автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление частотно-территориальным планированием систем сотовой связи стандарта GSM

На правах рукописи

УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫМ ПЛАНИРОВАНИЕМ СИСТЕМ СОТОВОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА

GSM

□□3448261

Специальности: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность, информатика), 05 12.13-Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 2 окт 2008

Астрахань - 2008

003448261

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «АГТУ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дмитриев Вадим Николаевич.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Коломейцев Вячеслав Александрович,

доктор технических наук, профессор Шуршев Валерий Федорович

Ведущая организация - государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ГОУ ВПО «ПГУТИ»)

Защита состоится 20 октября 2008 г. в 09.00 на заседании диссертационного совета Д307 001 06 при Астраханском государственном техническом университете по адресу г Астрахань, ул Татищева, 16, главный корпус, ауд №422.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу 414025, г Астрахань, ул. Татищева, 16, АГТУ, секретарю диссертационного совета Д307 001 06 Астраханского государственного технического университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «_» сентября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Квятковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время развитие систем сотовой подвижной радиосвязи находится на этапе перехода от систем связи второго поколения 2G (Global System for Mobile Communications - GSM) к системам связи третьего поколения 3G (Universal Mobile Telecommunications System - UMTS)

Единовременная замена сетей 2G на 3G невозможна из-за высокой стоимости оборудования сетей 3G Основным направлением стратегии плавного перехода к эксплуатации сетей 3G является максимальное использование возможностей стандарта GSM и его развитой инфраструктуры

Однако заявленные скорости передачи данных в сетях G SM ввиду ограниченности радиочастотного ресурса, несовершенства используемых методик частотно-территориального планирования и предварительного проектирования сети и их ориентированности на системы связи второго поколения на практике не подтверждаются

Повышение эффективности функционирования системы сотовой связи (ССС) стандарта GSM за счет рационального подхода к использованию существующих ресурсов системы, а также предоставление высокотехнологичных услуг на базе действующих сетей сэкономит средства операторов сотовой связи для строительства будущих сетей UMTS

Для проводимых исследований в качестве основных первоисточников использовались материалы экспериментов и труды таких ученых, как В И Попов, В Ю Бабков, M А Быховский, В А Бесекерский, К Весоловский, Е П. Голубков, В Е Гмурман, Ю А Громаков, О H Маслов, А А Марков, А И Плис, А Феер, Y Okumura Основанием для формирования выводов явились материалы, рекомендованные для использования в качестве учебных пособий, либо являющиеся нормативно-технической и правовой базой Российской Федерации

Цель и задачи диссертации.

Целью работы является повышение эффективности функционирования современных ССС за счет методик радио- и частотно-территориального планирования, а также рационализация использования радиочастотного ресурса систем

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи

- методом системного анализа выявлены элементы и области ССС, совершенствование которых позволит повысить эффективность функционирования ССС,

-разработана методика эффективного использования выделенного радиочастотного ресурса на основе свойств совмещенной работы двух стандартов сотовой связи, позволяющей повысить эффективность эксплуатации существующих сетей,

- выявлены причины появления ошибок в проектировании архитектуры ССС и разработана методика, повышающая точность расчетов предварительного планирования ССС и алгоритма ее использования средствами современной обработки информации,

- разработан алгоритм действий руководящего персонала по управлению устойчивостью ССС при воздействии аварийных обстоятельств с помощью введения в стационарную топологию системы сотовой связи подвижных базовых станций (или объектов радиоэлектронных средств (РЭС)) и способа выделения радиочастотного ресурса для средств РЭС в этой ситуации

Методы исследования: системный анализ, теория радиосвязи, методы математической статистики, теория вероятности Выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях

Научная новизна работы

Научная новизна и теоретическая ценность работы заключается в системном подходе к разработке вопросов управления радиочастотным ресурсом и повышении точности радиопланирования систем сотовой связи, необходимых для повышения эффективности функционирования системы Системный подход позволил разработать следующие методики и алгоритмы

- методику частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающуюся от существующих методик применением межстандартного кластера без использования иерархии,

- методику расчета затухания радиосигнала (РЗР), отличающуюся от существующих методик учетом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях, впервые использующую сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи,

- алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи,

- алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы путем введения в ее топологию подвижных базовых станций

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая значимость результатов работы состоит в повышении качественного уровня обслуживания абонентов за счет улучшения выходных параметров ССС стандарта GSM.

Внедрение методики ЧТП ПОЧД в сети ЗАО «Астрахань GSM» рационализировало использование радиочастотного ресурса системы, позволило увеличить канальную емкость сети, снизить уровень интерференции и добиться

увеличения скорости передачи данных по каналам GSM Увеличение доходности предприятия от предоставления услуг пакетной передачи данных с увеличенной скоростью позволит окупить процесс внедрения методики (в случае замены базовых станций на иной стандарт) на одной базовой станции за период не более одного месяца

Методика РЗР, внедренная ООО «ИнфоТел» (г Санкт-Петербург) позволит более чем 70 пользователям программного продукта компании (операторам сотовой связи России и шведской компании «Те1е2») повысить точность радиопланирования сетей сотовой подвижной радиосвязи,

Применение ЗАО «Астрахань GSM» алгоритма введения подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС и способ управления 4P стационарной сети позволяет изменять статичность сети в целях предоставления повсеместно доступа абонентам и повышает ее устойчивость к форс-мажорным обстоятельствам

Внедренный алгоритм поддержки принятия решения (СППР) руководящего персонала при принятии решений на расширение строящейся и совершенствовании построенной ССС, позволяет за конечное число шагов принять наиболее эффективное техническое решение на расширение зоны радиопокрытия или исключений эффектов интерференции

Акты о применении результатов диссертационной работы приведены в Приложении

Личный вклад. Теоретические и практические исследования, проведенные эксперименты и расчеты, методики, основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета в период с 2006 по 200S гг, на Всероссийских научных конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2007, 2008), на межд научной конференции «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем» (Таганрог, 2007), «Информационные и телекоммуникационные системы и технологии» (Санкт-Петербург, 2007); «TEJIEKOM-2007» (Ростов-на-Дону, 2007), «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (Саратов, 2008)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ: 7 статей в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ, из них 2 работы без соавторства, одна монография и 4 публикации в форме докладов и статей конференций

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений Основная часть диссертации изложена на 167страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, 38 таблиц Список литературы насчитывает 65 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель и задачи работы, раскрыты научная новизна и практическая ценность полученных результатов Обсуждаются результаты апробации и внедрения результатов исследований

В первой главе методом системного анализа взаимосвязей и взаимозависимостей подсистем и элементов ССС, а также с помощью контроля выходных параметров системы через обратные связи (ОС) выявлены области, не соответствующие качественному уровню основных ее элементов и снижающие эффективность системы

Проанализированы существующие на современном этапе методики построения топологии сетей подвижной радиосвязи, ЧТП, а также способы управления радиочастотным ресурсом ССС стационарной топологии, проведен анализ их достоинств и недостатков. Сделан вывод о том, что существующие методики ЧТП, разработанные для систем связи второго поколения, не учитывают особенности современных систем связи поколения (2,5G и 2,75G), и не могут обеспечить эффективного функционирования системы в целом Работы других ученых в области ЧТП GSM ограничиваются исследованиями системам второго поколения либо касаются ЗО-технологий, широкое внедрение которых на современном этапе не представляется возможным

