Исследование и разработка метода расчета пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов

• Автор: Сутягин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 195 с.

Введение
Актуальность проблемы. Современный этап развития подвижной (мобильной) связи характеризуется высокими темпами роста числа пользователей цифровых сотовых сетей подвижной связи (СПС-Ц). Ожидается, что к 2002 году число пользователей СПС-Ц достигнет 600 миллионов. Имеется тенденция освоения новых диапазонов частот, предоставляемых операторам связи на правах аренды. Начинается реализация концепции универсальных мобильных телекоммуникационных систем третьего поколения UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems). В рамках UMTS ключевыми направлениями развития СПС-Ц являются: эволюция на базе технологии множественного доступа с
временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access) - стандарты GSM и DECT; эволюция на базе технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access) - модификации стандарта IS-95 и новые стандарты связи на базе широкополосной технологии W-CDMA.
Важной характеристикой функционирования СПС-Ц является пропускная способность сети, то есть интенсивность нагрузки, пропущенной сетью с заданным качеством. Актуальной проблемой является эффективное использование выделенного оператору связи ресурса частот с целью повышения пропускной способности элементов сети и сети подвижной связи в целом.
В диссертационной работе исследуются особенности функционирования СПС-Ц технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов. Актуальность исследования подтверждается перспективностью реализации СПС-Ц на оборудовании технологии CDMA, допускающем двойное использование (военные и гражданские цели), обеспечивающем высокую защищенность передаваемой информации и работу пользователей при минимальном уровне сигналов.
Цифровая сотовая сеть подвижной связи состоит из совокупности ячеек (сот). Будем обозначать понятием «сота» участок территории, где качество приема радиосигнала от базовой станции с точки зрения мобильных абонентов будет находиться в заданных фиксированных пределах. Базовая станция располагается в центре каждой соты сети и обеспечивает предоставление пользователям каналов трафика радиоинтерфейса на время разговора, контроль качества связи,

эстафетную передачу абонентов на обслуживание в другие соты. Ресурс каналов трафика радиоинтерфейса в сотах сети технологии CDMA, как правило, фиксирован. Под пропускной способностью соты понимается интенсивность нагрузки, которую может пропустить радиоинтерфейс соты сети с заданной вероятностью потерь по вызовам.
Зоны обслуживания соседних базовых станций, как правило, перекрывают друг друга. Мобильный абонент CDMA может обслуживаться одной, двумя или тремя базовыми станциями с использованием ресурса каналов трафика соседних сот сети в режиме «мягкой эстафетной передачи». Актуальной проблемой является исследование зависимости пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов от структуры сети, интенсивности перемещения абонентов и особенностей режима «мягкой эстафетной передачи. Исследование процессов «мягкой эстафетной передачи» абонентов в сетях CDMA и разработка рекомендаций по оптимизации пропускной способности сети подвижной связи представляют значительный теоретический и практический интерес.
Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности сети подвижной связи с кодовым разделением каналов, учитывающего особенности структуры сети, влияние перегрузок за счет мобильности абонентов и степень взаимного влияния между соседними сотами сети, которое является следствием использования перспективного режима «мягкой эстафетной передачи».
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: сравнительный анализ характеристик сотовых систем подвижной связи; разработка двухуровневой математической модели процесса обслуживания вызовов в сетях связи с кодовым разделением каналов, позволяющей исследовать взаимодействие элементов • сети между собой (макроуровень) и рассматривать различные модели обслуживания вызовов в пределах соты (микроуровень);
разработка математической модели функционирования соты системы подвижной связи технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов, учитывающей влияние на пропускную способность соты режима «мягкой

эстафетной передачи», когда обслуживание вызова одного мобильного абонента обеспечивают несколько базовых станций, расходуя свои частотные ресурсы;
разработка компьютерных программ итерационного решения системы уравнений, описывающих макроуровень сети подвижной связи заданной структуры, и программы расчета вероятности потерь по вызовам на микроуровне;
разработка метода оценки пропускной способности сотовой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов, учитывающего особенности структуры сети, влияние перегрузок за счет мобильности абонентов и степень взаимного влияния между соседними сотами сети на микроуровне;
разработка имитационной модели моделирования работы соты сети для технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, вычислительной математики и программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана двухуровневая математическая модель сети подвижной связи. На макроуровне описывается взаимодействие между сотами сети, что позволяет выявить соты с повышенной нагрузкой, образующейся из первичной нагрузки и нагрузки, поступающей из соседних сот при перемещении абонентов. На микроуровне проводится анализ функционирования отдельных сот, позволяющий учесть влияние на пропускную способность соты режима «мягкой эстафетной передачи». Гибкость математической модели достигается за счет независимого анализа функционирования макроуровня и микроуровня;
- предложена математическая модель функционирования микроуровня цифровой сотовой сети подвижной связи технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов. Ресурс радиоканалов трафика одной соты, управляемый базовой станцией, рассматривается как полнодоступная система массового обслуживания, на вход которой поступает поток групп заявок на обслуживание. Особенности режима «мягкой эстафетной передачи» учитываются тем, что вызов от абонента, находящегося в пограничной области, рассматривается как одна, две или три заявки на обслуживание;

национальными рыночными особенностями и стоимостью услуг; уровнем развития существующих сетей телекоммуникаций; необходимостью обеспечения совместного использования вновь разворачиваемых сетей с существующими службами в общих и соседних полосах частот.
Определение потребностей в радиочастотном спектре в конкретных СПС должно производиться с учетом особенностей предоставления традиционных услуг мобильной связи, таких как голосовая связь и низкоскоростная передача данных, а также с учетом перспективных мультимедийных услуг. Актуальной задачей становится оценка пропускной способности радиоинтерфейсов макросот и микросот методами теории массового обслуживания с учетом режимов использования частотного ресурса внутри сот и особенностей различных цифровых стандартов мобильной связи.
В диссертационной работе исследуются особенности функционирования перспективных систем подвижной связи технологии CDMA. Актуальность разработки метода расчета пропускной способности цифровой сети подвижной связи с кодовым разделением каналов определяется следующими факторами:
системы технологии CDMA приспособлены к обслуживанию абонентов в зонах высокой концентрации, отличаются высокой конфиденциальностью и допускают двойное использование в гражданских и военных целях, что создает предпосылки широкого использования CDMA в Российской Федерации и за рубежом;
ресурс каналов трафика в радиоинтерфейсе одной соты стандарта CDMA фиксирован и может рассматриваться как полнодоступный пучок каналов, пропускная способность которого будет зависеть от совокупности различных факторов;
пропускная способность оборудования базовых станций должна рассчитываться с учетом влияния режима «мягкой эстафетной передачи», который обеспечивает существенное повышение качества связи. Однако введение этого режима приводит к тому, что для обслуживания одного «активного» абонента одновременно могут быть задействованы от одного до трех информационных каналов в соседних сотах.