Построение сетей CDMA

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Европейскими странами была собрана группа ученых (Group Special Mobile) с целью разработки нового стандарта цифровой связи. Результатом их работы было создание системы GSM (1990 г.), которая позже стала расшифровываться как Global System for Mobile communications. Это - TDMA-сеть. TDMA - Time Division Multiple Access (множественный доступ с временным разделением каналов) - протокол, в котором цифровой поток разбивается на пакеты и каждый пакет передается с постоянным периодом в определенном временном окне. В остальных временных окнах передаются сигналы других абонентов сети. Основное достоинство таких сетей - большая помехоустойчивость по сравнению с FDMA-системами, хотя такое сравнение не совсем уместно для систем с аналоговой и цифровой передачей. США также не отставали от Европы и в 1990 г. создали свой стандарт D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service). В Японии в 1991 г. появился схожий стандарт JDC (Japanese Digital Cellular).

С появлением цифровых систем связи американская фирма Qualcomm начала разработку принципиально нового стандарта с кодовым разделением каналов (CDMA - Code Division Multiple Access). В отечественных трудах этот метод называется также уплотнение каналов по форме или широкополосная передача с помощью ШПС. Широкополосной эта система называется потому, что полоса частот излучаемого антенной сигнала значительно выше той минимальной полосы частот, необходимой для классических методов модуляции. Например, сигнал с амплитудной модуляцией (АМ) занимает полосу в два раза большую, чем полоса модулирующего сигнала; полоса частот сигнала с одной боковой полосой (ОБП) равна полосе информационного сигнала. Т.е. с первого взгляда кажется нецелесообразным проектировать такого рода систему, где промодулированный сигнал, скажем, занимает полосу частот в 1000 раз больше, чем исходный модулирующий. Однако это предположение в корне ошибочно как минимум по трем причинам. Во-первых, широкополосные сигналы, образованные с помощью различных ШПС, могут иметь одну и ту же среднюю частоту, т.е. передаваться в одной и той же полосе. Например, если информационный сигнал занимает полосу частот 0…10 кГц, то F=10 кГц (в системах сотовой связи примерно это значение имеет место быть). При соответствующей модуляции ШПС этим сигналом полоса сигнала на выходе становится равной 1000П или 10000 кГц. Теоретически при подборе "хороших" ШПС количество таких сигналов, передаваемых в общей полосе частот, можно сравнять с количеством тех же АМ сигналов, которые без взаимных помех размещаются в той же полосе. Т.е. в нашем примере для АМ сигнала требуется полоса 2F=20 кГц и при самой "плотной" упаковке в полосе 10 МГц можно расположить 500 каналов.

Высокая устойчивость к воздействию как широкополосных, так и узкополосных помех, что весьма актуально в условиях напряженной электромагнитной обстановки в пределах большого города. Высокая энергетическая скрытность систем с ШПС и, как следствие, высокая конфиденциальность передаваемых данных. Суть сказанного состоит в том, что широкополосный сигнал не только трудно раскодировать - его трудно просто обнаружить, т.е. выявить сам факт работы абонентской станции.



1. Общие сведения по системам сотовой связи

1.1 Принципы построения цифровых систем сотовой связи стандартa CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) - система множественного доступа с кодовым разделением. Беспроводной абонентский доступ WLL (Wireless Local Loop), реализованный на базе новейшей цифровой технологии с кодовым разделением каналов CDMA. Для данного стандарта характерны отличное качество звука и низкий уровень фоновых шумов. Повышенная емкость системы, которая в 10 раз выше чем у AMPS и в 3-5 раз больше чем у GSM, определяется максимально возможным количеством активных пользователей системы на территории зоны ее обслуживания. CDMA улучшает качество связи в перенаселенных районах, и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи от отраженных сигналов. CDMA увеличивает емкость системы, "виртуально" отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы. Это становится возможным благодаря многократному использованию одного частотного канала во всех сотах. Повышению емкости системы способствует применение механизма контроля мощности и речевой активности, что уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы. В результате абоненты не страдают от блокировки вызовов в часы наибольшей нагрузки на сеть.

