ПТЦС_ПИШ_ЛК_2.1

1.

Передовая инженерная
школа
Академия ВСМ
Проектирование
системы радиосвязи
железнодорожного
транспорта на основе
стандарта LTE
2.1 Частотнотерриториальное
планирование
Автор-составитель:
к.т.н. Кузьмин Владислав Сергеевич

2.

Общие положения
Сота
• зона радиопокрытия одной базовой станции (наименьшая
структурная единица сети).
• Характеризуется радиусом R, определяющим зону обслуживания
базовой станции.
• Может быть круговой или секторной (120 или 60 градусов) в
зависимости от диаграммы направленности антенны.
Сайт
• совокупность нескольких смежных секторных сот, работа которых
обеспечивается одной базовой станцией.
Кластер
R
1
2
3
2
1 3
6 5 4
• группа сот (сайтов), в пределах которой нет повтора радиочастот
(номеров радиоканалов).
2

3.

Планирование сотовых сетей
Основная идея:
• обеспечение доступа к системе
многим пользователям в условиях
ограниченного частотного
ресурса.
Разделение зоны обслуживания на
соты
Модели повторного использования частот в сетях LTE
Полное
повторное
использование
полос частот
каналов
Жесткое
повторное
использование
полос частот
каналов
Мягкое
повторное
использование
полос частот
каналов
Дробное
повторное
использование
полос частот
каналов
3

4.

Планирование сотовых сетей
Полное повторное
использование полос
частот каналов:
Сотовая сеть при полном повторном
использовании полос частот каналов
• вся полоса частот полностью
используется каждой сотой
независимо от местоположения
абонентов в соте;
• распределением ресурсов
занимается планировщик
базовой станции;
• расписание и распределение
доводится до абонента по
специальному управляющему
каналу;
• имеет место проблема
межсотовой интерференции. 4

5.

Планирование сотовых сетей
Кластер
Переиспользован
ие частот
Сотовая сеть при жестком
повторном использовании полос
частот каналов
Кластер
Секторизация сот в кластере
для снижения величины
соотношения сигнал /
интерференция
Жесткое
повторное
использование
полос частот
•каналов:
разделение полосы
частот на
фиксированное
количество полос,
выдаваемое сотам в
соответствии с
некоторой моделью
повторного
использования
5

6.

Планирование сотовых сетей
f1, f3
f1, f2
f1, f3
f1, f2
f2, f3
f2, f3
f1, f3
f1, f2
Сотовая сеть при мягком повторном
использовании полос частот каналов
Мягкое повторное
использование
полос частот
каналов:
• разделение полосы
частот на фиксированное
количество полос, при
этом для каждой соты
выделена одна полоса
частот для абонентов на
границе соты, остальные
используются для
абонентов вблизи
6
базовой станции.

7.

Планирование сотовых сетей
Дробное
повторное
использование
полос частот
•каналов:
для обслуживания
Сотовая сеть при дробном повторном
использовании полос частот каналов
абонентов вблизи
базовой станции
используется одна
общая полоса частот;
• другие полосы
используются
абонентами на краю 7

8.

Сравнение LTE-TDD и LTE-FDD
Критерий
LTE-TDD
Парный спектр
Не требуется
Взаимосвязь
каналов
Характеристики канала одинаковы в обоих
направлениях, можно использовать одни и те
же параметры
Можно динамически регулировать емкость
восходящего и нисходящего канала в
соответствии с загрузкой
Асимметричность
передачи
Защитный интервал
или полоса
Прерывистая
передача
Интерференция в
соседних ячейках
Требуется. Длительность защитного интервала
влияет на емкость. Большой интервал
используется только при передаче на большие
расстояния
Требуется прерывистая передача, что со
временем приводит к ухудшению характеристик
усилителя мощности в передатчике
Базовые станции должны быть синхронизованы
по времени пере- дачи в восходящем и
нисходящем направлениях
LTE-FDD
Требуется. Разделение частот должно быть
достаточным для одновременного
осуществления приема и передачи
Характеристики канала различны из-за
несовпадения частот передачи
Емкость канала установлена жестко и не может
быть изменена.
В большинстве случаев емкости восходящего и
нисходящего каналов равны
Требуется. Величина защитной полосы не
влияет на емкость канала
Непрерывная передача
-
8

9.

Частотные каналы LTE-FDD
Восходящий канал, МГц
Нисходящий канал, МГц
Ширина полосы, МГц
Расстояние между
каналами, МГц
Защитная полоса, МГц
1
1920-1980
2110-2170
60
190
130
2
1850-1910
1930-1990
60
80
20
3
1710-1785
1805-1880
75
95
20
4
1710-1755
2110-2155
45
400
355
5
824-849
869-894
25
45
20
6
830-840
875-885
10
35
25
7
2500-2570
2620-2690
70
120
50
8
880-915
925-960
35
45
10
9
1749,9-1784,9
1844,9-1879,9
35
95
60
10
1710-1770
2110-2170
60
400
340
11
1427,9-1452,9
1475,9-1500,9
20
48
28
12
698-716
728-746
18
30
12
13
777-787
746-756
10
-31
41
14
788-798
758-768
10
-30
40
17
704-716
734-746
12
30
18
18
815-830
860-875
15
45
30
19
830-845
875-890
15
45
30
20
832-862
791-821
30
-41
71
21
1447,9-1462,9
1495,5-1510,9
15
48
33
22
3410-3500
3510-3600
90
100
10
Номер полосы
9

10.

Частотные каналы LTE-TDD
Номер полосы
Восходящий канал, МГц
Ширина полосы, МГц
33
1900-1920
20
34
2010-2025
15
35
1850-1910
60
36
1930-1990
50
37
1910-1930
20
38
2570-2620
50
39
1880-1920
40
40
2300-2400
100
41
3400-3600
200
10

11.

Модели сотовой структуры.
Размерность кластера
Однородная (регулярная) модель сотовой
структуры:
• мощность всех базовых станций одинакова,
• местность идеально равнинная,
• все соты имеют одинаковые размеры.
Размерность кластера может принимать только целые значения в соответствии с
формулой:
где k и l – целые числа.
11

12.

Коэффициент уменьшения соканальных
помех
6
В косоугольной системе координат расстояние между
любыми двумя точками определяется по формуле:
5
7
2
3
10
4
5
3
14
6
X
Y
7
2
3
2
5
7
4
4
6
15
13
6
5
4
5
2
Применение косоугольной
системы координат
12

13.

Коэффициент уменьшения соканальных
помех
6
В реальном масштабе расстояний, где для регулярной
модели сотовой структуры расстояние между любыми
двумя базовыми станциями равно:
5
7
2
3
10
4
5
3
14
6
X
Y
7
2
3
2
5
7
4
4
6
15
получим:
13
6
5
4
5
где q – коэффициент уменьшения соканальных помех.
С учетом этого размерность кластера может быть
определена исходя из требуемой величины q по
формуле:
2
Применение косоугольной
системы координат
13

14.

Соотношение «сигнал / интерференция»
(SIR)
В общем виде соотношение «сигнал / интерференция»
рассчитывается по формуле:
БС6
БС1
где S – медианная мощность полезного сигнала от базовой
f
e
БС0
БС5
a
b
R
c
d
БС2
станции «своей» соты на входе приемника, находящегося
на границе соты;
I – медианная суммарная мощность мешающего сигнала от
i-го числа базовых станций «чужих» сот.
При одинаковых мощностях передатчиков для показателя
затухания n радиоволн в данной местности формула
принимает вид:
Для однородной бессекторной сотовой структуры:
БС3
БС4
К расчету SIR
Секторизация позволяет увеличить величину SIR.
14

15.

Основы эскизного
частотно-территориального
планирования
Исходные данные для выполнения частотно-территориального планирования
Наименование
Обозначение и единица
измерения
Значение (пример)
KРК, шт.
26
NАБ, тыс.
15
Количество
радиоканалов
Количество абонентов
Предполагаемая нагрузка
УАБ, мЭрл
30
на одного абонента
Вероятность потерь
P, %
5
вызова
ЭТАП 1.
Распределение
частотных каналов
Тип
кластера
- по сотам выбранного кластера.
4/12
Площадь зоны
Сота
A1
обслуживания
1
Номера
радиоканало
13
в
25
B1
C1
D1
S,A2
км2
B2
C2
D2
A3
B3
150
C3
D3
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
26
15

16.

Основы эскизного
частотно-территориального
планирования
ЭТАП 2. Определение абонентской емкости сот.
Расчет количества трафик-каналов для соты (если 2 канала зарезервированы):
NTCH = КРК х 8 – 2.
Для заданного уровня потерь (в примере 5 %) и числа трафик-каналов определяется
абонентская емкость соты:
NСОТЫ = УСОТЫ / УАБ.
Для сот с двумя радиоканалами в рассматриваемом примере NСОТЫ = 324 абонента, а
для сот с тремя радиоканалами NСОТЫ = 571 абонент.
ЭТАП 3. Определение абонентской емкости кластера.
Суммируют емкости всех сот, входящих в состав кластера. В рассматриваемом
примере
16
NКЛАСТЕР = 4382 абонента.

17.

Основы эскизного
частотно-территориального
планирования
ЭТАП 4. Определение необходимого числа сот, сайтов и кластеров.
Общее число абонентов NАБ = 15000. При количестве кластеров, равном 3, количество
обслуживаемых абонентов равно 13146. Остальные 1854 абонента могут быть
обслужены сайтами и сотами, примыкающими к данному кластеру. В частности, сайты
C и D могут обслужить суммарно 1944 абонента.
На основе полученных количественных показателей выбирают топологию сети с
учетом параметров зоны обслуживания.
ЭТАП 5. Определение радиуса сайтов.
Площадь шестиугольного сайта:
Для рассмотренного примера радиус сайта равен 2,03 км.
17