Принципы оперативного мониторинга электромагнитной обстановки в сети подвижной связи

В общем случае экологический мониторинг должен включать наблюдение за воздействующим фактором, оценку состояния природной среды по соответствующим критериям и прогнозирование обстановки по этому фактору. Мониторинг ЭМО осуществляется для целей санитарно-гигиенической экспертизы на этапах проектирования,строи-тельства и эксплуатации излучающих технических средств.Основа такого мониторинга – это прогнозирование ЭМО расчетными методами,а в последнее время часто с использованием возможностей геоин-формационных технологий [1].Расчеты проводятся обычно на критические режимы работы – условия прямой видимости, максимальные излучаемые мощности и прочее.

В настоящее время актуальной задачей является создание системы оперативного мониторинга ЭМО сотовой связи.Суть такого мониторинга заключается в контроле уровня электромагнитных полей в любой момент времени на любом участке зон обслуживания для реальных эксплуатационных параметров оборудования.

«Реальная безопасность сотовой связи может быть достигнута исключительно на системном уровне.Именно на этом уровне могут быть сформу- лированы и реализованы обоснованные технические, организационные,экономические, правовые, этические и иные требования ко всем элементам сети,обеспечивающие реальную экологическую безопасность сотовой связи в тех или иных условиях» [2].

Поставлена задача разработки системы,способ-ной выполнять соответствующие математические вычисления по определению электромагнитного поля,в зонах обслуживания сетей современной сотовой связи.Система должна быть универсальной с точки зрения интеграции в существующие сети любых операторов. Для этого создаются специальные модули под каждого вендора с целью конвертирования форматов выходных данных с соответствующих центров сотовой связи на систему оперативного мониторинга ЭМО для ее корректного функционирования. Это является одной из ключевых задач,кото-рые необходимо решить при создании системы.

Схема внедрения системы оперативного мониторинга ЭМО в сеть сотовой связи третьего поколения приведена на рис. 1.

С контроллера базовых станций (RNC-radio network controller) на систему оперативного мониторинга ЭМО поступают данные о существующей конфигурации сети (количестве базовых станций, их местоположение, высота подвеса антенн,углы места и азимутальные направления),а также статистические данные об излучаемой мощности каждой базовой станции.От геоинформационной системы поступают картографические данные (рельеф,тип местности,застройка), на которые в системе опера- тивного мониторинга ЭМО накладываются данные о базовых станциях.

На стороне системы оперативного мониторинга ЭМО производится форматирование данных в соответствии с требованиями системы, и уже далее по существующим расчетным формулам производится оценка электромагнитного поля в каждой точке заданного участка местности.При необходимости осуществляется сравнение полученных данных с допустимыми значениями и выносится соответственное решение об уровне электромагнитного излучения.

Рис.1. Схема внедрения системы оперативного мониторинга ЭМО в сеть сотовой связи третьего поколения

Процедура расчета электромагнитной обстановки производится с заданной точностью во времени и пространстве, что также направлено на экономию вычислительных ресурсов системы. При равных вычислительных возможностях можно варьировать периодичность перерасчета поля и географическую точность в зависимости от выдвигаемых требований.

Рассматриваются три возможных варианта функционирования системы оперативного мониторинга ЭМО.

Первый вариант будет заключаться в расчетах электромагнитной обстановки с повышенной точностью с точки зрения разрешения карты. На периодичность перерасчета в данном случае будут влиять размеры расчетной площади и параметры выбора шага квантования. Этот вариант необходим для оценки ситуации в случае квазис-тационарных режимов работы станций, когда нет необходимости часто пересчитывать обстановку из-за стабильности режимов работы по излучаемой мощности (трафику), когда важна именно точность, а не переоценка ситуации в каждый момент времени.

Второй вариант связан с расчетом электромагнитного поля с максимальной частотой и заданным минимально возможным разрешением расчета. Это позволит оценивать ситуацию практически в «реальном времени», что, несомненно, удобно именно для оперативного мониторинга среды.

Третьим вариантом будет являться подробный расчет электромагнитной обстановки всей зоны обслуживания с максимальной точностью, например, в час наибольшей нагрузки, и последующий перерасчет проблемных участков с заданной частотой, например, каждые пять минут, для получения максимально точной статистики в местах, требующих большего внимания.

