Введение
Средисовременных систем мобильной радиосвязи наиболее стремительно развиваютсясистемы сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблемуэкономического использования выделенной полосы радиочастот путем передачисообщений на одних и тех же частотах и увеличить пропускную способностьтелекоммуникационных сетей. Эти системы построены в соответствии с сотовымпринципом разделения частот по территории обслуживания и предназначены дляобеспечения радиосвязью большого числа абонентов с выходом в ТфОП.
Использованиесовременных информационных технологий позволяет обеспечить абонентам такихсетей высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальностьсвязи, защиту от несанкционированного доступа в сеть и еще очень широкий набориных услуг. В настоящее время в сфере радиосвязи с подвижными объектами широкоиспользуются как аналоговые (NMT-450, NMT-900, AMPS и др.), так и цифровые стандарты(GSM-900, GSM-1800, GSM-1900, D-AMPS, и др.). Наиболее успешно развиваютсямобильные технологии, связанные со стандартом GSM. По отношению к другимцифровым стандартам сотовых систем подвижной связи GSM обеспечивают лучшие энергетическиеи качественные характеристики связи, самые высокие характеристики безопасностии конфиденциальности связи. Стандарт GSM, кроме того, предоставляет ряд услугсвязи, которые не реализованы в других стандартах сотовой связи.
Целью данногодипломного проекта является проектирование фрагмента сотовой системы связистандарта DCS-1800 оператора «Астелит» и оценка электромагнитной совместимостиданной системы.
1.Современные стандарты сотовых сетей связи
1.1 Описание и основныехарактеристики стандарта GSM
Использованиев странах Западной Европы целого ряда аналоговых стандартов сотовой связи, несовместимых друг с другом и имеющих значительные недостатки в сравнении сцифровыми стандартами, привело к необходимости разработки единогообщеевропейского цифрового стандарта сотовой связи GSM-900. Он обеспечиваетвысокое качество и конфиденциальность связи, позволяет предоставить абонентамбольшой набор услуг. Стандарт допускает возможность организации автоматическогороуминга. По состоянию на июль 1999 г. доля абонентов стандарта GSM-900составляла: в мире примерно 43%, в Западной Европе более 85%.
Стандарт GSMизвестен также под названиями DCS (Digital Cellular System) или PCN (PersonalCommunications Network), а также модификация стандарта GSM-900 для диапазона1800 МГц: стандарт GSM-1800. Стандарт GSM включает в себя наиболее полный наборуслуг по сравнению с другими.
Сотовые сетистандарта GSM изначально проектируются как сети большой емкости, рассчитанныена массового потребителя и предназначенные для предоставления широкого наборауслуг абонентам при пользовании связью как внутри зданий, так и на улице, в томчисле при передвижении на автомобиле [1–3].
В стандартеGSM используется TDMA, что позволяет на одной несущей частоте разместитьодновременно 8 речевых каналов. В качестве речепреобразующего устройстваиспользуется речевой кодек RPE-LTP с регулярным импульсным возбуждением искоростью преобразования речи
13 кбит/с.
Для защиты отошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточноекодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемеженияпри малой скорости перемещения MS достигается медленным переключением рабочихчастот в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду [2, 3].
Для борьбы синтерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванными многолучевымраспространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используютсяэквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов сосреднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Системасинхронизации оборудования рассчитана на компенсацию абсолютного временизадержки сигналов до 233 мкс. Это соответствует максимальной дальности связи 35 км(максимальный радиус соты).
Для модуляциирадиосигнала применяется спектрально-эффективная гуссовская частотнаяманипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи в данномстандарте осуществляется в рамках системы прерывистой передачи речи DTX(Discontinuous Transmission).
В стандартеGSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляетсяшифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).
В целом,система связи, действующая в стандарте GSM рассчитана на ее использование вразличных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг ивозможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщенийи данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общегопользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграциейслужб (ISDN).
Нижеприведены основные характеристики стандарта GSM [4, 5]:
- частотапередачи MS и приема BTS, МГц 890–915;
- частотаприема MS и передачи BTS, МГц 935–960;
- дуплексныйразнос частот приема и передачи, МГц 45;
- скоростьпередачи сообщений в радиоканале, кбит/c 270,833;
- скоростьпреобразования речевого кодека, кбит/c 13;
- ширинаполосы канала связи, кГц 200;
- максимальноеколичество каналов связи 124;
- видмодуляции GMSK;
- индексмодуляции BT=0,3;
- ширинаполосы пропускания предмодуляционного
гаусовскогофильтра, кГц 81,2;
- количествоскачков по частоте в секунду 217;
- максимальныйрадиус соты, км до 35;
- схемаорганизации каналов комбинированная TDMA/FDMA;
- требуемоеотношение несущая / интерференция 9 дБ.
Оборудованиесетей GSM включает в себя подвижные (радиотелефоны) и базовые станции, цифровыекоммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системыи устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется спомощью ряда интерфейсов. На структурной схеме (рисунок 1.1) показанофункциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM [5].
/>
Рисунок 1.1 – Структурная схема сетистандарта GSM
MS состоят из оборудования, которое предназначенодля организации доступа абонентов GSM к существующим сетям связи. В рамкахстандарта GSM приняты пять классов MS: от модели 1-го класса с выходной мощностьюдо 20 Вт, устанавливаемой на транспортных средствах, до модели 5-го класса смаксимальной выходной мощностью до 0,8 Вт (таблица 1.1). При передаче сообщенийпредусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающаятребуемое качество связи. MS и BTS независимы друг от друга.
Таблица 1.1 – Классификация подвижныхстанций стандарта GSMКласс модели
Максимальная мощность
передатчика, Вт Допустимые отклонения, дБ 1 20,0 1,5 2 8,0 1,5 3 5,0 1,5 4 2,0 1,5 5 0,8 1,5
Каждая MSимеет свой МИН – международный идентификационный номер (IMSI), записанный в еепамяти. Каждой MS присваивается еще один МИН – IMEI, который используется дляисключения доступа к сетям GSM с помощью похищенной станции или станции, необладающей такими полномочиями.
ОборудованиеBSS состоит из контроллера базовых станций BSC и собственно приемопередающихбазовых станций BTS [3–6]. Один контроллер может управлять несколькимстанциями. Он выполняет следующие функции: управление распределениемрадиоканалов; контроль соединения и регулировка их очередности; обеспечениережима работы с «прыгающей» частотой, модуляция и демодуляция сигналов,кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скоростипередачи речи, данных и сигналов вызова; управление очередностью передачисообщений персонального вызова.
ТранскодерТСЕ обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачи речи и данныхMSC (64 кбит/с) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу(13 кбит/с). Транскодер обычно располагается вместе с MSC.
Оборудованиеподсистемы коммутации SSS состоит из ЦК подвижной связи MSC, регистра положенияHLR, регистра перемещения VLR, центра аутентификации AUC и регистраидентификации оборудования EIR.
MSCобслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений MS. Он представляетсобой интерфейс между сетью подвижной связи и фиксированными сетями, такими какPSTN, PDN, ISDN, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функцию управлениявызовами. Кроме этого, MSC выполняет функции коммутации радиоканалов, к которымотносятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи приперемещении MS из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте припоявлении помех или неисправностей. Каждый MSC обслуживает абонентов,расположенных в пределах определенной географической зоны. MSC управляетпроцедурами установления вызова и маршрутизации. Для PSTN он обеспечиваетфункции системы сигнализации SS №7, передачи вызова или другие видыинтерфейсов. Также MSC формирует данные для тарификации разговоров, составляетстатистические данные, поддерживает процедуры безопасности при доступе к радиоканалу[5–7].
MSC такжеуправляет и процедурами регистрации местоположения и передачи управления вподсистеме базовых станций (BSC). Процедура передачи вызова в сотах,управляемых одним BSC, осуществляется этим BSC. Если передача вызоваосуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичноеуправление осуществляется в MSC. Также в стандарте GSM предусмотрена процедурапередачи вызова между контроллерами (сетями), относящимися к разным MSC.
MSCосуществляет постоянное слежение за MS, используя регистры: HLR (регистрположения или домашний регистр) и VLR (перемещения или гостевой регистр).
В HLRхранится та часть информации о местоположении какой-либо MS, которая позволяетMSC доставить вызов. Этот регистр содержит МИН подвижного абонента (IMS1),который используется для опознавания MS в центре аутентификации (AUC), а такжеданные, необходимые для нормальной работы сети GSM.
ФактическиHLR является справочной БД о постоянно зарегистрированных в сети абонентах. Вней содержатся опознавательные адреса и номера, а также параметры подлинностиабонентов, состав услуг связи, информация о маршрутизации, данные о роумингеабонента (включая данные о временном идентификационном номере aбoнента и соответствующемVLR) [6].
К данным,находящимся в HLR, имеют доступ все MSC и VLR сети. Если в сети имеетсянесколько HLR, в БД содержится только одна запись об абоненте, поэтому каждыйHLR представляет собой часть общей БД сети об абонентах. К HLR также могутполучать доступ MSC и VLR, относящиеся к другим сетям, с целью обеспечениямежсетевого роуминга.
Регистрперемещения (VLR) – это второе основное устройство, обеспечивающее контроль запередвижением MS из соты в соту. С его помощью достигается функционирование MSза пределами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессеперемещения MS переходит из зоны действия одного MSC в зону действия другого,то она регистрируется последним, т.е. в регистр перемещения заносится новаяинформация. VLR содержит такие же данные, как и HLR, но эти данные находятся вVLR только до тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой VLR.
В сетяхстандарта GSM соты группируются в географические зоны (LA), которымприсваивается свой идентификационный номер LAC. Каждый VLR содержит данные обабонентах в нескольких LA. При перемещении абонента из одной зоны в другую,данные о его местоположении автоматически обновляются в VLR. Если старая иновая LA находятся в зоне действия различных VLR, то данные на старом VLR стираютсяпосле их копирования в новый VLR. Текущий адрес VLR абонента, содержащийся вHLR, также обновляется.
Также VLR обеспечиваетприсвоение номера «блуждающей» подвижной станции (MSRN). Когда абонентпринимает входящий вызов, VLR выбирает его MSRN и передает на MSC, которыйосуществляет маршрутизацию этого вызова к BTS, в зоне действия которойнаходится абонент. Кроме того, VLR распределяет номера передачи управления припередаче соединений от одного MSC к другому, управляет распределением новыхTMSI и передает их в HLR, управляет процедурами установления подлинности вовремя обработки вызова. В целом VLR представляет собой локальную БД об абонентедля той зоны, где он находится, что позволяет исключить постоянные запросы вHLR и сократить время на обслуживание вызовов.
Дляисключения несанкционированного использования ресурсов ССС в нее введенымеханизмы аутентификации. Центр аутентификации (AUC) состоит из несколькихблоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяютсяполномочия абонента и осуществляется его доступ к сети. AUC принимает решения опараметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования на основе БД,находящейся в регистре идентификации оборудования (EIR).
Каждыйподвижный абонент на время пользования ССС получает стандартный модульподлинности абонента (SIM-карту), который содержит: IMSI, свой индивидуальныйключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (A3). С помощью информации,записанной в SIM-карте, в результате обмена данными между MS и сетью,осуществляется полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к сети.
Регистридентификации оборудования EIR содержит централизованную БД для подтвержденияподлинности МИН оборудования подвижной станции (IMEI). Если сеть имеетнесколько EIR, то каждый EIR управляет определенными группами номеров MS [5–7].
Центруправления и обслуживания (ОМС) обеспечивает управление элементами сети икачеством ее работы. В функции ОМС входит: регистрация и обработка аварийныхсигналов, устранение неисправностей (автоматически или посредствомобслуживающего персонала), проверка состояния оборудования сети и прохождениявызова MS, управление трафиком, сбор статистических данных, управление MS и BTSи др.
Центруправления сетью (NMC) обеспечивает техническое обслуживание и эксплуатацию науровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС (которые обеспечивают управлениерегиональными сетями). В функции NMC входит: управление трафиком в пределахвсей сети GSM, диспетчерское управление сетью в аварийных ситуациях (выход изстроя или перегрузка узлов), контроль состояния устройств автоматическогоуправления в оборудовании сети, отображение состояния всей сети на дисплееоператоров, управление маршрутами сигнализации и соединениями между узлами, контрольсоединений между GSM и PSTN и др.
В системахстандарта GSM имеются интерфейсы трех видов: для соединения с внешними сетями;между различным оборудованием сетей GSM; между сетью GSM и внешнимоборудованием. Они полностью соответствуют требованиям рекомендаций ETSI/GSM03.02.1.2 Описание сотовогостандарта CDMA
1.2.1Основные принципы CDMA
Дляпреодоления некоторых недостатков, распространенных в стандарте GSM,компаниям-производителям пришлось обратиться к принципиально другим цифровымсистемам, выполненным по технологии многостанционного доступа с кодовымразделением каналов (МДКР) или, как его называют во всем мире, CDMA (CodeDivision Multiple Access), которые используют шумоподобные сигналы с расширеннымспектром.
