CC BY
176
4
-1 -0,6 0,2 0,2 0,6 Рис. 2. Форма огибающей как решение задач 1, 2 и 3
1
0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2
'«ЫА 0...........;
« ИТ
0,4
-8-4 0 4 8
Рис. 3. Форма огибающей как решение задачи 28
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гельгор, А.Л. Спектральная и энергетическая эффективности многопозиционных зависимых сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией [Текст]/А. Л. Гельгор, Е.А. Попов//Радиотехника. -2008. -№ 12.-С. 4-9.
2. Макаров, С.Б. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания [Текст]/С.Б. Макаров, И.А. Цикин.-М.: Радио и связь, 1988.
3. Вальдман, Д.Г. Синтез спектрально-эффективных сигналов с заданными частотно-
временными характеристиками для систем связи [Текст]/Д.Г. Вальдман, С.Б. Макаров, В.И. Теаро//Тех-ника радиосвязи.-1997.-Вып. 3.-С. 22-33.
4. Сюэ, Вэй Синтез спектрально-эффективных сигналов для защищенных беспроводных телекоммуникационных систем с ограниченным энергетическим ресурсом [Текст]/Вэй Сюэ, С.Б. Макаров//Проблемы информационной безопасности. Компьютерные систе-мы.-2006.-№ 2.-С. 83-94.
5. Гуревич, М.С. Спектры радиосигналов [Текст]/ М.С. Гуревич.-М.: Связьиздат, 1963.
УДК [621.396.4:621.3.018:621.391.883.2]-047.44
М.В. Иванов
АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВНУТРИСИСТЕМНЫХ ПОМЕХ В ОБРАТНОМ КАНАЛЕ В СЕТЯХ WCDMA И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Сети мобильной связи с кодовым разделением каналов ШСБМА являются интерференционно-ограниченными: уровень интерференции определяет пропускную способность сети. Общая интерференционная картина в секторе сети ШСБМА включает несколько составляющих:
собственные тепловые шумы приемника базовой станции;
внешняя интерференция от различных источников;
внутренняя интерференция, зависящая от абонентской нагрузки в секторе и от конфигурации радиосети.
Собственные тепловые шумы приемника -характеристика оборудования базовой станции. Современное оборудование имеет хорошие показатели по внутренним тепловым шумам, которые находятся в пределах 1,5.. .3 ДБ [1].
Внесистемная составляющая интерференционной картины сектора, как правило, связана с работой радиоэлектронных средств, медицинской аппаратуры или иного технологического оборудования в той же или близлежащей полосе частот. В этом случае проводятся мероприятия, связанные с нормативно-правовым регулированием использования полосы частот или изменением частот и углов направления излучения антенн базовой станции.
Внутрисистемная интерференция, вызванная некорректной конфигурацией радиоподсистемы, является той составляющей, которую оператор имеет возможность минимизировать с помощью оптимизационных мероприятий. Основные задачи данной статьи - анализ влияния внутрисистемной интерференции на емкость сектора и разработка метода оптимизации сети, результатом которого является минимизация данного слагаемого в общей интерференционной картине сектора.
На практике, для оценки уровня общей интерференционной картины в секторе сети WCDMA применяется параметр RTWP (Receive Total Wideband Power - суммарная принимаемая мощность в рабочей полосе частот). RTWP является суммой всех принимаемых приемником базовой станции сигналов, включая полезные сигналы от мобильных терминалов, обслуживаемых сектором, интерференционные помехи, создаваемые мобильными терминалами соседних секторов, тепловой шум и вероятные внешние помехи [2]. Уровень интерференции в секторе (RTWP) равен:
RTWP = N+Nf) + ROT + Nnoise+ N^nX (i) где Nth - спектральная плотность теплового шума
N = 10log(K х T x W).
(2)
При ширине спектра W = 3,84 МГц, K = 1,38*10-23ДЖ/К (постоянная Больцмана) и T = 290 К, спектральная мощность теплового шума равна 108 ДБм/3,84 МГц. В формуле (1) N-собственные шумы приемника базовой станции; N - мощность внесистемной помехи; N..... -
noise ' addition
мощность дополнительной внутрисистемной по-
мехи; ROT (Rise Of Thermal) - интерференция, вызванная абонентской нагрузкой в секторе.
Основная проблема при высоком уровне интерференции - сокращение радиуса обслуживания сектора вплоть до самоблокировки соты, когда радиус зоны обслуживания сектора R^0. В связи с этим контроль и минимизация интерференции в секторах сети WCDMA - важная составляющая оптимизации радиосети.
