(предварительная версия)
Москва 2018 г.
Содержание
1 Исходные данные и их анализ. 4
2 Оценка помехоустойчивости системы.. 6
3 Расчёт полосы канала связи. 7
4 Выбор многопользовательского доступа и разделения на соты.. 10
5 Выбор частотного диапазона. 11
6 Расчёт количества базовых станций. 12
7 Оценка потери на распространение сигнала. Модель Окамуры-Хата. 15
8 Расчёт энергетики линии радиосвязи. 17
9 Расчёт максимальной скорости передачи данных. 19
10 Разработка структуры сигнала. 20
11 Правила оформления. 28
Список используемых источников. 29
ВЕДЕНИЕ
Цель домашнего задания является о знакомление студентов с основными принципами расчёта сети сотовой связи.
После выполнения домашнего задания студентыполучат представления о логике расчета системы сотовой связи для заданной местности. В ходе расчета оцениваются требования к диапазону частот, количество и параметры базовых станций, необходимое для покрытия территории с заданным населением.
В ходе работы над домашним заданием проводится анализ и выбор структуры сигнала применяемого в рассчитываемой системе, рассчитывается энергетика радиолинии базовая станция – мобильная станция, производится оценка помехоустойчивости для выбранной модуляции и помехоустойчивого кодирования.
Домашнее задание выполняется индивидуально каждым студентом, рекомендуется для расчётов использование вычислительных средств со специализированными программными продуктами (MathCAD, Matlab).
1 Исходные данные и их анализ
В соответствии с вариантом задания исходными данными для расчета сотовой системы связи в домашнем задании являются:
– тип местности;
– размеры территории (длина L1 и ширина L2), км;
– численность местного населения Nаб, тысяч человек;
– эквивалентная шумовая температура приемника в БС и АС, Tшэ К;
– высота расположения БС, HБС, м;
– совокупные потери на обработку сигнала в БС и АС, Lобр, дБ;
– размерность MIMO системы (количество передатчиков Nпер и количество приемников Nпр);
– скорость передачи данных (условно гарантированная) С, кбит/с;
– вероятность отказа, нормированная к 10-9;
– вероятность ошибки на бит, нормированная к 10-9.
Количество абонентов и размеры территории позволяют оценить плотности населения.
Тип местности и плотность населения влияют на активность абонента, соответственно по мере увеличения количества и активности абонентов увеличивается число базовых станций для покрытия данной территории [1].
Диапазоны значений активности абонентов в зависимости от типа местности приведены в таблице 1.
В зависимости от активности абонентов следует учитывать расположение базовых станций, с ростом числа абонентов и их активности необходимо уменьшать расстояние между базовыми станциями (БС). Так в городской местности обычно применяется большое число маломощных БС.
Для сельской местности обычно зона обслуживания одной БС близка к максимально допустимой, что позволяет обслуживать как можно большую территорию.
Применение MIMO антенных систем размерностью 
позволяет увеличить пропускную способность системы за счет некоторого увеличения энергетического потенциала при декодировании сигнала и возможностью подавления помех вызванных многолучевым распространением сигнала.
Таблица 1. Типовые значения активности абонентов в зависимости от местности.
| Тип местности | Активность абонентов. |
| Сельская местность, деревни | 1…3% |
| Крупные транспортные узлы и магистрали | 2…5% |
| Небольшие поселения, села поселки | 3…6% |
| Небольшие города, в том числе поселки городского типа | 4…7% |
| Крупные города | 5…8% |
| Бизнес центры | 6…10% |
Антенные системы и системы кодирования MIMO применяются в зависимости от местности: в городской среде MIMO применяется для уменьшения количества БС в зоне городской застройки и увеличении зоны покрытия, в сельской местности MIMO применяют крайне редко и обычно для повышения скорости передачи информации [1, 2].
Под скоростью передачи данных понимается минимальная скорость, обеспечиваемая при подключении абонента, то есть такую скорость СС обеспечит при максимальном допустимом числе активных абонентов.
Вероятность отказа в соединении – предельное значение для системы, рассчитанное по формуле Эрланга. Вероятность ошибки на бит задается в качестве характеристики помехоустойчивости канала связи с учетом модуляции и выбранного при расчете помехоустойчивого кодирования.
Целью расчёта сети сотовой связи является удовлетворение всем параметрам, заданным в задании, а также рекомендациям данных методических указаний. При расчете следует минимизировать число базовых станций и ограничить суммарную мощность передатчиков базовой станции 10…50 Вт.
Расчёт сети следует проводить итерационным методом, то есть провести предварительный расчет, оценить характеристики, провести коррекцию параметров по необходимости, повторно оценить характеристики системы и так далее, до достижения требуемых в задании характеристик.
2 Оценка помехоустойчивости системы
При построении СС следует выбрать с размер кода символа и типа помехоустойчивого кодирования.
Рассмотрим задачу выбор метода помехоустойчивого кодирования, если скорость передачи информации невелика, не более 20-26 кбит/с, то необходимо использовать сверточное кодирование, если скорость передачи больше, следует использовать турбо-кодирование [1-3].
Значения помехоустойчивости для различных видов модуляции, вероятности ошибки на бит, избыточности и способа кодирования представлены в таблице 2. В таблице 2 «Св» обозначено сверточное кодирование, «Т» – турбо-кодирование.
Таблица 2. Помехоустойчивость для различных типов кодирования.
| Тип кодирования | Вер-ть ошибки на бит | Помехоустойчивое кодирование | |||||||||
| 1/2 | 2/3 | 3/4 | 5/6 | 7/8 | |||||||
| Св | Т | Св | Т | Св | Т | Св | Т | Св | Т | ||
| QPSK (BPSK) | 10-4 | 3,6 | 1,5 | 4,1 | 2,3 | 4,7 | 2,8 | 5,1 | 4,1 | 5,6 | 5,2 |
| 10-5 | 4,3 | 1,7 | 4,8 | 2,6 | 5,3 | 3,2 | 5,7 | 4,3 | 6,2 | 5,3 | |
| 10-6 | 4,8 | 1,9 | 5,3 | 2,7 | 5,9 | 3,4 | 6,4 | 4,4 | 6,8 | 5,4 | |
| 10-7 | 5,3 | 2,2 | 5,8 | 2,9 | 6,4 | 3,7 | 6,9 | 4,6 | 7,4 | 5,6 | |
| 10-8 | 5,8 | 2,7 | 6,3 | 3,4 | 6,9 | 4,1 | 7,3 | 7,8 | 5,9 | ||
| 8PSK | 10-4 | 7,2 | 5,1 | 7,7 | 5,8 | 8,3 | 6,4 | 8,7 | 7,7 | 9,2 | 8,8 |
| 10-5 | 7,9 | 5,3 | 8,4 | 6,2 | 8,9 | 6,8 | 9,3 | 7,9 | 9,8 | 8,9 | |
| 10-6 | 8,4 | 5,5 | 8,9 | 6,3 | 9,5 | 10,4 | |||||
| 10-7 | 8,9 | 5,8 | 9,4 | 6,5 | 7,3 | 10,5 | 8,2 | 9,2 | |||
| 10-8 | 9,4 | 6,3 | 9,9 | 10,5 | 7,7 | 10,9 | 8,6 | 11,4 | 9,5 | ||
| 16QAM | 10-4 | 7,6 | 5,5 | 8,1 | 6,2 | 8,7 | 6,8 | 9,1 | 8,1 | 9,6 | 9,2 |
| 10-5 | 8,3 | 5,7 | 8,8 | 6,6 | 9,3 | 7,2 | 9,7 | 8,3 | 10,2 | 9,3 | |
| 10-6 | 8,8 | 5,9 | 9,3 | 6,7 | 9,9 | 7,4 | 10,4 | 8,4 | 10,8 | 9,4 | |
| 10-7 | 9,3 | 6,2 | 9,8 | 6,9 | 10,4 | 7,7 | 10,9 | 8,6 | 11,4 | 9,6 | |
| 10-8 | 9,8 | 6,7 | 10,3 | 7,4 | 10,9 | 8,1 | 11,3 | 11,8 | 9,9 | ||
| 64QAM | 10-4 | 12,1 | 12,6 | 10,7 | 13,2 | 11,3 | 13,6 | 12,6 | 14,1 | 13,7 | |
| 10-5 | 12,8 | 10,2 | 13,3 | 11,1 | 13,8 | 11,7 | 14,2 | 12,8 | 14,7 | 13,8 | |
| 10-6 | 13,3 | 10,4 | 13,8 | 11,2 | 14,4 | 11,9 | 14,9 | 12,9 | 15,3 | 13,9 | |
| 10-7 | 13,8 | 10,7 | 14,3 | 11,4 | 14,9 | 12,2 | 15,4 | 13,1 | 15,9 | 14,1 | |
| 10-8 | 14,3 | 11,2 | 14,8 | 11,9 | 15,4 | 12,6 | 15,8 | 13,5 | 16,3 | 14,4 | |
| 256QAM | 10-4 | 16,9 | 14,8 | 17,4 | 15,5 | 16,1 | 18,4 | 17,4 | 18,9 | 18,5 | |
| 10-5 | 17,6 | 18,1 | 15,9 | 18,6 | 16,5 | 17,6 | 19,5 | 18,6 | |||
| 10-6 | 18,1 | 15,2 | 18,6 | 19,2 | 16,7 | 19,7 | 17,7 | 20,1 | 18,7 | ||
| 10-7 | 18,6 | 15,5 | 19,1 | 16,2 | 19,7 | 20,2 | 17,9 | 20,7 | 18,9 | ||
| 10-8 | 19,1 | 19,6 | 16,7 | 20,2 | 17,4 | 20,6 | 18,3 | 21,1 | 19,2 |
3 Расчёт полосы канала связи
Распределение частотного спектра в Российской Федерации регулируется государственной комиссией по радиочастотам (ФЗ № 126 от 03.07.2003, ред. 03.08.2018). Во всем мире распределение частотного спектра для различных целей использование производится соответствующими комиссиями. Так как для выделения частотного диапазона для системы требуется достаточно сложное обоснование и согласование целесообразно начинать расчет системы сотовой связи с оценки требований системы к полосе канала связи.
Независимо от выбираемого способы многостанционного доступа система будет строго ограничена по частотному ресурсу, который будет делиться между каналами связи абонентской станции (АС) и базовой станции. Таким образом, следует оценить требования, которые предъявляет к частотному ресурсу один канал АС-БС. Частотный ресурс, выделяемый на один канал связи принято называть полосой канала связи, это связано с историческим распространением частотного разделения каналов (FDMA).
Полоса канала связи для базовой станции рассчитывается на основании следующего соотношения [1]:
, (1)
где С – скорость передачи информации, 
– отношение объема полезных данных к передаваемым с учетом помехоустойчивого кодирования, b– число бит несущего кода на один информационный бит при выбранном типе модуляции, 
– размерность MIMO на передающей стороне, если технология применяется для увеличения пропускной способности, численно равно количеству передаваемой информации деленной на длину такта MIMO кода, 
– база сигнала, обратное значение индекса модуляции (сколько чипов идет на один бит несущего кода), 
– коэффициент расширения полосы для обеспечения требуемого уровня помехи при использовании соседний каналов, для фазо-кодовой манипуляции равен 2, для иных видов модуляции определяется путем анализа спектра сигнала, в расчете допускается выбирать значение в диапазоне (1,5; 2).
При выборе режима работы MIMO следует оценить параметры матрицы кода, в домашнем задании допускаются квази-ортогональные и ортогональные коды. Для примера рассмотрим матрица кода для двойного Аламоути и делением системы в режиме увеличения скорости в 3 раза и увеличения мощности в 2 раза на передающей стороне:
. (2)
Выбор матрицы кодирования производится в соответствии с необходимостью обеспечения требований скорости и помехоустойчивости в системе связи.
Для расчета полосы канала необходимо выбрать это скорость передачи с помехоустойчивым кодированием и число бит в символе. Обычно в стандартах сотовой связи помехоустойчивое кодирование описывается отношением полезной информации к общему объему передаваемой информации и составляет 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8, таким образом можно оценить требуемую скорость передачи символов.
Выбор количества бит на символ определяется в соответствии с выбранным методом кодирования передаваемой информации, для кодовой манипуляции это размер созвездия кодов, например, Грея или Уолша [4-5].
В результате для выбранных технических решений можно оценить помехоустойчивость системы, она должна с одной стороны быть наибольшей, а с другой – необходимо эффективно использовать частотный диапазон. С ростом размерности кластера необходимо увеличивать помехоустойчивость, даже ценой потери скорости, так как соседние диапазоны частот с высокой долей вероятности также используются для передачи данных, для малых же кластеров использование значительной помехоустойчивости ведет только к ухудшению характеристик.
