Построение мобильной телекоммуникационной сети стандарта CDMA

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

На тему

«Построение мобильной телекоммуникационной сети стандарта CDMA»

Специальность 5B0719 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»

Выполнил: ст. гр. МРТ-11-2 Солощенко А.В

Проверил: ст.пр. Лановенко М.В.

Алматы 2014

Задание

. Произвести расчет отношения сигнал/шум в трафик-каналах, пилот- канале, в поисковом канале и в канале синхронизации;

. Определить количество активных пользователей в одной соте;

. Графически определить зависимость между радиусом соты и количеством активных абонентов;

. Сделать выводы относительно предложенного варианта и возможные пути улучшения качественных показателей проектируемой сети.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1 - Исходные данные варианта № 17

Таблица 2 - Исходные данные по последней цифре номера зачетной книжки

Введение

Цель выполнения курсовой работы - получение навыков по планированию сетей сотовой связи и расчету основных параметров сетей связи стандарта CDMA.

Производится исследование функциональной зависимости параметров сети. Бюджет линии связи предназначен, для того, чтобы произвести необходимые расчеты отношения принятой битовой энергии к тепловому шуму и плотности интерференции.

Расчеты основаны на известных значениях мощности передатчика, коэффициентов усиления передающей приемной антенн, значении принятых шумов, емкости канала, а также распространении сигнала и интерферирующей среды. Расчет бюджета линии связи необходим для анализа трафик-каналов прямого и обратного соединений, пилот-канала, канала поискового вызова и канала синхронизации.

1.      Прямое соединение

При вычислении эффективного соотношения сигнал/шум для пилот-канала, канала синхронизации и канала поискового вызова, необходимо вычислить мощность принятого сигнала и принятой интерференции по каждому каналу. Нижеприведенные расчеты позволять произвести анализ канала прямого соединения.

Эффективная мощность излучения трафик канала

                                                                 (1.1)

подставим значение (1.1)

Мощность, приходящаяся на одного абонента (мобильную станцию)

                                                                                (1.2)

подставим значение (1.2)

Полная мощность базовой станции (БС)

                                              (1.3)

подставим значение (1.3)

Усилитель мощности БС

                                                                                (1.4)

подставим значение (1.4)

Полная мощность принятая мобильной станцией

                                                                 (1.5)

где Al - допуск на теневые потери (дБ);

подставим значение (1.5)

Принятая мощность трафик-канала

                                                                 (1.6)

подставим значение (1.6)

Принятая мощность пилот-канала

                                                                (1.7)

подставим значение (1.7)

Принятая мощность поискового канала

                                                              (1.8)

подставим значение (1.8)

Принятая мощность канала синхронизации

                                                                           (1.9)

подставим значение (1.9)

Интерференция от других пользователей в трафик-канале

                                                 (1.10)

подставим значение (1.10)

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в трафик-канале

                                                                       (1.11)

где fr - коэффициент переиспользования частоты (fr=0.65).

подставим значение (1.11)

Плотность интерференции для трафик канала

                                                                 (1.12)

подставим значение (1.12)

Интерференция от других абонентов (той же БС) в пилот-канале

                                                                           (1.13)

подставим значение (1.13)

.

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в пилот-канале

                                                                       (1.14)

где fr - коэффициент переиспользования частоты (fr=0.65).

подставим значение (1.14)

Плотность интерференции для пилот-канала

                                                                 (1.15)

подставим значение (1.15)

Интерференция от других абонентов (той же БС) в поисковом канале

                                        (1.16)

подставим значение (1.16)

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в поисковом канале

                                                                     (1.17)

подставим значение (1.17)

Плотность интерференции для поискового канала

                                                               (1.18)

подставим значение (1.18)

Интерференция от других абонентов (той же БС) в канале синхронизации

                                            (1.19)

подставим значение (1.19)

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в канале синхронизации

                                                                       (1.20)

подставим значение (1.20)

Плотность интерференции для канала синхронизации

                                                                 (1.21)

подставим значение (1.21)

Тепловой шум

                                                    (1.22)

где N0 - плотность теплового шума (дБм/Гц);

Nf - значение шума в приемнике мобильной станции (дБ).

подставим значение (1.22)

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик-канале

            (1.23)

где btr - скорость передачи данных в трафик-канале (бит/с).

