Проектирование сети сотовой связи стандарта GSM-900

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Цифровые системы сотовой связи стандарта GSM-900

1.1 Основные характеристики стандарта GSM

Стандарт GSM (Global system for Mobile Communication) является европейским цифровым стандартом сотовой подвижной связи, разработанным под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи - ETSI.

Основные направления и принципы построения сети подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM 900 должны удовлетворять следующим требованиям:

- являться составной частью телефонной сети связи общего пользования Казахстана и создаваться с учетом обеспечения возможности её взаимодействия со стационарными сетями телефонной линии, документальной электросвязи и передачи данных ВВС Казахстан, а также с подвижными сетями подвижной радиотелефонной связи стандарта GSM других стран и с Глобальной сетью этого стандарта;

- обеспечивать установление входящих и исходящих соединений своих абонентов, как между собой, так и с абонентами стационарных телефонных сетей (местных, внутризоновых, междугородней и международной) при нахождении и перемещении абонентов сети GSM900 в пределах обслуживаемой этой сетью территории (включая национальный и международный роуминг) с предоставлением пользователям широкого спектра услуг связи, совместимых с услугами, обеспечиваемыми стационарными сетями (коммутируемая сеть общего пользования (ТфОП), сети передачи данных, цифровые сети с интеграцией обслуживания) через стандартизированной доступ к этим сетям;

- принципы построения и функциональные возможности GSM 900 должны соответствовать стандартам GSM/ETSI, а также рекомендациям МСЭ-Т, относящимся к организации соответствующих служб на сетях и взаимодействию сетей связи;

- обеспечивать предоставление пользователям услуг стандартного набора телекоммуникационных услуг (местная, междугородняя и международная телефонная связь, Электронная почта, вызов служб экстренной помощи, обмен короткими сообщениями, видеотекст, телетекст, факсимильная связь);

- обеспечивать предоставление дополнительных услуг (идентификация номера, обслуживание вызовов - переадресация входящего вызова, запреты входящих и исходящих вызовов, конференцсвязь, тарификация и другие услуги.

В стандарте GSM используется метод множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA). В структуре TDMA кадра содержаться 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.

Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверхточное кодирование с перемножением. Повышение эффективности кодирования и перемножения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH-Slow Frequency Hopping) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

В стандарте GSM используется гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK - Gausian Minimum Shift Keying). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX - Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора.

1.2 Структурная схема сотовой системы стандарта GSM

Функциональное построение, принятое в стандарте GSM, иллюстрируется упрощенной структурной схемой, представленной на рисунке 1. Система GSM состоит из трех основных подсистем:

- базовых станций (Base Station Subsysytem)

- коммутации SSS (Services Switching System)

- эксплуатации и технического обслуживания OMC (Operation and Maintenance Centre).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Упрощенная структурная схема сети GSM.

Подсистема базовых станций (BSS) состоит из двух частей: базовых премопередающих станций BTS (Base Transceiver Station) и контроллеров базовых станций BSC (Base Station Controller). Зона обслуживания разделяется на ячейки - соты, каждая из которых покрывается и контролируется одной BTS.

Базовая приемопередающая станция обеспечивает физический радиоинтерфейс между подвижными станциями MS (Mobile Station) и соответствующим контроллером (BSC).

Базовая станция включает в себя набор приемопередатчиков, цифровые процессоры, размещаемые в составе устройств базовой станции, коммутационные шины различного назначения. Оборудование BTS строиться по модульному принципу, что обеспечивает возможность наращивания радиочастотных блоков. Все необходимые высокочастотное оборудование, цифровые устройства и источники питания конструктивно являются автономными. В базовой станции предусматривается объединение высокочастотных блоков через комбайнер для работы на одну антенну.

В BTS используются направленные антенны с шириной диаграммы излучение в горизонтальной плоскости 120°. В состав оборудования BTS входят также диагностические устройства с индикатором состояния и режимов работы. Возможно подключение внешнего терминала для тестирования и настройки BTS.