1.2 Особенности построения цифровой системы связи стандарта CDMA

Существенным отличием абонентских аппаратов CDMA является малая излучаемая мощность, которая составляет менее 10мВт, что на порядок меньше, чем в сетях DAMPS и GSM. Столь низкие требования к мощности позволяют использовать портативные аппараты с более длительным временем работы без подзарядки. CDMA использует более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечивая полную защиту и предотвращая несанкционированные подключения. CDMA использует уникальный код для каждого вызова, что позволяет надежно защитить частную информацию. Провайдеры могут использовать одну из трех систем множественного доступа, и разделить абонентов так, чтобы они не мешали.

Технология CDMA обеспечивает высокое качество сигнала при снижении излучаемой мощности и уровня шумов. В результате можно добиться минимальной средней выходной мощности, значение которой в сотни раз меньшее значений выходной мощности других, используемых в настоящее время стандартов. Это позволяет уменьшить воздействие на организм человека и увеличить продолжительность бесперебойной работы без подзарядки аккумулятора. Так, излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMA составляет менее 10 мВт, что на порядок ниже мощности, требуемой в системах с временным разделением каналов TDMA. Эффективное использование радиочастотного диапазона с возможностью многократного использования одних тех же частот в сети (высокая спектральная эффективность) увеличивает емкость CDMA в 10-20 раз по сравнению с аналоговыми системами и в 3-6 раз превышает плотность других цифровых систем. Это способствует применению механизма контроля мощности и речевой активности, что, в свою очередь, уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы, а также позволяет обойти проблему блокировки канала в связи с большой нагрузкой. Соответственно CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи, поэтому не требуется уделять повышенное внимание растягиванию задержки сигнала и усугублению эффекта Доплера. Кроме этого, проблема многолучевого распространения эффективно решается на уровне коррекции ошибок. Наконец, плавный переход между сотами (или секторами в пределах одной соты) позволяет осуществлять "мягкий" переход от одной соты к другой, в отличие от TDMA, где такой переход происходит скачкообразно, что приводит к "жесткому", но очень короткому временному разрыву соединения.

1.3 Технические характеристики и компоненты цифровой системы связи стандарта CDMA

Таблица№ 1.3.1

Основные характеристики стандарта

Диапазон частот передачи MS	824,040-848,860 МГц
Диапазон частот передачи BTS	869,040-893,970 МГц
Относительная нестабильность несущей частоты BTS	± 5*10-8
Относительная нестабильность несущей частоты MS	± 2,5*10-6
Вид модуляции несущей частоты	QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Ширина спектра излучаемого cигнала: - по уровню минус 3 дБ - по уровню минус 40 дБ	1,25 МГц 1,50 МГц
Тактовая частота ПСП М-функции	1,2288 МГц
Количество каналов BTS на 1 несущей частоте	§ 1 пилот-канал § 1 канал синхронизации § 7 каналов персонального вызова § 55 каналов связи
Количество каналов MS	§ 1 канал доступа § 1 канал связи
Скорость передачи данных: - в канале синхронизации - в канале перс. вызова и доступа - в каналах связи	1200 бит/с 9600, 4800 бит/с 9600, 4800, 2400, 1200 бит/с
Кодирование в каналах передачи BTS	Сверточный код R=1/2, К=9
Кодирование в каналах передачи MS	Сверточный код R=1/3, K=9
Требуемое для приема отношение энергии бита информации	6-7 дБ
Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS	50 Вт
Максимально эффективная излучаемая мощность MS	6,3-10 Вт

Высокая пропускная способность.

Полевые испытания, проводившиеся в различных условиях, подтвердили, что при высокой нагрузке пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем. Наконец, при использовании существующих вокодеров, которые работают на половиной скорости передачи, пропускная способность увеличивается еще в 1,7 раза. Дополнительная секторизация (свыше 3) также увеличивает пропускную способность.

