Модернизация сотовой сети стандарта GSM с применением технологий GPRS и EDGE (стр. 6 из 13)
h1=20 м, при этом дальность связи составляет 7,0 км в случае, когда рельеф местности Dh1 =15 м.
2.4.2 Расчет дальности между базовой станцией (БС) и мобильной абонентской станцией (АС) системы подвижной радиосвязи при ухудшении параметров СПР (радиус зоны 2)
Расчет ведем для h1=20м учитывая, что напряженность поля Ес2 в пункте приема на 9дБ меньше, чем в зоне 1:
Для Dh1, h1=20 м, Ес1= 46,3
Ес2 = Ес1-9=46,3-9 = 37,3 дБ, (4.4)
Для Dh2, h1=20 м, Ес1=52,3
Ес2 = Ес1-9=52,3-9 = 43,3 дБ, (4.5)
Полученное значение подставим в формулу:
Е=Ес+Врн+Вф+Вh2+Врел+(a*lф)-Dy, (4.6)
Е=37,3+16+9+0,3-6+(0,2*20)-16=44,6дБ,
Е=43,3+16+9+0,3-0+(0,2*20)-16=56,6дБ.
Тогда напряженность поля реально создаваемая передающей станцией БС в пункте приема АС и ожидаемая дальность связи (определенная по графику рисунка 4.2) будут равны.
Таблица 4.3
Высота передающей антенны  , м | Dh1 | Dh2 | ||
| Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r′, км | Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r′, км | |
| 20 | 44,6 | 8 | 56,6 | 3,9 |
Ширина зоны 2 определяется по формуле:
r″=r′–r , (4.7)
Таблица 4.4
| r″,км | |
| Dh1 | Dh2 |
| 1 | 0,6 |
2.4.3 Расчет дальности между центральной станцией (ЦС) и базовой станцией (БС) (радиус зоны 1)
Для расчета принимаем следующие высоты антенн:
h1= h2=20м.
Рассчитаем поправку, учитывающую высоту приемной антенны отличную от 1,5 м.
, (4.8)Напряженность поля реально создаваемая передающей станцией ЦС в пункте приема.
Определяем требуемую напряженность поля двух типов антенн.
Cемиэлиментная антенна типа “Волновой канал”.
Параметры:
раскрыв диаграмма направленности QЕ=55°
коэффициент усиления Dy=8дБ.
Значения требуемого сигнала для зоны 1 и 2 берем такие же, как и в техническом задании.
Основная расчетная формула:
Е=Ес+Врн+Вф+Вh2+Врел+ (a*lф)пр+ (a*lф)прм – Dyпр- Dyпрм , (4.9)
По графику на рисунке 2 определяем ожидаемую дальность связи для рассчитанных напряженностей поля. Результаты заносим в таблицу 4.5
Dh1: Е = 39 + 16 + 9 –11,2 - 6 + 8 – 16 - 8 = 30,8 дБ R=18 км
Dh2: Е = 39 + 16 + 9 –11,2 - 0 + 8 – 16 - 8 = 36,8 дБ R=14 км
Таблица 4.5
| Dh1 | Dh2 | |||
Затухание фидера  ,дБ | Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r, км | Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r, км |
| 8 | 30,8 | 18 | 36,8 | 14 |
2.4.4 Расчет дальности между центральной станцией (ЦС) и базовой станцией (БС) при ухудшении параметров СПР (радиус зоны 2)
Расчет ведем учитывая, что напряженность поля Ес2 в пункте приема на 9дБ меньше, чем в зоне 1:
Ес2= Ес1-9, (4.10)
Dh1: Ес2 = Ес1-9 = 30,8-9=21,8 дБ.
Dh2: Ес2 = Ес1-9 = 36,8-9=27,8 дБ.
Полученное значение подставим в формулу:
Е=Ес2+Врн+Вф+Вh2+Врел+(a*lф)пр+(a*lф)прм -Dyпр- Dyпрм, (4.11)
Dh1: Е = 21,8 + 16 + 9 - 11,2 - 6 + 8 – 16 - 8 = 13,6 дБ R=39 км
Dh2: Е = 27,8 + 16 + 9 - 11,2 - 0 + 8 – 16 - 8 = 25,6 дБ R=23 км
Тогда напряженность поля реально создаваемая передающей станцией ЦС в пункте приема БС и ожидаемая дальность связи (определенная по графику рисунка 4.2) будут равны.
Таблица 4.6
| Dh1 | Dh2 | |||
| Затухание фидера ,дБ | Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r, км | Напряженность поля E, дБ | Ожидаемая дальность связи r, км |
| 8 | 13,6 | 39 | 26,6 | 23 |
В данной работе были рассчитаны напряженности поля для различных высот антенн и разных условий приема мобильной АС, с учетом всех основных параметров. Далее по кривым определения дальности связи были определены расстояния (радиусы) зон 1 и 2 для различных высот антенн БС. Оказалось, что высота антенны 20м - наиболее оптимальный вариант, т.к. обеспечивает приемлемую дальность связи, при наименьших затратах на кабель и установку мачты.
2.5 Модернизация сети GSM под GPRS
2.5.1 Общая характеристика GPRS
Одним из существенных недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM на сегодняшний день является низкая скорость передачи данных (максимум 9.6 кбит/с). Да и сама организация этого процесса далека от совершенства - для передачи данных абоненту выделяется один голосовой канал, а биллинг осуществляется исходя из времени соединения (причем по тарифам, мало отличающимся от речевых).
Для высокоскоростной передачи данных посредством существующих GSM-сетей и была разработана GPRS (General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу). Необходимо отметить, что кроме повышения скорости (максимум составляет 171.2 кбит/с), новая система предполагает иную схему оплаты услуги передачи данных - при использовании GPRS расчеты будут производиться пропорционально объему переданной информации, а не времени, проведенному online. К тому же, введение GPRS будет способствовать более бережливому и рациональному распределению радиочастотного ресурса, можно сказать, что "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи. И только в паузах - голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети.
GPRS позволит ввести принципиально новые услуги, которые раньше не были доступны. Прежде всего это мобильный доступ к ресурсам Интернета с удовлетворяющей потребителя скоростью, мгновенным соединением и с очень выгодной системой тарификации. Например, при просмотре с помощью системы GPRS WEB-страницы в Интернете, мы можем изучать содержимое столько, сколько нам необходимо, поскольку платим только за принятую информацию и не платим за время нахождения в сети Интернет (не передавая данные, мы не занимаем каналы сети). При введении повременной оплаты на фиксированных телефонных линиях, тарифы на доступ в Интернет с мобильного GPRS-телефона будут еще более конкурентоспособны. Для тех абонентов, кто уже оценил удобство использования телефонов с WAP - броузером, внедрение технологии GPRS означает практически мгновенную загрузку WAP - страниц на экране телефона и более выгодную систему тарификации.
Для корпоративных пользователей система GPRS может послужить отличным инструментом для обеспечения безопасного и быстрого доступа сотрудников к корпоративным сетям предприятий, к почтовым, информационным серверам, удаленным базам данных. При этом появится возможность получать доступ к корпоративным сетям даже если абонент находится в сети другого GSM оператора, с которым организован GPRS-роуминг.
Технологии GPRS может применяться в системах телеметрии: устройство может быть все время подключено, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга может быть востребована службами охраны, банками для подключения банкоматов и в других областях, в том числе и промышленных. Технология GPRS позволит быстро передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы стандарта MP-3 и другую мультимедийную информацию.
В GPRS ни один канал не занимается под передачу данных целиком - и это основное качественное отличие новой технологии от используемых ныне. Разумеется, разработчики GPRS приложили все усилия для того, чтобы установка новой системы "поверх" существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной (и разорительной, что немаловажно) для операторов.
Рассмотрим подробнее, какие новые блоки и связи появляются в общей архитектуре системы сотовой связи стандарта GSM с внедрением GPRS, и пользовательское оборудование, способное работать с высокоскоростной пакетной передачей данных. Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы - программную и аппаратную. Если говорить о программном обеспечении, то оно нуждается в замене или обновлении практически всюду - начиная с реестров HLR-VLR и заканчивая базовыми станциями BTS. В частности, вводится режим многопользовательского доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр Mobile Station Multislot Capability (количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильный телефон абонента).
2.5.2 Структурная схема и состав GPRS технологии
На рисунке 5.1 представлена структурная схема GPRS технологии, где изображены основные составляющие системы.
Рисунок 5.1 – Структурная схема модернизированной сети GSM под технологию GPRS
Ядро системы GPRS (GPRSCoreNetwork) состоит (рис.5.1) из двух основных блоков - SGSN (ServingGPRSSupportNode - узел поддержки GPRS) и GGPRS (GatewayGPRSSupportNode - шлюзовой узел GPRS). Остановимся на их функциях более подробно.
SGSN является “мозгом” рассматриваемой системы. В некотором роде SGSN можно назвать аналогом MSC - коммутатора сети GSM. SGSN контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействует с реестром собственных абонентов сети HLR, проверяя, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся online пользователей, организует регистрацию абонентов вновь "проявившихся" в зоне действия сети и т.п. Так же как и MSC, SGSN, в системе может быть и не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети. Например, SGSN производства компании Motorola имеет следующие характеристики: каждый узел поддерживает передачу до 2000 пакетов в секунду, одновременно контролирует до 10000 находящихся online пользователей. Всего же в системе может быть до 18 SGSN Motorola.