Технологиямультидоступа с кодовым разделением каналов, в основе которой лежитортогональное разделение сигналов, известна давно.
Сампринцип CDMA заключается в расширении спектра исходного информационного сигнала(в нашем случае речевого), которое может производиться двумя различнымиметодами, которые называются следующим образом: «скачки по частоте» и «прямаяпоследовательность».
Такназываемые «скачки по частоте» (или FH – Frequency Hopping) реализуютсяследующим образом: несущая частота в передатчике постоянно меняет свое значениев некоторых заданных пределах по псевдослучайному закону (коду),индивидуальному для каждого разговорного канала, через сравнительно небольшиеинтервалы времени. Приемник системы ведет себя аналогично, изменяя частотугетеродина по точно такому же алгоритму, обеспечивая выделение и дальнейшуюобработку только нужного канала. С помощью FH сейчас производятся попыткиулучшения технических характеристик узкополосных цифровых систем сотовой связи,в частности, GSM.
Второйметод «прямой последовательности» (или DS – Direct Sequence), которыйоснован на использовании шумоподобных сигналах и применяется в большинствеработающих и перспективных системах CDMA. Он предусматривает модуляциюинформационного сигнала каждого абонента единственным и уникальным в своем родепсевдослучайным шумоподобным сигналом (он-то и является в данном случае кодом),который и расширяет спектр исходного информационного сигнала. Тут сразу следуетотметить, что число вариантов таких кодов достигает нескольких миллиардов, чтопозволило бы создать персональную связь в масштабах нашей планеты. В результатепроведения описываемого процесса узкополосный информационный сигнал каждогопользователя расширяется во всю ширину частотного спектра, выделенного дляпользователей сети (база сигнала при этом становится много больше 1). Вприемнике сигнал восстанавливается с помощью идентичного кода, в результатечего восстанавливается исходный информационный сигнал. В то же самое время сигналыостальных пользователей для данного приемника продолжают оставатьсярасширенными и воспринимаются им лишь как белый шум, который является наиболее мягкойпомехой, в наименьшей степени мешающей нормальной работе приемника [3, 4].
1.2.2Отличия CDMA от других стандартов
Всистемах с частотным разделением каналов (как в FDMA, так и в TDMA) существуетпроблема так называемого «многократного использования» (reuse) частотныхканалов. Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции должныиспользовать разные каналы. Таким образом, если у БС 6 соседей (наиболее часторассматриваемый случай, при этом зону каждой БС можно представить какшестиугольник, а всё вместе выглядит как пчелиные соты), то количество каналов,которые может использовать эта БС в семь раз меньше чем общее количествоканалов в отведённом для сети диапазоне. Это приводит к уменьшению ёмкости сетии необходимости увеличивать плотность установки БС в густонаселённых районах.Для CDMA такой проблемы вообще нет. Все БС работают на одном и том же канале.Таким образом, частотный ресурс используется более полно. Ёмкость CDMA сети обычнов несколько раз выше, чем TDMA, и на порядок выше чем FDMA сетей.
CDMAэто практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразованияинформационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочастьаппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для другихгрупп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одноймикросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизивстоимость телефона.
Изминусов можно отметить необходимость использования достаточно широкой инеразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотногоресурса и большую сложность реализации данной технологии в «железе» [3–6].
ДостоинствамиCDMA являются:
– болеевысокое качество связи по сравнению с другими стандартами связи;
– болеевысокая скорость передачи данных и соответственно более широкие возможностииспользования CDMA терминалов;
– меньшееэнергопотребление терминалов что продляет срок работы без подзарядки;
– большаяемкость сети (более полное использование частотного ресурса);
– стандартCDMA (IS-95) более приспособлен к переходу к третьему поколению.
1.2.3 Технология мультидоступа
Причастотном разделении спектр передачи разделяется на участки, выделяемые дляразличных пользователей. Только этот метод может быть использован прианалоговой связи. На этом методе основаны все аналоговые стандарты сотовойсвязи: NMT, AMPS, TACS и др. Недостатки таких систем сейчас очевидны: плохаяпомехозащищенность и связанное с ней невысокое качество передачи речи,неэффективное использование дефицитного радиоспектра, отсутствие защиты отпрослушивания и т.д. Следует также сказать, что пик своего развития аналоговыесистемы прошли в 1993 году, после которого наблюдается устойчивое снижениечисла их абонентов. Самым же распространенным аналоговым стандартом в мире были пока остается AMPS. Два других метода используются при цифровой технологии и,как правило, в комбинации с частотным разделением. В случае мультидоступа свременным разделением каналов многочисленные абоненты передают свои сообщенияна одной и той же радиочастоте, но в разное время, что позволяет увеличитьобъем речевого трафика и получить ряд других преимуществ, характерных дляцифровых систем связи. На этом методе основаны такие узкополосные цифровыестандарты сотовой связи, как GSM и его разновидность DCS, а также D-AMPS,который стал логическим продолжением стандарта AMPS.
1.2.4Общая характеристика и принципы функционирования
Также и в стандарте CDMA передаваемая в эфире информация от базовой станции кмобильной или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонентпонимает только ту информацию, которая предназначена для него, т.е. русскийпонимает только русского, немец только немца, а остальная информацияотсеивается. Язык общения в данный момент является кодом. В CDMA этоорганизовано за счет применения кодирования передаваемых данных, если точнее,то за это отвечает блок умножения на функцию Уолша [4].
Вотличие от стандарта GSM, который использует TDMA (Time Division MultipleAccess – многостанционный доступ с кодовым разделением канала, т.е. несколькоабонентом могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в CDMA, но вотличие от CDMA, в разное время), стандарт IS-95 диапазон частот используетболее экономично.
CDMAназывают широкополосной системой и сигналы идущие в эфире шумоподобными.Широкополосная – потому, что занимает широкую полосу частот. Шумоподобныесигналы – потому, что когда в эфире на одной частоте, в одно и то же времяработают несколько абонентов, сигналы накладываются друг на друга (можнопредставить шум в ресторане, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая –потому, что при возникновении в широкой полосе частот (1,23 МГц) сигнала-помехи,узкого диапазона (
Ав стандарте GSM такое не получится. Из-за того, что GSM изначально самузкополосный. Ширина полосы, которая используется, равна 200 кГц.
/>
Рисунок1.2 – Полезный сигнал и помеха СDMA
СистемаCDMA фирмы Qualcom рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц. СистемаCDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основеиспользования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функцийУолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство салгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале).Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.
Вканалах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью (в каналахот базовой станции) и 1/3 (в каналах от подвижной станции), декодер Витерби смягким решением, перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса канала связисоставляет 1,25 МГц.
Встандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих сразными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижаетотрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей вкаждом канале приема на базовой используется 4 параллельно работающих коррелятора,а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающихкорреляторов позволяет осуществить мягкий режим «эстафетной передачи» припереходе из соты в соту [6–8].
Основныехарактеристики стандарта приведены в таблице 1.2.
Таблица1.2 – Основные характеристикистандартаХарактеристика Значение Диапазон частот передачи MS 824,040–848,860 МГц Диапазон частот передачи BTS 869,040–893,970 МГц Относительная нестабильность несущей частоты BTS
± 5*10-8 Относительная нестабильность несущей частоты MS
± 2,5*10-6 Вид модуляции несущей частоты QPSK(BTS), O-QPSK(MS)
Ширина спектра излучаемого cигнала:
– по уровню минус 3 дБ
- по уровню минус 40 дБ
1,25МГц;
1,50 МГц Тактовая частота ПСП М-функции 1,2288 МГц Количество каналов BTS на 1 несущей частоте
1 пилот-канал;
1 канал синхронизации;
7 каналов персонального вызова;
55 каналов связи Количество каналов MS
1 канал доступа;
1 канал связи
Скорость передачи данных:
– в канале синхронизации
– в канале перс. вызова и доступа
– в каналах связи
1200 бит/с;
9600, 4800 бит/с;
9600, 4800, 2400, 1200 бит/с Кодирование в каналах передачи BTS
Сверточный код R=1/2, К=9 Кодирование в каналах передачи MS
Сверточный код R=1/3, K=9
Требуемое для приема отношение энергии бита
информации 6–7 дБ Максимальная эффективная излучаемая мощность BTS 50 Вт Максимально эффективная излучаемая мощность MS 6,3–10 Вт
Мягкийрежим «эстафетной передачи» происходит за счет управления подвижной станциейдвумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основногооборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станцийпоследовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому,что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывнойкоммутации и последующего «склеивания» кадров, принимаемых разными базовымистанциями, участвующими в «эстафетной передаче».
Протоколыустановления связи в CDMA, так же как в стандартах AMPS основаны наиспользовании логических каналов.
1.3 Обзорстандартов мобильных сетей третьего поколения (3G)
1.3.1Основные возможности мобильных сетей третьего поколения
Термин 3G,принятый мировым сообществом для обобщенного обозначения следующего поколениямобильных сетей и их возможностей. Таких как, повышенная ёмкость ифункциональность, обеспечивающая новейшие услуги и приложения, включающиемультимедиа. Сети третьего поколения (3G) отличаются от сетей второго поколения(2G), таких как например GSM и переходного поколения (2.5G), таких как напримерGPRS – гораздо большей скоростью передачи данных, а также более широким набороми высоким качеством предоставляемых услуг.
1.3.2 Семейство систем IMT-2000
(InternationalMobile Telecommunications – 2000) это рекомендации, разработанные МеждународнымИнститутом Электросвязи (ITU), касающиеся вопросов использования частотногоспектра и технических особенностей для всего семейства стандартов третьегопоколения. Рекомендации описывают пути эволюции существующих в мире стандартов второгопоколения в стандарты третьего поколения.
Согласнорекомендациям ITU определено пять стандартов мобильной связи третьегопоколения. Вместе эти пять стандартов образуют IFS (IMT-2000 Family of Systems)– семейство систем IMT-2000 (рисунок 1.3) [8].
/>
Рисунок 1.3 –Семейство систем IMT-2000
С учётомспецифики существующих в мире на сегодняшний день сетей сотовой связи былиразработаны варианты миграции этих сетей в сети третьего поколения, показанныена рисунке 1.4.
/>
Рисунок 1.4 –Миграция стандартов сотовой связи в сети третьего поколения
IMT-2000обеспечивает [15–8]:
- высокуюскорость передачи данных как внутри помещений, так и на открытой местности;
- симметричнуюи асимметричную передачу данных;
- поддержкуканальной и пакетной коммутации для обеспечения таких сервисов, как InternetProtocol (IP) и Real Time Video;
- высокоекачество голоса, не уступающее качеству голоса при передаче по проводной линии;
- большуюкомпактность спектра и более эффективное его использование;
- возможностьглобального роуминга.
Программа IMT-2000базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем третьегопоколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должныобеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степенеймобильности абонента (т.е. разных скоростей его движения) в зависимости от величинызоны покрытия:
- до2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальнойзоне покрытия;
- до144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;
- до 64(144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).
Что жекасается набора услуг, то он фактически приближается к предоставляемому в сетяхфиксированной связи. Это и высокоскоростной доступ в Internet, и мультимедиа.Очевидно, что достижение таких высоких скоростей при ограниченном частотномресурсе и работе в каналах с замираниями потребует разработки принципиальноновых подходов к построению радиоинтерфейса.
Архитектурасистем будущего включает два основных элемента: cетевую инфраструктуру (AccessNetwork) и магистральные базовые сети (Core Network). Такая структураобеспечивает возможность наращивания инфраструктуры путем последовательноймодификации ее составных элементов, но чтобы гарантировать работу сетей вдолгосрочной перспективе, необходимо помнить об абонентской части архитектуры –терминалах, которые за счет изменяемой конфигурации должны удовлетворятьтребованиям многих стандартов.
В борьбе залидерство при принятии мировых стандартов третьего поколения образовались двалагеря, оформившиеся в виде двух партнерских объединений: 3GPP и 3GPP2.
Впервое объединение – 3GPP – входят ETSI (Европа), ARIB (Япония), Комитет T1(США), а также три региональных органа стандартизации от Азиатско-Тихоокеанскогорегиона – CWTS (Китай), TTA (Корея) и TTC (Япония). Важно отметить, что совместныепозиции ETSI и ARIB должны упрочиться с внедрением экспериментальных сетей набазе WCDMA, активно разрабатываемых с участием компаний DoCoMo, Ericsson иNokia.
Основнойвклад партнерства 3GPP в программу IMT-2000 – гармонизация пяти проектов: UTRAFDD (ETSI), WCDMA (ARIB), WCDMA NA (T1P1, США), WIMS (TR-46.1, США) и CDMA II(TTA). Его участники намерены предложить два варианта радиоинтерфейса. Первый –IMT-DS (IMT-2000 Direct Spread) – построен на базе проектов WCDMA (UTRA FDD) спрямым расширением спектра (DS-CDMA) и частотным дуплексным разносом (FDD),ориентированным на использование в парных полосах частот.
Другойтип радиоинтерфейса – IMT-TC (IMT-2000 Time-Code), представленный этимобъединением в МСЭ, основан на кодово-временном разделении каналов TDMA/CDMA свременным дуплексным разносом (TDD) и предназначен для организации связи внепарных полосах частот. IMT-TC фактически представляет собой чисто формальноеобъединение двух различных технических решений – европейского предложения UTRATDD и китайского TD-SCDMA.
1.3.3 Стандарт третьегопоколения IMT-MC (IMT-2000 Multi Carrier)
IMT-MC иногдаупоминается как MC-CDMA или CDMA2000 1X или CDMA 1xRTT.
IMT-MC этостандарт 3-го поколения, в который могут мигрировать существующие сети первогои второго поколений, использующие технологию кодового разделения доступа – CDMA,а так же сети первого поколения, использующие технологию частотного разделениядоступа – FDMA и спецефические сети второго поколения – PDC, получившие широкоераспространение в Японии. К этим сетям относятся: IS-95A, он же CDMAOne; IS-95B; IS-2000; NMT; PDC.
IMT-MCявляется стандартом с гибридным методом доступа, который позволяет повыситьспектральную эффективность и помехозащищенность радиосистемы.
IMT-MC– по сути представляет собой модификацию многочастотной системы cdma2000, вкоторой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта CDMAOne(IS-95). Увеличение пропускной способности реализуется за счет одновременнойпередачи сигналов на нескольких несущих с частотным дуплексным разносом,предполагается работа в непарных полосах частот [6, 7].
1.3.4 Стандарт 3-го поколенияIMT-DC (IMT-2000 Direct Spread)
IMT-DC иногда упоминается как WCDMA (Wideband CDMA) или как UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
IMT-DC – этостандарт 3-го поколения, в который могут мигрировать существующие сетипереходного поколения 2.5G.
К этим сетямотносятся:
– GSM-GPRS;
– GSM-EDGE,(могут упоминаться как E-GPRS).
ОрганизацияETSI традиционно участвует в разработке систем сотовой связи для массовогоиспользования. На этот раз ее вкладом в создание систем 3-го поколения сталапрограмма UMTS, базирующаяся на успешном опыте разработки и внедрения системGSM и DECT.
В этойпрограмме однозначно определено, что UMTS – это глобальная система, включающаякак земные, так и спутниковые сети. Диапазон ее возможностей и областейприменения необычайно широк. Она отличается от GSM и других систем 2-гопоколения широким спектром услуг передачи речи с высоким качеством(сопоставимым с качеством при фиксированной связи) и мультимедиа приконкурентоспособных ценах на эти услуги. UMTS позволяет организовать полноевзаимодействие с системами GSM и модификациями этого стандарта (GPRS и др.),что обеспечит сохранность инвестиций, сделанных в работающие сейчас сети.
В связи с тем,что стандартизация UMTS в настоящее время происходит только в области выборачастотного диапазона и структуры радиоинтерфейса, различные компании предлагаютсамостоятельные технические решения.
В рамках ETSIбыло рассмотрено пять базовых концепций радиодоступа для систем 3-го поколения:a-концепция (WB-CDMA), базирующаяся на FMA2 и предложениях ряда японских фирм,b-концепция (OFDMA), g-концепция (WB-CDMA), основанная на FMA1 без расширенияспектра, d-концепция (WB-TD-CDMA) на основе FMA1 с использованием спектра расширенияи j-концепция (ODMA) (таблица 1.3).
Таблица 1.3 –Основные характеристики радиодоступа систем на базе UMTSМетод доступа WB-CDMA (концепция a) OFDMA (концепция b) WB-TDMA (концепция g)
WB-TD-CDMA
(концепция d)
ODMA
(концепция e) Разнос несущих DS-CDMA SFH-TDMA, OFDM TDMA TDMA/CDMA CDMA/TDMA Скорость в радиоканале 4,4–5,2 МГц (шаг 200 кГц) 100 кГц (24 несущие) 1,6 МГц 1,6 МГц 1 и 4 МГц
ПроведенноеETSI в начале 1998 г. голосование по выбору проекта среди стран Европы непозволило выявить абсолютного победителя. Установленный при голосовании порогпринятия решений в 71% голосов ни одним из претендентов превышен не был. Но дветехнологии из пяти получили наибольшее признание: WB-CDMA для парных частотныхполос и TD-CDMA для непарных полос. Они и легли в основу спецификации UTRA,представленной в МСЭ [7].
1.3.5Различия между WCDMA (IMT-DC) и TD-CDMA (IMT-TC)
WCDMAпродвигали в первую очередь Ericsson (все мы помним, какую сенсацию произвелолетом прошлого года сообщение о том, что Ericsson уже несколько лет проводитизыскания в области CDMA) и Nokia. Вокруг TD-CDMA сложилось свое сообществокомпаний, в состав которого входят такие гиганты, как Motorola, Siemens,Alcatel, Bosch, Italtel, Nortel и Sony. Технические аспектытехнологий-фаворитов рассматриваются во врезках «Широкополосный CDMA» и «РадиоинтерфейсTD-CDMA».
Согласнопроцедурным правилам, принятым ETSI, для утверждения в качестве стандартнойтехнология должна была набрать 71% голосов участников собрания. Преодолеть этотбарьер не смогли ни WCDMA, ни TD-CDMA: первая получила чуть больше 61%, вторая –несколько меньше 39% голосов. Поэтому было принято компромиссное решение,согласно которому в UTRA технология WCDMA должна применяться для парныхчастотных полос (FDD, Frequency Division Duplex), а TD-CDMA – для непарныхчастотных полос (TDD – Time Division Duplex).
С точкизрения пользователя, это означает, что для связи с мобильными пользователями,перемещающимися вне зданий, будет использоваться WCDMA, а для фиксированныхпользователей и для связи внутри зданий – TD-CDMA. Согласно требованиямстандарта UTRA, мобильные абонентские терминалы должны поддерживать оба режима,TDD и FDD.
Одним изважнейших положений, связанных со стандартом нового поколения, являетсянедопустимость отказа от построенной в Европе развитой инфраструктуры сетейGSM. С этой точки зрения, технология TD-CDMA имеет определенные преимущества.Что же касается WCDMA, здесь, по-видимому, совместимость с GSM предполагаетсяобеспечивать за счет использования комбинированных абонентских терминалов,поддерживающих обе технологии радиоинтерфейса; это может привести к удорожаниюмобильных телефонов. Именно в том, чтобы не допустить подорожания абонентскихустройств, состоит еще одно требование к UTRA и IMT-2000. Напротив, ставитсязадача стирания грани между мобильной и фиксированной телефонной связью; вперспективе, не должно быть никакой разницы между мобильным и домашним телефонами.
2. Анализвопросов проектирования сотовой системы связи стандарта DCS-1800 оператора«Астелит»
2.1 Расчетвеличины дуплексного разноса между частотными каналами
Величинадуплексного разноса определяется соотношением [6]
/> = />-/> = />-/>, (2.1)
где />, /> – верхняя (максимальная)частота поддиапазонов частот, выделенных для работы ССС;
/> и /> – нижняя (минимальная)частота этих же поддиапазонов.
/> = 1805–1710 = 1815,8–1720,8= 95 МГц.
2.2 Расчетобщего числа частотных каналов
Общее числоканалов в ССС /> определяетсяформулой [6]
/> = />, (2.2)
где /> – целая часть числа />.
/> = /> = 72.
Для СССнеобходимо выделение 72-х каналов.
2.3 Расчетразмерности кластера
Размерностькластера /> (частотного параметра)можно определить, используя соотношение [6]
/>, (2.3)
котороеопределяет процент времени />, втечение которого отношение сигнал / взаимная помеха /> на входе приемника будетменьше допустимого значения. Интеграл (2.3) является табулированной Q –функцией.
Нижний пределинтегрирования в (2.3) определяется соотношением
/>, (2.4)
где /> – минимально допустимаявеличина отношения сигнал / взаимная помеха, дБ;
/> – определяетсявыражением
/>. (2.5)
В своюочередь значения /> и /> определяются формулами
/>;
/>, (2.6)
где /> – параметр, определяющийдиапазон случайных флуктуаций уровня сигнала в точке приема (для сотовых систем/>=6…12 дБ), по техническомузаданию />=8 дБ [6–8];
/>.
Значения /> и />от вида диаграммнаправленности антенн, используемых на БС (круговая или секторная).
Прииспользовании антенн с круговой ДНА (/>) исекторными ДНА (/> и />) значения /> составляют 6, 2 и 1соответственно. Величина /> определяетсобой количество «мешающих» базовых станций, расположенных в соседнихкластерах, а /> – величину, обратнуюотношению мощности сигнала к мощности помех, создаваемых />-той «мешающей» станцией.
Как известно,приближенное значение отношения сигнал / взаимная помеха по мощности (/>) определяется соотношением
/>, (2.7)
где /> – расстояние от АС до«мешающей» БС;
/> – радиус соты;
/> – параметр затуханиярадиоволн. При распространении радиоволн в свободном пространстве />=2, для сотовых системсвязи 2=4.
Отношениесигнал / взаимная помеха + шум по мощности на входе приемника АС в общемслучае определяется соотношением [6–8]
/>, (2.8)
где /> — мощность собственныхшумов;
/> — мощность взаимных помехот />базовых станций, расположенныхв соседних кластерах и работающих на частоте приема АС. Если пренебречьвеличиной /> по сравнению с />(т. к. обычно />), то соотношение (2.8)можно преобразовать к виду [6]:
/>/>. (2.9)
Т.к. /> (/> — расстояние от АС дообслуживающей ее БС), />(/> – расстояние от АС добазовых станций, расположенных в соседних кластерах и работающих на частотеприема АС), то соотношение (2.9) можно преобразовать к виду
/>. (2.10)
Если БСустановлены в центрах ячеек (сот), то
/>.
Если БСоборудованы секторными антеннами (/>) иустановлены в общих углах каждой из тройки сот (сотовые решетки вида 3/9, 4/12или 7/21), то
/>.
Значения /> для предварительныхприближенных расчетов можно взять одинаковыми и равными защитному промежутку />, который, в свою очередь,определяется соотношением
/>.
Для болееточного определения расстояний между АС и базовыми станциями (/>), работающими насовпадающих частотах, необходимо использовать геометрические моделитерриториального размещения этих БС. С помощью геометрических моделей легковыразить защитное расстояние /> черезвеличину радиуса соты или через относительное защитное расстояние
/>.
Значения /> определяются соотношением
/>. (2.11)
Полученныезначения /> используются для определения/>, /> и среднего значенияотношения сигнал / взаимная помеха на входе приёмника АС:
/>. (2.12)
Величина нижнегопредела интегрирования в выражении (2.3) определяется соотношением
/>. (2.13)
Зная величину/>, по таблице значений />-функций находим процентвремени />, в течение которогоотношение сигнал / помеха на входе приёмника АС при выбранной размерностикластера /> будет ниже допустимой величиныr0.
Есливыполняется неравенство />, тополученное значение частотного параметра /> удовлетворяетзаданным требованиям [6].
Если же />, то необходимо искатьновое значение размерности кластера.
Используягеометрические модели размещения БС с круговыми ДНА для С = 3, 4, 7, 9 найдем значения/>, выраженные через величинурадиуса соты R, значения относительного защитного расстояния q, и посоотношению (2.11) определим коэффициенты /> длякаждого частотного параметра С.
Геометрическиемодели размещения БС приведены на рисунках 2.1 – 2.3.
/>
а – для размерности кластера С=3; б – для размерностикластера С=4
Рисунок 2.1 – Геометрическая модель размещения БС с круговыми ДНА
/>
Рисунок 2.2 – Геометрическая модель размещения БС с круговыми ДНАдля размерности кластера С=7
/>
Рисунок 2.3 – Геометрическая модель размещения БС с круговыми ДНАдля размерности кластера С=9
Определяемзначения защитного расстояния /> изначения коэффициентов /> для С = 3:
/>; />;
/>; />;
/>; />.
/>; />;
/>; />;
/>; />.
Определяемзначения защитного расстояния /> изначения коэффициентов /> для С =4:
/>; />;
/>; />;
/>; />.
/>; />;
/>; />;
/>; />.
Определяемзначения защитного расстояния /> изначения коэффициентов /> для С =7:
/>; />;
/>;
/>;
/>; />.
/>; />;
/>; />;
/>; />.
Определяемзначения защитного расстояния /> изначения коэффициентов /> для С =9:
/>; />;
/>; />;
/>;
/>.
/>; />;
/>; />;
/>; />.
Приведемрасчеты для размерности кластера С=7 и антенн БС с диаграммаминаправленности />, /> и />.
Посоотношению (2.6), формулам (2.5) и (2.4) определяем параметры />, />, /> и нижний предел интегрированияХ.
/>;
/>
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
/>;
/>.
/>.
/>;
/>;
/>.
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
Приведемсводную таблицу расчетов значений параметров для размерностей кластера С = 3, 4,7, 9 для разных диаграмм направленностей антенн базовых станций – />, /> и />.
Достоинствамииспользования С = 7 и С = 9 перед С =3 и С = 4являются меньшие влияния мешающих базовых станций, а как следствие более низкаявероятность ошибки, но при этом расширяется используемый диапазон частот иуменьшается число каналов обслуживаемых одной БС. Использование антенн с ДНА /> снижает число «мертвых»(закрытых) зон, увеличивает устойчивость связи, но при этом, сравнивая сантеннами с ДНА />, требуетсябольшее число БС, большее число линий связи между БС и ЦС и следовательноувеличение расходов на размещение большего числа БС.
Исходя изсоображений показателей качества связи и экономической эффективности дляпроектируемой для сотовой системы связи выбираем размерность кластера />=7, а диаграмму направленностиантенн БС />.
Сравниваяпараметры />, />, />, />, и проверяя выполнениенеравенства /> можно сделать выводы отом, что требуемому условию удовлетворяют /> прииспользовании антенн с ДНА />. Дляразмерности кластера /> неравенство /> выполняется в случаях,когда ДНА составляет /> (/>).
Сводныеданные расчетов частотного параметра С занесены в таблицу 2.1.
По табличнымзначениям интеграла вероятности [6] находим значения />-функций для каждого случаяДНА базовой станции и определяем процент времени />,в течение которого отношение сигнал / помеха на входе приёмника АС привыбранной размерности кластера /> будетниже допустимой величины r0.Таблица 2.1 – Сводная таблица расчетов частотного параметра СРазмерность кластера / ДНА
/>
/>
/>
/>
/>
/>
С=3
/> 41,669 10,28 0,316 –0,292 – –
/> 52,277 10,783 0,013 0,994 0,1611 16,11
/> 64,000 11,314
/> 1,422 0,0778 7,78
С=4
/> 40,946 10,244 0,085 0,263 0,3974 39,74
/> 51,880 10,765
/> 1,308 0,0838 8,38
/> 64,000 11,314
/> 1,692 0,0455 4,55
С=7
/> 36,259 10,013 0,027 0,764 0,2236 22,36
/> 52,585 10,797
/> 1,597 0,0559 5,59
/> 64,000 11,314
/> 2,016 0,0222 2,22
С=9
/> 37,232 10,061 0,019 0,908 0,1635 16,35
/> 51,533 10,749
/> 1,767 0,0392 3,92
/> 64,000 11,314
/> 2,064 0,0197 1,97
/>; />.
Для дальнейшихрасчетов ССС принимаем С = 7, />, М= 1, Ns=3 – число секторов.
2.4 Расчетчисла каналов
Число каналовв одном секторе зоны обслуживания БС определяется соотношением [8–10]
/>, (2.14)
где /> – число секторов. /> = 3 для ДНА с />.
/>/>.
При расчетечисла каналов в одном секторе зоны обслуживания нельзя округлять полученноезначение до целого в меньшую сторону, поскольку это в дальнейшем приведет кухудшению качества связи.
2.5 Расчетдопустимой телефонной нагрузки
Величинадопустимой телефонной нагрузки в одном секторе или в зоне одной БС с круговойДНА определяется соотношением [8–10]
/>, если />, (2.15)
/>, если />, (2.16)
где />;
/> – число абонентов,которые могут работать на одной несущей. В частности, в системе GSM-1800 наодной несущей организуется 8 временных каналов, т.е. />=8;
/> – вероятность отказа вобслуживании абонента, значение которой указано в техническом задании. /> = 8% = 0,08. Величина этойвероятности определяется формулой Эрланга [9]
/>.
Определим />. Поскольку выполняетсяусловие
/>,
т.е. />, то расчет допустимойнагрузки будет производиться по формуле (2.15).
/>.
Полученноезначение допустимой телефонной нагрузки совпадает с табличным значением интегралавероятности [6].
2.6 Расчетчисла абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией
Числоабонентов, обслуживаемых одной базовой станцией, зависит от числа секторов,допустимой телефонной нагрузки и активности абонентов:
/>, (2.17)
где /> – вероятность активностиабонента;
/> – число секторов. /> = 3 для ДНА с />, как уже говорилось выше.
/>.
2.7 Расчетнеобходимого числа базовых станций
Необходимоечисло базовых станций на заданной территории обслуживания определяетсясоотношением
/>, (2.18)
где /> – заданное числоабонентов, которые должны обслуживаться на территории заданной площади.
/>.
2.8 Расчетрадиуса зоны обслуживания базовой станции
Величинурадиуса соты можно определить из соотношения
/>,
откуда
/>. (2.19)
/>.
2.9 Расчетвеличины защитного расстояния
Величиназащитного расстояния между одинаковыми частотными каналами определяетсясоотношением
/>.
/>.
2.10Определение мощности передатчика базовой станции
Необходимуюмощность передатчика БС (/>, дБВт) можноопределить, используя соотношение
/>, (2.20)
где /> – чувствительностьприемника АС, дБВт;
/>, /> – коэффициенты усиленияантенн БС и АС соответственно, дБ;
/>, /> – коэффициенты,учитывающие потери в антенно-фидерном тракте БС и АС соответственно, дБ;
/>, /> – высота антенны БС и АСсоответственно, м;
/> – расстояние от АС дообслуживающей ее БС.
Значение /> для всех вариантовразмещения БС, кроме />варианта «сотовыхрешеток», для которого, />, км;
/> — средняя частотадиапазона, выделенного БС, МГц;
/> – нижний пределинтегрирования в выражении (2.3);
/> – параметр, определяющийдиапазон случайных флуктуаций принимаемого сигнала, дБ.
Посколькуантенна АС всенаправленная, маловысотная (обычно высота антенны порядка 1,5 м),имеет небольшой коэффициент усиления (0–2 дБ), то для упрощения расчетов можносчитать, что />, />.Кроме того, можнопренебречь потерями в антенно-фидерных трактах БС и АС (/>, />). С учетом изложенногосоотношение (4.20) можно записать в виде
/> (2.21)
/>
Полученнаямощность соответствует реальным мощностям базовых станций проектируемогостандарта ССС.
2.11Расчет вероятности ошибки
Дляопределения вероятности ошибки, когда АС находится на границе зоны обслуживанияБС, следует использовать соотношение
/>, (2.22)
где значениекоэффициента затухания радиоволн /> необходимобрать равным 2, что обеспечивает учет наихудшего варианта влияния взаимныхпомех, (вариант предполагает распространение помех в свободном пространстве).
/>/>.
Полученнаявероятность ошибки маленькая, даже с учетом того, что это наихудший вариант.Повысить ее можно, повысив значение частотного параметра />, но это приведет красширению используемого диапазона частот и к уменьшению числа каналов,обслуживаемых одной БС.
2.12 Плантерриториального распределения базовых станций
Плантерриториального распределения базовых станций можно представить в виде кругарадиусом /> (см. рис. 2.4).
/> км.
Величинаповторного использования частот определяется соотношением
/>; (2.23)
/>.
Эта величинаможет быть различна для БС с различными номерами. Приведенная формулаопределяет среднее значение повторного использования частот.
На рисунке 2.4в кружочках в вершинах шестиугольных сот представлены номера БС.
2.13 Планраспределения частотных каналов
Прификсированном распределении каналов за каждым сектором БС закрепляется наборчастотных каналов с номерами
/>, (2.24)
где />;
/> для />;
/>.
3. Оценка электромагнитной совместимости сотовой системы связи«Астелит»
3.1 Модели, используемые при анализе интермодуляционного влияниямежду РЭС различных систем сотовой связи
3.1.1 Общие принципы формирования интермодуляционных помех в сетяхподвижной радиосвязи
Назначение частот радиоэлектронным средствам систем подвижнойрадиосвязи различных стандартов осуществляется таким образом, что исключаетсявозможность создания помех по основным каналам приема. Все операторы подвижнойрадиосвязи в каждом из регионов Украины имеют «свои» частоты для планированиясетей, которые не пересекаются с частотами других операторов. В результатеэтого в любом регионе передатчик РЭС одного оператора не может быть настроен начастоту приема РЭС другого оператора. Таким образом, все операторы могутнезависимо друг от друга производить планирование своих сетей, будучиуверенными, в том, что по основному каналу приема они никому не будут создаватьпомех, а также в том, что они ни от кого их не будут принимать. Все возможные помехипо основному каналу приема могут быть только внутрисистемными, т.е.образованными РЭС того же оператора. Возможными причинами такого является илиплохое планирование сети или недостаток частотного ресурса у оператора, когдаон сознательно идет на некоторое ухудшение характеристик радиоканала с цельюобеспечение большего покрытия или большей емкости сети при ограничении наиспользуемый частотный ресурс.
Однако даже при полном не перекрывающемся распределении частотмежду операторами все равно остается потенциальная возможность создания каквнутрисистемных, так и межсистемных помех. Причина этого не идеальностьхарактеристик радиооборудования, а именно передатчиков и приемников базовых иабонентских станций. Результатом этой не идеальности являются такие эффекты какинтермодуляция в передатчике и в приемнике, а также блокирование приемника припопадании на его вход больших уровней сигналов. Таким образом, простоеразделение частот между операторами не является достаточным условием для того,чтобы исключить межсистемные помехи. Для того чтобы быть уверенным в том, чтоусловия ЭМС будут выполняться необходимо в каждом конкретном случае присвоениярабочих частот РЭС производить расчет с учетом всех работающих в этом районеРЭС. Однако могут существовать определенные диапазоны частот или группы частотвнутри диапазонов, использование которых лишь в малой мере будет влиять наработу определенных РЭС в рассматриваемом районе, в смысле созданияинтермодуляционных помех. Таким образом, вопросы формирования интермодуляционныхпомех третьего порядка и помех по блокированию приемников на примере сетейподвижной радиосвязи стандарта GSM в диапазоне 900 МГц.
3.1.2 Общий перечень возможных сценариев формирования помех
При анализе внутрисистемных и межсистемных помех будем рассматриватьдва основных механизма их возникновения: интермодуляция в приемнике иблокирование приемников. Оба этих механизма необходимо учитывать прирассмотрении каждого из сценариев формирования помех. Для определения общегоперечня возможных сценариев формирования помех необходимо рассмотреть частотныепланы систем подвижной радиосвязи, которые работают в Украине в диапазоне 800 и900 МГц. А именно системы подвижной радиосвязи стандартов GSM, CDMA и D-AMPS.Исходя из анализа частотного плана, можно предложить следующий переченьвозможных сценариев формирования помех, которые необходимо рассмотреть в даннойработе:
– помехи от базовых станций (БС) GSM в направлении мобильных станций(МС) GSM;
– помехи от МС GSM в направлении БС GSM;
– помехи от БС CDMA и D-AMPS в направлении БС GSM.
Для проведения анализа влияния одних РЭС на другие в соответствиис перечисленными сценариями необходимо знание технических характеристикпередатчиков и приемников базовых и мобильных станций взаимодействующих систем.С целью упрощения разработки методики расчетов и непосредственного проведениярасчетов определим параметры приемников и передатчиков типичных базовых имобильных станций на основе характеристик соответствующих станций стандартаGSM. Ниже приводятся технические характеристики РЭС стандарта GSM. Для РЭСдругих стандартов, в случае если их параметры отличаются от параметров РЭСстандарта GSM, по тексту будут приведены отличия.
3.1.3 Технические характеристики РЭС, необходимые для проведениярасчетов
Технические характеристики БС
Характеристики передатчика:
– мощность передатчика – 20 Вт (43 дБм);
– коэффициент усиления антенны в направлении максимального излучения– 15 дБ.
Маска спектра излучения стандарта GSM приведена в таблице 3.1.Маски спектра излучения БС других стандартов в данной работе не приведены, таккак они необходимы для расчета влияния БС на МС своего стандарта, а в спискевозможных сценариев присутствует подобная задача только для стандарта GSM.Полоса частот в которой проводятся измерения побочных излучений составляет 30кГц при расстройках до 1800 кГц от центральной частоты излучения и 100 кГц прирасстройках превышающих 1800 кГц.
Таблица 3.1 – Маска спектра излучения стандарта GSM
Расстройка относительно центральной частоты
излучения, кГц 100 200 250 400 600–1200 1200–1800 1800–6000 Свыше 6000 Уровень излучения относительно уровня основного излучения, дБ или абсолютный уровень излучения, дБм 0,5 -30 -33 -60 -27 -30 -32 -80
Интермодуляционные излучения передатчика в пределах расстроек до 6МГц относительно центральной частоты настройки не должны превышать пределы,указанные в таблице 3.1. При превышении величины расстройки относительноцентральной частоты настройки передатчика значения 6 МГц, но в пределах полосычастот выделенной для работы передатчиков данного стандарта (935–960 МГц длястандарта GSM, 869–894 МГц для стандартов CDMA и D-AMPS) мощность побочного(интермодуляционного) излучения измеренного в полосе 300 кГц не должнапревышать абсолютных значений: — 36 дБм или -70 дБ относительно мощностиосновного излучения. За пределами полос предназначенных для работы передатчиковданного стандарта действительны общие требования к побочным излучениямпередатчиков РЭС систем подвижной радиосвязи, в соответствии с которымимощность побочных излучений передатчиков ограничена абсолютными величинами -36дБм в полосах частот от 9 кГц до 1 ГГц и -30 дБм в полосах частот от 1 ГГц до 12.75ГГц.
Характеристики приемника:
– чувствительность приемника: 104 дБм для GSM; -112 дБм для БС D-AMPS;-96 дБм для БС CDMA;
– коэффициент усиления антенны в направлении максимального излучения– 15 дБ.
Уровни блокирования приемника определяются таблицей 3.2. Дляопределения уровней блокирования приемника вводятся понятие полос in-band иout-band. Для приемников БС стандарта GSM полоса in-band определяется как 870–925МГц. Для стандартов CDMA и D-AMPS полоса in-band, по аналогии, может бытьопределена как 804–859 МГц. Полосы частот ниже 870 МГц для приемников БСстандарта GSM и ниже 804 МГц для приемников БС стандартов CDMA и D-AMPS, атакже выше 925 МГц для приемников БС стандарта GSM и выше 859 МГц для приемниковБС стандарта CDMA и D-AMPS определяются как полосы out-band.
Таблица 3.2 – Уровни блокирования приемника определяются таблицейТип полосы
Величина расстройки />, кГц Уровень блокирования приемника, дБм In-band
600 ≤/> -26
800 ≤/> -16
1 600 ≤ /> -16
3000 ≤/> -13 Out-band - 8
Уровень чувствительности приемника БС к интермодуляции третьего порядкасоставляет -43 дБм.
Под величиной чувствительности приемника к интермодуляции третьегопорядка РВхз понимается уровень помех на входе приемника на частотах /> и /> подобранных таким образом,что выполняется одно из двух условий
(/> = 2/> – /> или /> = 2/> -/>), при котором приемниксохраняет свою работоспособность в приеме сигнала на 3 дБ превышающего егоуровень чувствительности. Здесь под /> понимаетсячастота настройки приемника.
Технические характеристики МС
Характеристики передатчика:
– мощность передатчика – 2 Вт (33 дБм);
– коэффициент усиления антенны – 0 дБ.
Маска спектра излучения стандарта GSM приведена в таблице 3.3.Полоса частот, в которой проводятся измерения побочных излучений, составляет 30кГц при расстройках до 1800 кГц от центральной частоты излучения и 100 кГц прирасстройках превышающих 1800 кГц.
Таблица 3.3 – Маска спектра излучения стандарта GSM приведена в таблицеРасстройка относительно центральной частоты излучения, кГц 100 200 250 400 600–1800 1800–3000 3000–6000 Свыше 6000
Уровень излучения относительно уровня основного
излучения, дБ или абсолютный уровень излучения, дБм 0,5 -30 -33 -60 -27 -30 -32 -38
Интермодуляционные излучения передатчика в пределах расстроек до 6МГц относительно центральной частоты настройки не должны превышать пределы,указанные в таблице 3.3. При превышении величины расстройки относительноцентральной частоты настройки передатчика значения 6 МГц, но в пределах полосычастот выделенной для работы передатчиков данного стандарта (890–915 МГц длястандарта GSM, 824–849 МГц для стандартов CDMA и D-AMPS) мощность побочного(интермодуляционного) излучения измеренного в полосе 300 кГц не должнапревышать абсолютного значения -36 дБм или -70 дБ относительно мощностиосновного излучения, которое из них больше. За пределами полос предназначенныхдля работы передатчиков данного стандарта действительны общие требования кпобочным излучениям передатчиков РЭС систем подвижной радиосвязи, всоответствии с которыми мощность побочных излучений передатчиков ограниченаабсолютными величинами -36 дБм в полосах частот от 9 кГц до 1 ГГц и -30 дБм вполосах частот от 1ГГц до 12.75 ГГц.
Характеристики приемника МС:
– чувствительность приемника: -104дБм для GSМ; -112 дБм для МСD-AMPS -96 дБм для МС CDMA;
– коэффициент усиления антенны – 0 дБ.
Полоса in-band для приемника МС стандарта GSM определена как
915–980 МГц, а для приемников МС стандартов CDMA и D-AMPS полоса in-band, поаналогии, может быть определена как 849–914 МГц. Полосы частот ниже 915 МГц дляприемников БС стандарта GSM и ниже 849 МГц для приемников БС стандартов CDMA иD-AMPS, а также выше 980 МГц для приемников БС стандарта GSM и выше 914 МГц дляприемников БС стандарта CDMA и D-AMPS определяются как полосы out-band.
В таблице 3.4 приведены уровни блокирования приемника.
Таблица 3.4 – Уровни блокирования приемникаТип полосы
Величина расстройки />, кГц
Уровень блокирования
приемника, дБм In-band
600 ≤/> -38
800 ≤/> -33
1 600 ≤ /> -23
3000 ≤/> -23 Out-band -
Уровень чувствительности приемника МС к интермодуляции третьегопорядка составляет -43 дБм.
3.2 Общие алгоритмы определения выполнения условий ЭМС
3.2.1 Критерии выполнения условий ЭМС в системах подвижной связи
Среди большого количества критериев, которыми можно пользоватьсяпри анализе ЭМС РЭС для целей настоящего исследования наиболее подходящимиявляются энергетические критерии, которые для их использования предполагаютрасчет величин помехи и сигнала и сравнение их с величинами защитных отношенийрассчитанных для данного сочетания взаимодействующих сигналов. На основанииэнергетических критериев возможно получение величин необходимогопространственного разнесения между взаимодействующими РЭС. Решение о выполненииусловий ЭМС будет приниматься, если отношение сигнал / помеха на входедемодулятора приемника мобильной или базовой станции будет превышать величину 9дБ. Эта величина рекомендуется в качестве основной для стандарта GSM.
3.2.2 Модели затухания сигналов на трассах распространения
При использовании энергетических критериев оценки ЭМС важныммоментом является расчет затухания на трассе распространения радиоволн. Вкачестве модели распространения целесообразно выбрать модель распространения натрассах прямой видимости при расчете затухания между базовыми станциямиразличных сетей. Для трасс БС-МС и МС-МС целесообразно выбрать модель Хата. Прирасчетах величин затуханий будем определять медианные значения затуханий.Высоту поднятия антенн базовых станций для всех случаев будем принимать равной 50 метрам, а мобильных станций -1,5 метрам. Затухание в свободном пространстве определяется изформулы
/>, (3.1)
где d – расстояние;
/> – длина волны, выраженные в одинаковыхвеличинах.
Для частоты 900 МГц формулу (3.1) можно преобразовать в следующую
/>, (3.2)
где R – расстояние, выраженное в километрах.
Для обозначения величины затухания между базовыми станциями в дальнейшембудем использовать выражение />.
Напряженность поля, создаваемая передатчиком с эффективнойизотропно излучаемой мощностью 1 кВт, выраженная в децибелах относительно 1мкВ/м может быть определена формулой
/>,(3.3)
где /> – частота вмегагерцах;
/> – высота подъема антенны базовой станциив метрах
/> – высота подъема антенны мобильнойстанции в метрах R – расстояние в километрах
/>.
Так как нас интересуют эффекты, происходящие в приемниках при поступлениина их входы больших сигналов, что возможно только при близком расположении РЭС,то в качестве коэффициента b выберем значение равное 1, что в соответствии стребованиями рекомендации Р.529–3 справедливо для расстояний меньших 20 км.
С учетом принятых для расчетов исходных данных, а именно f=900МГц, /> =50 м, />=1,5 м, формула (3.3)упростится
/>. (3.4)
Для определения величины затухания на трассе распространениянеобходимо использовать формулу пересчета, приведенную в Рекомендации ITU-RPN.525–2, которая определяет величину мощности принятую изотропной антенной поизвестной напряженности поля созданного передатчиком с изотропно излучаемоймощностью равной 1 кВт.
/>, (3.5)
где Р – мощность принятая изотропной антенной в дБВт;
Е – напряженность поля в дБ (мкВ/м);
/> – частота в ГГц
Принимая во внимание, что в (3.5) используется напряженность полясоздаваемая передатчиком с ЭИИМ 1 кВт выражение для затухания сигнала на трассераспространения можно записать как
/>. (3.6)
Под обозначением Lbs-ms в дальнейшем будемпонимать затухание на трассе распространения между базовой и мобильнойстанцией.
Для определения затухания на трассах распространения между двумямобильными станциями необходимо использовать модифицированную модель Хата. Вэтом случае для используемых в текущих исследованиях исходных данных формулабудет иметь вид
/>. (3.7)
Формулы (3.6) и (3.7) необходимо использовать для расстояний R/>0,1 км. Прирасстояниях меньших 40 метров (R>0,04 км.) используется модель прямойвидимости и для случая линии радиосвязи между мобильными станциями, учитывая,что высоты обоих мобильных станций равны 1,5 метра, должна использоваться формула (3.2). Для линии между базовой станцией и мобильнойстанцией, для учета разницы высот расположения антенн необходимо использоватьмодифицированную формулу (3.2), а именно
/>, (3.8)
где R'=(R2+0,04852)1/2– расстояние по прямой между геометрическими центрами антенн с учетом разностив высотах подъема антенн равной 48,5 м.
В переходной зоне, на расстояниях между 40 и 100 метрами затухание на линиях МС-МС и БС-МС определяется и использованием линейной интерполяции впредположении, что затухание (в дБ) линейно возрастает с расстоянием. Дляфиксированных значений высот антенн и частоты значения затухания (в дБ) в зоне0,04R
/>; (3.9)
/>. (3.10)
Поскольку в процессе исследований чаще всего придется по известнойвеличине необходимого затухания находить необходимое расстояние, то полученныеформулы необходимо преобразовать к следующему виду.
Для линий между базовыми станциями необходимое расстояние вкилометрах должно определяться по формуле
/>. (3.11)
Для линий между базовыми станциями и абонентскими станциями взависимости от значения необходимого затухания расстояние в километрах должноопределяться по одной из трех следующих формул:
– при /> дБ
/>; (3.12)
– при 67,5>L>87,4 дБ
/>; (3.13)
– при /> дБ
/>. (3.14)
Значения затухания LL>65,2 дБзначение расстояния принимается равным 0 метров.
Для линий между мобильными станциями, в зависимости от значениянеобходимого затухания, расстояние в километрах должно определяться последующим формулам:
– при /> дБ
/>; (3.15)
– при 63,5>L>117,4 дБ
/>; (3.16)
– при /> дБ
/>. (3.17)
3.3 Методикиопределения интермодуляционного влияния между РЭС различных систем сотовойсвязи
3.3.1 Помехи от базовых станций GSM в направлении мобильных станцийGSM
Помехи, приводящие к блокированию приемников
Блокирование приемников мобильных станций происходит при попаданиина его вход уровней сигналов превышающих значения указанные в таблице 2.4. Взависимости от своего месторасположения МС работает с той БС, с которой онаимеет наилучшую связь или, если ближняя станция перегружена, с другой БСпринимаемый сигнал от которой является наибольшим. При такой организации связипомеха по блокированию приемника МС будет возникать под воздействием передачиБС чужой сети GSM или находящейся поблизости соседней БС своей сети GSM.
Определим, на каких расстояниях от БС должен находится приемник МСчтобы он был подвержен воздействию помехи по блокированию для различныхчастотных расстроек.
Для расчета уровня приемного сигнала от БС на входе приемника МСиспользуется следующая формула
/>, (3.18)
где Ptbs – мощность на выходе передатчика БС, внашем случае 13 дБВт;
Gabs, Gams – коэффициенты усиления антенн базовой и мобильнойстанции соответственно. В нашем случае Gabs =15 дБ и Gams= 0 дБ;
Lbs-ms — затухание на трассе распространения БС-МС.
Для нахождения необходимого затухания, которое должен претерпетьсигнал на пути распространения, формулу (3.18) преобразуем как
/> (3.19)
Результаты расчета необходимых расстояний приведены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Результаты расчета необходимых расстояний
Расстройка />, кГц Необходимое затухание, дБ Необходимое расстояние, м
600 ≤/> 96 180
800 ≤/> 91 128
1 600 ≤ /> 81 81
Проведенные расчеты показывают, что приемники МС стандарта GSMиспытывают помехи по блокированию от любых базовых станций стандарта GSM принахождении от них на расстояниях менее 80 метров, а в некоторых случаях, при малых частотных расстройках, и на расстояниях до 180 метров. Как правило, мешающей является БС другого оператора, т. к. слишком мала вероятностьтакого события, что в радиусе 80–180 метров развернуто несколько БС стандартаGSM одного оператора, работающих мощностью 20 Ватт каждая (а именно для такихмощностей передачи получены результаты, приведенные в таблице 3.5). Если жетакие ситуации и возникают, то для избежания помех по блокированию внутри однойсети при развертывании БС с мощностью передатчиков 20 Вт и с расстоянием междуними менее 180×2=360 метров, рабочие частоты этих БС должны различатьсяне менее чем на 800 кГц. При расстояниях между БС менее 250 м, их рабочиечастоты должны различаться на величину не менее чем 1600 кГц. При частотныхрасстройках больших, чем 1600 кГц для исключения помех приемникам МС по блокированиюрасстояния между двумя БС сети не должно быть меньше 160 м. При развертыванииболее густой сети БС, должны использоваться БС с более низкими значениямимощностей передатчиков.
Таким образом, в пределах зон обслуживания БС сети GSM вокруг всехБС чужих сетей образуется зона радиусом не менее 80 метров, в пределах которой приемник МС будет подвержен воздействию помехи по блокированию,вызванной работой близко расположенного передатчика чужой сети GSM. При разницечастот между /> (частотой передачи БСсвоей сети) и /> (частотойпередачи БС чужой сети, которая расположена в пределах зоны обслуживания своейБС с частотой передачи />) меньшей, чем1600 кГц, радиус пораженной зоны вокруг чужой станции возрастет почти до 130 метров, а при разнице частот меньше 800 кГц – до 180 метров.
Помехи, приводящие к возникновению интермодуляционных помех вприемнике
Для возникновения интермодуляции в приемнике МС необходимо чтобына его входе присутствовало не менее двух мешающих сигналов имеющихопределенное частотное соотношение и достаточный для образования интермодуляционнойпомехи уровень.
Порядок расчета помех, вызванных интермодуляцией в приемнике,определен в Рекомендации ITU-R SM.1134. В соответствии с ним уровеньэквивалентной интермодуляционной помехи вида 2/>-/> на входе приемника можетбыть определен из выражения
/>, (3.20)
где P1 и Р2 – уровни мешающихсигналов на выходе антенны на частотах /> и/> соответственно, дБВт;
/> и /> –величины затухания мешающих сигналов в преселекторе (в приемном фильтредуплексера) на частотах /> и />, дБ;
К2,1 – коэффициент интермодуляции третьего порядка, который может бытьрассчитан по результатам измерений интермодуляционных характеристик или получениз технического описания приемника, дБ.
Получение достоверного значения коэффициента К2,1 являетсянаиболее сложной задачей расчета с использованием (3.20). Его величину можнополучить косвенным методом. В стандарте ETSI EN 300 910, в котором описаныобщие требования к техническим характеристикам приемников и передатчиковмобильных и базовых станций стандарта GSM, определены следующие требования кинтермодуляционным характеристикам приемника МС стандарта GSM-900. Приемникдолжен сохранять свою работоспособность при наличии на его входе:
– полезного сигнала с частотой /> иуровнем на 3 дБ превышающим уровень чувствительности (для МС GSM-900 уровень чувствительностиприемника принимается равным минус 134 дБВт);
– мешающих сигналов с частотами /> и/>, удовлетворяющими условию />= 2/> -/>, и уровнями /> = -73 дБВт.
Принимая во внимание, что в описываемом случае частоты /> и /> попадают в рабочийдиапазон приемника (т.е. /> = /> = 0), и что величиназащитного соотношения для соканальной помехи в сетях GSM составляет 9 дБ можноопределить значение К2,1, из (3.20) для приемника БС GSM-900 как
/>.
В результате для случая определения уровня интермодуляционной помехиот передатчиков БС стандарта GSM приемникам МС стандарта GSM выражение (2.3)приобретет вид
/>. (3.21)
Исходя из (3.21), а также требований стандарта ETSI EN 300 910,значение уровня помех на входе приемника МС при котором не будет возникатьощутимой интермодуляционной помехи не должно превышать (при условии иходинакового уровня) величины -73 дБВт. С учетом этого из (3.19) можноопределить необходимую величину затухания, которое должны претерпеть помехи отбазовых станций в процессе распространения от антенны БС до антенны МС.
/>.
В соответствии с (2.12) можно рассчитать расстояние, с котороговозможно создание интермодуляционной помехи
/>. (3.22)
Полученный результат можно интерпретировать следующим образом. Принахождении МС с частотой приема /> наодинаковом расстоянии равном 252 метра от двух базовых станций частотыпередачи, которых (/>и />) удовлетворяют равенству 2/> – /> = /> на входе приемника МСобразуется интермодуляционная помеха на приемной частоте с уровнем -143 дБВт.Уровень помехи -143 дБВт соответствует максимальному возможному уровню помехипри котором приемником МС возможен прием полезного сигнала равногочувствительности приемника (-134 дБВт) без ухудшения качества связи (стребуемым защитным отношением 9 дБ).
Если расстояния от МС до двух БС различны, то для нахождениябезопасного сочетания расстояний можно пользоваться следующим выражением
/>, (3.23)
где R1 – расстояние от МС до БС с частотойпередачи f1
R2 – расстояние от МС до БС с частотой передачи f2,
R – расстояние, полученное из (3.22), а именно 252 метра.
Из (3.23) можно получить следующие два выражения для определениянеобходимого минимального расстояния R1(R2)по известному фиксированному расстоянию R2 (R1)
/>; (3.24)
/>. (3.25)
Отличия в (3.24) и (3.25) объясняются тем, что в исходном выражении(3.20) уровень входного сигнала на частоте f1 (P1)берется с коэффициентом 2, а уровень входного сигнала на частоте f2берется с коэффициентом 1.
Необходимо отметить, что выражения (3.23) – (3.25) справедливытолько для случаев, когда значения R1 и R2превышают 100 метров.
При значениях Rl f1, до МСможет быть найдено из таблицы 3.6.
Таблица 3.6 – Расчет необходимого расстояния
Расстояние
R1, м 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Расстояние
R2, км 24,3 9,2 15,5 12,3 7 7,8 6,2 4,9 3,95 3,15 2,5 2 1,6
В таблице 3.7 представлены значения величин R1 дляслучаев, когда R2
Таблица 3.7 – Значения величин R1
Расстояние
R1, м 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Расстояние
R2, м 790 750 710 665 630 595 560 530 505 475 450 425 400
Результатырасчетов по (3.23) – (3.25) и приведенные в таблицах 3.6 и 3.7 показывают, чтопри нахождении МС в радиусе 250 метров от БС чужой сети возникает потенциальнаявозможность поражения приемника МС интермодуляционной помехой. Такая помехаможет возникнуть, если при нахождении МС, работающей на прием на частоте />, вблизи БС другой сети счастотой передачи />, расстояние доБС любой сети GSM с частотой f21 = 2/> — /> или с частотой f22= (/>-/>)/2 меньше чем определяемоепо (3.23) – (3.25) или из таблиц 3.6 и 3.7. При этом для определения допустимогорасстояния до БС с частотой передачи f21 необходимо пользоватьсяформулой (3.25) и таблицей 3.6. принимая за R1 расстояние до БС счастотой передачи />. При определениидопустимого расстояния до БС с частотой передачи f22 необходимопользоваться формулой (3.24) и таблицей 3.6.
Наиболее опасным, с точки зрения возникновения интермодуляционныхпомех, будет случай близкого расположения (менее 80 метров) МС от передатчика БС (с частотой передачи />) чужойсети при использовании в рассматриваемом регионе частоты f21 = 2/>-/>, так как в этом случаеминимально допустимые расстояния до БС с частотой передачи f21 могутдостигать 10 км. При этом для БС с частотой передачи f22 = (/>-/>)/2 достаточным, для тогочтобы не создавать заметных интермодуляционных помех, оказывается расстояние отМС равное 1 км.
Таким образом, при рассмотрении интермодуляционных помех отпередатчиков БС стандарта GSM приемникам МС стандарта GSM возможно определитьзоны, внутри которых приемники МС будут подвержены интермодуляционным помехам.Для этого необходимо для каждой БС своей сети GSM выполнить следующие действия.
Определить зону обслуживания БС (сектора БС) с частотой передачи />.
Определить БС других сетей GSM, которые находятся в пределах зоныобслуживания рассматриваемой БС (сектора БС).
Для каждой из рабочих частот БС чужих сетей GSM, работающих впределах зоны обслуживания рассматриваемой БС, определить частоты f21= 2/>-/> и f22 = (/>-/>)/2, где /> — рабочая частота БС чужойсети GSM.
Определить минимальные расстояния от БС чужой сети с частотойпередачи />, до БС с частотой передачиf21 и f22 (R2 для БС с частотойпередачи f21 и R1 для БС с частотойпередачи f22).
С использованием формул (3.24) – (3.25) и таблиц 3.6 и 3.7 найтирадиусы зон R1 и R2 вокруг БС чужой сети с частотойпередачи />, пораженныхинтермодуляционной помехой. Большая из этих зон будет результирующей зонойвокруг БС чужой сети, пораженной интермодуляционной помехой, образованнойчастотой передачи />, и одной изчастот f21 или f22.
Анализ полученных результатов
Проведенные расчеты показали, что при развертывании на однойтерритории нескольких сетей сотовой связи стандарта GSM возможно создание помехот передатчиков БС к приемникам МС чужих сетей приводящих к блокированиюприемников и возникновению интермодуляционных помех.
Вокруг каждой БС обязательно образуется зона, радиусом от 80 до180 м, внутри которой приемники МС чужих сетей GSM будут испытывать помехупо блокированию.
Также вокруг каждой БС может образовываться зона, радиусом до 250 м,в пределах которой приемники МС чужих сетей GSM могут подвергаться воздействиюинтермодуляционных помех. Наличие и размеры такой зоны будут зависеть отзначений частот, которые назначены другим БС, расположенным на расстояниях до10–15 км от рассматриваемой БС.
4. Безопасностьжизни и деятельности человека
4.1 Анализ условий труда
Лаборатория, используемая для выполнения дипломного проекта,находится на 4 этаже 5 этажного здания и имеет размеры 8×6×4 м.В помещении установлены 5 ПЭВМ и лазерный принтер.
Количествоработающих: 3 разработчика и 2 оператора ЭВМ. Используемое электропитаниелаборатории: электросеть трехфазная четырехпроводная напряжением 380/220В сглухозаземленной нейтралью, переменного тока частотой 50Гц.
Площадь помещения составляет 48 м2, объем – 192 м3.При этом, на каждое рабочее место с ПЭВМ приходится 9.6 м2площади и 38.4 м3 объема, что соответствует нормам ДНАОП 0.00–1.31–99,6 м2 и 20 м3 соответственно.
Помещение, с находящимся в нем оборудованием и персоналом,представляет собой систему «человек – машина – среда» (ЧМС). Элементы системыЧМС условно разделены на функциональные части, согласно тем действиям либо операциям,которые они выполняют.
Выделим систему «Человек-Машина-Среда» (ЧМС), ограниченную помещениемлаборатории, элементами которой являются:
«Человек» – 5 работающих -3 разработчика и 2 оператора ЭВМ;
«Машина» – 5 ПЭВМ, в состав одной из которых входит принтер,находящиеся в лаборатории;
«Среда» – производственная среда в помещении лаборатории.
Каждый элемент «человек», состоящий из 3 разработчиков и 2 операторовЭВМ делится на три функциональные части:
– Ч1 – рассматривается как человек, управляющий машиной;
– Ч2 – человек, который рассматривается с точки зрения еговоздействия на окружающую среду (за счет тепло- и влаговыделения, потреблениякислорода и др.);
– Ч3 – человек, который рассматривается с точки зрения егопсихофизиологического состояния под воздействием факторов, влияющих на него впроизводственном процессе.
Элемент«машина» делится на три части:
М1 –выполняет основную технологическую функцию (воздействие на предмет труда);
М2 –выполняет функцию аварийной защиты;
М3 – служит источником вредных воздействий начеловека и окружающую среду.
Элемент «среда» рассматривается с точки зрения изменений, которыевозникают под воздействием внешних факторов (температура, влажность, шум, освещенность, и др.).
Структура системы«Ч-М-С» для рассматриваемого помещения представлена ниже на рисунке 4.1. Втаблице 4.1 приведены связи в системе «Ч-М-С».
Согласно ГОСТ 12.0.003–74 в данной системе «ЧМС» имеют место физическиеи психофизиологические опасные и вредные производственные факторы, биологическиеи химические факторы отсутствуют.
Физические ОВПФ:
- повышенная или пониженная влажностьвоздуха, обусловленная источниками избыточного тепла в помещении (оборудование,люди, осветительные приборы), приводит к ощущению дискомфорта, ухудшению самочувствияоператора.
- повышенная или пониженная температуравоздуха рабочей зоны является причиной дискомфорта, снижается производительностьтруда;
- повышенный уровень шума на рабочем месте,приводит к головной боли, ослаблению внимания, ощущению дискомфорта, а значитснижению производительности труда;
- недостаток естественного света, обусловленныйнедостаточной площадью световых проемов, приводит к ухудшению зрения,уменьшению работоспособности человека;
- недостаточная освещённость рабочей зоны,зависящая от системы освещения, вызывает быстрое утомление и снижаетработоспособность человека;
- повышенное значение напряжения вэлектрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека, можетпривести к поражению человека электрическим током;
– повышенныйуровень ионизирующих излучений (рентгеновское излучение) в рабочей зоне,вызываемый работой ЭЛТ ПЭВМ, являются причиной возникновения головных болей, заболеванийпериферийной кровеносной системы.
Психофизиологические ОВПФ:
- эмоциональные перегрузки, определяемые дефицитомвремени и информации с повышенной ответственностью, приводят к быстрой утомляемости;
- монотонность труда, определяемаяповторяющимися операциями на клавиатуре, уменьшает производительность труда иприводит к утомлению;
- перенапряжение зрительных анализаторовприводит к ухудшению зрения, вызывает быстрое утомление и снижаетработоспособность человека;
- статические перегрузки, обусловленныедлительным пребыванием в одной позе, приводят к снижению работоспособности,утомлению, эмоциональным перегрузкам.
Таблица 4.1 –Направление и содержание связей в системе Ч–М–С№ Направление связей Содержание связей 1 Ч2-С Влияние человека как биологического объекта на среду Происходит обмен веществ (кислород – углекислый газ, выделение тепла). 2 С–Ч1 Влияние среды на качество работы оператора, разработчика 3 С–Ч3 Влияние среды на психофизиологическое состояние организма человека. На физиологическое состояние человека влияют микроклимат, освещение (естественное, искусственное) и т.д. 4
М1-Ч1
М2-Ч1 Информация о состоянии машины, об объекте труда, которые обрабатываются человеком 5
Ч1-М1
Ч1-М2 Влияние человека на управление техникой и ее настройкой 6 ПТ–М1 Информация о состоянии предмета труда, которое получает машина 7 М1-ПТ Влияние машины на предмет труда (разрабатываемую методику) 8 М3-С Влияние машины на среду (повышенный шум, повышенная температура) 9 Ч3-Ч1 Влияние состояния организма человека на качество его работы 10 Ч3-Ч2 Влияние психофизиологического состояния на интенсивность обмена веществ между организмом и средой 11 М2-М1 Аварийные управляющие воздействия 12 М1-М2 Информация необходимая для создания аварийных управляющих влияний 13 Ч3-Ч3 Воздействие разработчиков, операторов друг на друга в процессе трудовой деятельности
В таблице 4.2 помещены результаты оценки факторовпроизводственной среды трудового процесса в лаборатории.
Таблица 4.2. Оценка факторов производственнойсреды и трудового процесса в научно-исследовательской лаборатории.
Факторы
производственной среды
и трудового процесса
Значение фактора
(ПДК, ПДУ) 3 класс – опасные и вредные условия труда Продолжительность действия фактора за смену, % Норма Факт 1с 22 с 3с 1. Шум, дБ 50 50 - - - 87
2. Неионизирующие излучения:
а) электрическая составляющая
в диапазоне 5 Гц-2 кГц, В/м
в диапазоне 2–400 кГц, В/м
б) магнитная составляющая
в диапазоне 5 Гц-2 кГц, нТл
в диапазоне 2–400 кГц, нТл 25 19 - - - 87 2,5 2,1 - - - 87 250 80 - - - 87 25 10 - - - 87 3. Электростатич. потенциал, В 500 90 - - - 87 4. Рентгеновское излучение, мкР/ч 100 24 - - - 87
5. Микроклимат:
температура воздуха (летом), 0С
– скорость движения воздуха, м/с
– относительная влажность, % 23–25 30 - =+ - 100 0,1 0,1 - - - 100 40–60 48 - - - 100
6. Освещение:
естественное, КЕО, %
искусственное, лк 2 4,2 - - - 80 300 358 - - - 40
7. Тяжесть труда:
мелкие стереотипные движения кистей и пальцев рук, тыс. за смену 40000 25000 - - - 70
8. Напряженность труда
а) внимание, продолжительность
сосредоточения, в % от смены
б) напряженность зрительных анализаторов, категория работ
в) эмоциональное и интеллектуальное напряжение 75 70 - - - 70
Средней
точности Высокоточная ++ 87 Работа по индивидуальному графику Работа по индивид. графику - - - 87 9. Сменность Односменная работа Односменная - - - -
При оценкеопределен класс и степень вредности рабочего места – третий класс втораястепень вредности, так как температура воздуха в помещении существеннопревышает норму.
Исходя изоценки, выберем доминирующим вредным производственным фактором повышеннуютемпературу воздуха рабочей зоны, и для этого фактора разработаем необходимыеорганизационные и технические мероприятия, целью которых является обеспечениетребуемого значения температуры воздуха в лаборатории.
4.2 Техника безопасности
По степениопасности поражения электрическим током, согласно ПУЭ-85 помещение лабораторииотносится к классу помещений без повышенной опасности, поскольку нет признаков,свойственных помещениям с повышенной опасностью и особо опасных.
Согласнотребованиям ПУЭ, ГОСТ 12.1.030–81 для обеспечения безопасности в трехфазнойчетырехпроводной сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтральювыполнено зануление, суть которого заключается в преднамеренном электрическомсоединении с нулевым проводом сети корпусов всех ПЭВМ и электрооборудования,поскольку они могут оказаться под напряжением при случайном замыкании фазы накорпус. При занулении, замыкание на корпус ПЭВМ превращается в однофазноекороткое замыкание и поврежденный участок сети автоматически отключается. Дляавтоматического отключения поврежденного участка применен автоматический выключатель.Время отключения не более 0,2 с.
Линияэлектросети для питания ПЭВМ и измерительных приборов и устройств выполнена какотдельная трехпроводная сеть, путем прокладки фазного, нулевого рабочего инулевого защитного проводников. Площадь сечения нулевого рабочего и нулевого защитногопроводников не меньше площади сечения фазного проводника.
Дляуменьшения напряжения, приложенного к телу человека при случайном замыкании накорпус электрооборудования, выполнено повторное заземление нулевого провода.Сопротивление повторного заземления не должно превышать 30 Ом.
Необходимо нереже 1 раза в год проводить контроль изоляции на участках нуль-фаза, фаза-фазаи фазанулевой защитный проводник. Сопротивление изоляции должно быть не менее500 кОм. Измерения активногосопротивления изоляции проводят при отключенном электропитании с помощьюмегаомметра.
Согласнотребованиям ДНАОП 0.00–4.12–99 необходимо проводить вводный, первичный нарабочем месте, повторный инструктажи, а при необходимости также внеплановый:
– вводныйинструктаж необходимо проводить при поступлении на работу независимо от стажаработы и квалификации поступающего, инструктаж организует и проводит службаохраны труда предприятия, в ходе инструктажа следует ознакомитьинструктируемого с основными вопросами охраны труда на предприятии, режимомработы;
– первичный инструктаж на рабочем местеорганизует и проводит руководитель структурного подразделения предприятия; входе инструктажа следует ознакомить инструктируемого с ОВПФ, которые могут возникатьна рабочем месте и способам защиты от них;
– аналогично с первичным инструктажем спериодичностью в 6 месяцев проводить повторные инструктажи;
– внеплановыйинструктаж проводить при изменении условий труда, введения в эксплуатацию новойтехники.
Содержаниеинструктажей должно соответствовать требованиям
ДНАОП 0.00–4.12–99.Факты инструктажей фиксировать в соответствующих журналах инструктажей сподписями инструктируемого и инструктирующего.
4.3 Производственная санитария и гигиена труда
Работа в лабораториивыполняется сидя и не требует систематического физического напряжения. СогласноДСН 3.3.6.042–99 работа разработчиков относится к категории легких физическихработ – Iа, энергозатраты организма человека составляют 90–120 ккал/ч и дляданной категории установлены оптимальные и допустимые нормы микроклимата,приведенные в таблице4.3.
Таблица 4.3 –Оптимальные и допустимые нормы микроклимата
Период
Года Температура воздуха, град. С Относительная влажность воздуха, % Скорость движения воздуха, м/с Оптимальные нормы параметров микроклимата Холодный 22–24 40–60 не более 0.1 Теплый 23–25 40–60 не более 0.1 Допустимые нормы параметров микроклимата Холодный 21–25 40–60 не более 0,1 Теплый 22–28 40–60 0,1–0,2
Для обеспечения установленных норм микроклимата впомещении лаборатории применяется в холодный период года отопление, а в теплыйпериод года следует применять кондиционирование воздуха.
Фактическое значение температуры в помещении летомпревышает нормированное значение на 5 градусов. Для нормализации температурынеобходимо выполнить расчет кондиционирования воздуха и установить системукондиционирования. Кондиционирование подразумевает предварительную подготовкувоздуха – его охлаждение.
Источникамиизбыточного тепла в помещении являются люди, электрооборудование, источникиискусственного света, солнечная радиация. Определим эти слагаемые.
Количествотепла />, излучаемое оборудованием,равно
/> (ккал/ч), (4.1)
где /> – суммарная мощностьустановленного оборудования, согласно паспортным данным (2,5 кВт);
/> – коэффициентиспользования мощностей (0,8);
/>– коэффициентодновременной работы оборудования (1).
Тепло />, излучаемое людьми, равно
/>/>(ккал/ч), (4.2)
/>
где />– количество работающих впомещении, />=5;
/> – количество тепла,выделяемое человеком (для категории />а-120ккал/ч).
Тепло />, излучаемое источникамиискусственного света, определяется
/> (ккал/ч), (4.3)
где /> – коэффициент, учитывающийтепловыделение при освещении (для люминесцентных ламп 0,05 ккал/м2 лк);
/> – минимальнаянормированная освещенность рабочей поверхности (для />разрядазрительной работы />=300 лк);
/> – площадь помещения (48 м2).
Тепло />, выделяемое за счетсолнечной радиации, равно:
/> (ккал/ч), (4.4)
где /> – удельное количествотепла, поступающего через единицу площади окна (86 ккал/ч при ориентировке оконна север);
/> – поправочныйкоэффициент, зависящий от вида остекленения (1,15 – для окон с двойнымипереплетами);
/> – площадь окон (10 м2).
Количествотепла, передаваемое в помещении через стены, примем равным нулю (кирпичныестены).
Общееколичество теплоты /> вычисляем каксумму результатов, полученных в (4.1) – (4.4)
/> (ккал/ч). (4.5)
Требуемыйвоздухообмен />будет равен
/> (м3/ч), (4.6)
где />– удельная теплоемкостьвоздуха (0,24ккал/кг·град);
/> – плотность воздуха (1,29 кг/м3);
/>– температура удаляемоговоздуха (25 0С);
/> – температура приточного(с кондиционера) воздуха (19 0С).
Требуемаяпроизводительность по холоду /> с учетомнаружной температуры 37 0С будет равна
/> (ккал/ч).(4.7)
С учетомполученных результатов выбираем мульти-сплит-систему LG LM-3063H3L с тремявнутренними блоками (производительность вентиляторов – 1410 м3/ч,производительность на охлаждение – 8,2 КВт, которая может обеспечить длятеплого времени года требуемые воздухообмен и охлаждение наружного воздуха дляподдержания оптимальных параметров микроклимата.
Зрительнаяработа проектировщика-пользователя ПЭВМ является работой высокой точности, посколькунаименьший размер объекта различения 0,3–0,5 мм и разряд зрительной работы – III.
Согласнотребованиям СНиП II-4–79 величина коэффициента естественной освещенности (КЕО)должна быть равна 2%. Естественный свет проникает в помещение лаборатории черезбоковые окна, сориентированные на северо-восток, что соответствует требованиям.Искусственное освещение выполнено в виде прерывистых линий светильников,расположенных параллельно линии зрения операторов. Освещенность при работе сэкраном в сочетании с работой над документами должна быть не менее 300 лк.Вышеназванные нормы КЕО и освещенности выполняются.
Эквивалентныйуровень шума на рабочем месте в соответствии с ДСН 3.3.6.037–99 не превышает 50 дбА.
Каждоерабочее место в лаборатории соответствует требованиям ГОСТ 12.2.032–78 и ДНАОП0.00–1.31–99. Рабочие места расположены относительно световых проемов так,чтобы естественный свет падал с левой стороны. Размещение рабочих мест влаборатории показано на рис. 2
Организациякаждого рабочего места обеспечивает соответствие всех элементов рабочего местаи их расположения эргономическим требованиям ДНАОП 0.00–1.31–99. Высота рабочейповерхности стола для ПЭВМ равна 800 мм, ширина стола 1200 мм, глубина стола – 800 мм.Сидение подъемно-поворотное, регулируется по высоте, углу наклона, высотеподлокотников. Правильный выбор параметров стола и сидения, позволяет снизитьстатические перегрузки мышц.
Дляуменьшения перегрузки зрительных анализаторов экран видеотерминала расположенна оптимальном расстоянии от глаз пользователя ПЭВМ: при размере экрана подиагонали 19» – 900 мм.
Для разработчиков-проектировщиков, использующих вработе ПЭВМ устанавливается 8-ми часовой рабочий день с перерывами на 20 минутпосле двух часов с момента началаработы и через 1,5 и 2,5 часа по 20 минут соответственно после обеденногоперерыва. Во время перерыва необходимо покинуть рабочее место, глаза не должнывидеть монитор, слуховые анализаторы не должны воспринимать шумовое влияние.Для снятия утомления во время рабочего процесса следует выполнять физическиеупражнения и упражнения для глаз.
4.4 Пожарная профилактика
В помещениилаборатории имеются твердые сгораемые материалы, поэтому производство по пожаровзрывоопасностив соответствии со СНиП2.09.05–85 [4] относится к категории В.
Всоответствии со СНиП 2.01.02–85 [11] помещение лаборатории относится ко IIстепени огнестойкости, выполнено преимущественно из кирпича, которые относятсяк негорючим материалам. По взрывоопасной и пожарной безопасностирассматриваемое помещение в соответствии с ПУЭ-85 относится к классу П-IIа.
СоответственноГОСТ 12.1.004–91 [12] пожарная безопасность обеспечивается системамипредотвращения пожара и противопожарной защиты. Система предотвращения пожарапредставляет собой комплекс организационных мероприятий и технических средств,направленных на исключение условий возникновения пожара, и включает следующиемероприятия:
– предотвращениеобразования пожароопасной среды;
– предотвращениеобразования в пожароопасной среде источников возгорания.
Согласно ГОСТ12.4.009–83 [13] проектом предполагается установить дымовые пожарныеоповестители (например, полупроводниковый ДИП-1) по установленным нормамразмещения дымовых пожарных оповестителей при установке на высоте до 3,5 мдымовые оповестители устанавливаются из расчета – 2 на 20 м2,максимальное расстояние оповестителя до стены – 4,5 м. Таким образом, впомещении лаборатории достаточно 6 оповестителей. Противопожарная защита достигаетсяприменением первичных средств пожаротушения. Для ликвидации пожара на начальнойстадии предусмотрены ручные углекислотные огнетушители типа ОУ-2 (используютсядля тушения электрооборудования, которое находится под напряжением) – 5 шт. (из расчета два огнетушитель на 20 м2, но неменьше двух в помещении с ПЭВМ) и ящик с песком емкостью 0,15 м3.При возникновении пожара рабочий персонал эвакуируется через рабочий выход.
5. Технико-экономическое обоснование
5.1Характеристика научно-технической продукции как товара
Происходящийв последние десятилетия бурный рост числа традиционных радиосредств ивозникновение новых радиослужб различного назначения (сотовых, транкинговых,пейджинговых и т.д.), привели к резкому усложнению электромагнитной обстановки,особенно в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Это, в свою очередь, делает еще более сложнымрешение задачи электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств(РЭС) из-за острого недостатка свободных частотных диапазонов и необходимостиих совместного использования. Вопросами радиочастотного мониторинга заспециальными и общими пользователями занимается «Укрчастотнадзор». В данной НИРпроводится анализ существующих методов оценки ЭМС между различнымирадиослужбами и разработка упрощённого метода оценки ЭМС. Осуществляетсяразработка программы реализующей этот метод, которая в дальнейшем можетиспользоваться в службах радиочастотного мониторинга.
В данной работе исследуются электромагнитные взаимодействия в многочисленной(десятки тысяч) группировке разнотипных РЭС, работающих в одном регионе.Различного вида непреднамеренные помехи, порождающие проблему электромагнитнойсовместимости между РЭС различного назначения.
5.2 Этапывыполнения НИР, их продолжительность
В таблице 5.1 приведен типовойперечень этапов и работ, расчёт трудоёмкости и общей заработной платы.
Таблица 5.1 –Типовой перечень этапов исследовательских работ и примерное их соотношениеНаименование этапов и содержание работ Исполнитель
Продолжитель
ность
работы / день Трудо-емкость, чел./дней Средняя заработная плата, грн.
Сумма зарплаты,
грн.
Подготовительный этап
Разработка и утверждение технического задания: ответственный исполнитель 2 2 18,18 36,36 – составление календарного графика работ; ответственный исполнитель 1 1 18,18 18,18 – подбор и изучение литературы по теме; инженер 10 10 13,64 136,4 – знакомство со смежными и близкими по теме работами в различных учреждениях; инженер 3 3 13,64 40,92 – составление обзора по изучаемым материалам; инженер 2 2 13,64 27,28 – подготовка материалов справочных данных для разработки. инженер 2 2 13,64 27,28 Всего: 20% 20 20 286,42
Основной этап
Разработка теоретической части темы: – обзор существующих методов и алгоритмов; инженер 5 5 13,64 68,2 – анализ существующих методов и алгоритмов и выбор из них составляющих удовлетворяющих поставленной задаче; инженер 10 10 13,64 136,4 – разработка алгоритма программы; программист 21 21 27,27 575,67 Написание программы реализующей метод оценки ЭМС; программист 20 20 27,27 545,4 – отладка программы; программист 3 3 27,27 81,81 – прочие (непредусмотренные) работы. инженер 1 1 13,64 13,64 3. Экспериментальные работы и испытания. инженер 7 7 13,64 95,48 4. Внесение корректировок в разработки и исследования. ответственный исполнитель 4 4 18,18 72,72 5. Выводы и предложения по теме. ответственный исполнитель 1 1 18,18 18,18 Всего: 50% 72 72 1604,5 Заключительный этап ответственный исполнитель Состав отчета. инженер 5 5 13,64 68,2 2. Анализ результатов проведения НИР. ответственный 2 2 18,18 36,36 3. Подбор необходимой технической документации (программы, акты испытаний и т.д.) исполнитель 2 2 13,64 27,28 4. Защита отчета на техническом совете. инженер 1 1 18,18 18,18 Всего: 30% 10 10 150,2 Всего: 100% 102 102 2040,93
Среднедневнаязарплата рассчитывается по формуле
/>, (5.1)
где МДО –месячный должностной оклад сотрудника;
22 – среднееколичество рабочих дней в месяце.
МДОответственного исполнителя равен 400 грн, МДО инженера – 300 грн, МДОпрограммиста – 600 грн. Рассчитаем среднедневную зарплату для вышеперечисленныхкатегорий сотрудников по формуле 5.1.
/>;
/>;
/>.
5.3 Расчетсметной стоимости научно-технической продукции
Расчетсметной стоимости научно-технической продукции «разработка метода оценки ЭМС вгруппировках РЭС» представлен в таблице 5.2.
Срок выполненияработы: начало 01.02.2008 г. окончание: 31.03.2008 г.
Расчет ценына НИР сделан согласно с «Типовым положением с планированием, отчетом икалькуляцией себестоимость», утвержденный Постановлением КМ Украины от 20.07.96№830.
Выходнымиданными для определения цены на проведение работы есть затраты по следующимстатьям калькуляции:
– затраты наоплату труда рассчитанные, исходя из необходимого для выполнения работ составаи количества работников, а также их среднемесячной заработной платы, илидолжностных окладов, определенных согласно с действующим законодательством;
– отчисленияна социальное страхование определенные в размере 37,5% от затрат на оплатутруда, в том числе:
32% – отчисленияна обязательное государственное пенсионное страхование согласно с Законом Украиныот 26.06.97 №400/97-ВР;
2,1% – отчисленияна обязательное социальное страхование согласно с Законом Украины от 26.06.97 №402/97-ВР;
2,9% – отчисленияна социальное страхование на случай безработицы согласно Закону Украины от26.06.97 №402/97-ВР;
0,2% – отчисления на социальное страхование на случай временнойутраты трудоспособности.
Таблица 5.2.– Смета затрат на разработку НИРстатья затрат Обозначение Расчетная формула На весь период, грн. 1. Затраты на оплату труда ЗП 2040,93 2. Отчисления на социальное страхование 37,0%, в т. ч. отчисления на обязательное страхование 2,9%, отчисления на социальное страхование на случай безработицы 2,1%, отчисления на социальное страхование на случай утраты трудоспособности 0,2%. Отч
ЗП´0,37
ЗП´0,029
ЗП´0,021
755,14
59,18
42,86 3. Малоценные быстроизнашивающиеся материалы МБМ 100 4. Затраты на техническое оформление 110 5. Общехозяйственные расходы Ро.хоз. n´k´h 480 6. Коммунальный налог Нком 1,7´k 20,4 7. Всего затрат Зобщ
/> 3506,47 8. Прибыль П Зобщ.´0,1 350,647 9. НДС НДС (Зобщ+П)´0,2 771,423 10. Стоимость научно – технической продукции Стоим Зобщ+П+НДС 4628,54
В даннойтаблице: n = 40 грн.; k = 3 чел.; h = 4 мес.;
– затраты намалоценные быстроизнашивающиеся материалы определенные их потребностью длявыполнения работ и ценами, действующими на момент составления калькуляции;
– затраты натехническое оформление отчета;
– общехозяйственныерасходы определяются по фактическим затратам по следующим статьям затрат:водоснабжение, отопление, освещение, канализация (40 грн./чел. в месяц);
– коммунальныйналог, определенный в размере 10% необлагаемого налогом минимума доходовграждан согласно с Декретом КМ Украины «Про местные налоги и сборы» от 25.05.93№56–93;
– общиезатраты приравниваются сумме по статьям 1–6;
– прибыльсоставляет 10–90% от затрат на разработку НИР (от статьи 7);
– налог надобавленную стоимость (НДС) предусмотрен в размере 20% от договорной цены (себестоимость+ прибыль) согласно с Законом Украины «Про налог на добавленную стоимость» от03.04.97 №168/97-ВР;
– себестоимостьработ по договору (контракту) приравнивается сумме затрат по статьям 7–9.
Цена нанаучно – техническую продукцию по договору (контракту) №1 от 31.03.2008 г.с учетом прибыли и НДС приравнивается 4628,54 тыс. грн.
5.4Технико-экономическая и научная оценка выполненной НИР
Дадим оценкунаучному, техническому и экономическому уровню НИР бальным методом оценки. Критериии их оценки даны в таблице 5.3.
Так как дляпроведения НИР необходимо 102 дня, технические показатели результатовразработки на уровне лучших мировых образцов, возможности получения авторскихсвидетельств есть, то сумма индексов по всем факторам, согласно с таблицей 5.3,является положительной. Согласно с таблицей 5.4 разработка является весьмаперспективной.
Таблица 5.3 –Критерии оценки НИР бальным методомКритерии оценки Шкала критериев
Индекс
оценки Время, необходимое для проведения НИР (начиная с исследования и кончая и кончая изготовлением опытного образца)
1. 2 года и менее
2. 3 года
3. 4 года
4. 5 – 6 лет
5. 7 лет и более
* +2
+1
-1
-2 Технические показатели результатов разработки
1. Выше уровня лучших мировых образцов
2. На уровне лучших мировых образцов
Ниже уровня лучших мировых образцов
+2
* 0
-2 Возможности получения авторских свидетельств на изобретение
1. Уверенность в получении авторских свидетельств
2. Частичные возможности
3. Возможности нет
* +2
-1
Таблица 5.4 –Оценка целесообразности проведения работСумма индексов Оценка темы
* Положительная (+)
Удовлетворительная (0)
Отрицательная (–)
* Разработка весьма перспективная
Разработка перспективная
Разработка неперспективная
Оценканаучного, технического и экономического уровня НИР рассчитывается по формуле
/>, (5.2)
где J –важность работы для народного хозяйства, J = 2 – 5;
n – показательисполнения результатов НИР; n=0–3
ТСП– техническая сложность выполнения работы, Тсп = 1 – 3;
RР– результативность работы; Rp=1–4
CНИР– стоимость работы тыс. грн.;
tНИР– время, необходимое для поведения НИР, дни.
Важностьданной работы для народного хозяйства оцениваем в j=5. Так как результатыработы используются на производстве, то показатель n=3. Техническая сложностьвыполнения работы оценивается в Тсп=3. Так как поставленная задача была решенаполностью, то Rp=4. Стоимость работы – 4,628 тыс. грн. Время, необходимое дляпроведения НИР, составляет 102 дня. Произведем оценку научного, технического иэкономического уровня НИР по формуле
/>.
Так как показательуровня НИР ИНИР>1, то данная научная работа исследовательскаяработа является эффективной, имеющей высокий научный, технический и экономическийуровень.
Выводы
В ходеданного дипломного проекта было проведено проектирование сотовой сети связи,рассчитаны основные параметры сети, такие как дуплексный разнос междучастотными каналами, общее число каналов в используемой системе, размерностькластера, число каналов для каждого из секторов одной соты, допустимая телефоннаянагрузка, число абонентов на одну БС, радиус зоны одной БС, величина защитногорасстояния, мощность передатчика БС, вероятность ошибки и др.
С цельюобеспечения выполнения условия />, приопределении размерности кластера были проведены расчеты для /> = 4, (/>), />=4, (/>),/>=4, (/>), />=7 (/>). Определен вариантпостроения ССС, использующий />=7 иантенны с секторными диаграммами направленности (/>),удовлетворяющий вышесказанному условию.
Был составленплан территориального размещения ячеек и обслуживающих их базовых станций.Также была составлена таблица распределения частотно-временных каналов.
Полученозначение телефонной нагрузки совпадающее с допустимым табличным значением.