Построение мобильной телекоммуникационной сети стандарта CDMA. 2

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Радиотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Построение мобильной телекоммуникационной сети стандарта CDMA»

по дисциплине: Радиосистемы и Сети Мобильной Связи 3-го Поколения

Специальность: 050719 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Выполнил               Кумашева  А.А.                                                 Группа МРТк 08-1

Номер зач. книжки: 083391

Руководитель доцент Артюхин В.В.

___________________________«___»__________________________2012 г

Алматы 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………...3

1Техническое задание…………………………………………………….4

2 Расчет основных параметров сети связи………………………………5

2.1 Прямое соединение…………………………………………………...5

2.2 Обратное соединение…………………………………………………9

2.3 Анализ емкости базовой станции…………………………………...10

2.4  Исследование радиуса соты…………………………………………12

Заключение……………………………………………………………….15

Список литературы………………………………………………………16

Введение

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

В курсовой работе проводится исследование функциональной зависимости параметров сети, расчет бюджета линии связи, который необходим для анализа трафик-каналов прямого и обратного соединений, пилот-канала, канала поискового вызова и канала синхронизации,  анализ емкости базовой станции.

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.

1 Техническое задание

Рассчитать мобильную телекоммуникационную сеть стандарта CDMA соответствующую следующим параметрам.

Таблица 1. Выбор варианта по порядковому номеру в журнале. Вариант 6.

Таблица 2. Выбор варианта по последней цифре номера зачетной книжки:

Вариант 1.

2 Расчет основных параметров сети связи

2.1      Прямое соединение

Эффективная мощность излучения трафик канала

                                                                                             (2.1)                                                  

Или

                                                         (2.2)

Где               - ЭМИ всех трафик каналов от передающей антенны базовой станции (дБм)

              - число трафик каналов поддерживаемое одной станцией

              - коэффициент активности речи

Мощность, приходящаяся на одного абонента (мобильную станцию МС)

                        (2.3) 

Где

              - мощность в трафик-канале на одного абонента

              - коэффициент усиления передающей антенны БС (дБ)

              - потери в фидере БС (дБ)

Полная мощность базовой станции

                                          (2.4)

              - полная мощность базовой станции

              - мощность канала синхронизации (дБм)

              - мощность пилот-канала (дБм)

              - мощность канала оповещения (дБм)

Усилитель мощности базовой станции

                                        (2.5)

Где

              - Полная мощность всех трафик-каналов, пилот-канала, поискового канала, и канала скинхронизации на выходе усилителя (дБм)

              - Полная излучаемая мощность базовой станции (дБм)

Полная мощность, принятая мобильной станцией

(2.6)

Где

- полная мощность принятая мобильной станцией (дБм)

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

- допуск на теневые потери (дБ)

- коэффициент усиления (на приеме) антенны МС (дБ)

- потери в кабеле МС (дБ)

Принятая мощность трафик-канала

            (2.7)    

Где               - принятая МС мощность трафик-канала от БС (дБм)

Принятая мощность пилот-канала

              (2.8) 

Где              - принятая МС мощность пилот-канала от БС (дБм)

Принятая мощность поискового канала

            (2.9)

Где              - принятая МС мощность поискового канала от БС (дБм)

Принятая мощность канала синхронизации

          Где              - принятая МС мощность канала синхронизации от БС (дБм)

Интерференция от других пользователей

     (2.10)

Где              - плотность интерференции, создаваемой другими абонентами, в трафик-канале (дБм/Гц)

- ширина канала (Гц)

Интерференция, создаваемая другими БС в трафик-канале

         (2.11)

Где

- плотность интерференции, создаваемой другими БС, в трафик-канале (дБм/Гц)

- коэффициент переиспользования частоты (0.65)

Плотность интерференции для трафик-канала

(2.12)

Где - плотность интерференции в канале трафика (дБм/Гц)

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

              (2.14)

Где - плотность интерференции от других абонентов в пилот-канале.

Интерференция, создаваемая другими БС в пилот-канале

           (2.15)

Где              - плотность интерференции, создаваемой другими БС, в пилот-канале (дБм/Гц)

Плотность интерференции для пилот-канала

  (2.16)

Гд              - плотность интерференции для пилот-канала (дБм/Гц)

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

                                    (2.17)

Где              - плотность интерференции от других абонентов в поисковом канале (дБм/Гц)

Интерференция, создаваемая другими БС в поисковом канале

       (2.18)

Где - плотность интерференции создаваемой другими БС в поисковом канале (дБм/Гц)

Плотность интерференции для поискового канала

(2.19)

Где              - плотность интерференции для поискового канала (дБм/Гц)

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

               (2.20)

Где              - плотность интерференции создаваемой другими абонентами в канале синхронизации (дБм/Гц)

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в канале синхронизации

          (2.21)

Где              - плотность интерференции создаваемой другими БС в канале синхронизации (дБм/Гц)

Плотность интерференции для канала синхронизации

(2.22)

Где              - плотность интерференции для канала синхронизации (дБм/Гц)

Тепловой шум

                                               (2.23)

Где

              - плотность теплового шума (дБм/Гц)

              - значение шума в приемнике МС (дБм/Гц)

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик-канале

                                         (2.24)

Где              - скорость пердачи данных в канале (бит/с)

Отношение сигнал/шум + интерференция в пилот-канале

                                           (2.25)

Отношение сигнал/шум + интерференция в поисковом канале

                                       (2.26)

Где              - скорость передачи данных в поисковом канале (бит/с)

Отношение сигнал/шум + интерференция в канале синхронизации

                                          (2.27)

Гд              - скорость передачи данных в канале синхронизации (бит/с)

2.2      Обратное соединение

Мощность усилителя мобильной станции

                                      (2.28)

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

                   (2.29)  

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

               (2.30)

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

              - коэффициент активности речи в канале (Ca=0.4 – 0.6);

              - число трафик-каналов имеющихся на одной БС

Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС

     (2.31)

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

Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС и данной БС

  (2.32)

Где              - Плотность интерференции, создаваемой другими абонентами других БС и данной БС (дБм/Гц)

Плотность теплового шума

(2.33)

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик-канале

                                            (2.34)

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

2.3 Анализ емкости базовой станции

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

                                                                         (2.35)

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, G=1.

С учетом секторизации

        (2.36)

2.4 Исследование радиуса соты

Максимальные потери при распределении

(2.37)

Воспользуемся типичными значениями обратного канала занимающего частоты  824 - 849МГц, таким образом, центральная частота =827 МГц и высотами антенн базовой станции =32м и мобильного терминала =1,2м, а так же процентом застройки равным 35%.

Сравним выражение с

                            .                                                  (2.38)         

Где - радиус соты в километрах.

Тогда

L1 = . и γ=35.86/10=3.586

Принимаемая мощность без потерь при распространении равной:

                                       (2.39)

Требуемая мощность принимаемого сигнала с учетом интерференции и без запаса по мощности равна

                                                         (2.40) 

L1 = 126.94 и γ=35.86/10=3.586

Выражение  радиуса соты как функции загрузки сети с параметрами Eb/N0, MdB, M, Mmax

   (2.41)

Таблица 3. Запас по мощности для различной надежности

Зависимость радиуса соты от М (количества активных пользователей) при принятых значениях Eb/N0 и запаса по мощности

            (2.42)

где идеальное максимальное количество пользователей с учетом запаса по мощности

                                       (2.43)

PG=128=21.1дБ

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

Рисунок 1 – График зависимости радиуса соты от загрузки соты при Lp=14.4

Анализируя график при Lp=14.4 (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.

Из графика можно определить уровень снижения радиуса соты в зависимости от значения емкости системы. При увеличение количества активных пользователей радиус соты уменьшается. При определенном значении емкости системы радиус соты начинает стремительно сокращаться. Из этого можно сделать вывод, что  количество активных пользователей на одну соту определяется требуемым соотношением  сигнал/шум.

Радиус соты превышает 8 км, но он резко падает с увеличении количества активных пользователей. Увеличение количества обслуживаемых абонентов приводит к пропорциональному росту необходимых радиоканалов. При дефиците частотного ресурса это тормозит дальнейшее развитие системы. Для улучшения обслуживания можно предложить увеличить коэффициент секторизации до G=3, в этом случае количество активных пользователей на соту увеличится до М=123.

Заключение

В курсовой работе был произведен расчет отношения сигнал/шум в трафик-каналах, пилот-канале, в поисковом канале и в канале синхронизации, было определено количество активных пользователей в одной соте, графически определена зависимость между радиусом соты и количеством активных абонентов.

Расчеты позволяют произвести анализ каналов прямого и обратного соединения.

Произведенные расчеты позволяют произвести анализ каналов прямого и обратного  соединения. При вычислении эффективного отношения сигнал/шум для пилот-канала, канала синхронизации и канала поискового вызова, была вычислена мощность принятого сигнала и принятой интерференции по каждому каналу. Для прямого канала в трафик-канале; -6,643 дБ в пилот-канале; 16,19 дБ в поисковом канале; 16,19 дБ в канале синхронизации; для обратного в трафик-канале.

В системе CDMA многолучевое распространение не ведет к ухудшению связи. Cигналы, пришедшие разными путями, выравниваются по фазе и складываются по амплитуде, что позволяет использовать практически всю мощность принимаемого сигнала. Складываются мощности не только разных лучей от одной ячейки базовой станции, но и от разных ячеек одной БС, а также от разных БС, что позволяет снизить мощность излучения БС и повысить емкость системы. Для прямого канала мощность базовой станции составила , при этом мобильной станцией была принята мощность , для обратного канала мощность принятая БС  составила .

Таким образом, исследование модели беспроводной сети CDMA-one 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.

Список литературы

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

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

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

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

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

2