قسمت نهم : پوشش شبکه LTE

از Path Loss تا شعاع پوشش (محاسبه محدوده سلول)

مارکوپولو این بار در وسط یک نقشه شهری ایستاده بود. استاد با لیزر قرمز روی نمودار پراپگیشن گفت: الان که ماکزیمم PathLoss رو حساب کردیم، وقتشه بدونیم سیگنال دقیقاً تا کجا می‌رسه. این یعنی محاسبه شعاع سلول با استفاده از مدل‌های انتشار موج.

فرمول محاسبه شعاع سلول با مدل COST231-Hata:

مدل پراپگیشن برای محیط شهری متراکم به‌صورت زیره

L = k 1 k 2 log h(BS) + k 3 h(UE) + (k 4 k 5 log h(BS)) log r c

استاد تأکید کرد: دقت کن مارکو، این عدد فقط برای شرایط شهری و فرکانس 800 MHz هست. با تغییر فرکانس یا نوع محیط (روستا، داخل ساختمان، تونل) شعاع کاملاً عوض می‌شه.

مارکو با لبخند گفت: پس همون عدد Path Loss بود که مرز پوشش رو برای ما تعیین کرد! و حالا با مدل فیزیکی، می‌فهمیم اون مرز کجاست.

نبرد فرکانس‌ها ( شعاع پوشش در فرکانس‌های مختلف)

مارکوپولو حالا نقشه‌ای از یک شهر در مقابل داشت، و استاد شبکه سه دکل را به او نشان داد، هرکدام با برچسبی روی باند فرکانسی: یکی 800 MHz، یکی 1800 MHz و دیگری 2600 MHz.

استاد گفت: با همون توان و تلفات، فقط فرکانس که عوض می‌شه، کل شعاع سلول تغییر می‌کنه. این یعنی چرا شبکه‌ها از ترکیب فرکانس‌ها استفاده می‌کنن.

مقایسه تأثیر فرکانس روی برد شبکه (در محیط شهری متراکم):

فرکانس (MHz)	Slow Fading Margin (dB)	Building Loss (dB)	Path Loss (dB)	شعاع سلول (km)
800	13	15	129.2	1.17
1800	14.3	20	122.9	0.38
2600	15.6	25	116.6	0.18

نکات کلیدی:

فرکانس پایین‌تر = نفوذ بهتر = شعاع پوشش بزرگ‌تر
فرکانس بالاتر = ظرفیت بیشتر = ولی شعاع محدودتر
هزینه سایت‌سازی برای باندهای بالا بیشتره چون به دکل‌های بیشتری نیاز داریم

مارکوپولو گفت: عجب! یعنی برای مناطق روستایی، همیشه باید از باندهای پایین‌تر استفاده کنیم؟» استاد جواب داد: «درسته مارکو. و برای مراکز پرترافیک شهری یا ایستگاه قطار، باندهای بالا لازمن چون ظرفیت زیادی می‌دن.

آپلینک از زاویه مارکوپولو وقتی کاربر حرف می‌زنه

مارکوپولو کنار استخر کوچکی نشسته بود که نماد یک کاربر موبایل در دنیای LTE بود. استاد شبکه از پشت سرش آمد و گفت:

حالا نوبت اینه که ببینیم وقتی کاربر دیتایی می‌فرسته، چه شرایطی براش وجود داره. Link Budget در آپلینک داستان متفاوتی داره!

مؤلفه‌های کلیدی UL Link Budget:

مؤلفه	مقدار نمونه (برای باند 10MHz)	توضیح
توان کلی UE	23 dBm	کلاس توان استاندارد LTE
RBهای اختصاص‌یافته	~6.8 RB	اگر 5 کاربر هم‌زمان سرویس بگیرن
توان هر RB	14.7 dBm	توان بین RBها تقسیم می‌شه
Body Loss	0 dB	بدون تلفات ویژه در بدن
EIRP هر RB	14.7 dBm	توان نهایی انتقال برای هر RB

حالا در سمت دریافت (eNodeB)، اجزای دریافت به شکل زیر هستن:

مؤلفه	مقدار نمونه	توضیح
Thermal Noise per RB	−121.4 dBm	مشابه DL
Noise Figure eNB	+2.5 dB	نویز داخلی گیرنده eNB
HW Losses	+3 dB	کابل، کانکتور، فیدر، دپلکسر
Building Penetration	+15 dB	اگر UE داخل ساختمون باشه
Slow Fading Margin	+13 dB	برای پوشش مناسب
Required SINR	+1.4 dB	برای نرخ 147 Kbps per RB
Interference Margin	+3.7 dB	براساس بار شبکه UL
Rx ایزوتروپیک نهایی	−111.4 dBm	نقطه مرزی پوشش آپلینک

محاسبه Path Loss مجاز در UL:

Max Path Loss (UL) = EIRP per RB − Rx Isotropic Power = 14.7 dBm − (−111.4 dBm) = 126.1 dB

نتیجه: پوشش آپلینک همیشه کمتر از داون‌لینک هست مقایسه کن با 129.2 dB در DL ، چون UE توان فرستنده‌ی کمتری داره!

مارکو: یعنی ما همیشه باید طراحی‌مون رو با محوریت آپلینک انجام بدیم؟ چون اون محدودتره؟» استاد: «درسته مارکو. اگه آپلینک نتونه دیتارو برسونه، حتی اگر داون‌لینک قوی باشه، مکالمه به درد نمی‌خوره!

تحلیل سناریوها و تأثیر نرخ داده، نوع محیط و تداخل

مارکوپولو در اتاق شبیه‌سازی نهایی ایستاده بود و استاد شبکه نمودارهای متنوعی را روی دیوار الکترونیکی نشان می‌داد. او گفت:

وقتش رسیده همه‌چیز رو کنار هم بذاریم و ببینیم که نرخ داده، نوع محیط، و باند فرکانسی چطور روی Link Budget تأثیر می‌ذارن

مثال اول: تأثیر نرخ هدف در لبه سلول

نرخ هدف (kbps)	SINR لازم (DL)	Max Path Loss (DL)	شعاع سلول (km)
1000	+5.3 dB	122.1 dB	0.65
384	−1.0 dB	128.4 dB	1.06
64	−8.5 dB	129.2 dB	1.17

هر چقدر نرخ هدف بالاتر باشه، SINR بیشتری نیاز داریم و در نتیجه، شعاع سلول کاهش پیدا می‌کنه.

مثال دوم: تأثیر محیط (Clutter Type)

نوع منطقه	Slow Fading Margin	Building Loss	Max Path Loss	شعاع سلول (km)
شهری متراکم (Dense Urban)	13 dB	15 dB	129.2 dB	1.2
نیمه‌شهری (Suburban)	10.4 dB	12 dB	134.8 dB	3.9
روستایی (Rural)	7.8 dB	10 dB	139.4 dB	17.4

نوع منطقه تأثیر چشمگیری روی شعاع پوشش داره؛ در مناطق روستایی، با کاهش تلفات، شعاع سلول چند برابر می‌شه.

مارکو پرسید: پس در طراحی واقعی شبکه باید نرخ دیتا، نوع محیط و حتی نرخ استفاده‌ی کاربران هم هم‌زمان در نظر گرفته بشه؟!» استاد گفت: «دقیقاً مارکو. Link Budget مثل یک پازل چند‌بعدیه. فقط با دیدن همه‌ی قطعات می‌تونی تصویر کامل رو ببینی.

پیمان هوشمند

سلام امیدوارم حال همگی شما خوب باشه.من پیمان هوشمند هستم. مدرس برنامه نویسی و نرم افزارهای تحلیلی در حوزه مخابرات. خود من همیشه به عنوان یه دانش آموزش و دانش پژوه عاشق برنامه نویسی و کارهای آماری بودم و نقطه قوتم حتی در زمان تحصیل خودم هم مباحث برنامه نویسی بخصوص طراحی الگوریتم بوده. بنابراین این درس را خیلی مفهومی و عمیق یاد گرفتم. تفاوت عمیق من با دانشجویان در زمان تحصیلم این بود که در حوزه ای که تحصیل میکردم مشغول به کار بودم و این دلیل بر عمیق تر شدن در حوزه نرم افزار و مخابرات بود و از دانشگاه برای فهم بیشتر مبانی های کارم استفاده کردم. تا به امروز در اکثر سازمانهایی که کار کرده ام در کنار سمت اصلیم ، به عنوان سوپروایزر آموزشی هم فعالیت میکردم و متخصصینی در این حوزه آموزش داده ام و در بازار کار مشغول به کار هستند و در مدتی که کرونا باعث تعطیلی بسیاری از مراکز آموزش بود ، به صورت رایگان در خدمت دانشجویان نرم افزار از دانشگاه های مختلف بودم. همیشه در روش های آموزشیم بدنبال ابتکار و نوآوری هایی از قبیل گیمیفیکیشن و تکنیک های شناختی به جهت بهبود یادگیری بوده ام.