8.Обеспечение надежной мобильной связи

8.1. Возможности эстафетной передачи пользователей

Для обеспечения высокого качества связи в тракте, включающем радиоинтерфейс, предусматривается возможность «эстафетной передачи пользователей» (Handover), то есть автоматической настройки абонентских станций на радиоканал с лучшими характеристиками.

Хэндоверы принято разделять на четыре типа (вариант GSM).

1. Смена каналов в пределах одной базовой станции.

2. Смена канала одной базовой станции на канал другой станции, но находящейся под управлением того же BSC.

3. Переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC, но одним MSC.

4. Переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

Рис.8.1. Варианты эстафетной передачи пользователей

Решение о необходимости эстафетной передачи принимается котроллером базовой станции BSC, если зафиксировано снижение уровня полезного сигнала до 8-10 Б. Для поиска канала связи с лучшими характеристиками используется один из возможных алгоритмов. Например, круг поиска может быть ограничен ближайшими ячейками сети.

Для современных средств мобильной связи актуальным является режим «мягкой эстафетной передачи», позволяющий обеспечить передачу информации без перерывов связи. Это важно при передаче данных. Широкое распространение «мягкая эстафетная передача» получила в системах с кодовым разделением каналов CDMA.

Условия работы системы технологии CDMA определяют высокие требования к регулировке уровней мощности сигналов подвижных станций, которые принимаются базовой станцией. Если на территории соты находятся L активных абонентов, то отношение сигнал/шум на входе приемника базовой станции (Рвх) определяется выражением

(Ро/Рвх) = Ро / (L-1) Ро + Рш , (8.1)

где Ро – чувствительность приемника базовой станции;

(L-1) Ро – уровень сигналов от других активных абонентов соты;

Рш - уровень шума.

Отношение энергии бита информационного сигнала Ео к спектральной плотности шума Nо может быть определено выражением

Ео/ Nо = (F/C) / {(Рш / Ро) + (L-1)} , (8.2)

где F – ширина полосы частот;

С – скорость передачи сообщений.

Соотношение (F/C) численно равно базе сигнала В, отношение (Рш/Ро)<<1. Максимальное с позиции допустимого соотношения сигнал/шум количество активных абонентов Lmax с соте стандарта CDMA определяется выражением

Lmax ≈ {B /(Eo/No)} +1, (8.3)

при условии, что уровни сигналов от всех абонентских станций на входе базовой станции будут приблизительно равны и близки к минимальным значениям (Ро).

Требуемое для приема отношение (Eo/No) составляет 6-7 дБ. База сигнала, которую характеризует величина В, поддерживается на максимально возможном уровне, поскольку является основной характеристикой широкополосного сигнала. Величина В характеризует расширение спектра широкополосного сигнала относительно спектра сообщения и определяется как В = (F/C). Поэтому максимально допустимое число «активных» абонентов Lmax составляет порядка 350-400 абонентов. Для сравнения – базовые положения теории телетрафика позволяют утверждать, что стационарный режим работы оборудования соты будет нарушаться, если число «активных» абонентов возрастет до величины, равной емкости радиоинтерфейса соты. А именно, нарушение стационарности и высокие потери по вызовам будут наблюдаться, если число «активных» абонентов L приблизится к величине:

L = 55 в односекторной соте;

L = 165 в трехсекторной соте;

L = 330 в шестисекторной соте.

Можно сделать вывод о том, что выражения (8.1) - (8.3), описывающие требования к числу «активных» абонентов Lmax с позиций обеспечения допустимого отношения сигнал/шум не будут определяющими при выборе структуры сети, поскольку дают оптимистическую оценку. В практическом плане важным является определение допустимой интенсивности нагрузки на ячейку (соту) сети с учетом того, что часть радио ресурса будет использована в режиме «мягкой эстафетной передачи».

На рис. 8.2 представлен вариант размещения приемопередатчиков базовых станций на примере соседних ячеек (сот) сети технологии CDMA, в которых использованы трехсекторные антенны. Каждая ячейка представляет собой шестигранник, разбитый на три сектора. Будем различать понятие «ячейка сети» - геометрическая фигура, ограниченная соседними ячейками сети, и понятие «область покрытия», определяющее область обслуживания одной базовой станции. Область покрытия базовой станции имеет аналогичную ячейке конфигурацию (на рис.8.2 выделены пунктиром), что определяется используемыми антеннами. Как правило, в сетях CDMA область покрытия базовой станции больше ячейки сети. Этим обеспечивается возникновение областей перекрытия, в которых одного «активного» абонента ведут две или три базовые станции. На рис.8.2 заштрихованы области взаимного перекрытия площадью S₂, в которых абонента ведут две базовые станции, и более густо заштрихованы области взаимного перекрытия площадью S₃, в которых абонента ведут три базовые станции.

На рис.8.2 представлен общий вид правильных шестиугольников, характеризующих область покрытия и ячейку сети, и указаны его параметры:

r - радиус вписанной окружности ячейки(апофема);

R - радиус описанной окружности ячейки;

rд - радиус вписанной окружности области покрытия;

Rд - радиус описанной окружности области покрытия.

Возможным являются варианты обслуживания, когда площадь области покрытия базовой станции равна площади ячейки сети или меньше ее. Последний случай крайне нежелателен, но возможен, когда вступает в действие механизм регулирования мощности абонентских станций с целью снижения общего уровня шума.

ά

R

Rд r

rд

Рис.8.2. Фрагмент сети подвижной связи, на которой используются

трехсекторные антенны

Определим площадь, на которой «активного» абонента ведет одна базовая станция

S1 = n r₁² tg ά/2, (8.4)

где r₁= (2r – rд). Причем величина 2r характеризует расстояние между базовыми станциями.

Уточним долю «активных» абонентов, которых ведут сразу три базовые станции. В правильном шестиугольнике, который представляет собой рассматриваемая ячейка сети, имеется шесть зон тройного перекрытия, каждая из которых представляет собой правильный шестиугольник с радиусом описанной окружности

r₃ = R – R1, (8.5)

где R1 – радиус описанной окружности, внутри которой «активных» абонентов ведет только одна базовая станция. Имеет место соотношение R1 =1,1547r₁.

Площадь одной зоны тройного перекрытия для трех соседних ячеек будет равна

S* = (1/2) n r₃ ² sin 60^o, (8.6)

при n =6.

Получаем общую площадь тройного перекрытия для рассматриваемой ячейки как

S₃ = (6 / 3) S*, (8.7)

где число 6 отображает наличие шести зон перекрытия в ячейке;

число 3 показывает, что каждая такая зона находится в трех ячейках.

Получаем S₃ = 6 r₃ ² sin 60^o или

S₃ = 5,196 r₃ ². (8.8)