Анализ обратных связей и контроля выходных характеристик системы, функционирующих посредством комплексов радиопланирования и мониторинга сети, выявил несоответствие реальных показателей выходных характеристик системы предварительно спроектированным, а также причины ошибок расчетов программного комплекса планирования (ПКП) систем подвижной радиосвязи

Исследование вопросов устойчивости системы показало ее слабую защиту от аварийных ситуаций, а также отсутствие способов выделения радиочастотного ресурса и СППР руководящего персонала при изменении стационарности топологии ССС

Таким образом, областями, снижающими эффективность ССС, являются частотно-территориальное планирование, разработанное для систем связи второго поколения, недостаточная информативность обратных связей системы, низкая устойчивость к воздействию форс-мажорных обстоятельств и аварий, а также отсутствие системы поддержки принятия решений по удержанию ССС в состоянии равновесия и проведению мероприятий их совершенствования На основании проведенного анализа поставлена задача диссертационного исследования, для решения которой введён критерий эффективности функционирования

ССС

Кссс ~ /(Кпсс > > Кус ) > где Кпсс — критерий эффективности системы с точки зрения пропускной способности, Кж -критерий эффективности обратных связей системы, с точки

зрения оценки соответствия проектируемых выходных параметров реальным выходным параметрам системы, КУС — критерий устойчивости системы с точки зрения воздействия на нее аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств

Во второй главе на основании декомпозиции общего критерия эффективности на частные составляющие, являющиеся взаимонезависимыми, максимизация каждого из которых воздействует на повышение эффективности функционирования системы, проведены исследования повышения эффективности ССС с точки зрения ее пропускной способности Критерий эффективности системы с указанной точки зрения также может быть декомпозирован

^псс = /(^крс ' ^пд )' (2)

где КкрС - критерий эффективности использования канального ресурса системы,

УиА - скорость передачи данных по каналам связи, бит/с

Ккрс=^д, (3)

где Ц радиочастотный ресурс системы - величина постоянная, ц - коэффициент

соканального повторения частот (КСП).

г \

Ч = Рт % ,к • (4)

1/Т )

КСП как функция территориального планирования (р ) является величиной зависимой от отношения сигнала к сумме воздействующих на него помех ^у/^, и

комплексной величины к, являющейся функцией от нескольких переменных

* = (5)

где £> - защитный интервал, являющийся отражением дальности расположения базовых станций (БС) с повторяющимися частотами, Я3 - радиус действия базовых станций, N—размерность используемого кластера

V = Г " пд 1 нхк

\

У и /г >И-

(6)

где ц - величина, зависимая от управляемых настроечных параметров сети ц = /(Сюдир, ]Г Шссс.)' где Скои,р ~ тип схемы кодирования передачи данных по

каналам системы, <яссс - сумма из п настроек параметров базовых станций,

контроллера и центра коммутации системы подвижной радиосвязи, влияющих на пропускную способность только пакетной передачи данных (ПД) Эти параметры будем считать завершенными универсальными и максимизированными для конкретной системы и всю величину ц постоянной составляющей и не зависящей от ЧТП.

Таким образом, величина скорости передачи данных в системе остаётся зависимой только от уровня помех в сети. Величина к напрямую зависит от ЧТП и изменение её параметров возможно за счёт изменения топологии построения ССС и методики планирования частотных назначений.

Новая архитектура построения кластеров сети пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), а также использование переменных D, R3 и N позволили разработать новую методику повторного использования частот.

В основу методики повторного использования частот положена изменённая (за счёт переменных D и R3) форма и размерность N кластера, а также способ ПОЧД и принцип электромагнитной совместимости (ЭМС) сетей, работающих в различных участках частотного диапазона.

Для двухстандартной ССС (GSM/DCS) предложено исключить иерархию построения сети в противовес европейскому образцу, где стандарт GSM обслуживает макросотьг, a DCS - микро- и пикосоты, и использовать оба вида стандарта для обслуживания макросот (или микросот) без иерархии. При этом должен соблюдаться принцип чередования видов стандартов для ограничения области радиопокрытия стандартом одного вида (рис. 1).

Рис.1. Архитектура построения ССС с использованием методики ЧТП ПОЧД

Методика разработана с целью увеличения отношения сигнала к помехе (Sj) в сети. Для стандарта GSM применена размерность кластера N= 7, для

стандарта DCS: N=16. На рис.1 белым цветом обозначены кластеры стандарта GSM, а затенённым обозначены кластеры стандарта DCS.

С использованием новой методики увеличивается протяженность защитного интервала, КСП и, как следствие, отношение сигнала к помехе до и 28 дБ (табл.1)

На участке ЧТП ПОЧД увеличение канальной емкости возможно в 2 раза, ввиду изменения КСП в « 2 раза

Сравнительные результаты расчетов для существующих методик ЧТП и для методики ЧТЧ ПОЧД приведены в табл 1

Таблица 1

Сравнение основных показателей пропускной способности методик ЧТП

№ п/п Методики ЧТП Основные показатели канального ресурса ССС

Ицтлх) А/(иих) А/кбс Я S/Ir (дБ)

1 Методика кластеризации №1 (СЭМЭОО) 30 2 15 2,44 2,9

2 Методика кластеризации №2 (СЭМЭОО) 30 3 10 3 7,3

3 Методика кластеризации №3 (ввММО) 30 4 7 3,46 9,9

4 Методика кластеризации №4 90 7 12 4,58 14,6

5 Методика дробления сот 90 7 12 4,58 14,6

6 Методика с применением репитера 30 7 4. 4,58 14,6

7 Методика с иерархией стандартов (вариант №1) 120 19/4 5,5 5,5 16

8 Методика с иерархией стандартов (вариант №2) 120 7/4 9,5 4 12,3

9 Методика ЧТП ПОЧД 120 23 12 9,75 27,7

Новая методика ЧТП ПОЧД, способствует увеличению критерия эффективности ССС с точки зрения пропускной способности (Кпсс) до 4 раз

Третья глава посвящена теоретической проверке достоверности методики ЧТП ПОЧД с использованием моделей расчета, рекомендованных Международным союзом электросвязи (МСЭ) и экспериментально с использованием программного комплекса планирования (ПКП) подвижной радиосвязи «ONEGA»

Для решения поставленной задачи расчетным методом достаточно использование степени удаленности базовых станций одного стандарта друг от друга и сравнение абсолютных значений уровня затухания интерферирующих сигналов в исследуемых областях Разница в уровнях сигнала и будет отражать

отношение сигнала одной БС к сигналу другой БС, являющейся вероятным излучателем сигнала помехи

Значение отношения с/п на границе сот с использованием моделей, рекомендованных МСЭ, > 31 дБ (рис 2), что не опровергает получение результатов по методике ЧТП ПОЧД (табл.1)

Таким образом, с применением в ССС режима EDJE (высокоскоростной пакетной ПД) скорость ГГД, как величина зависимая от отношения с/п, увеличивается до 57-60 кбит/с на тайм-слот, что более чем в 2-4 раза выше скорости, обеспечиваемой в настоящее время в сетях GSM

в 1 2 3 4 S 6 789

Методики ЧТП

Рис 2 Зависимость скорости передачи данных от используемых методик частотно-территориального планирования (нумерация методик на рис соответствует нумерации методик в табл 1)

