G_бс - коэффициент усиления антенны базовой станции, дБ. Для расчета примем G_бс=18 дБ, типичное для секторных антенн базовых станций;

L_ff -зап.ас на быстр.ые зами.рания, дБ. Знач.ение L_ff при.мем равным 3 дБ.

3. Эффект.ивно излуча.мая мощн.ость мобиль.ной станци.и опреде.ляется выра.жением:

P_измс=P_мс+G_мс - L_тело=21+0-0=21 дБмВт,

где P_мс - мощ.ность пере.датчика моб.ильной ст.анции. Для рас.чета в.зята мини.мальная м.ощность моб.ильной ста.нции опреде.ленная станд.артом(класс 4 - 21 дБмВт);

G_мс - коэффицие.нт усиле.ния анте.нны баз.овой ст.анции, при.нята равной 0 дБ;

L_тело - поте.ри на затух.ание в теле або.нента. Для рас.чета L_тело пр.нимают равным 3 дБ. Необх.одимо замети.ть, что как прав.ило, по.тери на затуха.ние в теле учиты.ваются для гол.осовых ти.пов услуг, и могут. не учитыват.ься для услуг по пер.едаче дан.ных. В да.нном случае L_тело=0 дБ.

4. Макси.мально допус.тимые поте.ри на тра.ссе рав.ны:

L= P_измс- P_пр=21+124,5=145,5 дБ.

Расчет нис.ходящей ради.олинии также о.существляется в ви.де последовател.ьных э.тапов.

1. Минима.льно допус.тимая мощн.ость сигн.ала на вх.оде при.емника М.С определ.яется анало.гичным выраже.нием(как и для БС):

P_прмс(дБмВт)= P_ш(дБмВт)+ (E_b/N₀)_треб(дБ) - G_обр(дБ).

Пр.иемник моб.ильной ст. .анции более простой, чем прие.мник БС, в нем исп.ользуются более простые компо.ненты, сле.довательно, его коэ.ффициент шума выше. Стандар.ом коэффи.циент шума прие.мника МС должен иметь значение <9 дБ. Для рас.чета приме.м Kш=8 дБ.

Мощн.ость со.бственных ш.умов приемн.ика МС:

P_ш = N+Kш=-108,2+8=-100,2 дБмВт.

Минима..ль.но допу.сти.мая м.ощ.ность сиг. .нала на вх.оде .приемн.ика М.С с у.ч.етом запаса на вн.у. .трисистемные по.м.ехи и вы.иг.рыш от мягк.ог.о хэндо.в.ера ра.в.на:

P_прмс=P_ш + (E_b/N₀)_треб - G_обр - L_п - G_хо =-100,2+4,8-10+3-2=-104,4 дБмВт,

где (E_b/N₀)_треб -мин.им.ально допус.тим.ое зна.чен.ие E_b/N₀ на входе прием.ни.ка для д.анн.ого типа сер.виса соста.вляет 4.8 дБ при ско.рости абонента 3 км/ч;

G_обр =10log(R_чип/R_польз)=10log(3,84•10⁶/384•10³)=10 дБ;

R_чип -чипов. .ая ск.орость ст.андарта UMTS, 3,84•10⁶ чип/c;

R_польз- скорость пер.едачи дан.ных поль.зователя. 384000 бит/c;

L_п - запас на внутрисисте.мные пом.ехи. Примем что сота в нисходящ.ей ли.нии загружена также как и в восходящий. L_п =3 дБ;

G_хо - выигр. .ыш за счет мягко.го хен..дов.ера пр.имем также 2 дБ.

2.Требуема.я мощно.сть приним.аемого сигнала. определ.яется выра.жением:

P_пр=P_прмс + L_тело -G_мс + L_ff =-104,4+0-0+3=-101.4 дБмВт,

где L_тело - пот.ери на зату.хание в теле абон.ент.а. Дл.я услуг по пере.да.чи дан.ных L_тело=0.

G_мс - коэф.ф.ициент уси.л.ения ан.т.енны моби.ль.ной ста.нц.ии, дБ. Значение G_мс прин.ято равным 0 дБ.

L_ff -запа.с на быстрые зами.рания, дБ.

3. Эффек.тивно излу.чаемая мо.щность МС:

P_избс=P_бс+G_бс - L_фидер=40+18-3=55 дБмВт,

где P_бс - мощн..ость передатч.и.ка базов. .ой ст.анц.ии на код. .овый ка..ал. Для да.нн.ого т.ип.а се.рвиса ве.личина мак.симальн.ой м.ощ.ности пер. .едатчика на кодов..ый ка. .нал сос.тавляет 40 дБмВт[пара.метры обо.рудования Nokia];

G_бс - ко.эфф.ициент усил. ..ения ан.те.нны баз.о.вой станц..ии;

L_фидер - п.отери об.условле.нные зату.х.анием в фи.дере..

4. с:

L= P_избс- P_пр=55+101.4 =156.4 дБ. .

В данн.ом расче.те не уч.итывал.ись за.тенени.я сигна..ла препя.тс.твиями (зд.а.ния, дер.евья и.т.д.), затух.ан.ия внос.и.мые сте. .нами зда.н.ий для або.н.ентов на.ходя.щихся вну. .три пом.щен.ий. Величин..а этого зап. .аса вли.я.ет на вели.чи.ну .ве.роятности обс.лу.живания в соте.

Статис.т.ический ан.ал.из изм.е.рений уро.вн.я прин.и.маемого р.а.диосигнала пок.а.зывает, что вел.ич.ина п.о.терь L, в ка. .ждой конкр.е.тной то.ч.ке меж..ду ба.з.овой и моб.ил.ьной ста.н.цией на лю.бом рас.ст.оянии мож.е.т рассматр.и.ваться как случ.ай.ная в.еличи.на, кот.ор.ая по.дчи.няется но. .рмальному гау.с.совскому рас.предел.ению отн.ос.ительно с.ред.него значе.ни.я поте.рь.

L(d)[дБ]=Lср(d)[дБ]+Xд[дБ]

Где Xд - случ.а.йная ве.личина, имеющая нор.мальное распреде.ление, со средн.им знач.ением но.ль, среднеква.дратическим откло.нением д.

