 |
Принципы построения сотовых структур. Кластеры, используемые в GSM.
|
|
|
|
На начальной стадии проектирования сотовой сети возникает необходимость нахождения оптимального варианта соотношения между эффективностью и сложностью системы, что позволяет определить начальную конфигурацию сети и план дальнейшего ее развития. Эффективность достигается за счет обеспечения требуемого качества работы всей системы с минимальными затратами на оборудование, так как любое усложнение архитектуры системы приводит к удорожанию требуемого оборудования.
Первыми этапами планирования являются:
· Выбор кластера
· Расчёт размеров сот и секторов
Основанием для выбора кластера является выполнение условия, при котором отношение сигнал/помеха (С/П) в точке приёма превышает минимально допустимую величину в течении b% времени. Помехи создают, прежде всего, станции соседних кластеров, работающие на частоте основного канала (соканальные помехи). В кластерах с несекторизованными сотами таких близкорасположенных станций шесть, при наличии 3-х секторов в соте – две, 6-ти секторов – одна (рис. 3.6). Ослабление мешающих сигналов определяется защитным отношением в зависимости от размерности кластера N (N=3,4,6,7), радиуса соты R0 и расстояния между сотами с повторяющимися частотами D:
(3.10)
В большинстве случаев распространения сигналов в наземных системах связи с подвижными объектами затухание сигнала при длине трассы R снижается пропорционально 1/R4 . Тогда относительный уровень помех в точке приёма подвижной станции (MS), находящейся на границе соты, составляет:
Для несекторизованных сот
, (3.11)
для сот с тремя секторами
, (3.12)
для сот с шестью секторами
. (3.13)
 |
Рис. 3.6 Помехи от мешающих станций.
|
|
|
Таким образом, в несекторизованных сотовых структурах и в структурах с 3-мя секторами соканальная помеха является суммой шести или 2-х мешающих сигналов соседних кластеров. Локальное среднее полезного сигнала и каждой отдельной помехи является случайной величиной с логнормальным распределением с плотностью вероятности:
(3.14)
,
где xi – локальное среднее мощности (или амплитуды) сигнала или отдельной помехи,
- математическое ожидание величины ln xi,
- среднеквадратичное отклонение величины ln xi,
так что 
. На практике xi и выражают в децибелах: xi[дБ]= 
, 
. Приравнивая абсолютные значения xi и , получим:
xi= 
, 
.
Следовательно, натуральные значения xi[ nat ]= ln xi и [ nat ], используемые в (3.14), связаны с соответствующими значениями в децибелах масштабным множителем 
. Переходя к расчёту в логарифмах, введя yi= ln xi, в соответствии с (3.14) для величины yi получаем нормальное распределение с плотностью вероятности:
(3.15)
Таким образом, в (3.15) можно выражать yi, и в децибелах.
Проведенные исследования показали, что распределение суммы ограниченного числа помех, распределённых по логнормальному закону, также можно считать логнормальным. Это позволяет использовать выражение (3.15) для расчета вероятности невыполнения условия
С/П > (C/П)доп,
где (C/П)доп = r = 9 дБ для стандарта GSM. При этом в (3.15)
y1 - отношение (С/П) в децибелах,
m1 - медианное значение отношения (С/П) в децибелах,
s1 - среднеквадратичное отклонение отношения (С/П) в децибелах.
Вероятность невыполнения требования обеспечения заданного отношения (С/П)доп
(3.16)
Расчеты показывают, что условие 1-b < 10% при флуктуациях отношения сигнала к суммарной помехе s1 = 4…10 дБ для стандарта GSM может быть выполнено в кластерах вида 3/9 и 4/12. При этом принята во внимание речевая активность абонентов при передаче телефонного трафика, которая составляет 35…40%. Это снижает уровень суммарной помехи и облегчает выполнение требуемого защитного отношения.
|
|
|
Структуры сетей на основе кластеров 3/9 и 4/12 приведены на рис. 3.7 и 3.8.
Распределение частотного ресурса поясним на примере. Пусть оператор использует кластер 3/9 и ему выделено 36 частот в диапазоне 900 МГц (1 – 36). В соответствии с рис. 3.7 оператор разделяет эти частоты на 9 частотных групп в соответствии с числом секторов в кластере. Тогда распределение частот может быть выполнено так, как показано в табл. 3.1.
Таблица 3.1.
| Частотные группы | А1 | В1 | С1 | А2 | В2 | С2 | А3 | В3 | С3 |
| Номера каналов |
Частоты, используемые в одном секторе (частотной группе), не создают комбинационных составляющих низких порядков, что обеспечивает их электромагнитную совместимость. Определенные проблемы могут возникнуть на границе сот А1 и С3, где используют соседние частоты. В GSM допустимая помеха по первому соседнему каналу составляет 9 дБ (сигнал соседнего канала, отстоящий на 200 кГц, может быть по уровню на 9 дБ выше полезного сигнала). Что касается второго соседнего канала, отстоящего на 400 кГц, то отношение сигнал помеха обеспечивается при его уровне на 41 дБ выше полезного сигнала.
Рис. 3.7 Сеть на основе кластера 3/9.
 |
Рис. 3.8 Сеть на основе кластера 4/12.
|
|
|