Контроллер базовой станции (BSC), как правило, управляет несколькими базовыми станциями. Он контролирует соединения между базовыми станциями и центром коммутации подвижной связи и на основе данных полученных от BTS, принимает решение на осуществление процедуры эстафетной передачи обслуживания или, по-другому, хендовера (Handover).

BSC управляет распределением радиоканалов, контролирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает режим работы с перескоком частоты, адаптацию скорости передачи для речи, данных вызова, определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Подсистема коммутации (SSS)- включает следующее оборудование:

- центр коммутации подвижной связи MSC (Mobile Switching Centre);

- домашний регистр местоположения HLR (Home Location Register);

- визитный регистр место положения VLR (Visitor Location Register);

- регистр идентификации оборудования EIR (Equipment Identity Register);

- центр аутентификации AUC (Authentication Register).

Центр коммутации подвижной связи MSC выполняет функции коммутации, необходимые для подвижного абонента, находящегося в зоне MSC. MSC устанавливает соединение к подвижному абоненту и от него, а также оказывает соответствующие услуги по доставке информации, предоставлению связи и дополнительные услуги.

MSC устанавливает соединения:

- между радиосистемой сети GSM и ТфОП;

- между радиосистемой сети GSM и другими сетями подвижной радиосвязи (PLMN);

- внутри радиосистемы сети GSM -между подвижными абонентами;

Центр коммутации подвижной связи MSC обслуживает группу сот и обеспечивает все Сиду соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен коммутационной станции ISDN (цифровые сети с интеграцией служб) и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями и сетью подвижной связи. MSC обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами.

Подсистема эксплуатации и технического обслуживания (OMC) - центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети GSM по каналам пакетной передачи протокола Х.25. ОМС обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об аварийных ситуациях в других компонентах сетях. В зависимости от характера неисправности ОМС позволяет обеспечить её устранение автоматически или при активном вмешательстве персонала.

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют с общеканальной системой сигнализации ОКС№7.

Подвижная станция (MS - Mobile Station) состоит из оборудования, которое служит для организации взаимодействия абонентов сетей GSM и доступна к существующим фиксированным сетям электросвязи. В рамках стандарта GSM приняты 5 классов подвижных станций от модели 1-го класса с выходной мощностью 20Вт, устанавливаемой на транспортном средстве, до портативной модели 5--го класса максимальной мощностью 0,8 Вт.

1.3 Процесс проектирования сети

Проектирование - один из наиболее сложных и ответственных этапов развертывание сетей сотовой связи, поскольку он должен обеспечить возможно близкое к оптимальному построение сети по критерию эффективность - стоимость.

Формально задача проектирования проста: надо определить места установки базовой станции («расставить базовые станции») и распределить имеющиеся частотные каналы между ячейками (составить территориально частотный план в соответствии с принципом одновременного использования одних и тех же частот в геометрически разнесенных ячейках), таким образом чтобы обеспечить обслуживание сотовой связью заданной территории с требуемым качеством при минимальном числе базовых станций, т.е. при минимальной стоимости инфраструктуры сети. Фактически эта задача очень сложна. С одной стороны, чрезмерное сгущение сети, т.е. чрезмерно частая расстановка базовых станций невыгодна т.к влечет за собой неоправданные затраты. С другой стороны слишком редкое расположение базовых станций может привести к появлению необслуживаемых «белых пятен», что тем более не допустимо. Задача дополнительно осложняется трудностью аналитической оценки характеристик распространения сигналов и расчета напряженности поля, а также необходимости учета неравномерности трафика в пределах обслуживаемой территории. Поэтому проектирование систем сотовой связи требует специалистов высокой квалификации, имеющих опыт, как в части решения технических вопросов, так и в части характеристик рынка.