P_пр(d)=P_прд - L(d) [дБ] .

Для нахождения вероятности обслуживания в соте необходимо задать величину среднеквадратического отклонения, степень потерь модели распространения n. В случае, если необходимо учесть обслуживание абонентов внутри помещений, необходимо задать величину потерь на проникновение в здание. Обычно она составляет 15-20 дБ. Следующее выражение определяет вероятность обслуживания в соте.[5] Вероятность обслуживания в соте - вероятность того что уровень принимаемого сигнала P_пр примет значение большее значения минимально допустимого уровня сигнала х0:



Где

,

,

где P_пр - урове.нь при.нимаемого си.гнала. х0 миним.ально допусти.мый у.ровень си.гнала. Величина х0-P_пр - является искомым запасом на медленные замирания;

д -среднеквадратическое отклонение;

n - степень потерь.

erf(x) -функция ошибок.

Хар.актерные значения величины среднеквадратического отклонения и степени потерь представлены в таблице 4 [4]:

Таблица 4 -Знач.ения величины с.реднеквадратического откл.онения и степени пот.ерь для различн.ых типов местности

Тип местности	N	дoutdoor	дindoor
Сельская местность	3,2	8	-
Пригород	3,5	8	4
Город	3,5	7	5
Плотная городская застройка	4	7	6

Из таблицы, примем д_outdoor=7 дБ, д_indoor=5 дБ (среднеквадратические отклонение замираний в открытом пространстве и помещении соответственно).

Сумма.рное средне.квадратическое отклон.ение:



=?9 дБ.

с.тепень потерь модели р.аспро.странения n=4.

Треб.ование к вероятно.сти нахождения в. зоне об.служивания - 95%

П.остепенно увели.чивая велич.и.ну запаса добье.мся требуемого значения вероятности.

Результа.т расчета пр.едставлен в виде таблицы 5:

Таблица 5- Зависимость вероятности обслуживания в соте от значения запаса на медленные замирания

х0-Pпр, запас на медленные замирания	Вероятность обслуживания в соте
5	0.88
6	0.899
7	0.915
8	0.929
9	0.942
10	0.953

Таким образом, требуемое значение запаса на медленные замирания равно L_sf=10 дБ.

Величина допустимых потерь на трассе равна:

L=L_max-L_sf-L_зд,

где L_max- ма.ксимально доп.устимые п.отери на т.рассе,

L_зд- по.тери на проникн.овение в здание,

L_sf-знач.ение запа.са на медлен.ные замира.ния.

Для пе.редачи данных со скорос.тью 384 кбит/c получим значен.ия до.пустимых потерь:

Восходящая линия L=L_max-L_sf-L_зд=145,5-10-15=120,5 дБ.

Нисходящая линия L=L_max-L_sf-L_зд=153,4-10-15=128,4 дБ.

Для расчета зоны обслуживания или радиуса соты, берется меньшее из значений допустимых потерь в восходящей или нисходящей линии.

Для расче.та покр.ытия, опреде.ляют требуем.ый уро.вень пило.тного .сигнала(CPICH), опред.еляющий потери на трассе, таким образом, по уровню CPICH можно судить о доступности того или иного сервиса. Обычно, уровень пилотного сигнала составляет 10% от суммарной мощности передатчика БС. Выходная мощность БС составляет 43 дБмВт. Соответственно мощность пилотного сигнала равна P_CPICH=33 дБмВт.

Мощность принимаемого пилотного сигнала для доступности услуги должна составлять:

P_прCPICH= P_избс- L_max+(P_CPICH- P_бс) (дБмВт),

где P_избс - эффективно излучаемая мощность БС на кодовой канал,

L_max - максимально допустимые потери на трассе,

P_бс- мощность передатчика БС на кодовый канал,

P_CPICH- мощность пилотного сигнала БС.

P_прCPICH=55-145.5+(33-40)=-97,5 дБмВт.

С учетом потерь на проникновение в здания и величины запаса на медленные замирания.

P_прCPICH= P_избс- L+(P_CPICH- P_бс)=-72,5 дБмВт,

где L-допустимые потери на трассе.



2.3 Методика анализа емкости системы UMTS

В данном разделе рассматривается методика анализа емкости соты UMTS. Для анализа взяты исходные данные, определяющие абонентскую нагрузку на начальном этапе развертывания сети.

Исходные данные для расчета:

Количество пользователей: 126072;

Объем речевого трафика от абонента: T_{абголос} = 20 мЭрл ;

Объем трафика видеовызова от абонента: T_{абвидео} =6 мЭрл.

Для представления размерности пакетного трафика в Эрлангах использована формула:

T_эрл =T(бит/ч)/R(бит/c)/3600,

где T_эрл -пакетный трафик (Эрл),

T_эрл-количество загруженной/выгруженной информации за час пользователем(бит/ч),

R -скорость передачи пользователя.

Объем пакетного трафика загружаемого(нисходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 144 кбит/c. T_144DL=500 кбайт/час.

T_144DLэрл=8•1000•T_144DL/(1000•144)/3600=0,008 Эрл.

Объем пакетного трафика загружаемого(нисходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 384 кбит/c. T_384DL= 500 кбайт/час.

T_384DLэрл=8•1000•T_144DL/(1000•384)/3600=0,006 Эрл.

Объем пакетного трафика передаваемого(восходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 144 кбит/c. T_144UL =200 кбайт/час.

T_144ULэрл=8•1000•T_144UL/(1000•144)/3600=0,003 Эрл.

Объем пакетного трафика передаваемого(восходящая линия) абонентом в ЧНН со скоростью передачи рассматриваемого сервиса 384 кбит/c. T_384UL=200 кбайт/час.

T_384ULэрл=8•1000•T_384UL/(1000•384)/3600=0,001 Эрл.

Требуемый процент блокировок вызова 2%.

Расчет предельной теоретической емкости соты для восходящей линии. В WCDMA все соты системы используют одну и ту же частоту, поэтому емкость данной системы ограничена помехами. Следовательно, допустимая емкость системы не должна приводить к росту внутрисистемных помех выше заданного уровня. Рассчитаем предельную емкость соты, при которой уровень внутрисистемных помех стремится к бесконечности и покрытие соты уменьшается до нуля. Предельную емкость соты можно вывести из выражения для относительной загрузки соты. Относительная загрузка соты может быть вычислена из данного выражения (2.10):

где

K_N - количество пользователей;

W- скорость передачи чипов в WCDMA (3.84 Мчип/c);

- требуемое отношение E_b/N₀;

- скорость передачи данных пользователя;

- коэффициент занятия услуги;

i - отношение I_oth/I_own , где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own - принятая мощность от абонентов обслуживающей соты.

Принимая во внимание, что требование к отношению E_b/N₀, скорость передачи данных, одинаково для всех пользователей, можно вывести выражение определяющее предельное количество одновременно обслуживаемых абонентов(предельную емкость соты) для каждой из предоставляемых сетью услуг. Формула получена из выражения для относительной загрузки соты, принимая, что значение относительной загрузки равно 1.

Предельная емкость соты или количество одновременных соединений равно:

, (2.26)

где

G_обр- выигрыш от обработки.

Произведем расчет предельной емкости соты для предоставляемых типов услуг: голосовая телефония, видео-телефония, передача данных со скоростью 144 кбит/c, передача данных со скорость 384 кбит/c.

Выигрыш от обработки для данных скоростей передачи составляет:

или в дБ,

скорость следования чипов в WCDMA равна 3,84 Мчип/c.

i - отношение I_oth/I_own , где I_oth-принятая мощность от абонентов окружающих сот, I_own - принятая мощность от абонентов обслуживающей соты. Характеризует «изоляцию» соты. В таблице 6 представлены типичные значения величины i для различных типов сот[4].

Таблица 6- Значения величины i для различных типов сот.

Пико-сота внутри помещения	Микросота с ненаправленной антенной	Макросота с ненаправленной антенной	2-х секторная БС	3-х секторная БС	6-и секторная БС
0.1-0.2	0.25-0.55	0.45	0.55	0.65	0.85

Для хорошо изолированных сот(indoor, пикосоты), значение i очень мало и составляет около 0.1. Соответственно для макросот значение i увеличивается в связи с возможным перекрытием зон обслуживания. Также заметно влияние количества секторов в соте на увеличение i, это связано с тем что для многосекторных БС используются антенны с более узкой диаграммой направленности, а следовательно и с большим коэффициентом усиления, соответственно зона обслуживания такой БС возрастает. Из выражения (2.26) следует, что для увеличения емкости системы необходимо стремиться к лучшей изоляции сот(уменьшению значения i). Для этого применяется регулируемый угол наклона ДН антенн в вертикальной плоскости, правильный выбор азимутов для юстировки антенн и другие методы. Таким образом примем для расчета значение i=0.65.

коэффициент занятия услуги. Данный коэффициент описывает отношение времени передачи данных пользователя к общему времени занятия канала, в случае применения прерывистой передачи(DTX). Типичное значения величины данного коэффициента для телефонии составляет 50%, так как принимается, что половина разговора занимают паузы. Для расчетов значения данного коэффициента выбрано 67% с учетом запаса на передачу каналов сигнализации(DPCCH), который принят равным 17%. Для услуг предоставляющих передачу данных коэффициент занятия услуги принимается равным 100%, так как канал для передачи данных резервируется и используется абонентом только в период самой передачи.

Таблица 7- Предельная емкость соты в восходящей линии.

Тип услуги, скорость передачи	Предельная емкость соты, количество одновременных соединений(пользователей)
Телефония, 12.2 кбит/c	104
Видеотелефония, 64 кбит/c	24
Передача данных, 144 кбит/c	12
Передача данных, 384 кбит/c	4

Расчет предельной теоретической емкости соты для нисходящей линии.

Предельную емкость соты для нисходящей линии можно также вычислить из выражения для относительной загрузки соты в нисходящем канале (2.11):

В сравнении с формулой для относительной загрузки соты в восходящей линии, в данном выражении используется параметр коэффициент ортогональности в нисходящем канале. В радиоинтерфейсе WCDMA используются ортогональные коды Уолша переменной длины в нисходящей линии для разделения каналов пользователей. В случае отсутствия многолучевости ортогональность этих каналов сохраняется. Однако в многолучевом радиоканале, ортогональность кодов нарушается. Следовательно возрастает уровень внутрисистемных помех. Потеря ортогональности нисходящих каналов характеризуется значением величины б. Данная величина оказывает значительное влияние на площадь покрытия и емкость соты в нисходящем канале. Идеальная ортогональность означает, то что взаимная корреляция всех каналов равна 0, следовательно, нежелательные каналы могут быть полностью отделены от полезной информации в приемнике МС. Коэффициент ортогональности равный 1 соответствует идеальной ортогональности нисходящих каналов. Значение 0 соответствует полной потери ортогональности нисходящих каналов. Обычно значение коэффициента ортогональности принимает значение от 0.4 до 0.9 в многолучевых радиоканалах. При расчетах задаются неким постоянным коэффициентом ортогональности зависящим от типа местности класса базовой станции типа радиоканала

Типы местности часто используются в различных инструментах для планирования, а также при расчетах для того, чтобы характеризовать среду распространения. В случае открытого типа местности(случай прямой видимости) всегда присутствует основная компонента сигнала и относительно низкий уровень прочих компонент. Следовательно, в этом случае коэффициент ортогональности будет максимальным. В случае городского типа местности(плотная застройка) обычно нет прямой видимости между передающей антенной БС и антенной МС, соответственно на вход приемника поступает множество отраженных компонент с различными величинами задержек, вследствие этого ортогональности нисходящих каналов уменьшается, что отражается в уменьшении коэффициента б для данного типа местности. В загородном типе местности есть большая вероятность присутствия основной компоненты(прямого луча), в этом случае коэффициент ортогональности будет выше чем для городского типа местности. Значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности представлены в таблице 8[4]:

Таблица 8- Среднее значение коэффициента ортогональности в зависимости от типа местности для макро.

Тип местности	Открытая местность	Пригород	Город	Плотная застройка
Коэффициент ортогональности	0.825	0.65	0.525	0.4

Тип БС также влияет на коэффициент ортогональности. Для макро-БС коэффициент ортогональности выбирается в зависимости от типа местности, где расположена БС. Однако, в городских условиях, антенна БС обычно располагается ниже уровня застройки, следовательно, зона обслуживания такой соты значительно меньше. В данном случае можно принять, что сигнал не будет сильно подвержен влиянию многолучевости, ввиду меньшего количества отражений и влияния дифракции. Как результат, коэффициент ортогональности выше в микросотах, чем в зоне обслуживания макро-БС. В случае пикосот, или БС расположенных в помещениях, коэффициент ортогональности еще выше, так как обычно в таких случаях используется распределенная антенная система с множеством антенн, следовательно почти всегда антенна МС находится в прямой видимости от передающей антенны БС. Зависимость коэффициента ортогональности от типа БС отражена в таблице 9.

Таблица 9 - Средние значения коэффициента ортогональности в зависимости от типа базовой станции.

Тип БС	Макро	Микро	Пико
Коэффициент ортогональности	0.5-0.6	0.8	0.9

Для расчетов значение коэффициента ортогональности принято равным 0.6. Предельная емкость соты, количество одновременных соединений(пользователей) может быть получено из формулы (2.11):

(2.27)

Данное выражение получается из (2.11), путем выражения , относительная загрузка соты принимается равной 1.

Относительная загрузка соты будет равна:

где

относительная загрузка соты;

N -количество предоставляемых услуг;

M_i - среднее количество одновременно занятых каналов передачи для услуги i;

- предельная емкость соты, количество одновременных соединений, для услуги i.

Произведем расчет отдельно для восходящей и нисходящей линий. В качестве значений M_i используется среднее количество одновременно занятых каналов передачи. Для трафика с коммутацией каналов (телефония, видео-телефония) среднее количество одновременно занятых каналов это трафик в Эрлангах. Для трафика с коммутацией пакетов (передача данных), передаваемый с условиями класса обслуживания Best effort, среднее количество одновременно занятых каналов это трафик в Эрлангах, умноженный на пикфактор PF=1,4,

M_i= T_[Эрл] •PF_.

Величина загрузки из формулы (2.29) можно записать, как:

,

где

T1-Т4 - нагрузка создаваемая одним абонентом для услуг 1-4,

M1-М4 - предельная емкость соты(предельное количество одновременных соединений) для услуги 1-4,

N- количество пользователей обслуживаемых сотой.

Необходимо заметить, что наибольшую загрузку в соте создают услуги высокоскоростной передачи данных. Следовательно, при возможности (наличия лицензий) операторам необходимо выделить под передачу данных отдельный частотный канал. Также для увеличения пропускной способности соты в нисходящем канале возможно применение технологии HSDPA. В этом случае можно значительно увеличить емкость радиосети. Рассчитаем голосовой трафик обслуживаемый сотой, при максимально допустимой загрузке 60%, предполагая, что абоненты пользуются только одной услугой(телефонией):

Таким образом, определив предельную емкость соты, которую можно рассчитать для каждой из предоставляемых услуг, используя предполагаемую абонентскую нагрузку в качестве исходных данных, можно рассчитать относительную загрузку соты.



3. Планирование зоны обслуживания и пропускной способности радиосети UMTS для г.Новочебоксарск

3.1 Анализ задания

Согласно заданию, нам необходимо спроектировать сеть 3G и подобрать основное оборудование для данной сети.

Для построения сети необходимо определить количество абонентов, сделать расчет нагрузки на одну базовую станцию (голосового и пакетного трафика), рассчитать энергетические характеристики и определить радиус действия БС. Разработать ситуационный план расположения БС на карте района. Также произвести выбор оборудования проектируемой сети.

В данном дипломном проекте рассматривается г.Новочебоксарск, который является одним из самых крупных в Чувашской Республике. Город расположен на правом берегу Волги. Территория города по данным на 2017 год -- 51,14 км². В основном территория города застроена зданиями со средней и низкой этажностью, что является характерным для городской местности.

Рисунок 9 - Общая карта г.Новочебоксарск

3.2 Сбор необходимых данных для начального расчета

На основе статистических данных приведенных на официальном сайте на 2017 год количество жителей составило 126072 человек. Максимальная ёмкость рынка по количеству абонентов использующих услуги сетей третьего поколения оценивается как 70% от общего количества потенциальных абонентов т.к. при расчёте абонентов мы не учитываем жителей до 10 лет и пожилых людей (не являющихся потенциальными абонентами) и не вычитаем их общего количества жителей. Большая доля населения использует только голосовые услуги.

Таблица 10-Характеристики видов услуг

Виды услуг	Доля трафика, %	Скорость передачи DL, кбит\с
Голосовые услуги	70	9,6
Мобильный интернет	20	512
Мобильный доступ к сетям передачи данных	10	2048

3.3 Определение количества базовых станций по покрытию

3.3.1 Расчет максимально допустимых потерь на трассе для восходящего канала (Uplink)

C целью найти радиус сайта, при котором осуществима связь, необходимо произвести расчет бюджета потерь. Зная радиус, можно найти количество базовых станций для услуги с наиболее высокими требованиями к уровню покрытия - передача данных на скорости 2 Мбит/с (Downlink) и 512 кбит/с (Uplink).

На передающей стороне, то есть на стороне мобильной станции, рассчитываем эквивалентную изотропную излучаемую мощность (EIRP). Принимается, что диаграмма направленности антенны абонентского терминала всенаправленная.

Произведем расчет по данной формуле:

EIRP=PUE+GMA+LB (3.1),

где PUE - мощность мобильной станции в дБ;

GMA - усиление антенны мобильной станции;

LB - потери в теле человека.

Вычислим:

EIRP = 6+46,5+2 = 54,5 (дБ),

На приемной стороне, то есть на стороне базовой станции, рассчитаем чувствительность приемника:

(3.2)

где - требуемый уровень соотношения сигнал/шум;

- выигрыш при корреляционной обработке;

- мощность шума приемника;

- уровень интерференции.

(3.3)

- коэффициент нагрузки.

Вычислим:

(дБ),

Максимальные потери на пути распространения сигнала рассчитываются по формуле:

(3.4)

где - эквивалентная изотропно излучаемая мощность;

- чувствительность приемника;

- коэффициент усиления антенны;

- потери в кабеле базовой станции;

- уровень быстрых замираний.

Вычислим:

Допустимый уровень потерь при распространении сигнала определяется по формуле:

(3.5)

где - максимальные потери на пути распространения сигнала;

- уровень логнормальных замираний;

- выигрыш от мягкого хэндовера;

- потери на проникновение в здание.

Вычислим:

,

3.3.2 Расчет максимально допустимых потерь на трассе для нисходящего канала (downlink)

На передающей стороне, то есть на стороне базовой станции рассчитаем эквивалентную изотропно излучаемую мощность (EIRP) по формуле:

EIRP=PUE+GBS+LB, (3.6)

где PUE - ном.инальная мо.щность базовой станции в дБ;

GBS - уси.ление антенны базовой станции;

LB - потери в теле человека.

Вычислим:

EIRP=6+41+2=49 (дБ),

На приемной стороне, то есть на стороне мобильной станции, рассчитаем чувствительность приемника по формуле:

(3.7)

где - требуемый уровень соотношения сигнал-шум;

- выигрыш при корреляционной обработке;

- мощность шума приемника;

- уровень интерференции.

Вычислим:

(дБ),

Требуемое соотношение сигнал/шум является главным фактором при расчете емкости соты, связанным со скоростью передачи данных в частотном канале.

Отношение сигнал/шум характеризуется следующими физическими принципами:

- спектральная плотность тепловых шумов является постоянной величиной и характеристикой приемника;

- увеличение скорости передачи данных требует большого значения энергии Eb;

- с увеличением расстояния между мобильной станцией и базовой станцией, требуемое значение Eb увеличивается;

- чем выше скорость перемещения мобильной станции, тем выше требуемое значение сигнал/шум.

Максимальные потери на пути распространения сигнала рассчитываются по формуле:

(3.8)

где - эквивалентная изотропно излучаемая мощность;

- чувствительность приемника;

- коэффициент усиления антенны;

- потери в кабеле базовой станции;

- уровень быстрых замираний.

Вычислим:

Допустимый уровень потерь при распространении сигнала определяются по формуле:

(3.9)

где - максимальные потери на пути распространения сигнала;

- уровень логнормальных замираний;

- выигрыш от мягкого хэндовера;

- потери на проникновение в здание.

Вычислим:

3.4 Расчет зоны покрытия сети сотовой связи в г.Новочебоксарске

3.4.1 Расчет количества базовых станций в г.Новочебоксарске

Модель COST231-Hata подходит для оценки затухания сигнала при расстояниях между подвижной и базовой станциями менее 1 км. В этом случае затухание сильно зависит от топографии местности, в которой происходит распространение сигнала. Эту модель также нельзя использовать для оценки распространения сигнала по улицам с высокими строениями (по так называемым уличным каньонам).

Приведем общую формулу данной модели:

(3.10)

h_b = 30 - высота антенны базовой станции;

h_m=1,7 - высота антенны мобильной станции.

От базовой станции к мобильной станции:

f₀ - 1900 МГц

(3.11)

Вычислим:

(дБ)

Для того, чтобы рассчитать количество базовых станций, нужно взять меньшее значение допустимых потерь в восходящей или нисходящей линии.

Радиус сайта (соты) определяемых из формулы для расчета среднего затухания в городской местности (модель COST231-Hata):

(3.12)

Где А и В составляющие модели COST231-Hata.

Вычислим:

(км)

Площадь зоны покрытия соты определяется как:

км²) (3.13)

Вычислим:

км²)

Требуемое количество сот определяется выражением:

(3.14)

Где S-площадь территории покрытия сети, км².

Вычислим:

= 23

3.4.2 Расчет количества базовых станций по ёмкости для нисходящего и восходящего каналов

Рассмотрим пример расчета для самого наихудшего случая, то есть при расчете количества базовых станций для нисходящего канала.

Выигрыш при корреляционной обработке определяется по формуле:

(3.15)

где W - скорость следования элементарных символов;

R - скорость передачи данных.

Таблица 11 - Выигрыш при корреляционной обработке

Виды услуг	Скорость передачи данных, кбит/с	Значение G, дБ
Голосовые услуги	9,6	27,17
Мобильный интернет	512	18,93
Мобильный доступ к сетям передачи данных	2048	15,92

Требуемые значения отношения сигнал/шум для типовых скоростей передачи данных представлены в таблице 12.

Таблица 12 - Значения сигнал/шум для разных услуг

Виды услуг	Скорость передачи данных, кбит/с	Eb/N0, дБ
Голосовые услуги	9,6	6
Мобильный интернет	512	2
Мобильный доступ к сетям передачи данных	2048	1,5

Количество потенциальных пользователей в секторе, обслуживаемых однородной услугой определяется по формуле:

(3.16)

Где i - коэффициент влияния помех;

б - коэффициент ортогональности кода.

Результаты расчетов для разных скоростей передачи данных представлены в таблицах 13-15

Таблица 13 - Количество пользователей в секторе и общая пропускная способность для скорости 9,6 кбит/с

Коэффициент нагрузки	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Количество потенциальных пользователей	60,06	90,10	120,61	150,10	180,22	210,28	240,29	270,34
Общая пропускная способность	576,7	865,2	1158,1	1441,9	1730,3	2018,7	2307,2	2595,6



Таблица 14 - Количество пользователей в секторе и общая пропускная способность для скорости 512 кбит/с

Коэффициент нагрузки	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Количество потенциальных пользователей	1,91	2,92	3,81	4,74	5,70	6,65	7,58	8,53
Общая пропускная способность	972,8	1454,9	1940,5	2426,9	2913,3	3399,7	3880,1	4367,4

Таблица 15 - Количество пользователей в секторе и общая пропускная способность для скорости 2 Мбит/с

Коэффициент нагрузки	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Количество потенциальных пользователей	0,55	0,82	1,09	1,36	1,64	1,92	2,18	2,47
Общая пропускная способность	1126,4	1679,4	2232,2	2785,3	3338,2	3911,7	4464,6	5017,6

Количество потенциальных пользователей в секторе с разными видами услуг, которые распределяются в процентном соотношении, приведенном в таблице 13, считается по формуле:

(3.17)

где - доля j-й услуги;

- количество потенциальных абонентов j-й услуги.

При расчете доля абонентов по услугам определена относительно данных, приведенных в таблицах 13-15 при коэффициенте нагрузки з=0,6. Результаты расчета количества потенциальных пользователей в секторе приведены в таблице 16.

Таблица 16 - количество пользователей в секторе с разными видами услуг

Виды услуг	Количество пользователей
Речь (9,6 кбит/с)	127,1
Передача данных (512 кбит/с)	1,2
Передача данных (2 Мбит/с)	0,2
Всего	128,5

Итоговая скорость передачи данных определяется по формуле:

(3.18)

Вычислим:

Полная пропускная способность сектора определяется как:

(3.19)

Вычислим:

Количество абонентов в трехсекторной соте определяется по формуле (3.20):

Вычислим:

где n - количество секторов.

(3.20)

Число базовых станций обслуживания требуемого общего количества абонентов в сети, рассчитывается по формуле:

(3.21)

где Nab - общее количество абонентов в сети.

Вычислим:

Радиус зоны покрытия соты при данном количестве базовых станций определяется по формуле:

(3.22)

Где S-площадь покрываемой территории.

Вычислим:

Площадь зоны покрытия соты определяется как:

(3.23)

Вычислим:

(км²)

3.4.3 Выполнение проверки покрытия для нисходящего канала

Для того, чтобы сделать проверку рекомендованных соотношений мощностей сигналов излучаемых базовой станцией в направлении downlink, необходимо выполнение условий:

PCPICH ? 0.1^.PNOMw (3.24а)

PDCH ? 0.3^.PNOMw (3.24б)

Значение номинальной мощности базовой станции на выходе антенного системного контроллера дБ определяется выражением:

PNOM=(10log(PNOMrbs)+30) - LJC - LF - LASC (3.25)

где PNOMrbs - номинальная мощность базовой станции;

LJC - потери в джампере и соединителе;

LF - потери в фидере при заданной высоте мачты базовой станции;

LASC - потери в антенном системном контроллере.

Вычислим:

PNOM = (10log(24)+30)+108,2-23,7-4 = 206,2 (дБ),

Значение номинальной мощности базовой станции на выходе антенного системного контроллера (Вт), определяется по формуле:

(3.26)

Вычислим:

Чувствительность приемника мобильной станции определяется по формуле:

(3.27)

где - требуемый уровень отношения сигнал/шум;

- выигрыш при корреляционной обработке;

- мощность шума приемника;

- уровень интерференции.

Вычислим:

Среднее затухание сигнала при распространении определяется по формуле, полученной из модели COST231-Hata:

(3.28)

где R - радиус соты, рассчитанный ранее.

Вычислим:

,

Полное затухание при распространении пилотного сигнала определяется по формуле:

(3.29)

где - уровень логнормальных замираний;

- выигрыш от мягкого хэндовера;

- потери в теле человека;

- потери на проникновение в здание;

- потери в антенном джампере;

- коэффициент усиления антенны.

Вычислим:

Мощность общего пилотного канала определяется по формуле:

(3.30)

где - запас на внутрисистемные помехи.

Вычислим:

Мощность общего пилотного канала в ваттах определяется по формуле:

(3.31)

Вычислим:

Мощность выделенного канала определяется по формуле:

(3.32)

Вычислим:

Мощность выделенного канала в ваттах определяется как:

(3.33)

Вычислим:

Условия (3.24 а,б) выполняются, увеличение базовых станций не требуется. Проверка для рекомендованных соотношений для мощностей сигналов, излучаемых в направлении downlink показала, что уровни мощности сигналов не выходят за установленные ограничения. Для выбора оборудования основой возьмем значение номинальной мощности базовой станции.

Таким образом, строится сеть регулярной структуры, все базовые станции которой имеют следующие характеристики:

высота подвеса антенны 30 м;

число передатчиков 3 шт.

Результаты, полученные в процессе оптимизации сети и составления частотного плана, представлены на рисунке 10.

Рисунок 10 - План расположения базовых станций на карте города



4. Безопасность жизнедеятельности

Большая часть работы по проектированию сети 3G выполняется на компьютере. Поэтому в данном разделе мы рассмотрим некоторые вопросы охраны труда при работе с ЭВМ.

4.1 Общий обзор вредных факторов

Операторы электронных вычислительных машин (ЭВМ) сталкиваются с воздействием физических и психологических опасных факторов как повышенная температура внешней среды, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны электрический ток, статическое электричество умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Основным источником проблем, связанных с охраной здоровья людей, использующих в своей работе персональные компьютеры, являются дисплеи с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ). Они представляют собой источники наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье операторов. Существует два типа излучений, возникающих при работе монитора электростатическое и электромагнитное.

Первое возникает в результате облучения потоком заряженных частиц. Неприятности, вызванные им связанные с пылью, накапливающейся на электростатически заряженных экранах, которая летит на пользователя во время его работы за дисплеем. Электромагнитное излучение создается магнитными катушками отклоняющей системы находящимися около цокольной части ЭЛТ. Специальные измерения показали, что невидимые силовые поля появляются даже вокруг головы оператора во время его работы за дисплеем. Допустимые нормы для этих параметров представлены ниже.

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0.05 м вокруг видеомонитора - 100 мкР/час.

Электромагнитное излучение на расстоянии 0.5м вокруг видеомонитора по электрической составляющей:

в диапазоне 5Гц-2 кГц - 25 В/м.

в диапазоне 2-400 кГц - 2.5 В/м.

по магнитной составляющей:

в диапазоне 5 Гц-2 кГц - 250 нТл;

в диапазоне 2-400 кГц - 25 нТл

Поверхностный электростатический потенциал - не более 500 В.

Благодаря существующим достаточно строгим стандартам дозы рентгеновского излучения от современных видеомониторов не опасны для большинства пользователей Исключение составляют люди с повышенной чувствительностью к нему. Также считается, что интенсивность электромагнитного излучения не представляет опасности для здоровья человека. Но до тех пор, пока не будут проведены тщательные исследования по комплексному изучению воздействия излучений на организм человека, рекомендуется принимать следующие меры предосторожности: ограничить дневную продолжительность рабочей деятельности перед монитором, использовать отражающие и поглощающие экраны, не размещать мониторы концентрированно в рабочей зоне, выключать монитор, если на нем не работают.

Человеку, вероятно, уже никогда не удастся полностью избежать пагубного влияния передовых технологий, но можно свести его к минимуму Большинство проблем решается при правильной организации рабочего места, соблюдении правил техники безопасности и разумном распределении рабочего времени.



4.2 Требования к монитору

В ко.мпьютере су.ществует очен.ь важная. часть, на которую очень редко обращают внимание программисты, но именно она больше всего влияет на здоровье - это монитор.

Осно.вными пара.метрами изо.бражения на экр.ане монит.ора явля.ются яр.кость контр.аст размеры и форма знаков отражательная способность эк.рана наличие или отсутствие мерцаний. Кро.е того, в СанПиН вкл.ючены норм.ативы еще для н.ескольких пара.метров, ха.рактеризующий фо.рму и р. .азмеры рабоч.его поля экрана, гео.метрические сво.йства зн.аков и дру.гие.

Яр.кость изображ.ения (име.ется в ви.ду яр.кость св.етлых эле.ментов т е зн.ака для негатив.ного изобра.жения и .фона для позит.ивного) норми. .руется дл.я того чтобы облегч.ить приспособ.ление глаз к самосв.етящимся объектам Огранич.ены также в предел.ах (25%) и колебания яркост.и Нормир.уется в.нешняя ос.вещенность экрана (1.00 - 250 лк). Исследования показали, что при более высоких уровнях освещенности экрана зрительная система утомляется быстрее и в большей степени.

Часто фактором, способствующ.им быст.рому ут.омлению глаз, стано.вится и конт.раст ме.жду фоно.м и си.мволами на экр.ане. Ма.лая контрас.тность затруд.няет разли.чение сим.волов, одна.ко, и сл.ишком бо.льшая т.оже вредит.. Поэтом.у контр.аст до.лжен. находиться в пред.елах от 3:1 до 1.5:1. При более н.изких уров.нях кон.трастности у раб.отающих б.ыстрее насту.пали небл.агоприятные изм.енения спо.собности фо.кусировать изобр.ажение и кр.итической част.оты слияни.я световых мельканий, регистрировалось больше жалоб на усталость гла.з и общую ус.талость.

Чело.веческий глаз не мож.ет долго рабо.тать с мелким.и объек.тами. Вот почему норм.ируются разме.ры знако.в на экране. Нап.ример, угл.овой размер знака должен быть в пределах от 16 до 60 угловых минут, что составляет от 0,46 до 1,75 см. если пользователь смотрит на экран с расстояния 50 см (минимальное расстояние).

Отражате.льная спо.собность экра.на не должна превы.шать 1%. Д.ля сниж.ения ко.личества бл.иков и облегче.ния кон.центрации вни.мания корпус мони.тора долж.ен иметь мато.вую одноц.ветную пове.рхность (светло-серый, светло-бежевый тона) с ко.эффициентом отра.жения 0.4-0.6, без блес.тящих деталей и с минимальным числом органов управления и надписей на лицевой стороне.

Осн.овные нормируем.ые виз.уальные хара.ктеристики монит.оров и соот.ветствующие допустимые. . значен.ия этих хар.актеристик представлены ниже.

Яркост.ь з.нака или фона (измер.яется в тем.ноте): 35-120 кд/м²

Ко.нтраст: от 3:1 до 1,5:1.

Угловой размер знака: 16 - 60:

Отношение ширины знака к высоте: 0,5- 1.0,

Отражательная способность экрана (блики) не более 1%.

4.3 Правильная организация рабочего места

.Организацией рабочего места называется система мероприятий по оснащению рабочего места средствами .и предме.тами труда и раз.мещение их в опр.еделенном пор.дке. Совершенств.ование органи.зации р.абочего мес. .та яв.ляется од.ним из ус.ловий, способст.вующих повы.шению произ.водительности тру.да.

Для обеспече.ния нормаль.ных услов.ий труда санита.рные нор.мы ус.танавливают для взр.ослых поль.зователей не одн.о рабоч.ее место с комп.ьютером площад.ь производ.ственного п.омещения не м.нее 6.0 м², а об.ъем - не м.енее 20 м³. Организац.ия рабоч.его ме.ста включ.ает антропометрические и биолог.ические характер.истики челове.ка, выб.ор физи.ологически прав.ильного р.абочего п.оложения и раб.очих зо.н, рациональ.ную компон.овку раб.очего ме.ста, уче.т факт.оров в.нешней сре.ды.

Антроп.ометрические харак.теристики че.ловека определя.ют габари.тные и компоново.чные парам.етры раб.очего ме.ста и свобод.ные параме.тры отде.льных его эле.ментов.

Пол.ожение тела и наиболее частые позы, которые прини.мает или вынужде.н прини.мать челове.к при выпо.лнении р.аботы, являю.тся одним. из основн.ых фак.торов опре.деляющих производительность труд.а. Раб.оту оп.ератора орга.низуют в по.ложении сидя. При. этом основна.я нагруз.ка падает на мы.шцы, подд.ерживающие позв.оночный сто.лб и голо.ву а подав.ляющая час.ть массы тела передается на бедра, препятствуя проникновению крови в нижнюю часть тела. Поэто.у при длительн.ом сиде.нии вре.мя от времени необходимо смещать массу тела и сменять фиксированные рабочие позы.

К тому же при работе сидя обычно естественный спинно-поясничный прогиб вперед изменяется на изгиб назад, что зачастую является причиной болей в пояснице. Для физиологически правильно обоснованного рабочего положения сидя рекомендуется обеспечить следующие оптимальные положения частей тела: корпус выпрямлен, сохранены естественные изгибы позвоночного столба, нет необходимости в сильных наклонах туловища поворотах головы и крайних положениях суставов конечностей.

