Планирование зоны обслуживания и пропускной способности радиосети UMTS
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
«Юго-Западный государственный университет»
(ЮЗГУ)
Кафедра Защита информации и системы связи
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Сети связи с подвижными объектами»
на тему «Планирование зоны обслуживания и пропускной способности радиосети UMTS»
Автор работы Челышков П.В. _______________________
(инициалы, фамилия) (подпись, дата)
Специальность (направление
подготовки)
Группа ТК-01б
Руководитель работы А.Е. Севрюков _______________________
(инициалы, фамилия) (подпись, дата)
Работа защищена ________________________
Оценка_____________________
Председатель комиссии _________________________ ____________________
Члены комиссии _________________________ __________________________
_________________________ __________________________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
_________________________ __________________________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Курск, 20 13 г.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное
бюджетное образовательное
«Юго-Западный государственный университет»
(ЮЗГУ)
Кафедра Защита информации и системы связи
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Студент Челышков П.В. шифр ___01101_________ группа ТК-01б
(фамилия, инициалы)
1.Тема «Планирование зоны обслуживания и пропускной способности радиосети UMTS»
2. Срок представления работы (проекта) к защите «_____» ___________ 20 13 г.
3. Исходные данные (для проектирования, для научного исследования):
коэффициент усиления антенны БС (Gбс) = 18 дБ; коэффициент усиления
антенны МС (Gмс) = 0 дБ; потери в фидере (Lфидер) = 2 дБ; выходная мощность БС (Pбс вых) = 43 дБмВт; минимальная мощность мобильной станции (Рмс) = 21 дБмВт; объем речевого трафика абонента: Tабголос = 0,02 Эрл; объем трафика видеовызова абонента: Tабвидео = 0,006 Эрл; объем пакетного трафика к абоненту T144DLэрл = 0,008 Эрл; объем пакетного трафика от абонента T144ULэрл = 0,003 Эрл; объем пакетного трафика к абоненту T384DLэрл = 0,006 Эрл; объем пакетного трафика от абонента T384ULэрл = 0,001 Эрл; процент блокировок вызовов = 0,02; относительная загрузка соты (планируемая) = 60%;
скорость перемещения абонента – 3км/ч; тип местности – плотная городская застройка; тип соты – 3-х секторная ; планируемое число пользователей в соте – 200; количество пользователей в сети – 11000; вероятность обслуживания в соте – 0,88.
4. Содержание пояснительной записки курсового проекта:
4.1.
4.2. Расчет восходящей радиолинии
4.3. Расчет нисходящей радиолинии
4.4. Анализ емкости системы UMTS
5. Перечень графического материала (если предусмотрено заданием):
Руководитель работы (проекта) ____________________ А.Е. Севрюков (подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Задание принял к исполнению ____________________________
(подпись, дата)
Содержание
Введение
1
2
3
4
Заключение
Список литературы
2 Расчет восходящей радиолинии
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС определяется из (1) :
Pпрбс(дБмВт)= Pш(дБмВт)+ (Eb/N0)треб(дБ) – Gобр(дБ), (1)
где (Eb/N0)треб
– требуемое значение Eb/N0,
Gобр – выигрыш от обработки,
Pш – мощность собственных шумов приемника.
Для анализа выбран тип оборудования БС Nokia Flexi WCDMA BTS. Коэффициент шума приемника данной базовой станции менее 3 дБ. Для расчета примем Kш=3 дБ.
Мощность шумов приемника БС из (2):
Pш = N+Kш=-108,2+3=-105,2 дБмВт, (2)
Минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника для заданного типа сервиса взял из таблицы 2.1 при скорости абонента определенной исходными данными.
