Планирование сотовых сетей радиосвязи cdma 2000 при работе в режиме мобильного интернета 05. 12. 13 -системы, сети и устройства телекоммуникаций
1 чел. помогло. | скачать На правах рукописи ГОЛАНТ Геннадий Захарович ПЛАНИРОВАНИЕ СОТОВЫХ СЕТЕЙ РАДИОСВЯЗИ CDMA 2000 ПРИ РАБОТЕ В РЕЖИМЕ МОБИЛЬНОГО ИНТЕРНЕТА 05.12.13 -Системы, сети и устройства телекоммуникаций АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича Научный руководитель – доктор технических наук,профессор ^ Официальные оппоненты:
Ведущая организация – ФГУП «ЛОНИИР» ( г.Санкт-Петербург) Защита состоится “___”__________2007 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д.219.004.01 Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 61. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича. Автореферат разослан “___”__________2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета Волков В.Ю. ^ Актуальность работы. Внедрение систем сотовой связи третьего поколения лежит в плоскости технологических и организационных факторов. Опыт показывает, что операторы сотовой связи, стремясь к третьему поколению, зачастую уделяют основное внимание вопросам технического характера, не задумываясь о том, для чего, в конечном счете, будут служить эти системы, не задумываясь уже сейчас об особенностях формирования рынка услуг. В частности, это относится к предоставлению услуг мобильного Интернета. Мобильный Интернет - это принципиально новая технология, которая может быть реализована в полном объеме только при создании сетей подвижной связи третьего поколения, которые откроют новые возможности по высокоскоростной передаче данных. Речь идет о предоставлении разного рода информации группам пользователей и отдельным абонентам в соответствии с их предпочтениями в любое время и практически в любом месте, где бы они ни находились. Если рассматривать технологии сотовых систем связи третьего поколения с позиций возможности организации услуги мобильного Интернета, то уже сейчас очевидно, что эти технологии будут претерпевать модернизацию в течение всего времени своего жизненного цикла. В процессе модернизации исходные базовые технологии будут совершенствоваться в направлении высокоскоростной передаче данных с предоставлением полноценных услуг мобильного Интернета и мультимедиа. Очевидно, сети, построенные на основе базовых технологий сотовой связи третьего поколения, в процессе эксплуатации необходимо перенастраивать с учетом новых технологических решений и новых услуг связи. В связи с этим весьма актуальна проблема планирования этих сетей в процессе их эволюционного развития. Стратегия планирования должна включать начальный этап, когда сети третьего поколения планируются для предоставления «тотальной» услуги связи (передачи речи) и низкоскоростных данных, и последующие этапы, связанные, прежде всего, с модернизацией оборудования, на которых осуществляется адаптация сети при реализации новых услуг связи. Объектом исследования является мультисервисная сеть мобильной связи третьего поколения. Предметом исследования является процесс планирования сотовых сетей радиосвязи третьего поколения при работе в режиме мобильного Интернета. Целью работы является повышение эффективности и конкурентоспособности сотовых сетей радиосвязи с кодовым разделением каналов при работе в режиме мобильного Интернета. Научная задача заключается в разработке алгоритмов и методик планирования сотовых сетей радиосвязи с кодовым разделением каналов и оценка основных параметров сети при работе в режиме мобильного Интернета. Методы исследований. В работе использовался математический аппарат теории вероятностей, теории массового обслуживания, статистической теории распространения радиоволн, методы математического моделирования, математической статистики, имитационного моделирования. Достоверность полученных результатов обеспечена адекватным применением математических методов, корректностью постановок задач, вводимых допущений, ограничений и формулировок выводов, адекватностью применяемых моделей физическим процессам в сетях связи с подвижными объектами. Достоверность научных положений подтверждается непротиворечивостью полученных результатов результатам предшествующих исследований, техническим характеристикам оборудования сетей и характеристиками действующих сетей. Научные положения, выносимые на защиту. К основным научным положениям, которые получены лично автором и выносятся на защиту, относятся: 1. Критерий, алгоритм и методики территориально - кодового планирования сотовой сети радиодоступа CDMA 2000, включающие задачи построения начального приближения, структурной и параметрической оптимизации. 