Оценка пропускной способности проектируемой сети

с учетом частотного планирования

Среднюю пропускную способность R_N проектируемой сети определим путем умножения количества базовых станций на среднюю пропускную способность каждой базовой станции.

Формула примет вид:

, (4.14)

Оценим пропускную способность R_N проектируемой сети как

Для FDD:

R_N = (50,7 + 22,05) · 145 ≈ 10549 (Мбит/с).

Определим общий трафик проектируемой сети в ЧНН R_{общ./ЧНН} по формуле:

R_{общ./ЧНН} = R_т.ЧНН · N_{акт.аб N} · N сайтов, (4.15)

где N_акт.аб – число активных абонентов на одном сайте.

Предположим, что базовая станция обслуживает группу из трех секторов, используя диапазон частот 10 МГц (вариант FDD 10+10 МГц). Для предотвращения интерференции реализуется мягкое повторное использование частот с выделением трех поднесущих.

В центре каждого сектора используются две полосы частот по 3 МГц (сдвоенная полоса частот в центре сектора 3+3 =6 МГц), а по краям сектора - отдельная полоса 3 МГц (см. рис.4.10). Тогда в каждом из секторов будут использованы = 3х 15 = 45 ресурсных блоков. В каждом секторе одновременно смогут работать 45 активных пользователей, а всего под управлением трехсекторной базовой станции смогут одновременно работать

Nакт сайт = 45х3 = 135 активных пользователей.

Получим:

R_{общ./ЧНН} = 185 · 135 · 145 = 3621 (Мбит/с),

где 185 Мбит/с – скорость скачивания на одно абонентское устройство среднего уровня – смартфон (см. рис. 4.11).

Таким образом, R_N > R_{общ./ЧНН} (10549>3621).

Выполнение этого условия показывает, что проектируемая сеть сможет устойчиво работать при перегрузках в ЧНН. Почти троекратный запас пропускной способности также позволит предоставить высокую скорость работы для мобильных компьютеров.

Определим общий ресурс трафика на обслуживание телефонной нагрузки в секторе одной базовой станции

, (4.16)

где - число доступных каналов в секторе (ресурсных блоков);

12,2 кбит/с – скорость, необходимая для одного голосового соединения.

Рассчитаем число абонентов, которые могут быть обслужены в пределах одного сектора (телефонный трафик), используя для этих целей первую формулу Эрланга для дисциплины обслуживания с отказами (модель Эрланга B). Примем вероятность отказа из-за занятости всех ресурсных блоков равной Р= 1%.

 

Рисунок 4.11 - Статистика скачивания информации различными абонентскими устройствами

Мягкое повторное использование частот с выделением трех поднесущих предполагает, что в пределах одного сектора используются три группы из 15 частот каждая (две в центре и одна на окраине сектора). Тогда по формуле Эрланга при группы = 15 получим допустимую интенсивность телефонного трафика на группу ресурсных блоков

Yдоп группы = 8,11 Эрл. Тогда допустимая интенсивность телефонного трафика на сектор составит Yдоп сект = 3 · 8,11 = 24,33Эрл.

Число абонентов, которое будет обслуживаться одним сектором LTE с заданным качеством Р= 1%, определим, как

N сект доп = Yдоп сект / y₁аб, (4.17)

 

где y₁аб – удельная абонентская нагрузка, при проектировании сетей GSM используется значение y₁аб =0,015 Эрл рекомендуемая в Положениях Руководящего Документа Минкомсвязи РФ номер РД45-112.

Если исходить из рекомендация РД45-112 и принять y₁аб = 0,015 Эрл, то получим

N сект доп = 24,33 / 0,015 = 1620 абонентов.

Базовая станция eNodeB сможет обслуживать

N_eNB доп= 3 N сект доп. (4.18)

Получим в нашем случае

N_eNB доп= 3 х 1620 = 4860 абонента.

Значение N_eNB доп может быть использовано для предварительной оценки общего числа базовых станций L_eNB на проектируемой сети по формуле:

L _eNB = Nсети / N_eNB доп, (4.19)

где Nсети – предполагаемое число пользователей проектируемой сети LTE.

Для обеспечения требования по 40% охвату жителей услугами сети LTE (исходя из трафика телефонии) общее число сайтов составит

L _eNB =69600 / 4860 = 15 eNodeB.

Данные статистики по сетям LTE показывают, что y₁аб = 0,04 – 0,2 Эрл.

Если принять более реальные данные y₁аб = 0,15 Эрл, то получим

N сект доп = 24,33 / 0,15 = 162 абонент.

Базовая станция eNodeB сможет обслуживать в нашем случае

N_eNB доп= 3 х 162 = 486 абонента.

Для обеспечения требования по 40% охвату жителей услугами сети LTE общее число сайтов составит

L _eNB =69600 / 486 = 144 eNodeB.

Предыдущий результат оценки числа базовых станций, основанный на данных статистики по среднему потреблению трафика определил потребность в 145сайтов. Эти результаты близки.

