным спектром (SS), использующих множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), желательно выравнять уровни мощности сигналов, принимаемых базовой станцией от разных мобильных устройств. Это влияет на производительность системы, так как всем пользователям выделены одни и те же частоты.

На рис. 10.13 показано два варианта регулирования мощности. Регулирование мощности по разомкнутому циклу зависит исключительно от мобильного устройства, без учета ответной реакции базовой станции, и используется в некоторых системах расширенного спектра. В таких системах базовая станция непрерывно передает немодулированный пилот-сигнал. Этот сигнал позволяет мобильному устройству синхронизироваться с прямым каналом (от базовой станции к мобильному устройству) CDMA и дает эталонную фазу для демодуляции. Его можно также использовать для контроля мощности. Мобильное устройство следит за уровнем мощности принимаемого контрольного сигнала и устанавливает передаваемую мощность в обратном канале (от мобильного устройства к базовой станции), обратно пропорциональную мощности сигнала. При таком подходе предполагается, что интенсивности сигналов в прямом и обратном каналу связи сильно коррелируют, как обычно и бывает. Регулирование по разомкнутому циклу не такое точное, как регулирование по замкнутому циклу. При этом первая схема позволяет оперативнее реагировать на быстрые флуктуации интенсивности сигнала, например, подобные тем, что возникают при появлении мобильного устройства из-за большого здания. Такая быстрая реакция требуется в обратном канале связи систем CDMA, где при случайном увеличении интенсивности принимаемого сигнала на базовой станции могут подавляться все прочие сигналы.

При регулировании мощности по замкнутому циклу выравнивается интенсивность сигнала в обратном канале (от мобильного устройства к базовой станции). При этом учитываются характеристики этого обратного канала, такие, как уровень мощности принимаемого сигнала, отношение сигнал/шум или частота появления в принимаемом сигнале ошибочных битов. Базовая станция принимает решение о регулировании мощности и передает команды регулирования мощности в канал управления мобильного устройства. Регулирование по замкнутому циклу также используется для выравнивания мощности в прямом канале. В этом случае мобильное устройство предоставляет базовой станции информацию о качестве принимаемого сигнала, а базовая станция затем регулирует передаваемую мощность.

В табл. 10.3 показаны классы мощности, используемые в стандарте GSM, который является стандартом для систем ТDМА. В соответствии с мощностью выходных сигналов стандарт GSM определяет восемь классов базовых станций и пять классов мобильных станций. Регулирование в направлениях проводится по схеме замкнутого цикла.

Рисунок 10.13 - Регулирование мощности в обратном канале

Таблица10.3.  Классы передатчиков согласно стандарту GSM

Класс мощности	Мощность базовой станции, Вт	Мощность мобильной станции, Вт
1	320	20
2	160	8
3	80	5
4	40	2
5	20	0,8
6	10
7	5
8	2,5

10.4.8. Регулирование трафика. Для систем FDMA пропускная способность ячейки равна количеству выделенных ей частотных каналов. В идеальной ситуации количество доступных каналов в ячейке должно равняться общему числу абонентов, которые могут быть активны в любой момент. На практике же невозможно достичь такой пропускной способности, которая позволяла бы выдержать любую возможную нагрузку в любой момент времени. К счастью, не все абоненты заказывают разговоры одновременно, поэтому разумно иметь сеть такого размера, чтобы она могла выдерживать некоторый ожидаемый уровень трафика. Во многом производительность системы зависит от схемы регулирования трафика.

Концепция регулирования трафика была разработана при проектировании телефонных коммутаторов и телефонных сетей с коммутацией каналов, однако эта концепция в равной степени применима и к сотовым сетям. Рассмотрим ячейку, способную обслуживать N пользователей одновременно (т. е. пропускная способность которой равна N каналов), у которой есть L потенциальных абонентов (L мобильных устройств). Если L < N, систему называют неблокируемой; одновременно могут быть обработаны все звонки. Если L>N, систему называют блокируемой: абонент, пытающийся заказать разговор, может обнаружить, что пропускная способность использована полностью, т. е. заблокирована для него. Для блокируемых систем основными интересующими нас вопросами производительности являются следующие.

1. Какова степень блокирования, т. е. какова вероятность того, что запрос соединения будет блокирован? Или какая пропускная способность (N) необходима для того, чтобы достигнуть определенной верхней границы вероятности блокирования?

2. Если заблокированные соединения ожидают предоставления услуги, то каково среднее время задержки? Или какая пропускная способность нужна для достижения определенного значения средней задержки?

Величину загрузки системы определяют два параметра:

л — средняя частота звонков (запросов соединения), поступающих в единицу времени;

h — среднее время разговора.

Основной мерой нагрузки является интенсивность трафика, которая выражается в безразмерных единицах, эрлангах.

А = л h.

Величину А можно интерпретировать несколькими способами. Это нормированная версия л: А равно среднему числу звонков, поступающих в течение среднего времени разговора. Можно также рассматривать ячейку как систему обслуживания с несколькими серверами, в которой количество серверов равно пропускной способности N. Среднее время предоставления услуги на сервере равно h. Основным соотношением в системе обслуживания с несколькими серверами является л h = с N, где с — использование сервера, или часть времени, в течение которого сервер занят. Отсюда А = с N, и параметр А является мерой среднего числа требуемых каналов.

Пример. Если частота вызовов в среднем составляет 20 вызовов в минуту, а среднее время разговора — 3 минуты, тогда А - 60. Можно ожидать, что ячейка с пропускной способностью 120 каналов будет использоваться наполовину в любой момент времени. В то же время коммутатора с пропускной способностью 50 будет явно недостаточно. Пропускная способность в 60 каналов будет удовлетворять средний спрос, однако из-за флуктуации около среднего значения А временами ее будет не хватать.

Пример. Чтобы прояснить эти концепции, рассмотрим рис. 2.9, на котором показана модель функционирования ячейки с пропускной способностью 10 каналов в течение одного часа. Частота вызовов в минуту составляет 97/60. Среднее время разговора на один вызов в минутах составляет 294/97. Таким образом, А = (97/60) х (294/97) = 4,9 эрлангов. Другой способ трактовки параметра А — рассматривать его как среднее число обрабатываемых вызовов. Т. е. в среднем задействовано 4,9 канала. В то же время последняя интерпретация соответствует действительности только для неблокируемых систем. Параметр А был определен как частота попыток соединения, а не обслуживаемого трафика.

Обычная блокируемая система ограничивается некоторым верхним пределом интенсивности трафика. Считается неразумным проектировать систему с учетом трафика, ожидаемого в пиковое время. Чаще всего системы проектируются в расчете на среднюю частоту попыток соединения, имеющую место в час наибольшей нагрузки. Час наибольшей нагрузки определяется как 60-минутный период в течение дня, когда трафик наибольший. Союз ITU-T рекомендует усреднять трафик в часы пик по 30 самым загруженным дням года; данный параметр называется "средним трафиком в часы пик". В Северной Америке практикуют усреднение по 10 наиболее загруженным дням.

Параметр А — мера трафика в часы пик — является входным при моделировании нагрузки. Природу модели определяют два ключевых фактора: