Пример расчета основных параметров сети связи

Ниже проведен пример исследования функциональной зависимости параметров сети. Бюджет линии связи предназначен, для того, чтобы произвести необходимые расчеты отношения принятой битовой энергии к тепловому шуму и плотности интерференции. Расчеты основаны на известных значениях мощности передатчика, коэффициентов усиления передающей и приемной антенн, значении принятых шумов, емкости канала, а также распространении сигнала и интерферирующей среды. Расчет бюджета линии связи необходим для анализа трафик-каналов прямого и обратного соединений, пилот-канала, канала поискового вызова и канала синхронизации.

6.1 Прямое соединение

При вычислении эффективного отношения сигнал/шум для пилот-канала, канала синхронизации и канала поискового вызова, необходимо вычислить мощность принятого сигнала и принятой интерференции по каждому каналу. Нижеприведенные расчеты позволят произвести анализ каналов прямого соединения

Эффективная мощность излучения трафик канала

(1)

или

(2)

где p_t – эффективная мощность излучения (ЭМИ) трафик канала (дБм);

P_t – ЭМИ всех трафик каналов от передающей антенны базовой станции (дБм);

N_t – число трафик каналов поддерживаемое одной сотой;

С_f – коэффициент активности речи.

, дБм.

Мощность, приходящаяся на одного абонента (мобильную станцию)

р_u= p_t - G_t - L_c (3)

где р_u – мощность в трафик канале на одного абонента (дБм);

G_t – коэффициент усиления передающей антенны базовой станции(dB);

L_c – потери в фидере базовой станции (дБ).

р_u = 48.55 – 14 + 2.5 = 37.05, дБм.

Полная мощность базовой станции

(4)

где p_s – мощность канала синхронизации (дБм);

p_p – мощность пилот-канала (дБм);

p_pg – мощность канала оповещения (дБм).

дБм.

Усилитель мощности базовой станции

Р_а=Р_с - G_t - L_c (5)

где Р_а – полная мощность всех трафик-каналов, пилот-канала, поискового канала, и канала синхронизации на выходе усилителя (дБм);

Р_с – полная излучаемая мощность базовой станции (дБм).

Р_а = 58.49 – 14 + 2.5 = 46.99, дБм.

Полная мощность принятая мобильной станцией

р_m = P_c + L_p + A_l + G_m + L_m (6)

где р_m – полная мощность принятая мобильной станцией (дБм);

L_p – средние потери на трассе между базовой станцией и мобильной (дБ);

A_l – допуск на теневые потери (дБ);

G_m – коэффициент усиления (на приеме) антенны мобильной станции (dB);

L_m – потери в кабеле мобильной станции (дБ).

р_m = 58.49 – 146 – 6.2 + 0 – 3 = – 96.71, дБм.

Принятая мощность трафик-канала

р_tr = p_t + L_p + A_l + G_m + L_m (7)

где р_tr – принятая мобильной станцией мощность трафик-канала от базовой станции (дБм).

р_tr = 48.55 – 146 – 6.2 + 0 – 3 = - 106.65, дБм.

Принятая мощность пилот-канала

р_pr = p_p + L_p + A_l + G_m + L_m (8)

где р_pr - принятая мобильной станцией мощность пилот-канала от базовой станции (дБм).

р_pr = 51.5 – 146 – 6.2 + 0 – 3 = - 103.7, дБм.

Принятая мощность поискового канала

р_pgr = p_pg + L_p + A_l + G_m + L_m (9)

где р_pgr - принятая мобильной станцией мощность поискового канала от базовой станции (дБм).

р_pgr =46.94 – 146 – 6.2 + 0 – 3 = -108.26, дБм.

Принятая мощность канала синхронизации

р_sr = p_s + L_p + A_l + G_m + L_m (10)

где р_sr - принятая мобильной станцией мощность канала синхронизации от базовой станции.

р_sr = 41.5 – 146 – 6.2 + 0 – 3 = -113.7, дБм.

Интерференция от других пользователей в трафик-канале

I_ut = 10log[10^0.1p_m – 10^0.1p_tr] – 10log B_w (11)

где I_ut – плотность интерференции создаваемой другими абонентами в трафик-канале (дБм /Гц);

B_w – ширина канала (Гц).

I_ut =10log[10^-9.671 – 10^-10.665] - 10log(1.2288 · 10⁶) = -158.07, дБм/Гц.

Интерференция, создаваемая другими базовыми станциями в трафик- канале

(12)

где I_ct – плотность интерференции создаваемой другими базовыми станциями в трафик канале (дБм /Гц);

f_r – коэффициент переиспользования частоты (f_r = 0.65).

Плотность интерференции для трафик-канала

(13)

где I_t – плотность интерференции в канале трафика (дБм/Гц).

Интерференция от других абонентов (той же базовой станции) в пилот-канале

I_uр = р_m– 10log B_w (14)

где I_uр - плотность интерференции от других абонентов в пилот канале (дБм/Гц).

I_uр = -96.71 – 10log(1.2288 · 10⁶) = -112.19 – 60.89 = -157.61, дБм/Гц.

Интерференция создаваемая другими базовыми станциями в пилот- канале

(15)

где I_cp – плотность интерференции создаваемой другими базовыми станциями в пилот-канале (дБм/Гц).

Плотность интерференции для пилот-канала

(16)

где I_p – плотность интерференции для пилот канала (дБм/Гц).

.

Интерференция от других абонентов (той же базовой станции) в поисковом канале

I_upg = 10log[10^0.1p_m – 10^0.1p_pgr] – 10log B_w (17)

где I_upg плотность интерференции от других абонентов в поисковом канале (дБм/Гц).

I_upg = 10log[10^{0.1·(-96.71)}–10^{0.1·(-108.26)}]–10log (1.2288·10⁶)=

=10log(-8.89·10^-12) - 60.89= -157.92, дБм/Гц.

Интерференция создаваемая другими базовыми станциями в поисковом канале

(18)

где I_cpg – плотность интерференции создаваемой другими базовыми станциями в поисковом канале (дБм/Гц).

Плотность интерференции для поискового канала

(19)

где I_pg – плотность интерференции для поискового канала (дБм/Гц).

.

Интерференция от других абонентов (той же базовой станции) в канале синхронизации

I_us = 10log[10^0.1p_m – 10^0.1p_sr] – 10log B_w (20)

где I_us плотность интерференции от других абонентов в канале синхронизации (дБм/Гц).

I_us = 10log[10^{0.1·(-96,71)} – 10^{0.1·(-113.7)}] – 10log (1.2288 · 10⁶)= - 96.8 – 60.89=

= -157.69 дБм/Гц.

Интерференция создаваемая другими базовыми станциями в канале синхронизации

(21)

где I_cs – плотность интерференции создаваемой другими базовыми станциями в канале синхронизации (дБм/Гц).

.

Плотность интерференции для канала синхронизации

(22)

где I_s – плотность интерференции для канала синхронизации (дБм/Гц).

.

Тепловой шум

N₀ = 10log(290 · 1.38 · 10^-23) + N_f + 30 (23)

где N₀ – плотность теплового шума (дБм/Гц);

N_f – значение шума в приемнике мобильной станции (дБ).

N₀ = 10log(290 · 1.38 · 10^-23) + 8 + 30 = -165.98, дБм/Гц.

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик-канале

(24)

где p_tr – скорость передачи данных в трафик-канале (бит/с).

Отношение сигнал/шум + интерференция в пилот канале

(25)

Отношение сигнал/шум + интерференция в поисковом канале

(26)

где p_pgr – скорость передачи данных в поисковом канале (бит/с).

Отношение сигнал/шум + интерференция в канале синхронизации

(27)

где p_rs – скорость передачи данных в канале синхронизации (бит/с).

6.2 Обратное соединение

Мощность усилителя мобильной станции

Р_ma= Р_me – G_m – L_m (28)

где Р_ma – мощность на выходе усилителя (дБм);

Р_me – полная излучаемая мощность антенны мобильной станции (дБм);

G_m – коэффициент усиления передающей антенны мобильной станции (дБ);

L_m – потери в кабеле мобильной станции (дБ).

Р_ma = 20 – (-3) – 0 =23 дБм.

Мощность принятая базовой станцией от одного абонента

P_cu = P_me + L_p + A_l + G_t + L_t (29)

где P_cu – мощность принятая базовой станцией по каналу трафика от мобильной станции (дБм);

L_p – средние потери на трассе между базовой станцией и мобильной (дБ);

A_l – допуск на теневые потери (дБ);

G_t – коэффициент усиления (на приеме) антенны базовой станции (дБ);

L_t – потери в кабеле базовой станции (дБ).

P_cu = 20 – 146 – 6.2 + 14 –2.5 = -120.7 дБм.

Плотность интерференции создаваемой другими абонентами в данной базовой станции

I_utr = P_cu+ 10log(N_t – 1) + 10logC_a – 10log B_w (30)

где I_utr – плотность интерференции создаваемой другими мобильными станциями (дБм/Гц);

C_a – коэффициент активности речи в канале (C_a =0.4 – 0.6);

N_t – число трафик-каналов имеющихся в одной базовой станции.

I_utr = -120.7 + 10log(20 – 1) + 10log0.6 + 10log(1.2288·10⁶) =

= -171.03 дБм/Гц.

Плотность интерференции создаваемой другими абонентами других базовых станций

(31)

где I_ctr – плотность интерференции от мобильных станций других базовых станций (дБм/Гц);

f_r – коэффициент повторного использования частот (f_r = 0.65).

.

Плотность интерференции создаваемой другими абонентами других базовых станций и данной базовой станции

(32)

где I_tr - плотность интерференции создаваемой другими абонентами других базовых станций и данной базовой станции (дБм/Гц).

.

Плотность тепловогого шума

N₀ = 10log(290 · 1.38 · 10^-23) + N_f + 30, (33)

где N₀ – плотность теплового шума (дБм/Гц);

N_f – значение шума в приемнике мобильной станции (дБ).

N₀ = 10log(290 · 1.38 · 10^-23) + 5 + 30 = -168.98 дБм/Гц.

Отношение сигнал/шум + интерференция в трафик-канале

(34)

где b_rr – скорость передачи данных в трафик-канале обратного соединения (бит/с).

.

6.3 Анализ емкости базовой станции

CDMA обладает некоторыми атрибутами способствующими к увеличению емкости станции, а именно:

- учет активности речи. Обычная средняя активность речи абонента составляет 35% от полного времени его разговора. Остальное время занимают паузы, в течении которых абонент слушает собеседника. В CDMA все абоненты занимают один радиоканал. Поэтому когда кто-то из них не разговаривает, то создается меньше помех. Таким образом, сокращение активности речи уменьшает взаимные помехи, что позволяет увеличить емкость канала до трех раз. CDMA – единственная технология, использующая преимущества этого явления;

- увеличение канальной емкости за счет использования секторных антенн (секторизация). В FDMA и TDMA каждая сота делится на секторы для того, чтобы уменьшить влияние интерференционных помех. В результате транкинговая эффективность разделенных каналов в каждой соте ухудшается. В CDMA секторизация применяется для увеличения емкости путем организации трех радиоканалов в трех секторах, и, таким образом, емкость увеличивается в три раза по сравнению с теоретической емкостью при использовании одного радиоканала в соте. Поэтому имеется возможность подключить дополнительного абонента, при этом качество воспроизведения речи ухудшается незначительно по сравнению с обычным режимом. Например, если в соте 40 каналов и добавляется еще один, то разница в отношении несущая/интерференция E_b/N₀ составляет всего 10log(40+1)/40=0.24 дБ;

- большим преимуществом CDMA перед остальными системами является то, что CDMA может многократно использовать полный спектр всех сот.

В случае когда количество абонентов равно N, базовая станция принимает сигнал состоящий из необходимого нам сигнала с мощностью С и N-1 интерферирующих сигналов также с мощностью С. Отсюда отношение несущая к интерференции может быть выражено как

(35)

где С – уровень мощности требуемого сигнала;

I – уровень мощности интерференции.