11.5.1.1. Повышение зоны обслуживания с помощью антенных решеток

В ситуации с ограниченной зоной обслуживания типичным допущением служит то, что помехи можно рассматривать как временной и пространственный белый шум, также предполагается низкий уровень нагрузки, т.е. отношение помех, создаваемых при множественном доступе, к шуму I₀/N₀находится значительно ниже уровня 0 дБ. В таких обстоятельствах оптимальным приемником для канала с замираниями будет приемник с разнесенным приемом, использующий сложение по максимальному отношению (MRC) [16]. Если амплитуды и фазовые углы ветвей разнесения оценены идеально, то можно компенсировать угловые искажения, обусловленные каналами распространения, и сигналы антенн можно взвешивать пропорционально отношению сигнал-шум каждой антенной ветви. Это ведет к когерентному сложению сигналов в антеннах. Представленный на рис. 11.17 приемникRakeпроизводит когерентное сложение сигналов в антеннах при использовании для оценки канала пилот-символов. Показан только один тракт (канал) приемникаRake. При селективных по частоте замираниях множество лучей сигнала должны когерентно складываться, и для каждого отдельного луча распространения требуется один тракт приемникаRake. Сложение трактов приемникаRakeдает составной сигнал, представляющий собой когерентную сумму сигналов антенн многолучевых трактов. При сложении по максимальному отношению приемникRakeна рис. 11.17 умножает сигнал конкретной антенны на весовой коэффициентw_m, являющийся комплексной сопряженной величиной импульсной характеристики канала, оцененной по этому сигналу в антенне. Такое вычисление должно быть сделано в каждом тракте приемникаRake. При наличии линии прямой видимости без замираний оптимальный приемник представляет собой формирователь луча, который производит фазирование антенн линейной однородной антенной решетки таким образом, чтобы направить основной луч на направление полезного сигнала. В приемнике, показанном на рис. 11.17, формирование луча мо-

Рис. 11.17. Принцип работы приемника с антенной решеткой

для когерентного восходящего канала WCDMA.

жет быть получено путем выбора фазовых углов антенных весовых коэффициентов w_mтаким образом, чтобы луч имел то направление, которое дает наибольшую мощность полезного сигнала. Если помехи от множественного доступа можно моделировать как белый шум в пространстве и времени, то можно применять однородное взвешивание антенн. Для случая прямой видимости формирование луча и сложение по максимальному отношению вместе дают тот же оптимальный результат, который получается, если известны направление прихода полученного сигнала в первом методе и канальные коэффициенты во втором методе. Например, для 8-элементной антенной решетки и канала с амплитудными замираниями должны оцениваться один параметр для случая формирования луча и 8 параметров для случая сложения по максимальному отношению. Соответственно, относительные рабочие характеристики при формировании луча и сложении по максимальному отношению изменяются с увеличением числа ветвей разнесения, поскольку сложение по максимальному отношению имеет более значительные ошибки при оценивании.

На рис. 11.18 показаны результаты моделирования для макроячейки WCDMA, когда число антенн на сектор было увеличено с двух до восьми. Здесь в обоих случаях –MACи фиксированного луча – предполагается, что базовая станция работает как 3-секторная с изменяющимся числом антенн на сектор. Однако разделение на сектора относится к разнесению с двумя антеннами при изменяющемся числе секторов. Например, базовая станция с 12 антеннами может конфигурировать как 3-секторная базовая станция с 4 антеннами или 4 лучами на сектор, или как 6-секторная базовая станция с двумя антеннами на сектор. Параметры моделирования для модели канала приведены в табл. 11.17. Характеристики, полученные для различных методов использования антенных решеток, даны для скорости подвижной станции 50 км/час и угловой расходимости 15˚. Предполагается передача речи с использованиемWCDMA. В этом случае помехи, обусловленные множественным доступом, моделировались в пространстве и времени как белый Гауссов шум. При методах формирования луча и разделения на сектора пользователь располагался в середине луча.

В соответствии с полученными при моделировании результатами, представленными на рис. 11.18, зона обслуживания с увеличением числа антенн увеличивается. Разница с решениями по построению антенн с тем же числом ветвей приема небольшая. При восьми и большем числе ветвей приема оценивание для варианта разнесения с использованием MRCдает большие ошибки.

Рис.11.18. Характеристика MRC, разбиение на секторы и формирование

лучей с помощью 8 антенн на сектор в 120⁰.