Проектирование сетей стандарта сотовой связи GSM

Из графика видно, что коррелированный процесс имеет некоторую периодическую закономерность в отличии от процесса типа БШ.

Построим корреляционную функцию случайного процесса типа БШ

График корреляционной функции показан на рис.2.4 :

Рисунок 2.4-График корреляционной функции случайного процесса БШ

Для белого шума корреляционная функция должна быть дельта - функцией (в идеальном случае), в реальном случае же будут наблюдаться некоторые колебания функции относительно нуля.

Коэффициенты рассчитываются по значениям коэффициентов корреляции с помощью уравнений Юла - Уокера или по методу Левинсона - Дарбина. Порядок оценивается с использованием некоторого критерия. По критерию Барлетта можно полагать, что истинный порядок модели АР равен , если коэффициент модели АР -го порядка меньше величины . За порядок модели АР можно принимать значение , начиная с которого функция корреляции ошибок предсказания близка к нулю. АР модель обладает свойством минимизировать дисперсию ошибки предсказания. Поэтому за порядок модели можно принять такое , начиная с которого дальнейшее увеличение порядка не приводит к существенному уменьшению дисперсии ошибки предсказания.

Для белого шума корреляционная функция должна быть дельта - функцией (в идеальном случае), но реальном случае наблюдаем некоторые колебания функции относительно нуля.

Построим график корреляционной функции для коррелированного процесса АР,который представлен на рис.2.5:

Для белого шума корреляционная функция должна быть дельта - функцией (в идеальном случае), в реальном случае же будут наблюдаться некоторые колебания функции относительно нуля.

Рассчитаем выборочные значения коэффициентов АР из системы уравнений :

; = 0.4911;

; =-0.8650 ;

Произведем оценку СПМ используя выборочные значения коэффициентов АР :

;

График выборочного СПМ процесса АР изображен на рис.2.7:

Рисунок 2.7- График выборочного СПМ процесса АР

Рассчитаем дисперсию для коррелированного процесса и процесса типа БШ :

; =1.0078;

=4.3660;

Сравнив графики на рис.2.1и на рис.2.7 видим, что теоретический СПМ и выборочный СПМ совпадают, следовательно расчет произведен верно.

3 Нахождение статистических характеристик фонемы «К» в процессе ее кодирования и декодирования

3.1 Кодирование фонемы «К»

Кодирование фонемы осуществляется, при помощи программы "Кодер GSM", написанной в среде объектного программирования DELPHI. В программе реализован упрощенный алгоритм кодирования речи методом LPC - LTP - RPE(метод регулярного импульсного возбуждения - линейного долговременного предсказания - линейного кодирования с предсказанием), который применен в стандарте GSM. Исходный файл звука записан в формате wav. Далее построим графики: выборки фонемы, корреляционные функции фонемы на входе кодера и после блоков LPC,LTP и для параметрической спектральной плотности мощности. На вход кадра речи поступают, дискритизированные с частотой 8 кГц, отсчеты речи , разбитые на сегменты по 20 мс. На рис.3.1изображен график сигнала на входе кодера:

Рисунок 3.1-График сигнал на входе кодера

Далее на рис 3.2 представлен вид спектра сигнала на входе кодера.

На рис.3.2 изображен график спектра сигнала на входе кодера и для параметрической спектральной плотности мощности

Построим корреляционную функцию сигнала, поступающего на вход кодера [рис. 3.3].

Рисунок 3.3-График корреляционной функции на входе кодера

Итак, на рис 3.4 представлен вид сигнала, прошедшего кодер LPC:

Рисунок 3.4-График сигнала на выходе блока LPC

Далее на рисунке 3.5 представлен вид спектра сигнала на выходе кодера LPC:

Рисунок 3.5-График спектра сигнала на выходе блока LPC

На рис 3.6 продемонстрируем вид корреляционной функции сигнала на выходе LPC:

Рисунок 3.6-График корреляционной функции сигнала на выходе блока LPC

Выделенные оценки из , блоком LPC, преобразуются в и подаются на мультиплексор. Полученные оценки поступают на анализирующий РФ и формируют необходимую передаточную функцию . После пропускания через этот РФ остаток краткосрочного предсказания поступает на LTP анализатор. Для работы долговременного предсказателя производятся оценки основного тона и коэффициентов отражения РФ третьего порядка по остаткам предсказания .

Далее пронаблюдаем, какой вид имеет сигнал, а так же его параметры на выходе LTP.

Вид сигнала на выходе LTP представлен на рис 3.7:

Рисунок 3.7-График сигнала на выходе блока LTP

Изменения сигнала не заметны после прохождения блока LTP. Так как это блок долговременного предсказания.

Спектр сигнала на выходе LTP будет иметь вид представленный на рис.3.8:

Рисунок 3.8-График спектра сигнала на выходе блока LTP

Корреляционная функция сигнала на выходе LTP представлена на рис. 3.9:

Рисунок 3.9-График корреляционной функции сигнала на выходе блока LTP

3.2 Декодирование фонемы «К»

Для декодирования используем файл к.cod. Из канала связи данные с помощью демультиплексора распределяются по различным блокам декодера. На RPE декодер поступают номер последовательности , максимальное значение импульса выборки , представляющей собой прореженный остаток предсказания. Здесь отсчеты выборки масштабируются и дополняются нулями. Восстановленная таким образом выборка подается на LTP - синтезатор.

Итак, сигнал на входе блока LTP:

Рисунок 3.10-График сигнала на входе блока LTP

Спектр сигнала на входе LTP имеет вид:

Рисунок 3.11-График спектра сигнала на входе LTP

Корреляционная функция сигнала на входе LTP изображена на рис.3.12:

Рисунок 3.12-График корреляционной функции сигнала на входе LTP

Далее коэффициенты отражения на этот РФ поступают с демультиплексора через преобразователь коэффициента логарифма площади в по формуле:

.

Все коэффициенты отражения (для LPC и LTP) должны полностью совпадать с коэффициентами рассчитанными для кодера. Сигнал с выхода LPC - синтезатора для уменьшения шумов квантования поступает на пост-фильтр, на выходе которого получают декодированный речевой сигнал .

Итак, вид сигнала, полученного на выходе декодера имеет ,следующий вид [рис.3.13]:

Рисунок 3.13-График сигнала на выходе декодера

Спектр сигнала на выходе декодера изображен на рис.3.14:

Рисунок 3.14-График спектра сигнала на выходе декодера и для параметрической спектральной плотности мощности

Корреляционная функция сигнала на выходе кодера представлена на рис .3.15:

Рисунок 3.15-График корреляционной функции сигнала на выходе декодера

Подводя итог, можно сделать вывод: Сравнив рис.3.1 и рис.3.13 увидим, что сигнал на входе кодера и на выходе декодера имеет существенные сходства, следовательно процесс кодирования и декодирования был проведен успешно.

4 Расчет основных характеристик проектируемых сетей стандарта

GSM-1800 и NMT-900 и их сравнение

4.1 Характеристики проектированной сети

-площадь 800 км2 ;

-количество абонентов 90 000;

-активность абонента 0.023Эрл;

-вероятность блокировки 0.12;

-полоса частот 8 МГц;

-полоса частот занимаемая одним частотным каналом Fk=200 кГц(GSM) и

Fk=25 кГц(NMT);

-число абонентов на 1 частотный канал nа=8(GSM) и nа=1(NMT);

-высота антенны 20 м;

-усиление антенны 12дБ;

-мощность передатчика =1 Вт;

-защитное отношение С/Ш 9дБ;

-время в течении которого С/Ш на входе приемника будет меньше 10%;

-уровень случайных флуктуаций 10 дБ;

4.2 Расчет основных характеристик сетей стандарта GSM-1800

Вычислим общее число частотных каналов в сети по формуле:

Из формулы : где i и j - целые числа, причем i j

i=4; j=0

находим размерность кластера К=16 и антенны на БС с 120-градусными ДН (М=3;l=2). При этом относительное расстояние повторного использования частотных каналов равно : ;

Рассчитываем коэффициенты ,определяющие медианное значение затухания радиоволн на i-й трассе распространения помехи.В данном случае:

;

Определяем величины ,, :

;

;

;

Определяем среднее отношение сигнал/помеха на входе приемника:

;

Величина нижнего предела интеграла :

;

Используя таблицы, находим процент времени, в течение которого отношение сигнал/помеха на входе приемника МС будет находиться ниже защитного отношения 9дБ при выбранной размерности кластера (К=9)

;

Поскольку неравенство :

,

поэтому оставляем данную размерность и продолжаем расчет параметров

Итак, далее рассчитаем количество радиочастот для обслуживания абонентов в одном секторе ячейки:

Общее число каналов

Поскольку

;

то допустимая величина телефонной нагрузки в одном секторе одной соты:

;

Эрл

Число абонентов, обслуживаемых одной БС, при М=3 равно:

;

Число БС на обслуживаемой территории определяется по формуле :

;

Радиус соты в проектируемой ССПР :

;

км

Находим уровень мощности сигнала на входе приемника мобильной станции

дБВт

4.3 Расчет основных характеристик сетей стандарта NMT

Определяем общее число частотных каналов для проектируемой ССПР:

Из формулы : где i и j - целые числа, причем i j

i=3; j=1 находим размерность кластера К=13 и

Для базовых станций выбираем секторные антенны с 60-ти градусной ДН, при этом М=6 и l=1.

Коэффициент находим следующим образом:

Определяем величины ,, :

;

Определяем среднее значение отношения сигнал/помеха на входе приемника:

Находим величину нижнего предела интеграла в выражении по формуле :

Далее находим значение Q-функции :

и процент времени

При размерности кластера К=16, неравенство выполняется, поэтому оставляем данную размерность и продолжаем расчет параметров.

Итак, далее рассчитаем количество радиочастот для обслуживания абонентов в одном секторе ячейки:

Общее число каналов n0=ns*na=2*1=2.

Поскольку:

то допустимая величина телефонной нагрузки в одном секторе одной соты:

Эрл

Число абонентов, обслуживаемых одной БС, при М=6 равно:

Число БС на обслуживаемой территории :

Радиус соты в проектируемой ССПР :

км

Находим уровень мощности сигнала на входе приемника мобильной станции:

дБВт

По итогам расчетов сравнивая полученные характеристики спроектированных сетей сотовой связи стандартов GSM-1800 и NMT-900, можно заметить, что применение цифровой стандарт GSM обладает, более высокой, чем NMТ, помехоустойчивостью, позволяет построить ССПР с гораздо меньшим числом базовых станций (126 и 288).Каждая БС стандарта GSM обслуживает большее количество абонентов (711 и 312). Отсюда следует, что для заданных параметров сети, затраты на строительство ССПР GSM окажутся несколько меньшими, чем затраты на строительство NMT.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены характеристики сети стандарта GSM. Также была рассмотрена ее структура, принцип работы и услуги, которые система поддерживает. Было произведено генерирование случайного процесса, и построены графики, характеризующие спектры, авторегрессию и корреляционные функции процессов. Далее было рассмотрено кодирование и декодирование фонемы «K» в системе GSM, были приведены соответствующие графики, демонстрирующие вид сигнала и его характеристик в основных блоках схемы кодирования/декодирования. Далее была произведена сравнительная оценка эффективности систем GSM и NMT, в результате которой пришли к выводу, что затраты на строительство ССПР GSM окажутся несколько меньшими, чем затраты на строительство NMT.Так как в аналоговом стандарте сотовой связи NMT необходимо большее число БС. Главным преимуществом ССС GSM по сравнению с NMT является более широкая абонентская база, так как емкость системы подвижной радиосвязи является важнейшей характеристикой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM. "Электросвязь". N 10. 1993. с. 9-12.

2. M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.

3. A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.p.p.460.

4. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM."Электросвязь".N10.1993.с.9-12.

5. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994. p.p. 3.1-1 - 3.1-18.

6. Сукачев Э.А. Сотовые сети радиосвязи с подвижными объектами: Учебн пособие. - Изд. 2-е, испр. и дополн. - Одесса: УГАС, 2000. - 119с

7. Ю.А. Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронныхкоммуникаций. Том 48. "Эко-Трендз". Москва. 1994.

Страницы: 1, 2, 3, 4