Экспериментальные измерения значения отношения с/п, проводимые ПКП на примере «ONEGA» в 15 точках на границах сот, определили математическое ожидание граничного значения Sjl^ Мх& 30,7, при £>г » 3 и и = 1,73, что

также не опровергает значения методики ЧТП ПОЧД (табл 1)

Экспериментальные исследования подтверждают увеличение отношения с/п с 10-20 до 30-31 дБ в сети и повышение эффективности ее функционирования с точки зрения увеличения пропускной способности в 2-4 раза за счет использования методики ЧТП ПОЧД

Четвертая глава посвящена исследованию обратных связей системы сотовой связи и разработке методики, корректирующей точность оценки выходных параметров системы Элементами ОС системы являются подсистемы мониторинга и подсистема радиопланирования ССС (рис.3)

Рис 3 Схема организации исследуемых ОС системы сотовой связи

ОС происходит посредством контроля выходных характеристик системы средствами мониторинга сети с последующим экспортом измерений в ГОШ «ONEGA» для анализа его результатов

Результаты мониторинга сети, как правило, не подтверждают данные, рассчитанные на ПКП, что приводит к ошибкам в принятии управленческих решений

Причиной ошибок является неполная информативность используемых цифровых карт Таким образом, искаженные исходные данные (ИД) являются причинами ошибок планирования

Однако полные ИД не всегда доступны, в этом случае необходимо прибегнуть к стандартизованным средним значениям, которые будут использованы в расчетах, что позволит избежать неверных расчетов при недостатке информации в ИД

Для решения задачи введен критерий эффективности обратных связей системы

где £реал - реальный уровень затухания радиосигнала, ¿проск1 - уровень проектируемого затухания сигнала, г - коэффициент виртуальной корректировки, отражающий методику уточнения расчетов, увеличивающий вероятность вер-

верной оценки выходных параметров системы. В идеальном случае критерий Кос стремится к единице и не искажает оценку эффективности системы. Эффективность ОС системы будет корректироваться методикой расчёта параметра z.

В качестве инструментария были использованы: ПКП подвижной радиосвязи «ONEGA» и цифровые карты масштабов 1:100000 и 1:10000. Отрицательной характеристикой карт масштаба 1:100000 является отсутствие древесных насаждений протяжённостью менее 100 м, а карт масштаба 1:10000 - отсутствие ДН протяжённостью менее 10 м(рис.4А).

Таким образом, при проведении расчётов на ПКП отдельно стоящие ДН не учитываются в расчётах затухания радиолиний (рис.4Б). Точность расчётов можно значительно повысить с помощью методики расчёта затухания радиосигналов (методики РЗР), учитывающей отдельно стоящие деревья, не отображаемые цифровыми картами и нивелировать погрешности расчётов ПКП.

Рис.4. Вид участка города на цифровой карте масштаба 1:10000 (А) и с искусственно нанесёнными, реально существующими деревьями (Б)

Методика определена на основе имеющихся статистических данных об озеленении для г. Астрахани, составляющих 11,3%, а также данных норм на озеленение городов, составляющих 40% площади под занятие ДН и проведении оценки протяжённости ДН, отображённых цифровыми картами, и ДН, реально существующих. Протяжённость ДН, которые не отображаются на цифровой карте, оказалась равной 256 м на каждый километр радиолинии, в связи с чем методика расчёта дополнительного затухания радиосигнала имеет вид:

г, =256 Я ат ср, (8)

где К - протяжённость радиолинии, км; ат ср - погонный коэффициент затухания радиосигнала в листве, дБ/м.

Для возможности проведения расчётов с помощью методики РЗР в населённых пунктах с различной степенью озеленения необходимо правую часть формулы разделить на нормативный (40%) коэффициент озеленения и умножить на реальный коэффициент озеленения для конкретного населённого пункта (НП), получим:

где кт - реальный коэффициент озеленения НП (от 0 до 40%) Уточнение методики РЗС для высокого расположения антенн базовых станций, когда часть радиолинии проходит выше уровня ДН выглядит как

2ср(№сл> = 6'4 ат ср кт (10)

Для обеспечения универсальности применения методики были проведены исследования затухания радиосигнала в ветвях деревьев в зимний период Древесные насаждения рассматривались как сложная структура, представляющая собой вертикально ориентированную в пространстве слоистую структуру Смоделирован уровень затухания радиосигнала методом сравнения площадей, возникающих на пути прохождения радиоволн и препятствующих их распространению в различные сезоны Проведенные исследования показали, что затухание радиосигнала в ветвях деревьев (для зимнего периода) отличается от затухания сигнала в листве (для летнего периода) на показатель, равный = 5 Получены значения погонного коэффициента затухания в ветвях ДН на частотах стандартов GSM/DCS/PCS

°т_ср_^оопш>п9т * 0,0314/0,0628/0,0663(дБ/м) (11)

Для подтверждения полученных значений были проведены экспериментальные исследования Математическое ожидание погонного коэффициента затухания в ветвях деревьев в зимний период на частоте 1851,4МГц состави-л0 ~ 0,0653(дБ/м) при сг = 0,01 Для проверки достоверности ме-

тодики РЗР проведены экспериментальные расчеты с построением графиков в программе «MathCAD» на моделях, рекомендованных МСЭ Исследования показали, что использование методики РЗР увеличивают точность расчетов на 15-25%

Методика РЗР (Zc/J) повышает эффективность ОС системы, устраняет ошибки расчетов ПКП из-за неточностей цифровых карт Точность проведения расчетов ПКП, на примере ПКП «ONEGA», за счет применения методики РЗР повышается с 79-82 до 94-98 % (рис 5)

В пятой главе разработан алгоритм принятия управляющих решений при воздействии на систему аварийных или форс-мажорных обстоятельств (рис 6) Введен критерий устойчивости ССС с точки зрения воздействия аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств

КУС= 1-biL, (12)

Та

где Тор - время оперативной реакции системы на ввод в аварийный участок сети резервирующего подвижного объекта РЭС, ТА - время продолжительности аварии на участке ССС ТА = ТОР + ТПБС, где тшх - время работы подвижной базовой станции в период аварии участка ССС В идеальном случае

Тор - минимизируется, а числовая величина Кус - стремится к единице, не вызывая снижения эффективности системы. 100

и

I

к

X

т. §

а

с

I

90 80 70 60 50

210м

400 м

450 м

500 м

Расстояние отбазовой станции до места проведения измерений

-э— Методика РЗ3

0СШ31 -+ 1гкк*

--Д- Дифэакиия на клине

■— Оедо

-»»<» Эксперимент

- На1а

КсиБертони

Рис. 5. Сравнение точности проведения расчётов ПКП при использовании методики РЗР, %

В основу алгоритма принятия управляющих решений при воздействии на систему форс-мажорных обстоятельств или снятия высокой абонентской нагрузки в местах, где сеть перегружена или временно не работоспособна, положена возможность адаптации сети к новым объектам РЭС с условием электромагнитной совместимости (ЭМС) элементов системы.

Реализация поддержки принятия решений заключается в составлении и своевременной активации предварительных программ (ПП) введения подвижного объекта РЭС в стационарную топологию сети. В необходимый момент выбранная ПП активизируется, и мобильная станция выезжает в обозначенную зону. Кроме активации взаимодействия с соседними станциями ПП содержит подпрограмму переназначения частот на локальном участке сети с учётом изменения статической структуры. После выполнения локальной задачи в ССС ПП де-активируется, а мобильная станция возвращается в стационарное не активированное состояние или перемещается в другой район для выполнения иных задач.

Для реализации алгоритма повышения устойчивости ССС предложен способ управления частотным ресурсом (ЧР) системы

Рис 6 Алгоритм принятия управляющих решений на введение в сеть подвижной базовой станции при воздействии на ССС аварийных или форс-мажорных обстоятельств

В основу способа управления ЧР стационарной топологии ССС при введении в ее структуру подвижных объектов РЭС положена возможность заимствования радиочастот с соседних стационарных объектов РЭС ЭМС системы не нарушается ввиду того, что частоты с неисправных (ненагруженных) стационарных объектов переназначаются на подвижные объекты РЭС в радиусе частотно согласованной зоны (ЧСЗ) до 500м для стандарта DCS, и до 2000м для станций стандарта GSM Переключение частот происходит с наименее нагруженных секторов соседних БС с тем, чтобы не допустить дефицита ЧР на других участках ССС

В целях поддержки руководящего персонала ССС, анализирующего результаты выходных параметров системы средствами радиопланирования создан алгоритм принятия управляющих решений на совершенствование развитой или развитие строящейся системы сотовой связи (рис 7)

Рис 7 Алгоритм поддержки принятия решений руководящим персоналом реакция па низкий уровень сигнала о сети

и высокий уровень интерференции

Поддержка принятия решений в вопросах развития и совершенствования системы заключается в выявлении на основании расчетных данных ПКП зон радиопокрытия с низким уровнем сигнала (рис. 7, слева) или интерферирующих зон (рис 7, справа) На основании вычисленных протяжённостей этих зон и их площадной размерности СППР предлагает готовые варианты технических решений

Как правило, на первом этапе (рис 7, слева) расчеты производятся с целью наиболее эффективного радиопокрытия, а на втором (рис 7, справа) - с целью достижения максимальной эффективности функционирования ССС - устранения полученных на основании расчетов ПКП зон возможной интерференции

Использование алгоритма поддержки принятия решений руководящим персоналом при введении подвижного объекта РЭС в стационарную топологию ССС максимально сокращает время реакции системы Тор на факторы, выводящие систему из состояния равновесия (аварийной ситуации). Это приближает критерий устойчивости ССС с точки зрения возникновения аварийных ситуаций к максимальному значению и не воздействует на снижение эффективности функционирования ССС

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 Разработан алгоритм принятия управляющих решений при вводе подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС, который предоставляет руководящему персоналу заблаговременную последовательность действий, направленных на получение определенного результата по удержанию ССС в состоянии равновесия ввиду возможных аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств Алгоритм внедрен ЗАО «Астрахань GSM» Предложен способ управления 4P для подвижных базовых станций, позволяющий снимать высокую нагрузку в местах проведения массовых мероприятий, где сеть со статической топологией ее не выдерживает или временно нарушена

2 Разработан алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по принятию решений на расширение и совершенствование системы подвижной радиосвязи.

3 Разработана методика ЧТП ПОЧД, позволяющая улучшить эффективность работы ССС с точки зрения ее пропускной способности в 2-4 раза Достоверность методики проверена экспериментально Расчет коэффициента детерминации показал, что 92 % качественных изменений объясняется за счет использования методики ЧТП ПОЧД Методика внедрена ЗАО «Астрахань GSM»

4 Разработана методика РЗР, увеличивающая эффективность обратных связей системы за счет повышения точности расчетов предварительного проектирования и обоснованности принятия управленческих решений при планировании ССС в среднем на 15-25 % Для проверки достоверности методики были проведены натурные эксперименты измерения уровней затухания с учетом ДН.

Результаты эксперимента проверены на адекватность Методика внедрена ООО «ИнфоТел» (г Санкт-Петербург) и доступна для использования более 70 операторам Российской Федерации и компании «Те1е2» (Швеция) - пользователям программного продукта ООО «ИнфоТел»

Результаты экспериментов обеих методик проверены на адекватность методом сравнения дисперсии нормального случайного признака (анализ «остатков» по Пирсону) Проведен однофакторный дисперсионный анализ Проверена нулевая гипотеза по /'-критерию (критерий Фишера) о равенстве факторной и остаточной дисперсии Дисперсия адекватности значимо не отличается от дисперсии воспроизводимости ошибка методик и ошибка, связанная с точностью эксперимента, на основе которого построены методики, адекватны Содержание диссертации отражено в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1 Дмитриев, В Н Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций / В Н Дмитриев, О Н. Пищин, А А Сорокин // Вестник Астраханского государственного технического университета Астрахань Изд-воАГТУ 2007 №4(39) С 207-211

2 Пищин, О Н Принципы организации сетей мобильной связи на основе подвижных базовых станций /ОН Пищин, В Н Дмитриев, А А Сорокин // Вестник Астраханского государственного технического университета Астрахань-Изд-во АГТУ 2007 №6(41) С 194-196

3 Дмитриев, В Н Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задержки / В Н Дмитриев, О Н Пищин, А А Сорокин // Научно-технические ведомости СПбГПУ Санкт-Петербург Изд-во СПбГПУ. 2007№4-1 (52) С 131-135

4. Дмитриев, В Н Построение систем связи с динамической непериодической топологией / В Н Дмитриев, О Н Пищин, А А Сорокин // Инфокоммуни-кационные технологии (ИКТ). 2008 Т 6 №1 С 34-39

5 Пищин, О Н Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи / О.Н Пищин, В Н Дмитриев // Научно-технические ведомости СПбГПУ Санкт-Петербург Изд-во СПбТГУ 2008 №2-1(55). С.35-39

6. Пищин, О Н Методика повышения точности расчетов радиопланирования сотовой подвижной радиосвязи / ОН. Пищин // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2008. №6 (июнь) С. 151-154.

7. Пищин, О Н Управление устойчивостью системы подвижной радиосвязи общего пользования /ОН Пищин // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов 2008 №7 (июль) С. 184-185.

Публикации в других изданиях

1 Дмитриев, В.Н. Системы связи с динамической топологией сети Инфо-коммуникационные системы и технологии- проблемы и перспективы / ВЫ Дмитриев, О.Н Пищин, / А А Сорокин / СПб/ Изд-во Политехи, ун-та. 2007 592 с -(С 59-118) ISSBN 5-7422-1664-5.

2 Сорокин, А А Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями / А.А Сорокин, О.Н Пищин В Н. Дмитриев // Современные проблемы радиоэлектроники- Сб научн ст Красноярск Сибирский федеральный ун-т, Политехнический ин-т 2007 690 с. (С 292-294). ISSBN 978-576380718-9

3. Дмитриев, В H Маршрутизация и частотное планирование в сетях связи с динамической топологией / В H Дмитриев, О Н. Пищин, А А. Сорокин // Международная научно-практическая конференция «ТЕЛЕКОМ-2007» (4-5 октября 2007 г) СКФ МТУ СИ Труды конференции. Ростов-на-Дону: Изд-во- СКФ МТУСИ 2007 С 13-16

4 Пищин, О H Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / О H Пищин, В H Дмитриев / Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-21 Сб трудов XXI Междунар науч. конф в 10 т Т.7. Секции 9,14 /под общ ред В. С Балакирева. Саратов: Сарат гос техн. ун-т, 2008 278 с ISBN 978-5-7433-1928-2 С. 240-242.

5 Пищин, О.Н. Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи / В H Дмитриев, О H Пищин // X Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники», сб. науч тр. / ред А И Громыко, А В. Сарафанов. Красноярск. ИПК СФУ, 2008.498 с ISBN 978-5-7638-0777-6 С 155-157

Материалы диссертации отражены в НИР «Анализ и синтез элементов и устройств телекоммуникационных, информационно-измерительных систем и систем управления» {Отчет госбюджетный, заключительный за 2007 г, кафедры «Связь» АГТУ. Научный руководитель - д-р техн наук, проф В.Н. Дмитриев Раздел: Анализ и разработка способов маршрутизации в сетях связи Исполн • проф Дмитриев В И, асп Сорокин А А, асп Пищин ОН и др ГР №0120 0 406708 Астрахань-2007 115с)

Введение

Глава 1 Системный анализ совершенствования системы подвижной радиосвязи стандарта GSM

1.1 Системный подход в решении вопросов совершенствования системы подвижной радиосвязи

1.2 Анализ задач и принципов ЧТП

1.3 Анализ методов оптимизации ЧТП ССС и управления радиочастотным ресурсом. Достоинства и недостатки

1.3.1 Метод дробления зоны радиопокрытия

1.3.2 Метод построения иерархической сотовой сети

1.3.3 Изменение формы зоны радиопокрытия

1.3.4 Кластерное частотно-территориальное планирование сети GSM

1.4 Анализ технических характеристик наиболее распространённых стандартов ССС и особенности управления частотным ресурсом

1.4.1 Стандарт GSM900/DCS

1.4.1.1 Технические характеристики стандартов GSM900/DCS

1.4.1.2 Архитектура сети GSM

1.4.1.3 Перспективы развития

1.4.2 Сотовая связь CDMA/CDMA

1.4.2.1 Общая характеристика и принципы функционирования CDMA

1.5 Сравнительный анализ перспектив развития стандартов

GSM и CDMA в РФ

1.5.1 Анализ возможностей системы по предоставлению скоростной пакетной передачи данных в системах подвижной радиосвязи

1.6 Пути совершенствования системы сотовой связи стандарта GSM

1.7 Требования к управлению системой сотовой связи

1.8 Основные критерии совершенствования частотнотерриториального планирования

Выводы по главе

Глава 2 Методика частотно-территориального планирования

ПОЧД и процесс её реализации

2.1 Цель и задачи совершенствования топологии ССС

2.2 Технические методы повышения эффективности использования радиочастотного ресурса

2.3 Методика ЧТП для двух стандартной ССС стационарной топологии пространственным отделением частотных диапазонов

2.4 Сравнительный анализ показателей существующих методик с показателями новой методики

2.5 Процесс реализации методики ЧТП ПОЧД

2.5.1 Реализация методики на действующей сети

2.5.2 Реализация методики на строящейся сети

2.5.3 Внедрение методики ЧТП ПОЧД в ЗАО «Астрахань GSM» 83 Выводы по главе

Глава 3 Проверка достоверности методики частотно

- территориального планирования ПОЧД

3.1 Анализ математических моделей расчёта затухания используемых в ССС

3.1.1. Модель Ли

3.1.2. Модель Окамуры

3.1.3. Модель Хата

3.1.4. Модель COST231 - Хата

3.1.5. Модель COST231-Уолфиш-Икегами

3.1.6. Модель Парсонса

3.1.7. Модель Сакагами-Кубои

3.2 Проверка достоверности методики ПОЧД на моделях расчёта затухания сигналов сотовой связи

3.3 Экспериментальная проверка достоверности методики частотно-территориального планирования пространственным отделением частотных диапазонов

3.4 Оценка результатов эксперимента

3.4.1 Доверительные интервалы для генеральной средней и дисперсии нормального случайного признака

3.4.2 Расчёт коэффициента детерминации

3.4.3 Однофакторный дисперсионный анализ

3.5 Расчёт экономических затрат на внедрение методики ЧТП ПОЧД в сети операторов сотовой связи

Выводы по главе

Глава 4 Корректировка эффективности обратной связи ССС с использованием методов современной обработки информации

4.1 Принятие управляющих решений по результатам воздействия обратных связей системы на изменение топологии ССС "

4.2 Анализ особенностей расчётов, проводимых комплексами радиопланирования подвижной радиосвязи

4.3 Методика корректирования расчётов радиопланирования

ПКП «ONEGA»

4.3.1 Методика корректировки точности радиопланирования в городской черте

4.3.2 Методика корректировки расчётов ПКП радиопланирования внегородской черты.

4.4 Проверка достоверности методики РЗР

4.5 Оценка результатов эксперимента

4.5.1 Доверительные интервалы для генеральной средней и дисперсии нормального случайного признака

4.5.2 Расчёт коэффициента детерминации

4.5.3 Однофакторный дисперсионный анализ

4.6 Расчёт экономических затрат на перемещение БС, вызванное неточностями радиопланирования

4.7 Расчёт экономической целесообразности приобретения цифровых карт высокой точности

Выводы по главе

Глава 5 Алгоритмы повышения эффективности обратных связей и устойчивости ССС

5.1 Алгоритм использования методики РЗР для повышения эффективности обратных связей и устойчивости ССС

5.2 Алгоритм поддержки принятия управляющих решения по совершенствованию ССС

5.3 Алгоритм ввода подвижного объекта РЭС в стационарную топологию ССС

5.4 Управление радиочастотным ресурсом ССС при введении в её стационарную топологию подвижных средств РЭС

Выводы по главе

В свете усиленного развития систем радиосвязи общего пользования в мире, наиболее популярным и удобным с точки зрения его совершенствования является стандарт GSM. Перспективы развития этого стандарта рассматриваются с учетом того, что современный этап развития характеризуется глубокой конвергенцией телекоммуникационных и информационных сетей. Подвижная сотовая радиосвязь относится к наиболее динамичному и востребованному сектору рынка телекоммуникаций, уступая по темпам развития лишь Интернету[31]. Число пользователей стандарта GSM во всём мире сегодня насчитывает более 3,5 миллиардов человек, и продолжает стремительно увеличиваться с примерными темпами около 40 миллионов ежемесячно.

В настоящее время системы сотовой подвижной радиосвязи находятся на переломном этапе своего развития - этапе перехода от систем связи второго поколения к системам связи третьего поколения 3G (3rd Generation) или UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - система мобильной связи третьего поколения).

Основным элементом стратегии плавного и безболезненного перехода к сетям 3G, является максимальное использование возможностей стандарта GSM (Global System for Mobile Communications - глобальная система мобильной связи) и его развитой инфраструктуры. Сети связи второго поколения GSM интенсивно модернизируются, технические возможности расширяются. Сети GSM, максимально приближенные по своим параметрам и функциям к сетям связи третьего поколения получили название сетей 2,5G и 2,75G. Однако, системные связи и закономерности функционирования ССС остались прежними - для систем второго поколения. Многие заявленные технические совершенствования стандарта GSM, ввиду ограниченности радиочастотного ресурса, фактически остаются только заявленными и на практике не подтверждаются. эффекторную каспазу-3. Взаимодействие каспазы-8 и прокаспазы-3 осуществляется через домены CARD (Caspase Recruitment Domain). Активация каспазы-3 ведет к клеточной гибели [10].

CD95L

Каслаза-8

Зффскгторные кяспазы +

Апоптоз

Рисунок ) .1 - Схема апоитотической сигнализации через «рецепторы смерти» на примере системы Fas-FasL (из [10]).

Внутренняя индукция апоптоза осуществляется под действием различных внутри- и внеклеточных стрессов, таких, как отсутствие ростовых факторов, гипоксия, повреждение ДНК, индукция онкогенов и др. В ряде случаев в ответ на повреждение ДНК, гипоксию, уменьшение содержания рибонуклеотидов в клетке, повреждение веретена деления, присутствие N0 и активацию онкогенов происходит накопление и активация в клетке белка р53, который может останавливать деление клеток и/или индуцировать апоптоз. р53 является фактором транскрипции и активирует экспрессию генов множества проапоптотических белков, включая гены белков семейства Bcl-2: bax, puma, поха и bid, что, в конечном счете, приводит к формированию пор во внешней митохондриальной мембране, вследствие чего резко снижается мембранный потенциал митохондрий и

Методики построения топологии и частотного планирования, разработанные для сетей связи 2-го поколения, не позволяют полно раскрыть возможности стандарта GSM. Точность проведения расчётов для оценки эффективности функционирования системы связи недостаточна для того, чтобы эффективно проводить предварительное планирование таких систем.

Решение научных и технических проблем ССС невозможно без разработки новых и совершенствования существующих методов частотно-территориального планирования (ЧТП) и построения топологии сети. При принятии управленческих решений по развитию ССС необходимо применять новые алгоритмы поддержки принятия управленческих решений в сложных технических системах такого рода.

Таким образом, совершенствование, разработка новых методик построения элементов ССС и использования радиочастотного ресурса, совершенствование существующих методик частотного планирования, обработки информации и совершенствование системы поддержки принятия управляющих решений должны стать шагом в эволюционном развитии систем GSM к системам UMTS.

Вопросы повышения эффективности функционирования сетей сотовой связи, эффективности использования радиочастотного ресурса сейчас являются особенно актуальными, так как для дальнейшего развития сети и предоставления передовых услуг необходимо рассматривать иные организационные и технические подходы при реализации новых коммерческих проек-тов[17].

Научная новизна

Научная новизна и теоретическая ценность работы в целом заключается в разработке вопросов управления радиочастотным ресурсом и повышении точности радиопланирования систем сотовой связи, необходимых для повышения эффективности функционирования системы. В том числе:

- методика частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от существующих методик применением межстандартного кластера без использования иерархии;

- методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;

- алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;

- алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.

Объект исследования

Объектом исследования является система сотовой связи со стационарной топологией и возможности по повышению эффективности её работы за счёт эффективного использования радиочастотного ресурса.

Цель и задачи работы;

Цель работы заключается в повышении эффективности функционирования современных ССС стандарта GSM за счёт новых подходов к планированию, использованию радиочастотного ресурса, а также системы поддержки принятия решений (СППР).

Основные задачи исследования:

- разработка методики эффективного использования выделенного радиочастотного ресурса на основе свойств совмещённой работы двух стандартов сотовой связи, позволяющей повысить эффективность эксплуатации существующих сетей сотовой связи;

- выявление причин появления ошибок в проектировании архитектуры ССС и разработка методики повышающей точность расчётов предварительного планирования ССС и алгоритма её использования средствами современной обработки информации;

- разработка алгоритма действий руководящего персонала по управлению устойчивостью ССС при воздействии форс-мажорных обстоятельств с помощью введения в стационарную топологию системы сотовой связи подвижных базовых станций (или объектов радиоэлектронных средств (РЭС)) и способа выделения радиочастотного ресурса для средств РЭС в этой ситуации.

Достоверность научных положений

Для проводимых исследований в качестве основных первоисточников использовались материалы экспериментов, трудов опубликованных в период г интенсивного развития теории сотовой связи таких учёных как: В. И. Попов, В. Ю. Бабков, М. А. Быховский, В. А. Бесекерский, К. Весоловский, Е. П. Голубков, В. Е. Гмурман, Ю. А. Громаков, О. Н. Маслов, А. А. Марков, А. И. Плис, А. Феер, Y. Okumura. Основанием для формирования выводов явились материалы, рекомендованные для пользования в качестве учебных пособий, либо являющиеся нормативно-технической базой Российской Федерации.

Научные положения, выносимые на защиту

- методика частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от существующих методик изменённой архитектурой размещения станций для двухстандартной сети GSM без использования иерархии;

- методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;

- алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;

- алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.

Область применения результатов

Областью применения результатов является структура сотовой подвижной радиосвязи стандарта GSM/DCS.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Пищин О. Н. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин A.JI. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций / Вестник Астраханского государственного технического университета. №4(39). 2007.-С. 207-211.

2. Пищин О. Н. Принципы организации сетей мобильной связи па основе подвижных базовых станций./ Пищин О.Н., Дмитриев В.Н., Сорокин А.А. Принципы организации сетей мобильной связи на основе подвижных базовых станций. / Вестник Астраханского государственного технического университета. №6(41).-Астрахань: Изд-во АГТУ. 2007.-С. 194-196.

3. Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задерж-ки./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задержки / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №4-1(52). Санкт Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2007.-С.131-135.

4. Пищин О. Н. Построение систем связи с динамической непериодической топологией./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Построение систем связи с динамической непериодической топологией / Инфоком-муникационные технологии (ИКТ). 2008, том 6, №1- С. 34-39

5. Пищин О. Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О.Н., Дмитриев В.Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №2-1(55). Санкт Петербург: Изд-во СПбТГУ. 2008. - С.35-39

6. Пищин О. Н. Методика повышения точности расчётов радиопланирования сотовой подвижной радиосвязи / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов №6 Июнь 2008. ISSN 1991-3087- С. 151-154

7. Пищин О. Н. Управление устойчивостью системы подвижной радиосвязи общего пользования / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №7 Июль 2008. ISSN 1991-3087- С184-185.

Публикации в других изданиях

8. Пищин О. Н. Системы связи с динамической топологией сети./ Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Системы связи с динамической топологией сети. (Монография) Инфокоммуникационные системы и технологии: проблемы и перспективы / СПб.: Изд-во Политехи., ун-та. 2007. 592 с. - (С. 59-118). ISSBN 5-7422-1664-5.

9. Пищин О. Н. Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями./ Сорокин А.А., Пищин О.Н., Дмитриев В.Н. Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями / Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. научн. ст.- Красноярск: Сибирский федеральный ун-т; Политехнический институт, 2007.-690 с. - (С.292-294). ISSBN 978-57638-0718-9.

10. Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций / Телекоммуникационные и информационные системы / Труды международной конф. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2007.-512 с. - (С.139-143). ISSBN 5-7422-15835.

11. Пищин О. Н., Дмитриев В.Н. Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / Пищин О.Н., Дмит- ; риев В.Н., Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / Международная научная конференция «Математи- -ческие методы в технике и технологиях» ММТТ-21 сб. трудов XXI Между-нар. Науч. конф.: в 10 т. Т.7Секции 9,14/под общ. ред. В. С. Балакирева. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008.278 с. - (С240-242). ISBN 978-5-7433-19282

12. Пищин О. Н. Дмитриев В.Н. Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О.Н., Дмитриев В.Н., Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи / X Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники»: сб. науч. тр. /ред: А. И. Громыко, А. В. Сарафанов. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 498 с. - (С. 155-157). ISBN 978-5-7638-0777-6

Апробация и внедрение результатов

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава Астраханского государственного технического университета в период с 2006 года по 2008 год, на Всероссийских научных конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» (КГТУ, Красноярск 2007, 2008), на межд. научной конференции: «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем» (ТРТУ, Таганрог 2007); «Информационные и телекоммуникационные системы и технологии» (СПбГТУ, Санкт-Петербург 2007); «ТЕЛЕКОМ-2007» (Ростовский филиал МТУ СИ, Ростов-на-Дону 2007); «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (СГТУ, Саратов 2008).

Теоретические исследования диссертационной работы доведены до практически полезных результатов, к числу которых относятся:

1. Внедрение методики частотно-территориального планирования отделением частотных диапазонов в ЗАО «Астрахань GSM», которое рационализировало его использование в ССС, позволило при увеличении пропускной способности сети снизить уровень паразитной интерференции и добиться увеличения скорости передачи данных по каналам GSM.

2. Внедрение алгоритма принятия управляющих решений при решении задач ЧТП при временном локальном возрастании абонентской нагрузки при введении в её структуру подвижных объектов РЭС в ЗАО «Астрахань GSM» позволило изменять статичность сети в целях предоставления повсеместно доступа абонентов в ССС вне зависимости от форс-мажорных обстоятельств.

3. Внедрение методики корректировки расчётов, компенсирующей отсутствие полноты исходных данных, используемых при радиопланировании в ССС цифровых карт, позволило повысить обоснованность принятия управленческих решений при планировании сетей сотовой связи. Методика доступна более 70 пользователям программного продукта ООО «ИНФОТЕЛ» операторам сотовой связи Российской Федерации и компании Те1е2 (Швеция)).

Акты о применении результатов диссертационной работы приведены в Приложении №6.

Структура и объём диссертации

Работа состоит из введения, 5-ти глав и заключения. Содержит 178 страниц, в том числе 167 страниц текста, 64 рисунка, 38 таблиц, список литературы из 65 наименований и 38 страниц приложения.

18

Выводы по главе:

Система поддержки принятия решений, целью которой является помощь руководящему персоналу, принимающему решение в сложных для полного и объективного анализа областях деятельности, помогает определить оптимальное решение по совершенствованию функционирования системы и удержания её в состоянии равновесия при воздействии аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств.

1. Внедрение алгоритма применения методики РЗР в расчёт КПК «ONEGA», отвечающей за точность оценки выходных характеристик системы позволяет получить конечный набор правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного множества задач обратной связи системы.

2. Алгоритм поддержки принятия управляющих решений руководящего персонала ССС по совершенствованию и развитию ССС позволяет обоснованно принять решения на этапе проектирования о возможности перестройки сети сотовой связи на основании расчета выходных характеристик системы, пользуясь современными методами обработки информации.

3. Алгоритм ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС предоставляет руководящему персоналу заблаговременную последовательность действий, направленных на получение определённого результата по удержанию ССС в состоянии равновесия за конечное число шагов в целях предотвращения сбоев в сети в связи с авариями или возможными форс-мажорными обстоятельствами. Критерий устойчивости ССС: Т г — 1 ор а ус - стремиться к единице и не оказывает воздействия на снижение А эффективности ССС. Задача минимизации Тор решается за счёт ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС.

4. Способ управления радиочастотным ресурсом стационарной ССС при введении в её топологию подвижной базовой станции позволяет без запроса дополнительного радиочастотного ресурса обеспечит подвижный объект РЭС необходимым временным ресурсом частотных назначений.

185

Заключение

Системный анализ существующих методик частотно-территориального планирования и общих особенностей (закономерностей) наращивания пропускной способности ССС показал, что для проведения её совершенствования недостаточно одного технического развития отдельных элементов системы, необходим комплексный подход.

Составными частями комплексного подхода являются изменение методик взаимосвязей, топологии построения и формирование алгоритмов новых внутренних связей совершенствуемой ССС.

1. Разработана методика ЧТП ПОЧД, позволяющая улучшить эффективность работы ССС посредством увеличения её канальной ёмкости до 200% и скорости ПД до 400%. Пропускная способность экспериментальной системы по сравнению с лучшим вариантом существующих систем показала такое преимущество новой методики как увеличение пропускной способности системы с точки зрения передачи данных до 4 раз.

2. Разработана методика, повышающая эффективность обратной связи системы за счёт увеличения точности проведения расчётов с использованием средств современной обработки информации и обоснованности принятия управленческих решений при планировании ССС в среднем от 15 до 25 %, алгоритм её использования средствами современной обработки информации (рис. 6.1).

3. Разработан алгоритм поддержки принятия управляющих решений руководящего персонала при принятии решения на совершенствование ССС, использующий корректировку точности обратной связи системы.

4. Разработан алгоритм ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС, который предоставляет руководящему персоналу заблаговременную последовательность действий, направленных на получение определённого результата по удержанию ССС в состоянии равновесия за конечное число шагов в целях предотвращения сбоев в сети в связи с форс-мажорными обстоятельствами.

160 140 1» 100 SO 60 40 20 использование стандартных моделей Точность расчётов DCS -■- Точность расчётов G5M —it—Степень риска при план-ии совм. ССС

Применениеновой модели

Рис. 6.1 Показатели увеличения точности расчётов и снижения технического и финансового рисков при реализации различных проектов

5. Разработан способ управления ЧР позволяющий снимать высокую нагрузку в местах проведения массовых мероприятий, где сеть со статической топологией не выдерживает внезапной нагрузки или временно нарушена по форс-мажорным обстоятельствам.

Выполненные исследования способствуют повышению эффективности ССС и качества обслуживания абонентов системы.

1. Ю.А. Громаков. Организация физических и логических каналов в стандарте GSM."Электросвязь". № 10, 1993. с. 9-12.

2. Е. П. Голубков Системный анализ как методологическая основа принятия решений.- «Менеджмент в России и за рубежом». №3.-2003

3. Никаноров С. П. Предисловие к книге Оптнера С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. — М.: Советское радио, 1969.

4. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширение спектра. Пер. с англ. // Под. ред. В.И. Журавлева. М.: Радио и связь, 2000. - 520 с.

5. Весоловски Кшиштоф. Системы подвижной радиосвязи / Пер. с польского Н. И. Рудицкого. Под ред. А. И. Дедовского. М.: Горячая линия -Телеком. 2006. 536 с.

6. А. В. Береснев. Алгоритм локализации абонентской нагрузки в пространстве и времени в сотовых системах подвижной радиосвязи стандарта GSM. Журнал радиоэлектроники. 2002г. №11.

7. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1976.

8. Андрианов В. И., Соколов А. В. «Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи». СПб. - БХВ - Петербург; «Арлит». 2001. с. 346347.

9. Г. В. Кирюшин, О. Н. Маслов, В. Г. Шаталов «Проектирование, развитие и электромагнитная безопасность сетей сотовой связи стандарта GSM», Учебное пособие, Москва, «Радио и связь», 2000.

10. Дмитриев В.Н., Пищин О.Н., Сорокин А.А. Способы организации.высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задержки / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №4-1(52). Санкт Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2007.-С.131-135.

11. Носов В. И., Фадеева Н. Е., Минеева Т. Е., Ахтынский В. Н. Новый подход к планированию сети телевизионного и звукового вещания.// Электросвязь. 1989. - №9. - С. 18-21.

12. А. Е. Крупное А. И. Скородумов УДК 621/396 Пути повышения эффективности использования радиочастотного спектра. ISSN 0013-5771. «Электросвязь», №7, 2007

13. В. И. Попов «Основы сотовой связи стандарта GSM». М.:Эко-Тренз. Москва, 2005. - 296 е.: илл.

14. Boucher N. J. The Cellular Radio Handbook. A reference for Cellular System Operation. Quantum Publishing. 3rd ed. 1995.

15. Методика расчёта уровней мешающих сигналов в полосе частот 400

16. МГц 20 ГГц, ГКРЧ СССР, М. 1980.22. Нормы на показатели качества услуг связи и методик контрольных испытаний при проведении добровольной сертификации услуг и внутреннем аудите» № П9-4-08-3 от 05.01.2004 г.

17. Нормы на показатели качества услуг связи и методик контрольных испытаний при проведении добровольной сертификации услуг и внутреннем аудите» № П9-4-08-3 от 05.01.2004 г.

18. G.K.Stiiber. Principles of Mobile Communication, Kluwer Academic Publishers, Boston, 1996.

19. Recommendation in vegetation. Recommendation ITU RP.833.3 (1992-1994-1999-2001)

20. Быховский M. А. Сравнение различных систем сотовой подвижной связи по эффективности использования сотовых сетей подвижной связи.// Электросвязь. 1993. - №8.

21. Lee W. С. Y. Mobile cellular telecommunications systems. Howard W. Sam's & Co. 1989.

22. Международные стандарты и рекомендации. «Авиационная электросвязь». Приложение 10 к конвенции по Международной гражданской авиации (1САО),1963.

23. Feher К. Wireless Digital Communications. Modulation and Spread-spectrum Applications. Prentice-Hall PTR, 1995.

24. Качество услуг мобильной связи. Оценка, контроль и управление / В. Ю. Бабков, П. В. Полынцев, В. И. Устюжанин; под ред. профессора А. А. Гоголя. М: Горячая линия - Телеком, 2005. 160 с: ил.

25. Пищин О.Н., Дмитриев В.Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи / Научно-технические ведомости СПбГПУ. №2-1(55). Санкт Петербург: Изд-во СПбТГУ. 2008. -С.35-39.

26. ООО «УНИИНТЕХ» Прайс-лист на создание цифровых топографических карт на 2008 год.

27. Смоловик С. Н., Носов В. И. Метод оптимального планирования сетей мобильной связи стандарта GSM с учётом пространственного распределения абонентской нагрузки. 4.1// Мобильные системы. 2003.- №6 - С.21-24.

28. Смоловик С. Н., Носов В. И. Метод оптимального планирования сетей мобильной связи стандарта GSM с учётом пространственного распределения абонентской нагрузки. 4.1// Мобильные системы. 2003.- №7 - С.40-43.

29. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Учебное пособие/ под редакцией д. т. н. проф. М. А. Быховского. М.: Эко-Трэнз, 2006. 376 е.: илл.

30. Положение «О порядке проведения экспертизы, рассмотрения материалов и принятия решения о присвоении (назначении) радиочастот или радиочастотных каналов для радиоэлектронных средств в пределах выделенных полос радиочастот». 2004 г.

31. Рекомендация МСЭ-Р SM.337-4, Частотно-территориальный разнос.

32. Попов В. И. Распространение радиоволн в лесу. Отчёт по НИР № 3731. Львов: ЛоЛПИ, 1981/1983.

33. Соломоник М. Е. Шартанов Ю. Г. Расин А. М. Корреляционные ошибки УКВ угломерных систем. М.: Сов. Радио, 1973. - 208с.

34. ITU, Chairman's report, Doc. ЗК/11-Е, 12 June 1997.

35. McPetrie J. S., Ford L. M. Experiments on Propagation of 9,2 cm wavelength, especially on the affect of obstacles. J. Jnst. Elec. Engr (London), 1946, v.93, pf.3-A, pp.531-543.

36. Recommendation in vegetation. Recommendation ITU-RP.833.3 (19921994-1999-2001).

37. Popov V., Chaiko A., Homicky V. Mogorit N. Effektive complex dielectric permittivity of forest media for Radio waves. Latvian Journal of Physics and Tehnical Sciences, 2001. №2, p. 46-50.

38. T.S.Rappaport, Wireless Communications, Principles and Practice, Prentice-Hall, Upper Saddle River, N.J., 1996.

39. Popovs V. GSM standarta sunu mobile sakaru sistema. Projektesanas problemas. Riga: RTU Izdevnieciba, 2003, 362 1pp.

40. W.C.Y.Lee, Mobile Communications Design Fundamentals, 2nd Edition, McGrawHill, New York, 1993.

41. Y.Okumura, E.Ohmori, T.Kawano, K.Fukuda, «Field Strength and Its Variability in VHF and UHF Land-Mobile Radio Service», Review of the Electrical Communication Laboratory, Vol. 16, №9-10, 1968, pp. 825-873.

42. P.E.Mogensen, PEggers, C.Jensen, J.B.Andersen. «Urban Area Radio Propagation Measurements at 955 and 1845 MHz for Small and Micro Cells», Proc. of IEEE Global Commun. Conference (GLOBECOM), Phoenix, 1991, pp. 1297-1302.

43. Голубков E. П. Использование системного анализа в принятии плановых решений. — М.: Экономика, 1982.

44. А. А. Марков, Н. М. Нагорный, Н. А. Шанин. Успехи математических наук, том XIX, вып.З (117), 1964.

45. Б. Я. Советов, С. А. Яковлев Моделирование систем: Учеб. Для вузов по спец. «Автоматизир. системы обработки информ. и упр.». 2-е изд., переработ, и доп.-М.: Высш. шк., 1998.-319 е.: ил.

46. Плис А. И., Сливина Н. A. Mathcad: математический практикум для экономистов и инженеров: Учеб. пособие. -М.: Финансы и статистика, 1999. 656 е.: ил.

47. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1971.

48. ГОСТ 24026-80 Планирование эксперимента.

49. Электронный учебник StatSoft: http://www.statsoft.ru/home /textbook /modules/stexdes.html#index

50. Юсупов Р. А. теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. Пособие для студентов вузов. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2000.-292с.

51. Елисеева И. И., Юзбашев М. М. Общая теория статистики: Учебник/под ред. И. И. Елисеевой.-5-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2004.-656 е.: ил.

52. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов/В. Е. Гмурман. 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003.-479 е.: ил.

53. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. Компьютерная версия, перераб. и доп. - М.: Изд-во ТГУ - Центр системных исследований /Монография/, - 2005-2008 (Адрес монографии в сети -http ://gnatukvi .narod.ru/ind.html)

54. В. Ю. Бабков, М. А. Вознюк, П. А. Михайлов Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. Учебное пособие для вузов/-2-е изд., испр. М.: Горячая линия - Телеком, 2007.-224 е.: ил.

55. Пищин О. Н. Методика повышения точности расчётов радиопланирования сотовой подвижной радиосвязи / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов №6 Июнь 2008. ISSN 1991-3087- С. 151-154.

56. Пищин О. Н. Управление устойчивостью системы подвижной радиосвязи общего пользования / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. №7 Июль 2008. ISSN 1991-3087- С184-185.