Поскольку конфигурация и параметры сети существенным образом зависят от условий местности (рельефа, характеристик застройки и т.п.) и в ходе разработки проекта приходится выполнять большой объем расчетов, требующих интенсивного использования вычислительных средств, проектирование начинается электронной карты местности со всеми параметрами и характеристиками, существенными для составления проекта. Затем с учетом характеристик намечаемой к использованию аппаратуры и результатов приближенной оценки энергетического баланса производится предварительное проектирование ячеек сети позиций базовых станций. Для полученной схемы с использованием имеющихся моделей распространения радиоволн и характеристик местности более точно рассчитываются параметры электромагнитного поля в пределах обслуживаемой территории, позволяющие оценить качество покрытия. Для этой же схемы составляется территориально-частотный план (распределение частотных каналов по ячейкам в соответствии с принципом повторного использования частот), а также оценивается трафик и емкость для характерных участков сети в целом. Если по каким-либо показателям (качество покрытия, трафик, емкость) составленная схема сети не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям, производится ей корректировка, и для уточненной схемы указанные выше расчеты повторяются. Таким образом, в значительной своей части процесс проектирования оказывается итерационным.

Кроме того, в проектируемой сети обязательно производятся экспериментальные измерения характеристик электромагнитного поля и по результатам измерений схема сети также корректируется. Необходимый объем экспериментальных измерений и частота их повторения определяется на основании опыта проектировщиков. Окончательно качество проекта выясняется и оценивается уже на этапе эксплуатации сети, где также неизбежны его корректировка и доработка, особенно в самом начале работы, когда производится настройка и оптимизация сети. Этот этап работы фактически оказывается наиболее трудоемким. Наконец, последующие доработки проекта требуются по мере развития и совершенствования сети, для повышения её качества, и в этом смысле можно сказать, что процесс проектирования сотовой сети, один раз начатый, уже никогда не заканчивается.

В данном дипломном проекте требуется расширение сети в малых не густо населенных районах страны. Кирпичный это - прилегающий к г. Актобе поселок в население которого по последним данным составляет примерно 10 тыс. чел. Однако не всё население будет пользоваться услугами связи данного оператора, так как часть из них уже абоненты другой сети остальная же часть не является активными пользователями сотовой связи. Сеть планируется поострить на определенную емкость с учетом дальнейшего развития емкости в данном регионе.

2. Проектирование сети и выбор оборудования

2.1 Краткое описание оператора ТОО «Мобайл Телеком Сервис»

Компания «Мобайл Телеком Сервис» с торговой маркой NEO является дочерней компанией АО «Казахтелеком».

Компания активно развивает следующие приоритетные направления:

- Строительство и дальнейшее развитие высокотехнологичной сети стандарта GSM;

- Высокое качество связи и сервиса;

- Внедрение инновационных услуг.

На момент открытия, которое состоялось 14 февраля 2007 года, компания покрывала сетью 30 городов Казахстана. Расширение сети ведется быстрыми темпами. К концу 2007 года компания планирует обеспечить достойным качеством связи 87 городов и населенных пунктов Казахстана. Несмотря на столь бурный рост, первостепенное внимание уделяется качеству предоставляемых услуг.

«Мобайл Телеком Сервис» впервые на казахстанском рынке сотовой связи предлагает услуги мобильной IP-телефонии, которая позволяет существенно экономить на международных звонках. Теперь можно воспользоваться услугами мобильной Интернет-телефонии посредством мобильного телефона в любой точке Казахстана, где есть покрытие сети NEO.

Компанию отличает то, сеть построена на основных принципах NGN, что означает раздельное существование коммутации голосового трафика от сопутствующей ему сигнализации. Для голоса центром коммутации становится Media Gateway (MGw), сигнальная информация коммутируется как раньше MSC, другими словами, SoftSwitch.

На данный момент NEO-telecom располагает сетью, состоящую из:

- 2 Центрами Мобильной Коммутации (MSC/VLR) в гг. Алматы и Астана;

- 2 Шлюзами Центра Коммутации (M-MGw) в гг. Алматы и Астана;

- 2 Базами данных абонентов (HLR) в гг. Алматы и Астана;

- 6 Контроллеров Базовых Станций (BCS) в гг. Алматы, Астана, Шымкент, Атырау, Караганда, Актюбинск;

- 1 Узел Управления GPRS (SGSN) в г. Алматы;

- 1 Шлюз Узла Управления GPRS (GGSN) в г. Алматы.