подставим значение (1.23)

Отношение сигнал/шум + интерференция в пилот-канале

                  (1.24)

подставим значение (1.24)

Отношение сигнал/шум + интерференция в поисковом канале

                                   (1.25)

подставим значение (1.25)

Отношение сигнал/шум + интерференция в канале синхронизации

                                        (1.26)

подставим значение (1.26)

2. Обратное соединение

Мощность усилителя мобильной станции

                                    (2.1)

Где  - мощность на выходе усилителя (дБм);

 - полная излучаемая мощность антенны МС (дБм);

 - коэффициент усиления передающей антенны МС (дБ);

 - потери в кабеле МС (дБ).

Мощность принятая БС от одного абонента(2.1)

Где  - мощность принятая БС по каналу трафика от МС (дБм);

 - средние потери на трассе между БС и МС (дБ);

 - допуск на теневые потери (дБ);

 - коэффициент усиления (на приеме) антенны БС (дБ);

 - потери в кабеле БС (дБ).

Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами в данной БС

Где  - плотность интерференции, создаваемой другими абонентами в данной БС (дБм/Гц);

 - коэффициент активности речи в канале;

 - число трафик-каналов имеющихся на одной БС.

Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС

Где  - плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС (дБм/Гц).

Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС и данной БС

где  - плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС и данной БС (дБм/Гц).

Плотность теплового шума

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик канале

где  - скорость передачи данных в трафик канале обратного соединения (бит/с)

3.      Анализ емкости базовой станции

В случае, когда количество абонентов равно N, БС принимает сигнал состоящий из необходимого нам сигнала с мощностью С и N-1 интерферирующих каналов также с мощностью С. Отсюда отношение несущая к интерференции может быть выражено как

где С - уровень мощности требуемого сигнала;

I - уровень мощности интерференции

Из данного соотношения можно определить

                                                                                     (3.1)

Тогда отношение между C/I и Eb/N0 может быть выражено как

                                                                             (3.2)

Перемножая (1) и (2), получаем

Выражение определяет максимальное число абонентов в системе CDMA в зависимости от минимальной величины , необходимой для нормальной работы системы, которая для передачи цифрового голоса подразумевает BER равный  или меньше.

С учетом повторного использования частоты

где R - скорость передачи данных (в нашем случае 9600 bps);

W - ширина канала (1.25 MHz);

F=0.65 - эффективность многократного использования частоты;

VAF=0.35 - средняя активность речи абонента;

G - коэффициент секторизации, для 120о секторизации G=1.

С учетом секторизации

4.      Исследование радиуса соты

Радиус соты можно получить, найдя расстояние на котором потери при распространении приводят к уровню сигнала равному требуемому, как функции загрузки соты.

Расчет бюджета радиолинии, для конкретной соты, требует нахождение величины максимальных приемлемых потерь Lmax. Так как потери при распространении пропорциональны длине радиолинии, значение Lmax выражает максимальную дистанцию радиолинии или другими словами эффективный радиус соты или сектора в определенном направлении.

Общее выражение для потерь при распространи в дБ как функции расстояния следующее

                                                                   (4.1)

где dkm - расстояние в километрах;

L1 - значение потерь для dkm=1;

γ - закон распределения энергии.

На краях соты, dkm=Rkm и потери равны Lmax. Таким образом, полное выражение для радиуса соты в километрах имеет вид

                                                           (4.2)

Решая общее выражение относительно Rkm получаем

                                                                                   (4.3)

или

                                                       (4.4)

Таким образом, для нахождения отношения между радиусом соты и трафиком соте, необходимо найти выражения для максимальных потерь пари распределении Lmax. Эмпирическая формула для потерь была определена МСЭС (ITU-R)

где hb и hm высоты антенн базовой и мобильной станции в метрах;

fМГц - центральная частота в МГц;

                              (4.5)

=30-25log10 - коррекционный фактор (% площади покрытой зданиями).

Формула преобразования из модели условий распространения Окумура Хата для малых и средних городов.

Таким образом

Воспользуемся типичными значениями обратного канала занимающего частоты 824 - 849 МГц, таким образом, центральная частота f = 845 МГц и высотами антенн БС hb=31 мобильного терминала hm=1.9, а также процентом застройки равным 50%.

Подставив данные, получим

(4.7)

Таким образом, сравнивая выражения (4.2) и (4.7) находим значения для L1 и γ,

L1 = 136.959 и γ=36.107/10=3.6107

Теперь необходимо найти выражение для максимальных потерь при распределении Lmax относительно загрузки соты. Для этого необходимо определить зависимость уровня сигнала от загрузки соты.

Обозначим средний уровень сигнала, требуемый при приеме Рs и минимальный необходимый при приеме уровень сигнала в отсутствии интерференции .

В соответствии с идеально отрегулированной по мощности моделью требуемое среднее значение принимаемого сигнала

                                                                                     (4.8)

где отношение количества пользователей в соте (секторе) к максимальному количеству пользователей.

