Экспериментальное исследование влияния внутрисистемных помех по основному каналу приёма на качество связи стандарта GSM-R

2. Новое расширение СП, обладая большой гибкостью, высокой моделирующей мощностью, а также наглядностью и удобством использования, может быть с успехом применено в исследовании оптимальных по быстродействию дискретно-событийных динамических систем.

Список литературы

1. Бондарев В.Н., Аде Ф.Г. Искусственный интеллект: Учеб. пособие для вузов.- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002. - 615 с.

2. Алиев Р.А., Церковный А.Э., Мамедова Г.А., Управление производством при нечеткой исходной информации. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

3. Котов В.Е. Сети Петри. - М.: Наука, 1984. - 160 с.

4. Леоненков А. В. Нечёткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. -СПб.: БХВ - Петербург, 2003. - 736 с.

5. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. - М.: Мир, 1984. - 235с.

6. Murata T. Petri nets: properties, analysis and applications // Proceedings of the IEEE. - April 1989. - Vol. 77, no. 4. - P. 541 — 580.

7. Загарий Г.И., Тимошенко Е.В. Исследование дискретно-событийных систем железнодорожного транспорта. Часть 1. Алгебра сетей Петри (ОБЗОР) // Iнформацiйно-керуючi системи на залiзничному транспорт!- 2005.- №3. - С.70-74.

УДК 656.254.16

Саенко А. С., инженер

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНУТРИСИСТЕМНЫХ ПОМЕХ ПО ОСНОВНОМУ КАНАЛУ ПРИЁМА НА КАЧЕСТВО СВЯЗИ СТАНДАРТА С8М-Я

Введение. С позиций внедрения новых систем технологической железнодорожной радиосвязи рассматривается переход на современный цифровой стандарт ОБМ-Я. При проектировании сетей этого стандарта возникает ряд новых задач, одна из которых - обеспечение внутрисистемной электромагнитной совместимости с учетом требований к сетям технологической радиосвязи. В данной работе проведены результаты, проведенного автором, экспериментального исследования

влияния внутрисистемных помех по основному каналу приёма на качество связи стандарта GSM.

Постановка проблемы. Для обеспечения выполнения своих функций, сеть железнодорожной технологической радиосвязи (ЖТР) должна обладать качественными характеристиками, не ниже требуемых. Качество передачи речи, в сети GSM-R, зависит от типа применяемого речевого кодека и уровня битовых ошибок в канале связи, на который существенное влияние оказывают различного рода внутрисистемные и межсистемные помехи [1]. Частотное планирование сети GSM-R заключается в назначении частотных присвоений БС, с условием непревышения минимально-допустимых соотношений сигнал-помеха по основному (С/По) и побочным (С/Пп1, С/Пп2, ... , С/Ппп) каналам приема [2], т.е. должна обеспечиваться внутрисистемная электромагнитная совместимость (ВЭМС). Для выполнения частотного планирования необходимо определить минимально-допустимые значения величин С/По и С/Пп при которых обеспечивается качество связи, не ниже требуемого.

Анализ последних исследований и публикаций. В действующих инструкциях по проектированию сетей технологической железнодорожной радиосвязи [3] не приводится никаких рекомендаций относительно частотного планирования сетей стандарта GSM-R, соответствующие документы предстоит разрабатывать в будущем.

Основными документами, описывающим технические характеристики стандарта GSM-R, является "European Integrated Railway Radio Enhanced Network System Requirements Specification" [4] и "GSM-R procurement guide" [5]. В этих документах описаны основные принципы построения, даны некоторые рекомендации по проектированию сетей GSM-R. Однако эти документы несут лишь общую информацию, недостаточную проектирования сетей этого стандарта, в частности не оговорены минимально-допустимые величины С/По и С/Пп.

Стандарт GSM-R основан на стандарте GSM, для которого существует ряд рекомендаций [6,7], содержащих информацию, необходимую для выполнения частотно-территориального планирования сетей GSM общего назначения. В частности, в рекомендации GSM 5.05 [7] приводятся следующие значения минимально-допустимых соотношений сигнал-помеха по основному и соседним каналам приема:

- по основному каналу: 9 дБ,

- по соседнему каналу 1 (200 кГц от основного): - 9 дБ,

- по соседнему каналу 2 (400 кГц от основного): -41 дБ,

- по соседнему каналу 3 (600 кГц от основного): -49 дБ.

Однако данные рекомендации не учитывают специфику проектирования радиосетей ЖТР и повышенные требованиями к надежности и качеству их работы. Для получения оценок минимально-допустимых величин С/По и С/Пп для сети GSM-R, необходимо построить математическую модель, описывающую работу радиоканала и приемопередающих устройств, либо получить статистические данные методом имитационного моделирования или измерениями в реальных условиях. Трудность теоретического определения зависимости процента битовых ошибок от соотношения сигнал-помеха по основному каналу заключается в невозможности учёта многих влияющих факторов, реальная вероятность ошибок зависит также от схемотехнических решений, применённых в приёмном тракте мобильных терминалов и базовых станций, условий работы радиоканала.

В данной работе приведены результаты экспериментального исследования, выполненного автором в условиях максимально приближенных к реальным. Это позволило дать приближенную оценку зависимости вероятности битовых ошибок и соотношением сигнал -помеха по основному каналу приема, на основе полученных статистических данных.