- 235 Базовых Станций (RBS), поддерживающих технологию скоростного доступа EDGE, в 30 городах Казахстана.

Основным поставщиком оборудования выступили компании Ericsson и Katrein:

- Платформа для коммутационных узлов (MSC/VLR, BSC) - многофункциональные стойки AXE-40;

- Шлюз MSC организован на платформе CPP;

- Платформой для узла SGSN является WPP;

- Платформой для шлюза узла GGSN выступает оборудование Juniper;

- Для базовых станций были подобраны стойки indoor-, outdoor-оборудования семейства RBS 2000;

- Антенно-фидерные системы секторных блоков осуществлены на базе оборудования фирмы Kathrein;

- Для организации радиорелейной связи между базовыми станциями используются также антенны фирмы Ericsson: Mini-link 15 GHz, 0,6 м, Mini-link 8 GHz, 1,2 м.

2.2 Основная задача проекта

Компания «МТС» как и все другие операторы в свое время переходит к следующей фазе построения своей сети. На этом этапе предполагается расширение сети - увеличение количества станций в городах для увеличения качества связи и покрытие поселков и мелких городов.

Основной задачей, стоящей перед данным проектом, является разработка сети в не густо населенном районе г. Актобе выгодной с технико-экономической стороны, и отвечающей всем нормам и качествам предоставления услуг радиосвязи в настоящее время.

Проектируемая сеть должна дать возможность населению района (п. Кирпичный) оценить выгодность данной услуги связи. То есть, абонент вне зависимости от своего местонахождения на территории района должен пользоваться услугами связи высокого качества.

Кроме того, помимо качественных характеристик связи проект должен быть легко организуем и как можно экономичен.

2.3 Выбор оборудования

Выбор оборудования не стал обычной случайностью. Компания «Ericsson» зарекомендовала себя на рынке как надежный поставщик оборудования для сотовых операторов. Кроме того, оборудование данной марки активно используется уже существующими операторами сотовой связи стандарта GSM 900 в Казахстане. Дополнительно компания производит техническую поддержку своего оборудования на всей протяженности её эксплуатации.

В нашем случае мы расширяем существующую сеть за счет увеличения количества базовых станций с целью внедрения сотовой связи в п. Кирпичный в г. Актобе. В данном регионе нет необходимости устанавливать контроллер базовой станции, так как количество станций не будет превышать 15шт. Все базовые станции планируется привязать к существующему контроллеру, который находиться в г. Актобе. Следовательно, из оборудования нам потребуются лишь базовые станции и РРЛ оборудования, для организации соединительных линий.

Приведем перечень оборудований требуемых для организации сети связи на территории Актюбинской обл. п. Кирпичный.

Базовая станция RBS 2206 является одной из последних разработок компании в линейке оборудования RBS2000. Одним из её преимуществ является то, что она поддерживает до 12 приемопередатчиков. Ещё одно преимущество - она оснащена технологией EDGE. Выходная мощность RBS2206 гораздо выше, чем у ряда оборудования из серии RBS2000 выпускавшихся ранее. Ещё одним дополнительным преимуществом является то, что данная станция приспособлена к работе в наших климатических условиях. В таблице 2.1 приведены технические характеристики RBS 2206.

Таблица 2.1 Технические характеристики RBS 2206.

Параметр	Значение
Мощность передатчика, дБм	44,5
Габаритные размеры, мм:
Длина	600
Ширина	400
Высота	1850
Вес, кг	230
Трансмиссия, Мбит/с	E1,T1
Питание, В	-48, -60
Потребляемая мощность, Вт	5780
Количество секторов	3
Конфигурация приемо-передатчиков	(2) (2) (2) (3) (3) (3) (4) (4) (4)

Далее произведем выбор антенн для данной базовой станции. Поставщиком данного оборудования является компания «Kathrein». Антенны данного производителя использую практически все операторы сотовой связи в Казахстане. Для обеспечения связью в городах и не густо заселенной местности используют антенны марки K739684. Данная антенна совместима с типом выбранной базовой станции, и для данного оборудования легко доступен фидер, производимый компанией «Ericsson». На рисунке 2.2 изображен вид антенны и в таблице 2.2 приведены характеристики.

