Лабораторная работа №2. Технологии автоматизированного проектирования систем сотовой связи
Цель работы
Целями работы являются:
знакомство с технологией автоматизированного проектирования систем сотовой связи на базе пакета проектирования систем сотовой связи RPS-2;
исследование влияния параметров сети сотовой связи на размер соты.
Аппаратно-программные средства, трудоемкость
Компьютерный класс с установленным пакетом проектирования систем сотовой связи RPS-2 (RpsTUT и RPS-2 на рабочем столе). Трудоемкость работы – 8 часов.
Для сохранения результатов работы с целью домашней подготовки отчета в электронном виде студентам потребуется флэш-накопитель либо почтовый ящик.
Краткие теоретические сведения
Структура систем сотовой связи
Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией (БС). Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим, называемый иногда каналом вызова.
Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (РРЛС), рисунок 2.1.
Центр коммутации - это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, а так же переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с абонентом проводной телефонной сети и др.
|
|
|
Базовые станции (стандарт GSM) строятся как правило трехсекторными с целью более оптимального охвата обслуживаемой территории и увеличения количества радиоканалов соты. Размер соты зависит от многих факторов: рельефа местности, мощности базовой и мобильной станции, их чувствительности, высоты антенн, пр.
2.3.2
Технология проектирования сотовых сетей связи
Проектирование – один из наиболее сложных и ответственных этапов развертывания систем сотовой связи, поскольку он должен обеспечить наиболее близкое к оптимальному построение сети по критерию эффективность-стоимость.
При проектировании необходимо определить места установки БС и распределить имеющиеся частотные каналы между ячейками (составить территориально-частотный план в соответствии с принципом повторного использования частот) таким образом, чтобы обеспечить обслуживание сотовой связью заданной территории с требуемым качеством при минимальном числе БС, т.е. при минимальной стоимости инфраструктуры сети. Фактически эта задача очень сложна. С одной стороны чрезмерно частая расстановка БС невыгодна, так как влечет за собой неоправданные затраты. С другой стороны, слишком редкое расположение БС может привести к появлению необслуживаемых участков территории, что недопустимо. Задача дополнительно осложняется трудностью аналитической оценки характеристики распространения сигналов и расчета напряженности поля, а также необходимостью учета неравномерности трафика в пределах обслуживаемой территории.
|
|
|
Качество услуг сотовой связи во многом определяется характеристиками подсистемы БС. В процессе планирования сети БС решаются следующие задачи:
- обеспечения радиопокрытия территории, на которой должны предоставляться услуги связи;
- построение сети, емкости которой будет достаточно для обслуживания создаваемого абонентами трафика с допустимым уровнем перегрузок;
- оптимизация решения указанных выше задач (с использованием минимального числа сетевых подсистем и элементов) на протяжении всего цикла проектирования сети.
На протяжении всего жизненного цикла сети число ее абонентов, объем трафика и его распределение по обслуживаемой территории постоянно изменяются. Кроме того, существуют сезонные (периодические) изменения объема трафика и его территориального распределения. Конфигурация сети БС должна адаптироваться к происходящим изменениям, поэтому ее планирование – это непрерывный процесс.
|
|
|
В нем можно выделить несколько этапов (рисунок 2.2):
- планирования радиопокрытия;
- планирование емкости;
- частотное планирование;
- анализ работы и оптимизация сети.
На этапе планирования радиопокрытия определяется минимально необходимое число БС (сот), их оптимальное расположение на местности и радиотехнические параметры для обеспечения радиопокрытия заданной территории с требуемым уровнем мощности радиосигнала, принимаемым мобильным терминалом.
Для планирования радиопокрытия разработаны несколько автоматизированных пакетов. В частности:
- программа моделирования сети радиосвязи deciBell Planner;
- система планирования сотовой сети связи RPS.
 |
Программа deciBell Planner служит для анализа распространения радиосигнала и моделирования сети передающих станций на основе ГИС MapInfo. Программа выполняет вычисления в диапазоне от 3 MГц до 40 ГГц, поддерживаются условия работы трансляционной сети, сотовой сети, LMDS, WLL и др., позволяет настраивать характеристические свойства подстилающей поверхности, изменять тип передатчика, характеристики антенны (наклон, направление, мощность) и пр.
|
|
|
Система планирования сотовой сети связи RPS предназначена для планирования радиорелейных и сотовых сетей связи. RPS позволяет проводить частотное планирование и выполнять все необходимые расчеты для оценки качества связи и зон обслуживания радиосети на основе реальных данных о рельефе местности.
