Расчет абонентской емкости сети LTE

4.6.1.Базовые варианты планирования радиодоступа

Выделим два базовых варианта планирования сетей радиодоступа:

с целью формирования максимальной площади покрытия;

с целью обеспечения требуемой абонентской емкости.

Эти задачи порой противоречат друг другу. Например, в городских условиях при высокой плотности абонентов зоны обслуживания базовых станций (БС) по площади гораздо меньше максимально возможной, но оптимизированы по пропускной способности. В сельской местности зачастую ситуация – противоположная. А именно, плотность абонентов невысокая, и базовые станции устанавливаются на большом удалении друг от друга так, чтобы закрыть каждой БС максимальную территорию. Ограничения по числу БС могут быть вызваны отсутствием подходящих площадок для их установки.

Планирование сети радиодоступа выполняется в два этапа.

Первый этап предусматривает предварительное планирование, при котором с инженерной точностью выполняется расчет количества оборудования, необходимого для развертывания сети. При проведении расчета должны учитываться особенности используемого радиодиапазона, ширина используемого канала (1,4, 3, 5, 10, 15 или 20МГц), характер застройки. Эти факторы определяют выбор величины R для каждого класса местности. Расчет позволяет оперативно заказать оборудование.

В таблице 4.7 представлено соотношениемежду шириной полосы частот, используемой в конкретном секторе и числом ресурсных блоков.

 

 

Таблица 4.7 - Соотношение между шириной полосы частот

И числом ресурсных блоков

Полоса, МГц	1,4
Число поднесущих
Число ресурсных блоков

 

На втором этапе выполняется точное частотно-территориальное планирование с использованием цифровых карт местности с учетом застройки, растительности, водоемов, цифровых карт застройки с отображением каждого здания. Проводится предварительное обследование территории обслуживания, определяются места возможного размещения антенных систем. С использованием специализированных программно-аппаратных средств выполняется расчет покрытия с учетом специфики используемого оборудования радиодоступа. Уточняются азимуты и наклоны диаграмм направленности, ожидаемое качество обслуживания, окончательно выбираются сайты и параметры антенных систем, оформляются заявки на использование радиочастот.

 

Расчет допустимого числа абонентов в сети предполагаемой структуры с учетом данных статистики

Для оценки допустимого числа пользователей в сети LTE используются отечественные зарубежные данные статистики по потреблению услуг мобильной связи. Анализ спроса на услуги мобильного широкополосного доступа, проведенный компанией Скартел в России, показал следующее:

среднее потребление трафика абонентами его сетей мобильного доступа в Интернет составляет 10-12 Гбайт в месяц, причем 96% подписчиков потребляют не более 100 Гбайт в месяц;

доля сверх мобильных абонентов, которые меняют по 6 и более сайтов в день, составляет всего 18%, а остальные – это фиксированные и ограниченно мобильные абоненты (2 – 6 секторов);

большие скорости требуются только для скачивания HD и 3D фильмов меньше, чем за одну минуту.

Данные статистики по сети LTE Telia Sonera (Швеция) представлены в таблицах 4.8 и 4.9.

Таблица 4.8 - Структура ежемесячного потребления трафика

Потребление трафика, Гбайт в месяц	Больше 100	25 – 100	5 – 25	1 – 5	0,5 – 1	0 – 0,5
Доля абонентов, %

Таблица 4.9 – Данные сети LTE Telia Sonera

Трафик абонента, Гбайт/месяц
Число часов наибольшей нагрузки (ЧНН) в день
Число дней в месяце
Усреднённый трафик абонента в ЧНН, Мбит/с	0,131
Доля трафика на DL	80%
Усреднённый трафик абонента на DL в ЧНН, Мбит/с	0,105

 

В таблице 4.10 приведены значения средней спектральной эффективности соты LTE FDD в макросети. Характеристики оценивались для диапазона 2 ГГц, полосы канала 10 МГц (10 + 10 МГц в дуплексе), при потерях на проникновение в здание 20 дБ, в среднем при 10 активных пользователях в соте.

Таблица 4.10 - Средняя спектральная эффективность для сети LTE

Линия	Схема MIMO	Средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц)
UL	1×2 / 1×4	0,735 / 1,103
DL	2×2 / 4×2 / 4×4	1,69 /1,87 / 2,67

Для системы FDD средняя пропускная способность соты может быть получена путем прямого умножения ширины канала на спектральную эффективность:

(4.11)

где S – средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц);

W – ширина канала (МГц); W = 10 МГц.

Для линии DL: RDL = 1,69 · 10 = 16,9 Мбит/с.

Для линии UL: RUL = 0,735 · 10 = 7,35 Мбит/с.

Средняя пропускная способность базовой станции ReNB вычисляется путем умножения пропускной способности одного сектора на общее количество секторов базовой станции. У нас трехсекторная БС:

(4.12)

Для линии DL: ReNB.DL = 16,9 · 3 = 50,7 Мбит/с.

Для линии UL: ReNB.UL = 7,35 · 3 = 22,05 Мбит/с.

Для системы TDD можно принять спектральную эффективность равной аналогичным значениям для системы FDD, а при расчете пропускной способности учитывать долю длительности кадра на линии вверх или вниз. Например, рассчитаем среднюю пропускную способность соты на линии вниз при конфигурации кадра 1:

;

где - доля длительности кадра на линии вверх или вниз.

При этом, средняя пропускная способность БС рассчитывается аналогично FDD:

ReNB.DL = 18,25 · 3 = 54,75 Мбит/с.

Таким же образом могут быть рассчитаны остальные значения.

Проведем оценку абонентской емкости сети LTE города N при условии полного развертывания сети LTE:

N_{абоненты max} = /Traffic_Dlaverage (абоненты), (4.13)

где N_{абоненты max}- максимальное потенциальное число абонентов сети;

Traffic_Dlaverage=0,105 Мбит/с– усредненный трафик абонента на DL в ЧНН;

– общий трафик в сети, определяемый в данном случае как

=50,7 х 71 = 3600 Мбит/с,

где 50,7 Мбит/с – средняя пропускная способности базовой станции к направлении DL в соответствии с данными таблицы 4.10 при FDD;

71 - число базовых станций, определенное предварительно для сети LTE города N с учетом результатов расчета по формуле COST231-Hata. Получаем

N_{абоненты max} = /Traffic_Dlaverage= 3600/0,105 = 34,3 тысяч абонентов.

Поскольку в городе N проживает 174 тысячи жителей, предложенная конфигурация сети LTE обеспечивает охват почти 20% жителей. Если в исходных данных на проект выдвигаются более высокие требования, то должна выполняться коррекция числа базовых станций в сторону увеличения.