а) б) в)

Рисунок 2.2 - Внешний вид антенны К739684 «Kathrein».

а) Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости

б) Диаграмма направленности в вертикальной плоскости

в) Внешний вид антенна

Таблица 2.2 - Характеристики антенны К739684 «Kathrein».

Параметр	Значение
Рабочий диапазон частот, МГц	880… 960
Поляризация	+45°, -45°
Ширина луча пол-ной мощности: гор. / верт. плоскости	65°/15°
Усиление, дБ	15
Диаграмма направленности	±60°
Волновое сопротивление, Ом	50
Рабочий диапазон температур, °С	-55…+60
Размеры, мм Длина/ Ширина /Высота	287/165/1562
Электрический наклон	0-14°
Вес, кг	14

Поскольку прокладка кабельных систем приведет к очень большим затратам, тяжелым монтажным работам в пересеченной местности и в последствии трудными эксплуатационными работами, целесообразно выбрать системы РРЛ в качестве альтернативы.

Для организации линий связи между базовыми станциями и контроллером будем использовать РРЛ оборудование «Ericsson» Mini-Link E Micro. Данное оборудование легко устанавливаемо и может передавать потоки 2х2 Мбит/сек. На рисунке изображен радиоюнит установленный на антенну радиуса 0.6м.

Рисунок 2.3 - Радиоюнит с антенной 0.6м.

Таблица 2.3 - Технические характеристики «Ericsson» Mini-Link E Micro.

Параметр	Значение
Рабочая частота, ГГц	23
Диаметр, м	0,6
Конфигурация	1+0

2.4 Программное обеспечение

TEMS CellPlanner - это мощное программное обеспечение для планирования сетей сотовой связи, разработанное компанией Эрикссон. Используемые в нем алгоритмы анализа воплощают в себе последние разработки в области проектирования систем и итоги полевых инженерных испытаний.

TEMS CellPlanner гарантирует, что полученные результаты расчетов - это точные и реалистичные данные, проверенные на практике.

С помощью TEMS CellPlanner можно эффективно планировать, оптимизировать и развертывать высокотехнологичные сети, реализуя все возможности выбранной технологии. Новые сервисы и технологии можно планировать еще до того, как они появятся на рынке.

Поддерживая оборудование различных вендоров и множество технологий и стандартов, TEMS CellPlanner имеет полный набор интерфейсов файлов конфигурации, обеспечивающих работу с инфраструктурой радиосети. Модульная платформа упрощает настройку в соответствии с требованиями пользователя и позволяет легко добавлять новые функции. сеть радиотелефонный проектирование сигнал

TEMS CellPlanner используется для:

- планирования и разработки сети сотовой связи;

- анализа покрытия и интерференции;

- планирования с использованием "реальных" данных об инфраструктуре сети и трафике;

- анализа лог-файлов TEMS и настройки моделей распространения;

- планирования списка соседей и определения параметров хэндоверов (эстафетная передача);

- анализа трафика и его распределения по различным технологиям;

- пересмотра планируемой емкости сети для передачи голоса и данных;

- расчета и анализа качества обслуживания (Quality of Service) с помощью показателей предполагаемого качества.

Система TEMS CellPlanner отвечает всем потребностям современных радиосетей. Отличительной особенностью этой системы является наличие открытых интерфейсов, новой и более гибкой архитектуры, а также поддержки всех основных технологий. Уникальные патентованные алгоритмы, использованные в программном обеспечении, гарантируют точность и быстродействие. Модульная платформа упрощает настройку, позволяет легко менять ее в соответствии с требованиями пользователя и добавлять новые функции.