Таблица 2.1 - Значения Eb/N0
для различных типов услуг
Восходящая линия |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
тип сервиса скорость |
Телефония |
64 кбит/c |
144 кбит/c |
384 кбит/c |
3 км/ч |
4,4 |
2 |
1,4 |
1,7 |
50 км/ч |
4,9 |
2,4 |
1,9 |
2,3 |
120 км/ч |
5,4 |
2,9 |
2,4 |
2,9 |
Нисходящая линия |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
Eb/N0, дБ |
тип сервиса скорость |
Телефония |
Видеотелефония, |
Передача данных, 144 кбит/c |
Передача данных, 384 кбит/c |
3 км/ч |
7,9 |
5 |
4,7 |
4,8 |
50 км/ч |
7,6 |
4,7 |
4,5 |
4,6 |
120 км/ч |
7,4 |
4,5 |
4.2 |
4,3 |
Выигрыш от обработки составляет:
Gобр = 10log(Rчип/Rпольз),
где Rчип – чиповая скорость стандарта UMTS, 3,84∙106 чип/c,
Rпольз – скорость передачи данных пользователя, определена исходными данными.
Gобр12,2 = 10log(3,84∙106/12,2∙103) = 25 дБ
Gобр64 = 10log(3,84∙106/64∙103) = 18 дБ
Gобр144 = 10log(3,84∙106/144∙103) = 14 дБ
Gобр384 = 10log(3,84∙106/384∙103)=10 дБ
Также, необходимо учесть выигрыш за счет мягкого хендовера и запас на внутрисистемные помехи. Величину выигрыша приять равной Gхо=2 дБ. Величину относительной загрузки соты η для начального расчета принять равной 50%. Допустимым значением величины относительной загрузки соты считается 50%. Выбор этой величины обусловлен следующими соображениями:
- Неустойчивость работы системы управления мощностью при нагрузках превышающих 75%, которая проявляется в попытках осуществления больших корректирующих воздействий регулировки мощности в качестве реакции на небольшие быстрые изменения нагрузки.
- Необходимостью резервирования 30% ресурсов емкости соты для процедур мягкого хэндовера.
Запас на внутрисистемные помехи равен:
Lп = -10∙log10(1-0.5) =3 дБ
С учетов вышеуказанных факторов, минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника БС равна:
Pпрбс = Pш + (Eb/N0)треб – Gобр + Lп – Gхо, (4)
1)Pпрбс12,2 = -105,2 + 4,4 – 25+ 3 - 2 = -124,8 дБмВт
2) Pпрбс64 = -105,2 + 2 – 18 + 3 – 2 = - 120,2дБмВт
3) Pпрбс144 = -105,2 + 1,4 – 14 + 3 – 2 = -116,8 дБмВт
4) Pпрбс384 = -105,2 + 1,7 – 10 + 3 – 2 = -112,5 дБмВт
Требуемая мощность принимаемого сигнала на входе приемника БС определяется выражением:
Pпр = Pпрбс + Lфидер – Gбс + Lff , дБмВт, (5)
где Lфидер – потери в фидере, дБ (из исходных данных);
Gбс – коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ. Для расчета Gбс взято из исходных данных;
Lff – запас на быстрые замирания, дБ, значение которого получено из таблицы 2 на основании исходных данных для проектирования. Так как по исходным данным скорость небольшая (3км/ч), то Lff = 5дБ.
Pпр12,2 = -124,8 + 2 – 18 + 5 = -135,8 дБмВт
Pпр64 = -120,2 + 2 – 18 + 5 = -131,2 дБмВт
Pпр144 = -116,8 + 2 – 18 + 5 = -127,8 дБмВт
Pпр384 = -112,5 + 2 – 18 + 5 = -123,5 дБмВт
Таблица 2 - Типичные значения величины запаса на быстрые замирания
Тип абонента, скорость перемещения |
Типичная величина запаса на быстрые замирания Lff |
|
Небольшая скорость (3 км/ч) |
3-5 дБ |
Средняя скорость (50 км/ч) |
1-2 дБ |
Высокая скорость (120 км/ч) |
0.1 дБ |
Эффективно излучаемая мощность мобильной станции определяется выражением:
Pизмс = Pмс + Gмс - Lтело, дБмВт, (6)
где Pмс – мощность передатчика мобильной станции. Для расчета Рмс взять из исходных данных;
Gмс – коэффициент усиления антенны мобильной станции, принять равной 0 дБ;
Lтело – потери на затухание в теле абонента.
