11.2.1.6. Алгоритмы для работы базовых станций в основной полосе частот

Точность оценки канала и SIRимеет важное значение для характеристикиE_b/N₀. Оценка канала приемника может быть улучшена, например, при использовании следующих операций.

• Усреднение оценок по нескольким группам пилот-символов в DPCCH. Для небольших скоростей подвижной станции, в частности, возможно производить оценку по нескольким временным слотам. Для высоких скоростей подвижной станции усреднение весов должно приспосабливаться к скорости замираний, т.е. необходимо использовать адаптивные фильтры оценки канала.

• Применения модулированных символов как в DPCCH, так и вDPDCHс решающей обратной связью в качестве дополнительного пилот-символа. Если решения для канальных битов являются правильными, то эти символы можно считать дополнительными пилот-символами. Типичная вероятность ошибки не кодированных символов вWCDMAсоставляет 5-20%. Вероятность ошибки приблизительно равная 10% или меньшая может обычно давать заметный выигрыш при оценивании канала.

Наибольшее улучшение за счет использования новейших алгоритмов работы приемников в основной полосе частот достигается при низких скоростях передачи, поскольку, как показано на рис. 11.2, для оценки каналов имеется лишь небольшая энергия в DPCCH.

11.2.2. Зона обслуживания для канала случайного доступа

Рассмотрение зоны обслуживания в разделе 11.2.1 применимо к выделенным восходящим каналам (DCH), а также к общим каналам, например, к каналам случайного доступа (RACH). Если мы хотим увеличить зону обслуживания ячеекWCDMA, нам следует проверить, не являются ли выделенный или общий каналы фактором, ограничивающим зону обслуживания. Если в каких либо местах выделенный восходящий канал может обеспечить требующееся качество обслуживания, должна иметься также возможность получения сообщенияRACHдля того, чтобы можно было начать устанавливать соединение. В этом разделе дается сравнение зон обслуживания выделенного восходящего канала и каналаRACH. Причины, создающие различия в зонах обслуживания выделенных каналов иRACH, приводятся в таблице 11.6. Процедура случайного доступа описывается в разделе 6.6.

Таблица 11.6.

Причины, определяющие различие в зоне обслуживания для каналов DCH и RACH.

	DCH	RACH
Скорость передачи	Минимальная скорость передачи AMR: 4,75 Кбит/с Максимальная скорость передачи пакетов данных	Начальное сообщение RACH, содержащей 20 октетов, что соответствует 16 Кбит/с (при перемежении 10 мс) 8 Кбит/с (при перемежении 20 мс)
Мягкий хэндовер (выигрыш при макроразнесении)	0,8–4,0 дБ: см. таблицу 11.4	Мягкий хэндовер не возможен
Характеристика Eb/N0	Непрерывная передача делает оптимизированный прием легче, чем при RACH Скорость кодирования 1/3	Короткие пакеты 10 или 20 мс затрудняют оптимизацию приема Скорость кодирования 1/2
Требование FER	Передача речи 1%	Желательно 10% и ниже; более высокая FER приводит к большой задержке при установлении вызова

Предполагается, что минимальное число бит, которое должно передаваться в первоначальном сообщении RACH, содержит 20 октетов = 160 бит, что соответствует скорости передачи 16 Кбит/с при перемежении 20 мс.RACH10 мс иRACH20 мс поддерживаются стандартным для сообщенийRACHразмером пакетов, равным 20 октетам. Период перемежения для сообщенияRACHуказывается мобильной станции по каналуBCCH.

Выделенные каналы с высокой скоростью передачи имеют меньшую зону обслуживания по сравнению с RACH, и поэтому зону обслуживанияRACHследует проверять по выделенным каналам с низкой скоростью передачи, например, по речевому кодекуAMRсо скоростями передачи 4,75– 12,2 кбит/с.

Мягкий хэндовер не возможно осуществлять по общим каналам, и никакого выигрыша при использовании макроразнесения для RACHне может быть получено. Кроме того, прием коротких пакетовRACHболее сложен, чем прием пакетов непрерывного выделенного канала. Все эти факторы приводят к тому, что зона обслуживанияRACHменьше, чем уDCHпри одинаковой скорости передачи. С другой стороны, дляRACHможет быть большая допустимаяFER. Недостатком большойFERявляется большая задержка при установлении вызова. Средней величинойFERможно управлять с помощью параметров, задаваемых поBCCH.

Подходящие опции RACH, согласующихся с выделенными каналами, представлены в таблице 11.7 с учетом всех перечисленных выше различий. Эти опции основаны на результатах, полученных в [5].

Таблица 11.7

Опции RACH, согласующиеся с зоной обслуживания выделенных каналов.

Скорость передачи DCH	Опция RACH
AMR ≤ 7,95 Кбит/с	20/FER >10%
AMR ≤ 12,2 Кбит/с	20/FER ≤10%
Скорость передачи >20 Кбит/с	20/FER ≤10%

Опция RACH20 мс должна использоваться только в больших ячейках для улучшения зоны обслуживанияRACH. ОтношениеE_b/N₀хуже дляRACH20 мс, чем дляRACH10 мс, и поэтому более короткийRACH10 мс лучше для увеличения пропускной способности в восходящем канале. Причина ухудшения работы приRACHс большей длительностью состоит в том, что управление мощностью во времяRACHне может производиться, а мощность передается только преамбулой до передачи сообщенияRACH. Канал может изменяться приRACH20 мс в большей степени, чем приRACH10 мс.

