Ruch komórkowy
W tym artykule omówiono aspekty pomiarów ruchu teletransmisyjnego związane z siecią komórkową . Mobilne sieci radiowe mają problemy z ruchem, które nie występują w przypadku sieci stacjonarnej PSTN . Do ważnych aspektów ruchu komórkowego należą: cele dotyczące jakości usług, przepustowość ruchu i rozmiar komórki, wydajność widmowa i podział na sektory , przepustowość ruchu a zasięg oraz analiza czasu utrzymywania kanału.
Inżynieria teletraffic w planowaniu sieci telekomunikacyjnych zapewnia minimalizację kosztów sieci bez uszczerbku dla jakości usług (QoS) dostarczanych użytkownikowi sieci. Ta dziedzina inżynierii opiera się na teorii prawdopodobieństwa i może być wykorzystana do analizy mobilnych sieci radiowych, a także innych sieci telekomunikacyjnych .
Telefon komórkowy poruszający się w komórce rejestruje zmienną siłę sygnału . Siła sygnału podlega powolnemu zanikowi , szybkiemu zanikowi i zakłóceniom powodowanym przez inne sygnały, co skutkuje pogorszeniem stosunku nośnej do zakłóceń (C/I). Wysoki współczynnik C/I zapewnia komunikację wysokiej jakości. Dobry stosunek C/I osiąga się w systemach komórkowych, stosując optymalne poziomy mocy poprzez sterowanie mocą większości łączy. Gdy moc nośnej jest zbyt wysoka, powstają nadmierne zakłócenia, które pogarszają stosunek C/I dla innego ruchu i zmniejszają przepustowość podsystemu radiowego. Kiedy moc nośnej jest zbyt niska, C/I jest zbyt niskie i cele QoS nie są spełnione.
Cele jakości usług
W czasie projektowania komórek podsystemu radiowego ustalane są cele jakości usług (QoS) dotyczące: przeciążenia i blokowania ruchu, dominującego obszaru pokrycia, C/I, prawdopodobieństwa awarii, wskaźnika niepowodzeń przekazywania, ogólnego wskaźnika udanych połączeń, szybkość transmisji danych, opóźnienie itp.
Obciążenie ruchem i rozmiar komórki
Im większy będzie generowany ruch, tym więcej stacji bazowych będzie potrzebnych do obsługi klientów. Liczba stacji bazowych dla prostej sieci komórkowej jest równa liczbie komórek. Inżynier ruchu może osiągnąć cel, jakim jest zaspokojenie rosnącej populacji klientów, zwiększając liczbę komórek na danym obszarze, więc zwiększy to również liczbę stacji bazowych. Ta metoda nazywa się podziałem komórek (i w połączeniu z podziałem na sektory) jest jedynym sposobem świadczenia usług dla rosnącej populacji. Działa to po prostu poprzez podzielenie już obecnych komórek na mniejsze rozmiary, zwiększając w ten sposób przepustowość ruchu. Zmniejszenie promienia komórki umożliwia komórce przyjęcie dodatkowego ruchu. Koszt sprzętu można również obniżyć, zmniejszając liczbę stacji bazowych poprzez utworzenie trzech sąsiednich komórek, przy czym komórki obsługują trzy sektory 120° z różnymi grupami kanałów.
Mobilne sieci radiowe działają przy ograniczonych, ograniczonych zasobach (dostępne widmo częstotliwości). Zasoby te muszą być efektywnie wykorzystywane, aby zapewnić, że wszyscy użytkownicy otrzymują usługi, to znaczy, że jakość usług jest stale utrzymywana. Ta potrzeba ostrożnego wykorzystania ograniczonego widma doprowadziła do rozwoju komórek w sieciach ruchomych, umożliwiających ponowne wykorzystanie częstotliwości przez kolejne skupiska komórek. Powstały systemy efektywnie wykorzystujące dostępne widmo, np. GSM . Bernhard Walke definiuje wydajność widmową jako jednostkę przepustowości ruchu podzieloną przez iloczyn szerokości pasma i elementu pola powierzchni i zależy od liczby kanałów radiowych na komórkę i rozmiaru klastra (liczba komórek w grupie komórek):
gdzie N c to liczba kanałów na komórkę, BW to szerokość pasma systemu, a Ac to powierzchnia komórki.
Sektoryzacja jest krótko opisana w obciążeniu ruchem i rozmiarze komórki jako sposób na obniżenie kosztów sprzętu w sieci komórkowej. Według Walke'a, po zastosowaniu do klastrów komórek, sektorowanie zmniejsza również interferencję międzykanałową. Dzieje się tak, ponieważ moc promieniowana do tyłu z kierunkowej anteny stacji bazowej jest minimalna, a interferencja z sąsiednimi komórkami jest zmniejszona. (Liczba kanałów jest wprost proporcjonalna do liczby komórek.) Maksymalna przepustowość anten sektorowych (kierunkowych) jest większa niż anten dookólnych o współczynnik, którym jest liczba sektorów na komórkę (lub klaster komórek).