Для расчета Lтело принимают равным 3 дБ. для голосовых типов услуг, и могут не учитываться ( Lтело=0 дБ.) для услуг по передаче данных.
Pизмс12,2 = 21 + 0 – 3 = 18 дБмВт
Pизмс64 = 21 + 0 – 0 = 21 дБмВт
Pизмс144 = 21 + 0 – 0 = 21 дБмВт
Pизмс384 = 21 + 0 – 0 = 21 дБмВт
Максимально допустимые потери на трассе равны:
Lmax = Pизмс – Pпр , дБ,
где Pизмс – эффективно излучаемая мощность мобильной станции;
Pпр – требуемая мощность принимаемого сигнала на входе приемника БС.
Lmax12,2 = 18 + 135,8 =153,8 дБ
Lmax64 = 21 + 131,2 = 152,2 дБ
Lmax144 = 21 + 127,8 = 148,8 дБ
Lmax384 = 21 + 123,5 = 144,5 дБ
3 Расчет нисходящей радиолинии
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС определяется аналогичным выражением (как и для БС):
Pпрмс(дБмВт)= Pш(дБмВт)+ (Eb/N0)треб(дБ) – Gобр(дБ), (8)
Приемник мобильной станции более простой, чем приемник БС, в нем используются более простые компоненты, следовательно, его коэффициент шума выше. Стандартом коэффициент шума приемника МС должен иметь значение < 9 дБ. Для расчета примем Kш=8 дБ.
Мощность собственных шумов приемника МС:
Pш = N+Kш=108,2+8=-100,2 дБмВт, (9)
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС с учетом запаса на внутрисистемные помехи и выигрыш от мягкого хэндовера равна:
Pпрмс = Pш + (Eb/N0)треб – Gобр + Lп – Gхо , -дБмВт, (10)
где (Eb/N0)треб – минимально допустимое значение Eb/N0 на входе приемника для заданном типе сервиса и скорости абонента;
Lп – запас на внутрисистемные помехи. Принять, что сота в нисходящей линии загружена также как и в восходящий. Lп = 3 дБ;
Gхо – выигрыш за счет мягкого хендовера принято также 2 дБ.
Минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника МС:
Pпрмс12,2 = -100,2 + 7,9 – 25 + 3 – 2 = -116,3 дБмВт
Pпрмс64 = -100,2 + 5 – 18 + 3 – 2 = - 112,2 дБмВт
Pпрмс144 = -100,2 + 4,7 – 14 + 3 – 2 = -108,5 дБмВт
Pпрмс384 = -100,2 + 4,8 – 10 + 3 – 2 = -104,4 дБмВт
Требуемая мощность принимаемого сигнала определяется выражением:
Pпр = Pпрмс + Lтело – Gмс
+ Lff дБмВт,
где Lтело – потери на затухание в теле абонента определены типом услуг (для телефонии = 3дБ, для других случаев 0дБ);
Gмс – коэффициент усиления антенны мобильной станции, дБ;
Lff –запас на быстрые замирания.
1) Pпр12,2 = -116,3 + 3 – 0 + 2 = -111,3 дБмВт
2) Pпр64 = - 112,2 + 0 – 0 + 2 = -110,2 дБмВт
3) Pпр144 = -108,5 + 0 – 0 + 2 = -106,5 дБмВт
4) Pпр384 = -104,4 + 0 – 0 + 2 = -102,4 дБмВт
Эффективно излучаемая мощность БС:
Pизбс = Pбс + Gбс – Lфидер
дБмВт,
где Pбс – мощность передатчика базовой станции на кодовый канал. Для
заданного типа сервиса величина максимальной мощности передатчика на
кодовый канал взята из таблицы 3.
