Эскизное проектирование сотовой сети

 Эскизное проектирование сотовой сети

 

Эскизное ЧТП сводится к определению необходимого количества БС для обслуживания заданного количества абонентов, с заданным качеством, на заданной территории, при условии, что оператор сети располагает определенным ресурсом радиоканалов. Данные для проектирования в таблице 1.

Таблица 1

Наименование	Обозначение, единица измерения	Значение характеристики
Количество радиоканалов	Kрк, шт	22
Количество абонентов	Naб, тыс.	10
Предполагаемая нагрузка от одного абонента	Уаб, мЭрл	25
Вероятность потерь вызова	P, %	3
Тип кластера	---	3/9
Площадь зоны обслуживания	S, км2.	12 км2 (определено самостоятельно)

 

Составим таблицу распределения радиоканалов по сотам для заданного кластера (табл.2).

Кластер 3/9 состоит из 3 сайтов и 9 секторных сот. Поэтому в таблице имеется 9 столбцов для каждой соты. Имя соты содержит номер (1;2;3), указывающую на принадлежность к конкретному сайту, и букву соты в этом сайте. В табл. 2 принят вариант расположения радиоканалов по порядку, слева направо.

Таблица 2.

Сота	А1	В1	С1	А2	В2	С2	А3	В3	С3
Номера радиоканалов	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	19	20		21	22

 

Как видно из табл. 2, четыре соты в кластере будут содержать три радиоканала, а остальные пять сот -- по два радиоканала.

 

Определим абонентскую ёмкость сот.

Количество трафик-каналов для соты в сети GSM определяется по формуле

 

где два радиоканала резервируются для служебных целей и поддержания хэндовера.

По таблице Эрланга (см. Приложение) для заданных потерь и определяется максимальная нагрузка (в Эрлангах),  которая может быть обслужена сотой. Далее определяется абонентская ёмкость соты по формуле:

=

При этом значение округляется до целого в меньшую сторону.

 

Для сот с двумя радиоканалами получим значения:

= 2 × 8 – 2 = 14;

= 8,2035 Эрл;

= 8,8035 Эрл / 25 мЭрл = 352,14 ;

  = 352 абонента.

Для сот с тремя радиоканалами получим следующие значения:

= 3 × 8 – 2 = 22;

= 15,778 Эрл;

 = 15,778  Эрл / 25 мЭрл =631,12;

  = 631 абонента.

 

Определим абонентскую емкость кластера.

С учётом наличия разноемкостных сот, получим:

= 4 × 631 + 5 × 352 =  4284 абонента.

 

Определим необходимое для обслуживания количество кластеров, сайтов и сот.

Основу сети составят 2 целых кластера (6  БС), которые будут обслуживать  2 × 4284 = 8568 абонентов.

Оставшиеся 10 000 – 8568 = 1 432 абонентов будут обслуживаться сайтами и сотами, примыкающими к этим кластерам. Например, можно взять один сайт  типа В,   который может  обслужить     2×631+ 352 = 1614 абонента.

В результате сотовая сеть будет состоять из 7 сайтов. Ее топология показана на рисунке.  Отдельный  сайт  типа В выделен тоном.

  Вариант топологии сотовой сети на основе кластера 3/9

 

Определим радиус R сайтов, при котором обеспечивается покрытие площади S (км2).

Площадь S для данного примера 12 км2

Тогда радиус сайта для данного примера можно определить по формуле

R = == 0,812 км.

 

Разметим размещение сайтов и покрытие на карте.

Местоположение сайтов и территория покрытия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для оценки характера распространения радиоволн между БС и абонентской станцией (АС). Одна из наиболее простых – применение формул Хата, полученных как аппроксимация экспериментальных данных Окумуры. Для выбора конкретного типа формулы Хата необходимо задаться рядом условий. Типичными являются следующие условия:

1. городская застройка;
2. диапазон частот 150 МГц £  f  £ 1500 МГц;
3. дальность связи (расстояние БС-АС)  R £ 20 км;
4. высота подъема антенны БС  HБС = 30 м;
5. высота подъема антенны АС  HАС = 1,5 м;
6. АС находятся на улице.

При таких условиях формула Хата для медианной величины потерь L (в децибелах) имеет вид

 

L = 69,6 + 26,2 lg(f) – 13,82 lg(max{30; HБС }) +

+ [44,9 – 6,55lg(max{30; HБС })] lg(R) – a(HАС) – b(HБС),      (1)

 

где  max{30; HБС }= 30(м) = HБС ;

 

b(HБС) = min{0; 20lg(HБС /30)}= 0;

 

a(HАС) = (1,1lg(f) – 0,7) min{10; HАС} – (1,56lg(f) – 0,8) +

+ max{0;20lg(HАС /10)} == (1,1lg(f) – 0,7) HАС -- (1,56lg(f) – 0,8);

f – подставляют в мегагерцах.

 

Подставляя  все в (1) получим соотношение

 

L = 68,8 + 27,76 lg(f) – 13,82 lg(HБС) +

+ [ 44,9 – 6,55lg(HБС)] lg(R) – (1,1lg(f) – 0,7) HАС               (2)

 

Обозначим для упрощения части этого выражения следующим образом:

 

C = 68,8 + 27,76 lg(f) – 13,82 lg(HБС) – (1,1lg(f) – 0,7) HАС,   (3)

B = 44,9 – 6,55lg(HБС).         (4)

 

В результате получим запись:

 

                                             L = C + B lg(R).       (5)

Из (5) окончательно получаем выражение для расстояния:

 

                                       R = 10 (L – C) / B .      (6)

При расчете бюджета потерь в качестве L выбираются допустимые основные потери передачи с вероятностью 75%, т.е. Wдоп(75%) . Далее по (6) находится максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания.

