Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

TO DETERMINETHE RANGE IN RADIO COMMUNICATION SYSTEMS IN THE 2.4 GHz BAND

Samoylov V.E. 1
1 «Moscow State University of railway engeneering (MIIT)»
Relay transmission has long been an integral part of cellular communication, but the question is that there is a zone handoff? What is the size of this zone? What is it? The article considers the issues of determining the size of the zone handoff, the Foundation of which lies with the dependence of distance on the signal-to-noise ratio at the receiver output. By setting the threshold values of the characteristics determining the quality of communication on the hypothetical boundaries of the zone handoff, it is possible to determine the size of this zone. The use of syllable intelligibility based on the signal-to-noise ratio allows to obtain syllable intelligibility, as a function of range for values that are significant in determining the size of the zone handoff. What will determine the size ranges of the zone handoff and time, setting the start and end of handover, based on the definition of the class, the quality of communication in these moments.
quality grade
syllable intelligibility
area of handover
            Жизнь современного человека невозможно представить без сотового телефона. Когда-то это изобретение вошло в список 25 технологий, изменивших мир [9]. Спустя десятилетия после её создания, технология сотовой связи далеко ушла вперёд. Революционным изменением в сотовой связи стало создание технологии передачи обслуживания мобильной станции от одной базовой станции к другой, именуемой эстафетной передачей или хэндовером (от англ. handover –«из рук в руки»).

            Эстафетная передача уже давно стала неотъемлемой частью сотовой связи, но возникает вопрос, что есть зона эстафетной передачи? Ответ прост, это область, в которой существует проблема эстафетной передачи. Тогда что такое размер этой зоны? Размер зоны эстафетной передачи –этодлина пути, который мобильная станцияпреодолевает за временной отрезок от момента возникновения проблемы хендовера до момента его окончания.

Параметры, влияющие на размер зоны эстафетной передачи

            Считается, что в общем случае хэндовер должен завершиться в течение одной секунды [2]. На мой взгляд, разумнее определять размер зоны эстафетной передачи, который при задании скорости передвижения мобильной станции позволяет определить и время между началом и завершением хэндовера.

            При жестком хэндовере (TDMA) решение о выполнении эстафетной передачи принимает центр коммутации (MSC) на основании результатов измерений параметров сигнала. При мягком хэндовере (CDMA) решение о передаче обслуживания от одной базовой станции к другой принимает сама мобильная станция. И в том и в другом случае выполняется хэндовер на границе соты, когда уровень принимаемого мобильной станцией сигнала падает до минимально допустимого (порогового) значения.

            Моменты возникновения проблемы хендовера и его завершения определяются пороговыми значениями тех или иных показателей функционирования системы. Показатели можно разделить на две группы.К первой группе относятся показатели отношения сигнал/шум на входе приемника мобильной станции [7;8]:

            - ОСШвх без учета шумов, за счет многолучевого распространения;

            - ОСШвх.интс учетом этих шумов.

            Например, в [4] рассматривается вариант, когда ОСШвх = -100 дБм.

            Определение размера зоны эстафетной передачи проведено на примере модели радиолинии, позволяющей минимизировать влияние шумов многолучевого распространения,

которая была представлена в работах [3;4].При ее применении предпочтительно использовать показатель ОСШвх и его пороговые значения ОСШвхнач при возникновении проблемы хендовераи ОСШвхокпри его окончании.

Определение размера зоны хэндовера с использованиемотношения сигнал/шум и коэффициента нелинейных искажений на выходе приемника мобильной станции

            В основу определения размера зоны эстафетной передачи ложится зависимость дальности связи от отношения сигнал/шум на выходе приемника ОСШ и коэффициента нелинейных искажений Кпрпредставленных в таблице 1 [4].

Таблица 1

Зависимость дальности от отношения сигнал/шум на выходе приемника ОСШ и коэффициента нелинейных искажений Кпр

 

 

 

Значения Кпр, %

Значения ОСШ, дБ

Значения дальности, м

1

40

32,80

3,5

29,12

102,09

4,5

26,94

114,36

6

24,44

128,11

10

20

143,52

15

16,48

160,77

25

12,04

180,10

30

10,46

201,76

50

6

226,02

100

0

253,19

            Используя данныетаблицы 1,изадавая пороговые значения характеристик, определяющих качество связи на границах гипотетической зоны эстафетной передачи, можно определить ее размер.

            Например, при Кпрнач= 25% и Кпрок = 40% размер зоны эстафетной передачи составит 30 метров. Но пороговые значения могут быть определены и исходя из такого показателя качества, как слоговая разборчивость.

Определение размера зоны хэндовера с использованием отношения сигнал/шуми разборчивости на выходе приемника мобильной станции

            В работах [2;5] получена зависимость слоговой разборчивости S,% от ОСШ, дБ для русскоязычного речевого сообщения. Аналитическая зависимость слоговой разборчивости от отношения сигнал/шум (ОСШэкв) полученав работе [1] и представлена в виде аппроксимации в формуле 1:

                               (1)

            С использованием этой зависимости можно определить слоговую разборчивость, как функцию от дальности для значений, существенных при определении размеров зоны эстафетной передачи.

