CC BY
29
системным анализ и его приложения
Говорин П. С.
УДК 621.395.44
МАКСИМАЛЬНАЯ ДАЛЬНОСТЬ ЗВОНКОВ В СОТОВОЙ СЕТИ CDMA 450
На сегодняшний день существующие модели беспроводного доступа (FDMA/TDMA) практически исчерпали свои возможности и не могут обеспечивать существенно большую пропускную способность.
Радикальным решением явилось использование технологии шумоподобных сигналов и кодового разделения каналов-CDMA (Code Dimension Multiple Access). При CDMA-технологии каждый из каналов системы полностью использует весь выделенный частотно-временной ресурс, поскольку радиоканалы систем CDMA полностью перекрываются как по времени, так и по частоте. Разделение сигналов отдельных каналов осуществляется за счет того, что каждый канал имеет свою "поднесущую" (адресную кодовую последовательность, сформированную, в частности, одним из 64 кодов Уолша).
Основа систем CDMA - прямое расширение спектра частот (direct sequence spreading).
Исходный узкополосный сигнал умножают на псевдослучайную последовательность (ПСП), состоящую из N элементов (чипов) длительностью А каждый и имеющий период повторения T. Алгоритмы генерирования ПСП известны и табуиро-ваны. На практике чаще всего применяют бинарные ПСП (построенные на основе двоичного алфавита).
Авто и взаимокорреляционные функции таких последовательностей обеспечивают оптимальную корреляционную обработку на приёме.
Принцип расширения базы сигнала по схеме прямого расширения спектра частот показан на рисунке 1, где а) - кодовый модулятор, б) - информационный сигнал, в) - кодовая последовательность, г) - информационный сигнал манипу-лированный кодом, д) - фазоманипулированный сложный сигнал, е) - огибающая фазоманипули-рованного сигнала.
Приём сигнала осуществляется с помощью оптимального приёмника, который вычисляет корреляционный интеграл для сигнала с известными параметрами. (1)
(1)
где - входной сигнал, состоящий из смеси полезного сигнала и шума, Боп - опорная копия адресной последовательности, известная на приёмной стороне, Т - период кода.
Рис. 1. Прямое расширение спектра частот
По величине Z принимается решение о сигнале. Вычисляется корреляционный интеграл с помощью коррелятора или согласованного фильтра. [1].
Поскольку в стандарте CDMA отсутствует кадровая структура, в отличии, например, от GSM, теоретически дальность связи в нем ограничена только условиями распространения радиоволн.
В реальных условиях распространения радиосигнала величина затухания зависит от комплекса факторов, определяющих характер распространения радиоволн.
К ним относятся:
• Отражение радиоволн от объектов, превосходящих длину волны.
• Дифракция радиоволн, для которой характерно преломление радиоволн на пути распространения.
иркутским государственный университет путей сообщения
Рис. 2. Частотная зависимость усредненного ослабления сигнала по отношению к свободному пространству для квазигладкого профиля трассы
LüO = - LF + Аш (f, d) - G(hte) - G(hre) - Gama , дБ,
• Рассеивание радиосигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов, размером меньше длины волны.
• Эффект Доплера, имеющий место при перемещении абонента.
Для теоретического расчёта максимальных дальностей звонков в сети CDMA 450 в данной работе используется модель распространения радиоволн Окамура-Хата.
Эта модель является одним из широко используемых методов для расчета радиолиний в условиях города. Он пригоден для частот 150 -2000 МГц (хотя может быть экстраполирован до 3000 МГц) и расстояний от 1 до 100 км. [2].
Окамура предложил сетку кривых для расчета среднего ослабления относительно ослабления в свободном пространстве A в условиях го-
mu
рода с квазигладким профилем с изотропной передающей антенной, поднятой на эффективную высоту h = 200 м и мобильной антенной высотой h
te re
= 3 м.
Кривые, полученные в результате многих измерений с ненаправленными антеннами базовой станции и мобильного приемника, представлены в виде графика для диапазона частот 100-1920 МГц как функция дальности от 1 до 100 км.
Для определения потерь (L50) на радиолинии рассчитывается ослабление поля в свободном пространстве, затем по кривым графика (рис.2) определяется величина A (f,d) и добавляется к
ma
ослаблению в свободном пространстве с корректирующей поправкой, зависящей от степени не-
ровности профиля трассы (2):
где L - средняя величина потерь, L - потери в
50 F
свободном пространстве, А - усредненное до-
ma
полнительное ослабление, обусловленное влиянием земной поверхности, G(h ) - эффективное
te
усиление передающей антенны, G(h ) - эффективное усиление приемной антенны, G - по-
AREA
правочный коэффициент (рис. 3).
100 200 300 500 700 1000 2000 3000 Рис. 3. Поправочный коэффициент, обусловленный профилем радиотрассы
В модели Окамура величина G(h ) изменя-
te
ется по закону 20 дБ/декада, а G(h ) для высот менее 3 м - 10 дБ/декада (3):
с(ь1е> = 201®(:тоо ) ■ 1000м >(!,.> юм;
G(hre) = 101g
G(hre) = 201g ^
h„< 3 м;
10 м > h,e >3 м
(3)
(2)
Модель Окамура полностью построена на экспериментальных данных. Она позволяет наиболее просто и достаточно точно рассчитывать потери в сотовых системах связи. Она является стандартом при расчете сот для мобильной связи в Японии.[3].
Ниже приводятся результаты теоретических расчетов, полученных при помощи программы радиопланирования Forsk Atoll. На них изображен уровень сигнала в dBm (децибел на 1 милливатт).
1. Базовая станция, расположенная на выезде из г. Иркутска на Московский тракт. Высота подвеса антенн - 31 м. Назовем её BTS-1 (рис.
4).
системным анализ и его приложения
Рис. 4 Покрытие BTS-1
2. Базовая станция, расположенная в г. Шелехов на здании местного узла связи. Высота подвеса антенн - 26 м. Назовём её ВТ5-2 (Рис. 5).
пенью точности определить расстояние, с которого произошёл вызов.
Максимальная дальность звонка, зафиксированная для БТ8-1 - 45 км. Такая дальность присутствовала в течение 3-х получасовых периодов наблюдения (сэмплов).
Максимальная дальность звонка, зафиксированная для БТ8-2 - 46 км. Она присутствовала в течение одного получасового периода наблюдения (сэмпла).
Полученные данные для БТ8-1 находятся в пределах от 25 до 45 км (Рис 6):
Наблюдение
J
1 10 20 30 40 50
-Ф-Ряд1|
Рис. 6 Данные для БТ8-1
Наблюдаемые значения для БТ8-2 лежат в пределах от 24 до 46 км (Рис 7):
Наблюдение
Рис. 5 Покрытие BTS-2
При уровне сигнала -100 - -110 dBm абонент в состоянии совершить звонок.
Как можно увидеть из рисунков, максимальная дальность, с которой возможен звонок, составляет:
35
34
^ L
0 10 20 30 40 5
Дальность
Рис. 7 Наблюдаемые дальности для BTS-2
250
200
150
100
50
0
-50
300
250
200
50
-50
Базовая станция Дальность (км)
BTS-1 23-25
BTS-2 30-34
Рассмотрим статистические данные, полученные из радиоэфира.
Статистические данные предоставляет стандартный счётчик компании Huawei: 1X Max Ach One Way De!ay\km\. [4]. Он вычисляет усредненную (за полчаса) задержку ответа MS по каналу доступа относительно времени отправления запроса на соединение и позволяет с большой сте-
Рассмотренные нами статистические данные позволяют судить о более высокой по сравнению с другими стандартами сотовой связи дальности звонков, причем речь идет как о средней дальности, так и о максимальной. Сравним полученные данные с максимальной дальностью связи стандарта GSM.
Оборудование GSM находится на тех же сооружениях, что и CDMA, то есть условия распро-
иркутским государственный университет путей сообщения
странения радиоволн для них приблизительно одинаковы.
BTS Максимальная Максимальная 1
дальность GSM дальность CDMA
BTS-1 2,5 км 45 км 2
BTS-2 700 м. 46 км.
Как видим, максимальные дальности обслуживания CDMA и GSM различаются на порядок.
В заключении выражаю благодарность руководству компании БайкалВестКом за разрешение использовать материалы измерений и научному руководителю профессору Н.Н. Климову за полезную дискуссию.
3.
4.
БИБЛИОГРАФИЯ
Бабков В. Ю. Системы связи с кодовым разделением каналов. М., 2003. 45 с. Петрович Н. Т., Размахнин М. К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М., 1969. 232 с.
Гавриленко В. Г. Распространение радиоволн в современных системах мобильной связи [Б. м.], 2003. 103 с.
CDMA20001X Data Services Optimization Guide. Huawei : Business Objects, 2004. 198 p.
Архипов В. В., Константинов Ю. М., Мартьянов В. И.
УДК 57.087+007.51
ЛОГИКО-ЭВРЕСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ВТОРОИЧНЫХ СТРУКТУР РНК
Математически задача преобразования нук-леотидных последовательностей РНК во вторичную структуру может трактоваться как важный частный случай комбинаторных задач высокой сложности [1, 2].
Прямое применение для этой задачи классического метода удовлетворения ограничениям в логическом программировании [3] или подходов [4-6], в той или иной степени идущих от логики, наталкивается на некоторые технические трудности, связанные с отсутствием свободы выбора значений переменных из доменов (областей значений). Эти и другие причины не позволяют трактовать данные методы как полноценную альтернативу традиционным математическим методам, рассмотренным в лекции [1].
Но если ввести дополнительные ограничения на вторичные структуры (связанные не только с минимальной энергией), то логико-эвристические методы решения комбинаторных задач высокой сложности [6] могут оказаться вполне конкурентно способной альтернативой или, как минимум, полезным дополнением.
Важно отметить, что задачи преобразования нуклеотидных последовательностей РНК во вторичную структуру с дополнительными ограничениями являются по сложности МР -полными (в [1] предполагается даже экспоненциальная сложность) и, следовательно, не могут для всех случаев решаться эффективно каким-либо одним методом.
Необходим постоянно расширяющийся спектр методов решения, каждый из которых имеет свою "нишу" (область эффективной работы).
В настоящее время логико-эвристические методы решения комбинаторных задач высокой сложности используются для сетевого планирования (расписания). Точнее, эти методы применяются для решения задач календарного, ресурсного и стоимостного планирования производства, обслуживания и другого, включая задачи поддержки организации учебного процесса (например, известная проблема проектирования расписания занятий в учебных заведениях [6]).
В настоящей работе рассматривается модификация логико-эвристических методов решения комбинаторных задач высокой сложности для поиска вторичных структур РНК, удовлетворяющих ряду ограничений (связанных не только с минимальной энергией). Ограничения для вычислительных экспериментов выбирались для поиска последовательностей нуклеотидов, соответствующих потенциальным микроРНК [7, 8]. Исходные данные для вычислительных экспериментов, результаты которых приводятся в данной работе, взяты с сайта www.ncbi.nlm.nih.gov, а также из банков нуклеотидных последовательностей GenBank (США) и EMBL (Европа).
Адаптация логико-эвристических методов решения комбинаторных задач высокой сложности проводилась вначале на поиске полного спек-