Система планирования сотовой сети связи RPS
Общие функции RPS:
- размещение базовых станций с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;
- размещение препятствий (не отраженных на цифровой карте) с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;
- редактирования карты местности путем задания дополнительных высот для отдельных типов местности (лес, городские кварталы и т.п.);
- задание и редактирование карты трафика на рассматриваемой территории;
- поддержка локальных баз данных оборудования: антенн, диаграмм направленности, приемопередатчиков;
- отображение профиля местности между двумя выбранными точками;
- определение и отображение точек прямой видимости в заданной окрестности базовой станции;
- расчет и отображение уровня принятого сигнала в заданной окрестности базовой станции;
- задание коэффициентов, корректирующих потери распространения, для отдельных типов местности;
- вывод результатов расчетов на печатающее устройство;
- преобразование электронных карт из форматов MAPINFO и PLANET во внутренний формат RPS;
Расчетные функции для сотовых сетей:
- расчет максимального уровня принятого сигнала от нескольких базовых станций;
- расчет зон обслуживания для нескольких базовых станций;
- оценка мощности передатчика абонента, необходимой для связи с базовой станцией;
- расчет отношения сигнал – помеха в указанной области;
- расчет зон перекрытия сигнала от базовых станций;
- оценка загруженности базовых станций;
- расчет максимального уровня принятого сигнала вдоль выбранного маршрута;
- статистический анализ и отображение результатов измерения принятого сигнала;
- сравнение результатов расчета уровня принятого сигнала вдоль выбранного маршрута с реальными измерениями.
Проект RPS включает в себя всю информацию, связанную с планированием радиосетей в некотором регионе (рабочей области), который определяется цифровой картой местности.
Результаты расчетов, требующих больших затрат времени, сохраняются на диске, информация о них хранится в проекте и используется для отображения результатов без проведения повторных расчетов.
Базы данных оборудования могут расширяться и редактироваться независимо от проекта и использоваться в нескольких проектах одновременно. Следует учитывать, что изменение параметров оборудования в базе данных скажется на результатах расчетов во всех проектах, ссылающихся на эту базу данных.
Порядок работы с RPS (прежде, чем начать работу с RPS, необходимо подготовить цифровую карту района и сформировать базы данных оборудования):
- задать общие параметры для нового проекта, имена рабочих каталогов и выбрать тип первой сети проекта.
- открыть новый проект. При этом создается описание первой «пустой» сети.
- установить параметры сети, выбрав радиостандарт или задав собственный набор сетевых параметров.
- настроить параметры, описывающие свойства различных типов местности: высоту, коэффициенты, корректирующие потери распространения, распределение трафика.
- Осуществить планирование сети связи. В ходе этой операции на цифровой карте размещаются базовые станции и выбираются их параметры. При необходимости в базы данных оборудования добавляются новые элементы.
- Выполнить необходимые расчеты и распечатать (или сохранить) результаты. В расчетах во внимание принимаются лишь объекты, определенные в данной сети.
Интерфейс RPS
В RPS используется иерархическая система меню. Для выбора действия или перехода к следующему уровню меню следует поместить указатель мыши над соответствующим пунктом меню и нажать левую кнопку мыши. Для возврата на предыдущий уровень меню следует нажать на клавишу “Esc”. Ниже приводится перечень пунктов главного меню.
Проект - операции с проектом (открыть, создать новый проект, сохранить, закрыть, настроить общие параметры проекта, настроить параметры печати, завершить работу RPS);
Сеть - создание новой сети в текущем проекте, переключение между сетями, редактирование общих параметров сети;
Редактировать - редактирование параметров объектов текущей сети;
Просмотр - выбор вида отображения карты местности, выбор масштаба карты, включение (выключение) отображения результатов расчетов;
Выполнить - выполнение расчетов;
Утилиты - настройка общих параметров отображения объектов;
Оборудование - доступ к базам данных оборудования;
Окна - стандартное меню Windows для управления дочерними окнами;
Помощь - вызов справочной подсистемы RPS.
Линейка инструментов располагается под главным меню и содержит пиктограммы для переключения режимов работы и выполнения часто используемых команд. Ниже приводится список пиктограмм и соответствующие им команды меню:
- создать новый проект;
- открыть существующий проект;
- сохранить проект;
- сохранить проект под новым именем;
- установить режим создания/редактирования параметров объектов;
- установить режим перемещения объектов;
- установить режим масштабирования карты;
- установить режим выбора прямоугольной области;
- установить режим выбора линии для построения профиля;
- установить режим выбора маршрута;
- вывод полной карты региона;
- сдвиг главного окна влево;
- сдвиг главного окна вправо;
- сдвиг главного окна вверх;
- сдвиг главного окна вниз;
- настройка параметров карты;
- настройка параметров объектов.
В RPS поддерживаются следующие базы данных оборудования:
- база данных антенн с диаграммами направленности (файл antenna.sdb);
- база данных приемопередатчиков (файл trxdata.sdb);
- база данных волноводов (файл wgdata.sdb).
Параметры оборудования, содержащегося в базах данных, используются для инициализации параметров станций. При создании новой станции пользователь указывает тип антенны, приемопередатчика и волновода. RPS выбирает параметры, указанных устройств, из базы данных и копирует их в набор параметров станции. Некоторые параметры могут быть уточнены (изме6нены) для конкретной станции.
Прежде чем начать работу с новым проектом необходимо подготовить цифровую карту региона, с которым будет связан проект. Необходимо подготовить также базы данных оборудования.
Операции с проектом сгруппированы в пункте «Проект» главного меню:
- открыть новый проект;
- открыть ранее сохраненный проект с восстановлением его параметров и положением размещенных объектов;
- сохранить проект;
- сохранить проект под новым именем;
- закрыть проект;
- выбор рабочих каталогов;
- выбор типа первой сети проекта;
- общие параметры проекта.
Для расчета характеристик сотовой сети в RPS реализованы следующие две группы функций:
Группа А:
- просмотр профиля местности между двумя точками;
- определение области прямой видимости;
- расчет принятого сигнала в окрестности базовой станции.
Группа В:
- расчет максимального уровня принятого сигнала от нескольких базовых станций в заданной области;
- расчет отношения сигнал-помеха в заданной области;
- расчет необходимой мощности передатчика абонента для связи с базовой станцией в заданной области;
- определение зон обслуживания для базовых станций;
- определение зон перекрытия сигнала от нескольких базовых станций;
- определение зон наличия (отсутствия) связи, как в прямом, так и в обратном направлении;
- определение загруженности базовых станций.
Расчеты группы A выполняются аналогично расчетам для радиорелейных сетей.
Расчеты группы B базируются на расчетах уровня принятого сигнала в окрестности базовых станций, которые должны быть выполнены заранее.
Порядок проведения расчетов группы B:
- расчет принятого сигнала в окрестности всех базовых станций;
- выбор области для расчета;
- выбор базовых станций;
- выбор вида расчета.
Результаты расчета для выбранной области сохраняются на жестком диске.
Для выбранной области можно оперативно изменять вид отображаемых данных, включать и выключать отображение результатов. Для выбранной области можно изменять состав базовых станций, принимаемых во внимание в расчетах. В этом случае необходимо выполнить повторный расчет.
Лабораторное задание
При выполнении лабораторного задания следует использовать следующие значения параметров (помимо параметров, установленных по умолчанию):
- шаг расчета – 300 м;
- мощность базовой станции – 20 дБм;
- диаграмма направленности антенны – круговая;
- высота антенны базовой станции – 30 м.
1. Получить у преподавателя пароли доступа к компьютеру.
2. Ознакомиться с возможностями пакета RPS-2 посредством обучающей программы RpsTUT. В отчете отразить основные функции пакета.
3. Апробировать в пакете RPS-2 следующие действия (при этом: понимать назначение функции, порядок ее выполнения, уметь интерпретировать результат выполнения функции):
3.1. изменение типа карты;
3.2. изменение масштаба карты;
3.3. задание стандарта сотовой связи;
3.4. определение параметров сети;
3.5. изменение параметров мобильной станции (параметры абонента);
3.6. размещение БС на карте;
3.7. определение параметров базовой станции (координаты, высота над уровнем моря, пр.);
3.8. изменение количества секторов;
3.9. задание параметров базовой станции;
3.10. изменение параметров антенны в базе оборудования (круговая диаграмма направленности, лучевая диаграмма направленности, пр.);
3.11. изменение параметров приемопередатчика в базе оборудования;
3.12. установка препятствия, изменение параметров препятствия;
3.13. расчет прямой видимости, окно расшифровки назначения цветов расчета;
3.14. расчет покрытия по модели распространения сигнала RPS, окно расшифровки назначения цветов расчета;
3.15. изменение градации уровней принимаемого сигнала;
3.16. создание региона (для проведения расчета для нескольких базовых станций);
3.17. расчет покрытия от нескольких базовых станций принимаемого сигнала (окно расшифровки назначения цветов расчета);
3.18. расчет наличия/отсутствия связи (окно расшифровки назначения цветов расчета);
3.19. расчет необходимой мощности абонента (окно расшифровки назначения цветов расчета);
3.20. изменение градации уровней необходимой мощности абонента;
3.21. расчет перекрытия сигналов базовых станций (окно расшифровки назначения цветов расчета);