3. Технический расчет

3.1 Технические данные для расчета параметров сети

Исходные данные на проектирование сети приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Исходные данные

Параметр	Значение
Местность	пригород
Площадь города, км2	5
Население, тыс.чел	297
Используемые стандарты	GSM
Количество станций GSM	2
Рабочая частота, МГц	900
Высота подвеса антенны БС над землей, м	30
Высота антенны мобильной станции, м	1,5
Скорость речи в W-CDMA, кбит/с	13,8

3.2 Вычисление уровня полезного сигнала на входе приемника MS

Полезный уровень сигнала на входе приемника - это минимальная мощность, необходимая для установления соединения.

, (3.1)

Где - уровень сигнала на входе приемника, дБ;

- чувствительность мобильного телефона, дБ;

- Релеевское замирание, дБ;

- запас на замирание от интерференции сигналов, дБ;

- потери в теле, дБ.

Полезный уровень сигнала на входе приемника зависит от среды распространения радиоволн.

Рекомендуемое значение для запаса на замирание от интерференции сигналов = 2 дБ. Тело человека создает некоторые потери при приеме радиосигнала. Поэтому рекомендуемое значение потерь в теле человека для GSM900 равно 5дБ. Чувствительность телефона зависит от его класса, при расчетах можно взять самый маломощный телефон с чувствительностью = -104дБ.

Подставив все эти значение в (3.1) получим:

Дополнительно к полезному уровню сигнала на входе MS вводятся дополнительные запасы, для предотвращения нормально-логарифмического замирания относящегося к дополнительным потерям. Полученный полезный уровень сигнала - это именно то значение, которое используется при проектировании и называется расчетный уровень().

Расчетный уровень вычисляется в зависимости от того какое покрытие планируется произвести ( в здании, в машине, в открытом пространстве),т.е где именно будет находиться MS мобильная станция. Как известно наибольшие потери возникают при проникновении сигнала сквозь сооружения. Данная задача ставиться осуществить покрытие сотовой связью в помещении. Следовательно, будем производить все расчеты для покрытия в помещении. (indoor-покрытие).

,дБ (3.2)

где - запас логарифмического-нормального замирания, который необходим для преодоления логарифмического-нормального замирания в открытом пространстве + замирания в помещении. Это значение зависит от его стандартных отклонений и зависит от среды, где планируется сеть. Основные значения представлены в таблице 3.1.

- значение потерь при проникновении сквозь здание, значения приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Основные значения стандартного отклонения лог-нормального замирания (в открытом пространстве) для различных сред проектирования сети.

Среда проектирования
Город (с большой плотностью населения)	18	14
Город (со средней плотностью населения)	18	12
Пригород	12	10

Подставляя данные в формулу (3.2) получаем:

3.3 Расчет максимально возможных потерь

Максимально возможные потери вычисляются по формуле:

, дБ (3.3)

где - эффективная изотропно-излучаемая мощность, дБ;

- расчетный уровень сигнала, дБ.

Эффективную изотропно-излучаемую мощность вычисляем по формуле:

, дБ (3.4)

где - мощность на выходе передатчика БС, дБм;

- коэффициент усиления передающей антенны, дБ;

- потери в фидере тракте, дБ.

, дБ

3.4 Расчет радиуса зоны покрытия

Для расчета радиуса ячейки в условиях распространения сигнала среди городских и пригородных застроек наиболее подходит модель Окумура-Хата.

Модель Окумура-Хата. Расчет потерь на трассе протяженностью до 10 км с равномерным ландшафтом осуществляется по следующей формуле:

,дБ (3.5)

где - высота подвеса антенн базовой станции, м;

- высота мобильной станции, м;

- расстояние до передатчика, км;

, (3.6)

Таким образом, максимально возможная дальность связи напрямую зависит от максимальных потерь на трассе распространения и вычисляется по формуле:

, (3.7)

И так, в результате проделанных вычислений известно, что радиус соты будет 1.9 км.

3.5 Вычисление количества базовых станций

В результате ранее проделанной работы было вычислено количество базовых станций. Дальнейшим шагом будет размещение их на карте. Т.е. будет проделано так называемое номинальное планирование. Эффективность размещения базовых станций учитывается, т.е. секторные антенны направляются в те населенные места с учетом всех препятствий (деревья, дома и т.д).