Высококачественная связь.

Вокодер, работающий на переменной скорости передачи, обеспечивает преобразование речевых сигналов в цифровую форму и высококачественное воспроизведение речи. Фоновые сигналы заглушаются даже при большой нагрузке. Метод мягкой передачи абонента (переключения абонента с одного радиоканала на другой), применяемой в системах CDMA, обеспечивает почти прозрачную передачу вызовов между сотами. Такой надежный метод передачи практически исключает потерю вызовов и снижает нагрузку на коммутационное оборудование.

Возможность дальнейшей эволюции системы.

В существующей системе предусмотрены поисковые службы и цифровая передача данных. Существующая структуру управления обеспечивает протоколы факсимильной связи. Могут быть предусмотрены и более высокие скорости передачи. Портативные абонентские станции, основанные только на методе CDMA и совместимые с сотовыми системами и УАТС, могут отвечать перспективным требованиям.

Возможность введения новых функций.

При желании с одного и того же аппарата можно получить выход к беспроводной УАТС, домашнему беспроводному телефону, общественным беспроводным цифровым телефонным аппаратам, к сети персональный связи и к сотовым сетям. Обеспечиваются интерфейсы с УАТС, сетью ISDN и коммутируемой телефонной сетью общего пользования. Цифровые сигналы управления позволяют организовать целый ряд служб передачи данных, которые можно добавлять по мере того, как компания-оператор будет вводить новый услуги. Вокодер с переменной скоростью передачи и предусмотренная возможность передачи данных позволяют вводить различные уровни обслуживания. Предусмотренные в системе измерения уровня сигнала и его задержки позволяют определять положение подвижной станции.

Секретность связи.Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата - все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи.

Простота перехода (и совместимость с аналоговыми системами) CDMA позволяет почти утроить существующую в аналоговых сетях пропускную способность и обеспечивает более высокое качество обслуживания. Пропускная способность и радиопокрытие позволяют вводить CDMA при значительно меньшем числе сот, чем на существующих сетях. Зона радиоохвата антенны и секторизация не зависят от соты и не так тесно связаны, как в узкополосных система. Последующее расширение может быть поэтапным и может быть местным (чтобы быстро обеспечить радиопокрытие в каком-то одном месте) или глобальным.

Цена и наличие оборудования.Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования показывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам. Более высокая пропускная способность позволяет организовать связь при значительно меньшем числе сот, чем в аналоговых системах и системах с TDMA, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. Проверенная технология заказных интегральных схем позволила свести технологию сложных схем CDMA к очень простым решениям.

Компоненты цифровой системы связи стандарта CDMA.

1.4 Основные вопросы, требующие решения при планировании сети сотовой связи

Проблемы, на которые следует обратить внимание, хорошо знакомы абсолютному большинству операторов, однако пути решения этих задач мы ищем в одиночку и находит зачастую не самые лучшие и дешевые. Эти проблемы не дают возможности оператору в полной мере использовать CDMA для решения технологических и экономических задач. Такие задачи можно решить только коллективно, при этом все участники должны осознавать, что от объединения не только можно и нужно получать выгоду, но и придется жертвовать частью своих интересов.

Работы по оформлению документов в государственных организациях.

Работы по проектированию, монтажу и наладке радиотелефонных систем показали, что оформительские работы в государственных органах РФ занимают в 5-6 раз больше времени, чем поставка, монтаж и наладка вместе взятые.

Частотный ресурс.

Сегодня эта проблема особенно насущна и не только потому, что российское распределение частот сильно отличается от мировых принципов. Сегодня CDMA работает в спектре 800 МГц, занимает полосу частот 1.23 МГц. Наука говорит, что смена поколений оборудования и переход к широкополосным и скоростным технологиям 3-го поколения потребует расширения спектра в 10-15 раз. Оператор уже сегодня должен знать, что в какие сроки ему необходимо сделать, чтобы ему необходимо сделать, чтобы его бизнес не перехватили другие.

GPS - необходимый инструмент функционирования системы.

