Общие принципы сотовой связи (стр. 1 )

1.Общие принципы сотовой связи. Что такое соты, сайты и кластеры? Варианты сайтов и кластеров.

Построение сотовых сетей связи основывается на двух главных принципах. Первый принцип -- повторное использование частот, идея которого заключается в том, что в соседних ячейках сети  используются разные радиоканалы, а через несколько ячеек эти радиоканалы повторяются. Это позволяет при минимальном количестве доступных оператору сети радиоканалов охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания и существенно повысить емкость системы.

Второй принцип – перекрытие зон радиоизлучения соседних сот. Перекрытие обеспечивает передачу обслуживания вызова (хэндовер) без перебоя связи при пересечении границ сот.

В сотовой сети связи стандарта GSM можно выделить следующие топологические структуры.

Сота – зона радиопокрытия антенны базовой станции (БС), характеризующаяся использованием небольшого количества (обычно 1--3) закрепленных за нею конкретных радиоканалов. Сота является наименьшей структурной единицей сети. В зависимости от характера диаграммы направленности  (ДН) антенны БС  сота может быть круговой (ширина ДН 360О) или секторной (ширина ДН 120О или 60О). В настоящее время наиболее популярны секторные 120 градусные соты.

Размер соты характеризуется радиусом R, определяющим зону обслуживания данной БС. Следует подчеркнуть, что радиоизлучение БС распространяется заметно дальше расстояния R.

Рис.1. Условное графическое изображение соты и сайта:

а--круговая сота; б--сайт из трех 120 градусных сот; в--сайт из

шести 60 градусных сот

Сайт – совокупность нескольких смежных секторных сот, работа которых обеспечивается одной БС. Исторически сайты появились как способ повышения емкости соты: одна круговая сота разбивалась на несколько секторных. Поэтому характеристический размер зоны обслуживания сайта – R – такой же,  как у круговой соты. На рис.1 приведены условные графические обозначения соты и сайтов.

Кластер –  группа сот (сайтов), в пределах которой нет повтора радиочастот (номеров радиоканалов). Кластер используется как крупная типовая структура для ЧТП больших территорий телефонизации. Кластеры могут состоять из круговых сот (например, классическая «ромашка» из 7 сот) или сайтов с секторными сотами. На рис.2 и 3 показана топология сотовой сети с кластерами типа 3/9 и 4/12 на основе 120 градусных сот.

При ЧТП важно обеспечить низкий уровень так называемой соканальной помехи. Соканальной называют помеху в j-й соте, создаваемую i-й сотой, при условии, что i-я и  j-я соты используют одинаковые радиоканалы. Такие соты будут иметь одинаковые имена в своих кластерах. Снижение соканальной помехи обеспечивается максимальным разнесением одноименных сот при стыковке кластеров, организацией разного направления излучения в таких сотах, выбором достаточно большого R или снижением мощности радиопередачи.

2. Частотные планы  P / E --GSM-900 , DCS(GSM-1800)  и GSM-R. По какой причине в соте нельзя использовать соседние радиоканалы частотного плана?

P-GSM – Primary – первичная версия GSM; E-GSM – Extended – расширенная версия GSM.

Характеристики стандартов сотовой связи GSM  Таблица 2.1

Система	P-GSM-900	E-GSM-900	GSM-1800
Частоты: «вверх» «вниз»	890-915 935-960	880-915 925-960	1710-1785 1805-1880
Ширина полосы, МГц	25	35	75
Дуплексный разнос, МГц	45	45	95
Полоса радиоканала, кГц	200	200	200
Кол-во дуплексных радиоканалов	124	174	374
Скорость передачи в радиоканале, кбит/с	270	270	270
Метод доступа	TDMA	TDMA	TDMA
Метод дуплексирования	FDD	FDD	FDD
Количество каналов на несущую	8	8	8 (16)
Метод модуляции	GMSK	GMSK	GMSK
Отношение сигнал/помеха (C/I), дБ	9	9	9
Мощность АС (пиковая), Вт	2 0,8	2 0,8	1 0,25
Хэндовер	да	да	да

Фазы развития GSM.

Фаза 1 содержала наиболее общие услуги:

• Голосовая телефония.

• Международный роуминг.

• Базовые службы передачи fax/data (до 9.6 кбит/с)

• Перенаправление вызова.

• Запрещение вызова.

• Служба коротких сообщений (Short Message Service, SMS).

Фаза 1 также включила особенности типа шифрования (ciphering) и

Модуль Идентичности Подписчика (SIM-card). Спецификации этой фазы закрыты и не могут быть изменены.

Фаза 2 включала добавочные возможности, как то:

• Индентификация вызывающей станции.

• Вызов с ожиданием.

• Удержание вызова.

• Конференц-связь

• Закрытая группа пользователей.

• Дополнительные способности передачи данных

Фаза 2+ включала бизнес-ориентированные проложения и общее расширение возможностей по передаче данных, например:

• HSDCS.

• GPRS.

• EDGE

• Многоплановые профили обслуживания.

• Частные планы нумерации.

• Доступ к службам  Centrex.

• Взаимодействие с GSM1800, GSM1900 and DECT.

Дальнейшее развитее GSM связывается с технологией EDGE, ориентированную на скоростную передачу пакетов

Особенности GSM-R

Технология GSM-R построена на базе GSM, Фаза 2+, однако она имеет ряд своих специфических особенностей. Для технологии GSM-R был выделен собственный частотный диапазон: 876-880 МГц по направлению вверх и 921-925 МГц по направлению вниз (рис. 1). Из рисунка видно, что полоса, выделяемая под нужды GSM-R, невелика — всего 4 МГц. Это обеспечивает 19 радиоканалов GSM (4МГц/200кГц = 20 шт, и один на граничные полосы расфильтровки).

По какой причине в соте нельзя использовать соседние радиоканалы частотного плана?

1)Техническая-объединение не возможно из-за физических свойств коплеров.

2)Большая межканальная интерференция

3. Что такое соканальная помеха (C/I)? Придельное значение  C/I для GSM. Основные причины возникновения и способы борьбы с соканальной помехой в сетях GSM

Соканальная помеха-это помеха возникающая в результате приема мобильной станцией сигнала от базовой станции находящейся в другой соте. Придельное значение  C/I=9 дБ.

На это значение влияет модуляция используемая в системе и способ канального помехоустойчивого кодирования.

Причины возникновения:

“Городской каньон”(открытая территория) и высотная интерференция

Способы борьбы с соканальными помехами:

-смена частотного плана;

-смена ориентации антенн в вертикальной/горизонтальной плоскости;

-выбираем антенны с минимальным излучением боковых лепестков в нужных точках.

4. Задача. Определить необходимое количество сайтов в сети GSM при следующих исходных данных: количество радиоканалов для сети 27, количество абонентов 15тыс. человек, тип кластера 3/9, норма потерь 5%, удельная нагрузка от одного абонента 30мЭрл.

Наименование	Обозначение, единица измерения	Значение характеристики
Количество радиоканалов	Kрк, шт	27
Количество абонентов	Naб, тыс.	15
Предполагаемая нагрузка от одного абонента	Уаб, мЭрл	30
Вероятность потерь вызова	P, %	5
Тип кластера	---	3/9

 

Сота	A1	B1	C1	A2	B2	C2	A3	B3	C3
Номера радиоканалов	1	2	3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16	17	18
19	20	21	22	23	24	25	26	27

Определим абонентскую ёмкость сот

N TCH = k РК ⋅ 8 – 2=3*8-2=22,где 2-количество каналов выделенных для сигнализации и handover.

Далее определяется абонентская ёмкость соты по формуле

N СОТЫ =УСОТЫ / Уаб, УСОТЫ = 17,132 Эрл

N СОТЫ = 17,132  Эрл / 30 мЭрл =571,066; N СОТЫ  = 571 абонента

N кластера=9* N СОТЫ=9*571=5139 абонента

Определим необходимое для обслуживания N аб количество кластеров, сайтов и сот.

K*5139=15000=>K=3

5. Замирания в радиоканале. Логнормальные замирания. Модели замираний по Райсу и по Релею.

Можно выделить следующие основные проблемы радиопередачи между MS и BTS:

1)Path Loss – потери при распространении, в смысле ослабления сигнала при увеличении расстояния между MS и BTS. Для модели распространения в свободном пространстве цилиндрической волны от штыревой антенны, мощность сигнала падает ~ 1/R2, где R – дистанция от MS до BTS.