Внесистемные помехи, увеличивающие уровень интерференции в секторе, подробно в статье не рассматриваются. Некорректная конфигурация радиоподсистемы, вызывающая увеличение внутрисистемной интерференции, связана с отсутствием описания хэндоверов между соседними секторами, имеющими пересекающиеся зоны обслуживания. Такая ситуация возможна в условиях города, где наблюдается высокая плотность установки базовых станций. При этом такие показатели качества работы сети, как успешность хэндоверов или процент обрывов соединений, не позволяют обнаружить проблему. Мобильный терминал либо совершает хэндовер на более удаленный сектор сети WCDMA, либо происходит межсистемный хэндовер в сеть GERAN.
В случае описанного хэндовера, если мобильный терминал перемещается из зоны обслуживания сектора 1 в зону обслуживания сектора 2, то приближаясь к границе сектора 1, он переходит в режим «soft handover», в котором обслуживание происходит одновременно двумя секторами. При этом система автоматической регулировки мощности ориентируется на сектор с лучшим качеством принимаемого сигнала и, тем самым, минимизирует внутрисистемную интерференцию.
При неописанном хэндовере мобильный терминал, находящийся в режиме «connected mode», не может совершить хэндовер на соту с лучшим качеством сигнала и работает с повышенной мощностью, что приводит к росту интерференции в сети.
Рассмотрим влияние неописанного хэндовера на интерференцию в секторе на примере голосового сервиса AMR 12,2 кбит/c (Adaptive Multi Rate -речевой кодек с адаптивной скоростью) в условиях городской застройки. Результаты расчета радиуса зоны обслуживания приведены в табл.1.
При расчете использовалась модель канала TU3, когда абонент перемещается со скоростью 3 км/ч в условиях городской застройки. Модель
Таблица 1
Расчет радиуса зоны обслуживания по обратному каналу
Параметры расчета Значения Комментарии
Общие параметры
Сервис CS AMR12,2
Модель канала TU3
Модель распространения Модель Кся-Бертони
Параметры ЦЕ
Максимальная мощность ЦЕ, ДБм 24 а
Потери в кабеле ЦЕ, ДБ 0 Ъ
Потери в теле человека, ДБ 3 с
Усиление антенны НЕ, ДБ 0 d
ЕШР (Эквивалентная изотропная излучаемая мощность), ДБм 21 е = a-b-с + d
Параметры 1^еВ
Усиление антенны Г^еВ, ДБ 18 F
Потери в кабеле №>ёеВ, ДБ 3,3 G
Шумовая картина №эёеВ, ДБ 5,3 i = g + 2
Требуемое отношение ЕЬ/Ио для выбранного сервиса, ДБ 2,8 i
Чувствительность приемника 1МоёеВ, ДБм -124,9 k=;+(-108+г) -101og(3840/12,2)
Загрузка сектора, % 50 L
Увеличение уровня КТ\УР, связанное с загрузкой сектора, ДБм 3 m = -lOlog(l-l)
Выигрыш при использовании БНО, ДБ 1,5 n
Минимальный уровень сигнала, необходимый для его демодуляции, ДБм -141,4 o = k-f+ m-n
Параметры модели распространения
Запас на быстрые замирания, ДБ 3 P
Запас на медленные замирания, ДБ 8 R
Потери на проникновение, ДБ 0 S
Допустимые потери на трассе распространения, ДБ 151,4 t=e—o—p—r—s
определяет запасы на быстрые и медленные замирания сигнала, которые равны 8 и 3 ДБ соответственно при условии 95 % вероятности покрытия зоны обслуживания соты [3]. Для рассматриваемого случая примем, что абонент находится на улице, поэтому потери на проникновение в зданиях равны нулю. Максимальная мощность мобильного терминала равна 24 ДБм, что соответствует классу мощности 3. Значения усиления приемной антенны NodeB, потерь в антенно-фидерном тракте и шумовой картины приемника соответствуют характеристикам реального обо-
рудования. Выигрыш от использования SHO (Soft HandOver - мягкий хэндовер) в режиме макроразнесения на приемной стороне выбран равным 1,5 ДБ. В процессе анализа учитывалась нагрузка в секторе, равная 50 %.
Оценка баланса потерь показывает, что радиус соты для сервиса CS AMR12,2 составит 550 м. Расстояние между сотами d1 составляет 1100 м (рис. 1). Как правило, зоны SHO составляют примерно 30 % от общей зоны обслуживания (d3), поэтому будем считать, что расстояние между соседними NodeB d1=1100 м*0,3=770 м.
Рис. 1. Модель для расчета влияния неописанных хэндоверов на интерференционную картину сектора
Зная максимальную дальность связи d2 = 550 м, определим, на каком расстоянии может находиться мобильный терминал относительно сектора 2, с которым не описан хэндовер d1 - d2 = 220 м. Используя данные для расчета максимальной дальности связи для сервиса С 8 AMR12,2 можно рассчитать мощность сигнала на входе приемника NodeB сектора 2, который является для него внутрисистемной помехой.
Как следует из табл. 2, для сектора 2 уровень внутрисистемной интерференции будет равен -103,9 ДБ.
Сравним расчетные данные с экспериментальными. Эксперимент проводился на фрагменте сети WCDMA. Тестовый мобильный терминал, работающий в сети WCDMA и поддерживающий сервис С8 AMR12.2, находился в зоне обслуживания сектора 1. Между тестовыми секторами WCDMA был описан хэндовер, однако, с помощью инженерного меню NetMoшtor, установив заданную частоту и скремблирующий код, можно воспроизвести ситуацию, когда мобильный терминал не будет переходить в другие сектора сети. По мере удаления от обслуживающего сектора мощность мобильного терминала возрастала до максимальной 24 ДБм. Расстояние до сектора 2 составило 200 м, что сравнимо с данными тео-
ретического расчета. Результаты теоретического расчета и эксперимента представлены в табл. 3.
Экспериментальное значение RTWP в нормальном режиме работы выше расчетного, т. к. сектор не изолирован от внешнего влияния. Увеличение уровня интерференции согласно расчету составляет 2,1 ДБ. По результатам эксперимента неописанный хэндовер повлек увеличение максимального уровня интерференции на 2,5 ДБ. Увеличение уровня RTWP на 2,5 ДБ соответствует увеличению уровня мощностной нагрузки в секторе примерно на 20.. .25 % [4]. В том случае, когда хэндоверы описаны корректно, один абонент С8 AMR12,2 занимает около 3 % мощностного ресурса в UL. Полученные данные наглядно отражают негативное влияние неописанных хэн-доверов между секторами сети WCDMA на емкость сети и качество обслуживания абонентов. В реальных условиях при неописанном хэндовере количество мобильных терминалов, работающих с повышенной мощностью, может быть больше одного, поэтому уровни интерференции как в одном, так и в другом секторах могут значительно превышать полученные результаты.
Для поиска и устранения неописанных хэндоверов проводятся драйв-тесты, по результатам которых определяются хэндоверы, необходимые
Таблица 2
Расчет уровня внутрисистемной интерференции
Параметры расчета Значения Комментарии
Потери на трассе распространения, ДБ 137,6 а
ЕШР (Эквивалентная изотропная излучаемая мощность), ДБм 21 Ъ
Усиление антенны МоёеВ, ДБ 18 с
Потери в кабеле №)с1еВ, ДБ 3,3 (1
Шумовая картина 1Чо(1еВ, ДБ 5,3 е = <1+2
Мощность на входе приемника №)<1еВ сектора 2, ДБ -103,9 /= Ь-а+с-е
Таблица 3
Сравнение расчетных и экспериментальных значений уровней RTWP
Значения Максимальное значение RTWP при описанном хэндовере, ДБм Максимальное значение RTWP при неописанном хэндовере, ДБм
Теоретический расчет -106 -103,9
Эксперимент -105,7 -103,2
для коррекции параметров сети. Данный вариант подходит для обнаружения неописанных хэндоверов в частных случаях, когда повышенный уровень интерференции уже обнаружен для конкретного сектора. Недостаток данного метода очевиден - высокие трудозатраты на проведение драйв-тестов. В связи с этим предлагается иной метод, позволяющий удаленно определять необходимые соседские отношения как для конкретного сектора, так и для фрагмента сети WCDMA.
Рассмотрим пример обнаружения неописанного хэндовера в сети, построенной на базе оборудования компании Huawei. У данного производителя в системе управления радиосетью предусмотрена возможность просмотра трейсов в реальном времени, которые включают в себя все сообщения уровня RRC (Radio Resource Control - уровень управления радиоресурсами). Сигнальные сообщения уровня RRC собираются для всех активных абонентов данного сектора. Мобильные терминалы измеряют уровни сигналов сот вне зависимости от конфигурации сети (максимум для 32 сот) и отсылают данную информацию на RNC (Radio Network Controller - контроллер радиосети) в сообщении «RRC measurement control». Пример данного сообщения представлен на рис. 2. В сообщении содержится информация о скремблирующем коде канала PCPICH (Physical Common Pilot Channel), уровнях RSCP (Receive Signal Code Power, уровень принимаемого сигнала) и Ec/No (отношение сигнал/шум) для соседнего сектора. Уровни RSCP и Ec/No передаются в закодированном виде.
Собрав статистику по данным сообщениям и исключив сектора, с которыми хэндоверы уже описаны, можно получить список секторов-претендентов на описание хэндоверов. Для того чтобы исключить случайные единичные попадания соседних секторов в список кандидатов, необходимо задаться минимальным количеством попаданий сектора в список кандидатов за период сбора трейса. Дополнительным условием для добавления хэндовера в конфигурацию сети является превышение уровнями ЯСвР и Ес/Ыо заданных порогов. В городских условиях уровень ЯвСР > -90 ДБм, уровень Ес/Ыо > -10 ДБм. Для пригородов и областей пороги можно снизить до ЯвСР > -100 ДБм, Ес/Ыо > -15 ДБм. В результате, если процесс запуска трейсов и сравнение измеренных соседних секторов с конфигурацией сети автоматизировать, можно получить удобный инструмент для поиска и предупреждения ситуаций, связанных с увеличением внутрисистемной интерференции из-за неописанных хэндоверов между секторами сети WCDMA.
В сетях WCDMA уровень RTWP отражает общую интерференционную картину в обратном канале сектора, включая полезную нагрузку сектора, внутрисистемную и внесистемную интерференцию. В случае увеличения любого из видов интерференции уменьшается емкость сектора, что может привести к отказам в установлении каналов для абонентов и снижению качества обслуживания. Наиболее распространенный случай -
Рис. 2. Пример сообщения RRC measurement control
увеличение внутрисистемной интерференции по причине неописанных хэндоверов между секторами сети. С помощью аналитических расчетов и проведенного тестирования при некорректной конфигурации радиоподсистемы для максимальной удаленности абонента от обслуживающей соты получено увеличение нагрузки от одного
абонента с голосовым сервисом CS AMR 12.2 минимум в 5-7 раз. Предложенный метод, основанный на анализе сообщений «RRC measurement control», собираемых с помощью трейсов на радиоподсистеме, является альтернативой проведению драйв-тестов, требующих больших трудозатрат.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. [Электронный ресурс] http://support.huawei.com, 31183622-DBS3800-iDBS3800 Product Documentation-(V100R011C00_08), SE0000447644
2. [Электронный ресурс] 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #40bis, On the Accuracy of RTWP and RoT Measurements (R1-050330), Апрель 2005
3. HSDPA/HSUPA for UMTS: High Speed Radio
Access for Mobile Communications [Текст]/ЕА by H. Holma, A Toskala. -2006. -John Wiley & Sons, Ltd. С. 95-98.
4. Иванов, М.В. Расчет пропускной способности радиоканала HSUPA с учетом особенностей высокоскоростной передачи данных [Текст]/М.В. Иванов// Вестник связи.-2009.-№8.
УДК 53.087/.088
С.А. Останин, А.М. Шайдук, Г.А. Семёнов
ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ МАЛОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
Задачи обнаружения сигналов малой длительности, скрытых в шуме, решаются при приеме и обработке сигналов различной природы в разных технических устройствах: радиолокаторах, лидарах, лазерных доплеровских анемометрах, устройствах связи. Эффективные методы обнаружения периодических сигналов в смеси с шумом основаны на спектральном анализе [1, 2]. При применении спектральных методов для обнаружения периодических сигналов малой длительности в смеси с шумом существует необходимость оценки величины таких специфических параметров этих сигналов, которые определяют границы применимости спектральных методов. К таким параметрам относится, например, скважность передачи. При некотором значении этого параметра спектральные плотности мощности периодического и непериодического фрагмента на частоте периодического фрагмента становятся сопоставимы, и вероятность обнаружения становится неприемлемой. Цель настоящей статьи - анализ эффективности спектрального метода обнаружения периодических сигналов малой длительности
Оценим критическое значение скважности передачи, при которой возможно обнаружение периодического сигнала малой длительности. Рассмотрим отрезок гармонического колебания: ГхР (0 = х0 8т(ю0*), 0 < ? < аГ Х^~\хшУ),аТ<1<Т, (1)
где а << 1 - относительная длительность периодического фрагмента, хш(?) - случайный сигнал (шум), имеющий несмещенную статистическую плотность распределения р(х) (нормированную на единицу) со средним квадратическим отклонением ош.
Вероятность получить в некоторый произвольный момент времени значение сигнала х в интервале dx при этом равна
dW(x) = p(x)dx,
(2)
доля значении x, не превосходящих некоторое
Хо е (0; да)
W(x<;c0) = ^p(x)dx.
(3)
Естественным обобщением выражения (2) на дискретный сигнал x является соотношение:
