Джаманшалов М

Джаманшалов М.У., к.ф-м.н Хачикян В.С.

КазНИТУ им К.И.Сатпаева, г.Алматы, Республика Казахстан

«Статистическая модель моделирования электромагнитной обстановки сетей беспроводной связи

4-го поколения методом Monte-Carlo»

ВВЕДЕНИЕ В данной статье рассматривается, что сети LTE и мобильные сети WiMAX в ближайшем будущем могут использовать полосы в незанятых участках спектра в телевизионных незаполненных пространствах (TVWS) в полосах частот наземного телевидения в диапазонах ОВЧ/УВЧ. Однако электромагнитная совместимость между LTE и мобильным WiMAX должна быть принята во внимание заранее. Только случай помеха от соседнего канала для сетей LTE и WiMAX проанализирован программным продуктом (SEAMCAT)Spectrum Engineering Advanced Monte-Carlo Analysis Tool.

В результате, если вероятность помех принята в 5%, при условии принятой маски эмиссии и определила передающую мощность LTE, защитное расстояния между БС LTE и, Мобильный БС WiMAX, должна быть более чем 0.8 км, при линии вниз защитная полоса частот между LTE (DL) и мобильным WiMAX составляет 1 МГц и защитная полоса частот между связью (UL) LTE, и WiMAX составляет 4 МГц.

термины — LTE, мобильный WiMAX, TVWS ,помеха, защитная полоса частот.

Одной из самых сложных технологических проблем, возникающих при развёртывании новых радиосетей, операторами сотовой связи является обеспечение условий электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (ЭМС РЭС). В условиях Казахстана выделенных для LTE,UMTS WiMAX полосах радиочастот работает значительное число радиоэлектронных средств. Пути решения этих проблем при внедрении новой технологии мобильной радиосвязи является в необходимости разработать условия электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств: идентифицировать источники непреднамеренных радиопомех как для базового, так и для абонентского оборудования, затем найти решения для устранения данных помех (например, используя пространственный разнос антенного оборудования, частотную селекцию). Кроме того, нужно оптимизировать зоны радио покрытия.

В связи с этим есть предпосылка произвести исследования электромагнитной совместимости при развертывании сотовой сети с использованием технологии LTE. Они включают: определение перечня радиоэлектронных средств, которые оказывают помехи недопустимого уровня на базовое оборудование LTE; измерение энергетических параметров излучений, создаваемых этими радиоэлектронными средствами; определение взаимных условий размещения базового оборудования LTE и мешающих радиоэлектронных средств; определение минимально-допустимого пространственного разноса между антенными системами базового оборудования LTE и радиоэлектронных средств, оказывающих помеховое воздействие по трактам приёма.

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) сотовых систем различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются или защитный интервал между ними недостаточен. Особенно тщательного исследования требует случай, когда одна из систем уже развернута и функционирует в выделенных для нее рабочих полосах частот, а вторая планируется к развертыванию на той же или сопредельной территории при дефиците частотных полос.

Поскольку диапазоны частот (TVWS), расположены в диапазоне УКВ и УВЧ, у TVWS диапазонах, имеется несколько важных свойств, таких как уникальное распространение, способность проникновения сигналов через здания и листву деревьев, возможность соединения внеполосного обзора и широкополосного полезного нагрузки，что делают их очень желательными для систем широкополосной радиосвязи [1]. Термином белые пространства телевидения TV White Space обозначает незанятые участки спектра в полосах частот наземного телевидения в диапазонах ОВЧ/УВЧ.В настоящее время в некоторых странах проводятся испытания и эксперименты, направленные на повышение эффективности использование этих ценных ресурсов спектра путём внедрения их совместного использования частот находятся широкополосные беспроводные приложения

LTE (буквально с англ. Long-Term Evolution — долговременное развитие, часто обозначается как 4G LTE) — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на GSM/EDGE и UMTS/HSPA сетевых технологиях, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети^[1]^[2]. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) и определён в серии документов Release 8, с незначительными улучшениями, описанными в Release 9. [2]. Партнерский проект 3GPP Generation Partnership Project, зарегистрирован как торговая марка одной из ассоциаций в рамках партнерства European Telecommunications Standards Institute, (ETSI).

Основные параметры 4G получены в спецификация LTE Таблице I [3].

Заданный (номинальный) предел распространении спектральной характеристики Базовой станции LTE [4] и допустимый предел спектральной характеристики Базовой станции LTE показаны на Рисунке. 1

Заданный (номинальный) предел распространении спектральной характеристики мобильной станции LTE [4] и допустимый предел спектральной характеристики мобильной станции LTE иллюстрированы на Рисунке 2.

Сети WiMAX являются реализацией технологии широкополосного беспроводного доступа Broadband Wireless Access стандарта IEEE 802.16. Основное предназначение данных сетей – это оказание услуг абонентам по беспроводной сети передачи данных на расстояния в несколько десятков километров. Высокая эффективность и широкие возможности по обслуживанию абонентов, предоставляемые сетями стандарта IEEE 802.16, выделяют WiMAX среди других технологий широкополосного доступа.