Величина L _eNB может быть существенно выше, если оператору связи по лицензии будет предоставлен другой частотный диапазон, или более узкая полоса частот, будет использован другой способ частотного планирования.

Предположим, оператором связи используется FDD 10+10, но частотное планирование выполнено по варианту дробного повторного использования частотных полос с выделением 4 поднесущих (5МГц + 1,4 МГц+ 1,4 МГц + 1,4 МГц) как показано на рис.4.10. Тогда в центре каждого сектора будут задействованы 25 ресурсных блоков полосы частот 5 МГц и 6 ресурсных блоков полосы частот 1,4 МГц.

Расчет по первой формуле Эрланга показал, что допустимая интенсивность нагрузки при Р = 1% на центральную группу Yдоп ц. группы составляет Yдоп ц. группы = 16,13 Эрл, и на окраине сектора получим

Yдоп окр.группы =1,91 Эрл.

Суммарная допустимая интенсивность нвгрузки телефонного трафика на сектор составит Yдоп сект = 16,13 + 1,91 = 18,04 Эрл. Получим N сект доп =18,04/0,15 = 120 абонентов. Базовая станция eNodeB сможет обслуживать N_eNB доп= 3 х 120 = 360 абонентов.

Для обеспечения требования по 40% охвату жителей услугами сети LTE при дробном повторном использовании частотных полос потребуется организовать L _eNB =69600 / 360 = 194 eNodeB. Это существенно больше, чем требуется при мягком повторном использовании частот.

Окончательное решение о варианте частотного планирования и числе сайтов принимает руководство компании - оператора связи. В дальнейших расчетах будем использовать значение L _eNB = 145 eNodeB, предполагая, что удельная абонентская нарузка составляет 0,15 Эрл и используется перспективный вариант частотного планирования - мягкое повторное использование частот с выделением трех поднесущих.

 

Частотные диапазоны LTE

Из большого числа рекомендаций по использованию полос частот сетями LTE/UMTS, разработанных сектором радиосвязи МСЭ (МСЭ-Р), наиболее важной является Рекомендация М.1036-3 «Частотные планы для внедрения наземного сегмента IMT-2000 в полосах частот 806…960 МГц, 1710…2025 МГц, 2110…2200 МГц и 2500…2690 МГц», которая предусматривает шесть вариантов использования полосы частот 1710…2200 МГц. Рекомендация дает возможность максимально гибко разрабатывать частотные планы для сетей IMT с учетом реальной загрузки спектра.

В таблице 4.11 приводятся частотные диапазоны для LTE при использовании TDD (Time Division Duplex) дуплекса (см. таблицу 2.4), т.е. когда нисходящий и восходящий каналы передаются последовательно в одном и том же частотном диапазоне.

Таблица 4.11 - Частотные диапазоны LTE при TDD дуплексе

№	Частотный диапазон, МГц	Ширина канала
	1900... 1920
	2010...2025
	1850...1910
	1930... 1990
	1910...1930
	2570...2620
	1880... 1920
	2300...2400

 

Также приводятся частотные диапазоны для LTE при использовании FDD (Frequency Division Duplex) дуплекса, т.е. когда нисходящий и восходящий каналы передаются одновременно в разных частотных диапазонах (см. таблицу 4.12).

 

 

Таблица 4.12-Частотные диапазоны LTE при FDD дуплексе

№	Восходящий канал UL, (МГц)	Нисходящий канал DL, (МГц)	Ширина канала
	1920... 1980	2110...2170	2×60
	1850...1910	1930... 1990	2×60
	1710...1785	1805... 1880	2×75
	1710...1755	2110...2155	2×45
	824...849	869...894	2×25
	830...840	875...885	2×10
	2500...2570	2620...2690	2×70
	880...915	925...960	2×35
	1749,9... 1784,9	1844.9... 1879.9	2×35
	1710...1770	2110...2170	2×60
	1427,9... 1452,9	1475.9...1500.9	2×25
	698...716	728...746	2×18
	777...787	746...756	2×10
	788...798	758...768	2×10
	Зарезервирован	Зарезервирован	-
	Зарезервирован	Зарезервирован	-
	704...716	734...746	2×12

 

Следует отметить, что частотные диапазоны с 1-го по 14-ый совпадают с частотными диапазонами, которые используются сетями UMTS (Universal Mobile Telephone System). А также то, что в частотных диапазонах 13 и 14 восходящий канал передается на более высоких частотах, чем нисходящий. Частотные диапазоны с номерами 15 и 16 определены для использования другими технологиями.

28 декабря 2010 года решением Государственной комиссии по радиочастотам создана некоммерческая организация - Консорциум 4G, представляющая собой союз ПАО «Вымпелком», ПАО «МТС», ПАО «Мегафон» и ПАО «Ростелеком», целью которой является изучение условий внедрения в России сетей 4G в диапазонах 0,8/0,9/1,8/2,1/2,5-2,7 ГГц для разработки условий конкурсов на эти частоты.