Przepustowość a zasięg
Systemy komórkowe wykorzystują jedną lub więcej z czterech różnych technik dostępu (TDMA, FDMA, CDMA, SDMA). Zobacz pojęcia dotyczące sieci komórkowej . Rozważmy przypadek wielodostępu z podziałem kodowym dla związku między przepustowością ruchu a pokryciem (obszar objęty komórkami). Systemy komórkowe CDMA mogą pozwolić na zwiększenie przepustowości kosztem jakości usług .
W komórkowych systemach radiowych TDMA/FDMA do przydzielania kanałów klientom jest używana funkcja Fixed Channel Allocation (FCA). W FCA liczba kanałów w komórce pozostaje stała niezależnie od liczby klientów w tej komórce. Powoduje to zatory w ruchu i utratę niektórych połączeń, gdy ruch staje się duży.
Lepszym sposobem przydzielania kanałów w systemach komórkowych jest dynamiczna alokacja kanałów (DCA), która jest obsługiwana przez systemy GSM , DCS i inne. DCA to lepszy sposób nie tylko na obsługę ruchu typu bursty cell, ale także na efektywne wykorzystanie zasobów radia komórkowego. DCA umożliwia zmianę liczby kanałów w komórce w zależności od obciążenia ruchem, zwiększając w ten sposób przepustowość kanału przy niewielkich kosztach. Ponieważ komórce jest przydzielona grupa częstotliwości nośnych (np. f1 - f7 ) dla każdego użytkownika, ten zakres częstotliwości jest szerokością pasma tej komórki, BW. Jeśli ta komórka obejmuje obszar Ac , a każdy użytkownik ma przepustowość B, wówczas liczba kanałów będzie BW/B . Gęstość kanałów będzie wynosić . Ten wzór pokazuje , że wraz ze wzrostem obszaru pokrycia Ac zmniejsza się gęstość kanału.
Czas utrzymywania kanału
jakości usług sieci komórkowej decydują ważne parametry, takie jak stosunek nośnej do zakłóceń (C/I), wydajność widmowa i odległość ponownego wykorzystania . Channel Holding Time to kolejny parametr, który może wpływać na jakość usług w sieci komórkowej, dlatego jest brany pod uwagę przy planowaniu sieci. Obliczenie czasu utrzymywania kanału nie jest jednak łatwe. (Jest to czas, przez jaki stacja mobilna (MS) pozostaje w tej samej komórce podczas połączenia). Czas utrzymywania kanału jest zatem krótszy niż czas utrzymywania połączenia , jeśli MS przemieszcza się przez więcej niż jedną komórkę, gdy nastąpi przełączenie i MS rezygnuje z kanału. W praktyce nie jest możliwe dokładne określenie czasu utrzymywania kanału. W rezultacie istnieją różne modele rozkładu czasu utrzymywania kanału. W przemyśle dobre przybliżenie czasu utrzymywania kanału jest zwykle wystarczające do określenia przepustowości sieci.
Jeden z artykułów w Key and Smith definiuje czas utrzymywania kanału jako równy średniemu czasowi utrzymywania podzielonemu przez średnią liczbę przełączeń na połączenie plus jeden. Zwykle model wykładniczy dla uproszczenia symulacji. Model ten podaje dystrybucję czasu utrzymywania kanału i jest przybliżeniem, które można wykorzystać do uzyskania szacunków czasu utrzymywania kanału. Model wykładniczy może nie odwzorowywać poprawnie rozkładu czasu utrzymywania kanału, co mogą próbować udowodnić inne artykuły, ale daje przybliżenie. Czasu wstrzymania kanału nie można łatwo określić wprost, czas wstrzymania połączenia i ruchy użytkownika muszą zostać określone, aby pośrednio określić czas wstrzymania kanału. Mobilność użytkownika oraz kształt i rozmiar komórki powodują, że czas podtrzymania kanału ma inną funkcję dystrybucyjną niż czas trwania połączenia (czas podtrzymania połączenia). Ta różnica jest duża w przypadku wysoce mobilnych użytkowników i małych rozmiarów komórek. Ponieważ na czas utrzymywania kanału i czas trwania połączenia wpływa mobilność i rozmiar komórki, dla stacjonarnego MS i dużych rozmiarów komórek czas utrzymywania kanału i czas trwania połączenia są takie same.