Основными элементами рабочего места являются рабочее кресло рабочая поверхность экран монитора и клавиатура. Рабочее кресло обеспечивает поддержание рабочей позы в положении сидя, и чем дольше это положение в течении рабочего дня, тем настоятельнее требования к созданию удобных и правильных рабочих сидении. Можно дать следующие рекомендации по конструированию рабочего кресла: необходимость регулировки наиболее важных его элементов - высоты сиденья, высоты спинки сиденья и угла наклона спинки, причем процесс регулировки не должен быть сложным. Установка правильной высоты сиденья является первоочередной задачей при организации рабочего места, так как этот параметр определяет прочие пространственные параметры - высоту положения экрана клавиатуры, поверхности для записей и других. Диапазон регулировки высоты сиденья находится в пределах 380-500 мм. Регулируемая высота рабочей поверхности оптимальна в пределах 670-800мм. Высота нижнего ряда клавиатуры от плоскости пола может быть в пределах 620-700 мм. Передний ряд клавиш располагают таким образом, чтобы клавиатуру можно было без труда обслуживать слегка согнутыми пальцами при свободно опушенных плечах и горизонтальном положении рук, плечо и предплечье образуют при этом угол в 90 градусов. Высота экрана определяется высотой уровня глаз наблюдателя и требованием перпендикулярности плоскости экрана к нормальной линии взора.

Оператору ЭВМ необходима большая поверхность стола (рекомендовано площадь стола 2кв.м), потому что необходима работа с литературой, работа на ЭВМ и все к этому прилагающееся необходимо разместить с левой или правой стороны стола. Если окно с правой (левой) стороны, то ЭВМ необходимо разместить слева (справа), при этом ЭВМ не будет затенять стол, и на экране не будет световых бликов.

При компоновке рабочего места оборудованного компьютером, в первую очередь исходят из типа выполняемых задач и длительности работы. Нельзя создать фиксированную и при этом оптимальную компоновку, которая была бы удобной для всех пользователей. Для задач, требующих длительных записей, внесения поправок в документ, документ и экран могут размещаться на одной линии, а клавиатура смещается вправо или экран и клавиатура остаются на одной линии, а документ переносится вправо от клавиатуры. Следовательно, наиболее правильный путь - это компоновка основных элементов рабочего места по желанию пользователя.

4.4 Требования к микроклимату

Микроклимат.ические параметр.ы вл.ияют на функциона.льную деяте.льность человека, его самочувст.вие и здоро.вье и на на.дежность рабо.ты средств выч.ислительной техники. Особенно большое влияние на микро.климат оказыва.ют исто.чн.ики теплоты нах.одящиеся в помещении. Осно.в.ными ист.оч.никами теплоты в д. .исплейных залах являются ЭВМ, при.боры освеще.ния обслу.живающий персо.н.ал, а также солнечн.ая радиация. Основным те.пло.выделяющим оборудованием в дисплейном зале является ЭВМ - в сред.нем до 80% суммарных выделений. Тепловыделения от приборов освещени.я составляют в среднем 12%. Поступление теплоты от обслуживающего персонала -1%, от солнечной радиации - 6%, приток теплоты через непро.зрачные ограж.дающие конструкци.и - 1%. .Эти источники теплоты являются постоянными.

На орг.а.низм .человека и работу комп.ьютеров оказывает влияние относительная влажность воздуха. При относител.ьной влажности воздуха более 75-80% сни.жается сопроти.вление изоляции, изменяются рабочие характеристики элементов ЭВМ, возр.астает интенсивность отказов элементов ЭВМ. Большое влияние.м на самочувствие и здоровье операторов ЭВМ, а также на работу устройств ЭВМ (магнитные ленты, магнитные диски, печатающие устройства) оказывает запыленность воздушной среды.

С целью создания нормальных условий для операторов ЭВМ установлены нормы микроклимата (ГОСТ). Эти нормы устанавливают оптимальные и допустимые значения температуры относительной влажности и скорости движения воздуха в дисплейных помещениях с учетом избытков явной теплоты, тяжести выполняемой работы и сезонов года.

Под оптимальными микрокли. .матическими параметр.ами принято по.нимать такие, которые при длите.льном и систематическом воздействии на че.ловека обеспечи.вают сохранение норм.ального ф.унк.ционального и теп.ло.вого состо.яния о.рганизма без напря.жения реакции терморегуляции, созд.ают ощущение теплового комфо.рта и .яв.ляют.я пре.дп.осылкой высо.кого уро.вня работоспособности.

Допу.стимые микроклим.ати.ческие параметры могут вызвать преход.ящие и быстро нормализу.ющиеся измене.ния функцио.нального и теплового состояния организма и напряжения реакций терморегуляции не выходящие за пределы физио.логических приспособительных возможностей, не создающие нарушений состояния здоровья, но вызывающие дискомфортные тепло ощущения, ухудш.ение самочувствия и понижение работоспособности. Норм.альные условия микроклимата обеспечиваются систем.ами водяного отоп.ления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Нормы микроклимата:

- относ.ительная влаж.ность 40-60%

- температура 19-21 градус

- скорость движения ветра в дисплейных помещениях: 0.1 м/с.

4.5 Освещение рабочего места

В наибо.льшей степени отр.ицательное физиологич.еское воздействие на операторов ЭВМ связано со зр.ительными условиями из-за неп.равильно спрое.цированного освеще.ния прямые и отраженные от экрана блики, вуалирующие отражения небла.гоприятное распред.еление ярк.ости в поле зрения, неверная ориентация рабочего места относительно светопроемов.

К системам освещения предъявляют следующие требования соответствие уровня освещенности рабочих мест характеру выполняемой зрительной работы; достат.очно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и в окружающем простр.анстве; отсутствие резких тен.ей, прямой и отраженной блесткости (повышенной яркости светящихся поверхнос.тей в.ызыва.ющей ослеплен.ность); постоянст.во освещенн.ости во вре.мени; оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока; долговечность, экономичность, электро- и пожаробезопасность, эстетичность, удобство и простота эксплуатации.

Рекоменду.емая осве.щенность для рабо.ты с экраном дисп.лея составляет 300 лк, а при работе с экра.ном в сочетан.ии с работ.ой над докум.ентами - 500 лк. Рекомендуемые соотношения яркости между рабочими поверхностями не должно превы...