Наладка, синхронизация и поддержание сети CDMA в оптимальном состоянии выполняется по стандартной схеме с помощью спутниковых систем типа GPS. Весь мир пользуется только этими системами. Однако о сложностях применения их в России операторы узнают постфактум, когда оборудование уже приобретено. При переходе к 3-му поколению добавляются новые проблемы, когда место в пространстве, скорости и направления движения терминала будут фиксироваться до метра

Государство и проблемы.

Решение ряда проблем невозможно без участия Госкомитета по телекоммуникациям и других государственных органов. Необходимо решать ряд прямых запретов и проблем, которые наносят экономический ущерб операторам и государству, не дают потребителю использовать все возможности систем CDMA.

Разрешение хотя бы ограниченной мобильности и внутриобластной меж контроллерной связи при двух и более контроллерах в значительной мере повысит привлекательность системы.



2. Расчетная часть. Планирование сети сотовой связи стандарта CDMA

2.1 Оптимальный выбор частотных каналов, расчет числа сот в сети и максимального удаления в соте абонентской станции (АС) от базовой станции (БС)

Таблица№ 2.1.(а)

Число частотных каналов	1	2	3	4	5
Число каналов трафика	20	40	60	80	100

- для сетей CDMA на одной частоте передается до 25 каналов трафика. Для выполнения расчетов определение числа каналов трафика будем осуществлять из расчета, что на одной частоте передается 20 каналов трафика.

Выбрав число каналов, определяем допустимый трафик в соте на основе статистики абонентов по формуле Эрланга. Трафик характеризуют объемом передаваемой информации. При передаче данных трафик определяют скоростью передачи, бит/с, и временем передачи, т.е. числом переданной информации в битах. В телефонии единицей измерения трафика является эрланг (Эрл.).

1 Эрл. - это занятость одного телефонного (ТФ) канала в течение часа.

Расчет допустимого трафика и максимального числа обслуживаемых абонентов при заданном числе каналов является статистической задачей. Формула Эрланга связывает число каналов трафика в соте Мсот, допустимый трафик в соте Асот в эрлангах и вероятность отказа абоненту в предоставлении канала в час наибольшей нагрузки р(отк):

(Ф.1)

Формулы Эрланга табулированы. Таблицы Эрланга приведены в прил.№7.

В сотовых сетях принято р(отк)= 0,02.

При расчете в соответствии с числом каналов в соте по таблицам Эрланга находим допустимый трафик в соте Асот. Далее, задаваясь средним трафиком одного абонента в ЧНН (час наибольшей нагрузки) А1= 0,015-0,025 Эрл, определяем допустимое число абонентов в соте по формуле:

(Ф.2)

Так как это расчет в нулевом приближении примем значение А1 для выполнения вычислений равным 0,02 Эрл.

Зная Мсот определяем число сот в среднем городе по формуле:

(Ф.3)

Зная значение q(сот) находим площадь соты по формуле:

( Ф.4)

Радиус соты (ячейки обслуживания) в виде правильного шестиугольника находим по формуле:

(Ф.5)

При этом необходимо иметь ввиду, что R - это максимальное удаление мобильной станции от базовой станции в соте.

Для упрощения восприятия исходных и расчетных данных, сведем их в таблицу.

Что упростит рассмотрение варианта согласно исходным данным (прил.№4).

В таблицу записываем исходные данные и расчетные значения.

Сводная таблица исходных и расчетных данных.

Таблица 2.1(б)

Параметр	Ед. изм.	Значение
Част. Кан.	шт.	1	2	3
Кан. Траф.	шт.	20	40	60
р(отк)	%	2	2	2
А1	Эрл.	0,02	0,02	0,02
Асот (по табл.)	Эрл.	13,18	31	49,64
М сет (дано) (см. прил. №4)	кол.абон.	30 000	30 000	30 000
Мсот (по Ф.2)	кол.абон.	659	1550	2482
q(сот) (по Ф.3)		46	19	12
Sсет (дано) (см. прил. №4)	кмІ	70	70	70
Sсот (по Ф.4)	кмІ	1,54	3,62	5,79
Rсот (по Ф.5)	км	1,54	2,36	2,98
Rmin среднее	км CDMA	0,75	0,75	0,75
Rсот-Rmin	км CDMA	0,79	1,61	2,23

По результатам выполненных расчетов заполняем Таблицу 2.1(в) с результатами расчета первого этапа.

