Целью данной работы является обзор бесплатного (демонстративного) программного обеспечения, выполняющего оценку уровня сигнала в пределах зоны радиопокрытия.

 

Введение

 

Проектирование – один из наиболее сложных и ответственных этапов развертывания систем связи, поскольку он должен обеспечить наиболее оптимальное построение сети. При проектировании необходимо определить места установки БС таким образом, чтобы обеспечить обслуживание связью заданной территории с требуемым качеством при минимальном числе БС, то есть при минимальной стоимости инфраструктуры сети. Фактически эта задача трудновыполнима. С одной стороны, чрезмерно частая расстановка БС невыгодна, так как влечет за собой неоправданные затраты. С другой стороны, слишком редкое расположение БС может привести к появлению необслуживаемых участков территории, что недопустимо. Задача дополнительно осложняется трудностью аналитической оценки характеристики расположения сигналов. При аналитическом расчете следует учитывать форму рельефа  местности, наличие растительности, заселенность территории, типа грунта, климатическую обстановку и другие факторы, которые могут повлиять на изменение уровня сигнала на отдельных участках конкретной территории. С учетом данных параметров аналитический расчет становится весьма трудоемким, что заставляет тратить на него большое количество времени. Поэтому использование эффективного программного обеспечения, выполняющего аналитический расчет за короткий промежуток времени с наименьшими погрешностями, является наиболее грамотным решением проблемы проектирования сетей. Но стоит сказать, что большая часть такого софта является дорогостоящей, поэтому в данной работе будут рассмотрены две бесплатные и одна демонстративная программная реализация аналитического расчета.

 

1        Крупные представители рынка программ для радиопланирования

 

Основными участниками мирового рынка программ для радиопланирования являются продукты, описанные ниже.

 

Asset – продукт международной компании AIRCOM international. Это многофункциональный модульный продукт (т.е. для получения доступа к расширенным функциям программы – например, расчет покрытия для LTE сетей – необходимо купить лицензию на использование специального модуля для расчета покрытия для LTE сетей). Использует точные карты высот, доступные после покупки продукта.                                                                                                                      Используется  для планирования и проектирования радиосетей поколений 2 и 2,5G, поддерживает множество необходимых для данных целей прикладных функций. Вся информация о параметрах и конфигурации сети хранится в общей базе данных (Oracle), что обеспечивает ее сохранность и возможность совместного использования различными подразделениями сотовой компании. ASSET позволяет планировать архитектуру сетей для макро- и микросотов с учетом широкой гаммы стандартов и технологий, таких как GSM, GPRS, HSCSD, EGPRS, ECSD, PCS, AMPS, TDMA, LMU и TETRA. В пакет встроены автоматический планировщик частот, модуль планирования трафика и ряд других, значительно упрощающих работу инженеров-проектировщиков

 

Atoll – продукт международной компании Forsk, который поддерживает все основные беспроводные технологии:

• GSM/GPRS/EDGE
• UMTS/HSPA
• LTE/LTE-Advanced
• CDMA2000 1xRTT/EV-DO
• TD-SCDMA
• WiMAX
• Wi-Fi
• Microwave links

 

Отметим основные особенности продукта:

Открытый интерфейс API  поддерживается для возможности интеграции с продуктам сторонних разработчиков.                                                                                Использование геоинформационной системы собственной разработки позволяет импортировать векторные и растровые карты наиболее распространенных форматов (MapInfo, Arcgis, Google Earth,Yandex, Google, OpenStreetMaps, 2Gis, Bing).

Возможности по расчёту карт покрытия в масштабах целого города, региона, федерального округа или страны в рамках одного проекта. Не требуется сторонних модулей и сшивки нескольких карт покрытия.

Поддержка работы с картами различного разрешения в одном проекте оптимизирует скорость работы программы.

Детерминированная модель распространения WinProp-UDP даже без калибровки дает невысокую погрешность Standard Deviation < 7 dB. Модель позволяет с высокой достоверностью планировать сети с «нуля» (green field).

            Mentum Planet – модульный продукт международной компании Mentum, который является комплексным решением для высокоточного планирования сетей радиодоступа по технологиям 2G, 3G, 4G и Wi-Fi. Ключевыми особенностями для Mentum Planet являются:     быстрый, надежный и гибкий анализ сети GSM/GPRS/EDGE, включая интерактивный и автоматизированный расчет помех с учетом особенностей технологий, в том числе применение частотного хоппинга и использование кодеков AMR;            продвинутые функции статистического анализа, возможность быстро смоделировать сеть с заданной нагрузкой;                                                                                  гибкие возможности по управлению и расчету трафика, построению карт трафика, расчету прогнозируемой нагрузки и необходимого для ее обслуживания оборудования. Перераспределение трафика в сети при изменении настроек, запуске новых сегментов и технологий, изменении профиля абонента.                                                         мощные функции анализа пилотного сигнала 3G и влияния помех в каждой точке (pollutioninspector);                                                                                                                               модуль расчета сетей 4G, включая поддержку технологий LTE TDD и FDD, а также мобильного и фиксированного WiMAX.

