CC BY
54
Оптимизация пороговых характеристик качества обслуживания абонентов в сетях мобильной связи 30
Рассматривается процесс оптимизации сети WCDMA путем перераспределения режимов Кпючтыв слова-. ^ША работы речевых кодеков с учетом результатов социологических исследований. Перерас-
качество обслуживания
увеличивает емкость соты и ее зону покрытия.
„ „„ пределение речевых кодеков приводит к снижению суммарной интерференции в соте, что
абонентов, 30.
Пентелейчук А.В.,
Аспирант ФГОБУ ВПО МТУСИ, Кафедра систем и сетей радиосвязи и телерадиовещания (СиСРиТРВ)
Абоненты сотовой связи с каждым годом становятся более требовательными к качеству и количеству услуг, предоставляемых операторами сотовой связи. При этом доход операторов от услуг пакетной передачи данных в ближайшие пару лет сравняется с доходами от голосовых услуг, что может изменить приоритеты развития и оптимизации сетей сотовой связи [1].
Сети третьего поколения развернуты уже практически во всех основных городах и населенных пунктах, а во многих местах зона обслуживания абонентов перекрывается сразу несколькими сетями сотовой связи, поэтому задача покрытия зоны обслуживания так или иначе уже решена. Основной проблемой операторов остается обслуживание созданных ранее сетей, их непрерывное улучшение и обновление, а так же настройка с целью получения наибольшей выгоды от имеющихся ресурсов сети - оптимизация.
Конкуренция среди операторов является дополнительным стимулом к развитию сетей и удешевлению предоставляемых услуг. Абоненты сейчас могут без особого труда менять операторов и мигрировать к другому оператору, если почувствуют хоть какую-то выгоду от этого, что и заставляет оператор следить за свое репутацией и качеством предоставляемых услуг, так как заниматься удержанием своей клиентской базы выгодней и дешевле, чем привлекать новых абонентов [2].
С целью изучения влияние субъективной оценки качества услуг связи с позиций абонентов на процесс оптимизации сети в рамках изучения курса «Управление качеством услуг в сфере подвижной связи» в МТУСИ на кафедре «Организации производства аудита и бухгалтерского учета» проводился социологический опрос абонентов. С целью обеспечения репрезентативности результатов с погрешностью не более 5%, ежегодно опрашивалось около 400 абонентов каждого оператора сотовой связи [3].
По результатам социологических исследований был выявлен средний уровень качества обслуживания абонентов оператора МегаФон, пользующимися голосовыми услугами - 3,4 балла (по международной 5-балльной системе MOS).
Из графика оценок качества кодеков речи (рис. 1) видно, что есть абоненты, которые получают услуги связи с завышенным качеством [4]. Как правило, такие або-
ненты находятся в относительной близости к базовой станции. Красная пунктирная линия показывает пороги переключения между кодеками.
M0S. баллы
Рис. 1. График оценок качества речевых кодеков AMR стандарта UMTS в зависимости от отношения Eb/No на восходящем канале
Большинство абонентов, как правило, не чувствуют разницы от использования полускоростных и полноскоростных кодеков речи, что позволяет перевести часть речевых абонентов с завышенным качеством обслуживания на полускоростные режимы работы речевых кодеков, т.е. уплотнить каналы и уменьшить их влияние на суммарную интерференцию в соте. Это приведет к увеличению емкости сети, что важно в первую очередь на восходящем канале, а также позволит увеличить зону покрытия [5].
Для оценки выигрыша от перераспределения режимов работы речевых кодеков при помощи программы Math-Cad моделировался процесс равномерного(плавного) увеличения нагрузки на сеть WCDMA от 0 до полной загрузки соты. Процесс моделирования производился как для исходного распределения кодеков между абонентами, так и для предложенного распределения с минимально допустимым качеством обслуживания абонентов 3,4 балла. При моделировании также рассматривается случай возможного повышения требований от абонентов к качеству обслуживания до 3,7 балла. Все расчеты производились на примере крупного города с хорошим освоением зоны покрытия, такого, как Москва, а так же на примере небольшого города со средним качеством покрытия, такого, как Ноябрьск.
Перед началом моделирования были введены следующие допущения по распределению используемых абонентами кодеков для сети, работающей в нормальном режиме:
1) Количественное распределение кодеков речи в каждой зоне покрытия пропорционально доли покрытия этой зоны. Доли покрытия каждой зоны обслуживания рассчитывались из результатов драйв-тестов для каждого города.
В соответствии с результатами драйв-тестов, проводившихся в Москве и Ноябрьске область покрытия сети по радиопараметрам можно разделить как минимум на 4 зоны по качеству обслуживания (табл. 1) [6].
Таблица 1
Результаты драйв-теста
0 560 480 40 3J-0 24-ОК 0 08-
0 80 720 640 56— 0.48— 040.32—
0 240 16— 0 080-
AMR-FR AMR-HR
а) Моябрьск
б) Москва
После перераспределения режимов работы всех кодеков, качество обслуживания которых было выше выбранного порога 3,4 балла, получаем следующие новые распределения используемых кодеков речи:
Зона покрытня Доля от общего покрытня Условие
Ноябрьск Москва
Уровень 1 0,2589 0,8365 RxLev > -70, RxQual <2
Уровень 2 0,4373 0,1458 -70 > RxLev > -85 2 < RxQual < 4
Уровень 3 0,2662 0,0165 -85 > RxLev >-100, 4 < RxQual < 6
Уровень 4 0,0377 0,0012 RxLev <-100. RxQual > 6
0720 64ом-
0 48040320 240100 06-
а)
2) В классе покрытия уровня 1: 80 % абонентов используют полноскоростной канал (АМЯ-НЯ) и 20% абонентов используют полускоростной канал (АМЯ-НЯ).Из них в РЯ: 50% АМЯ 12,2 кбит/с и 50% АМЯ 10,2 кбит/с, и в НЯ доли используемых полускоростных кодеков во всех возможных режимах равны;
3) В классе покрытия уровня 2: 70% абонентов занимают полноскоростной канал (АМЯ-РЯ) и 30% используют полускоростной канал (АМЯ-НЯ);
4) В классе покрытия уровня 3: 30% абонентов используют полноскоростной канал (АМЯ-РК) и 70% используют полускоростной канал (АМЛ-НЯ);
5) В классе покрытия уровня 4: все голосовые абоненты занимают полускоростной канал (АМК.4.75 для новых телефонов благодаря хорошей помехоустойчивости этих кодеков в зонах слабого покрытия сети);
Перечисленные допущения описывают процесс распределения кодеков речи между абонентами и представляют исходные данные для моделирования. Введенные допущения позволяют получить соотношения использования кодеков речи для Москвы и Ноябрьска (рис. 2).
0 8- ' 0 72-Oj 0 560 480 4 0 320 240 160 080 —
0 430 350 26017— 0 0870
-0 087-017-0 26-0 35-•0 43-
AMR-HR
в)
г)
Рис. 3. Распределение используемых абонентами кодеков после сжатия при пороговом качестве MOS 3,4 балла: а - Моябрьск (после уплотнения каналов); б - Ноябрьск (разница между исходным и полученным распределением кодеков); в - Москва (после уплотнения каналов); г - Москва (разница между исходным и полученным распределением кодеков)
Если абоненты станут более привередливыми к качеству связи и порог качества обслуживания придется поднять до 3,7 балла, то это приведет к уменьшению выигрыша при уплотнения каналов, так как в этом случае будет меньше абонентов с завышенным качеством обслуживания (рис.1). Новое распределение кодеков и отличие от исходного представлены на рис. 4.
0 560 48-
0 0560 045 0 03400230012'
0 001 Ж— -О 00961 -002 •0031 •0042 -0053
а)
AMRFR
б)
Рис. 2. Исходное распределение используемых абонентами кодеков речи
Для оценки количества абонентов, каналы которых возможно уплотнить, было принято допущения о том, что в зонах покрытия сети, границы которых в восходящем канале по отношениям ЕЬ/Ыоць от 4,5 до 5,1 дБ, от 5,1 до 6,3 дБ и более 6,3 дБ находится одинаковое количество абонентов и абоненты распределены по этим зонам равномерно.
0 9- ' 0 81 0 720 630540 45-
о м-
0 2701 0 09-О-
0 23—| 017013008700430
-0 043-0087-0.13-017. -0 22-
в) г)
Рис. 4. Распределение используемых абонентами кодеков после сжатия при пороговом качестве MOS 3,7 балла: а - Ноябрьск (после уплотнения каналов); б - Ноябрьск (разница между исходным и полученным распределением кодеков); в - Москва (после уплотнения каналов); г - Москва (разница между исходным и полученным распределением кодеков)
В процессе моделирования нагрузки на сеть при помощи заданных распределений используемых кодеков в среде MathCad рассчитывалось количество занятых полноскоростных каналов (AMR-FR), количество полуско-ростных каналов(АМ R-Н R), а так же нагрузочный коэффициент от одного абонента в восходящем канале Lj и коэффициент увеличения интерференции относительно пустой соты (Noise Rise):
Lj —■
I
1 +
1
10
Ä,
_1_
Pi
(1)
где W = 3.84*10 бит/с — чиповая скорость модуляции; И, - информационная скорость потока(включает битовую скорость кодека AMR и наложенную на нее сигнальную скорость 3,4 кбит/с); гц = 0,67 — коэффициент активности речи(с учетом включения ПТХ).
Noise Rise = -10- log( 1 - (1 + fUL )]Г Lj),
расчета коэффициент увеличения интерференции показаны на рис. 6. Из графика видно, что чем медленнее возрастает суммарная интерференция, тем больше выигрыш от уплотнения кодеков.
где/щ_ - коэффициент, учитывающий интерференцию от соседних сот(0,65 для 3-х секторной соты) [7].
Процесс моделирования нагрузки на соту изображен на рис. 5. На графиках показан процесс назначения речевых кодеков абонентам при постепенно возрастающей нагрузке на соту \VCDMA.
ц ; \// /
/I!
* 11 /
. ///
jy /
// у
15 /
/
*; /
.
0 а S 4 Ю К а X л ¡0 >6 72 t U
(2) --------------
Увеличение интерференции при исходном распределении кодеков для г Ноябрьск Увеличение интерференции при качестве обслуживания 3.4 балла для г.Ноябрьск Увеличение интерференции при качестве обслуживания 3.7 балла для г Ноябрьск Увеличение интерференции при исходном распределении кодеков для г Москва Увеличение интерференции при качестве обслуживания 3.4 балла для г.Москва Увеличение интерференции при качестве обслуживания 3.7 балла для г Москва
Рис. 6. Коэффициент увеличения интерференции относительно пустой соты по формуле (2)
90
* " і
• и / \
/ _ *
•А
21 »*** С т
£5* /
- ч * ....
0 4 2 в Ю ?4 >в 12 36 Ю U 18 И ¡в 50 14 Л 2 Гв ю 14 18 2 1
а) Ноябрьск
0 4 |12 1« 20 24 М»ЭС40 44 41МИ60МС172ГСИ*«И«2К100
б) Москва
Сумма каналов при исходном распрелделении кодеков Сумма каналов после перенастройки кодеков под качество 3.4 балла Сумма каналов после перенастройки кодеков под качество 3.7 балла Полноскоростные каналы исходного распределения кодеков Полноскоростные каналы после перенастройки кодеков под качество 3.4 баппа Полноскоростные каналы после настройки кодеков под качество 3.7 баппа Попускоростные каналы исходного распредепения кодеков Полускоростные каналы, после настройки кодеков под качество 3.4 баппа Попускоростные канапы. после настройки кодеков под качество 3.7 баппа
Рис. 5. Распределение занятых полноскоростных и полускоростных речевых каналов
С появлением каждого нового абонента в соте увеличивается суммарная интерференция, что и является ограничивающим фактором в \VCDMA сотах. Результаты
Полученный в результате уплотнения каналов выигрыш в виде дополнительной емкости соты можно использовать по разному:
- увеличить скорость пакетной передачи данных;
- увеличить количество голосовых абонентов в соте;
Графики на рис. 7 показывают количество дополнительных полноскоростных речевых канала, которые можно организовать благодаря снижению суммарной интерференции от абонентов. В тех же осях показано процентное соотношение дополнительных каналов относительно всех речевых каналов в соте.
Дополнительные M.N
1
1 -
л \
г 1Г1 и 1г 1П 1
ПІ пг .
іН и п Jü
і rJU и . и п u и и 1,
Г f 1Г IUI ни 1111 II UL и 1
. —L 0 L, 0 і го » № В 10 i л >5 >0 5 0 S 10 IS »0 й 1
Рис.7. Дополнительные полноскоростные речевые каналы на ¡-ой итерации процесса моделирования нагрузки, которые можно организовать благодаря снижению суммарной интерференции от абонентов
- улучшить качество передачи речи абонентам, попавшим в зону неуверенного приема приема (класс покрытия №3 и №4) путем предоставления им полускоростных кодеков в полноскоростных каналах, что уменьшает вероятность поражения информационных бит, увеличивает возможности коррекции ошибок и тем самым увеличивает помехоустойчивость речевых кодеков (рис. 8) [7].
Коррмция
ОШибОК
ошибок
5.9 кбит/с ошибок
<6*T!c Koppeіция ом ибо«
Приемлемо* отношение СП
Полное коростмои икал FR
----- 22.8 кбит/с —
12 2 кбит/с Коррекция ошибок
10 2 (бит/c Коррекция ошибок
7.95 кбит^с
S.15 квит/с Коррекция ошибок
4.75 кбит/с Коррекция ошибок
Пограничное или неудовлетворительно« отношение СП
Рис. 8. Разница в помехоустойчивости полускоростных и полноскоростных кодеков АМИ
При наличии в одной и той же зоне обслуживания хотя бы двух подсетей (20 и 30) для сети \VCDMA целесообразней использовать освободившуюся емкость соты для увеличения скорости пакетной передачи данных.
Результаты моделирования нагрузки на соту базовой станции стандарта \VCDMA показали, что при пороговом качестве обслуживания 3,4 балла можно добиться перераспределения режимов работы речевых кодеков в городах с хорошо развитой сотовой сетью (как в Москве) порядка 43% и в городах со средним качеством покрытия зоны обслуживания (таких как г. Ноябрьск) порядка 11 %. Подобное перераспределение кодеков позволяет уплотнить речевые каналы, снизить суммарную интерференцию в соте и как следствие увеличить емкость соты. При
использовании этой емкости для обслуживания новых абонентов можно организовать дополнительно до 17 полноскоростных речевых каналов на сети с хорошим покрытием (28% от всех речевых каналов) и до 8 каналов для сети со средним качеством покрытия (13,2% от всех речевых каналов).
При пороговом качестве обслуживания 3,7 балла доля перераспределяемых кодеков, а соответственно и количество освободившихся от сжатия каналов заметно снижается из-за повышения требований к качеству связи. При этом перераспределение кодеков для хорошо развитой сети возможно ожидать порядка 22%, а для сети со средним качеством покрытия порядка 5,6%, что снизит количество освободившихся каналов до 5 в первом случае (8,4% от всех речевых каналов) и до 2 каналов во втором случае (3,4% от всех речевых каналов).
Подобный метод повышения спектральной эффективности можно включить в процесс оптимизации сетей совместно с результатами социологических исследований, что позволит получить дополнительный выигрыш от уплотнения каналов, который можно использовать как для услуг пакетной передачи данных, так и для улучшения качества связи в зонах неуверенного приема.
Литература
1. http://www.rnainlinki.ru/205224_550483/golosovaya_svyaz_ perestanet_prinosit_osnovnoy_dokhod_cherez_tri_goda.html.
2. http://te-ex.ru/press/articles/uderzhanie-abonentskoy-bazy-_-aktualnaya-zadacha-operatora-svyazi.
3. Паниотто В.И., Максименко B.C. Количественные методы в социологических исследованиях. - М. - 193 с.
4. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Performance characterization of the Adaptive Multi-Rate (AMR) speech codec (3GPP TR 26.975 version 5.0.0 Release 5).ETS1 TR 126 975 V5.0.0 (2002-06).
5. Timo Halonen, Juan Melero. Ruben Cruz. GSM, GPRS and EDGE Performance, 2nd Edition, 2003. -233c.
6. http://www.mforum.ru/news/article/007143.htm.
7. UMTS Network Planning Optimization and Inter-Operation with GSM(John Wiley & Sons, (Asia) Pte Ltd.), 2008. - 320 c.