Таблица 3 - Мощность передатчика БС (Pбс) на кодовый канал [параметры использующиеся в оборудовании Nokia]
Тип услуги |
Телефония, |
Видеотелефония, 64 кбит/c |
Передача данных, 144 кбит/c |
Передача данных, 384 кбит/c |
Максимальная мощность передатчика на канал, дБмВт |
34,2 |
37,2 |
40 |
40 |
Gбс – коэффициент усиления антенны базовой станции;
Lфидер – потери обусловленные затуханием в фидере.
Pизбс12,2 = 34,2 + 18 – 2 = 50 дБмВт
Pизбс64 = 37,2 + 18 – 2 = 53 дБмВт
Pизбс144 = 40 + 18 – 2 = 56 дБмВт
Pизбс384 = 40 + 18 – 2 = 56 дБмВт
Допустимые потери на трассе:
Lmax = Pизбс - Pпр дБ,
Lmax12,2 = 50 + 111,3 = 161,3 дБ
Lmax64 = 53 + 110,2 = 163,2 дБ
Lmax144 = 56 + 106,5 = 162,5 дБ
Lmax384 = 56 + 102,4 = 158,4 дБ
В данном расчете не учитывались
затенения сигнала
Рассматриваемый участок сети находящейся в застройке, более того в рассматриваемом районе имеются жилые дома, внутри которых также требуется обеспечить покрытие.
Характерные значения величины
среднеквадратического
Таблица 4 - Значения величины
среднеквадратического
Тип местности |
N |
δoutdoor |
δindoor |
|
Сельская местность |
3,2 |
8 |
- |
Пригород |
3,5 |
8 |
4 |
Город |
3,5 |
7 |
5 |
Плотная городская застройка |
4 |
7 |
6 |
Из таблицы, принял δoutdoor дБ, δindoor дБ (среднеквадратические отклонение замираний в открытом пространстве и помещении соответственно, исходя из исходных данных):
Так как по исходным данным
тип местности плотная
На основе суммарного среднеквадратическое отклонения:
, дБ, (14)
δ = = 9,2
и степени потерь модели распространения N, определил потери в здании:
Lзд = δ + N
Lзд = 9,2 + 4 = 13,2
Таким образом, исходя из требования к вероятности нахождения в зоне обслуживания, заданного исходными данными, величина допустимых потерь на трассе будет равна:
L=Lmax - Lsf -Lзд, (15)
где Lmax - максимально допустимые потери на трассе,
Lзд - потери на проникновение в здание,
Lsf -значение запаса на медленные замирания взято из таблицы 5.
Таблица5 - Зависимость вероятности обслуживания в соте от значения запаса на медленные замирания.
Lsf запас на медленные замирания |
Вероятность обслуживания в соте |
5 |
0.88 |
6 |
0.899 |
7 |
0.915 |
8 |
0.929 |
9 |
0.942 |
10 |
0.953 |
Для передачи данных с установленной исходными данными скоростью получим значения допустимых потерь:
Восходящая линия:
L12,2 = 153,8 – 7 – 13,2 = 133 дБ
L64 = 152,2 – 7 – 13,2 = 132 дБ
L144 = 148,8 – 7 – 13,2 = 129 дБ
L384 = 144,5 – 7 – 13,2 = 124 дБ
Нисходящая линия:
L12,2 = 161,3 – 7 – 13,2= 141дБ
L64 = 163,2 – 7 – 13,2 = 143дБ
L144 = 162,5 – 7 – 13,2 = 142дБ
L384 = 158,4 – 7 – 13,2 = 138дБ
Для расчета зоны обслуживания или радиуса соты, берется меньшее из значений допустимых потерь в восходящей или нисходящей линии.