Результаты расчета первого этапа заносим в итоговую таблицу:

Таблица 2.1(в)

Число частот в соте	1	2	3
Кластер 3/9	3	6	9
Кластер 4/12	4	8	12
Число абонентов в соте М(сот)	659	1550	2482
Число сот в сети q(сот)	46	19	12
Площадь соты S(сот), км2	1,54	3,62	5,79
Радиус соты R, км.	1,54	2,36	2,98

Вывод: на основе анализа данных Таблиц 2.1(б) и 2.1(в) выбираем оптимальный вариант сети, который бы минимизировал общее число частотных каналов при допустимых размерах сот. В нашем случае наиболее приемлемый вариант для сети CDMA использование 2х частотных каналов, но допустимо использование и одного частотного канала.

Для дальнейших расчетов принимаем вариант с использованием 2х частотных каналов, т.е. Rсот=2,36км, количество сот в сети q(сот)= 19.

2.2 Расчет потерь мощности на трассе прохождения сигнала и определение мощности передатчиков

цифровой сотовый связь сигнал

На этапе определение баланса мощностей следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса R для сети, выбранной по результатам этапа 2.1

Уравнения баланса мощностей составляется на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе согласно Рис. 2.2. (а)

Расчеты трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилителей. При этом мощности на выходе передатчика и на входе приемника выражают в децибелах на милливатт (дБм) согласно формуле:

(Ф. 6)

Рис. 2.2 (а) Трасса прохождения сигнала: G-усиление; L-потери; Lp-потери на трассе;A-антенна; D-разнесение; F-фидер; C-комбайнер; Tx-передатчик; Rx-приёмник;Pin-входная мощность; Pout-выходная мощность; TMA(Tower Mounted Amplifler)-малощумящий усилитель на входе приемника

Некоторые полезные соотношения между Р, дБм, и Р, мВт.

в таблице 2.2.1

Таблица 2.2.1

Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС):

(Ф.7)

Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС => АС):

(Ф.8)

В формулах (7) и (8) все коэффициенты усиления и ослабления выражены в децибелах, а мощности - в децибелах на милливатт.

PinБС и PinAC - мощности на входе приемников БС и АС.

PoutБС и PoutAC - мощности на выходе передатчиков БС и АС.

GaБС и GaАС - коэффициенты усиления антенн БС и АС.

Lf БС и Lf АС - потери в фидерах БС и АС.

Lc - потери в комбайнере.

Lp - потери на трассе.

GdБС- выигрыш за счет разнесенного приема сигналов на БС (3-4 дБ).

В абонентских станциях CDMA максимальная выходная мощность передатчиков PoutAC= 1 Вт.

Минимальная чувствительность приемников Pin AC = -104 дБм во всех диапазонах.

Чувствительность приемников базовых станций при наличии дополнительного малошумящего усилителя ТМА (см. рис. 2.2(а)) на входе приемного тракта PinБС= -111 дБм, а без него -106 дБм.

Что касается мощностей передатчиков БС, то их стандартные значения у разных производителей лежат в пределах от 28 до 50 Вт (хотя есть и маломощные станции мощностью 2 Вт).

При проверке баланса мощностей вверх [уравнение (Ф.7)] принимаем:

- Lf АС = 0;

- GaАС= 0;

- GaБС= 17 дБ;

- LfБС= 2 дБ,

- GdBTS= 3 дБ (используем разнесенный прием).

При проверке баланса мощностей вниз [уравнение (Ф.8)]принимаем:

- Lf БС = 2 дБ;

- GaБС= 17 дБ;

- LC= 0, если в соте 1 или 2 частоты;

- LC= 3 дБ, если в соте 3-4 частоты;

- LfАС= 0;

-GaAC= 0.

