1.3 Методы использования частотного диапазона

Методы множественного (многостанционного) доступа. Множественный доступ (multiple access) – организация совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями.

Технология множественного доступа – способ распределения ресурса между каналами.

Основными методами множественного доступа являются:

1) С частотным разделением каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access. В системах с FDMA каждому пользователю на время сеанса связи выделяется канал с полосой частот Df_k в пределах общего частотного диапазона системы Df_p (рисунок 2). Возможное число каналов для FDMA-систем определяется по формуле:

, (1)

Рисунок 2 – Метод частотного разделения каналов FDMA

Метод FDMA используется во всех аналоговых системах сотовой связи (системах первого поколения) – при этом полоса Df составляет 10...30 кГц. Недостаток FDMA – недостаточно эффективное использование полосы частот.

2) С временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access). В системах с TDMA каждому пользователю предоставляется канал с полосой Df_k в течении временного интервала Т_k, являющегося частью общего ресурса системы (цикла или кадра системы). В качестве примера на рисунке 3 показано разделение частотного канала между тремя пользователями.

Рисунок 3 – Метод временного разделения каналов ТDMA

Здесь рассматривается случай не одного, а нескольких частотных каналов, каждый из которых делится во времени между несколькими пользователями. Следовательно, этот метод использует сочетание метода FDMA с TDMA. Именно такой метод находит практическое применение в цифровых системах сотовой связи. Практическая реализация метода TDMA требует преобразования сигналов в цифровую форму и «сжатия» информации во времени. Цифровая обработка сигналов и метод TDMA используются в стандартах сотовой связи второго поколения D-AMPS, GSM и др. Например, в стандарте D-AMPS при сохранении той же полосы частотного канала Df 10…30 кГц, что и в аналоговом стандарте AMPS, число физических каналов в нем возрастает втрое.

3) С кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access). В системах CDMA группа пользователей (64, 128) имеет доступ к широкой полосе частот (1,25 МГц). Принцип CDMA основан на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений. Сообщения пользователей преобразуются по индивидуальным алгоритмам, что дает возможность их передачи в общем для данной группы пользователей диапазоне частот.

Принцип повторного использования частот. ССПС относятся к системам связи с пространственно-разнесенным повторным использованием частот. Идея повторного применения частот заключается в том, что в смежных областях радиопокрытия используются разные полосы разрешенного частотного диапазона, тогда как в сотах, достаточно удаленных друг от друга, допускается передача в одних и тех же частотных каналах.

Возможность подобного частотно-территориального планирования объясняется быстрым пространственным затуханием волн дециметрового диапазона, применяемых в ССПС.

Повторное использование частот позволяет многократно увеличить абонентскую емкость системы без расширения выделенного частотного диапазона.

Группа сот, в пределах которой отсутствует повторное использование частот называется кластером.

Для двух базовых станций может быть установлен один и тот же частотный диапазон, если они удалены друг от друга на расстояние, называемое защитным интервалом. Соотношение между защитным интервалом и количеством сот в кластере зависит от формы сот, которая определяется способом размещения антенн на базовых станциях и их видом. Оптимальным считается соотношение:

, (2)

где D – защитный интервал;

R – радиус соты (радиус окружности, описанной вокруг правильного шестиугольника);

С – количество элементов в кластере.

Защитный интервал определяется по формуле:

, (3)

Коэффициент повторного использования частот определяется по формуле:

, (4)

Соотношение называется коэффициентом уменьшения соканальных помех.

Количество элементов в кластере (размер кластера) влияет на величину соканальных помех. При небольшом количестве элементов (например, 3) соты с одинаковыми частотами повторяются часто, поэтому снижена соканальная помехозащищенность. В этом отношении выгодны кластеры с большим числом элементов (на практике до 21). С другой стороны, увеличение элементов в кластере приводит к пропорциональному уменьшению полосы частот, которая может быть использована в соте, а, следовательно, и к уменьшению числа обслуживаемых абонентов.