Для сот секторного типа размер кластера следует умножить на число секторов, за исключением случая размерности кластера, равной 1, так как вся сеть работает на одной частоте.
В таблице 3 приведены максимальные значения помехоустойчивости для заданного размера кластера и высоты расположения БС.
Таблица 3. Максимальные значения помехоустойчивости, дБ.
| Высота БС, м | Размер кластера | |||||
| 3,2 | 6,5 | 9,2 | 14,0 | 16,1 | 18,5 | |
| 2,6 | 5,9 | 8,5 | 13,2 | 15,2 | 17,5 | |
| 2,2 | 5,5 | 8,1 | 12,6 | 14,6 | 16,8 | |
| 1,9 | 5,2 | 7,7 | 12,1 | 14,1 | 16,3 | |
| 1,7 | 5,0 | 7,4 | 11,7 | 13,7 | 15,8 |
4 Выбор многопользовательского доступа и разделения на соты
Существует три основных способа многопользовательского доступа или разделения ресурса сети между абонентами:
– частотное разделение (FDMA);
– временное разделение (TDMA);
– кодовое разделение (CDMA).
В чистом виде данные методы не использовались даже в 1 поколении сотовых систем связи, методы доступа обычно используются совместно в различных пропорциях.
FDMA является наиболее распространенным методом разделения базовых станций, однако и абоненты могут быть разделены по частоте в пределах одной соты. В этом случае в сети допускается асинхронная работа, но следует выбирать коэффициент запаса большой 
в пределах (1,7; 1,9) из-за необходимости выделения защитных интервалов частот. К сожалению FDMA сильнее всего подвержен замираниям сигнала, поэтому его применение в городской среде без дополнительных конструктивных решений не очень эффективно. В настоящее время FDMA и стандарты, использующие его в качестве основного метода многопользовательского доступа, применяются в сельских и малозаселённых районах, а также в качестве систем с высокой надежностью передачи голосовых данных, например в аварийных системах.
TDMA применяется не во всех стандартах сотовой связи, однако активно используется для передачи данных пакетным способом, активно применяется со времен стандартов второго поколения сотовой связи. Позволяет передавать пакеты данных с высокой скоростью, однако очень требователен к синхронизации АС и БС. Данный метод применим для всех типов местности, коэффициент запаса нужно выбрать из диапазона (1,1; 1,3).
CDMA наиболее активно использовался в американских стандартах сотовой связи со времен 2 поколения, в настоящее время применяется достаточно широко для любых типов местности. При использовании CDMA в качестве основного метода разделения абонентов часто используется кластер с размерностью 1, то есть вся сеть работает на одной частоте. Для увеличения емкости общий диапазон системы делится на несколько поддиапазонов и на каждой БС используется несколько каналов CDMA, разделённых по частоте – метод MC-CDMA. В случае CDMA коэффициент запаса нужно выбрать в пределах (1,2; 1,6).
5 Выбор частотного диапазона
Выбор частотного диапазона определяется в первую очередь возможностью размещения указанной в задании полосы. Основные диапазоны и выделяемые в них полосы приведены в таблице 4. Также необходимо помнить, что чем больше частота сигнала, тем больше затухание радиоволн при распространении над заданным типом местности [6].
Таблица 4. Доступная полоса частот
| Несущая частота, МГц | |||||
| Полоса, МГц |
6 Расчёт количества базовых станций
Для расчета числа базовых станций нужно оценить число каналов, которые обеспечивается на одной БС по формуле [1]:
(3)
где 
– размерность кластера, 
– число секторов в соте,
– коэффициент запаса, выбирается из диапазона (1,1; 1,9).
Отметим, что для расчета числа каналов необходимо общая полоса системы и число каналовдолжно быть целым числом, округление в данном случае производится всегда в меньшую сторону.
Основной характеристикой, определяющей с функциональной точки зрения количество БС, является вероятность блокировки (отказа от обслуживания абонента), которую можно рассчитать по формуле Эрланга:
(4)
где 
– суммарная интенсивность нагрузки для одной соты (сектора),
– активность одного абонента, 
– количество абонентов в соте (секторе), 
– число каналов связи в соте (секторе).
При числе каналов больше 120 следует использовать аппроксимацию формулы Эрланга, полученную путем замены через формулу Стирлинга и решение уравнения методов Ньютона [5]:
. (5)
После того, как определено число каналов, по формуле Эрланга рассчитывается суммарная активность абонентов, отсюда можно определить площадь соты (сектора). Аналитического решения уравнений (4.1) и (4.2) нет, поэтому следует воспользоваться численными методами или методами оптимизации, в среде MathCAD для нахождения решения уравнения можно использовать функцию root или find.
При итерационном расчете вероятности блокировки следует использовать в качестве параметра число абонентов, последовательно увеличивая либо уменьшая его, отметим, что число абонентов натуральное, в дальнейшем следует скорректировать число пользователей с учетом площади соты и плотности населения и по необходимости произвести перерасчет системы.
После оценки числа каналов необходимо убедится, что вероятность блокировки по формуле Эрланга получается меньше чем требуемая в задании, однако следует обеспечить по возможности наибольшую вероятность блокировки из возможных, так как число каналов напрямую определяет число абонентов одновременно обслуживаемых БС.
В общем виде площадь соты можно определить как:
, (6)
где 
– общая площадь зоны, где производится развертывание системы сотовой связи; 
– общее число абонентов в зоне.
Число базовых станций для общего случая в таком случае:
. (7)
Радиус соты в общем случае, с учётом, что сота представляет собой правильный шестиугольник, можно рассчитать следующим образом:
. (8)
Для реального построения сотовых систем связи данные формулы применяются только для приблизительного расчета по следующим причинам:
– на реальной местности возможен большой перепад плотности населения, за счет чего невозможно выделить среднее значение активности абонента для большой территории;
– часто соты устанавливаются из соображений пиковой активности абонентов, то есть чаще, чем требуется по расчету для обеспечения пиковой пропускной способности, например, вокруг крупного бизнес центра может быть несколько сот для разделения нагрузки, а не одна с большой емкостью;
– при уточнении расчета на последующих стадиях производится перераспределение БС с учетом распространения сигнала на местности.
7 Оценка потери на распространение сигнала. Модель Окамуры-Хата.
Энергетический расчет для сотовых систем связи без учета особенностей распространения сигнала в зависимости от местности даёт грубую оценку энергетики, так как рельеф и застройка местности в зоне действия сети могут быть различные и их сложно аппроксимировать шероховатостью.
Существует несколько статистических моделей потерь при распространении, основанных на экспериментальной оценке потерь для различных условий.
В статистических моделях устоявшейся можно считать следующую классификацию местности:
– открытые районы, участки с очень небольшим числом препятствий, таких как деревья или строения;
– пригородные зоны, участки с небольшими строениями и деревьями, находящимися поблизости от подвижного объекта;
– городские районы, участки, плотно застроенные многоэтажными домами.
В настоящем домашнем задании для расчета потерь на распространение воспользуемся моделью Окамуры-Хата.
Потери в данной модели определяются по формулам [1-3]:
(9)
где:
где: 
– радиус соты, м;
– частота несущей, МГц;
- высота антенн абонентской станций, м
– высота антенн базовой станции, м
Высота расположения абонентских станций выбирается в пределах 1,6…1,8 м.
8 Расчёт энергетики линии радиосвязи
При проектировании сотовой системы связи одной из важных характеристик является требуемая мощность передатчика базовой станции, ее можно рассчитать, воспользовавшись уравнением радиосвязи.
В расчёте будем полагать, что необходимо рассчитать суммарную мощность всех передатчиков на одной базовой станции, которые используются для всех секторов, всех антенн MIMO и всех каналов базовой станции.
При расчёте энергетики необходимо учитывать режим использования MIMO [4-5]. Если MIMO используется для увеличения энергетики, в этом случае мощность выделяется на каждую из передающих антенн независимо, а на приёмной стороне потоки складываются когерентно:
. (10)
В случае использования MIMO для увеличения пропускной способности в 
раз, мощность делится поровну между антеннами, каждая антенна излучает свой информационный поток, каждый из них принимается m антеннами, сигнал которых складывается когерентно. В этом случае увеличения энергетики канала не происходит.
. (11)
В формулах (10) и (11) использованы следующие обозначения:
– суммарная мощность передатчиков базовой станции;
– числи передающих антенн MIMO на базовой станции передающих одинаковую информацию в за такт работы MIMO кода;
– коэффициент усиления антенн базовой станции, в расчете предполагается, что все антенны БС одинаковые;
– длина волны, в качестве длины волны выбирается средняя длина волны для диапазона выделенных частот, допустимо использование наибольшей длины волны из диапазона для обеспечения некоторой избыточности по мощности;
– коэффициент потерь, вводится для учета потерь на распространение сигнала от БС до АС в соответствии с моделью Окамуры-Хата;
– число каналов БС либо сектора;
– скорость передачи информации;
– постоянная Больцмана;
– эквивалентная шумовая температура приемника.
Отметим, что расчёт линии связи в случае использования MIMO не учитывает расположение отражателей при многолучевом распространении и методику обработки сигнала, соответственно его результаты можно считать достаточно грубой оценкой. Расчет с учетом особенностей распространения и обработки представляет собой отдельную инженерную задачу, решение которой в настоящем домашнем задании не рассматривается.
Коэффициент усиления антенн для базовой станции без секторного разделения абонентов можно взять равным 3 дБ, для БС содержащей 3 отдельных сектора – 5 дБ, для БС с 6-ю секторами – 7 дБ [6].
9 Расчёт максимальной скорости передачи данных
При уменьшении расстояния между абонентской и базовой станциями, у линии связи появляется избыточной энергетический потенциал, следовательно, увеличивается отношение сигнал шум, за счет этого увеличения можно увеличить скорость передачи информации.
Для увеличения скорости передачи данных можно варьировать числом бит в модуляционном символе 
, типом и скоростью помехоустойчивого кодирования и режимами работы MIMO. Полоса канала связи и прочие рассчитанные параметры при этом остаются неизменными.
Для проведения расчета следует оценить изменение отношения сигнал шум по формулам из раздела 8. После расчета нового отношения сигнал шум можно оценить допустимые требования к помехоустойчивому кодированию и оценить скорость передачи данных с учетом приведенных изменений.
Результаты расчёта следует привести в таблице и в виде графика зависимости скорости передачи данных, в зависимости от дальности, на графике также должна быть отмечена граница Шеннона [1], для большого отношения сигнал-шум воспользуемся следующей апроксимацией:
, (12)
где 
– скорость передачи данных,
– эффективна полоса канала связи,
– число уровней в канале связи (размер созвездия символьного кода),
– число приемников в MIMO системе;
– количество передаваемых сообщений за период работы MIMO кода;
– наименьшее из пары значений.
10 Разработка структуры сигнала
Для полученных данных необходимо разработать и привести изображение структуры сигнала. Структура включает длительность символа сообщения, метод разделения абонентов в соте (секторе), метод разделения сот (секторов).
Оценим количество режимов работы сотовой системы связи, для этого воспользуемся уравнением Шеннона и на максимальной дальности ограничим нашу скорость через число уровней, вид скоростных режимов показан на рисунке 1.
Рисунок 1 – Режимы работы канала связи
Для расчета числа режимов можно воспользоваться следующей формулой:
. (13)
Число уровней должно соответствовать возможному типу модуляции, в домашнем задании шаг изменения модуляции организован по числу разрядов, то есть:
. (14)
После подстановки возможных уровней можно получить искомую зависимость, отметим что реализуемая скорость не превышает теоретически возможную пропускную способность системы связи.
Оценив все возможные режимы работы определить минимальный шаг времени в системе по формуле:
, (15)
где 
– наименьшее общее кратное множества битов на один символ для всей совокупности используемых режимах.
Оценим длительность одного символа модулированного сигнала, длительность символа будем полагать постоянной независимо от выбранного режима работы системы:
, (16)
при этом если используется TDMA или CDMA, то вместо эффективной ширины канала подставляется ширина частотного диапазона системы.
При использовании FDMA требуется провести коррекцию длины сообщения, так как к символу добавляется циклический префикс, рисунок 2. Для расчета параметров циклического префикса необходимо увеличить длительность символа на максимальное время рассеяния, таблица 5, и учесть возможность синтеза такого сигнала:
(17)
Рисунок 2 – Циклический префикс и его расположение в символе FDMA/OFDM
Для CDMA системы необходимо учесть полосу работы системы и оценить реализуемость rake-приемника:
. (18)
В качестве структуры сигнала необходимо рассчитать ширину и количество частотных каналов, размер кодового ансамбля (для CDMA), длительность окон и кадров. Изображение может быть трёхмерным f-f-t (для FDMA) и двумерным f-t (для FDMA/TDMA).