Цель статьи. Экспериментально установить зависимость уровня битовых ошибок на входе речевого кодека, подвижной станции стандарта GSM, от значения соотношения сигнал-помеха по основному каналу приема. Провести приближенную оценку минимально допустимого значения соотношения сигнал-помеха по основному каналу приема для сети GSM-R на основе статистических данных.

Основной материал исследования. Для проведения измерений использовался специализированный измерительный комплекс TEMS, производства компании Ericsson [8], использующий измерительный терминал, приемо-передающий тракт которого схемотехнически не отличается от мобильного терминала GSM. Передатчиками служили предварительно отобранные базовые станции стандарта GSM-900 действующей сети мобильной связи, расположенные недалеко от железнодорожных станций и имеющие антенны, направленные вдоль перегонов. Эксперимент проводился на 5 участках железной дороги (общей протяженности более 200 км). Полученные данные были подвергнуты обработке на ЭВМ и сведены в трёхмерную гистограмму частично представленную на рисунке 1, где Bp - процент ошибочно принятых бит в кадре передачи речевого сигнала, С/По - отношение сигнал - помеха по основному каналу приёма, выраженное в децибелах.

Рисунок 1 - Гистограммы распределения процента битовых ошибок Вр в кадре передачи речевого сигнала от соотношения сигнал - помеха по основному каналу С/По

На рисунке 2 представлены полученные кривые интегрального распределения вероятности процента битовых ошибок Вр, при разных значениях соотношения сигнал - помеха по основному каналу С/По. На основе которых, путем аппроксимации, получены зависимости величины Вр от соотношения С/По, при разных значениях вероятности Роп не превышения значения Вр (рисунок 3).

Вр. %

Рисунок 2 - Интегральное распределения вероятности не превышения процента битовых ошибок Вр, при разных значениях соотношения сигнал

- помеха по основному каналу С/По

вр,0 о

10

9 8 7 6 5 4 3 2 1

О

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

С/По, дБ

Рисунок 3 - Зависимость процента ошибочно принятых бит Вр, от соотношения сигнал - помеха по основному каналу С/По при заданном

уровне вероятности

Для оценки минимально допустимого значения сигнал-помеха по основному каналу C/По, можно воспользоваться результатами экспериментально-теоретического исследования зависимости слоговой разборчивости русской речи S от процента битовых ошибок на входе речевого кодека стандарта GSM при использовании полноскоростного кодирования (FR), опубликованными в работе [9].

Задавшись уровнями вероятности, обеспечения слоговой разборчивости S не ниже определенного значения pk = 0.99, pk =0.95, pk =0.5, были построены графики зависимости S от соотношения С/По (рисунок 4).

Эксплуатируемая, в настоящее время, сеть технологической радиосвязи построена с использованием радиостанций, относящихся ко II классу качества [10], что соответствует слоговой разборчивости не менее 80%. Проектируемая сеть ЖТР, должна обладать показателями качества не хуже существующей, т.е. обеспечивать величину слоговой разборчивости S не менее 80%. Исходя из этого, можно определить минимально допустимое значение соотношения С/По для сети GSM-R, С/ПоШт = 14 дБ при уровне вероятности pk = 0.95. С учетом требования обеспечения минимально-допустимого уровня сигнала в зоне обслуживания -95 дБм [4], максимально допустимый уровень помехи по основному каналу не должен превышать - 109 дБм.

s,%

С/По. дБ

Рисунок 4 - Зависимость слоговой разборчивости при использовании полноскоростного кодирования (FR) от соотношения сигнал - помеха при

заданном уровне вероятности

Вывод. Кратко изложены основные результаты экспериментального исследования зависимости уровня битовых ошибок на входе речевого кодека, подвижной станции стандарта GSM, от значения соотношения сигнал-помеха по основному каналу приема. Дана приближенная оценка, минимально допустимого значения соотношения сигнал-помеха по основному каналу приема, для сети GSM-R при использовании полноскоростного кодирования (FR) на основе статистических данных, которая составила 14 дБ. Что при требуемом значении минимально-допустимого уровня сигнала в зоне обслуживания -95 дБм, соответствует максимально-допустимому уровню помехи по основному каналу приёма -109 дБм.

Полученные результаты говорят о необходимости проведения аналогичных исследований для других типов кодеков (HR, EFR, AMR) и разработки соответствующих рекомендаций по проектированию сетей GSM-R.

Список литературы

1. Бабков В.Ю., Полынцев П.В., Устюжанин В.И.; Качество услуг мобильной связи. Оценка, контроль и управление. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

2. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007.

3. Правила организации и расчета сетей поездной радиосвязи - М.: Транспорт, 1991. -92 с.

4. European Integrated Railway Radio Enhanced Network System Requirements Specification, PSA167D006 - 2006.

5. GSM-R procurement guide V. 5.0 - 01.02.2007.

6. ETSI GSM 03.30 Radio network planning aspects, 1999.

7. ETSI GSM 05.05 Radio transmission and reception, 1999.

8.http://www.ericsson.com/solutions/tems/realtime_diagnostics/downloads/TI_9.0_dat asheet.pdf

9. Дядюнов А.Н. Решетников В.В. Оценка качества речевого канала связи стандарта GSM-900 // Научный вестник Московского Государственного Технического Университета Гражданской Авиации. - №35. - 2001.

10. ГОСТ 16600-72 Передача речи по трактам радиотелефонной связи. Требования к разборчивости речи и методы артикуляционных испытаний.-М.: 1972