Повышение эффективности сети cdma путем оптимизации зон покрытия секторов

На правах рукописи

Хализов Андрей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕТИ CDMA ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ЗОН ПОКРЫТИЯ СЕКТОРОВ Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2007 2

Работа выполнена на кафедре «Техника радиосвязи и телевидения» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Петяшин Николай Борисович (ООО «Радиоком», г. Нижний Новгород)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Войткевич Константин Леонидович (ФГУП «НПП "Полет"», г. Нижний Новгород) кандидат технических наук, доцент Сухоребров Владимир Гаврилович (ООО «Агентство Деловой Связи», г. Нижний Новгород)

Ведущая организация: ФГУП «НПП "Салют"», г. Нижний Новгород

Защита состоится «13» ноября 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д212.165. в Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу:

603600, г. Н. Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государст венного технического университета им. Р.Е. Алексеева.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим на правлять по адресу: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, ученому секретарю диссертаци онного совета Д212.165.01, 603600, г. Н. Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24.

Автореферат разослан «10» октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Калмык В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Системы сотовой связи прочно вошли в нашу жизнь. Первая эксперимен тальная аналоговая базовая станция была установлена в 1978 году в Нью Йорке, США, и могла обслуживать не более 30 абонентов. Сейчас сотовые сети множества стандартов охватывают большую часть территории земного шара, обеспечивая связью почти 3 миллиарда абонентов. По данным аналитических агентств, уровень проникновения сотовой связи в развитых странах составляет более 50%, а в крупных городах формально даже переходит за 100%.

Среди большого разнообразия различных сотовых систем, на втором мес те по численности абонентов (после GSM) находятся сети CDMA, число поль зователей которых на начало 2007 года составляет более 370 млн. CDMA является основой стандарта второго поколения cdmaOne (IS-95) и стандартов третьего поколения cdma2000 (IS-2000) и, наиболее перспективного, WCDMA.

По данным CDMA Development Group (www.cdg.org) всего в мире насчитывается 134 оператора cdmaOne в 52 странах и 193 оператора cdma2000 в 84 странах.

Обеспечение эффективного функционирования сетей, обслуживающих значительное количество абонентов на различных территориях, в разнообраз ных по своей структуре населенных пунктах, представляет собой серьезную техническую проблему. В ряде случаев характеристики развернутой сети могут быть довольно далеки от потенциальных. Другими словами, сеть, рассчитанная на определенную абонентскую емкость и охват определенной территории, на практике сможет обеспечивать связью меньшее количество абонентов, а на за планированной территории покрытия могут быть области неудовлетворитель ного качества связи. Обычно такая проблема решается действенным, но затратным способом – установкой дополнительных базовых станций.

Из-за того, что все ячейки сети CDMA работают на одной частоте, объе динение базовых станций CDMA в систему не требует частотно территориального планирования. В то же время, ряд особенностей технологии сотового CDMA обуславливает другие, более сложные зависимости совокуп ных характеристик сети от взаимного расположения покрытия отдельных яче ек. В случае неправильно выбранной конфигурации сети, либо, в случае, если хорошая конфигурация на практике не реализуема, сеть CDMA может иметь реальные характеристики, значительно хуже потенциальных. Таким образом, существует актуальная научно-техническая проблема усовершенствования существующих методов планирования сетей CDMA и разработки новых мето дов повышения эффективности действующих сетей.

Цель работы Разработка метода повышения эффективности сотовой сети CDMA путем изменения покрытия отдельных секторов сети, в том числе с использованием субсекторизации секторов. Разработка алгоритма расчета оптимальной по кри терию минимальности зон хэндофа направленности секторных антенн базовых станций сети CDMA. Разработка программного обеспечения, реализующего ГИС-моделирование сети CDMA с использованием субсекторов. Разработка и внедрение практической методики оптимизации действующих сетей CDMA на основе данных натурных исследований сети (драйв-тестов) с использованием разработанного программного обеспечения.

Задачи работы Исследование потенциальных возможностей повышения реальной эффек 1.

тивности сети CDMA, в том числе, на основе анализа работы и данных натур ных исследований действующих сетей.

Определение критериев оптимизации сети CDMA.

2.

Разработка метода изменения параметров сети CDMA, влияющих на ее 3.

эффективность.

Реализация алгоритмов в программном обеспчении.

4.

Разработка практической методики оптимизации развернутых сетей 5.

CDMA с использованием разработанного программного обеспчения.

Апробация метода в реальных сетях CDMA.

6.

Методы исследования В работе использованы элементы теории функционального анализа, ва риационного исчисления и методов оптимизации, теория систем массового об служивания, математический аппарат векторной алгебры и дискретной математики, методы математического моделирования, аппарат ГИС-систем, проводились многочисленные натурные исследования действующей сети CDMA в г. Нижний Новгород с использованием измерительного CDMA терминала и GPS-приемника. Значительная часть результатов работы была дос тигнута с использованием программных алгоритмов, реализованных в языке C++, VBA, tcl. Также применялись математические программы и геоинформа ционные системы.

Практическая ценность Предложенный в диссертационной работе метод позволяет с минималь ными материальными, трудовыми и временными затратами увеличить емкость и улучшить покрытие действующих сотовых сетей CDMA. Для реализации ме тода не требуется разработки нового оборудования, не требуется изменения ап паратной или программной части радиоинтерфейса или каких-либо других частей системы, кроме антенного оборудования. Разработана методика прове дения оптимизации действующих сетей CDMA, которая может быть непосред ственно использована оператором. Программное обеспечение Cdma Optimizer, отвечающее за все необходимые расчеты, написано под Windows-платформу и может быть установлено на обычном персональном компьютере. Некоторые элементы предложенного метода могут использоваться самостоятельно. Разра ботанный программный комплекс может применяться операторами CDMA сетей для выяснения реальной зоны обслуживания, выявлению областей отсут ствия связи, которые могут быть устранены, в том числе, и традиционными способами, для расчета емкости сети и отдельных секторов, расчета хэндоф фактора и т.д. Также этот программный комплекс может использоваться при планировании новых сетей CDMA, в том числе сетей 3G. Предложенный прин цип субсекторизации секторов может найти применение в дальнейших работах в области интеллектуальных антенных систем, динамически подстраивающих свои характеристики в зависимости от радиообстановки.

Реализация и внедрение результатов работы Результаты диссертационной работы используются в практической дея тельности действующих операторов сотовой связи стандарта CDMA- "Нижегородский Радиотелефон", "Народный Телефон Саратов", "ОрскИнтер Связь". Комплекс программ по подготовке исходных данных и расчету покры тия широко используется для анализа текущего состояния покрытия сетей.

Информация, полученная по ходу диссертационной работы, легла в основу ла бораторной работы, поставленной на кафедре "Техника радиосвязи и телевиде ния" Нижегородского Государственного Технического Университета. На программы по расчету CDMA-сети Cdma Optimizer и DT Processor были полу чены свидетельства о регистрации.

Апробация работы Основные результаты работы были представлены и обсуждались на:

Всероссийской научно-технической конференции "Информационные 1.

системы и технологии ИСТ-2004", Нижний Новгород, 2004.

Всероссийской научно-технической конференции "Информационные 2.

системы и технологии ИСТ-2005", Нижний Новгород, 2005.

Всероссийской научно-технической конференции "Информационные 3.

системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006.

XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки, 2006.

4.

V Международной молодежной научно-технической конференции «Бу 5.

дущее технической науки - 2006», Нижний Новгород, 2006.

V Межрегиональной научно-практической конференции "Новые инфор 6.

мационные технологии – инструмент повышения эффективности управ ления", Нижний Новгород, 2006.

XIV Межрегиональной научно-технической конференции "Обработка 7.

сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения", Нижний Нов город – Москва, 2006.

Публикации Основное содержание диссертации отражено в тринадцати печатных ра ботах (5 статей, из них одна в журнале из списка ВАК, 8 тезисов), создан сайт www.cdma-optimizer.narod.ru, получены регистрационные свидетельства на программы DT Processor (№ 2006613976) и Cdma Optimizer (№ 2006613497).

Личный вклад автора Все результаты работы получены автором лично или при его непосредст венном участии, в том числе, как технического специалиста действующей ком пании-оператора сети CDMA в г. Нижний Новгород.

Положения, выносимые на защиту 1. Формулировка критерия технической эффективности сотовой сети CDMA, с учетом работы сети в режиме мягкого хэндофа и неравномерности территориального распределения абонентского спроса.

2. Метод оптимизации сети CDMA через изменение зон покрытия секторов в соответствии с критерием минимальности хэндоф-фактора.

3. Метод моделирования зоны покрытия сектора путем деления на субсек торы с использованием регулируемого делителя мощности.

4. Алгоритм оценки оптимальных по критерию минимальности зон хэндофа зон покрытия базовых станций для заданной конфигурации сети CDMA.

5. Алгоритм оценки хэндоф-фактора и площади покрытия моделируемой сети CDMA.

Структура и объем работы Текст диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, за ключения, списка использованных источников и приложения. Объем основного текста диссертации – 149 страниц. Диссертация содержит 61 рисунок, 2 табли цы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуаль ность решаемой проблемы, сформулированы цель работы и основные положе ния, выносимые на защиту, показана научная новизна работы и практическая значимость полученных результатов, описана структура диссертации и взаимо связь отдельных глав.

В первой главе рассмотрены критерии оптимизации сети сотовой связи.

Для сети CDMA, дополнительно к основным критериям – емкости и площади зоны покрытия, предложено использовать обобщенный критерий – техниче скую эффективность QNET, которая учитывает работу сети в режиме мягкого хэндофа и неравномерность территориального распределения абонентского спроса. Показаны пределы изменения технической эффективности. В конечном итоге, для ее оценки предложена формула:

D D M M, = 2 S NET CSECT m QNET m m M где M – число секторов сети, S NET – общая площадь покрытия, CSECT m – реаль m =1 m = ная канальная емкость сектора m (в сетях CDMA – величина не постоянная, за висит от многих факторов), Dm –среднее значение абонентского спроса на территории обслуживания сектора.

D( x, y ) dS, Dm = SSECT m S SECT m где SSECT m – площадь покрытия сектора m, D( x, y) – распределение абонентского спроса по территории обслуживания.

Для оценки эффективности оптимизации вводится соответствующий ко эффициент:

опт M QNET D = исх 1 100% = S NET CSECT 1 100%, Dm CSECT опт M Q опт исх исх NET K EFF S NET m где параметры с обозначением "исх" принадлежат исходной сети, "опт" – сети m =1 m = после оптимизации.

Таким образом, разрабатываемый метод оптимизации сети CDMA дол жен обеспечивать максимальное значение K EFF при минимальных издержках.

В рамках поставленной задачи были исследованы особенности систем CDMA, обуславливающие снижение эффективности развернутых сетей. Пока зано, что работа системы CDMA в режиме мягкого хэндофа значительно (до 40%) ограничивает суммарную емкость сети, а также в некоторых случаях приводит к ухудшению покрытия. Предлагается подход к оптимизации сети CDMA, основанный на корректировке зон покрытия отдельных секторов с це лью снижения негативных аспектов хэндофа. Для расширения возможностей такого рода оптимизации, предлагается метод моделирования покрытия секто ров путем их деления на угловые сегменты, каждый из которых обслуживается отдельной секторной антенной (см. рис. 1а). Такие сегменты вместе с антенна ми, их обслуживающими, названы субсекторами.

а) б) Рисунок 1. Пример разбиения 120°-сектора на четыре 30° субсектора Субсектора в общем случае могут быть не равными друг другу. Их число определяется исходя из практических соображений и может быть от двух до че тырех на стандартный 120°-сектор. Сигналы антенн всех субсекторов проходят через регулируемый делитель мощности (сплиттер) с коэффициентами переда чи, рассчитанными индивидуально для каждого субсектора. В результате, мож но в определенных пределах менять форму общей "диаграммы направленности" (см. рис. 1б) и подстраивать зону покрытия секторов так, что бы избыточные по площади зоны хэндофа и зоны с недостаточным уровнем сигнала по возможности были устранены.

Поскольку предложенный метод оперирует покрытием отдельных секто ров, был рассмотрен вопрос расчета покрытия секторов моделируемой системы с произвольными параметрами, в том числе и с субсекторами. Учитывая, что в качестве основной практической задачи рассматривается повышение эффек тивности уже развернутых сетей, для расчета покрытия было предложено ис пользовать статистическую модель распространения сигнала, скорректированную по данным натурных исследований (драйв-тестов) сети, подлежащей оптимизации.

Во второй главе рассматривается общий алгоритм нахождения опти мальной конфигурации (см. рис. 2). Описываются исходные данные, необходи мые для расчетов. Рассматривается конфигурация исходной сети CDMA, выбираются те параметры, которые участвуют в оптимизации. Для описания сети с субсекторами предлагается следующая конфигурация (см. рис. 3).

Поскольку любые расчеты, касающиеся сети сотовой связи, будь то пла нирование или оптимизация, имеют геоинформационную сущность, оперируя территориально-распределенной информацией, во второй главе были рассмот рены особенности ГИС-расчетов применительно к рассматриваемому методу.

ВХОД -;

;

;

;

;

: / ;

;

/,, ;

;

...

/,, (,,..);

....

QEFF SNET !..

СNET QEFF i max{QEFF i-n}, n=1..N, /, - KHF_NET N -.

QEFF ВЫХОД Рисунок 2. Алгоритм нахождения оптимальной конфигурации Рисунок 3. Конфигурация сети CDMA с субсекторами Рассматриваются особенности представления и расчета радиопокрытия.

Был предложено рассматривать покрытие каждой отдельной базовой станции в полярной системе координат, центр которой совпадает с координатами БС (см.

рис. 4). Причем непрерывное по сути покрытие представляется дискретными отсчетами, отражающими среднюю мощность в соответствующем сегменте n, n r, где n – азимутальный, n r – радиальный индексы.

Рисунок 4. Представление покрытия базовой станции в полярной системе координат В общем случае, для получения такого дискретного (для каждой БС вы ражаемого матрицей Pn, n ) представления непрерывного покрытия P( x, y ) не обходимо использовать формулу:

r P(x(, r ), y(, r )) r d dr rGRID ( n ) + GRID r( nr ) + 2 Pn,nr = r r( nr ) GRID ( n ) GRID 2, r(nr ) + rGRID r(nr ) rGRID 2 GRID где (n ) = (n + 0,5) GRID, r(n r ) = (n r + 0,5)rGRID, rGRID – радиальный, GRID – азиму тальный шаг сетки, x(, r ) = X BTS + r sin( ), y(, r ) = YBTS + r cos( ), X BTS, YBTS – коор динаты БС.

Потери распространения от каждой базовой станции, также как и покры тие каждой станции рассчитывалось в полярной системе координат, центр ко торой совпадает с координатами станции. Мы использовали модель, в которой потери (в дБ) аппроксимируются стандартной для статистического подхода ло гарифмической функцией с параметрами А и В:

LPATH (r, ) = A( ) + B( ) log(r ), где r – расстояние от БС, – азимут, по результатам драйв-тестов.

Для каждой базовой станции, для каждого азимута эти параметры рассчи тываются индивидуально. Для этого рассчитываются значения мощности сиг нала в опорных точках. Эти значения образуется путем объединения с определенным весом данных, полученных на основе статистической модели и практических данных. В качестве статистической модели используется, напри мер, модель Окумура-Хата, для которой необходимы электронные карты высот и типа застройки территории.

Практические данные получаются путем усреднения данных драйв-теста, т.е. реальных измерений, с учетом их положения по r и по относительно опорных точек (определяет вклад этих значений).

Далее, подбором параметров A и B находится такая кривая потерь, кото рая наиболее точно аппроксимирует распределение опорных точек.

L(r) rMIN rGRID rMAX PBP j GRID 0 1 j JMAX Рисунок 5. Нахождение наиболее близкой к практическим данным кривой Имея актуальную модель распространения, можно производить модели рование сети произвольной конфигурации, том числе с субсекторами. При этом данные о покрытии секторов необходимо для нахождения основных характери стик сети, а именно общей площади покрытия и общей емкости сети.

Предложен вариант имитационного программного моделирования сети по методу Монте-Карло, суть которого получение статистических характери стик исследуемого объекта в условиях обработки им случайных данных. В на шем случае, с определенной частотой делаются попытки установить соедине ние из точки со случайной координатой (при этом предложен алгоритм, который учитывает неравномерность распределения абонентского спроса по территории обслуживания). На эти попытки система реагирует – устанавливает соединение с определенными параметрами или отклоняет звонок. При этом производится статистическая оценка всех динамических характеристик сети. В том числе, для каждого сектора V находится среднее количество каналов CSTCV, установленных в момент соединения, а также среднее количество каналов, ус тановленных для поддержания звонка в процессе хэндофа – C H_STCV.

В результате, может быть рассчитан хэндоф-фактор каждого сектора:

K HF (V ) = CSTCV (CSTCV CH_STC V ), и всей сети:

(C V MAX V MAX C H_STCV ), K HF_NET = CSTCV STCV где VMAX – общее число секторов.

V =1 V = Метод измерения общей критической емкости сети заключается в посте пенном увеличении общесистемной частоты попыток звонка FATT_NET до тех пор, пока заданный процент от общего числа секторов не достигнет насыщения (за данный процент отклоненных звонков превысит определенный предел). При этом общесистемную емкость можно будет найти как:

(C VMAX C H_STC V ).

C NET_KRIT = STC V Таким образом, в процессе оптимизации сети, так или иначе ее конфигу V = рируя, можно ориентироваться на основные критерии оптимизации – емкость и площадь покрытия сети.

В третьей главе рассматриваются способы нахождения оптимальных зон покрытия ячеек сети CDMA при заданной заданной конфигурации сети и из вестной модели потерь распространения сигнала. В качестве первого прибли жения, предложен оригинальный алгоритм получения оптимального покрытия базовых станций (без учета секторизации). Целью алгоритма является нахож дение таких диаграмм направленности БС, при которых общая картина зон по крытия будет ориентирована на максимальную общую емкость и наибольшее покрытие сети. Суть алгоритма заключается в постепенном итерационном уве личении мощности базовых станций с одновременным выравниванием зоны покрытия (путем изменения диаграммы направленности), так, чтобы она, не смотря на различие потерь распространения в разных направлениях, стреми лась к кругу. В то же время, если зоны покрытия (определяемые по граничной мощности) соседних базовых станций пересекаются, и значение мощности вто ричного сектора в зоне пересечения превысит достаточный для хэндофа уро вень, то рост мощности вторичного сектора в этом направлении приостанавливается (см. рис. 6).

Рисунок 6. Пример работы алгоритма получения оптимальных в плане хэндофа зон покрытия базовых станций Для проверки эффективности предложенного алгоритма было осуществ лено его имитационное моделирование в программе Cdma Optimizer в виде се рии опытов по оптимизации с его помощью тестовых моделей CDMA-сетей различной конфигурации. Модели формировались определенным образом на основе исходного варианта из шестнадцати базовых станций, симметрично расположенных в углах треугольников (см. рис. 7).

rand БС1 БС2 БС3 БС4 rrand БС5 БС5 БС7 БС8 RRAND_MAX БС9 БС10 БС11 БС БС13 БС14 БС15 БС БС5-БС12 - репрезентативные при оценке хэндофа Рисунок 7. Опытная модель CDMA-сети Серия опытов состояла из 20 испытаний, в каждом из которых сеть имела оригинальную конфигурацию. Для этого в каждом опыте, кроме первого, к ста ционарным координатам базовых станций X BTS0,YBTS0 прибавлялась случайная компонента xrand, y rand. Причем, для оценки влияния неравномерности установ ки базовых станций на эффективность алгоритма, максимальное значение ради альной части случайной компоненты линейно увеличивалась с каждым опытом k от 0 в первом, до Rrand_max.

В опыте полагалось, что базовые станции находятся на поверхности оп ределенного рельефа. Данный рельеф, различный для каждого опыта, генери ровался случайным образом. Параметры генерации устанавливались таким об разом, чтобы статистические параметры разброса высот и размеры географиче ских неоднородностей соответствовали рельефу, характерному для городов в равнинной и холмистой местности. Конфигурации, в которых хотя бы одна БС находилась ниже среднего уровня земли, заменялись.

В эксперименте для упрощения вычислений не производилась оценка ем кости сети или отдельных БС. Такая операция достаточно сложна и в рамках предложенной в диссертации реализации занимает значительное время. Взамен этого, использовалась оценка хэндоф-фактора как основного фактора, сни жающего реальную емкость сети CDMA.

Используя метод Монте-Карло, после выполнения большой серии проб мы будем располагать следующим статистическим материалом: всего сгенери ровано N TOT попыток, из них N IN_COVER попаданий в зону покрытия сети (то есть в зону покрытия хотя бы одной БС) и N ONE_BTS таких, когда точка попадает в зо ну покрытия только какой-то одной БС. Зная эти данные, можно вычислить хэндоф-фактор исследуемой модели сети:

K HF = N IN_COVER / N ONE_BTS, и площадь покрытия:

S NET = S AREA N IN_COVER / N TOT = S AREA K S, где S AREA – площадь прямоугольной области генерации вызовов, K S – коэффи циент заполнения прямоугольной области.

Итогом проведения проверки эффективности стали данные, на основании которых были построены следующие графики:

2, 2, 1, K HF 1, 1, 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 rrand / RRAND_MA X Рисунок 8. График хэндоф-фактора до (кружки) и после (ромбы) применения алгоритма оптимизации в зависимости от нерегулярности расположения БС Из графика рис. 8 видно, что в предложенной модели сети хэндоф-фактор не оптимизированной сети в зависимости от нерегулярности расположения ба зовых станций изменяется в пределах от 1.3 до 2.25 (что в целом согласуется с практическими данными). После применения алгоритма значение хэндоф фактора в каждом опыте снижается, в целом становится более стабильным и лежит в пределах от 1.25 до 1.8. Для оценки эффективности алгоритма на осно вании данных первого графика был построен график относительного увеличе ния хэндоф-фактора QHF = ( K HF K HF ) / K HF (см. рис. 9).

до после до 25% 20% 15% QHF 10% 5% 0% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 rran d / RRA ND _MAX Рисунок 9. График относительного изменения хэндоф-фактора Из графика рис 9. видно, что в зависимости от конкретной конфигурации системы и конкретного рельефа эффективность алгоритма в улучшении хэн доф-фактора различна, она колеблется от 6% до 20%.

На следующем графике (см. рис. 11) представлено изменение относи тельной площади покрытия ( K S ) до и после применения алгоритма:

0. 0. KS 0. 0. 0. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 rran d / RRAN D_MA X Рисунок 10. График относительной площади покрытия до (кружки) и после (ромбы) применения алго ритма оптимизации в зависимости от нерегулярности расположения БС На основании данных предыдущего графика был построен график коэф фициента изменения относительной площади покрытия QS = ( KSпосле KSдо ) / KSдо (см. рис. 11). 20% 15% QS 10% 5% 0% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 rran d / RRA ND _MAX Рисунок 11. График коэффициента изменения относительной площади покрытия Из графика видно, что в зависимости от конкретной конфигурации сис темы и конкретного рельефа эффективность алгоритма в увеличении площади различна, она колеблется от 6% до 17%.

Таким образом, результаты проведенного моделирования говорят о том, что предложенный алгоритм в принципе позволяет улучшить хэндоф-фактор сети CDMA на 10–20%, приближая его значение к величине около 1.25, и одно временно увеличить на 10–15% площадь покрытия сети.

Основываясь на информации о рассчитанном оптимальном покрытии ба зовых станций, карте распределения абонентского спроса, карте высот и мест ности оператор должен скорректировать параметры секторов, в том числе разбить тот или иной сектор на несколько субсекторов. Для реализации таких возможностей предложена методика изменения параметров сектора с контро лем визуальных границ зон покрытия и основных параметров сети в специали зированном инструменте "Эквалайзер" программы Cdma Optimizer. Эквалайзер имеет движки, изменяя положение которых оператор изменяет коэффициенты передачи делителя мощности сектора с субсекторами.

Рисунок 12. Изображение инструмента Equalizer на экране компьютера От обычного эквалайзера, применяющегося, например, в аудиотехнике, данный отличается возможностью регулирования ширины каждого отдельного канала (читай субсектора). Кроме того, исходя из физики работы делителя мощности ( kn = 1, где k n – коэффициент передачи канала n ), уровни всех полос зависят друг от друга, что заставляет автоматически изменять все уровни при измене n нии одного а также изменять диапазоны изменения уровней. В этой связи, в ра боте производится расчет модели делителя мощности.

Таким образом, оператор, производящий оптимизацию, имеет перед со бой картину оптимального распределения мощности БС, инструмент для под ведения покрытия реальных секторов к этому оптимальному распределению, и рассчитываемую на любом этапе техническую эффективность сети QNET.

В четвертой главе рассматриваются практические аспекты реализации предложенного метода. Предложена полная практическая схема оптимизации с изложением тех действий, которые должен провести оператор, чтобы повысить эффективность своей CDMA-сети (см. рис. 13).

Далее особенности всех элементов методики рассматриваются отдельно.

В первую очередь описывается подготовка исходных данных, а именно работа с конфигурацией сети CDMA в программе Cells Redactor.

СТАРТ CDMA-, ( excel- txt-) - Cells Redactor Drive Test Processor (-.,, -: GPS CDMA, ;

), CDMA Cdma Optimizer Программа, реализующая все /, основные расчеты по нахождению оптимальной конфигурации - секторов/субсекторов ( Cells Redactor) (www.cdma-optimizer.narod.ru) -,, txt- ;

( ),,, ;

..

.....

!

CDMA, ФИНИШ Рисунок 13. Схема практической методики оптимизации Рассматриваются особенности проведения натурных исследований по крытия – драйв-тестов. Предлагается алгоритм объединения не синхронизиро ванных данных тестового CDMA-терминала и GPS приемника (см. рис. 14).

- точка CDMA - точка GPS t t x2, y x, y = ?

t x1, y Рисунок 14. Взаимное расположение точек CDMA-измерений и точек замера координат при драйв-тесте Для расчета координат измерения x, y используются линейная интерполяция:

x = x1 + ( x2 x1 ) (t t1 ) (t2 t1 ), y = y1 + ( y2 y1 ) (t t1 ) (t2 t1 ), где t – время измерения уровня сигнала, t1 – время ближайшего замера GPS координат, меньшее чем t ;

t 2 – время ближайшего замера GPS-координат, большее чем t. Сложность алгоритма заключается в том, чтобы исключить по иск t1 и t 2 GPS-измерений для каждого t измерения CDMA, а использовать сквозной проход, учитывая, в том числе, неизбежные пропуски GPS-измерений.

Данный метод реализован в программе Drive Test Processor, особенности рабо ты с которой также приводятся.

Далее описываются основные этапы работы в Cdma Optimizer – основной программе, реализующей предложенные алгоритмы оптимизации сети CDMA.

Рассматриваются возможности программы.

Поскольку емкости секторов рассчитывается на основе модели сети, ста новится актуальным вопрос практической проверки результатов. В этой связи, рассматривается метод получения реальных значений емкостей секторов и хэн доф-фактора по данным контроллера сети CDMA – именно эти практические значения, полученные до и после проведения оптимизации являются истинным показателем эффективности проведенных работ.

Завершается диссертация отчетом о результатах оптимизации по разрабо танной методике действующей сети CDMA-800 в г. Нижний Новгород. В рам ках оптимизации, на основании обработки данных драйв-тестов, статистики работы сети и расчетов в CdmaOptimizer, были скорректированы направления секторов, на некоторые сектора были надеты боковые отражатели с тем, чтобы сузить ДН, один из секторов был разбит на два субсектора. В результате, прак тические измерения хэндоф-фактора показали его снижение в среднем на процентов, реальная емкость сети возросла на 11%. Также, как показали после дующие драйв-тесты, в целом улучшилось покрытие сети.

В заключении сформулированы основные выводы и приведены наиболее важные результаты диссертационной работы. Рассказано о перспективах разви тия метода с учетом возрастания интеллектуальности антенных систем.

В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Проведено исследование особенностей сотовых сетей CDMA, в том числе на основе более чем трехлетнего анализа работы действующей CDMA сети в г. Нижний Новгород.

Для оптимизации сети CDMA с учетом ее работы в режиме мягкого хэн дофа и неравномерности территориального распределения абонентского спроса было предложено использовать дополнительный обобщенный критерий – техническую эффективность.

Исследованы возможности повышения эффективности развернутых сетей CDMA: показано, что на общую емкость сети CDMA значительным обра зом влияет взаимное расположение зон покрытия отдельных секторов.

Предложен метод моделирования покрытия сектора путем его разбиения на субсектора с использованием регулируемого делителя мощности.

Разработан метод расчета покрытия сети CDMA произвольной конфигу рации по данным драйв-тестов сети, подлежащей оптимизации.

Разработан алгоритм оценки оптимального по критерию минимума хэн доф-фактора покрытия сети CDMA заданной конфигурации.

Разработан комплекс программного обеспечения (программы CellsRedac tor, DriveTestProcessor, CdmaOptimizer, две последние – зарегистрирова ны), в котором реализованы все расчеты и алгоритмы, необходимые для практической реализации метода.

Разработана практическая методика оптимизации развернутой сети CDMA на основе разработанных программ.

Элементы методики используется действующими CDMA-операторами, такими как "Нижегородский Радиотелефон", "Народный Телефон Сара тов", "ОрскИнтерСвязь".

ПУБЛИКАЦИИ Хализов А.В, Петяшин Н. Б. Интеллектуальные антенны в системах мо 1.

бильной связи // Всероссийская научно-техническая конференция "Информа ционные системы и технологии ИСТ-2004": Тез. докл., Нижний Новгород:

НГТУ, 2004 – С.50.

Хализов А.В. Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с 2.

неравномерной диаграммой направленности // Всероссийская научно техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ 2005": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2005 – С. 47.

Хализов А.В. Проблемы использования антенн с неравномерной диа 3.

граммой направленности для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Труды Нижегородского государственного технического университета.

Том 55: Статья, Нижний Новгород: НГТУ, 2005 – С. 116.

Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // 4.

Материалы докладов XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки: Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 – С. 31.

Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации по 5.

крытия сети CDMA // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006 – С. 84-85.

Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // 6.

Материалы Международной научно-практической конференции "Молодежь и наука XXI века": Тез. докл., Ульяновск, 2006 – С. 225.

Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации по 7.

крытия сети сотовой связи стандарта CDMA // Тезисы докладов V Юбилейной международной молодежной научно-технической конференции "Будущее тех нической науки", Нижний Новгород, 2006 – С. 28.

Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем 8.

оптимизации покрытия отдельных ячеек // Материалы четырнадцатой межре гиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения": Тез. докл., Нижний Новгород – Москва, 2006 – С. 50.

Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем 9.

оптимизации покрытия отдельных ячеек // Электронный многопредметный на учный журнал "Исследовано в России": Статья, 2006 – № 240 – С. 2283-2294, http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/240.pdf 10. Хализов А.В. Расчет покрытия сети CDMA произвольной конфигурации на основе результатов драйв-тестов // Труды НГТУ: Серия Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы и устройства: Статья, Нижний Новгород, – Вып.11. – С.96–101.

11. Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Информационные материалы пятой межрегиональной научно-практической конференции "Новые информационные технологии – инструмент повышения эффективности управления": Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 – С. 50.

12. Хализов А.В. Использование субсекторизации секторов базовых станций для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Антенны – 2007 – Вы пуск 2 (117). – С. 60–62.

13. Хализов А.В. Алгоритм оценки зон покрытия сети CDMA, оптимальных по критерию минимальности зон хэндофа // Техника и технология – 2007 – №3 (21). – С. 66.