При этом найденные нами величины PinACи PinБС должны превышать чувствительность приемников:

- мобильной станции - 104 дБв;

- базовой станции - 111 дБм.

Если они окажутся меньше, то пробуем увеличить высоту подвеса антенны БС или уменьшаем радиус соты.

На данном этапе расчетов нам не известна величина Lp - потери на трассе.

Поэтому для проверки баланса мощностей нам необходимо рассчитать потери мощности на трассе прохождения сигнала.

Потери на трассе определяем по модели Окумура - Хата. Они зависят от расстояния R, рабочей частоты F, высоты подвеса антенн базовой станции НБСи абонентской станции НАС. Данный метод основан на аналитической аппроксимации результатов практических измерений. Набор эмпирических формул и поправочных коэффициентов, полученный в результате такой аппроксимации, позволяет рассчитать средние потери для различных типов местности.

В диапазоне = 824-894 МГц следует использовать рекомендации

[Rec. ITU-RР. 529-2].

Условия применимости модели: F = 824-894 МГц;

НБС= 30-200 м;НАС = 1-10 м.

Где:

-Н(БС)- эффективная высота подъема антенны базовой станции, м;

- Н(АС)- высота антенны подвижной станции над землей, м;

- R - расстояниемежду передатчиком и приемником, км;

- F- частота сигнала, МГц.

Здесь aH(АС)- корректировочный фактор:

в пригородной зоне:

(Ф.9)

Так как конкретные частотные каналы нам неизвестны, то при расчетах сетей следует ориентироваться на средние частоты диапазонов, которые приведены в таблице 2.2.2

Примеры средних частот диапазонов сетей сотовой связи

Стандарта CDMA.

таблица 2.2.2

Стандарт	направление	от (МГц)	до (МГц)	среднее(МГц)
CDMA	вверх	824	849	836
	вниз	869	894	882

С учетом необходимого запаса мощности сигнала для его уверенного приема на 90% площади с вероятностью 75%

ДРу = 0,68 у,

где у = 8 дБ - среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуации в точке приема.

ДРу = 0,68 · 8 = 5,6 дБм,

Кроме того, учтем дополнительные потери в здании L(ДОП) = 12 дБ.

Итак, суммарные потери на трассе составят Lp=Lпр+ ДРу+ L(ДОП).

Сведем варианты расчетов Lпр и Lp для различных значений средней частоты диапазона и высоты установки антенны базовой станции (Нбс) в таблицу 2.2.3

таблица 2.2.3

F (таб.2.2.2)	H(bts)	H(ас)	R (таб.2.1(в))	Lпр (Ф.9)	Lр
836	30	1,5	2,36	140,9464	158,55
836	40	1,5	2,36	138,9146	156,51
836	50	1,5	2,36	137,3386	154,94
836	60	1,5	2,36	136,0509	153,65
882	30	1,5	2,36	141,7315	159,33
882	40	1,5	2,36	139,6997	157,30
882	50	1,5	2,36	138,1237	155,72
882	60	1,5	2,36	136,8360	154,44

Получив таким образом значения суммарных потерь мощности в искомом диапазоне Lp для заданных условий местности можем провести расчет баланса мощностей вверх и вниз в соте радиуса R для сети, выбранной по результатам этапа расчетов 2.1.

Проверка баланса мощностей направлении вверх (АС => БС):

(Ф.7)

При проверке баланса мощностей вверх (Ф.7) принимаем:

Lf АС = 0; GaАС= 0; GaБС= 17 дБ; LfБС= 2 дБ, GdBTS= 3 дБ (используем разнесенный прием).

Мощность передатчика мобильной станции PoutAC= 1 Вт.

При этом найденные нами величины PinБС должны превышать чувствительность приемника базовой станции - 111 дБм.