Одной немаловажной деталью является то, чтобы учитывалось размещение базовых станций с учетом рельефа местности. Так как, необходимо будет связать эти станции при помощи РРЛ линий связи.

Схема размещения станций сотовой связи стандарта GSM 900 показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема расположения базовых станций и направление секторных антенн сотовой связи.

Установку станций произведем при помощи программы приложения «TEMS Cell Planner». Данная программа, используя карту местности, наглядно показывает охват станции с учетом профиля местности.

3.6 Оценка требуемого числа каналов и вероятности потери вызова

Данная методика расчета основана на методе динамики моментов базирующегося на тех же исходных линейных дифференциальных уравнениях теории непрерывных марковских цепей, описывающих изменение вероятностей дискретных состояний в непрерывном времени, что и формула Эрланга [8]. Метод предусматривает агрегирование состояний однородных и независимых элементов системы на основании того, что среднее число Е, элементов, находящихся в 1-м состоянии, есть произведение общего числа элементов на вероятность р; пребывания в состоянии i.

Рисунок 3.2 - Состояние системы

В данном случае элементами системы являются абоненты, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний: в пассивном 1 и в состоянии занятия второго канала на время сеанса связи рисунок 3.2.

Если и - интенсивности перехода одного абонента между состояниями 1, 2, то уравнения динамики средних имеют вид:

, (3.8)

, (3.9)

Отсюда для установившегося режима:

, (3.10)

Т.о. среднее число занятых каналов равно:

, (3.11)

где -- приведенная интенсивность заявок:

,

Пусть случайная дискретная величина может принимать только два значения:

= 1, если j - й элемент, находившийся в состоянии i, (3.12)

0, в противном случае

Ряд распределения имеет для каждого] один и тот же вид:

При ;

При ;

Здесь - вероятность пребывания в состоянии i.

Поэтому дисперсия численности состояния i = 2 есть сумма N одинаковых значений дисперсии величины :

, (3.13)

, (3.14)

В соответствии с правилом трех сигм практически возможное максимальное значение числа занятых каналов составляет (естественно, в предположении о нормальном распределении числа занятых каналов). На этом основании требуемое число п каналов для обслуживания N абонентов, каждый из которых создает в ЧНН нагрузку р, выражается как:

, (3.15)

где К - коэффициент допустимости отказа, определяемый как значение аргумента (нормированного средним квадратическим отклонением) при подходящем значении функции нормального распределения.

Коэффициент К выбирается из условия допустимости отказа. При допустимости в среднем одного отказа на 70 вызовов К=2,2. При допустимости в среднем одного отказа на 100 вызовов К=2,31.

Определим число требуемых каналов n для 500 абонентов:

каналов

Для оценки точности формулы сравним результаты вычислений с результатами вычислений, вычисленных по первой формуле Эрланга. Такое сопоставление произведем для р = 0,05 (т. е. для нагрузки одного абонента 0,05 эрл), результаты показали, что различие между двумя методами расчета составляет 14 %.

Рассчитаем вероятность потери вызова.

Для определенных выше (по методу динамики средних) математического ожидания Е2 и дисперсии D2 и в соответствии с предположением о нормальном распределении случайной численности состояния вероятность отказа можно выразить через интеграл Лапласа:

, (3.16)

Т.е. вероятность превышения такой случайной величиной значения n, или превышения отклонения от среднего величины :

, (3.17)

Подстановка дает вероятность отказа :

, (3.18)

Ошибка составляет:

, (3.19)

где соответствует вероятности потерь по первой формуле Эрланга и определяется только ошибкой , а также ошибкой, связанной с предположением о нормальном распределении численности состояния.

Влияние ошибки на погрешность определения Ротк можно оценить из сопоставления с вычислениями по первой формуле Эрланга при К=2,2...2,31 (т.е. для Ротк=0,01...0,014), N20 и значениях , характерных для нагрузки, создаваемой в ЧНН средним абонентом. В частности, <0,03 для =(0,01...0,015) и погрешность определения из-за ошибки оценки n порядка 1...1,5% составляет менее 7% или по абсолютному значению <0,0004. Следовательно, существенной может быть только погрешность, вносимая допущением о нормальном законе распределения.