ICS Telecom – продукт международной компании ATDI, который является ключевым решением для планирования телекоммуникационных сетей и управления. Основные возможности программы ICS Telecom:

- при расчетах используются практически все известные модели распространения.

- каскадное отображение картографических слоев.

- удобная навигация: так при планировании можно быстро выявить места с конфликтом верхних и нижних частот.

- мощный аналитический инструментарий при работе с профилем:

• в автоматическом режиме оптимизируются высоты подвеса антенн
• подбор нужных параметров станции
• учитывается пространственное или частотное разнесение на пролете, подбирается оптимальный разнос антенн
• возможность изменения кривизны земли для 99,9% процентов времени.

 - возможность хранения сетей любой конфигурации.

 

ProMan – продукт немецкой компании AWE Communications. . Данный продукт предлагает модули планирования сетей для всех популярных воздушных интерфейсов: LTE, 3G (UMTS/HSPA и CDMA 2000), 2G/2, 5G (GSM, GPRS, EDGE), Tetra, WiMAX и WLAN. Поддерживаются как MIMO и DAS, так и пользовательские расширения для воздушных   интерфейсов.Статическое и динамическое моделирование работы сети с учетом распределения абонентов на растровых и векторных картах.
Кроме этих функций планирования сетей сотовой связи, ProMan также поддерживает планирование сетей вещания (наземные и спутниковые передатчики).

 

CelPlanner – продукт американской компании CelPlan Technologies. Это модульная программа, предназначенная для создания беспроводных сетей. CellPlanner поддерживает GSM/GPRS/EDGE, WCDMA с HSPA/EUL и MBMS, WiMAX и технологии LTE.

 

 Из вышеперечисленных вариантов только компания AWE Communications готова представить демо-версию своего продукта ProMan, но для получения демо-версии необходимо дождаться положительного ответа на заявку по электронной почте.

 

2 Классификация видов ПО

 

Рассмотренное ПО можно разделить на три основные группы:

-доступное;

-условно-доступное (предоставляющее демо-версию);

-платное.

 

Условно-доступное ПО, рассмотренное в данной работе, представлено продуктом RPS-2.

Система RPS (Radio Planning System)  предназначена для планирования радиорелейных, транкинговых и сотовых сетей связи всех стандартов (в том числе CDMA). RPS позволяет проводить частотно-территориальное планирование сети, выполнять расчеты, необходимые для оценки качества связи в ней, определять зоны, обслуживаемые анализируемой сетью, оценивать показатели электромагнитной совместимости различных сетей.

Исходными данными являются характеристики местности, на которой размещается сеть, представленные цифровой картой этой местности, и параметры используемого оборудования (антенн, антенно-фидерных трактов, приемопередатчиков), хранящиеся в базе данных оборудования, снабженной удобным для пользователя механизмом ее пополнения и редактирования.

Программа имеет простой интерфейс. Все действия пользователя, связанные с планированием сети, а также результаты расчетов визуально отображаются на экране монитора.

Данная демонстративная версия обладает полным перечнем возможностей полной версии RPS-2,но предусматривает работу только на одной карте местности и имеет ознакомительный характер.

Полное описание возможностей программы и подробная инструкция для ее использования предлагается пользователю вместе с установочным файлом. Демо-версию можно загрузить с официального сайта RPS-2: http://www.rps2.ru

 

В данной работе было рассмотрено 2 доступных продукта.

Первый из них - Radio Mobile.

Radio Mobile представляет собой некоммерческий проект, разработанный Roger Coudé. В отличие от CRC-Covweb данное ПО позволяет оценить взаимное влияние различных станций. Для расчета потерь используется все та же модель Лонгли-Райса. Программа использует следующие параметры для создания карт с отображением зон уверенного приема:

· Местоположение передатчика

· Выходная мощность передатчика

· Частота

· Тип антенны

· Диаграмма направленности антенны

· Коэффициент усиления антенны

· Затухание в линии, включая фильтры и многоканальные разветвители

· Данные о местности и высотах.

Программа использует информацию о высотах местности из баз данных SRTM или DTED, которые свободно доступны в Интернете. Имеются и другие форматы данных по высотам, но чаще всего используются вышеуказанные.

Программа создает цветную схему зоны охвата одной или нескольких базовых станций с отображением предполагаемых уровней принимаемых сигналов.

Интерфейс программы переведен на 15 языков, в том числе русский.

Второй продукт - CRC-Covweb.Рассмотрим его подробнее.

 

3        Веб-ресурс CRC-Covweb Канадского Научно-исследовательского центра связи

 

3.1  Описание ресурса

 

Канадский Научно-исследовательский центр связи предоставляет данный интернет ресурс для свободной эксплуатации всем зарегистрированным пользователям. Разработчики дают понять, что данный веб-сайт имеет образовательный характер, и они не несут ответственности за неточность оценки. Сайт не предназначен для использования в коммерческих целях.

При прогнозировании зон радиопокрытия используется модель потерь Лонгли-Райса. Данная модель требует использования аппарата геометрической оптики и трассировку лучей для учета отраженных полей.  Для применения данной модели необходима подробная карта ландшафта местности (карта высот). Карты местности загружаются с Google Maps.

 

3.2  Начало работы с ресурсом

 

При переходе к данному ресурсу пользователю открывается веб-страница, представленная на Рисунке 1.

Рисунок 1 – Главная страница CRC-Covweb

 

Для начала работы с данным ПО необходимо зарегистрироваться на сайте http://lrcov.crc.ca/main/ ,перейдя по ссылке Create an account .

Затем требуется авторизоваться, и после этой процедуры можно начать работу с программой.

На первом рабочем этапе пользователю предлагается установить параметры расчета, а  именно:

- Географические координаты передатчика (могут быть установлены на карте самого ресурса или записаны «вручную»);

- Высота передающей антенны над ландшафтом (от 0.5 до 3000м);

- Частота (20-40000 МГц);

- Мощность передатчика (от 10^-5 Вт);

-Поляризация антенн (вертикальная или горизонтальная; в случае горизонтальной поляризации требуется указать матрицу усиления антенны по азимуту, то есть каждому значению угла азимута поставить в соответствие значение усиления относительно максимального – Рисунок 2);

 

Рисунок 2 – Матрица усиления антенны

 

- Коэффициент усиления антенны (дБ);

- Направление антенны по азимуту (градусы);

- Коэффициент рефракции (преломления), используемый в модели потерь (в числе N, на сайте указаны значения  N для отдельных географических зон);

- Диэлектрическая постоянная грунта/воды (от 4-81, на сайте указаны значения  постоянной для различных типов грунта/воды);

- Проводимость земли (1/(Ом*м));

- Климатическая зона (7 климатических зон: экваториальная, тропическая, субтропическая, пустынная, умеренная, умеренная над землей, умеренная над водой);

- Уровень доверия (по умолчанию 50% - однозначно достоверно при 50% измерений);

- Доступность времени (по умолчанию 50% - достоверно в 50% времени);

- Доступность расположения (по умолчанию 50% - достоверно в 50% точек измерения);

Последние три параметра влияют на возможные погрешности исходных данных и вариабельность модели.

-Высота приемной антенны над ландшафтом (от 0.5 до 3000м);

-Географические координаты области приема (под областью приема понимается географическая зона, в которой будет производиться расчет);

- Уровень напряженности поля (для расчета данного параметра требуется задаться тремя диапазонами значений в дБмкВ / м, которые подбираются самостоятельно; для оптимальной визуализации каждому диапазону соответствует свой цвет, отображаемый на карте местности).

            На следующем этапе пользователю предлагается выбрать на карте положение передатчика и область приема.

 

3.3  Расчет радиопокрытия

 

            Был произведен расчет радиопокрытия с использованием следующих параметров:

- Координаты передатчика – внутренний двор радиоуниверситета;

- Высота антенны над ландшафтом – 50м;

- Частота – 2.4ГГц;

- Мощность передатчика - 10^-4Вт;

- Поляризация – горизонтальная;

- Коэффициент усиления антенны – 20дБ;

- Матрица усиления по азимуту:

- Высота принимающей антенны – 1.7 м;

- Значения напряженности поля для отображения:

100:105дБмкВ/м

105:110дБмкВ/м

110:150дБмкВ/м.

Остальные параметры установил по умолчанию.

В результате расчета была получена карта радиопокрытия, приведенная на Рисунке 3. Каждому диапазону значений напряженности поля соответсвует свой цвет на карте: светло-красный для 100:105дБмкВ/м, красный для105:110дБмкВ/м, темно красный для110:150дБмкВ/м.

Рисунок 3 – Карта радиопокрытия, полученная в результате расчета

 

3.4  Выводы 

 

Основными достоинствами данного ресурса являются простота эксплуатации, возможность быстрого расчета,  а также совместимость с любым устройством, поддерживающим работу с web-страницами.

            К недостаткам можно отнести погрешность вычислений, которая обусловлена использованием неточных карт Google; ограниченные возможности (ресурс позволяет лишь оценить зону радиопокрытия одним передатчиком на одной частоте без учета вида модуляции и наличия расширения спектра).

           

 

Заключение

 

Данная работа была посвящена анализу программного обеспечения для радиопланирования. В ходе работы был произведен обзор бесплатного ПО для расчета зон радиопокрытия. Побробно рассмотрен Веб-ресурс CRC-Covweb, проанализированы его сильные и слабые стороны. С помощью данного продукта удалось провести аналитический расчет на реальной территории с реально заданными параметрами, в ходе которого была получена карта радиопокрытия.