Методические указания (v. 0.5) к выполнению домашнего задания по сотовым системам связи (1186359), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для примера рассмотрим матрица кода для двойногоАламоути и делением системы в режиме увеличения скорости в 3 раза иувеличения мощности в 2 раза на передающей стороне:GВыборматрицыQ1Q2*Q2Q3Q1Q4*Q4Q3Q5Q6Q6*кодирования.(2)Q5производитсявсоответствииснеобходимостью обеспечения требований скорости и помехоустойчивости всистеме связи.Для расчета полосы канала необходимо выбрать это скорость передачис помехоустойчивым кодированием и число бит в символе. Обычно встандартах сотовой связи помехоустойчивое кодирование описываетсяотношением полезной информации к общему объему передаваемойинформации и составляет 1/2, 2/3, 3/4 , 5/6, 7/8, таким образом можнооценить требуемую скорость передачи символов.Выбор количества бит на символ определяется в соответствии свыбранным методом кодирования передаваемой информации, для кодовойманипуляции это размер созвездия кодов, например, Грея или Уолша [4-5].В результате для выбранных технических решений можно оценитьпомехоустойчивостьсистемы,онадолжнасоднойстороныбытьнаибольшей, а с другой – необходимо эффективно использовать частотныйдиапазон.

Сростом размерностикластера8необходимоувеличиватьпомехоустойчивость, даже ценой потери скорости, так как соседниедиапазоны частот с высокой долей вероятности также используются дляпередачи данных, для малых же кластеров использование значительнойпомехоустойчивости ведет только к ухудшению характеристик.Для сот секторного типа размер кластера следует умножить на числосекторов, за исключением случая размерности кластера, равной 1, так как всясеть работает на одной частоте.В таблице 3 приведены максимальные значения помехоустойчивостидля заданного размера кластера и высоты расположения БС.Таблица 3. Максимальные значения помехоустойчивости, дБ.Высота БС, м203040506013,22,62,21,91,736,55,95,55,25,09Размер кластера479,214,08,513,28,112,67,712,17,411,7916,115,214,614,113,71218,517,516,816,315,84 Выбор многопользовательского доступа и разделения на сотыСуществует три основных способа многопользовательского доступаили разделения ресурса сети между абонентами:– частотное разделение (FDMA);– временное разделение (TDMA);– кодовое разделение (CDMA).В чистом виде данные методы не использовались даже в 1 поколениисотовых систем связи, методы доступа обычно используются совместно вразличных пропорциях.FDMA является наиболее распространенным методом разделениябазовых станций, однако и абоненты могут быть разделены по частоте впределах одной соты.

В этом случае в сети допускается асинхронная работа,но следует выбирать коэффициент запаса большой kзап в пределах (1,7; 1,9)из-за необходимости выделения защитных интервалов частот. К сожалениюFDMA сильнее всего подвержен замираниям сигнала, поэтому егоприменение в городской среде без дополнительных конструктивных решенийне очень эффективно.

В настоящее время FDMA и стандарты, использующиееговкачествеосновногометодамногопользовательскогодоступа,применяются в сельских и малозаселённых районах, а также в качествесистем с высокой надежностью передачи голосовых данных, например ваварийных системах.TDMA применяется не во всех стандартах сотовой связи, однакоактивно используется для передачи данных пакетным способом, активноприменяется со времен стандартов второго поколения сотовой связи.Позволяет передавать пакеты данных с высокой скоростью, однако оченьтребователен к синхронизации АС и БС.

Данный метод применим для всехтипов местности, коэффициент запаса kзап нужно выбрать из диапазона(1,1; 1,3).CDMA наиболее активно использовался в американских стандартахсотовой связи со времен 2 поколения, в настоящее время применяется10достаточно широко для любых типов местности. При использовании CDMAв качестве основного метода разделения абонентов часто используетсякластер с размерностью 1, то есть вся сеть работает на одной частоте. Дляувеличения емкости общий диапазон системы делится на несколькоподдиапазонов и на каждой БС используется несколько каналов CDMA,разделённых по частоте – метод MC-CDMA.

В случае CDMA коэффициентзапаса kзап нужно выбрать в пределах (1,2; 1,6).5 Выбор частотного диапазонаВыборчастотногодиапазонаопределяетсявпервуюочередьвозможностью размещения указанной в задании полосы. Основныедиапазоны и выделяемые в них полосы приведены в таблице 4. Такженеобходимо помнить, что чем больше частота сигнала, тем больше затуханиерадиоволн при распространении над заданным типом местности [6].Таблица 4. Доступная полоса частотНесущая частота, МГцПолоса, МГц450411900201800402100602600706 Расчёт количества базовых станцийДля расчета числа базовых станций нужно оценить число каналов,которые обеспечивается на одной БС по формуле [1]:MFсистемы,Fканала  N кластера  N сект  k зап(3)где N кластера – размерность кластера, Nсект – число секторов в соте,kзап – коэффициент запаса, выбирается из диапазона (1,1; 1,9).Отметим, что для расчета числа каналов необходимо общая полосасистемы и число каналов должно быть целым числом, округление в данномслучае производится всегда в меньшую сторону.Основной характеристикой, определяющей с функциональной точкизрения количество БС, является вероятность блокировки (отказа отобслуживания абонента), которую можно рассчитать по формуле Эрланга:Ac Mpблок  MM ! k ,Ack 0 k !Ac  N аб  Aаб ,(4)где Ac – суммарная интенсивность нагрузки для одной соты (сектора),Aаб – активность одного абонента, N аб – количество абонентов в соте(секторе),M– число каналов связи в соте (секторе).При числе каналов больше 120 следует использовать аппроксимациюформулы Эрланга, полученную путем замены через формулу Стирлинга ирешение уравнения методов Ньютона [5]:pблокM  M  ln 1, 78114  Ac    1 Ac  e exp  Ac  1  exp   . Ac  0,52   M M   (5)После того, как определено число каналов, по формуле Эрлангарассчитывается суммарная активность абонентов, отсюда можно определитьплощадь соты (сектора).

Аналитического решения уравнений (4.1) и (4.2) нет,поэтому следует воспользоваться численными методами или методами12оптимизации, в среде MathCAD для нахождения решения уравнения можноиспользовать функцию root или find.Приитерационномрасчетевероятностиблокировкиследуетиспользовать в качестве параметра число абонентов, последовательноувеличивая либо уменьшая его, отметим, что число абонентов натуральное, вдальнейшем следует скорректировать число пользователей с учетом площадисоты и плотности населения и по необходимости произвести перерасчетсистемы.После оценки числа каналов необходимо убедится, что вероятностьблокировки по формуле Эрланга получается меньше чем требуемая взадании,однакоследуетобеспечитьповозможностинаибольшуювероятность блокировки из возможных, так как число каналов напрямуюопределяет число абонентов одновременно обслуживаемых БС.В общем виде площадь соты можно определить как:S cоты гдеAcS N сект  зоны ,AабN общ(6)S зоны – общая площадь зоны, где производится развертывание системысотовой связи; N общ – общее число абонентов в зоне.Число базовых станций для общего случая в таком случае:N БС Aаб  N общAс  N сект.(7)Радиус соты в общем случае, с учётом, что сота представляет собойправильный шестиугольник, можно рассчитать следующим образом:Rсоты 2  Sсоты.3 3(8)Для реального построения сотовых систем связи данные формулыприменяютсятолькодляприблизительногопричинам:13расчетапоследующим– на реальной местности возможен большой перепад плотностинаселения, за счет чего невозможно выделить среднее значение активностиабонента для большой территории;– часто соты устанавливаются из соображений пиковой активностиабонентов, то есть чаще, чем требуется по расчету для обеспечения пиковойпропускной способности, например, вокруг крупного бизнес центра можетбыть несколько сот для разделения нагрузки, а не одна с большой емкостью;– при уточнении расчета на последующих стадиях производитсяперераспределение БС с учетом распространения сигнала на местности.147 Оценка потери на распространение сигнала.

Модель ОкамурыХата.Энергетическийрасчетдлясотовыхсистемсвязибезучетаособенностей распространения сигнала в зависимости от местности даётгрубую оценку энергетики, так как рельеф и застройка местности в зонедействия сети могут быть различные и их сложно аппроксимироватьшероховатостью.Существуетнесколькостатистическихмоделейпотерьприраспространении, основанных на экспериментальной оценке потерь дляразличных условий.В статистических моделях устоявшейся можно считать следующуюклассификацию местности:– открытые районы, участки с очень небольшим числом препятствий,таких как деревья или строения;– пригородные зоны, участки с небольшими строениями и деревьями,находящимися поблизости от подвижного объекта;– городские районы, участки, плотно застроенные многоэтажнымидомами.Внастоящемдомашнемзаданиидлярасчетапотерьнараспространение воспользуемся моделью Окамуры-Хата.Потери в данной модели определяются по формулам [1-3]:Lгород  69 ,55  26 ,16  lg  f c   13,82  lg  hБС  2R  44 ,9  6 ,551  lg  hБС    lg  соты   3,2   lg 11,75  hАС    a( hАС )  L0  дБ ; 1000  f c  2 (9)Lпригород  Lгород  2  lg     5,4  дБ ; 28  Lместность  Lгород  4 ,78   lg  f c    18,33  lg  f c   40 ,94  дБ ;2 4    Rсоты L0  20 lg   дБ ;где:151,1  lg  fc   0,7   hАС  1,56  lg  fc   0,8для средних и малых городов  дБ  ;28,28   lg  91,54  hАС    1,1a( hАС )  для f c  200 МГц, крупных городов  дБ  ;23,2   lg 11,755  hАС    4,97для f c  400 МГц, крупных городов  дБ  ;где:Rсоты – радиус соты, м;fc – частота несущей, МГц;hАС - высота антенн абонентской станций, мhБС – высота антенн базовой станции, мВысота расположения абонентских станций выбирается в пределах1,6…1,8 м.168 Расчёт энергетики линии радиосвязиПри проектировании сотовой системы связи одной из важныххарактеристик является требуемая мощность передатчика базовой станции,ее можно рассчитать, воспользовавшись уравнением радиосвязи.В расчёте будем полагать, что необходимо рассчитать суммарнуюмощностьвсехпередатчиковнаоднойбазовойстанции,которыеиспользуются для всех секторов, всех антенн MIMO и всех каналов базовойстанции.При расчёте энергетики необходимо учитывать режим использованияMIMO [4-5].

Если MIMO используется для увеличения энергетики, в этомслучае мощность выделяется на каждую из передающих антенн независимо,а на приёмной стороне потоки складываются когерентно:k потерьEБС P  mмощн.G 2.2N 0 M  N сект  4    Rсвязи  С  k Б  TшэВслучаеиспользованияMIMOдляувеличения(10)пропускнойспособности в mмощн. раз, мощность делится поровну между антеннами,каждая антенна излучает свой информационный поток, каждый из нихпринимается m антеннами, сигнал которых складывается когерентно.

Характеристики

Список файлов домашнего задания