Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и сети связи с подвижными объектами. Учебное пособие
.pdf
4.3. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПОМЕХИ НА
=
СОВПАДАЮЩИХ ЧАСТОТАХ
Рассматриваемые помехи попадают на вход приемника МС от БС соседних кластеров. На рис. 21 приведен фрагмент частотно-территориального плана (ЧТП), составленного на основе кластера с размерностью
N = 7.
Рассматриваем воздействие сигнала и интерференционных помех на
МС, расположенные в центральной соте. Помехи создают БС, обозначенные М1…М6. Наиболее неблагоприятный случай соответствует
минимальному уровню принимаемого сигнала, т.е. положению МС на границы
соты (обозначенного жирной точкой). Вместо рисунка 21 воспользуемся
упрощенным рис. 22, где местоположение БС – точка О, МС – точка А и
местоположение мешающих станций М1…М6.
Рассматриваем однородную модель ЧТП при всенаправленных ан-
теннах БС. Для нее известно: а) число БС – 6 при
любой размерности кла-
стера; б) расстояние между БС с одинаковой частотой
,300RNqRd ==
(4.16)
где q – коэффициент ослабления интерференционной помехи.
Длины отрезков М1–О…М6–О равны d. Радиус внутренней окружности ОА – радиус соты R
значим R
2
. Их значения вычислим с помощью рис. 22. Например,
j
2
2
dRRdR −+= . Расчетные формулы, записанные в табл. 9, получены
0
0
. Расстояние от точки А до БС с номером j обо-
0
с использованием соотношения (4.16).
Мощности сигналов, приходящих на МС, представим в виде (19), приняв
RR = для своего сигнала и
0
RR
для j-го мешающего сигнала. Если
j
энергетические параметры БС в сети одинаковы, то отношение медианной
мощности j-го мешающего к медианной мощности своего сигнала
n
RR−=β )/(
. (4.19)
0
jj
При нескольких мешающих сигналах на МС воздействует суммарная
помеха, медианная мощность которой равна сумме медианных мощностей
отдельных сигналов. Медианное отношение сигнал–интерференция
m
⎞
⎛
⎟
⎜
β−=
−
jИС
⎟
⎜
j
=
1
⎠
⎝
⎡
⎢
=
0
⎢
⎣
m
⎛
n
⎜
)(lg10lg10
∑∑
⎜
j
⎝
⎤
⎞
n
−−
⎟
⎥
RRq
, дБ (4.20)
j
⎟
⎥
=
1
⎠
⎦
где m – число мешающих сигналов. Для однородной модели m = 6. По
(4.20) можно найти усредненное медианное отношение сигнал–интерференция. Замирания сигналов не учтены.
31
Рис. 21. Фрагмент
частотно-территориального плана:
1 – 7 обозначены частотные группы,
присвоенные сотам
Рис. 22. Упрощенный фрагмент ЧТП
Эффективным способом повышения отношения сигнал–интерфе-
ренция является применение секторных антенн. Фрагменты ЧТП при
N = 7 с использованием секторных антенн с шириной ДНА α = 120° и
о
α = 60
ковые частоты, обозначены жирными линиями. При α = 120°
мешающих сигнала и изменилось R
α = 60°
показаны на рис. 23. Секторы сот, в которых использованы одина-
осталось два
, как показано в табл. 9. Для варианта
остался только один мешающий сигнал и расстояние
)7,0( RqR += совпадает с расстоянием в табл. 9.
06
j
а)
б)
Рис. 23. Фрагменты ЧТП при N = 7 при использовании секторных антенн БС
с шириной ДНА α = 120° (а) и α = 60° (б)
32
+
=
=
+
=
=
9. Расчетные формулы для фрагмента ЧТП
Всенаправленная антенна БС
Секторная антенна БС, α = 120°
мешающая
БС
М1
М2 и М6
М3 и М5
расчетные выражения
)1( RqR−= ; (4.17,а)
01
2
⎛
⎜
62
⎝
⎞
1 RqqRR
−+==
⎟
⎠
(4.17б)
2
⎛
⎜
53
⎝
⎞
1 RqqRR
++==
⎟
⎠
;
0
;
0
мешающая
БС
М1
М6
расчетные
выражения
(4.18а)
;06qRR
(4.18б)
– –
)7,0( RqR
01
(4.18в)
М4
; (4.17г)
04
– –
)1( RqR
4.4. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПОМЕХИ ОТ СОСЕДНИХ И
БЛИЖАЙШИХ КАНАЛОВ
В системах подвижной связи используются понятия «частотный
план» (ЧП) и «частотно-территориальное планирование» (ЧТП). Частотный план присваивается стандарту и определяет распределение частот
приема и передачи между каналами. Частотные каналы, расположенные в
таком плане рядом, называются ближайшими.
ЧТП разрабатывают для конкретной территории, на которой развернута система. В нем указывается размерность
кластера; распределение
частотных групп между сотами; расположение сот на территории; число
каналов в каждой частотной группе, присвоенной соте; номинальные значения частот каналов в такой группе. На БС к одной антенне может быть
подключено до 16 канальных приемопередатчиков. Во избежание взаимных помех не допускается работа передатчиков ближайших каналов через
общую
антенну БС.
Каналы, работающие на общую антенну, называются соседними. Как
правило, для каждого стандарта рекомендуется наименьший частотный
FMF Δ
разнос между соседними каналами
FΔ – ширина полосы частот одного канала. Например, для NMT-450
K
М = 7,
М = 21,
FΔ = 175 кГц, для GSM М = 3,KFΔ = 600 кГц; для DAMPS
K
FΔ = 630 кГц, при необходимости может быть уменьшена до
K
, где М – целое число;
KСК
150 кГц (до 90 кГц при тщательном планировании ЧТП). При таких зна-
33
;
чениях
~
F в общих устройствах сложения (разделения) сигналов пере-
СК
датчиков (приемников) обеспечивается необходимая развязка по соседнему каналу.
На МС интерференционную помеху от ближайшего канала создают
передатчики соседних сот. Избирательность по этим каналам обеспечивает полосовой фильтр приемника МС. На рис. 24 показана типовая (односторонняя) АЧХ этого фильтра. Здесь обозначено f
канал; f
, f2, f3 – несущие соседних каналов; F – расстройка; ПФ – ширина
1
полосы пропускания фильтра по уровню –3дБ;
– центральная частота
0
a – ослабление фильтра
Ф
относительно уровня на краю полосы. Типовой фильтр за пределами полосы пропускания вносит затухание
γ = 24дБ на октаву (т.е. при увели-
Ф
чении расстройки в 2 раза).
Интерференционная помеха по соседнему каналу может возникать на
БС в ситуации, когда МС1 находится на границе соты, а МС2 около БС
(внутри соты) (рис. 25).
Положим, что передатчики на обеих МС излучают одинаковые мощности. Тогда при приеме сигнала от
n
RR−=β )/(
нал–помеха
i
, где Ri – расстояние от i-ой МС при i = 1; 2. Если
2
эти расстояния отличаются в 10 раз, то
МС1, согласно (4.19) отношение сиг-
дБ, и если допустимое
40lg10 −=β
значение отношения сигнал–помеха составляет 20 дБ, то фильтр приемника
60lg1020
БС должен обеспечивать ослабление помехи
соответствует параметру расстройки фильтра
Ф
/ γ= an = 60/24 = 2,5.
=β−=a дБ. Это
ФФ
Минимальный частотный разнос между соседними каналами
F
n
. Эту проблему обычно разрешают двумя путями:
П82,22П5,0 ==
ФФ
выбирают приемник с высокой избирательностью и обеспечивают регулировку мощности излучения МС.
Рис. 24. Типовая АЧХ полосового
фильтра приемника МС
34
Рис. 25. К объяснению помехи по
соседнему каналу
МС, находящаяся около БС, может создавать помехи приему сигнала
удаленной МС из-за перегрузки усилителя приемника (уровень сигнала превышает максимальный входной уровень). Точка насыщения такого усилителя
соответствует максимальному входному уровню сигнала р
≈ 55 дБм. Если
Снас
уровень сигнала превышает это значение, то возникают нелинейные продукты. Когда их частоты попадают в полосу пропускания соседнего канала, они
создают помехи. При приеме в соседнем канале сигнала от удаленной МС
значение отношения сигнал-помеха может оказаться ниже допустимого.
Примеры показывают, что при составлении ЧТП необходимо учитывать изменение положения МС. Оптимальный ЧТП должен адаптироваться к таким изменения. Однако в существующих реальных системах, как
правило, этого нет.
4.5. ВЛИЯНИЕ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ НА
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ
При проектировании СПР решают три основные задачи: обеспечение
заданного отношения сигнал–шум
*
)(
q на определенной территории
шс
−
(проблема покрытия); обеспечение заданного отношения сигнал–интерфе-
*
)(
ренция
q (проблема интерференции) и обеспечение требуемой теле-
−
ис
фонной нагрузки (проблема трафика). Знаком * будем отмечать допустимые значения с учетом принятого энергетического запаса Δ
от реальных, которые выше обозначены q
в (4.12) и q
с–ш
с–и
в отличие
с–ш
в (4.20).
Обсудим типовые ситуации:
с–и
>
*
q q
−
ис
q
1.
*
>
q для большинства сот на заданной террито-
с–ш
−
шс
рии. Система спроектирована правильно;
2.
3 q
4. q
q
с–и
с–и
с–и
<
<
<
*
q q
ис
−
*
q q
−
ис
*
q q
ис
−
с–ш
*
>
q – проблема интерференции;
с–ш
с–ш
<
q и q
<<
шс
−
*
−
шс
*
q и q
шс
−
с–и
≈ q
– это проблема покрытия;
с–ш
< q
с–и
– это проблема как покрытия
с–ш
территории, так и интерференции.
Для решения проблем применяют ряд методов. Причем некоторые из
них взаимно не совместимы, поскольку увеличивая отношение сигнал–
интерференция, снижают отношение сигнал–шум.
Проблема покрытия территории в первую очередь касается СПР,
где определяющим является отношение сигнал–шум. В таких системах не
наблюдается интерференция
ни на совпадающих частотах, ни по сосед-
35
ним каналам, поскольку такие каналы либо совсем не используются, либо
используются в сотах, очень далеко отстоящих друг от друга. Методы для
увеличения площади покрытия включают типовые методы увеличения
уровня сигнала, излучаемого на БС: увеличение мощности передатчика,
применение направленных антенн с повышенным коэффициентом усиления, увеличение высоты антенн. Это также типовые методы
снижения
собственных шумов приемной установки: использование приемников с
меньшим коэффициентом шума и с меньшим значением порогового уровня сигнала. Наконец, это специальные меры: применение разнесенного
приема, тщательный выбор места расположения БС, формирование специальной ДНА, использование в зонах затенения ретрансляторов – повторителей и пассивных ретрансляторов.
Проблема интерференции решается путем уменьшения
уровней мешающих сигналов. Наиболее эффективные методы уменьшения помех на
совпадающих частотах: а) применение секционированных антенн; б) увеличение расстояния d (2.16) между взаимодействующими БС. Однако
увеличение d связано с увеличением размерности кластера, что сопровождается снижением частотной эффективности.
Важную роль в решении проблемы интерференции играет правильно
разработанный ЧТП. Он должен
обеспечить достаточный частотный разнос между соседними каналами в соте и между ближайшими – в соседних
сотах. Перспективными являются адаптивные ЧТП, которые позволяют
учитывать изменение ситуации во времени, а также гибко предоставлять
каналы разного качества каждой МС. В любой системе могут быть рече-
и q
вые каналы разного качества со своими значениями q
с–и
в каждом
с–ш
канале. Эти факторы должны учитываться при назначении частотных каналов.
Столь же важную роль играет выбор и формирование ДНА. В реальных условиях в каждой соте необходимый уровень излучаемого сигнала
зависит от направления излучения. В некоторых направлениях необходим
сильный сигнал, в других – сигнал просто не нужен. Сформировать соответствующий характер излучения можно с помощью антенн со специальной ДНА. Часто возникает задача сохранить энергию сигнала внутри небольшой территории, например, вдоль дороги. В этом случае применяют
такой способ, как поворот ДНА в вертикальной плоскости. Примером
может служить зонтичная антенна.
Наконец, применяются типовые методы снижения уровней сигналов
интерференции путем уменьшения
энергетических параметров: уменьше-
ние мощности передатчика и снижение высоты антенны. Однако при этом
36
уменьшается территория покрытия. Такие способы приемлемы там, где
решению проблемы интерференции отдается приоритет по отношению к
проблеме покрытия территории.
Правильный выбор места расположения БС позволяет использовать
характер местности для того, чтобы уменьшить влияние мешающих сигналов, сохранив при этом необходимую территорию обслуживания. Модели предсказания уровня сигнала «от точки к точке
», изложенные в раз-
деле 3, позволяют принимать соответствующие решения.
Проблема трафика состоит в предоставлении необходимого числа
каналов связи на заданной территории. Для увеличения емкости трафика
применяют:
1) увеличение числа сот на ограниченной территории. Достигается за
счет уменьшения радиуса соты, а также секционирования сот;
2) увеличение числа частотных каналов в соте. Как правило,
БС рассчитана на 16 частотных каналов, которые работают на общую передающую антенну. Можно установить, например, две таких антенны и организовать 32 частотных канала в соте и т.д. Однако при этом сокращается
частотный разнос между соседними (и ближайшими) каналами. Требуется
тщательная проработка ЧТП.
Кроме того, аналоговые стандарты обычно допускают использование
дополнительного частотного плана. Число частотных каналов удваивается;
динамическое распределение частотных каналов между сотами;
3)
организация процедуры эстафетной передачи (ПЭП) «в очередь»
4)
вместо традиционного порогового.
4.6. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОТОВОЙ СЕТИ СВЯЗИ
Исходные данные для расчета:
1. Стандарт ССПО: частотный разнос между каналами F
.
k
2. Полоса частот БС на передачу ΔF, МГц.
3. Число обслуживаемых абонентов N
4. Активность одного абонента в час наибольшей нагрузки (ЧНН)
.
a
β
Эрл.
5. Вероятность блокирования вызова P
6. Допустимый процент времени p(C) уменьшения P
.
B
относи-
С/PПОМ
тельно защитного отношения, %.
7. Площадь обслуживаемой территории S
, кв. км.
0
8. Параметр α, определяющий диапазон случайных флуктуаций
уровня сигнала, дБ.
,
37
9. Чувствительность приемника МС P
(
(
10. Мощность передатчика БС P
пдБС
11. Коэффициент усиления антенны БС G
12. Высота подвеса антенны БС h
БС
13. Погонные потери в фидере БС α
, Вт.
, м.
, дБ.
0
прМС
, дБВт.
, дБ.
БС
Расчет числа радиоканалов
Общее число частотных каналов, выделенных для развертки сотовой
сети связи в данном месте, определяется по формуле
, (4.21)
)int(kkFFN Δ=
где int(x) – целая часть числа х; F
– полоса частот, занятая одним частот-
k
ным каналом системы сотовой связи (частотный разнос между каналами).
Определение размерности кластера
Для определения необходимой размерности кластера С при заданных
значениях p
где p(C) – процент времени, в течение которого соотношения мощность
сигнала/мощность помехи на входе приемника МС будет находиться ниже защитного отношения
Интеграл представляет собой табулированную Q-функцию
Нижний предел этого интервала имеет вид
и pt используют соотношение
0
⎡
∞
1
⎢
)(
=
.
