Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Расчетно-графическая работа №3

По дисциплине «Технология беспроводной связи»

Расчет емкости системы связи стандарта GSM и эффективности телекоммуникационной системы

Выполнил: Курманказыев

Алматы 2021

Введение

связь мобильная gsm телекоммуникационная система

В данной расчетно-графической работе мы должны рассчитать емкости системы связи стандарта GSM и эффективности телекоммуникационной системы.

Общевропейский стандарт GSM (GroupeSpecialMobile) - первый в мире стандарт на цифровые сотовые системы подвижной связи, создаваемых в диапазоне 900 Мгц. Система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи данных и цифровым сетям с интеграцией служб. В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной связи в диапазоне частот 862-960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890-915 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935-960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS).

В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).

В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах.

Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN).

Задача №1

Система связи стандарта GSM обслуживает абонентов на городской территории площади S, км². Средний радиус соты равен r. Количество каналов, выделенных базовой станции (соте) С. Средняя частота поступления вызовов л_СР выз/час. Средняя продолжительность разговора T, мин. Вероятность блокировки вызовов GOS_B.

Определить емкость системы связи по условиям, заданным в таблице 1-4, для чего рассчитать:

1) Площадь гексагональной соты S_r, км²;

2) Количество сот, охватывающих всю городскую территорию N_C;

3) Интенсивность трафика в одной соте A_Cпри заданной вероятности блокировки GOS_B;

4) Суммарный трафик всей системы A_CCC;

5) Средний трафик одного абонента A;

6) Количество абонентов, которых может обслужить система N_АБ;

7) Количество каналов системы мобильной связи N_К;

8) Количество абонентов, приходящихся на один канал N_АБ1;

9) Минимальное количество абонентов, которые могут быть одновременно обслужены N_min;

10) Относительное количество абонентов, одновременно обслуживаемых системой связи у.

Т а б л и ц а 1. Зависимость варианта от последней цифры зачетной книжки

Т а б л и ц а 2. Зависимость варианта от предпоследней цифры зачетной книжки

Т а б л и ц а 3. Некоторые характеристики стандарта GSM-900

Т а б л и ц а 4. Показатели качества обслуживания моделей Эрланга А и В

Решение задачи №1

Краткие теоретические сведения.

Типичным примером системы массового обслуживания (СМО) является телекоммуникационная система, которая делится на два основных типа: СМО с отказами и СМО с ожиданием.

В системах связи с отказами заявка, поступившая в момент, когда все каналы обслуживания заняты, немедленно получает отказ, покидает систему и в дальнейшем процессе обслуживания не участвует.

В системах с ожиданием заявка, заставшая все каналы занятыми, не покидает систему, а становится в очередь и ожидает, пока не освободится какой-нибудь канал.

Основными параметрами оценки качества обслуживания мобильной системы связи, как системы массового обслуживания, являются параметры входящего потока вызовов. Поскольку моменты поступления вызовов в системе связи определяются периодичностью поступления информации, являющейся случайной величиной, то весь процесс поступления вызовов считается случайным процессом.

Случайными величинами такого потока вызовов для часа наибольшей нагрузки (ЧНН) являются:

л - количество вызовов, поступающих в единицу времени (интенсивность вызовов или средняя частота поступления вызовов);

Т - время обслуживания одного вызова (средняя продолжительность обслуживания вызова), сутки, час, минута, секунда;

А - средний трафик (интенсивность трафика, интенсивность нагрузки, поток нагрузки, средний трафик одного абонента).

Известны несколько моделей системы сотовой связи:

1) модель Эрланга А - система с ограничением времени ожидания и времени обслуживания;

2) модель Эрланга B - система с отказами (вызовы, поступившие, когда все каналы заняты, могут аннулироваться);

3) модель Эрланга C - система с ожиданиями (вызовы, поступившие, когда все каналы заняты, становятся в очередь и ждут освобождения канала неопределенно долгое время).

Уровень обслуживания (англ. GradeofService - GOS) - это мера доступа к каналу в системе с концентрацией нагрузки в ЧНН.

Уровень обслуживания (GOS) представляет собой качественную меру, используемую для определения вероятности получения доступа к каналу при известном количестве каналов в сотовой системе.

Уровень обслуживания - один из основных параметров и критериев оценки при разработке сотовых систем, который необходимо учитывать для того, чтобы обеспечить требуемую емкость системы и распределение каналов по сотам.

Уровень обслуживания обычно выражается в виде вероятности блокировки (отказа), т. е. вероятности того, что желающий установить соединение пользователь столкнется с отсутствием свободного канала, или, что время ожидания свободного канала превысит установленный предел.

В наиболее распространенной системе с отказами или потерянными вызовами (модель Эрланга B) вероятность отказа в обслуживании, т. е. вероятность того, что все каналы при поступлении вызова от абонента будут заняты, определяется следующим выражением:

где N - потери в свободном пространстве;

Z- центральная частота канала, на котором работает система связи.

В соответствии с требованиями операторских лицензий, величина отказов внутри отечественных сотовых сетей общего пользования принимается на уровне Р_ОТК?5%, а расчетная удельная нагрузка на одного абонента 0,015 Эрланг. Иногда, закладывая запас на проектирование, расчет трафика производят, исходя из нагрузки (входящая + исходящая) на одного абонента в ЧНН, равной 0,025 Эрл и вероятности блокировки 2%. Опыт работы сотовых сетей в России и Казахстане показывает, что средняя нагрузка, создаваемая одним абонентом, колеблется на уровне (0,007-0,016) Эрл.

Дополнительные указания:

1) Площадь гексагональной соты S_r (км²) определяется по формуле:

где r - средний радиус соты;

S_r - площадь гексагональной территории.

2) Количество сот N_C в сотовой системе связи (ССС) определить самостоятельно.

83 сот

3) Суммарный трафик A_C, приходящийся на соту (интенсивность трафика в одной соте), можно определить по таблице 4.4, если известно количество каналов, приходящихся на сотуN, и вероятность отказов GOS_B.

При GOS_B=0,02 и при N=24, интенсивность трафика в одной соте по таблице 4 равна A_C=17 вызовов(трафика).

4) Суммарный трафик всей СССA_CCC определить самостоятельно.

где A_C - интенсивность трафика в одной соте при заданной вероятности блокировки GOS_B;

N_C - количество сот.

5) Средний трафик, приходящийся на одного абонента А;

6) Определив суммарный трафик всей системы, можно определить количество абонентов N_АБ, которое может обслужить система:

7) Количество каналов системы мобильной связи N_К определить самостоятельно делением ширины выделенного системе спектра на ширину пары каналов. Ширину выделенного спектра и ширину канала связи (см. таблицу 3). Учесть, что один канал связи, как в прямом, так и в обратном направлениях для связи не используется:

N_k- количество каналов системы мобильной связи

N_k =124 в стандарте GSM, так как по 100 кГц по краям частотного диапазона используется в качестве защитных полос.

8) Определить самостоятельно среднее количество абонентов, приходящихся на один канал связи N_АБ1.

где - количество каналов системы мобильной связи;

- количество абонентов, которых может обслужить система.

9) Минимальное количество абонентов, которые могут быть одновременно обслужены N_min:

где N - количество каналов в соте;

N_C - количество сот.

Т. к. схема организации каналов - TDMA, одновременно могут быть обслужены одним частотным каналом от одного абонента до восьми в ЧНН - по количеству временных окон (тайм-слотов) в одном TDMA-кадре (временном фрейме).

10) Относительное количество абонентов, которое может быть одновременно обслужено:

Задача №2

Определить эффективность з (КПД) тeлекоммуникационной системы с количеством каналов n - (см. таблицу 5) для мобильной связи с активностью абонента или нагрузкой на сеть от одного абонента б Эрл.

При числе каналов связи базовой станции n определить допустимое число мобильных терминалов сотовой сети связи N, которые может обслужить базовая станция при вероятности отказов Р_ОТК=0,01 в системе с предоставлением каналов по требованию.

Т а б л и ц а 5. Зависимость варианта от последней цифры зачетной книжки

Решение задачи №2

Краткие теоретические сведения.

Рассмотрим телекоммуникационную сеть с представлением каналов по требованию типа «звезда» с БС базовой станцией (или коммутатором) с числом каналов n. Принимаем, что статистические характеристики всех источников сообщений (абонентов) одинаковы.

Обозначим через л среднее число вызовов на связь от одного абонента в единицу времени, в среднюю продолжительность сеанса связи одного абонента. Тогда лвТ есть чистое время работы абонента за время Т.

Относительное время работы одного абонента за время Т, равное лвТ/Т=б, называется активностью абонента или нагрузкой на сеть от одного абонента. Величину б (безразмерную) принято измерять в Эрлангах (0?б?l).

Для мобильного абонента, работающего в сотовой сети связи, принимают нагрузку б = 0,01-0,03 Эрл, в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

Нагрузка от N абонентов сети есть N_б ЭРЛ. При большом числе абонентов N?1 суммарный поток вызовов от всех абонентов в теории мaccoвoгo обслуживания называется простейшим без последствия и описывается распределением Пуассона. Эффективность использования телекоммуникационных каналов (как бы коэффициент полезного действия кпд телекоммуникационной системы) есть график величины з, представленный на рисунке 1 для Р_ОТК=0,01.

Рисунок 1 - Эффективность использования телекоммуникационных каналов при Р_ОТК=0,01

Эффективность использования телекоммуникационных каналов связана с (1-Р_ОТК)N_б - обслуженной нагрузкой соотношением:

КПД эффективности использования телекоммуникационных каналов находим из графика на рисунке 1:

Преобразовав формулу, находим N_б:

Используя формулу для вычисления КПД и рисунок 1, определяем действительное число мобильных терминалов:

Вывод

связь мобильная gsm телекоммуникационная система

В ходе решения данной задачи мы определили действительное число мобильных терминалов N=385 и нагрузку от абонентов на сеть, которая составила 7.7 Эрл.

Заключение

GSM (GlobalSystemforMobilecommunication) - система мобильной сотовой связи изначально разрабатывалась как глобальная система. Уже на стадии разработки стандартов были заложены широкие возможности развития этой системы в будущем. Разработаны стандарты и оборудование для различных частотных диапазонов 900, 1800 и 1900 МГц.

По мере развития техники и технологии в системе GSM внедрялись новые возможности и предоставлялись новые услуги. К настоящему времени пройдены этапы (поколения), называемые фаза 1, фаза 2 и фаза 2+ (Phase 1, Phase 2, Phase 2+), отличаючиеся предоставляемыми услугами. Фаза 2+ продолжает совершенствоваться и в настоящее время.

В настоящее время разрабатываются и уже начинают внедряться системы третьего поколения (3-G), в которых используется метод пакетной передачи данных. Об этих системах мы узнаем в последующих лекциях.

Популярность стандарта GSM в настоящее время настолько высока, что GSM понимается сейчас как “глобальная система подвижной радиосвязи”. GSM и его варианты, в частности модификация, спроектированная в данной работе - GSM - 900, приняты и развиваются в Европе, Азии, Африке, России и Северной Америке. Число стран, использующих GSM, и количество операторов связи постоянно возрастает.

Стандарт GSM, кроме того, предоставляет ряд услуг связи, которые не реализованы в других стандартах сотовой связи. К ним относятся:

1) Использование интеллектуальных SIM - карт для доступа к каналу и услугам связи;

2) Закрытый для прослушивания радиоинтерфейс;

3) Шифрование передаваемых сообщений;

4) Аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам;

5) Использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации;

6) Автоматический роуминг абонентов различных сетей (международный и национальный);

7) Межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами некоторых других сетей (DCS 1800, PCS 1900, DECT), а также со спутниковыми сетями наземной подвижной связи (Iridium, Globastar, Inmastar - P).

В данной расчетно-графической работе мы теоретически освоили расчет емкости системы связи стандартаGSM и эффективность телекоммуникационной системы. В первой задаче мы рассчитывали такие характеристики как площадь гексагональной соты, количество сот, охватывающих всю городскую территорию, интенсивность трафика в одной соте при заданной вероятности блокировки, суммарный трафик всей системы, средний трафик одного абонента, количество абонентов, которых может обслужить система, количество каналов системы мобильной связи, количество абонентов, приходящихся на один канал, минимальное количество абонентов, которые могут быть одновременно обслужены, относительное количество абонентов, одновременно обслуживаемых системой связи. Во второй задаче мы высчитывали эффективность (КПД) телекоммуникационной системы с количеством каналов для мобильной связи с активностью абонента или нагрузкой на сеть от одного абонента.

Список использованной литературы

1. Агатаева Б.Б., Сарженко Л.И., Зайцев Е.О. Технология беспроводной связи.Методические указания к расчетно-графическим работам. - Алматы: АУЭС, 2014. - 25 с.

Размещено на Allbest.ru