автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему: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

□03173Б42

Нижний Новгород - 2007

003173642

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

Научный руководитель- кандидат технических наук, доцент

Петяшин Николай Борисович (ООО «Радиоком», г. Нижний Новгород)

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Войткевич Константин Леонидович (ФГУП «НЛП "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 Д212.165.01

в Нижегородском государственном техническом университете

им. P.E. Алексеева по адресу:

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

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

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: НГТУ им Р.Е. Алексеева, ученому секретарю диссертационного 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 экспериментальная 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 месте по численности абонентов (после GSM) находятся сети CDMA, число пользователей 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 разнообразных 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 запланированной территории покрытия могут быть области неудовлетворительного 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, объединение базовых станций CDMA в систему не требует частотно-территориального планирования. В то же время, ряд особенностей технологии сотового CDMA обуславливает другие, более сложные зависимости совокупных характеристик сети от взаимного расположения покрытия отдельных ячеек 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 методов 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 критерию 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

1 Исследование потенциальных возможностей повышения реальной эффективности сети CDMA, в том числе, на основе анализа работы и данных натурных исследований действующих сетей

2 Определение критериев оптимизации сети CDMA

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

4. Реализация алгоритмов в программном обеспёчении

5. Разработка практической методики оптимизации развернутых сетей CDMA с использованием разработанного программного обеспёчения.

6. Апробация метода в реальных сетях CDMA

Методы исследования

В работе использованы элементы теории функционального анализа, вариационного исчисления и методов оптимизации, теория систем массового обслуживания, 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 достигнута с использованием программных алгоритмов, реализованных в языке С++, VBA, tel. Также применялись математические программы и геоинформационные системы.

Практическая ценность

Предложенный в диссертационной работе метод позволяет с минимальными материальными, трудовыми и временными затратами увеличить емкость и улучшить покрытие действующих сотовых сетей CDMA Для реализации метода не требуется разработки нового оборудования, не требуется изменения аппаратной или программной части радиоинтерфейса или каких-либо других частей системы, кроме антенного оборудования Разработана методика проведения оптимизации действующих сетей CDMA, которая может быть непосредственно 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. Разработанный программный комплекс может применяться операторами CDMA-сетей для выяснения реальной зоны обслуживания, выявлению областей отсутствия 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 принцип 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 деятельности действующих операторов сотовой связи стандарта CDMA-800 "Нижегородский Радиотелефон", "Народный Телефон Саратов", "ОрскИнтер-Связь" Комплекс программ по подготовке исходных данных и расчету покрытия широко используется для анализа текущего состояния покрытия сетей Информация, полученная по ходу диссертационной работы, легла в основу лабораторной работы, поставленной на кафедре "Техника радиосвязи и телевидения" Нижегородского Государственного Технического Университета На программы по расчету CDMA-сети Cdma Optimizer и DT Processor были получены свидетельства о регистрации.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены и обсуждались на:

1 Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2004", Нижний Новгород, 2004

2 Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2005", Нижний Новгород, 2005

3. Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006

4. XI Нижегородской сессии молодых ученых Технические науки, 2006.

5 V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки - 2006», Нижний Новгород, 2006

6 V Межрегиональной научно-практической конференции "Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления", Нижний Новгород, 2006

7 XIV Межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения", Нижний Новгород - Москва, 2006.

Публикации

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

Личный вклад автора

Все результаты работы получены автором лично или при его непосредственном участии, в том числе, как технического специалиста действующей компании-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 субсекторы 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, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем основного текста диссертации - 149 страниц. Диссертация содержит 61 рисунок, 2 таблицы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель работы и основные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна работы и практическая значимость полученных результатов, описана структура диссертации и взаимосвязь 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 - техническую эффективность Q^, 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

j и __j м _

SNET = j-г ^NET ^ , An ^SECTm / А» »

М «1-1 / «с!

где М - число секторов сети, S^ - общая площадь покрытия, CSECTin - реальная канальная емкость сектора т (в сетях CDMA - величина не постоянная, зависит от многих факторов), Dm -среднее значение абонентского спроса на территории обслуживания сектора.

SECT« $s£CTin

где SSECr„ - площадь покрытия сектора т, D(x,x) - распределение абонентского спроса по территории обслуживания.

Для оценки эффективности оптимизации вводится соответствующий коэффициент

100%=(^ с®*-1] ioo%>

где параметры с обозначением "исх" принадлежат исходной сети, "опт" - сети после оптимизации.

Таким образом, разрабатываемый метод оптимизации сети CDMA должен обеспечивать максимальное значение Кш 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 целью снижения негативных аспектов хэндофа. Для расширения возможностей такого рода оптимизации, предлагается метод моделирования покрытия секторов путем их деления на угловые сегменты, каждый из которых обслуживается отдельной секторной антенной (см. рис. 1а). Такие сегменты вместе с антеннами, их обслуживающими, названы субсекторами.

Субсектора в общем случае могут быть не равными друг другу. Их число определяется исходя из практических соображений и может быть от двух до четырех на стандартный 120°-сектор. Сигналы антенн всех субсекторов проходят через регулируемый делитель мощности (сплиттер) с коэффициентами передачи, рассчитанными индивидуально для каждого субсектора. В результате, можно в определенных пределах менять форму общей "диаграммы направленности" (см. рис. 16) и подстраивать зону покрытия секторов так, чтобы избыточные по площади зоны хэндофа и зоны с недостаточным уровнем сигнала по возможности были устранены.

Поскольку предложенный метод оперирует покрытием отдельных секторов, 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 эффективности уже развернутых сетей, для расчета покрытия было предложено использовать статистическую модель распространения сигнала, скорректированную по данным натурных исследований (драйв-тестов) сети, подлежащей оптимизации.

Во второй главе рассматривается общий алгоритм нахождения оптимальной конфигурации (см. рис. 2). Описываются исходные данные, необходимые для расчетов. Рассматривается конфигурация исходной сети СОМА, 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 планирование или оптимизация, имеют геоинформационную сущность, оперируя территориально-распределенной информацией, во второй главе были рассмотрены особенности ГИС-расчетов применительно к рассматриваемому методу.

Рисунок 1. Пример разбиения 120°-сектора на четыре 30° субсектора

Рисунок 2 Алгоритм нахождения оптимальной конфигурации

Отличие конфигурации сети СОМА с субсекторами от типовой конфигурации

3. Сектор (Sector!

1 иЗентификотор сектора (смещение короткого кода) Nps

2 числа субсектароб. Л/sims

1 Ьысота расположения онтенн Huts, м

2 географические координаты.

- широта Xbts, °

- долгота ^bts, "

3 число сектороб Msexrr

1 азимут {направление антенны) 6*;ubs , * ^

2 DH онтечны !)(/?)лм suns

3 коэффициент усиления антенны G..\.\r subs. дБ i*. ширина QH (по уройнв -305)

W'llOR.SUttS, H-'ufl SU иь.с

5 наклон антенны б горизонтальной плоскости Vfei es, °

6 коэффициент передачи делителя мощности ATsuits. 95

1 центральная частота диапазона работы: Гама. НГи

2 набор системных констант, определяющих роботу радиоинтерфейса бозобых станций и мобильных терминалоб

3 число базобых станций A/bts

4. Сцбсектор (SubsectorJ

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 пв,пг, где пв - азимутальный, пг - радиальный индексы.

Рисунок 4. Представление покрытая базовой станции в полярной системе координат

В общем случае, для получения такого дискретного (для каждой БС выражаемого матрицей Рп /| ) представления непрерывного покрытия Р(х,у) необходимо использовать формулу:

Р.

| |Р(х(0,г),у(0,г))г<10с1г

/

где ) = (л„+ 0,5)втю, г(иг) = (пг + 0,5)гзцщ, говго - радиальный, 0СЫВ - азимутальный шаг сетки, х(0,г) = ХВТ5 + гзт(0), у (в, г) = ГВТ5 + гсоБ(в), Хвтз, ГВТ8 - координаты БС.

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

ЬРАГИ(г,0) = Л(0)+В(в)1ое(г), где г - расстояние от БС, в - азимут, по результатам драйв-тестов

Для каждой базовой станции, для каждого азимута эти параметры рассчитываются индивидуально Для этого рассчитываются значения мощности сигнала 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, например, 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 г и по б относительно опорных точек (определяет вклад этих значений)

Далее, подбором параметров А и В находится такая кривая потерь, которая наиболее точно аппроксимирует распределение опорных точек

Имея актуальную модель распространения, можно производить моделирование сети произвольной конфигурации, том числе с субсекторами. При этом данные о покрытии секторов необходимо для нахождения основных характеристик 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-

Рисунок 5. Нахождение наиболее близкой к практическим данным кривой

стик исследуемого объекта в условиях обработки им случайных данных. В нашем случае, с определенной частотой делаются попытки установить соединение 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 CSTCK, установленных в момент соединения, а также среднее количество каналов, установленных для поддержания звонка в процессе хэндофа - Сн STC|/

В результате, может быть рассчитан хэндоф-фактор каждого сектора =cSTC[/ДС5ТС(, -СнSTC(,),

и всей сети

^■HF NET = ^ .^STCK / / '.(^■'STCK — ^-H STCy) > У-1 / К-1

гДе Кох ~ общее число секторов

Метод измерения общей критической емкости сети заключается в постепенном увеличении общесистемной частоты попыток звонка FATr NET до тех пор, пока заданный процент от общего числа секторов не достигнет насыщения (заданный процент отклоненных звонков превысит определенный предел) При этом общесистемную емкость можно будет найти как

^NET KMT = 2j(CsTCe — CH STC[/) .

v-t

Таким образом, в процессе оптимизации сети, так или иначе ее конфигурируя, 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 известной модели потерь распространения сигнала В качестве первого приближения, предложен оригинальный алгоритм получения оптимального покрытия базовых станций (без учета секторизации) Целью алгоритма является нахождение таких диаграмм направленности БС, при которых общая картина зон покрытия будет ориентирована на максимальную общую емкость и наибольшее покрытие сети. Суть алгоритма заключается в постепенном итерационном увеличении мощности базовых станций с одновременным выравниванием зоны покрытия (путем изменения диаграммы направленности), так, чтобы она, не смотря на различие потерь распространения в разных направлениях, стремилась к кругу. В то же время, если зоны покрытия (определяемые по граничной мощности) соседних базовых станций пересекаются, и значение мощности вторичного сектора в зоне пересечения превысит достаточный для хэндофа уровень, то рост мощности вторичного сектора в этом направлении приостанавливается (см рис 6).

покрытия базовых станций

Для проверки эффективности предложенного алгоритма было осуществлено его имитационное моделирование в программе Cdma Optimizer в виде серии 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).

?' ч у' ~~ -V / N Grand

/ \ I \ / ^ ^ГЛ-

I БС1 V 6С2 v Без J 6C4J Jj ,

I f « ? » » /

Ч / Ч /Ч /

/ \ / \ / ч/ \

' V БС6 V ь » 1 \ Л Л БС7 v 1 Ь Д БС8 \ j

V. у" —

/ БС§ V ВСЮ 1 Ь 1 «и* \ Л З4" v Л V Б02 1 ^ Л

V Л Л ч / ч / ч •s. Y Л / ч БС16 \ ** : /

БС5-БС12 - репрезентативные при оценке хэндофа

Рисунок 7. Опытная модель СБМА-сети

Серия опытов состояла из 20 испытаний, в каждом из которых сеть имела оригинальную конфигурацию. Для этого в каждом опыте, кроме первого, к стационарным координатам базовых станций ХВТ50,7ВТ5о прибавлялась случайная компонента Ах^Ау^. Причем, для оценки влияния неравномерности установки базовых станций на эффективность алгоритма, максимальное значение радиальной части случайной компоненты линейно увеличивалась с каждым опытом к от 0 в первом, до т„ .

В опыте полагалось, что базовые станции находятся на поверхности определенного рельефа. Данный рельеф, различный для каждого опыта, генери-

т

ровался случайным образом. Параметры генерации устанавливались таким образом, чтобы статистические параметры разброса высот и размеры географических 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 емкости 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, снижающего реальную емкость сети CDMA.

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

^HF = Uncover /^ONH_BTS >

и площадь покрытия*

^NET = ^АМЗА ^IN_COVER t NJOT = Sakea Ks ,

гДе 5анеа ~ площадь прямоугольной области генерации вызовов, Ks - коэффициент заполнения прямоугольной области

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

2.5 2,25

1.5

1 25 1

О 01 0,2 0.3 0,4 0,5 0,6 07 0.8 0,9 1

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 базовых 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 основании данных первого графика был построен график относительного увеличения хэндоф-фактора = (см. рис. 9).

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 относительной площади покрытия ) до и после применения алгоритма

о «ч

о о

—о ■ « о »-о о ------ о |0 £ „о.

о ■о- о -"О —1—

О 01 02 03 0.4 05 06 07 06 09 1

Рисунок 10. График относительной площади покрытия до (кружки) и после (ромбы) применения алгоритма оптимизации в зависимости от нерегулярности расположения ЕС

На основании данных предыдущего графика был построен график коэффициента изменения относительной площади покрытия =(К£°С*

Рисунок 11 График коэффициента изменения относительной площади покрытия

Из графика видно, что в зависимости от конкретной конфигурации системы 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 одновременно увеличить на 10-15% площадь покрытия сети.

Основываясь на информации о рассчитанном оптимальном покрытии базовых станций, карте распределения абонентского спроса, карте высот и местности 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 контролем визуальных границ зон покрытия и основных параметров сети в специализированном инструменте "Эквалайзер" программы Cdma Optimizer. Эквалайзер имеет движки, изменяя положение которых оператор изменяет коэффициенты передачи делителя мощности сектора с субсекторами.

«ин-пля ИИШИ |

-6.0 ■М

в_____W Г Г Г _чю|«1|

ГПТ1 q^i.dBi-IO I cerfer." 'Jj" mli'Bh,* '/30 'i lm|

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 {^Г,к„ =1, где к„ - коэффициент передачи канала и), уровни всех полос зависят

друг от друга, что заставляет автоматически изменять все уровни при изменении одного а также изменять диапазоны изменения уровней. В этой связи, в работе производится расчет модели делителя мощности.

Таким образом, оператор, производящий оптимизацию, имеет перед собой картину оптимального распределения мощности БС, инструмент для подведения покрытия реальных секторов к этому оптимальному распределению, и рассчитываемую на любом этапе техническую эффективность сети gNET.

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.

исмшиспь

CDMA-сеть подлежащая оптимизации

НЕЗАВИСИМАЯ ОЦЕНКА

КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА СЕТИ ПО НАШИ КОНТРОЛЛЕРА

СТАТИСТИКА КОНТРОЛЛЕРА СЕТИ

Системные лаги описывающие изменяющиеся 6с Ьрекеда пирометры сети СОМА_

РШЫК ПАРАМЕТРЫ СЕТИ

Реальный хэнЭоф-фактор всей сети и отбельных ячеек, реальные емкость и нагрузка сектора!

1Г

K0HW4PAW ИСТИНОЙ СЕТИ Параметры базовых станции и ретранатороб ft excel-

таблицах или М-фаилах| Ц --

Работа с конфигурацией ceiw |меагапол хеше и параметры 5 станции, секторов ретрансляторов системные константы)

ДРАЙВ-ТЕСТ

Практическое измерение и запись географического распределения мощности шлот-сигналой секторов

J

1ербоначальная обработка результатоб враиб-теста обьебинение CPS и СОМА банных. созЭоние фоила необходимого формота_

Cdma Optimizer

я се wj'J я см

Программа, реализующая все основные расчеты ло нахождению оптимальной конфигурации секторов/субсекторов

(www crimq-optCTiEer.norodru)

ОПТИМИЗИРОВАННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

Итогобоя конфигуроиия сектороб / субсектороЬ соотбетст&уошая иоксимольнои бзбешеннои емкости при максимальном покрытии без разрыйоЬ 16 формате Cells Redactor)

ON

ПРОЧИЕ ДАННЫЕ РАЗЛИЧИИ ФОРИАТОВ

• tot-фоилы АН используемых антенн. ' Зонные Зля о распределении абонентской плотности: > карты различных типой » итЭ

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

ления нагрузки подготовка фаи/юб ОН антенн подготовка карт и т.д

' Устоно&ко антенн субсектороЬ сплиттероб (если необходимо) ностроико нопраблении и наклона антенн

ОПТИМИЗИРОВАННАЯ СЕТЬ \

Сеть CDMA, измененная Ь соотбетстбии с шиЗенкои штимиэироЬоннои конфигурацией

Рисунок 13 Схема практической методики оптимизации

ФИНИШ

Рассматриваются особенности проведения натурных исследований покрытия - драйв-тестов. Предлагается алгоритм объединения не синхронизированных данных тестового CDMA-терминала и GPS приемника (см. рис. 14).