Для расчета покрытия, определяют требуемый уровень пилотного сигнала (CPICH), определяющий потери на трассе, таким образом, по уровню CPICH можно судить о доступности того или иного сервиса. Обычно, уровень пилотного сигнала составляет 75% от суммарной мощности передатчика БС (Pбсвых). Выходная мощность БС берется из исходных данных для
проектирования. Соответственно мощность пилотного сигнала равна:
PCPICH = 0,75 Pбс вых = 0,75 ·43 = 32 дБмВт
Мощность принимаемого пилотного сигнала для доступности услуги должна составлять:
PпрCPICH
= Pизбс - Lmax
+ (PCPICH - Pбс), (дБмВт),
где Pизбс – эффективно излучаемая мощность БС на кодовой канал,
Lmax – максимально допустимые потери на трассе,
Pбс- мощность передатчика БС на кодовый канал,
PCPICH- мощность пилотного сигнала БС.
С учетом потерь на проникновение в здания и величины запаса на медленные замирания:
PпрCPICH
= Pизбс – L + (PCPICH – Pбс),
(-дБмВт),
где L – допустимые потери на трассе.
Для восходящей
PпрCPICH12,2 = 50 – 133 + (32 – 34,2) = - 85 дБмВт.
PпрCPICH64 = 53 – 132 + (32 – 37,2) = - 84 дБмВт
PпрCPICH144 = 56 – 129 + (32 – 40) = - 81 дБмВт
PпрCPICH384 = 56 – 124 + (32 – 40) = - 76 дБмВт
Для нисходящей
PпрCPICH12,2 = 50 – 141 + (32– 34,2) = - 93 дБмВт.
PпрCPICH64 = 53 – 143 + (32– 37,2) = - 95 дБмВт
PпрCPICH144 = 56 – 142 + (32– 40) = - 94 дБмВт
PпрCPICH384 = 56 – 138 + (32– 40) = - 90 дБмВт
Результаты расчета сведены в таблицах 6 –.
Таблица 6 - Бюджет радиолиний 12,2 кбит/c
Скорость следования чипов, чип/c |
3840000 | |||
Скорость передачи восходящей линии бит/c |
12200 | |||
Скорость передачи нисходящей линии бит/c |
12200 | |||
Восходящая линия |
Нисходящая линия | |||
Приемная сторона |
Базовая станция |
Мобильная станция | ||
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц |
-174 |
-174 | ||
Коэффициент шума приемника, дБ |
3 |
8 | ||
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц |
-171 |
-166 | ||
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт |
-105,2 |
-100,2 | ||
Требуемое отношение Eb/No, дБ |
1,7 |
4,8 | ||
Выигрыш от мягкого хендовера( |
2,0 |
2,0 | ||
Выигрыш от обработки, дБ |
10,0 |
10,0 | ||
Запас на помехи, дБ |
3,0 |
3,0 | ||
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ |
-7,3 |
-4,2 | ||
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт |
-112,5 |
-104,4 | ||
Потери в фидере, дБ |
3,0 |
0,0 | ||
Потери в теле, дБ |
0,0 |
0,0 | ||
Коэффициент усиления антенны, дБ |
18,0 |
0,0 | ||
Запас на быстрые замирания, дБ |
3,0 |
3,0 | ||
Требуемая изотропная мощность, дБмВт |
-124,5 |
-101,4 | ||
Передающая сторона |
Мобильная станция |
Базовая станция | ||
Мощность передатчика, дБмВт |
21 |
40 | ||
Потери в кабеле, дБ |
0 |
3 | ||
Потери в теле, дБ |
0 |
0 | ||
Коэффициент усиления антенны, дБ |
0 |
18 | ||
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт |
21 |
55 | ||
Максимально допустимые потери на трассе, дБ |
145,5 |
156,4 | ||
Потери на проникновение в здание, дБ |
15 |
15 | ||
Запас на медленные замирания, дБ |
10 |
10 | ||
Допустимые потери на трассе, дБ |
120,5 |
128,4 | ||
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт |
-72,5 | |||
Таблица 7 - Бюджет радиолиний 64 кбит/c
