 |
Меры, приводящие к снижению уровня помех
|
|
|
|
Будем соту, расположенную в центре, считать опорной. Построим вокруг неё сотовый кластер. Предположим, что на базовых станциях расположенных в центрах идеальных сот, устанавливаются всенаправленные антенны omni (omni directional antennas), излучение радиосигналов которых происходит с одинаковой мощностью во всех направлениях. Для абонентских станций MS это эквивалентно приёму помех от всех базовых станций со всех направлений!
Итак, в предположении равной мощности, излучаемой базовыми станциями, отношение S/I зависит только от геометрических свойств распределения сот, расстояний между базовыми станциями, использующими одни и те же частотные каналы, и радиуса зоны покрытия базовой станции.
Взаимосвязь отношения расстояния между сотами, использующими одни и те же частотные каналы и радиус сот, с отношением «сигнал/внутриканальная помеха» и типом окружающей среды для распределения сот изображённых на рисунке 2.2 отображается формулой: q = (6 
S/I)1/γ (2.3)
 |
Рисунок 2.2.- Распределение в пространстве интерферирующих сот семиэлементных кластеров
При практической реализации систем значение S/I выбирается таким, что бы обеспечить качество передачи речи, приемлемое для 75% пользователей на 90% области покрытия системы. Для аналоговых систем, например таких как AMPS, значение S/I выбиралось равным приблизительно 18 дБ (63,1 раза в линейном масштабе). Для цифровых сотовых систем значение S/I меньше – около 9 дБ(7,943 раза).
Наихудшие случаи внутриканальных помех при размерности кластера N=7 иллюстрируются рисунком 2.3 для не секторированных сот. Сота, расположенная в центре, имеет 6 окружающих её интерферирующих сот. Влияние 2-го кольца незначительно и им можно пренебречь.
|
|
|
 |
Рисунок 2.3.- Наихудший случай внутриканальных помех при N=7.
Поэтому, для снижения уровня помех, в современных цифровых системах базовые станции работают с направленными, например, секторными антеннами. На рисунке 2.4 изображена трёхсекторная базовая станция, имеющая три направленные под углом 120 град антенны.
 |
Рисунок 2.4.- Трёхсекторная БС
S1, S2, S3-1,2 и 3 секторы данной соты;
A1,A2,A3 – направленные антенны BTS;
VD1,VD2,VD3-диограммы направленности;
В каждой соте радиосигнал излучается лишь в одном направлении (по секторам). Уровень излучений в других направлениях максимально снижается. Это позволяет располагать базовые станции, работающие на одинаковых частотах ближе, чем в бессекторных сотах (рис. 2.5)
 |
Рисунок 2.5. - Иллюстрация внутриканальных помех в случае 1200 секторных антенн.
На рисунке 2.6 изображена наихудшая ситуация для 120 град. секторных антенн.
Рисунок 2.6.- Наихудший случай для секторов1200
Радиусы сот зависят от плотности абонентской нагрузки и составляют:
в городе 1-5 км, в пригороде 5-7 км, вдоль магистралей – 35 км. Минимальный радиус сот обычно определяет число допустимых хэндоверов, в связи с чем, размеры сот для GSM-900 должны быть не менее 1,1 – 1,4 км, а для сетей GSM-1800 не менее 0,6 – 0,8 км.
Однако существуют и недостатки разделения на секторы:
· базовая станция требует большего количества оборудования, особенно высокочастотного;
· АС чаще меняют каналы, что приводит к увеличению объёмов сигналов управления;
· снижается «транковая» эффективность – количество обслуживаемых абонентов останется тем же, что и в сотах без выделения секторов, только в том случае, если количество пользователей в каждом секторе пропорционально количеству выделенных на каждый сектор каналов.
Типичная для GSM раскладка секторов, соответствующая модели повторения частот 4х12 изображена на рисунке 2.7.
|
|
|
 |
Рисунок 2.7.- Пример покрытия территории сотовыми кластерами при N=4 и тремя секторами в каждой соте.
Количество сот в кластере N=4 и каждая сота поделена на 3 сектора. Секторы обозначены символами А, B и С, а соты в кластере обозначены от 1 до 4. Сигнал в каждом секторе искажается сигналами двух секторов, принадлежащим двум различным кластерам, Таким образом количество интерферирующих сот Ко = 2.
Разделение сот на секторы даёт возможность увеличить ёмкость сети до 40-50%.
Значительное увеличение ёмкости получают, вводя регулировку мощности MS и BTS таким образом, что бы уровень сигналов на приёмниках BTS от всех MS был бы примерно одинаков. Чем выше точность выравнивания сигналов, тем больше зона покрытия. Контроллер базовой станции BSC, анализируя уровень ошибок в принимаемом от MS сигнале, распределяет мощность BTS между абонентами таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень ошибок BER для всех MS.
Увеличение ёмкости можно также получить, применяя разнесённые антенны.
Перспективным является применение интеллектуальных антенн с автоматически перенастраиваемыми диаграммами направленности на мобильную станцию. Это обеспечивает увеличение коэффициента усиления антенны и ещё больше снижает уровень сокональных помех.
Кроме сокональных помех имеют место межканальные или интермодуляционные помехи. Этот тип помех возникает между сигналами, излучаемыми в одной и той же соте (секторе) на разных несущих частотах. Из-за внеполосных помех, создаваемых передатчиками, боковые лепестки передатчика MS, которая расположена ближе к BTS, могут подавить сигнал от удалённой MS. Поэтому, частотные каналы среди сот и секторов назначаются по определённым правилам, выполнение которых сказывается на величине межканальных помех. Для уменьшения межканальных помех, каждая несущая частота в секторе отличается от других на сотни кГц, между секторами – на МГц и более. Т.е. распределение частот для одного оператора происходит строго определённым образом. Пример распределения шести дуплексных частот базовой станции при трёхсекторной конфигурации приведен в таблице 2.1.
|
|
|
Таблица 2.1.
| Сектор | F, пер. (МГц) | F, пр. (МГц) |
| А | 1859,2; 1859,6; | 1764,2; 1764,6; |
| В | 1857,6; 1858,0; | 1762,6; 1763,0 |
| С | 1858,4; 1858,8. | 1763,4; 1763,8 |
На практике область покрытия базовой станции не обладает правильной круговой или шестиугольной формой, т.к. она зависит от препятствий на пути распространения сигнала и от структуры местности.
Разделение области покрытия на правильные соты не возможно и по техническим причинам из-за использования для установки базовых станций городской инфраструктуры – зданий, башен и т.д. Такие элементы редко располагаются в центре планируемой зоны и обладают необходимой высотностью. В секторизованных сотах базовая станция и вовсе может находиться на краю соты и абонентская ёмкость по секторам может намного отличаться.
Изложенные рассуждения поясняют принцип повторного использования частот, но не отражают всех сложностей процессов построения и оптимизации реальных сетей.
2.3 Учет реального трафика при планировании сети
Приведенные в главе 2.2 рассуждения предполагают целый ряд допущений:
· в структуре предполагаем гексагональную форму сот и приблизительно равный их размер;
· сезонные изменения объема трафика и его распределения по территории покрытия не учитываем;
· равное количество частотных каналов в секторах сот;
· принят метод фиксированного распределения каналов;
· перераспределение каналов в зависимости от изменения трафика не учитывается.
Реальная ситуация более сложная.
Абоненты распределены по городу не равномерно; их плотность и соответственно плотность трафика сильно меняются от района к району, времени суток и происходящих событий.
В городах большая часть абонентов сосредоточена в центре города и в ряде деловых и производственных зонах, что сильно увеличивает нагрузку на эти районы. В то же время на окраинах города плотность абонентов резко падает. Поэтому при планировании размеры сот изменяют в соответствии с трафиком. Плотность трафика зависит и от ситуаций. Например, трафик резко возрастает на объектах проведения спортивных соревнований, выставок, фестивалей. Здесь многое зависит от возможностей и опыта оператора сети. Могут быть организованы временные дополнительные соты в зонах скопления абонентов. При этом временные дополнительные БС устанавливают в автомобилях, используя телескопические мачты. В зонах постоянного скопления абонентов устанавливаются базовые станции с антеннами комнатного исполнения. Связь с центральными узлами сети организуют с помощью радиорелейных каналов.
|
|
|
Кроме расщепления сот для увеличения трафика прибегают к наложению сетей стандартов GSM-900 и GSM-1800, увеличивая трафик в местах повышенной плотности абонентов за счет развертывания микросот GSM-1800, наложенных на макросотовую структуру GSM-900.
В последние годы в мегаполисах с чрезвычайно большим трафиком получает развитие новая технология использования многобазисного частотно-территориального планирования. При использовании этой технологии группа частот распределяется между кластерами, имеющими разную размерность. В связи с тем, что в некоторых группах кластеров повышается уровень сокональных помех, для обеспечения требуемого качества передачи в сети обязательно реализуют режим прыгающей частоты.
|
|
|