Для расчета координат измерения х,у используются линейная интерполяция:

х = х, + (х2 - х,)(/ -1,)/(/, - г,), у = у, + (у2 - у,)(г - г,)/(/,-/,), где I - время измерения уровня сигнала, /, - время ближайшего замера GPS-координат, меньшее чем /; 12 - время ближайшего замера GPS-координат, большее чем t. Сложность алгоритма заключается в том, чтобы исключить поиск и /3 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 работы 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, становится 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 разработанной методике действующей сети CDMA-800 в г. Нижний Новгород. В рамках 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, практические измерения хэндоф-фактора показали его снижение в среднем на 10 процентов, реальная емкость сети возросла на 11%. Также, как показали последующие драйв-тесты, в целом улучшилось покрытие сети.

В заключении сформулированы основные выводы и приведены наиболее важные результаты диссертационной работы. Рассказано о перспективах развития 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 образом 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 конфигурации 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 - зарегистрированы), 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 Саратов", "ОрскИнтерСвязь"

ПУБЛИКАЦИИ

1. Хализов А В, Петяшин Н Б Интеллектуальные антенны в системах мобильной связи // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2004" Тез докл, Нижний Новгород: НГТУ, 2004-С.50

2 Хализов А В Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с неравномерной диаграммой направленности // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2005"- Тез докл., Нижний Новгород- НГТУ, 2005 - С 47

3. Хализов A.B. Проблемы использования антенн с неравномерной диаграммой направленности для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Труды Нижегородского государственного технического университета Том 55 Статья, Нижний Новгород-НГТУ, 2005 - С 116.

4 Хализов A.B. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы докладов XI Нижегородской сессии молодых ученых Технические науки Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 — С 31.

5. Хализов А В Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети CDMA // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород,2006-С 84-85.

6 Хализов A.B. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы Международной научно-практической конференции "Молодежь и наука XXI века" Тез докл., Ульяновск, 2006 - С. 225

7. Хализов А В Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети сотовой связи стандарта CDMA // Тезисы докладов V Юбилейной международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки", Нижний Новгород, 2006 - С 28.

8 Хализов A.B. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Материалы четырнадцатой межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения" Тез. докл , Нижний Новгород - Москва, 2006-С 50

9 Хализов A.B. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Электронный многопредметный научный журнал "Исследовано в России": Статья, 2006 - № 240 - С 2283-2294, <http //zhurnal ape.relarn.ru/articles/2006/240.pd£>

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, 2006 - Вып 11 - С.96-101

И Хализов A.B. 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 - Выпуск 2 (117).-С. 60-62

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

Подписано в печать 18 10 2007 Формат 60x84 '/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уч -изд л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 761

Нижегородский государственный технический университет им Р Е Алексеева Типография НГТУ 603950, Нижний Новгород, ул Минина, 24

Список используемых терминов и сокращений.

Введение.

Глава 1. Возможности повышения эффективности сетей CDMA.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Формулировка критерия технической эффективности сети CDMA.

1.3. Особенности систем CDMA, обуславливающие различие реальных и потенциальных характеристик сети.

1.4. Возможности изменения зон покрытия секторов.

1.4.1. Влияние параметров антенны на покрытие сектора.

1.4.2. Изменение покрытия сектора путем субсекторизации.

Глава 2. Оптимизация сети CDMA путем изменения зон покрытия отдельных секторов.

2.1. Конфигурация типовой сети CDMA и сети с субсекторами.

2.2. Общая схема нахождения оптимальной конфигурации.47 >■■

2.3. Особенности ГИС-расчетов.

2.4. Расчет покрытия для оптимизируемой сети произвольной конфигурации на основе результатов драйв-тестов.

2.4.1. Определение покрытия.

2.4.2. Методы расчета покрытия.

2.4.3. Математическое представление покрытия.

2.4.4. Расчет азимутальных потерь распространения.

2.4.5. Расчет покрытия для сети произвольной конфигурации на основе модели азимутальных потерь.

2.5. Оценка основных характеристик сети CDMA путем имитационного моделирования.

2.5.1. Генерация попыток соединения в соответствии с плотностью абонентского спроса.

2.5.2. Расчет мощности каналов трафика.

2.5.3. Расчет емкости секторов и хэндоф-фактора.

Глава 3. Способы нахождения зон покрытия секторов, оптимальных по критерию минимума хэндоф-фактора.

3.1. Алгоритм оценки зон покрытия базовых станций, обеспечивающих минимальный хэндоф-фактор сети.

3.2. Проверка эффективности алгоритма путем моделирования тестовой CDMA-сети.

3.3. Инструмент "эквалайзер". Настройка коэффициентов передачи делителя мощности для субсекторов.

Глава 4. Практическая реализация метода.

4.1. Практическая методика оптимизации сети CDMA с использованием разработанного комплекта программ.

4.1.1. Конфигурация исходной сети. Программа Cells Redactor.

4.1.2. Особенности проведения драйв-тестов. Обработка результатов в программе Drive Test Processor.

4.1.3. Оптимизация модели сети CDMA в программе

Cdma Optimizer.

4.1.4. Проверка реальной емкости и хэндоф-фактора действующей сети CDMA по данным статистических отчетов.

4.2. Результаты оптимизации действующей сети CDMAв г. Нижний Новгород.

Системы сотовой связи прочно вошли в нашу жизнь. Первая экспериментальная 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 уже более двух с половиной миллиардов абонентов. По данным аналитических агентств, уровень проникновения сотовой связи в развитых странах составляет более 50%, а в крупных городах формально даже переходит за 100%. Обеспечение эффективного функционирования сетей, обслуживающих столь значительное количество абонентов на столь обширных территориях, представляет собой серьезную техническую проблему. В ряде случаев развернутая сеть работает не так эффективно, как это изначально предполагалось. Другими словами, сеть, рассчитанная на определенную абонентскую емкость и охват определенной территории, на практике сможет обеспечивать связью меньшее количество абонентов, а на запланированной территории покрытия могут быть области неудовлетворительного качества связи. Обычно такая проблема решается действенным, но затратным способом - установкой дополнительных базовых станцфреди большого разнообразия различных сотовых систем, на втором месте по численности абонентов (после GSM) находятся сети CDMA, число пользователей 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.

Из-за того, что все ячейки сети CDMA работают на одной частоте, объединение базовых станций CDMA в систему не требует частотно-территориального планирования. В то же время, ряд особенностей технологии сотового CDMA обуславливает другие, более сложные зависимости совокупных характеристик сети от взаимного распределения покрытия отдельных ячеек. 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 методов повышения эффективности действующих сетей. Объект исследования Сеть сотовой связи CDMA. 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 критерию 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. Программа исследований

1. Изучение особенностей сотовых сетей CDMA, в том числе на основе анализа статистических данных о работе действующих CDMA-сетей в г. Нижний Новгород, г. Саратова, г. Орска.

2. Определение критериев эффективности сети CDMA.

3. Исследование возможностей повышения эффективности развернутых сетей CDMA. Исследование зависимости совокупных характеристик сети CDMA от взаимного распределения покрытия отдельных ячеек.

4. Разработка методики корректировки покрытия отдельных секторов путем их субсекторизации.

5. Разработка алгоритма расчета покрытия сети CDMA произвольной конфигурации (в том числе с субсекторами) на основе драйв-тестов исходной сети.

6. Разработка алгоритма оценки покрытия сети заданной конфигурации, оптимального по критерию минимума хэндофа, и соответствующих диаграмм направленности антенн базовых станций.

7. Разработка алгоритма оценки емкости и хэндоф-фактора сети CDMA путем имитационного моделирования.

8. Разработка программного обеспечения, реализующего предложенные алгоритмы.

9. Разработка практической методики оптимизации развернутой сети CDMA с использованием разработанного ПО.

10. Внедрение результатов работы в практику действующих операторов CDMA-сетей.

Методы исследования

В работе использованы элементы теории функционального анализа, исследования операций, вариационного исчисления и методов оптимизации, теории систем массового обслуживания, 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 достигнута с использованием программных алгоритмов, реализованных в языке С++, VBA, tel. Также применялись специализированные математические программы и геоинформационные системы. Научная новизна

Предложен новый метод повышения эффективности сотовых сетей CDMA, отличающийся от существующих возможностью технической реализации в развернутых сетях без необходимости разработки и внедрения специализированного оборудования. В том числе: разработан алгоритм расчета модели потерь распространения сигнала в сети CDMA на основе данных драйв-тестов, алгоритм оценки оптимальных диаграмм направленности базовых станций сети CDMA, алгоритм оценки емкости секторов, хэндоф-фактора и площади покрытия. Предложена формула для расчета технической эффективности сотовой сети как основного критерия оптимизации. Достоверность научных положений

Достоверность достигнутых научных результатов достигается использованием в качестве исходных данных для выдвижения гипотез большого количества практических данных о работе действующей сети CDMA, и использованием для обработки этих данных проверенных математических методов.

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 субсекторы 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.

Практическая ценность результатов работы

Предложенный в диссертационной работе метод позволяет с минимальными материальными, трудовыми и временными затратами увеличить емкость и улучшить покрытие действующих сотовых сетей CDMA. Для реализации метода не требуется разработки нового оборудования, не требуется изменения аппаратной или программной части радиоинтерфейса или какихлибо других частей системы, кроме антенного оборудования. Разработана методика проведения оптимизации действующих сетей CDMA, которая может быть использована непосредственно 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. Разработанный программный комплекс может применяться операторами CDMA-сетей для выяснения реальной зоны обслуживания, выявлению областей отсутствия 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 быть полезен при планировании новых сетей CDMA, в том числе сетей 3G. Предложенный принцип субсекторизации секторов может найти применение в дальнейших работах в области интеллектуальных антенных систем, динамически подстраивающих свои характеристики в зависимости от радиообстановки.

Список публикаций

1. Хализов А.В, Петяшин Н. Б. Интеллектуальные антенны в системах мобильной связи // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2004": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2004 - С.50.

2. Хализов А.В. Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с неравномерной диаграммой направленности // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2005": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2005 - С. 47.

3. Хализов А.В. Проблемы использования антенн с неравномерной диаграммой направленности для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Труды Нижегородского государственного технического университета. Том 55: Статья, Нижний Новгород: НГТУ, 2005 - С. 116.

4. Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы докладов XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки: Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 - С. 31.

5. Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети CDMA // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006 - С. 84-85.

6. Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы Международной научно-практической конференции "Молодежь и наука XXI века": Тез. докл., Ульяновск, 2006 - С. 225.

7. Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети сотовой связи стандарта CDMA // Тезисы докладов V Юбилейной международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки", Нижний Новгород, 2006 - С. 28.

8. Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Материалы четырнадцатой межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения": Тез. докл., Нижний Новгород -Москва,2006-С. 50.

9. Хализов А.В. Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек // Электронный многопредметный научный журнал "Исследовано в России": Статья, 2006 - № 240 - С. 22832294, <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, 2006 - 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

- Выпуск2 (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.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены и обсуждались на:

1. Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2004", Нижний Новгород, 2004.

2. Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2005", Нижний Новгород, 2005.

3. Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006.

4. XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки, 2006.

5. V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки - 2006», Нижний Новгород, 2006.

6. V Межрегиональной научно-практической конференции "Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления", Нижний Новгород, 2006.

7. XIV Межрегиональной научно-технической конференции "Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения", Нижний Новгород

- Москва, 2006.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы используются в практической деятельности действующих операторов сотовой связи стандарта CDMA-800 "Нижегородский Радиотелефон", "Народный Телефон Саратов", "ОрскИн-терСвязь". Комплекс программ по подготовке исходных данных и расчету покрытия широко используется для анализа текущего состояния покрытия сети. Информация, полученная по ходу диссертационной работы, легла в основу лабораторной работы по курсу "Системы сотовой и пейджинговой связи", поставленной на кафедре "Техника радиосвязи и телевидения" Нижегородского Государственного Технического Университета. На программы по расчету CDMA-сети Cdma Optimizer и DTProcessor были получены регистрационные свидетельства.

Структура и объем диссертации

Текст диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем основного текста диссертации - 149 страниц. Диссертация содержит 61 рисунок, 2 таблицы.

ВЫХОД

00

Рисунок 2.3. Алгоритм оптимизации

Заключение

В научном плане в работе предложен новый метод повышения эффективности сотовой сети CDMA, использующий зависимость общих свойств CDMA-сети от пространственных параметров ее элементов. В том числе: разработаны алгоритмы расчета покрытия отдельных секторов CDMA на основе информации натурных измерений, разработан алгоритм расчета емкости секторов и хэндоф-фактора. Предложен подход к расчету эффективности сотовых сетей.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенный метод позволяет с минимальными материальными, трудовыми и временными затратами увеличить емкость и улучшить зону покрытия сотовых сетей CDMA. Для реализации метода не требуется специфического оборудования, не требуется изменения радиоинтерфейса или каких-либо других частей системы, кроме антенного оборудования. Разработана методика проведения оптимизации действующей сети CDMA, которая может быть непосредственно применена 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. Разработанный программный комплекс может применяться операторами CDMA-сетей для выяснения реальной зоны обслуживания, выявлению зон отсутствия связи, которые могут быть устранены, в том числе, и традиционными способами, для расчета емкости сети и отдельных секторов, для расчета хэндоф-фактора и т.д. Предложенный принцип субсекторизации секторов может служить основой для интеллектуальной антенной системы, динамически подстраивающей свои характеристики в зависимости от радиообстановки.

Итоговые и промежуточные результаты диссертационной работы используются в практической деятельности действующих операторов сотовой связи стандарта CDMA-800: ЗАО "Нижегородский Радиотелефон", ЗАО "Ор-скИнтерСвязь", ЗАО "Народный Телефон Саратов". Комплекс программ по подготовке исходных данных и расчету покрытия широко используется для анализа текущего состояния покрытия сети. Информация, полученная по ходу диссертационной работы, легла в основу лабораторной работы, поставленной на кафедре "Техника радиосвязи и телевидения" Нижегородского Государственного технического Университета. На программы по расчету CDMA-сети Cdma Optimizer и DTProcessor были получены регистрационные свидетельства.

Проведенное в работе исследование еще раз доказывает, что сеть, основанная на технологии CDMA, является очень гибкой структурой с большими и пока полностью не реализованными возможностями. Сравнительно простые и дешевые технологии, такие как рассмотренный в работе метод субсекторизации секторов, а также любые другие методы, делающие ставку на оптимизацию покрытия сети CDMA традиционными способами, могут повысить эффективность сети. Однако их верхний предел ограничен потенциалом технологии и составляет 20.30 процентов. Дальнейший прогресс в области сотовой связи может быть основан на использовании технологии CDMA совместно с технологией SDMA - пространственного разделения каналов, основанной на смарт-антеннах [3, 43, 48, 70]. Технология SDMA, по сути, "умножает" спектр, позволяя в одном частотном диапазоне, и даже в пределах одного, например, кодового канала, обмениваться информацией сразу с несколькими терминалами. Рассмотренный в работе метод субсекторизации также в качестве инструмента влияния использует антенны, а потому может являться основой для дальнейших работ в области интеллектуальных антенн.

1. Агеев Д.В. Основы теории линейной селекции // Научно-технический сборник ЛЭИС, №10, 1935.

2. Агеев Дмитрий Васильевич: Персональные библиографические указатели ученых НГТУ Электронный ресурс. <http://www.nntu.sci-nnov.ru/lib/resyrs/biblych/ageev.htm>

3. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Воскресенского Д.И., Канащенкова А.И. М.: Радиотехника, 2004.

4. Антенно-фидерные устройства базовых станций подвижной связи: основные требования и проблемы проектирования / A.JI. Бузов, JI.C. Казанский и др. // Мобильные системы. 1998. - №1 - С. 12-16.

5. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Никитин А.Н., Сивере М.А. Системы связи с кодовым разделением каналов СПбГУТ. - СПб, 1999.

6. Бабков В.Ю., Игнатов В.В., Петухов А.А. Основы синтеза комплексов радиосвязи / Под ред. В.В. Игнатова. СПб.: ВАС, 1993.

7. Бакланов И .Г. Методы измерений в системах связи. М.: Эко-Трендз, 2000.

8. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. М.: Ас-трея, 1997.

9. Берлянт A.M. Картография: Учебник для вузов. М.: Аспект Пресс, 2002.

10. Борисов В.И., Гармонов А.В., Савинков А.Ю. Сравнительный анализ радиоинтерфейсов систем подвижной связи 3-го поколения // Мобильные системы, №7, 1999.

11. Бузов A.JI. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. М.: Радио и связь, 1997. - 293 е., ил.

12. Быховский М.А. Исследование эффективности сотовых систем сухопутной и подвижной связи с кодовым разделением каналов // Электросвязь. 1995. - №8.

13. Быховский М.А. Сравнение различных систем сотовой подвижной связи по эффективности использования радиочастотного спектра // Электросвязь. 1996. - №5.

14. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной радиосвязи // Электросвязь. 1993. - № 8. - С.9-18.

15. Варакин JI.E., Анфилофьев С.А. Технология CDMA в современных средствах радиосвязи // Мобильные системы. Спецвыпуск по стандарту CDMA. - 1998.

16. Выбор площадок под строительство базовых станций сотовых сетей радиосвязи // Мобильные системы. 1998. - №3. - С. 25-26.

17. Гончаренко И.В. Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA. М.: ИП РадиоСофт, Журнал "Радио". - 2002.

18. Горностаев Ю.М., Невдяев J1.M. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии WCDMA М.: МЦНТИ, 1999.

19. ГОСТ 28441 -90. Картография цифровая.

20. ГОСТ Р 50828-95. Пространственные данные, цифровые и электронные карты.

21. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. -М.: Технологии электронных коммуникаций. Т.67. 1996.

22. Грудинская Г.П. Распространения радиоволн. Учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Высшая школа, 1975.

23. Дмитриев В.И. Статистическое определение радиуса зоны обслуживания базовой станции радиальной сети связи с подвижными объектами // Техника средств связи. Сер. системы связи. 1991. - Вып. 6. - С. 45-49.

24. Дмитриев В.И., Зайчик Е.М. Применение географической базы данных при автоматизированных расчетах потерь распространения УКВ на линиях связи прямой видимости // Электросвязь. 1991. - №6. -С. 38-40.

25. Зорин М., Писарев Ю., Соловьев П. Беспроводные сети: современное состояние и перспективы // Connect. Мир связи. 1999. - №4. С. 104-107.

26. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк JI.M. Теория передачи сигналов. М.: Радио и связь, 1986.

27. Калинин А.И., Черенкова E.JI. Распространение радиоволн и работа радиолиний М.: "Связь", 1971.

28. Компьютерные инструменты для планирования радиосетей / М.А. Быховский, С.Н. Дудукин и др. // Мобильные системы. Спецвыпуск. 1998.-С. 27-29.

29. Корнеева Т. М. Фазированные антенные решетки. ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 1998, № 5-6, с. 37-40.

30. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоипформатика. М.: Картгео-центр-Геоиздат, 1999.

31. Морозюк В.В., Муратов Е.С., Торопин В.А. Новый эффективный способ снижения взаимных помех между системами сотовой связи // Мобильные системы. 2003. - №1.

32. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения / Под. ред. Ю.М. Горностаева М.: Связь и Бизнес, 2000.

33. Никольский В.В., Никольская Т.Н. Электродинамика и распространение радиоволн. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука.

34. Основы сотовой связи / Под. Ред. Д.Б. Зимина. М.: Радио и Связь, 1998.

35. Принципы, алгоритм и методика частотно-территориального планирования региональных сетей транкинговой радиотелефонной связи в диапазоне 800 МГц. / М.А. Быховский, С.Н. Дудукин и др. // Мобильные системы. 1998. -№5.

36. Прогнозирование потерь распространения в городе // IEEE Trans / АР-42. 1994. - №5. - Р. 658-665.

37. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под. Ред. Д.Д. Кловско-го. М.: Радио и связь, 2000.

38. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина. -М.: Радио и связь, 1998.

39. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. Учебное пособие для вузов / В. Ю. Бабков, М. А. Вознюк, П. А. Михайлов. 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007.

40. Слюсар В.И. Цифровое диаграммообразование базовая технология перспективных систем связи // Радиоаматор. - 1999. - № 8.

41. Слюсар В.И., Заблоцкий М.А. Цифровые антенные решетки в зарубежных системах мобильной связи // Зв'язок. 1999. - № 1.

42. Стандарт на совместимые мобильную и базовую станции для двухрежимной широкополосной сотовой системы с расширенным спектром TIA/EIA/IS-95-A: TIA/EIA INTERIM STANDARD -Telecommunications industry association, 2003.

43. Теория электрической связи / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского- М.: Радио и связь, 1998.

44. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. Изд. 3-е, исправленное. - М.: Наука, 1986.

45. Трепаков В. Проблемы обеспечения покрытия и пути их решения // Мобильные телекоммуникации. 2002. - №8.

46. Трофимов Ю.К. Перспективы использования технологии CDMA в сетях подвижной связи третьего поколения // Мобильные системы. Спецвыпуск по стандарту CDMA, 1998.

47. Хализов А.В, Петяшин Н. Б. Интеллектуальные антенны в системах мобильной связи // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2004": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2004 С.50.

48. Хализов А.В. Использование ретрансляторов в сетях сотовой связи стандарта CDMA: Дипломная работа, Нижний Новгород, 2003.

49. Хализов А.В. Использование субсекторизации секторов базовых станций для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Антенны 2006 - № ( ). - С. .

50. Хализов А.В. Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с неравномерной диаграммой направленности // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2005": Тез. докл., Нижний Новгород: НГТУ, 2005 С. 47.

51. Хализов А.В. Практическая реализация антенн в методе оптимизации покрытия сети CDMA // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии ИСТ-2006", Нижний Новгород, 2006 С. 84-85.

52. Хализов А.В. Проблемы использования антенн с неравномерной диаграммой направленности для повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Труды Нижегородского государственного технического университета. Том 55: Статья, Нижний Новгород: НГТУ, 2005 С. 116.

53. 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, 2006 Вып.11. - С.96-101.

54. Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы докладов XI Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки: Тез. докл., Нижний Новгород, 2006 С. 31.

55. Хализов А.В. Способ повышения эффективности сотовых сетей CDMA // Материалы Международной научно-практической конференции "Молодежь и наука XXI века": Тез. докл., Ульяновск, 2006 С. 225.

56. Хализов А.В., Фокина Е.В. Принципы CDMA в работах Д.В. Агеева // Всероссийская научно-техническая конференция "Информационные системы и технологии ИСТ-2003": Тез. докл., Нижний Новгород, НГТУ, 2003.

57. Халугин Е.И., Жалковский Е.А., Жданов Н.Д. Цифровые карты. -М.: Недра, 1992.

58. Щепнов С.Г. Некоторые методы повышения пропускной способности в сотовых сетях подвижной радиосвязи // Мобильные системы. -1998.-№4. -С. 34-40.

59. Akl R.G., Hegde M.V., Chandra V., Min P.S. CCAP: CDMA Capacity Allocation and Planning. Technical report, Washington University, April 1998.

60. Akl R.G., Hegde M.V., Naraghi-Pour M., Min P.S. Call admission control scheme for arbitrary traffic distribution in CDMA cellular systems // IEEE Wireless Communications and Networking Conference, P.465-470. -September 2000.

61. Akl R.G., Hegde M.V., Naraghi-Pour M., Min P.S. Multi-cell CDMA network design // IEEE Transactions on Vehicular Technology, №50(3), P. 711-722.-May2001.

62. Antenna Performance and Design Considerations for Optimum Coverage in Wireless Communication Systems / Cushcrafi Corporation, Manchester. 2002.

63. ATIS Telecom Glossary 2000 Электронный ресурс. / American National Standards Institute, Approved February 28, 2001 <http://www.atis.org/tg2k/>

64. Barrett M., Arnott R. Adaptive Antennas for Mobile Communications // Electronics and Communications Engineering Journal. 1994. - P. 203214.

65. Baxter S. Technical Introduction to CDMA. 2001.

66. CDMA Электронный ресурс. / Wikipedia: The Free Encyclopedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Cdma>

67. Cell Enhancers Электронный ресурс. / Aerial House, United Kingdom <www.aerialfacilities.com>

68. Channel Models for Fixed Wireless Applications (final IEEE 802.16 TG3 ad hoc version) Электронный ресурс. / IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group. 2002. <http://ieee802.org/16>

69. Grosskopf R. Comparison of field-strength prediction methods in the UHF range // EBU Review Technical 1998. - № 229. - P. 102-110.

70. Hanly S.V. An algorithm for combined cell-site selection and power control to maximize cellular spread spectrum capacity // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1995. - №13(7), P. 1332-1340.

71. Hata M. Radiolink design of cellular land mobile communication systems // IEEE Trans. 1982. - VT-31. - № 1. - P. 25-31.

72. Joonhwan Kim, Young-June Choi, Saewoong Bahk Interference-based capacity analysis in CDMA cellular systems // IEEE Wireless Communications and Networking Conference. 2003. - №2, P. 1412-1417.

73. Lee J.S., Miller L.E. CDMA systems engineering handbook / Artech House, Boston-London, 1998.

74. Liberti J.C., Rappaport T.S., Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 and Third-Generation CDMA Applications. Prentice Hall, NJ,1999.

75. Ojanpera Т., Prasad R. Wideband CDMA for third generation mobile communications. Artech House, Boston-London, 1998.

76. Okumura Y. Field strength and its variability in VHF and UHF land mobile radio service // Rev. ECL. 1968. - V-16, № 9-10. P. 825-873.

77. Parvez A. Impact of actual interference on capacity and call admission control in a CDMA network / Thesis Prepared for the Degree of Master of science. University of North Texas. - 2004.

78. QCTest CDMA Air Interface Tester (CAIT) 2.0 User Guide Qual-comm Inc, San Diego, 1999.

79. Rama Rao Т., Prasad M.V.S.N. Coverage and capacity studies for a CDMA cell in different radio propagation environments // IEEE Trans.2000.

80. Saraydar C.U., Yener A. Capacity enhancement for CDMA systems through adaptive cell sectorization // IEEE Wireless Communications and Networking Conference. P. 1139-1143. - September 1999.

81. Siris V.A. Cell Coverage based on Social Welfare Maximization // In Proc. of 1ST Mobile and Wireless Telecommunications Summit, Thessalo-niki, Greece. 2000.

82. Takeo K., Sato S. Evaluation of a CDMA cell design algorithm considering nonuniformity of traffic and base station locations // IEEE Transactions Fundamentals, №E81-A(7) P. 1367-1377. - July 1998.

83. TEMS cdmaPlanner Version 3.0 Ericsson NetQual, Inc, 2001.

84. Viterbi A.J. CDMA: Past, Present and Future CDG Home Page, 1997.

85. Viterbi A.J. CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication -Addisson-Wesley, 1995.

86. Winters J.H, Smart antennas for wireless systems // IEEE Personal Com. Magazine, pages 23 -27, Feb, 1998.92. www.kathrein.com93. www.Powerwave.com94. www.quaIcomm.com

87. Xia H.H. A Simplified Analytical Model for Predicting Path Loss in Urban and Suburban Environments // IEEE Trans, on Vehicular Technology. 1997. - V.46, № 4. - P. 1040-1045.

88. Yang J., Lee W.C. Y. Design aspects and system evaluation of IS-95 based CDMA systems // IEEE International Conference on Universal Personal Communications. P. 381-385. - October 1997.

89. Yang S.C. CDMA RF system engineering Artech House Mobile Communications Library, 1998.