Оценка погрешности по сходимости распределений.

В соответствии с приведенным выше рядом распределения величины , распределение суммы N независимых случайных величин является биномиальным и поэтому верна следующая оценка:

, (3.20)

В правой части неравенства отсутствует параметр N, поэтому даже при N < 10 вероятность превышения числом величины для К=2,2...2,31 и =0,05...0,1 составляет не более 0,042...0,046. С ростом N биномиальное распределение быстро стремится к нормальному. Степень приближения нормальному распределению определяется близостью величины эксцесса нулевому значению.

Рисунок 3.3 - График изменения максимального значения эксцесса

На рисунке 3.3 показано (в логарифмических шкалах) изменение максимального значения эксцесса. График соответствует вероятности не менее 0,015 вызова от одного абонента в течение средней длительности разговора. При увеличении N от 10 до 1000 величина эксцесса приближается к нулевому значению эксцесса нормального распределения (уменьшается с шести до 0,06), т. е. "островершинность" симметричной кривой плотности биномиального распределения практически исчезает.

Таким образом, как формулу (3.19) для числа каналов, так и приближенную формулу (2.20) для вероятности потери вызова можно считать приемлемыми с точностью порядка 1 % (причем последнюю для практических случаев, когда рассматриваются тысячи и десятки тысяч абонентов).

3.7 Расчет параметров резервного электропитания основного электрооборудования

Предполагается использование кислотных аккумуляторов. Емкость аккумуляторных батарей зависит от тока нагрузки во время разряда, 1ав, А, в условиях отсутствия напряжения во внешней цепи переменного тока или отключённых буферных выпрямительных устройствах.

Номинальная емкость каждой группы аккумуляторной батареи из аккумуляторов типа С и СК, приведенная к режиму десятичасового разряда, может быть определена по формуле:

, (3.21)

где - расчетное время разряда батареи;

- коэффициент отбора емкости, зависящий от интенсивности

разряда аккумуляторов;

t - наинизшая температура электролита аккумуляторов, которую принимают равной наинизшей расчетной температуре аккумуляторного помещения.

Для вновь строящихся зданий, а также зданий старой постройки с центральным отоплением эта температура принимается равной +15° С, а для существующих зданий с печным отоплением +10° С.

Таким образом, коэффициент 1+0,008(1-25)=0,92 - 0,88. В практических расчетах часто усредняют этот коэффициент, принимая его равным 0,9. Тогда:

, (3.22)

Или

, (3.23)

Для определенных режимов разряда формула может быть еще упрощена. Принимаем трехчасовой разряд тогда:

, (3.24)

Для электропитания аварийного освещения по норме 2 Вт на 1 м , при напряжении 48 - 53,5 В потребуется ток:

, (3.25)

А

Таким образом от аккумуляторной батареи во время разряда потребуется ток:

, (3.26)

Емкость аккумуляторной батареи:

Ач

Ток резервного или зарядного выпрямительного устройства для свинцокислотных аккумуляторных батарей может быть определен из формулы:

, (3.27)

где - зарядный ток на один индексный номер батареи, А, для

батареи разряжающейся в трехчасовом режиме 2 А;

N - индексный номер принятых аккумуляторов;

- число групп аккумуляторной батареи.

Индексный номер определим по формуле:

, (3.28)

где - удельная емкость одного номенклатурного номера аккумуляторов, для свинцокислотных =36.

А

Мощность, потребляемая выпрямительными устройствами рабочего комплекта, рассчитывается по формуле:

(3.29)

где - буферное напряжение одного элемента, В;

n - число элементов в буферной аккумуляторной батарее.

В нашем случае =2,086 В. Тогда:

кВт

Мощность потребления запасным преобразователем, кВт:

, (3.30)

где - конечное зарядное напряжение одного аккумулятора, В;

кВт

После аварийное потребление от сети или от резервной ДЭС:

(3.31)

кВт

Размещено на Allbest.ru

...