Анализ модели GSM канала по обеспечению требуемой зоны покрытия

На дальность радиосвязи влияют следующие факторы:

1. Местоположение BS и MS и рельеф местности.

2. Мощность и чувствительность MS.

3. Мощность и чувствительность BS.

4. Используемые на MS и BS антенны.

Обычно базовые станции имеют мощность 20 - 30 Вт. Антенны применяются либо штыревые, либо направленные. Чувствительность базовых станций составляет - 100 дБ - 115 дБ. Изменить или повлиять на все эти параметры пользователь, конечно, не может. Большинство операторов используют ограничение дальности работы мобильного телефона от базовой станции - 35 км (для GSM-900, для GSM-1800 - порядка 10), что обусловлено особенностями стандарта. Однако в GSM предусмотрена также нестандартная конфигурация соты, при которой дальность связи увеличивается на 70 - 100 км (конфигурация Extended Cell). К сожалению, при такой конфигурации количество разговорных каналов уменьшается до 2 - 3, что уменьшает емкость сети. Использовать такой режим в городе и около оператору не выгодно. Иногда этот режим используется на морском побережье для создания прибрежной зоны покрытия.

Железобетонные строения способны ослаблять сигналы, проходящие через них (при внутреннем покрытии), в 100-1000 раз (то есть на 20-30 дБ). К числу препятствий можно также отнести кузова автомобилей, кроны деревьев и т.д. Влияние могут оказать и атмосферные осадки.

При расчете зоны покрытия применяется модель Хата, так как она рекомендована Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи (МККР) и довольно проста в применении. Эта модель позволяет вычислить потери на радиотрассе для конкретной местности и параметров базовой станции.

Средний уровень потерь на радиотрассе, следуя эмпирической модели Хата, определяется согласно формуле:

(дБ) (2.2)

где, частота, (МГц); высота базовой станции, (м); расстояние между базовой станцией и абонентской станцией, (км); высота абонентской станции, (м);

Коэффициент, учитывающий высоту антенны абонентской станции ( для небольшого или среднего города, для большого города), определяется согласно:

(2.3)

где:

Коэффициент, учитывающий характер местности ( для сельской местности, для пригорода, для города), определяется согласно:

(2.4)

где:

Коэффициент, отражающий влияние плотности застройки, (%) - плотность застройки рассчитывается согласно:

(2.5)

Коэффициент, учитывающий сферичность Земли (вводится, если 0, 2R₀ < r ≤ 0, 8R₀, где R₀ - расстояние прямой видимости).

(2.6)

Пример расчета:

Необходимо рассчитать зону покрытия БС стандарта GSM-900 в большом городе с плотностью застройки 35%, исходя из требования обеспечения надлежащего качества сигнала. Частота МГц; Высота подъема базовой станции м; высота подъема абонентской станции м.

Согласно заданию, коэффициент учитывающий высоту антенны абонентской станции рассчитывается по формуле 2.3.

Расчет коэффициентов β _iи F_i:

Следовательно, подставив полученные коэффициенты в выражение 2.3 получим:

Дляусловий города города (),

Средний уровень потерь на радиотрассе согласно выражению 2.2 составит:

(дБ);

Проведя расчеты, получим средний уровень потерь на радиотрассе:

(дБ).

Теперь, исходя из выходной мощности передатчика P (дБ), запаса по замираниям S ( дБ) и требуемого уровня сигнала на входе приемника Q (дБ) (), запишем уравнение для нахождения R - максимального расстояния от БС, на котором достигается требуемое качество связи:

(2.7)

с учетом потерь в трассе получим:

(2.8)

Задавая соответствующие параметры P (дБ), S (дБ) (обычно берется равным 20 дБ), Q (дБ) (для МС берется - 110 дБ), можно вычислить расстояние уверенной связи R; на основании этих данных строится зона покрытия БС с точки зрения качества сигнала.

Рисунок 2.8 - Зависимость уровня сигнала от расстояния между

базовой станцией и абонентом

На рисунке выше показан характерный вид функции уровня сигнала в зависимости от расстояния между БС и абонентом. Пересечение этой функции с прямой Q дает значение максимального значения радиуса зоны обслуживания, при котором еще предоставляются услуги требуемого качество. Для стандарта GSM-900 R ~3-10 км (в отдельных случаях до 30 км).

Потому и приходится сужать зону покрытия и увеличивать количество БС, исходя из прогнозов абонентской нагрузки на соту. При расчете абонентской нагрузки и, следовательно, емкости соты часто пользуются моделью. Эрланга для систем с отказом.

В этом случае вероятность отказа в обслуживании (вероятность поступления вызова в момент занятости всех каналов) вычисляется как:

где, А=λ T - нагрузка, n - общее число каналов.

Рассчитаем нагрузку на БС, обслуживающую поселок на 50 коттеджей, оборудованных охранной системой, использующих Voice-канал передачи сообщений.

Рисунок 2.9 - Вероятность отказа в обслуживании от числа каналов

Нагрузка на БС складывается из системных звонков (раз в 5 минут продолжительность - 5 секунд, т.к первые 5 секунд бесплатны) и звонков, осуществляемых гражданскими абонентами.