2. Методики оценки зоны покрытия, пропускной способности и емкости сотовой сети радиодоступа CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. 3. Предложения по повышению эффективности и конкурентоспособности сотовых сетей радиосвязи CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета на основе практики планирования и эксплуатации сети «Скай Линк». Научная новизна результатов работы заключается в том, что: 1. Сформулирована задача синтеза сотовой сети радиодоступа в виде задачи векторной (многокритериальной) оптимизации, решение которой находится в результате решения частных задач, и их экспертной оценки. 2. Разработан алгоритм территориально-кодового планирования сети сотовой сети радиодоступа CDMA 2000, включающий этапы построения начального приближения, структурной и параметрической оптимизации. 3. Разработана методика построения «опорного» плана сети, которая позволяет определить число каналов трафика на ячейку сотовой сети, исходя из внутрисистемных помех, пространственные параметры сотовой сети, параметры базовых станций и распределить кодовые сдвиги по секторам. 4. Разработаны методики оценки зон покрытия, пропускной способности и емкости сети радиосвязи в режиме мобильного Интернета с учетом алгоритма работы пользователя, и получены численные оценки зон покрытия, пропускной способности и емкости базовых станций сети CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. 5. Разработаны предложения по повышению эффективности и конкурентной способности сотовых сетей CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при принятии решений по развитию действующих сетей подвижной радиосвязи стандартов IMT-MC и в учебных курсах ВУЗов связи Апробация результатов работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы в монографии, в тематических сборниках и отраслевых журналах - всего в 14 работах. Основные результаты диссертационного исследования были доложены на 58-й НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ (СПб, 2006), и получили положительную оценку. Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ОАО МСС и в учебном процессе СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, что подтверждено соответствующими актами. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 65 литературных источника. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста и содержит 48 рисунков и 19 таблиц. ^ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, приведена общая структура работы. В первой главе рассмотрены вопросы современного состояния сетей подвижной связи, требования к системам подвижной связи третьего поколения. Приводится анализ эволюции технологий мобильного Интернета. Поставлены задачи исследования. Во второй главе систематизированы вопросы организации скоростной передачи данных применительно к технологии CDMA 2000 в режиме мобильного Интернета. Рассмотрены особенности радиоинтерфейса CDMA 2000, включая алгоритм распределения пропускной способности, регулирования скорости и обеспечения безопасности связи, вопросы назначения IP-адресов, поддержания неразрывной сессии связи и др. В третьей главе поставлена задача синтеза сотовой сети и разработан алгоритм территориально-кодового планирования сети радиодоступа. Она формулируется как задача поиска такой сети радиосвязи  , которая удовлетворяет исходным требованиям (ограничениям), и обладает при этом значением совокупности (вектора) показателей качества , наилучшим в смысле безусловного критерия предпочтения  , где  исходная сеть. В данной постановке задача синтеза относится к задаче векторной (многокритериальной) оптимизации, и заключается в выборе из нескольких вариантов векторно-сравнимых решений такого, при котором сеть обладает наилучшими значениями вектора показателей качества  . Решить эту задачу можно лишь путем сочетания методов математического синтеза, связанного с существенной идеализацией сети, с эвристическим синтезом, под которым понимается сложный творческий процесс, заключающийся в отыскании приемлемых решений на основе использования накопленных данных и инженерного опыта. Методы векторного синтеза (оптимизации), основанные на безусловном критерии предпочтения, обеспечивают отыскание “не худшего решения”, а в математическом отношении сводятся к минимизации единственного показателя - аппаратурного ресурса сети.Алгоритм планирования сети радиодоступа с кодовым разделением каналов (территориально-кодового планирования) должен учитывать особенности технологии CDMA 2000, основными из которых являются: 1. Все абоненты работают в общей полосе частот, следствием чего является наличие связи между емкостью сети, и зоной покрытия через допустимый уровень внутрисистемных помех. 