Пример изображения структуры сигнала для FDMA/TDMA показан на рисунках 3-4, Fd – канал данных, Fc – канал управления, первый индекс – номер базовой станции в кластере, второй индекс – номер канала в пределах базовой станции. Выбор каналов для CDMA и TDMA производится согласно требованиям к многопользовательскому доступу и правилам адресации абонентов.
Рисунок 3 – Пример структуры каналов для FDMA
Рисунок 4 – Пример структуры каналов для CDMA
Под Nk понимается число каналов соответствующего назначения, C – код, соответствующий указанному назначению.
Разрабатываемая система связи предполагает кадровое разделение информации. В домашнем задании рассматривается разработка структуры канала «вниз» соответственно необходимо сформировать параметры не менее чем двух каналов:
– канала данных;
– канала управления.
Пример канала данных и канала управления приведены на рисунке 5.
Для расчета параметров нашей системы необходимо рассчитать следующие значения для кадровой структуры сигнала:
, (19)
где 
– округление значения А в сторону ближайшего большего целого значения.
Рисунок 5 – Пример структуры канала данных и канала управления
Для CDMA не требуется рассчитывать длину защитного интервала, однако необходимо оценить длину дополненных нулями символов до конца пакета.
Время рассеяния, вызванное многолучевым распространением сигнала, представлено в таблице 5.
Таблица 5. Значения времени рассеяния для различных условий работы.
| Город | Пригород | Здание | |
 , мкс
| 5…12 | 1…7 | 0,1…0,5 |
 , мкс
| 1,5 | 0,5 | <0,1 |
| B, МГц | 0,083 | 0,4 | >1,25 |
| скорость, кбит/с | 660 – 83 | 1980 – 142 | 10000 – 1980 |
Для оценки длительности каждого блока в канале управления необходимо оценить длительность каждого блока:
, (20)
где: 
– число режимов работы по мощности;
– число режимов по скорости;
– база сигнала управления, так как в кадре управления не стоит задача высокой скорости передачи данных можно брать базу сигнала управления как соответствующую максимальной используемой в системе, так и 1, что соответствует BPSK кодированию.
Вместо отдельного блока вызова абонента допускается учет вызова абонента в блоке номера ответного канала, если номер ответного канала соответствует каналу управления – производится опрос абонента на его наличие, если это канал данных – полагаем что это вызов.
В случае если блока вызова выделен как отдельная информация, его должно составлять целое число символов, выбираемое согласно логике работы системы.
Дополнительно к обязательным частям системы управления и передачи данных необходимо разместить пилот-сигнал, для этого необходимо оценить его минимальную длительность:
, (21)
где: 
– базой сигнала соответствующая режиму скорости передачи данных.
Расположение пилот-сигнала допустимо в следующих вариантах:
– в начале кадра управления абонентами для всех абонентов, тогда пилот сигнала считается общим для всех абонентов кадра управления и допустимо использовать наибольшую базу сигналов в системе;
– в начале блока управления для соответствующего абонента, в этом случае база сигнала должна соответствовать режиму скорости для соответствующего абонента, а выделяемый в кадре временной ресурс соответствует наименьшей возможной;
– в начале кадра данных, соответственно база соответствует режиму скорости, однако необходимо размер блока данных соответственно сократится.
После построения структуры каналов управления и передачи необходимо оценить параметры группировки кадров, для этого следует провести группировку кадров. Обычно для группировки применяют одно или совокупность следящих правил:
– кадры объединяются в группу, если в пределах данной группы производится проверка наличия всех абонентов в зоне работы;
– группа соответствует интервалу, в котором присутствует пилот сигнал для каждого абонента, либо длительность группы соответствует периоду повторения пилот сигнала;
– длительность группы соответствует периоду повторения несущего кода;
– длительность группы соответствует периоду скремблирующего (защитного) кода или иному периоду рассматриваемой системы.
После группирования кадров в мультикадры, хотя бы по первому критерию, и группирования мультикадров в супер или гиперкадры в зависимости от выбранной структуры, необходимо оценить их параметры: длительность, количество и вид кадров в них взводящих.
Рассмотрим оценку количества кадров в мультикадре и его длительность: