Методы расчета числа каналов и размера ячеек транкинговых систем на примере стандарта TETRA и APCO-25

 

    При расчете территории покрытия системой TETRA различают два основных  случая:  системы  с  ограничением  по  шуму  и  системы  с ограничением по интерференции. Ограничение по шуму наступает на краю зоны обслуживания базовой станции с большим  радиусом действия, когда вероятность  того, что уровень принимаемого сигнала  превышает уровень статической  чувствительности приёмника, оказывается  меньше заданного значения (например, в 90% случаев). 

    Для  случая  плотной  городской  застройки  следует  рассматривать систему  с  ограничением  по  интерференции.  Ограничение  по интерференции  наступает  в  том  случае,  когда  вероятность  такой интерференции  существенно  превышает  вероятность  падения  отношения сигнал/шум ниже установленного в приёмнике подвижной станции  порога.

    Проиллюстрируем  этот  эффект  на  примере  одной  мешающей  базовой станции, рисунок 1: 

    

 

    Рисунок 1 – Покрытие с ограничением по интерференции 

    На  рисунке 1 показана  подвижная станция в положении П, принимающая сигнал  от  рабочей базовой станции Р,  отстоящей от подвижной станции на  расстоянии r₁.  Мешающая  базовая станция М расположена на расстоянии r₂ от подвижной станции.

    Для  движущейся  подвижной  станции  П  недопустимая интерференционная  помеха  возникает  каждый  раз,  когда  отношение средних  мощностей  сигналов  от  рабочей  Р  и  мешающей  М  базовых станций  в приёмнике подвижной станции  оказывается меньше эталонного отношения  для  соканальной  помехи C/Iс.  Стандартом TETRA эталонное отношение для соканальной помехи определено как C/Iс = 19 дБ.

    Недопустимая  интерференция может возникнуть при r₁ < r₂ даже в моменты  затенений (медленных  затуханий),  которые  только  частично коррелируются  с  путями  распространения  от  двух  базовых  станций.  Как правило,  предполагается,  что  затенения  подчиняются  лог-нормальному закону  распределения  со  стандартным  отклонением  σ,  зависящим  от окружающей  обстановки.  Для  заданных  значений r₁  и r₂ вероятность недопустимой  интерференции также связана с показателем степени n экспоненты, входящей в выражение для потерь при распространении.

    Область  покрытия  рабочей  БС  в  наибольшей  степени  подвержена интерференции,  когда  подвижная  станция  П  находится  на  линии, соединяющей  Р  и  М.  Таким  образом,  коэффициент  ослабления соканальной  помехи  D  для  наихудшего  случая  может  быть  определён через отношение  общего расстояния между базовыми станциями  (r1 + r2) к радиусу покрытия рабочей БС (r1) в предположении некоррелированного затенения, т.е. как:  

                                  (1) 

где p – вероятность недопустимой  интерференции,

Q^-1(p) – обратное  значение  функции Q(a), определённой  через функцию дополнительной погрешности в виде: 

                              (2) 

    При  значениях n = 4 и C/Iс = 19 дБ  коэффициент ослабления соканальной помехи D, который характеризует расстояние, определяющее возможность повторного  использования частот,  представлен в нижеследующей Таблице 1 для различных величин стандартного отклонения σ и вероятности недопустимой интерференции p:  

Таблица 1 – Коэффициент ослабления соканальной помехи D  

 
 

Следует  отметить,  что  найденный  коэффициент  ослабления соканальной  помехи  напрямую  не  связан  с  размерностью  частотного кластера.  Вместе  с  тем  установлено, что для полностью загруженной сотовой сети  связи общего  пользования базовое соотношение между коэффициентом ослабления соканальной помехи D, радиусом ячейки r₁ и размерностью частотного кластера К определяется как:  

                                    (3) 

применительно  к  некоторому  отношению  сигнал/помеха,  которое является  удовлетворительным,  например,  для 95% пользователей.  Ниже приведены  конкретные  значения,  полученные  согласно  этому соотношению:   

 

    Сопоставление  полученных  данных  с  Таблицей 9 показывает,  что даже при размерности  кластера К=12 величины коэффициента ослабления соканальной  помехи D=6 оказывается недостаточно  для достижения минимальных требований  по  пороговому  значению  недопустимой интерференции.  Здесь,  однако,  следует иметь ввиду,  что приведенное выше  соотношение D/r₁  получено  для сотовых систем  общего пользования,  которые существенно отличаются  от  системы TETRA по поверхностной плотности абонентов и по требуемой величине эталонного коэффициента  соканальной интерференции.  Абоненты  сотовых сетей генерируют  большую величину  соканальной помехи  при меньшей величине  защитного  отношения:  эталонный  коэффициент  соканальной интерференции для сотовых сетей примерно на 10 дБ меньше такового для системы TETRA. Всё это позволяет заключить,  что для полноразмерной сети TETRA использование кластера размерностью К=12 является вполне приемлемым и оптимальным с точки зрения эффективного использования спектра.

    Полноразмерный  частотный  кластер  используется  только  в  случае развёртывания  широкомасштабной  сети,  например,  национального значения.  При  наличии  сети  с  многокластерной  структурой  заявитель должен привести требуемые параметры наиболее загруженного кластера.

    Это  позволит  гарантированно  обеспечить  всю  сеть  необходимым частотным  ресурсом.

    Размерность  кластера  зависит  также  от  конфигурации  территории обслуживания.  Значение  К  ≥ 12 было  найдено для сплошного покрытия обслуживаемой территории.  Для случая  линейного покрытия, соответствующего развёртыванию сети связи вдоль какой-либо магистрали – железной дороги, автомагистрали, продуктопровода и т.п. – размерность частотного кластера вследствие отсутствия «боковых» сайтов существенно снижается  и  составит величину К_лин = (3 ÷ 4).

    В большинстве случаев сравнительно небольшие транкинговые сети создаются  с  усечённой  размерностью  частотного  кластера  вплоть  до односайтовых.  

    С учётом оговоренной  стандартом величины максимально допустимого  радиуса  ячейки  в 58 км  односайтовая  сеть  теоретически может обслужить  территорию площадью до 10 тыс. кв. км.  

    В проекте частотно-территориального плана заявитель представляет карту  территории  обслуживания  с  обозначением  мест  расположения базовых  станций  и  границ  соответствующих  сайтов.  Для  каждого  сайта указывается  количество  обслуживаемых  абонентов  с  разбиением  по отдельным  категориям.  В  случае  многокластерной  сети  эти  данные приводятся для наиболее загруженного кластера.  
 

    1.1.3. Величина дополнительной пропускной способности сети  

    Величина  дополнительной  пропускной  способности  сети определяется  её  размерами (с  точки  зрения  необходимых  ресурсов  для управления  сетью)  и  назначением.  Заявитель  должен  привести обоснованный  расчёт  частотного  ресурса,  необходимого  для  реализации дополнительной пропускной способности.   
 

    1.1.4.  Полоса  частот  для организации каналов прямой  связи

    (режим  DMO)  

    Режим прямой связи позволяет подвижным  абонентам поддерживать связь  без  использования  сетевой  инфраструктуры.  Это  может  быть  в случае отказа инфраструктуры либо в местах с плохим радиопокрытием.

    Кроме  того,  на  практике  режим  прямой  связи  часто  используется  в  условиях «автомобильного»  покрытия:  он  даёт  возможность  пассажирам покинуть  автомобиль  и  по-прежнему  иметь  доступ  к  сети  посредством  радиостанций  карманного  типа  с  использованием  автомобильной  радиостанции в качестве ретранслятора. Режим DMO используется также в мобильных базовых станциях,  обеспечивающих  связь независимо  от сетевой инфраструктуры. Такие базовые станции обычно устанавливаются с целью оперативной организации связи в местах,  где произошло чрезвычайное событие.

    Режим DMO обеспечивает  два независимых канала  связи, организованных  в одном радиочастотном  канале  шириной 25 кГц с выделением каждому каналу DMO одного из четырёх временных слотов.

    Для  обоснования  необходимости  использования  полосы  частот, которая  будет  востребована  в  режиме DMO, заявитель должен предоставить следующие сведения:

• среднее количество сеансов связи в день;
• средняя длительность сеанса связи;
• виды связи в режиме DMO:

- без использования инфраструктуры по схеме «точка-точка»;

-  без  использования  инфраструктуры  через  мобильную  базовую  станцию;  

- с  использованием  инфраструктуры  через  автомобильную радиостанцию;

• количество пользователей режима DMO в одном и том же районе;
• области  радиопокрытия  для  радиостанций  карманного  и

    автомобильного  типов (в городской и сельской местностях). 
 

    1.2. Алгоритм расчёта необходимой полосы частот

     

    Расчёт  необходимой  полосы  частот  для  сетей  профессиональной связи  стандарта  TETRA производится  по  единому алгоритму безотносительно к конкретной  категории сети.  В случае  сети  общего пользования, которая согласно европейской классификации транкинговых сетей относится не  к профессиональным  сетям (PMR), а к сетям общего доступа (PAMR), допускается использование единого для всех абонентов профиля услуг с удельной абонентской нагрузкой 0,015 Эрл. Эта нагрузка определена  ведомственными  нормами  технологического  проектирования комплексов оборудования систем подвижной связи.

     

    Для удобства расчётов введём обозначения: 

    К - общее количество абонентов заявляемой сети.

    K_i - количество абонентов i-ой категории.

    K_ij - количество абонентов i-ой категории в j-ом сайте.

    t_i - среднее время занятия канала  связи одним абонентом i-ой

    категории в ЧНН.

    λ_i – удельная абонентская нагрузка в i-ой категории.  

    Λ_ij – нагрузка  на  сеть  в j-ом  сайте,  создаваемая абонентами i-ой

    категории.

    Λ_j – суммарная    нагрузка  на  сеть  в j-ом  сайте,  создаваемая

    абонентами  всех категорий.

    n_j – количество каналов трафика базовой станции j-ого сайта.

    m_j - количество несущих частот базовой станции j-ого сайта.

     

    Расчёт  выделяемой  полосы  частот  производится  в  соответствии  с 

    блок-схемой, приведенной на рисунке 2:  
 
 

   

 

   Рисунок 2 – Блок-схема расчета необходимой полосы частот 

1. На первом этапе производится анализ материалов заявки на полноту и правильность оценки заявителем параметров сети по представленной им информации.  Пояснительная  записка должна сопровождаться картой территории обслуживания с обозначением мест расположения базовых станций  и границ соответствующих сайтов.  Для каждого сайта указывается  количество обслуживаемых абонентов  с разбиением по отдельным категориям. В случае многокластерной сети эти  данные приводятся для наиболее загруженного кластера.