ρ
0
1
)(
=
2
π
∫
⎢
2
π
X
⎣
X
1
∞
−
∫
1
⎤
2
⎥
()
−
dxxCp
2
. (4.23)
)
2exp
dxxxQ
, (4.22)
1002exp
⋅
⎥
⎦
)
X
1
где
38
α
и
ρ
0
выражены в дБ;
p
β
M
⎛
⎜
β=β
∑
⎜
1
i
=
⎝
1lg10
=
– определяется соотношением
e
⎡
⎞
⎟
exp
⎢
ie
⎟
⎢
⎠
⎣
ρ−β
e
0
α
p
, (4.24)
222
()
⎤
α−αγ
e
. (4.25)
⎥
2
⎥
⎦
В свою очередь значения
α
α
=
γ
=
ϕ
(
(
==γ
и
p
определяются по формулам
e
222
α+α=α
, (4.26)
ep
⎧
⎪
⎪
1
2
=α
e
⎪
[]
⎨
2
γ
⎪
22
()
⎪
⎪
⎩
где
α – параметр, который определяет диапазон случайных флуктуаций
∑
i
1exp1ln
−αγ+
M
⎛
⎜
∑
⎜
=
i
⎝
⎫
M
⎪
2
β
i
⎪
⎪
=
1
β
1
, (4.27)
⎬
2
⎪
⎞
⎟
⎪
i
⎟
⎪
⎠
⎭
уровня сигнала в точке приема
10ln1,0
. (4.28)
Коэффициент
в (4.25) представляет собой медианное значение за-
β
i
тухания радиоволн на i-м направлении увеличения помехи. Эти коэффициенты обратно пропорциональны четвертой степени расстояния до источника помехи (см. (4.19) и табл. 9). Величина М обозначает число базовых станций (расположенных в соседних кластерах), которые «мешают».
Пример. Сначала рассмотрим случай, для всенаправленной антенны,
где
где
21
– число секторов.
N
S
4
)
1−−=β=β q ,
360
,
°
,
1=
N
S
−
=β=β q
43
6=M
4
,
65
4
)
1+=β=β q ,
Выберем значение С = 3
,23,010ln1,0
Определим
2
e
2
α
e
⎧
⎪
⎪
1
⎪
⎨
2
23,0
⎪
()
[]
⎪
⎪
⎩
, (4.29)
Cq 3=
.333 =⋅=q
⎫
6
⎪
2
β
i
22
i
1523,0exp1ln
−⋅+=α
6
⎛
⎜
∑
⎜
==i
⎝
∑
⎪
⎪
1
β
1
=
⎬
2
⎪
⎞
⎟
⎪
i
⎟
⎪
⎠
⎭
дБ.364,16
Вычислив квадратный корень из получившегося значения, получаем
39
.дБ045,4364,16 ==α
(
(
=⋅≈
=
ϕ
e
Отсюда следует
22
p
6
⎞
⎛
⎜
β=β
∑
⎜
1
=i
⎝
⎡
⎟
exp
⎢
ie
⎟
⎢
⎣
⎠
=+=α
045,4523,0
−
2
,дБ431,6045,45
222
⎤
)
=
⎥
⎥
⎦
дБ.908,643
Теперь вычислим нижнюю границу Q-функции
)
−
=X
1
431,6
10908,6431lg10
.922,5
−=
Этому значению в таблице соответствует величина, равная
8
−
10161,01
⋅− , это значение приблизительно равно единице. Считая по
формуле (4.22), получаем
Cp
Получившееся значение явно больше
.11001)(
P
с
()
ρ
P
ш
, которое из задания
0
равно 10. Отсюда следует, что данный тип антенны и выбранное значение
кластера не подходит для указанного стандарта.
Теперь рассмотрим случай для направленной антенны, у которой
угол диаграммы направленности
°
1
120 ,
N
, М = 2,
3=
S
4
,
)7,0(−+=β q
4
−
.
=β q
2
Выберем значение С = 4
.464,343 =⋅=q
Определим
2
α
e
⎧
⎪
⎪
1
2
e
⎪
⎨
2
23,0
⎪
⎪
⎪
⎩
()
[]
22
∑
−⋅+=α
⎛
⎜
∑
⎜
⎝
⎫
6
2
⎪
β
i
⎪
⎪
1
i
6
1
==i
=
⎬
2
⎞
⎪
⎟
β
⎪
i
⎟
⎪
⎠
⎭
.дБ682,171523,0exp1ln
Вычислив квадратный корень из получившегося значения, получаем
.дБ025,4682,17 ==α
e
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]