Лекция 14

14.1 Частотное планирование систем сотовой связи.

Процесс выбора и выделения группы каналов для всех базовых станций системы называется частотным планированием или принципом повторного использования частот. При проектировании системы геометрическую форму соты полагают правильным шестиугольником. При таком допущении достигается полный геометрический охват обслуживаемой территории минимальным числом ячеек, имеется однозначность в принадлежности зоны конкретной базовой станции (отсутствуют пересечения в зонах обслуживания). Концепция повторного использования каналов при шестиугольной геометрии соты представлена на рисунке 14.1, где одинаковые буквы соответствуют одной и той же группе каналов.

Рисунок 14.1 Концепция построения сотовых систем связи

Рассмотрим сотовую систему с S дуплексными радиоканалами. Каждой соте выделена группа из k каналов ( k<S), S каналов равно разделены между N сот, так что .

N сот, которые одновременно используют полный набор каналов, называют кластером. Если кластер повторяется в системе М раз, то общее число дуплексных каналов

(14.1)

является мерой информационной емкости системы. Информационная емкость системы растет с увеличением М.

Задача № 14.1

Сотовой системе с частотным разделением каналов выделена полоса частот 33 МГц, в которой каналам управления отведена полоса 1 МГц. Один симплексный канал занимает полос частот 25 кГц. Распределить частотный ресурс системы между речевыми каналами и каналами управления для N=4, 7, 12.

Решение

Один дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов и занимает полос частот 2* 25=50 кГц. Общее число каналов в системе , из них общее число каналов правления . Число каналов одной соты .

При N=4 k=660/4=165, из них каналов управления . То есть при N=4 каждая сота располагает 160 речевыми каналами и пятью каналами управления.

При N=7 k=660/7=95

При N=12 k=660/12=55

Возможное распределение каналов между сотами для N=7 и N=12 приведено в таблице 14.1.

Таблица 14.1

N=7			N=12
Число сот	Число каналов управления	Число речевых каналов	Число сот	Число каналов управления	Число речевых каналов
4	3	92	8	2	53
2	3	90	4	1	54
1	2	92

14.2 Помехи и информационная емкость системы.

В системах сотовой связи основными источниками помех являются активные мобильные и базовые станции текущей соты и соседних смежных сот. Мешающие сигналы от этих станций создают внутрисистемные помехи, которые подразделяются на внутриканальные и межканальные. Внутриканальные помехи создаются активными МС и БС сот, в которых используются одинаковые каналы. Уровень внутриканальных помех возрастает с увеличением мощности излучаемых сигналов, поэтому отношение сигнал/помеха нельзя улучшить повышая мощность полезного сигнала. Единственным способом увеличения отношения сигнал/помеха является географическое разнесение сот на определенное расстояние, достаточное для ослабления мешающих сигналов вследствие эффекта затухания.

Для получения аналитического выражения отношения сигнал/помеха, принимают допущения:

Геометрические размеры свех сот одинаковы

Отношение сигнал/помеха не зависит от мощности передатчика, а зависит только от отношения D/R, где R – радиус соты, а D – расстояние между центрами ближайших сот с одинаковыми группами каналов.

Параметр (14.2)

называется отношением повторного использования каналов.

При шестиугольной форме соты

(14.3)

Малые значения Q обеспечивают более высокую информационную емкость системы, чем большие, но при больших значениях Q улучшается качество связи из-за уменьшения внутриканальных помех.

Если мощность сигналов всех базовых станций одинакова и коэффициент затухания n постоянен на всей обслуживаемой области, то отношение сигнал/помеха аппроксимируется выражением:

(14.4)

где L – количество групп каналов.

Если считать, что основные помехи создаются ближайшими базовыми станциями, которые равноудалены от БС полезного сигнала на расстояние D, то выражение (4) можно переписать в виде, который связывает отношение сигнал/помеха с размером кластера:

(14.5)

В системе US AMPS пороговое отношение сигнал/помеха равно 18 дБ.

При значении n=4 из (5) следует, что пороговое отношение обеспечивается при N=7.

Для того, чтобы в системе обеспечивались гарантированные значения показателей качества, при проектировании ориентируются на наименее благоприятное расположение МС относительно источников помех. Обычно это положение МС на границе соты, при котором уровень принимаемого сигнала минимален.

На рисунке 14.2 показано наименее благоприятное расположение МС относительно мешающих БС для N=7.

Рисунок 14.2. Наименее благоприятное расположение МС относительно мешающих БС.

В этом случае (14.6)

Или через параметр Q: (14.7)

При N=7 значение Q=4,6 и согласно (7) отношение сигнал/помеха в неблагоприятных условиях равно 49,56 (17 дБ)<18 дБ. Для обеспечения требуемого отношения сигнал/помеха нужно увеличивать N, однако это снижает информационную емкость системы, что нежелательно с точки зрения распределения частотного ресурса.

Альтернативой роста N является использование направленных антенн для уменьшения влияния внутриканальных помех. При этом каждая сота делится на 3 или 6 секторов, каждому сектору выделяется свой набор каналов (частот). Благодаря напраленным антеннам число сот, создающих снутриканальные помехи уменьшилось с шести до двух при трехсекторном делении и до одной при шестисекторном делении ( см. рисунок 14.3,а,б).

а б

Рисунок 14.3 Использование направленных антенн для уменьшения внутриканальных помех

Таким образом:

Разбиение на секторы снижает уровень внутриканальных помех и при фиксированном N улучшает отношение сигнал/помеха.

За счет применения направленных антенн становится возможным уменьшить размер кластера и повысить информационную емкость системы.