Проектирование сотовых сетей связи

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ  И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Информационные сети и  телекоммуникации»

на тему:

«Проектирование сотовых сетей связи»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 5 курса

факультета  ИРЭ 

специальность 210100

 

 

Проверил:

                                             Карасев А.П.

 

 

 

 

 

 

Москва, 2009 г

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.  Основные параметры стандарта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2. Структура сотовой  сети связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3. Расчет основных  параметров сотовой сети связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1. Расчет числа радиоканалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

3.2. Определение размерности  кластера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.3. Расчет числа радиоканалов, используемых одной BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.4. Расчет допустимой  телефонной нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.5. Расчет числа абонентов обслуживаемых  одной BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.6. Расчет количества базовых  станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.7. Расчет радиуса зоны обслуживания  базовой станции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.8. Расчет величины защитного  расстояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.9. Расчет мощности передатчика  BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.10. Расчет вероятности ошибки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.11. Расчет эффективности использования  радиоспектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.12. Разработка частотно-территориального  плана сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЕДЕНИЕ

При планировании ССС  определяется территория обслуживания, разделяемая на ячейки шестиугольной  формы, радиус описанной окружности которых может быть различным - от 20-30 км в районах с малой плотностью трафика (в основном сельскохозяйственных) до 0,5-2 км в районах с высокой плотностью трафика (в густонаселенных городских районах). Пользователи ССС, находясь в любой точке территории обслуживания, могут с помощью абонентских станций связываться с другими абонентами ССС и телефонной сети общего пользования. Абонентская станция может быть выполнена в портативном либо мобильном варианте. Функционально АС состоит из блока управления, модема, приемопередатчика и антенны. Блок управления сопрягается с приемопередатчиком, микротелефонной трубкой и пультом управления, содержащим дисплей. В блок приемопередатчика входят устройство передачи и приема сигналов на радиочастоте. Модем осуществляет преобразование поступающих сигналов со стороны абонента или со стороны сети в соответствующую форму, необходимую для дальнейшей обработки. Базовые станции обеспечивают сопряжение между проводной частью ССС и абонентскими станциями. В состав БС действующих систем входят приемники, передатчики, блоки управления для связи с ЦС. С центральной станцией БС соединены группой разговорных каналов и несколькими каналами передачи данных.

При обслуживании абонентов  ССС центральная станция выполняет  такие основные функции: - установление соединений между абонентами; - разъединение по окончании разговора; - слежение за качеством передачи речи; - переключение АС на новый канал при перемещении АС во время сеанса связи из зоны обслуживания одной БС в зону обслуживания другой БС с целью обеспечения непрерывности соединений; - поиск подвижного абонента на территории обслуживания; - тарификация, диагностика состояния системы.

Следует отметить, что  отличие ЦС от электронных АТС  стационарных телефонных сетей общего пользования в основном сводится к особенностям программного обеспечения. Постоянно взаимодействуя, АС, БС и  ЦС выполняют

команды, поступающие  со стороны управляющей части  сети. Структурно ССС могут быть построены по радиальному или  радиально-узловому принципу (в

этом случае используется централизованное управление), а также  могут иметь распределенное управление. По радиальному принципу могут быть построены ССС с небольшим числом БС. Примерами таких ССС являются АМPS (США), ТАСS (Великобритания). В таких системах каждая БС непосредственно соединяется с ЦС, которая имеет выход на телефонную сеть общего пользования.  
1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТА

Системы сотовой подвижной  связи стандарта TACS строятся по радиальному принципу с использованием небольшого числа базовых станций. В таких системах  каждая базовая станция непосредственно соединяется с центром коммутации (центральной станцией), которая имеет выход в телефонную сеть общего пользования.

По принципу построения, сопряжения между станциями и  организации управления система  сотовой подвижной связи стандарта TACS почти полностью идентична стандарту AMPS. Отличие в основном состоит  в ширине каналов и пиковой девиации  частоты: в системе стандарта AMPS, ширина канала равна 30кГц, пиковая девиация 12кГц, а в системе TACS – 25 и 9,5 кГц соответственно.

В рассматриваемой системе  используется  1000 дуплексных каналов, из которых 956 являются разговорными, а остальные образуют две группы по  21 каналу, которые – каналы управления. В разговорных каналах для передачи информации используется  узкополосная частотная модуляция. В каналах, которые используются для передачи данных, применяется двоичная частотная манипуляция. Параметры сигналов приведены в таблице  1.1

 

Таблица 1.1 – Девиация частоты в системах стандарта TACS

  

Вид сигнала	Вид модуляции	Девиация частоты, кГц
Речевой	Частотная модуляция	9,5
Тональный	Двоичная частотная манипуляция	+1,7(«1»)-1,7(«0»)
Сигнал данных	Двоичная частотная  манипуляция	+6,4(«1»)-6,4(«0»)

 

В сельской местности  радиусы  ячеек достигают 30 км, в  городе же они   уменьшаются до 200 м следствии  плохого качества приема сигнала. В системах этого  стандарта обычно используются ненаправленные антенны. Коэффициент повторения частот С при этом равна 7.

Логика системы предусматривает  автоматическую регулировку мощности передающих устройств: для автомобильной  абонентской станции на 32 дБ, для  повторения – 20 дБ.

Тональные сигналы служат для организации дуплексного  канала связи между базовой  и  абонентскими станциями. Коэффициент повторения этих сигналов , причем для передачи используются частоты 5970, 6000, 6030 Гц. Сигнал частотой 800 Гц является ответным и передается только абонентской станцией.          

2. СТРУКТУРА СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ

 

 

Рис. 2.1 – Структурная схема сотовой сети связи.

В состав сетей подвижной  связи входят: MSC – центр коммутации подвижной связи; BTS – базовые станции; MS – подвижные станции (рис.2.1).

Центр коммутации подвижной связи  обеспечивает управление системой подвижной  радиосвязи и является соединительным звеном меду подвижными станциями и  телефонной сетью общего пользования. Каждый MSC обслуживает группу базовых станций, совокупность которых образует его зону обслуживания (на рис. 2.1 зоны обслуживания обозначены ТА1 и ТА2).

Системы спроектированы таким образом, что, в зависимости от значимости абонентов, она может предоставлять  им некоторые преимущества в обслуживании, например, приоритет вызова, сокращенный набор номера и т. п.

Каналы связи каждой базовой  станции подразделяются на разговорные  каналы и каналы управления (вызова). По каналу управления передается специальный  сигнал опознавания. По свободным разговорным каналам транслируется другой сигнал опознавания, подтверждающий, что канал свободен и может быть использован для ведения переговоров. Во все подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовых станция, постоянно работают на прием на частоте канала управления. В случае, когда все разговорные каналы заняты, допускается использование канала управления для ведения разговора.

3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ

Возьмем данные:

 

1. Стандарт                                                                                                               TACS

2. Полоса частот BTS на передачу, МГц                                                                    3,2

3. Число обслуживаемых абонентов                                                                      36000

4. Активность одного абонента  ЧНН, Эрл                                                             0,026

5. Вероятность блокирования вызова                                                                       0,11

6. Допустимый процент времени уменьшения P_С/P_ПОМ относительно 

    защитного отношения                                                                                            10%               

7. Площадь обслуживаемой территории, кв. км.                                                      280

8. Параметр, определяющий диапазон  случайных флуктуаций уровня 

    сигнала, дБ                                                                                                                    5

9. Чувствительность приемника MS, дБВт                                                                     -110

10. Мощность передатчика BTS, Вт

11. Коэффициент усиления антенны  BTS, дБ                                                               11

12. Высота подвеса антенны BTS, м                                                                             30

13. Полные потери в  фидере BTS, дБ                                                                             2

 

3.1. РАСЧЕТ ЧИСЛА РАДИОКАНАЛОВ

Общее число частотных  каналов, выделенных для развертки сотовой сети связи в данном месте, определяется по формуле

 

, (3.1)

где int(x) – целая часть числа х;

F_k – полоса частот, занятая одним частотным каналом системы сотовой связи (частотный разнос между каналами).

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРНОСТИ КЛАСТЕРА

Для определения необходимой  размерности кластера С при заданных значениях p₀ и p_t используют соотношение

 

, (3.2)

 

где p(C) – процент времени, в течение которого соотношения мощность сигнала/ мощность помехи на входе приемника MS будет находиться ниже защитного отношения .

Интеграл представляет собой табулированную Q-функцию

.  (3.3)

Нижний придел этого интервала имеет вид

,                                 (3.4)

где и выражены в дБ;

 – определяется соотношением

.            (3.5)

 

В свою очередь значения и определяются по формулам

,                                    (3.6)

,                       (3.7)

 – параметр, который определяет диапазон случайных флуктуаций уровня сигнала в точке приема:

.                                            (3.8)

Коэффициент в (3.7) представляет собой медианное значение затухания радиоволн на i-му направлении увеличении помехи. Эти коэффициенты обратно пропорциональны четверти ступени расстояния до источника помехи. Величина М обозначает число базовых станций, которые «мешают», расположенных в соседних кластерах.

Сначала рассмотрим случай, для всенаправленной антенны, где , , и , , ;

где - число секторов.

Выберем значение С=3.

,                                               (3.9)

Определим

Вычислив квадратный корень, из получившегося значение получаем

 

 

 

Отсюда следует

 

Теперь вычислим нижнюю границу Q-функции

Этому значению в таблице  соответствует величина, равная , это значение приблизительно равно единице. Считая по формуле (3.2), получаем

Получившееся значение явно больше , которое из задания равно 10. Отсюда следует, что данный тип антенны и выбранное значение кластера не подходит для указанного стандарта.

Теперь рассмотрим случай для направленной антенны, у которой  угол диаграммы направленности , , М=2 и , .

Выберем значение С=4.

Определим

 

Вычислив квадратный корень из получившегося значение получаем

 

Отсюда следует

 

Теперь вычислим нижнюю границу Q-функции

Этому значению в таблице  соответствует величина, равная 0,0838. Считая по формуле (3.2), получаем

Получившееся значение немного меньше , отсюда вытекает, что данный тип антенны является наиболее оптимальным.

 

3.3. РАСЧЕТ ЧИСЛА РАДИОКАНАЛОВ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОДНОЙ BTS

Число частотных каналов, которые используются для обслуживания абонентов в одном секторе  соты, определяется по формуле

, (3.10)

 

где - число секторов.

 

3.4. РАСЧЕТ ДОПУСТИМОЙ ТЕЛЕФОННОЙ НАГРУЗКИ

Величина допустимой телефонной нагрузки в одном секторе  одной соты определяется соотношением

 

                       (3.11)

 

 

при условии, что

,                           (3.12)

где ;

- число абонентов, которые  могут одновременно использовать  один частотный радиоканал. В  данном случае величина  =1, т.к. используется аналоговый стандарт.

Подкоренное выражение  больше, чем величина , т.к. .