Стандарт IEEE 802.16e-2005, который, в том числе, определяет требования к таким сетям, уже утвержден, и первые устройства мобильного WiMAX появился на рынке в конце 2007 года. [10]

Новая статистическая модель моделирования электромагнитной обстановки сети сотовой связи была усовершенствована в основе метода Монте-Карло, разработанным администрацией европейской Конференцией Почты и Телекоммуникации (CEPT), Практическая реализация алгоритмов статистической оценки ЭМС ССС, методом Монте-Карло представлена в рекомендованных международным союзом электросвязи (МСЭ) [8-14] пакетах программ SEAMCAT-3 и SEAMCAT-4 (Spectrum Engineering Advanced Monte-Carlo Analysis Tool) Рисунок. 3 иллюстрирует принцип вычисления вероятности помех в рецепторе приемника в среде пакета SEAMCAT. Когда помеха введено, помеху добавляет к уровню шума. Различие между уровнем полезного сигнала (dRSS) и значением полученной уровнем помехового сигнала (iRSS) измеряется в dB, который определяется как отношение Сигнал помеха (C/Itrial). Это отношение должно быть больше, чем необходимый порог C/I (C/Itarget), если необходимо избежать вмешательства. Моделирование по методу Монте-Карло используется, чтобы проверить данные условия и отчетов, происходит ли вмешательство [6] - [8].

SEAMCAT вычисляет вероятность рецептора помех (PI) приемника следующим образом:

где P - вероятность рецептора помех в приемнике. PNI - вероятность полезного(NI) в рецепторе приемника. Когда критерий C/I рассматривают, P NI определен как:

, где P - номер помехи (т.е. активная помеха передатчика В

Рисунок 5 показывает сценарий LTE, потенциально вмешивающегося в WiMAX. Кроме того, в случае LTE, потенциально вмешивающегося в Мобильный WiMAX, есть четыре сценария, которые будут приняты во внимание в следующем:

1) БС LTE - помеха, и БС WiMAX – приемник рецептор

2) БС LTE - помеха, и WiMAX MS – рецептор

3) МС LTE - помеха, и БС WiMAX – приемник рецептор

4) МС LTE - помеха, и WiMAX MS – рецептор

IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Случай A. помеха от БС LTE, в БС WiMAX

В основных параметрах SEAMCAT настроены как:

Общая информация:

Снимок: 100

Рецептор: мобильный МС WiMAX

Fvictim=589 MHz;

Требуемая мощность сигнала приемника (dRss)-89.58 dBm является средней полезной мощностью сигнала приемника в МС WiMAX recever;

I/N =-10 дБ;

Модель Распространения: Городская Макро-сотовая модель распространения.

Interferer: БС LTE (DL)

Finterferer=599MHz;

мощность помехи передатчика=43 dBm;

Маска эмиссии БС LTE соответственно настроена согласно Рисунка1 и Рисунка 2;

Вмешивающаяся системная связь: Городская Макро-сотовая модель распространения;

Связь вмешательства (LTE DL Мобильному БС WiMAX): модель распространения, Городская Макро-сотовая модель распространения.

Когда защитное расстояние между ссылкой, БС LTE и ссылка, МС WiMAX - 1 км, сценарий БС LTE, вмешивающегося в МС WiMAX, установлены в SEAMCAT, который иллюстрирован на Рис. 6.

Результаты моделирования полученые на Рисунке 7. показывают, что для случая вероятности вмешательства 5% и максимально допустимого мощность передатчика базовой станции LTE 43 dBm, если указанная маска эмиссии БС LTE используется, защитное расстояние между опорной БС LTE и МС WiMAX должен быть по крайней мере на расстоянии в 1.4 км для случая вероятности вмешательства 5%, при защитной полосе частот в 1 МГц. Когда используется принятая маска эмиссии БС LTE, затем защитное расстояние между относительной БС LTE и БС WiMAX должен быть по крайней мере 0.8 км, при защитной полосе частот составляющей 1 МГц.

основные параметры настроены в SEAMCAT:

Общая информация:

Снимок: 100

Испытывающая помехи: WiMAX MS

Fvictim=589 MHz;

I/N =-10 дБ;

Модель Распространения: Городская Макро-сотовая модель распространения,.

Источник помех: БС LTE (DL)

Установка - то же самое как случай БС LTE, вмешивающегося в БС WiMAX

Когда защитное расстояние между, БС LTE и БС WiMAX - 0.5 км, сценарий источник помех БС LTE для MS WiMAX, установлены в SEAMCAT, который иллюстрирован на Рисунке 8.

Результаты на Рисунок 9 указывают, что, когда указанная маска эмиссии БС LTE используется, когда защитная полоса 1 МГц требуется,защитное расстояние составляет 1 км. Когда принятая маска эмиссии БС LTE используется когда нет помех, БС LTE не создает помеху для MS WiMAX.