Сведем варианты расчетов P(in БС) для различных высот установки антенны базовой станции (Нбс) в Таблицу 2.2.4

Таблица 2.2.4

Проверка баланса мощностей направлении вниз (БС => АС):

(Ф.8)

При проверке баланса мощностей вниз (Ф.8) принимаем:

- Lf БС = 2 дБ;

- GaБС= 17 дБ;

- LC= 0

- LfАС= 0;

- GaAC= 0.

Мощность передатчика базовой станции PoutБС= 28 Вт.

При этом найденные нами величины PinАС должны превышать чувствительность приемника базовой станции - 104 дБм.

Сведем варианты расчетов P(in БС) для различных высот установки антенны базовой станции (Нбс) в Таблицу 2.2.5



Таблица 2.2.5

Вывод: на основе анализа полученных результатов (таблиц 2.2.4 и 2.2.5) делаем вывод о допустимости размещения антенн базовой станции на высоте 60 метров при заявленной мощности передатчика БС равной 28 Вт. и максимальном удалении АС в 2,36 км.

2.3 Расчет резервного электропитания базовой станции

В сетях сотовой связи наибольшее распространение получили источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока. Бесперебойное питания объекта подразумевает возможность его переключения при не-поладках в электросети на альтернативный источник энергии.

Аккумуляторные батареи функционируют в двух основных режимах: разряда и заряда. Установленные в ИБП переменного тока батареи находятся в одном из трех состояний - дежурном, аварийном и поставарийном. Поскольку аварии в сети происходят все-таки не столь часто, большую часть срока эксплуатации батарея функционирует в дежурном, или буферном, режиме постоянного подзаряда.

Аварийные режимы (питание нагрузки от батареи) в телекоммуникациях занимают сравнительно небольшое время.

Поставарийный - это автоматический режим заряда разряженной батареи.

Выбор батареи для любого телекоммуникационного объекта во многом зависит от качества сети: одни батареи лучше работают в буферном режиме, другие рассчитаны на циклическое применение.

Вторичные элементы электропитания.

1) Вторичные элементы электропитания - бывают:

а) Щелочные аккумуляторные батареи.

б) Гелевые аккумуляторные батареи.

в) Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.

Рассматривать характеристики всех выше перечисленных ИБП мы не будем, а рассмотрим только свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, которые будем использовать непосредственно в расчетах резервного электропитания базовой станции в данной курсовой работе.

И так основные области применения свинцово-кислотных аккумуляторных батарей:

- непрерывное электропитание;

- телекоммуникация;

- пожарное освещение;

- пожарная тревога и системы обеспечения безопасности.

Отличительные особенности:

- дешевизна и простота производства - по стоимости 1 кВт·ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми;

- малый саморазряд - самый низкий по сравнению с аккумуляторными батареями других типов;

- низкие требования по обслуживанию - отсутствует «эффект памяти», не требуется доливки электролита;

- допустимы высокие токи разряда.

- не допускается хранение в разряженном состоянии;

- низкая энергетическая плотность - большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах;

- допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда (200-300);

- кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

- при неправильном заряде возможен перегрев.

Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.

Производители ИБП всегда указывают полную мощность, выраженную в вольт-амперах, следовательно, необходимо перевести активную мощность оборудования в полную.

Активная мощность вычисляется по формуле:

(Ф.9)

Где:

Р (ИБП) - требуемая мощность источника бесперебойного питания базовой станции;

PF (Power Factor) - коэффициент мощности, который в данной курсовой работе принимается равным 0,7;

Pmax -максимальная потребляемая мощность.

Максимальная потребляемая мощность для базовых станций сетей CDMA - 40 Вт.

Необходимо также учесть:

-- максимальную потребляемую мощность охранно-пожарной сигнализаци - 900 Вт

-- системы управления микроклиматом - 3000 Вт.

Для работы в автономном режиме ИБП базовой станции комплектуется четырьмя батареями. Необходимо рассчитать максимальное время автономной работы при заданной нагрузке по формуле:

(Ф.10)

где t - максимальное время автономной работы, мин; Е - ёмкость батареи;

U - суммарное напряжение батарей в ИБП; Р - расчётная мощность нагрузки.

