15. Форми комірок в коміркових мережах

Спорядження базової станції антеною з ненапрямленою характеристикоюнаправленості (діаграмою направленості) призводить до природногообмеження її зони дії у вигляді кола. В центрі кола знаходиться базова станція.Прийняття на етапі проектування мережі форми комірки у вигляді коланепридатне, бо покриття простору або не буде забезпечено жодною базовоюстанцією, або буде забезпечуватися більше, ніж однією (рис. 5.14).З’являються або отвори, або накладання. Враховуючи, що жодна з цихситуацій не повинна мати місце, прийнято апроксимувати колобагатокутником. Запропоновано при цьому такі форми комірок (рис. 5.15):

· рівносторонній трикутник;

· квадрат;

· правильний шестикутник.

Такі комірки дозволяють позбутися непокриття, або перекриттявідповідної території. Крім цього, це єдині правильні багатокутники, якимиможна однорідно покрити бажану геометричну поверхню. В наш час, вреалізованих мережах мобільного радіозвязку в сіткових моделях прийнятовживати, як основну форму, правильний шестикутник. Комірка отримала назву- гексагональна. Вибір такої форми комірки має свої глибокі економічні ітехнічні корені.

Рис.5.14 Отвір і накладання при використанні колових комірок

Приймемо, що базова станція розташована у центрі комірки. Якщо комірки(трикутна, квадратна, гексагональна) мають такі розміри, що відстань відсередини кожної комірки до її вершини однакова, то виявиться, щогексагональна комірка має найбільшу площу (рис. 5.16).Отже гексагональними комірками можна покрити конкретну поверхнюмережі із меншою кількістю базових станцій при однаковому радіусі дії. Такийрозв’язок приводить до менших фінансових витрат при практичній реалізаціїкоміркової мережі.

З вибором форми комірки пов’язана також проблема перемиканнятелефонних розмов з мобільними абонентами. На рис. 5.15 представленотрикутні комірки А, що мають 12 безпосередніх сусідів. Квадратні комірки В -8, а комірки С тільки 6. З рис. 5.15 випливає, що гексагональна сітка вимагаєпереведення в стан очікування лише 6 базових станцій. Для порівняння:трикутна сітка потребує 12, а квадратна 8 базових станцій, що означає більшийрух в каналі для викликів і оголошень.

Рис.5.15 Пропоновані форми комірок

Прийняття регулярної форми гексагональної комірки має єдине істотнезначення на етапі проектування і просторового планування ансамблюрадіоканалів. Це багатократне використання їх в різних регіонах мережі. Прианалізі інтерференційних спільноканальних завад і оцінки відношенняпотужності сигнал/інтерференційні завади приймається, що зона дії базовихстанцій з ненапрямленими антенами є колом. В дійсності, враховуючикліматичні умови, рельєф місцевості та умови забудови, зони дії базовихстанцій приймають нерегулярні форми (рис. 5.17).

Оптимальний вибір комірки - це комірка яка покриває найбільшу площу. Тобто гексіональна.

16. Спільноканальні інтерференційні завади і якість передачі телефонних сигналів в коміркових мережах.

Практика проектування показує, що число N комірок в ансамблі вкоміркових мережах приймається так, щоб як найбільше послабити впливінтерференційних завад у сусідніх спільноканальних базових станціях, чиабонентських станціях, що обслуговуються базовою. Як легко зауважити, чимбільше число комірок N в ансамблі, тим вплив інтерференційних завад відсусідніх базових станцій, що працюють з однаковою групою радіоканалів, наякість передачі буде менший. Іншими словами, більше відношення потужностісигналу до потужності завад С/І в розмовному каналі отримується для більшихзначень N. З другої сторони збільшення числа N комірок в ансамблі економічноневигідно. Тому в громадських коміркових мережах, в яких економічні питаннявиходять на перше місце, змагають до мінімізації відношення D/R, а потім ічисла комірок в ансамблі N. Однак треба пам’ятати, що вибір оптимальногозначення D/R завжди компромісний між високою якістю передачі і великоюємністю мережі, чи числа споживачів коміркової мережі. В діючій на територіїСША комірковій мережі системи AMPS вимагається відношення сигнал/завадана рівні не гірше ніж 18 дБ. Такий рівень забезпечує передачу телефоннихсигналів в радіоканалі аналогових систем на рівні якості телефонних розмов втелефонній мережі загального користування. На рис. 5.23 приведено залежностіякості передачі телефонних сигналів для аналогових, GSM і ADC систем взалежності від відношення С/І.

В системах рухомої радіокомунікації аналіз радіуса дії корисних ізаважаючих базових станцій грунтується на простому поширенні радіохвиль ізврахуванням землі. В таких моделях середня потужність корисного сигналу єобернено пропорційна до четвертої степені відстані. Використовуючи простумодель поширення радіохвиль, обмежують допустиме значення коефіцієнтаінтерференційних спільноканальних завад q в мережі, що складена згексагональних комірок, для якої відношення С/І більше від 18 дБ.З рис. 5.24 виникає, що шість найближчих спільноканальних базовихстанцій до станції, яка локалізована в середині комірки А1, знаходяться навідстані D. Якщо прийняти, що станції мають ненапрямлену антену, то середняпотужність корисного сигналу на вході приймача рухомої станції в комірці А1,буде пропорційна до R^-4, а потужність завад до 6・D^-4. Тим самим відношення С/Іможна представити як:

С /І = R^-4 / 6D^-4 = 1 / 6q-^{4 ,}

а в децибелах:

В цій ситуації, для забезпечення в мережі необхідної якості передачітелефонних сигналів (С/І ≥ 18 dB), значення коефіцієнта q повинно бутибільшим від 4,41. Так як значення цього коефіцієнта пов’язане із числомкомірок N в ансамблі залежністю

то найменше число з ряду 1, 3, 4, 7, 9, 12,...., для якого q ≥ 4.41, дорівнює N=7.Для N=7 комірок в ансамблі відношення С/І=18.72 дБ, а q=4.6.Проаналізовані нами випадки інтерференційних спотворень не можнавіднести до найгірших. З метою оцінки числа N для найгіршого випадкувикористаємо рис. 5.25. Відношення С/І на вході приймача мобільної станціїMS дорівнює:

Якщо найгіршою з можливих ситуацій визнати випадок, коли радіус діїзавади всіх шести спільноканальних станцій дорівнює (D-R), то:

Це означає, що для отримання відношення С / І ≥ 18 dB, при найгіршій ізможливих конфігурацій, значення коефіцієнта q повинно бути більше, ніж 5.41.Найменше число N, для якого q ≥ 5.41, є число N=12. Для N=12 коефіцієнт q=6,а відношення потужності до завади можна представити як: 20.17 dB ≤ С / I ≤22.45 dB .

Рис.5.23 Якість передачі телефонних сигналів в коміркових мережах

З аналізу інтерференційних завад в комірковій мережі із базовимистанціями, які мають ненапрямлені антени, випливає, що мінімальне числокомірок в ансамблі не може бути меншим, ніж N=12. Для тих самих базовихстанцій, але працюючих в мережі із семикомірковим ансамблем, відношенняпотужностей С/І для найгіршого випадку буде рівне:

14.47 dB ≤ С/І ≤ 17.35 dB

і не буде достатня для забезпечення прийнятого критерію якості (18 дБ).Зупинимося над питанням, як вплине на значення відношення С/І в мережііз семикомірковим ансамблем використання на базових станціях антен ізшириною діаграми напрямленості на рівні половинної потужності, в 120 град івідповідно б0 град. Наслідком такої заміни антен буде розділ комірки на 3(120 град) чи 6 (б0 град) секторів, а також розділ числа каналів, які виділенібазовій станції, на 3 чи на 6 розділених частотних підгруп. На рис. 5.26представлено фрагмент коміркової мережі при N=7 мережі із секторнимикомірками з кутами 120 град. Чи б0 град. З аналізу рис. 5.26, для секторнихкомірок з 120 град, випливає, що рухома станція MS з комірки А1 підданавпливу двох спільноканальних базових станцій, тобто станцій А2 і A3. Вмережі, що створена із секторних б0 град. комірок, та сама мобільна станціяпіддана впливу лише базової станції А2. Ці дві ситуації добре проілюстрованіна рис. 5.27, на якому мобільна станція MS знаходиться в найгіршій позиції зточки зору інтерференційних завад. Для випадку на рис. 5.27а) відношенняпотужності С/І на вході приймача мобільної станції може бути подане як:

а для випадку на рис. 5.27b:

Після підстановки до попередніх рівнянь значень q=4.6 (N=7) отримаємо,що для секторних 120 град. комірок відношення С/І=24.56 дБ, а для секторних60 град. комірок С/І=28.97 дБ, що значно перевищує рівень 18 дБ.

В цифрових системах ту саму якість в телефонному каналі, що і в системаханалогових, можна отримати при відношенні корисної потужності допотужності інтерференційних завад на рівні 13 дБ, або навіть на рівні 9 дБ (рис.5.23).