C. Случай MS LTE, вмешивающейся в БС WiMAX

Главные параметры настроены в SEAMCAT как следующее:

Общая информация:

Расчет при 100 случайных снимков.:

Испытывающая помехи: БС мобильный WiMAX

Установка - то же самое как случай БС LTE, вмешивающегося в Мобильного БС WiMAX

Источник помех: MS LTE (UL)

Finterferer=579 MHz;

Источник помех передают мощность =-30 dBm ~ 24 dBm

Маска эмиссии MS LTE настроена согласно Рис. 1и Рис. 2;

Вмешивающаяся системная связь: Городская Макро-сотвая модель распространения,;

Связь вмешательства (LTE UL Мобильному БС WiMAX): Городская Макро-сотвая модель распространения; Когда защитное расстояние между, БС LTE и Мобильный БС WiMAX - 4 км, сценарий MS LTE, вмешивающейся в БС WiMAX по SEAMCAT, показывают на Рисунке. 10,В каждой точке измерения расчитывались 100 случайных снимков.

Результаты моделирования, полученные на Рисунке 11, показывают, что для случая вероятности вмешательства 5% и максимально допустимого мощности передачи в MS LTE 24 dBm, в случае если в БС LTE используется заданная маска эмиссии, и защитное расстояние между БС LTE и Мобильный БС WiMAX равна 0, защитная полоса составляет 8 МГц. В случае если БС LTE используется принятая маска эмиссии, и затем защитное расстояние между БС LTE и, МС WiMAX равной 0, защитная полоса составляет 4 МГц.

D. Случай MS LTE, вмешивающейся в мобильный WiMAX MS

следующее основные параметры настроены в SEAMCAT:

Общая информация:

Снимок: 100

Испытывающая помехи: WiMAX MS

Установка - то же самое как в случае БС LTE, вмешивающегося в БС WiMAX.

Источник помех: MS LTE (UL)

Установка – также как в случае MS LTE, вмешивающейся в БС WiMAX.

Сценарий MS LTE, вмешивающейся в Мобильного БС WiMAX по SEAMCAT, показывают на Рисунке 12, когда снимок равняется 100.

Результаты моделирования получены на Рисунке 13.

Рисунок 13. Отношения между защитной полосой и защитным расстоянием для случая MS LTE, вмешивающейся в MS WiMAX.

Рисунок. 13 показывает, если БС LTE используется указанная маска эмиссии что для случая вероятности вмешательства 5% и максимально допустимого мощности передачи MS LTE 24 dBm, когда защитная полоса составляет 9 МГц защитное расстояние между опорной БС LTE и опорной, БС WiMAX не требуется, в случае если в БС LTE используется принятая маска эмиссии , при защитной полосе составляеющей 4 МГц защитное расстояние между БС LTE и мобильным БС WiMAX не требуется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. LTE и Мобильный WiMAX, как предполагается, развернуты в TVWSs, потому что система TVWSs в состоянии предоставить значительно лучшую защиту и настенное проникновение в зданиях в том числе отличное радиопокрытие вне помещений и в помещениях и распространение волн за пределами прямой видимости. Затем воздействие вмешательства LTE на Мобильном WiMAX было проанализировано при помощи SEAMCAT. По результатам исследования, если вероятность вмешательства 5% принята для Мобильного WiMAX, при условии принятой маски эмиссии и определила передающую мощность LTE, защитное расстояния между БС LTE и Мобильный БС WiMAX, должны быть больше чем 0.8 км, что обеспечивают благоприятные характеристики распространения радиоволн, когда защитная полоса между LTE DL и мобильным WiMAX составляет 1 МГц и защитная полоса между LTE UL, и мобильный WiMAX составляет 4 МГц. Результаты исследований пригодны для практического использования операторами и проектировщиками сетей сотовой связи при планировании и оптимизации сети LTE и мобильного WiMAX в TVWSs

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

[1] United States TV White Spaces: Usage & Availability Analysis, White Spaces Report, 2Q 2010.

[2] An Introduction to LTE 3GPP, LTE Encyclopedia, 2010.

[3] LTE – an introduction, Ericsson, 2009.

[4] Compatibility study for LTE and WiMAX operating within the bands 880-915 MHz / 925-960 MHz and 1710-1785 MHz / 1805-1880 MHz (900/1800 MHz bands), CEPT Report 40, November 2010, pp. 50-51, pp. 61-62.

[5] Mobile WiMAX – Part I, A Technical Overview and Performance Evaluation, WiMAX Forum, August, 2006, pp. 31-34.

[6] 3rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), Radio Frequency (RF) system scenarios(Release 10), 3GPP TR 36.942 V10.1.0 (2010-09), pp. 14-15, p. 23, p. 39, pp. 76-77.

[7] Seamcat Handbook, WGSE - SEAMCAT Technical Group, ECO, January, 2010.

[8] OFDMA algorithm description, WGSE - SEAMCAT Technical Group, ECO, p. 5, 24 February, 2010.

[9] Interference Impact of LTE on Mobile WiMAX in TV White Spaces

[10] Yanming Cheng, Ye Wang, Hyeju Yun, and Ilkyoo Lee International Journal of Information and Electronics Engineering, Vol. 4, No. стр 403-408 5, September 2014