Все это предоставит удобный инструмент для оперативного контроля окружающей среды и позволит качественно оценивать электромагнитную обстановку.

В сотовой связи третьего поколения предусмотрено несколько возможностей для контроля и последующего анализа событий, которые возникают при работе терминальных устройств.

Для радиоинтерфейса, соединяющего между собой базовые станции и терминальные устройства, эту возможность дают автоматически сохраняющиеся на контроллере базовых станций лог файлы такие, как performance data и call history record (CHR). Файл Performance data необходим для анализа статистики – в нее входят все события, которые произошли с устройствами, будь они успешными или неудачными. Файлы с данными CHR позволяют получить информацию только о неуспешных попытках совершить какое-либо действие – запись осуществляется только в случае возникновения ошибок. Для нас могут быть условно полезны только данные файлов CHR, но они предоставят информацию только по проблемным терминальным устройствам.

Гораздо более перспективной является возможность записи трейсов на радиоинтерфейсе. Трейсы бывают двух типов: CDT и IOS. Трейс CDT используется для получения сигнальной информации по конкретному абоненту. При этом для получения информации необходимо знать IMSI сим-карты. Этот трейс неудобен для реализации поставленных целей, так как не позволяет рационально получать информацию по большому количеству абонентов одновременно. Тем более, что невозможно предугадать динамику движения случайных абонентов и получить реальную карту их распределения.

Рассмотрим алгоритмы получения исходных данных для системы оперативного мониторинга электромагнитной обстановки на примере IOS трейсов.

Для поставленных задач могут использоваться сообщения типа RRC_MEAS_RPRT, содержащие в себе следующую информацию: уровень сигнала на приеме (RSCP-received signal code power), отношение сигнал-шум (EcNo-chip energy over noize), параметры местоположения абонента (RTT-round trip time), излучаемую мощность ( P _i).

На рис. 2 приведена схема получения ответов на запросы об измерениях.

SRNC                                  UE

RRC Measurement Control

-------------------------------►

RRC Measurement Report

Рис. 2. Схема получения ответов на запросы об измерениях

Для просмотра этих параметров необходимо программное обеспечение, способное запускать трейсы, контролировать их статус, считывать необходимую информацию из полученных данных.

Рис. 3. Модель расчета местоположение абонента

Содержимое сообщений RRC_MEAS_RPRT интегрируется в картах с фиксацией точного местоположения абонента. При этом предварительно необходимо получить параметры, из которых, в первую очередь, необходимы глобальные коорди- наты базовых станций, азимутальные направления и скремблирующие коды секторов.

Математическая модель, рассчитывающая пересечение трех окружностей-расстояний абонента от базовых станций и использующая RTT-round trip time и SC-scrambling codes, позволяет однозначно получить местоположение абонента, его уровень сигнала и отношение полезного сигнала к шуму (см. рис. 3).

Для определения расстояния от БС до абонента необходимо знать время t , равное времени задержки RTT. При этом расстояние определяется как r = ct ( c – скорость света). Система уравнений, решение которой дает информацию о конкретном местоположении абонента, состоит из уравнений координатных окружностей для трех базовых станций:

( x - x o ) 2 + ( y - Jo ) 2 = r 02 ,

( x - x i ) 2 + ( y - У 1 ) 2 = r i² ,

( x - x2 )2 + ( y - У2 )2 = r22 , где xn, yn – координаты, rn – радиусы окружностей. В целом это позволяет создать карту распределения абонентов, на основе которой можно будет оценить уровень электромагнитного излучения сети сотовой связи 3G в каждом конкретном месте нахождения абонентов. Эта система является удобной в том плане, что мы получаем реальные данные эмпирическим путем.

Кроме того, данные этих трейсов можно использовать с целью подстройки математической модели расчета уровней электромагнитного излучения для получения объективных данных. Основными преимуществами метода являются: факт получения реальных данных и невысокая вычислительная сложность с точки зрения сервера обработки данных. К недостаткам же можно отнести увеличение нагрузки на контроллер RNC во время записи трейсов.