2. Отсутствие аппаратных ограничений на блокировку вызова, вследствие чего имеет место «мягкая» блокировка, когда трафик, который может быть обслужен сотой, определяется загрузкой соседних сот. Это приводит к появлению так называемой «мягкой» емкости, которая является специфичной для каждого вида услуги, и определяется как дополнительный выигрыш в емкости сети. 3. В системе имеет место смешанный трафик услуг, требующих разных скоростей передачи. Скорости передачи информации могут изменяться в больших пределах, а услуги различных классов будут отличаться по требованиям к вероятности ошибок и задержкам при передаче информации. 4. Прямые и обратные каналы связи для услуг различных классов будут иметь разную загрузку, поэтому требования к энергетическим параметрам этих каналов при обеспечении равных зон покрытия для соответствующих типов услуг будут разными. Выравнивание зон покрытия в прямом и обратном каналах достигается динамическим регулированием мощности пилот - сигналов и настройкой чувствительности приемников базовых станций. 5. На результаты планирования влияют скорости перемещения абонентов, многолучевость принимаемых сигналов, скорость и точность регулирования мощности передатчиков мобильных радиостанций, параметры хэндоверов и др. Алгоритм территориально-кодового планирования сети представлен на рис.1. Найденная в процессе планирования сеть радиодоступа будет являться «опорным» решением, относительно которого следует проводить оценки по абонентской емкости, качеству радиосвязи, скорости передачи, зоны покрытия, пропускной способности и др. для каждого вида услуг. Алгоритм базируется на использование цифровой карты местности, и методах повышения точности планирования, что позволяет использовать результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных при планировании и эксплуатации сотовых сетей второго поколения. В силу этого, при разработке алгоритма территориально-кодового планирования сетей третьего поколения должна быть сохранена общая структура алгоритма частотно-территориального планирования сетей второго поколения, с детальной разработкой решений на этапе 3 (построение начального приближения сети, обеспечивающего на вероятностном уровне решение по территориально-кодовому плану сети при заданных требованиях), и этапа 4 (оптимизация сети).   Рис.1.Алгоритм территориально-кодового планирования. Под оптимизацией понимается процесс улучшения начального приближения сети, полученного аналитическим путем с использованием данных имитационного моделирования процессов функционирования идеализированных моделей сети. В процессе оптимизации производится привязка позиционных районов базовых станций к местности, прогноз зон покрытия базовых станций с использованием цифровой карты, оценка параметров внутрисистемной ЭМС и оценка основных характеристик сети. Методика построения сети начального приближения, построенной на основе технологии CDMA 2000, обеспечивает определение числа каналов трафика на ячейку сотовой сети, исходя из внутрисистемных помех; определение пространственных параметров сотовой сети; расчет параметров базовых станций; распределение кодовых сдвигов по секторам. Определение числа каналов трафика на сектор (соту) осуществляется исходя из загрузки сети, внутрисистемных помех и требуемого качества связи. Пропускная способность систем с кодовым разделением каналов определяется в первую очередь возможностями обратного канала связи (канала «вверх»). Поэтому определение допустимого числа каналов трафика, приходящихся на сектор базовой станции, производится по результатам анализа обратного канала связи. Емкость обратного канала (канала «вверх») в CDMA ограничена внутрисистемными помехами. Уровень внутрисистемных помех ограничивает число одновременно работающих абонентов и определяет их предельное количество, при котором возможно обеспечение требуемого соотношения сигнал/помеха и, соответственно, необходимое качество связи. Уровень внутрисистемных помех зависит от активности абонентов, коэффициента влияния соседних сот (увеличивается пропорционально их загрузки), потерь при распространении радиоволн, параметров хэндовера, параметров секторизации соты, коэффициента загрузки соты в час наибольшей загрузки (ЧНН) и др. При появлении нового активного абонента в соте добавляется уровень внутрисистемной помехи, и работающие ранее абоненты должны увеличить мощность своих передатчиков для восстановления требуемого соотношения сигнал/помеха, а это в свою очередь увеличивает уровень внутрисистемных помех. Начиная с некоторого коэффициента загрузки запаса мощности передатчиков абонентских станций не хватает для преодоления потерь на трассе радиосвязи при высоком уровне помех, что приводит к уменьшению размеров зоны обслуживания (так называемое «дыхание» соты от загрузки). Знание статистики сигнала и помех в канале связи позволяет рассчитать вероятность ошибки на элемент, которая зависит от отношения сигнал/помеха. Распределение этого отношения во времени носит вероятностный характер. Задавая требуемое отношение сигнал/помеха  , и рассматривая текущие значения  , можно оценить вероятность связи с требуемым качеством  , где BER – вероятность ошибки на бит. Задавшись требуемым качеством связи и коэффициентом загрузки сети, можно оценить допустимое число каналов трафика на сектор (соту).Определение пространственных параметров сети осуществляется при известных параметрах площади зоны обслуживания – S,км²; числе пользователей (абонентов) в зоне обслуживания- Na; числе рабочих каналов трафика в секторе базовой станции –  ; допустимой вероятности блокировки вызова в час наибольшей нагрузки (отказа в обслуживании) – ; активности одного абонента в час наибольшей нагрузки –  . Определение пространственных параметров сети при фиксированном числе трафиковых каналов (Nn), приходящихся на соту (ячейку), связано с допустимой нагрузкой на ячейку (Ас) при заданной вероятности отказа в обслуживании (блокировки вызова ). Таким образом, на этом этапе планирования находится число базовых станций и максимальный радиус сот, исходя из абонентской плотности (нагрузки). В дальнейшем уточняется найденное значение R0, исходя из допустимого бюджета потерь в дуплексной радиолинии MS-BS.При определении параметров базовых станций сети необходимо использовать технические данные радиооборудования сети. В прямой постановке данная задача является нелинейной многопараметрической, поэтому ее решение сводится к определению мощности передатчика BS при заданных параметрах радиооборудования. Для улучшения внутрисистемной электромагнитной совместимости необходимо обеспечить энергетический баланс, при котором максимальная дальность связи в обоих направлениях совпадает, т.е. R0max(БСАС)= R0max(АСБС) (1). Размеры зон обслуживания определяют уровни пилотных сигналов BS. В процессе решения задачи необходимо найти R′0, исходя из допустимого бюджета потерь на радиотрассе. Для этого необходимо оценить допустимое значение соотношения сигнал/помеха на входе приемника MS и, далее, определить параметры BS сети при условии (1). Если условие не выполняется, и найденное значение R0max(БСАС)< R0max(АСБС), требуется пересмотреть решение, уменьшив радиус сот и, соответственно, увеличив число BS сети. Анализ прямого канала отличается от анализа обратного канала связи тем, что мощность передатчика базовой станции в прямом канале распределяется между активными абонентами в своей соте, в то время как в обратном канале мощность, передаваемая мобильной станцией, передается единственному получателю – базовой станции. Можно считать, что примерно 20% максимальной мощности передатчика приходится на служебные каналы (пилотный, синхронизации и пейджинговые). Из них на пилотный канал приходится 15%. Таким образом, на основные и дополнительные каналы трафика в сумме расходуется 80% максимальной мощности передатчика BS. Поэтому с увеличением нагрузки на BS эта мощность распределяется между каналами трафика, и регулируется в зависимости от местоположения MS в пределах зоны обслуживания. Смоделировать эту ситуацию возможно лишь исходя из равномерного распределения абонентов внутри соты. Вероятность связи с допустимой потерей достоверности передачи информации по прямому каналу(каналу «вниз») зависит от числа активных пользователей в соте. Таким образом, при определении параметров базовых станций необходимо оценить соотношение сигнал/помеха на входе приемника MS, и при найденном значении соотношение сигнал/помеха на входе приемника MS, опираясь на результаты расчета линии BS0→MS (линия «вниз»), найти мощность передатчика BS, затрачиваемую на канал трафика при положении MS на границе соты. Эта мощность примерно соответствует мощности пилотного канала, который формирует зону обслуживания BS0. Методика определения максимальной мощности передатчика BS заключается в следующем: 1. По требуемой вероятности связи с достоверностью не хуже заданной  определяются допустимые значения параметра  . 