После эскизного ЧТП переходим к расчету бюджета потерь при распространении радиоволн, расчету максимальной дальности связи (максимального радиуса соты/сайта) и уровня соканальной помехи. По результатам расчетов могут вноситься коррективы в эскизный проект.

Исходные данные для вышеназванных расчетов приведены в  табл. 3. Расчеты и используемые формулы приведены в табл. 4.             

Таблица 3

Наименование	Обозначение, единица измерения	Значения характеристик станций
		базовой	абонентской
Тип радиостанций	---	ALKATEL	NOKIA-210
Максимальная мощность передатчика (на входе антенного фидера)	P/ прд , Вт	35	0,25
Потери мощности передачи:       в фидере;       в комбайнере;       в коплере.	ηф, дБ/100м ηкомб, дБ ηкопл, дБ	2,2 3,5 3	--- --- ---
Реальная чувствительность приемника	Pпрм  , дБм	-110	-105
Максимальный коэффициент усиления антенны	Go,дБ	15	0
Ширина ДН в горизонтальной плоскости на уровне минус 3 дБ	2φо.град	120	360

 

Бюджет потерь, максимальные дальности связи

и соканальных помех в сети связи GSM-900

Таблица 4

Энергетические характеристики, параметры, формулы расчета	Направление передачи
	БС®АС	АС®БС
1. Бюджет потерь
Мощность передатчика  P/ прд , Вт	35	0,25
Мощность передатчика  P прд, дБм   P прд =10 lg P/ прд +30	P прд =10 lg (35) +30=45,44	P прд =10 lg (0,25) +30=24
Потери в фидере  антенны ПРД  ηф, дБ	2,2	0
Потери в комбайнере ηкомб , дБ	3,5	0
Потери в коплере ηкопл , дБ	3	0
Максимальный КУ антенны ПРД  Go,  дБ	15	0
Излучаемая мощность  Pизл, дБм   P изл = P прд – ηф – ηкомб – - ηкопл +Go	P изл = 45,44 – 2,2 – 3,5 – - 3 +15=51,74	P изл = 24
Чувствительность приемника Pпрм , дБм	-110	-105
Потери в фидере антенны ПРМ  ηф, дБ	0	2,2
Максимальный КУ антенны ПРМ Go , дБ	0	15
Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50% Pпс(50%), дБм   Pпс(50%) = P прм + ηф – Go	Pпс(50%) = -110	Pпс(50%) = -105 + 2,2 – 15= = -117,8
Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50% Eпс(50%),  дБ (мкВ/м)   Eпс(50%) = 77,2 +20 lg fмгц + +Pпс(50%)	Eпс(50%) = =77,2 +20 lg(900)-110= =26,28	Eпс(50%) = =77,2 +20 lg(900)-117,8= =18,48
СКО флуктуаций сигнала s, дБ	4
Параметр логнормального распределения  уровней сигнала с вероятностью 75%  m(75%)	0,68
Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% Pпс(75%), дБм Pпс(75%) = Pпс(50%) + m(75%) s	Pпс(75%)= -110 + 0,68.4= =-107,28	Pпс(75%) = -117,8 + 0,68.4= =-115,08
Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% Eпс(75%) , дБ (мкВ/м) Eпс(75%) = Eпс(50%) + m(75%)s	Eпс(75%) = 26,28 + 0,68.4= =29	Eпс(75%) = 18,48 + 0,68.4= =21,2
Потери в теле абонента WТ, дБ	3
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 50% Wдоп(50%), дБ, при нахождении АС на улице   Wдоп(50%) = P изл –Pпс(50%)  – WТ ( Выбирается наименьшее из значений двух направлений)	Wдоп(50%) = =51,74 +110  – 3= =158,74	Wдоп(50%) = =24 +105  – 3= =126
Допустимые основные потери передачи с вероятностью 75% Wдоп(75%) , дБ, при нахождении АС на улице   Wдоп(75%) = Wдоп(50%) – m(75%) s ( Выбирается наименьшее из значений двух направлений)	Wдоп(75%) = 158,74 –0,68.4= =156,02	Wдоп(75%) = 126 –0,68.4= =123,28

 

Для дальнейших расчетов, найдем значения C и B по уравнению Хата

 

C = 68,8 + 27,76 lg(f) – 13,82 lg(HБС) – (1,1lg(f) – 0,7) HАС=

= 68,8 + 27,76 lg(900) – 13,82 lg(30) – (1,1lg(900) – 0,7) 1,5=

126,57

 

B = 44,9 – 6,55lg(HБС)= 44,9 – 6,55lg(30)=35,22

 

 

 

2. Максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания Rmax, км	0.806	По уравнению Хата  = = =0.806
3. Максимальная дальность соканальных помех
Защитное отношение сигнал / помеха  с вероятностью 50% A0, дБ	9
Защитное отношение сигнал / помеха  с вероятностью 75% на границе зоны  обслуживания Aгр, дБ	12,85	= =12,85
Максимальная дальность соканальных помех на границе зоны обслуживания  Rп, км	1,867	0,806= =1,867