Исходные и расчетные данные сведем в Таблицу 2.3.1

Расчет максимального времени автономной работы.

Таблица 2.3.1

Вывод: Расчет показал, что предложенный тип и параметры АКБ позволяют обеспечить работоспособность базовой станции, на время возможного отключения питания оборудования базовой станции от сетей общего пользования и переходе работы АКБ в аварийный режим работы.



2.4 Расчет надежности сети сотовой связи

Одной из важнейших задач при проектировании сетей сотовой связи является разработка устройств и узлов, обеспечивающих выполнение всех возложенных на них функций в течение длительного срока службы оборудования.

Решение этой проблемы возможно только при комплексном решении вопросов надежности на всех стадиях проектирования и эксплуатации.

Расчет надежности сети сотовой связи опирается на основе понятия:

Надежность - это свойство системы обеспечивать нормальное выполнение заданной функции, обеспечивать первоначальные технические характеристики в течение определенного времени в заданных пределах допуска.

А само определение надежность характеризуется:

- безотказностью;

- ремонтопригодностью;

- долговечностью.

Характеристики надежности:

1) Безотказность - свойство системы непосредственно сохранять работоспособность в определенных условиях и режимах эксплуатации.

2) Ремонтопригодность - свойства системы, заключающиеся в приспособленности к предупреждению о нарушении и устранении отказов путем планового технического обслуживания и ремонта.

3) Долговечность - свойство системы сохранять работоспособность в перерывах между плановым техническим обслуживанием и ремонтом до предельного состояния.

В основе понятия надежности лежит понятие отказа.

Отказ - нарушение работоспособности системы, заключающееся в прекращении выполнения заданных функций или выходе рабочих показателей за заданные пределы.

Для расчета надежности и ее характеристик используют различные формулы.

Интенсивность отказов - вероятность отказов в единицу времени. Зная Тср каждого элемента системы, можем определить интенсивность отказов л, 1/ч, каждого элемента по формулам.

1) (Ф.11)

2) (Ф.12)

где лi - интенсивность отказов каждого элемента системы.

Зная интенсивность отказов всей системы, необходимо определить наработку на отказ системы по формуле:

(Ф.13)

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в течение заданного времени не произойдет отказа в системе.

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:

(Ф.14)

где t - время испытания, ч; Л- интенсивность отказов системы.

Время испытания может принимать следующие значения: 24, 720, 2172, 8760ч.

Используя параметры надежности Tср и в Tв, можно вычислить коэффициент доступности услуг Кд (коэффициент готовности Кг).

Коэффициент готовности - вероятность того, что система будет в работоспособном состоянии в любой момент времени в промежутках между выполнением профилактического обслуживания или ремонта.

Коэффициент готовности:

(Ф.15)

Где Tср - среднее время наработки на отказ системы; Tв - время восстановления системы.

Время восстановления системы рассчитывается по формуле:

(Ф.16)

где Тоб - время обнаружения неисправности; Тд - время на доставку к месту восстановления вышедшего из строя элемента системы; Ту - время на устранение повреждения; Тн - время на настройку и проверочные испытания.

Коэффициент простоя учитывает все простои аппаратуры, вызванные техническим обслуживанием, но без учета простоев по организационным причинам.

Коэффициент простоя:

(Ф17)

Исходные данные и результаты расчета надежности системы



Список используемой литературы

1. Комашинский В. И. Системы подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации / А.В. Максимов Горячая линия 2007. 173 с.

2. Шахнович И.В. Современные технологии беспроводной связи / И.В. Шахнович Техно сфера 2006. 288 с.

3. Бабков В.Ю Сети мобильной связи: частотно-территориальное планирование 2007. 224 с.

4. Ветошкина Г.Н. Надежность технических систем и техногенный риск 2003. 258 с.

5. Половко А.М. Основы теории надежности 2008. 324 с.

Размещено на Allbest.ru

...