17. Таблиця 5.2

N	q	C/I dB
		360	120	60
3	3.0	8.03	17.52	22.73
4	3.46	11.33	19.86	24.76
7	4.6	17.35	24.56	28.97
9	5.2	19.78	26.59	30.83
12	6.0	22.54	28.97	33.04

Проведене порівняння мереж, що збудовані із секторних комірок і мереж із комірками з ненаправленими антенами. Певна тривога відносно погіршення ємності мережі, що збудована на ансамблі гексагональних секторних (120 град) комірок, може призвести до розділу набору каналів, виділених комірці, на три розв’язані підгрупи. Кожна з трьох підгруп каналів обслуговує один сектор, поверхня якого рівна третині поверхні гексагональної комірки.

З даних, що були наведені в таблиці 5.2, випливає, що у випадку аналогових систем з гексагональними комірками і з ненапрямленими антенами число комірок в ансамблі рівне N=12 (С/І=22.45 дБ), а з секторними антенами (120 град) N=7 (С/І=24.56 дБ). Розглянемо систему із однакових комірок з радіусом К=3.2 км і 336 розмовних радіоканалів. Якщо поверхню гексагональної комірки апроксимувати колом з радіусом 3.2 км, то площа буде дорівнювати 32.17 кв.км. Площа поверхні одного сектора, відповідно 10.72 кв.км. Число розмовних каналів в комірці з ненапрямленою антеною становить 28, а в одному секторі мережі, при N=7 комірок в ансамблі, - 16. В таблиці 5.4 представлено, для різних значень щільності трафіку, імовірність блокади телефонних розмов в комірці з ненапрямленою і секторною антеною.

	де число К приймає значення К=1, 2, 4, 5, 8, 9, ... де N = 1, 3, 4, 7, 9, 12, ...
Рис.5.28 Розташування найближчих спільноканальних базових станцій в мережі із квадратних комірок.

Обмеження навантаження трафіку, в групі виділених даній комірці радіоканалів, проявляються у вигляді втрат, які найчастіше описуються значеннями імовірності блокади викликів новозгенерованих або перемикаючих розмов. Для постійного значення щільності телетрафіку, що обчислюється в ерлангах на один квадратний кілометр поверхні при постійному опроміненні комірки, втрати тим більші, чим менше значення набору радіоканалів, що виділені коміркам в мережі. Питання якості обслуговування викликів разом із питанням якості передачі сигналів сильно пов’язані з проблемою вибору основної геометричної форми комірки а також числа комірок в ансамблі.

В аналогових мобільних системах відношення С/І, для забезпечення нормальної якості, повинно бути не менше, ніж 18дБ (рис. 5.23). Значення коефіцієнта спільноканальних інтерференційних завад для квадратної сітки буде:

,

q'> 3.99. Найменше ціле число для якого Q* > 3.99 є К=8. При восьми комірках в квадратній сітці відношення С/І дорівнює 18.06дБ. Для порівняння, в мережі з гексагональних комірок відношення С/І=18.72дБ можна отримати вже при N=7.

Порівняння значення імовірності блокади викликів з останніх двох стовпчиків таблиці 5.4 приводить до висновку, що коміркова мережа, збудована на гексогональній секторній сітці, забезпечує не тільки кращу якість передачі, але надає кращі параметри по обслуговуванню трафіку.

18. Коміркова технологія дала можливість отримати, практично, необмежену кількість абонентів.

Проблематика передачі радіосигналів, чи обслуговування абонентів в коміркових мережах має два взаємно-протилежні аспекти: аспект якості і кількості. Канал передачі в мобільних системах рухається разом із абонентською рухомою станцією. Для того необхідний постійний контроль якості сигналів, що піддаються сильним (глибоким) завмиранням та інтерференційним завадам. Цей контроль є дуже суттєвим, бо кількісний аспект вимагає зближення спільноканальних базових станцій на найменшу можливу відстань.

Кількісний опис роботи коміркової мережі базується на поняттях щільності телефонного руху (телетрафіку). Обмеження навантаження трафіка в групі виділених даній комірці радіоканалів проявляються у вигляді втрат, які найчастіше описуються значеннями імовірності блокади викликів новозгенерованих або перемикаючих розмов. Для постійного значення щільності телетрафіку, що обчислюється в ерлангах, на один квадратний кілометр поверхні при постійному опроміненні комірки, втрати тим більші, чим менше значення набору радіоканалів, що виділені коміркам в мережі. Питання якості обслуговування викликів разом із питанням якості передачі сигналів сильно пов’язані з проблемою вибору основної геометричної форми комірки а також числа комірок в ансамблі.

19.