            В 1994 году Московским государственным университетом и воинской частью 93901 разработан ГОСТ Р 50840-95, принятый и введенный в действие постановлением Госстандарта России от 21.11.95 №579. Этот стандарт регламентирует получение комплексной оценки качества передачи речи, основанной на методах измерения показателей разборчивости и качества. Комплексная оценка включает в себя значения слоговой разборчивости, показателя заметности искажения качества речи в тракте (аппаратуре) связи по методу парных сравнений относительно контрольного тракта, показателя заметности искажения шести селективных признаков (картавость, гнусавость и др.), а также ряда других оценок. Стандарт распространяется на телефонную проводную и радиосвязи, в которых используется аналоговый речевой сигнал.

В стандарте под разборчивостью речи понимается относительное количество (в процентах) правильно принятых элементов (слог, слово, фраза) артикуляционных таблиц. Термином «качество речи» обозначается величина, характеризующая субъективную оценку звучания речи в испытуемом тракте по сравнению, во-первых, со звучанием в контрольном тракте (принятым за 5 баллов), и, во-вторых, по сравнению со звучанием речи в другом тракте (в процентах предпочтения). Узнаваемость голоса диктора определяется как величина, характеризующая степень сохранения субъективно воспринимаемых индивидуальных признаков голоса в испытуемом тракте.

Важным представляется то, что ГОСТ Р 50840-95 ставит в прямую зависимость норму слоговой разборчивости речи с классом качества (высший, I-й, II -й, III –й и IV -й).

С учетом изложенного, определяем зависимость от дальности связи слоговой разборчивости и класса качества связи для идеализированной радиолинии (таблица 2) [6].

Таблица 2

3ависимостьот дальности связи слоговой разборчивости и класса качества связи для идеализированной радиолинии

Даль-ность, м

Значение ОСШ, дБ

Значение слоговой разборчивости S,%

Норма слоговой разборчивости S,%

Класскачества

Характеристика класса качества

125

25,3

81,7

>80

Высший

Понимание передаваемой речи без малейшего напряжения внимания

135

22,5

78,9

56 – 80

I

Понимание передаваемой речи без затруднений

214

8,0

56,0

 

 

 

220

7,1

54,4

41 - 55

II

Понимание с напряжением внимания без переспросов

и повторений

245

1,8

41,0

 

 

 

250

0,7

37,2

25 – 40

III

Понимания передаваемой речи с некоторым напряжением внимания, редкими переспросами и повторениями

253

0

35

 

 

 

На практике для определения слоговой разборчивости S, % при известных значениях уровня сигнала на входе приемной радиокартыUc, дБu предложена формула (2):

 

            (2)

 

Теперь можно определить диапазоны размера зоны эстафетной передачи и ее времени (таблица 3), задавая моменты начала и окончания хэндовера, исходя из определения класса качества связи (согласно ГОСТ Р 50840-95) в эти моменты.

Таблица 3

Диапазоны размера зоны эстафетной передачи и ее времени исходя из класса качества связи (согласно ГОСТ Р 50840-95) на границах зоны

Класс качества в начале хэндовера

Класс качества в конце хэндовера

Диапазон размера зоны эстафетной передачи, м

Диапазон времени эстафетной передачи, с при скорости 60 км/ч

Высший

I

10 - 89

0,6 - 5,3

 

II

95 – 120

5,7 - 7,2

 

III

125 –128

7,5 - 7,7

I

II

85 – 110

5,1 - 6,6

 

III

115 – 118

6,9 - 7,1

 

Зависимости времени эстафетной передачи от размера зоны и скорости передвижения мобильной станции при классах качества связи «высший» и «I-й» в моменты начала и окончания хэндовера представлен графикомна рисунке 1.

 

Рис.1. Зависимость времени эстафетной передачи от размера зоны и скорости передвижения МС при классах качества связи «высший» в момент началахэндовера и «I-й» в момент его окончания

 

Заключение

В работе рассмотрена процедура определения размера зоны эстафетной передачи, позволяющей при заданной скорости передвижения мобильной станции определять время хэндовера. Предложен комплекс показателей для определения границ зоны эстафетной передачи (отношение сигнал/шум на входе и выходе, коэффициент нелинейных искажений на выходе приемника мобильной станции, слоговая разборчивость и класс качества связи по ГОСТ Р 50840-95). Получены конкретные результаты для физической модели радиолинии диапазона 2,4 ГГц.

Рецензенты:

Зыков В.И., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Специальная электротехника, автоматизированные системы и связь» Академии ГПС МЧС России, г.Москва;

Ромашкова О.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Прикладная информатика» ГАОУ ВО «Московский городской педагогический университет», г.Москва.