Скорость следования чипов, чип/c |
3840000 | |
Скорость передачи восходящей линии бит/c |
384000 | |
Скорость передачи нисходящей линии бит/c |
384000 | |
Восходящая линия |
Нисходящая линия | |
Приемная сторона |
Базовая станция |
Мобильная станция |
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц |
-174 |
-174 |
Коэффициент шума приемника, дБ |
3 |
8 |
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц |
-171 |
-166 |
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт |
-105,2 |
-100,2 |
Требуемое отношение Eb/No, дБ |
1,7 |
4,8 |
Выигрыш от мягкого хендовера( |
2,0 |
2,0 |
Выигрыш от обработки, дБ |
10,0 |
10,0 |
Запас на помехи, дБ |
3,0 |
3,0 |
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ |
-7,3 |
-4,2 |
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт |
-112,5 |
-104,4 |
Потери в фидере, дБ |
3,0 |
0,0 |
Потери в теле, дБ |
0,0 |
0,0 |
Коэффициент усиления антенны, дБ |
18,0 |
0,0 |
Запас на быстрые замирания, дБ |
3,0 |
3,0 |
Требуемая изотропная мощность, дБмВт |
-124,5 |
-101,4 |
|
|
||
Передающая сторона |
Мобильная станция |
Базовая станция |
Мощность передатчика, дБмВт |
21 |
40 |
Потери в кабеле, дБ |
0 |
3 |
Потери в теле, дБ |
0 |
0 |
Коэффициент усиления антенны, дБ |
0 |
18 |
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт |
21 |
55 |
Максимально допустимые потери на трассе, дБ |
145,5 |
156,4 |
Потери на проникновение в здание, дБ |
15 |
15 |
Запас на медленные замирания, дБ |
10 |
10 |
Допустимые потери на трассе, дБ |
120,5 |
128,4 |
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт |
-72,5 | |
Таблица 8 - Бюджет радиолиний 144 кбит/c
Скорость следования чипов, чип/c |
3840000 | |
Скорость передачи восходящей линии бит/c |
384000 | |
Скорость передачи нисходящей линии бит/c |
384000 | |
Восходящая линия |
Нисходящая линия | |
Приемная сторона |
Базовая станция |
Мобильная станция |
Спектральная плотность шума, дБмВт/Гц |
-174 |
-174 |
Коэффициент шума приемника, дБ |
3 |
8 |
Спектральная плотность шума приемника, дБмВт/Гц |
-171 |
-166 |
Мощность собственных шумов приемника, дБмВт |
-105,2 |
-100,2 |
Требуемое отношение Eb/No, дБ |
1,7 |
4,8 |
Выигрыш от мягкого хендовера( |
2,0 |
2,0 |
Выигрыш от обработки, дБ |
10,0 |
10,0 |
Запас на помехи, дБ |
3,0 |
3,0 |
Требуемое отношение Eс/Io на входе приемника, дБ |
-7,3 |
-4,2 |
Минимально допустимая мощность на входе приемника, дБмВт |
-112,5 |
-104,4 |
Потери в фидере, дБ |
3,0 |
0,0 |
Потери в теле, дБ |
0,0 |
0,0 |
Коэффициент усиления антенны, дБ |
18,0 |
0,0 |
Запас на быстрые замирания, дБ |
3,0 |
3,0 |
Требуемая изотропная мощность, дБмВт |
-124,5 |
-101,4 |
|
|
||
Передающая сторона |
Мобильная станция |
Базовая станция |
Мощность передатчика, дБмВт |
21 |
40 |
Потери в кабеле, дБ |
0 |
3 |
Потери в теле, дБ |
0 |
0 |
Коэффициент усиления антенны, дБ |
0 |
18 |
Эффективно излучаемая мощность. дБмВт |
21 |
55 |
Максимально допустимые потери на трассе, дБ |
145,5 |
156,4 |
Потери на проникновение в здание, дБ |
15 |
15 |
Запас на медленные замирания, дБ |
10 |
10 |
Допустимые потери на трассе, дБ |
120,5 |
128,4 |
Требуемое значение мощности пилотного сигнала(CPICH) принимаемого МС, дБмВт |
-72,5 | |