С учетом запаса по мощности в дБм

                                           (4.9)

Где  предположив, что база сигнала PG=128=21.1дБ и шумы приемника БС 5 дБ, следует что

Идеальное максимальное количество пользователей с учетом запаса мощности

                                   (4.10)

Отсюда следует, что максимально приемлемые потери при распределении, это потери, при которых при максимальной мощности передатчика мобильного терминала и различных усилениях и потерях не при распределении в обратном канале, приводят к тому, что на БС принимается требуемый уровень сигнала. Выражение, описывающее данное состояние следующее

(4.11)

где

(4.12)

 определяет мощность мобильного терминала, которая была бы принята приемником БС в отсутствии потерь. Таким образом

                                                          (4.13)

Подставляя типичные значения параметров обратного канала в (4.12), получаем

Выражение для максимального ослабления при распространении как функции параметра загрузки сети Х имеет вид

(4.14)

Если добавить в (4.14) детализированные потери из (4.13) с учетом запаса по мощности используемого в (4.9), тогда (1.14) можно выразить как

(4.18)

Теперь подставив (4.18) в качестве Lmax в (4.3) для того, чтобы получить желаемое выражение радиуса соты как функции загрузки сети

(4.19)

Это выражение показывает максимальный радиус соты доступной мобильному передатчику с мощностью рассмотренной в расчетах .

Найдем числовое выражение для радиуса соты, основываясь на выражении (4.14), используя модель МСЭС(ITU-R), численные значения параметров обратного канала, а так же предполагая, что высоты антенн БС hb=31 m, мобильной станции hm=1.9 m и 50% покрытием территории зданиями.

Используя определенные данные, принимаемая мощность без потерь при распространении равна: , требуемая мощность принимаемого сигнала с учетом интерференции и без запаса по мощности равна

                                                   (4.20)

1 = 136.959 и γ=36.107/10=3.6107

(4.21)

Таблица 3 - Запас по мощности для заданной надежности

Для того, чтобы показать зависимость радиуса соты от М (количества активных пользователей) при принятых значениях Eb/N0 и запаса по мощности, используем (92) для записи

(4.22)

Используя выражение идеальной емкости системы (4.10) Mmax, для выражения радиуса соты (4.21) построим график (рисунок) для различных значений MдБ и Eb/N0.

Из графика видно, что требуемые значение Eb/N0 и MdB, подбираемые из расчета надежности системы для обратного канала сильно влияют на размер соты. При высоких значениях надежности и соответственно отношения сигнал/шум и запаса по мощности, радиус соты начинает стремительно падать при определенных значениях емкости системы (количество активных пользователей). Так же из графика можно определить уровень снижения радиуса соты при определенном значении активных пользователей.

Исследование модели беспроводной сети позволяет спроектировать сеть исходя из типичных входных параметров, таких как: частота, мощность передатчиков, надежность системы, процент застройки и т.д. и спрогнозировать основные ее показатели, такие как емкость и зона покрытия.

Рисунок 1 - График зависимости радиуса соты от загрузки соты при Lp=14.3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассчитаны основные параметры мобильной телекоммуникационной сети стандарта CDMA.

Анализируя график при Lp=14.3 (рисунок 1) можно сделать вывод, что требуемые значение Eb/N0 и MdB, подбираемые из расчета надежности системы для обратного канала сильно влияют на размер соты. При высоких значениях надежности и соответственно отношения сигнал/шум и запаса по мощности, радиус соты начинает стремительно падать при определенных значениях емкости системы (количество активных пользователей). Также из графика видно, что при значении равном 36 активных пользователей резко ограничивается радиус соты.

Исследование модели беспроводной сети позволяет спроектировать сеть исходя из типичных входных параметров, таких как: частота, мощность передатчиков, надежность системы, процент застройки и т.д. и спрогнозировать основные ее показатели, такие как емкость и зона покрытия.

вызов канал синхронизация трафик

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Тихвинский В.О. Сети подвижной связи 3 поколения. Экономические и технические аспекты развития в России. -М : Радио и связь. 2001.

CDMA: прошлое, настоящее и будущее / под. ред. проф. Л.Е. Варакина и проф. Ю.С. Шинакова. - М, МАС, 2003.

В.В. Величко. Передача данных в сетях мобильной связи 3 поколения. -М. Радио и связь. Горячая линия - телеком. 2005.

Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Дмитриев В.И. Системы мобильной связи / СПбГУТ. - СПб, 1999.

Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной связи. -М. Радио и связь. 1999.