3.22. расчет требуемого соотношения сигнал/шум сигналов (окно расшифровки назначения цветов расчета);
3.23. спрятать/показать результаты расчета покрытия;
3.24. определение профиля трассы, расшифровка цветового обозначения профиля (соответствующее окно);
4. Установить базовую станцию стандарта GSM (с параметрами по умолчанию, но мощностью 10 dB) и произвести следующие исследования (размер соты оценивать по расчету зоны наличия/отсутствия связи):
4.1. влияние параметров расчета на точность представления территории соты: расстояние расчета, шаг расчета;
4.2. влияние параметров расчета на точность представления территории соты: дифракция, отражение, пр.;
4.3. влияние параметров системы сотовой связи на размер территории соты: частоты сигнала;
4.4. влияние параметров системы сотовой связи на размер территории соты: мощности базовой станции, чувствительности мобильной станции;
4.5. влияние параметров системы сотовой связи на размер территории соты: чувствительности базовой станции, мощности мобильной станции;
4.6. влияние параметров системы сотовой связи на размер территории соты: усиление антенны, диаграмма направленности антенны (круговая, лучевая); наклон антенны (при лучевой форме вертикальной диаграммы направленности);
4.7. влияние параметров системы сотовой связи на размер территории соты: высота базовой станции, высота абонентской станции.
5. Внести результаты расчетов по п. 4 в отчет, по каждому подпункту сделать выводы.
6. Определить технологию проектирования сети сотовой связи (обобщенный порядок действий в пакете RPS-2). Внести в отчет последовательность действий при проектировании сети посредством пакета RPS-2.
7. Апробировать технологию проектирования на примере построения сотовой сети из 3-4 базовых станций в произвольной позиции карты. Полученные результаты расчета (карта покрытия) максимального уровня принятого сигнала от базовых станций представить в отчете.
Содержание отчета
Отчет оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в разделе «Порядок выполнения лабораторных работ цикла». Состав отчета:
результаты исследования по каждому подпункту п.4: карты расчетов для сравнения влияния параметра на точность либо на размер соты;
выводы по влиянию каждого параметра;
технология проектирования сети сотовой связи (обобщенный порядок действий в пакете RPS-2);
пример расчета для сети сотовой связи: результаты расчета уровня принятого сигнала.
Вопросы самоконтроля
1. Какие виды расчетов представляет пакет RPS-2?
2. Что характеризует расчет отношения сигнал/помеха?
3. Как определить географические координаты базовой станции, высоту над уровнем моря?
4. Как установить мощность передатчика базовой станции (в базе данных по оборудованию)?
5. Как спрятать/показать результаты расчетов по определенной базовой станции?
6. Как изменить диаграмму направленности антенны БС?
7. Каким образом проще/быстрее переместиться в удаленную часть карты?
8. Какой цвет зоны покрытия соответствует уровню мощности 18 дБм?
9. Какой цвет зоны покрытия соответствует уровню принимаемого сигнала -95 дБм?
10. Каким цветом обозначается перекрытие от 3 сот?
11. Каким цветом обозначается обратный канал (наличие этого канала связи)?
12. Каким цветом обозначается прямой канал связи (наличие этого канала связи)?
13. Какова чувствительность приемника абонентской станции?
14. Каким цветом на карте покрытия обозначается зона обслуживания в обоих направлениях?
15. Каково влияние шага расчета на точность представления территории соты?
16. Каково влияние дифракция, отражение на точность представления территории соты?
17. Каково влияние частоты сигнала системы сотовой связи на размер территории соты?
18. Каково влияние мощности базовой станции на размер территории соты? Какой из каналов (прямой или обратный) подвержен влиянию?
19. Каково влияние чувствительности мобильной станции на размер территории соты? Какой из каналов (прямой или обратный) подвержен влиянию?
20. Каково влияние чувствительности базовой станции на размер территории соты? Какой из каналов (прямой или обратный) подвержен влиянию?
21. Каково влияние мощности мобильной станции на размер территории соты, Какой из каналов (прямой или обратный) подвержен влиянию?
22. Каково влияние усиление антенны, ее диаграмм направленности (вертикальной, горизонтальной) на размер территории соты?
23. Каково влияние наклона вертикальной диаграммы направленности антенны (при лучевой форме) на размер территории соты?
24. Каково влияние высоты базовой станции, высота абонентской станции на размер территории соты?
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1353; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!