2. По заданным требованиям к качеству передачи информации (требуемые превышения уровня сигнала над уровнем помех  ), и статистических данных рассеяния уровней сигналов и помех на входе приемника σy и σx рассчитываем рассеяние превышения уровня сигнала над помехой  .3. Вычисляется требуемое среднее превышение уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника MS  . 4. Находится средний уровень сигнала на входе приемника для обеспечения заданной вероятности связи с допустимой потерей достоверности  , при  .5.Зная требуемый уровень сигнала на входе передатчика MS, находится с учетом потерь на трассе для данного частотного канала и заданном типе радиооборудования, выходная мощность приемника BS по каналу трафика. 6.Поскольку в нашем случае MS находится на границе зоны обслуживания BS0, с радиусом R0, то найденная мощность соответствует мощности пилотного сигнала BS0, необходимого для обеспечения требуемой зоны обслуживания. Тогда определяется суммарная мощность передатчика BS0  . Если  , где  максимальная мощность передатчика BS0, то необходимо уменьшить величину радиуса соты до величины R′0, при которой суммарная мощность передатчика будет меньше максимально допустимой мощности. Далее необходимо убедиться, что при найденных параметрах базовой станции и уточненного значения R′0 связь в обратном направлении MS→BS осуществляется с требуемым качеством.Кодовое планирование сетей сотовой связи с кодовым разделением каналов должно исключить одновременный прием абонентской станцией пилотных сигналов с одинаковыми циклическими сдвигами короткого кода и, таким образом, обеспечить условия приема и разделения сигналов в прямом канале связи. Циклический сдвиг короткого (215) кода является кратным 64 (26) элементарным символам адресной последовательности (чипам). Поскольку период повторения кода составляет 215, то возможно  различных между собой циклических сдвигов короткого кода С = 0, 1, ..., 511.Это означает, что даже в районах с микросотовой структурой есть твердая гарантия того, что сигналы разных BS можно различать при приеме. Если сеть содержит более 512 BS, то легко добиться того, чтобы BS с одинаковыми циклическими сдвигами короткого кода не были одновременно в зоне радиовидимости одной MS. Сектора и соты сети группируются в кодовые кластеры, максимальная размерность которых  , где  - количество сот, 512 – максимально возможное количество секторов в кластере, а  - секторность сот. Средний радиус кластера равен  , где  - средний радиус соты. Поэтому соты и сектора с идентичными кодовыми сдвигами будут разнесены на расстояние . Назначение циклических сдвигов короткого кода может быть осуществлено подобно назначению частот в сотовых сетях с частотным и частотно-временным разделением каналов – на основе кластерных структур. С практической точки зрения максимизация пространственного разнесения базовых станций имеет смысл до тех пор, пока не будет достигнуто гарантированное ослабление пилотных сигналов ниже уровня чувствительности приемника абонентского терминала. Дальнейшее пространственное разнесение не приносит дополнительных практических преимуществ. Достоверные значения минимально необходимых территориальных разносов могут быть получены при территориально-кодовом планировании с помощью ГИС. Рассмотрены вопросы структурной и параметрической оптимизации с учетом размещения базовых станций в позиционных районах и прогноза их зон обслуживания с использованием цифровых карт местности. Корректность и эффективность разработанной методики синтеза показана на примере решения задачи планирования с использованием специализированного программного комплекса планирования CDMA. В четвертой главе разработаны методики оценки зон покрытия, пропускной способности и емкости сети радиосвязи в режиме мобильного Интернета с учетом алгоритма работы пользователя. Построенная в процессе планирования радиосеть является «опорным» решением, относительно которого следует проводить оценки по абонентской емкости и пропускной способности при передаче данных, поскольку пропускная способность системы с кодовым разделением каналов не является фиксированной величиной и рассчитывается в зависимости от типа передаваемых данных. При обмене пакетными данными используются переменные скорости передачи, которые определяются сетевой инфраструктурой в зависимости от ряда факторов. Последние, в свою очередь, определяют время передачи и приёма данных, а также время ожидания. Перечисленные особенности, наряду с замираниями сигналов при распространении радиоволн, случайным характером распределения абонентов в зоне обслуживания и их непрерывным перемещением, увеличивают сложность точного прогнозирования в режиме обмена данными. В системе мобильной связи CDMA2000 высокоскоростные дополнительные каналы динамически назначаются при передаче пакетных данных и отключаются, когда передача заканчивается. Одновременно активируется ограниченное число дополнительных каналов. Эти высокоскоростные каналы при передаче данных могут рассматриваться в качестве серверов сети Интернет. Пакетные данные, подлежащие передаче, либо немедленно передаются, либо сохраняются в ожидании передачи. В радиолинии «вверх» хранение данных обеспечивается в буфере обмена данными мобильного терминала, а в радиолинии «вниз» - в буфере базовой станции. Эта ситуация соответствует модели системы массового обслуживания с ожиданием и очередями, когда полученный запрос на обслуживание ожидает доступ к серверам. Производится оценка зоны обслуживания по линии «вверх» для фиксированной скорости передачи данных, которую требуется обеспечить на границе зоны. В процессе оценки полагалось, что дополнительные каналы, поддерживаемые радиоинтерфейсом, будут практически непрерывно заняты, поскольку они распределены между пользователями, и обеспечивается требуемое соотношение сигнал/помеха, необходимое для заданного качества и надежности обмена данными. Для оценочного расчёта использовалось уравнение энергетического баланса радиолинии W= Pпрд -  + - + G- Lslow, где W – максимальные потери при распространении радиоволн; Pпрд – эффективная мощность излучения абонентской станции, дБм; – чувствительность приёмника базовой станции, дБм; – коэффициент усиления приёмной антенны базовой станции, дБ; – потери в антенном фидере базовой станции, дБ; G – выигрыш за счёт автоматического переключения секторов базовой станции, дБ; Lslow – запас на медленные на замирания в радиоканале. Оценка показывает, что с увеличением скорости передачи данных и объёма передаваемого трафика уменьшается зона обслуживания мобильного Интернета (рис.2). Увеличение скорости передачи данных позволяет увеличить пропускную способность, которая характеризуется количеством битов, переданных в единицу времени и поэтому требует увеличения передаваемой мощности. Мощность передатчика базовой станции автоматически регулируется в зависимости от условий распространения радиоволн с целью максимизации пропускной способности системы и создания минимума интерференционных радиопомех соседним секторам. После достижения максимальной выходной мощности передатчика дальнейшее увеличение скорости передачи данных возможно только в результате ухудшения качества связи за счет уменьшения соотношения сигнал/помеха. Таким образом, увеличение пропускной способности системы при ограниченной максимальной мощности передатчика базовой станции будет приводить к уменьшению размера зоны обслуживания за счет уменьшения площади, в пределах которой обеспечивается отношение сигнал/помеха, необходимое для работы радиолинии с заданным качеством и надежностью.  Рис. 2. Зона обслуживания базовой станции в условиях большого города при работе в режиме мобильного Интернета. Так как с увеличением скорости передачи в радиолинии «вниз» размер зоны обслуживания уменьшается, то зоны обслуживания, в пределах которых обеспечивается максимально возможная специфицированная стандартом скорость передачи, будут иметь вид концентрических окружностей с центром в точке расположения антенны базовой станции. Каждому значению скорости передачи соответствует минимально необходимое соотношение энергии сигнала к суммарной энергии шумов и радиопомех в канале трафика, требуемое для работы радиолинии с заданным качеством и надежностью. В режиме EV-DO при оценке энергетического баланса радиолинии «вниз» исходим из того, что при скорости передачи данных базовой станцией 38.4 кбит/с, размер зоны обслуживания должен быть таким же, как и в радиолинии «вверх», работающей со скоростью передачи данных 9.6 кбит/с. Поскольку на линии «вниз» используется вся мощность базовой станции для связи с одной абонентской станцией, то размер зоны обслуживания базовой станции ограничен линией «вверх» (рис.3). Пропускная способность и емкость системы CDMA 2000 EV-DO при передаче пакетных данных будет зависеть от поддерживаемого числа пользователей основных и дополнительных каналов; числа пользователей, которые с разделением во времени используют дополнительные каналы; относительного положений мобильных телефонов в пределах зоны обслуживания (чем ближе абонентская станция находится к центру соты, тем с большей скоростью передачи данных она может быть обслужена).  Рис. 3. Радиусы сот для различных скоростей передачи данных в режиме EV-DO. Анализ модели трафика данных при организации связи в режиме мобильного Интернета показывает, что время задержки на одну страницу определяется как интервал времени между нажатием на клавишу «мыши» и завершением загрузки страницы. Таким образом, полное время задержки представляет собой сумму времени доступа, сетевой задержки, задержки в очереди и времени загрузки. Продолжительность среднего пакетного вызова равна полному времени задержки в расчете на одну страницу плюс времени, затрачиваемому абонентом на осмысление прочитанного. Это время представляет собой интервал между моментами начала чтения web-страницы и обращения к следующей странице. Среднюю пропускную способность можно получить путем деления средней продолжительности пакетного вызова на среднее время, прошедшее между двумя входящими запрашиваемыми пакетами. Базовая (максимальная) секторная емкость представляет собой максимальное количество пользователей, одновременно обслуживаемых на несущей частоте (в одной полосе частот) с заданным качеством. Коэффициент загрузки связан с базовой емкостью и зоной покрытия сети. Если коэффициент загрузки мал, то падает секторная емкость, если слишком велик — уменьшается зона обслуживания сектора. При оценке пропускной способности радиолинии «вниз» полагается равномерное распределение абонентских терминалов в зонах обслуживания базовых станций. Передатчики базовых станций работают с полной мощностью и предоставляют абонентам максимально возможную скорость передачи данных в режиме мобильного Интернета, которая зависит от расстояния между базовой станцией и абонентским терминалом и от уровня радиопомех в месте расположения последнего (оценка представлена в табл. 1). Таблица 1.Оценка секторной пропускной способности радиолинии «вниз» в режиме EV-DO.
В пятой главе рассмотрены вопросы реализации разработанных методов планирования и качества услуг при работе действующей сети «Скай Линк» в режиме мобильного Интернета. Данные по нагрузке на сектор в прямом канале, полученные в реальной сети cdma2000 1xEV-DO в Санкт-Петербурге и Ленинградской области приведены на рис.4, где показаны значения средней скорости в секторе (Кбит/с) и суммарный объем переданных данных (МБайт) в час наибольшей загрузки (ЧНН). Средняя скорость вычисляется только в моменты реальной передачи данных. Следует отметить характер средней скорости в секторе (фактически пропускной способности) - значение порядка 600 кбит/с мало меняется с ростом нагрузки на сектор, что полностью подтверждает результаты исследований, приведенных в гл.4. На рис.5 представлено распределение объема переданного трафика по времени суток для городского и областного сегментов сети. Видно, что в областном сегменте средний объем передаваемых данных через один сектор больше, чем в городе. Это объясняется значительно более высокой плотностью размещения БС в городском сегменте и, соответственно, в среднем меньшим числом абонентов на сектор. Кроме того, в области базовые станции расположены далеко друг от друга, что значительно снижает уровень внутрисистемных помех. Энергетика прямого и обратного каналов также лучше в связи с отсутствием плотной высотной застройки, что способствует лучшему распространению радиосигналов (снижение влияния эффектов затенения и многолучевого распространения сигналов). На риc. 5 также отчетливо виден пик трафика в вечернее время с 22-х до 24-х часов в областном сегменте сети. В городе дневной уровень трафика на один сектор практически не отличается от вечернего максимума.  Рис.4. Средняя скорость и загрузка сектора на линии «вниз» Объем передаваемых данных начинает достаточно резко падать после 24 часов, тем не менее, полностью передача данных не прекращается даже в ночные и утренние часы.  Рис.5. Профиль трафика по времени суток По данным реальных сессий в сети EV-DO в Санкт-Петербурге были определены средние значения параметров сессии. Измерения проводились на основе обработки данных большого числа абонентов сети в течение нескольких нагруженных дневных часов. Доля сессий, связанных с доступом в Интернет, составляет более 95%. Оставшиеся 5% приходятся на передачу данных таких, например, как передача файлов большого объема или напротив передача данных от POS терминалов или других датчиков. В целом полученные на реальной сети CDMA 2000 1x EV-DO данные имеют высокую степень корреляции с прогнозными данными, которые были получены путем моделирования и последующей пошаговой оптимизации с учетом, как технических, так и экономических факторов. Разработаны предложения по повышению эффективности и конкурентной способности сотовых сетей радиосвязи CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. ^ 1.Систематизированы вопросы организации скоростной передачи данных в сети CDMA 2000, которые влияют непосредственно на результаты планирования услуг мобильного Интернета. 2. Сформулирована задача синтеза сотовой сети радиодоступа в виде задачи векторной (многокритериальной) оптимизации, решение которой находится в результате решения частных задач и их экспертной оценки. При этом обеспечивается отыскание «не худшего решения» при минимизации аппаратурного ресурса сети. 3. Разработан алгоритм территориально-кодового планирования сети сотовой сети радиодоступа CDMA 2000 , включающий этапы построения начального приближения, структурной и параметрической оптимизации. 4. Разработана методика построения «опорного» плана сети, которая позволяет определить число каналов трафика на ячейку сотовой сети, исходя из внутрисистемных помех, пространственные параметры сотовой сети, параметры базовых станций и распределить кодовые сдвиги по секторам. 5. Рассмотрены вопросы структурной и параметрической оптимизации «опорного» плана сети с учетом радиопокрытия в зоне обслуживания; 6. Проведена оценка корректности и эффективности разработанной методики на примере решения задачи планирования сети с использованием специализированного программного комплекса ONEPLAN RPLS-CDMA. 7. Разработаны методики оценки зон покрытия, пропускной способности и емкости сети радиосвязи в режиме мобильного Интернета с учетом алгоритма работы пользователя. 8. Получены численные оценки зон покрытия , пропускной способности и емкости базовых станций сети CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. 9. Рассмотрены вопросы реализации разработанных методов планирования на различных этапах жизненного цикла действующей сети «Скай Линк» и настройка (оптимизация) параметров сети для повышения качества связи. 10. Рассмотрены вопросы оценки качества предоставляемых услуг, в том числе при работе сети в режиме мобильного Интернета, посредством мониторинга параметров сети в процессе ее функционирования и учета жалоб абонентов. 11. Разработаны предложения по повышению эффективности и конкурентной способности сотовых сетей CDMA 2000 при работе в режиме мобильного Интернета. ^ 1. Г.З.Голант Новые информационные технологии «Мобильный Интернет в сетях CDMA 2000» под редакцией В.Ю.Бабкова СПб. ИА «Энергомашиностроение» 2007 2. Г.З.Голант, К.Ю.Коломенский «Дополнительные услуги в сетях операторов сотовой связи.» // Мобильные системы. – 2000. - № - 06. С.54-55 3. Г.З.Голант, К.Ю.Коломенский «Текущее состояние и перспективы цифровизации сетей NMT на основе технологии IMT-MC-450.» // Мобильные системы. – 2002. - № - 08. С.38-43 4. Голант Г.З. «IMT-МС-450 – новое поколение мобильной связи в России». // Мобильный мир. – 2003. - спецвыпуск . - С.2-6. 5. Голант Г.З. «Полноценная сеть 3-го поколения на базе IMT-MC-450 опередит UMTS по крайней мере на год.» // ИнформКурьерСвязь. – 2003. - №-1. – С.39-40. 6. Голант Г.З. « ЗАО «Дельта Телеком» - первый оператор России, предоставляющий услуги связи третьего поколения.» // Мобильные системы. – 2003. - № - 02. С.04-08. 7. Г.З.Голант, К.Ю.Коломенский «Стадии подготовки и опыт ввода в эксплуатацию первой в России сети сотовой связи на основе технологии IMT-MC-450».// Мобильные системы. – 2003. - № - 05. С.16-23 8. Голант Г.З. «Неголосовые услуги в сети IMT-MC-450 Скайлинк: настоящее и будущее». // Мобильные телекоммуникации. – 2003. - № - 06. С.30-32. 9. Голант Г.З. «Преимущества технологии IMT-MC-450 и ее использование в сети Скайлинк.» // Мобильные телекоммуникации. – 2004. - № - 06. С.44-49. 10. Голант.Г.З. «В отношении развития сетей CDMA-450 происходят весьма заметные сдвиги» // Мобильные телекоммуникации. – 2005. - № - 02 11. Г.З.Голант, К.Ю.Коломенский Опыт внедрения технологии EV-DO (Sky Turbo) в сети Sky Link (С.-Петербург) // Мобильные системы. – 2006. - № - 10. С.18-25. ^ «Бизнес модели, используемые в развитии сетей IMT-MC 450. Опыт Дельты Телеком: Запуск и коммерческое использование сетей IMT-MC 450 в Северо-Западном регионе России». 13. Симпозиум CDMA2000: Россия на пути к 3G и дальше. Москва, Октябрь 2004 года «Бизнес модели, используемые в развитии сетей IMT-MC 450. Опыт Дельты Телеком: Запуск и коммерческое использование сетей IMT-MC 450 в Санкт - Петербурге.» 14. Симпозиум Сети IMT-MC 450. Санкт-Петербург, Май 2004 года «Первые результаты коммерческого использования и перспективы развития сетей IMT-MC 450 в Санкт – Петербурге». Форум UMTS
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
отлично
2 