Зона обслуживания для передачи сообщений RACHявляется важным параметром, если планируется, что сеть будет обеспечивать непрерывную зону обслуживания при сервисе с низкими скоростями передачи. С другой стороны, если планируется, что сеть будет обеспечивать сервис с высокими скоростями передачи, то зона обслуживанияRACHне будет являться ограничивающим фактором, и может использоватьсяRACH10 мс.

11.2.3. Зона обслуживания для нисходящего канала

В нисходящем канале мощность, допускаемая для одного соединения, может быть больше, чем в восходящем канале, поскольку уровень выходной мощности базовой станции может быть больше, чем уровень выходной мощности подвижной станции. Поэтому зона обслуживания для услуг с высокими скоростями передачи в нисходящем канале больше, чем в восходящем канале. Смотри также связь между пропускной способностью и зоной охвата в разделе 8.2.2. Величина зоны обслуживания [дальность действия] восходящего канала показана на рис. 11.4.

Ниже проведено сравнение зоны охвата для нисходящего канала при передаче речи со скоростью 12,2 Кбит/с и данных со скоростью 1 Мбит/с. При сравнении сделаны следующие допущения:

• Размер ячейки определяется зоной обслуживания восходящего канала при передаче речи

• Чувствительность при приеме восходящего канала на базовой станции на 6 дБ выше, чем при приеме нисходящего канала благодаря меньшему коэффициенту шума и разнесению антенн

• При передаче данных со скоростью 1 Мбит/с отношение E_b/N₀на 3 дБ ниже, чем при передаче речи

• Речевые терминалы имеют потери из-за влияния тела человека на 3дБ больше, чем терминалы, используемые при передаче данных со скоростью 1 Мбит/с.

Необходимая средняя мощность передачи в нисходящем канале для передачи речи, по оценкам, составляет 27дБм, а для соединения при передаче данных со скоростью 1 Мбит/с – около 40 дБм (=10Вт) для получения полной зоны обслуживания в нисходящем канале, если размер ячейки планируется с ориентацией на передачу речи в восходящем канале. Расчеты представлены в табл. 11.8. Обеспечение мощности 10 Вт в нисходящем канале для одного пользователя, ведущего передачу с большой скоростью, вполне возможно в случае, когда нет других пользователей, запрашивающих высокую пропускную способность в этой ячейке, т.е. в случае ограничения по зоне обслуживания.

Практически зона обслуживания для нисходящего канала с высокой скоростью передачи порядка 1–2 Мбит/cзависит от:

• Размаха восходящего канала: битовой скорости, для которой предусмотрена зона обслуживания ячейки

• Параметров усилителя мощности в нисходящем канале

• Нагрузки в соседней ячейке.

Таблица 11.8

Необходимая мощность передачи в нисходящем канале при скорости передачи 1 Мбит/с

и при обеспечении полной зоны обслуживания.

Мощность передачи подвижой станции в восходящем канале	21 дБм
Оцененная мощность передачи в нисходящем канале при передаче речи	21 дБм+6 дБ = 27 дБ
Разница в выигрыше при обработке между 12,2 кбит/с и 1 Мбит/с	10*log10 (1000/12,2)=19,1 дБ
Уменьшение Eb/N0 для терминала передачи данных	3 дБ
Потери из-за влияния тела	Речевой терминал: 3 дБ Терминал передачи данных: 0 дБ
Необходимая мощность передачи для 1 Мбит/с и обеспечения полной зоны обслуживания	27 дБм+19,1 дБм–3 дБ–3 дБ=40 дБм=10 Вт

Если планируется, что ячейка будет обеспечивать высокие скорости передачи данных также и в восходящем канале на краю ячейки, то ячейка будет меньше, и тогда обслуживание в зоне для нисходящего канала также будет лучше. Нагрузка в соседней ячейке влияет на возможность получения соединения при большой скорости передачи на краю ячейки. Большое число пользователей с высокими скоростями передачи с постоянной зоной обслуживания требует большой пропускной способности. Вопросы, связанные с пропускной способностью, в сети WCDMAрассматриваются в разделе 11.3.

Рассмотрение зоны обслуживания для нисходящего канала производилось в основном в расчете на базовые станции макроячеек, где максимальная выходная мощность составляет порядка 43 дБм. Для маломощных базовых станций микро-и пикоячеек зона обслуживания может также иметь ограничение по нисходящему каналу.

11.2.4. Увеличение зоны обслуживания

Могут использоваться следующие способы увеличения зоны обслуживания по восходящему каналу для сайта базовой станции WCDMA:

• Уменьшение отношения E_b/N₀за счет усовершенствования алгоритмов работы базовых станций в основной полосе частот или за счет увеличения числа приемных антенн

• Уменьшение коэффициента шума в высокочастотных каскадах базовой станции

• Уменьшение потерь в кабеле между антеннами и малошумящим усилителем базовой станции

• Уменьшение запаса по помехам, т.е. достижение максимальной допустимой пропускной способности в восходящем канале

• Увеличение коэффициента усиления антенн

Отношение E_b/N₀на базовой станции может быть уменьшено при использовании способов, приведенных в разделе 11.2.1. Наиболее важными методами являются увеличение числа ветвей разнесения приемника и оптимизация алгоритмов работы приемников базовых станций в основной полосе частот. Коэффициент шумов базовой станции может быть уменьшен за счет улучшения радиочастотных элементов базовой станции. Потери в кабеле можно уменьшить, выбирая кабели большого диаметра или применяя установку предварительного усилителя на мачте. Типичные потери в кабеле составляют 6 дБ на 100 м.

В системе WCDMAпропускная способность и зона обслуживания связаны друг с другом, как показано разделе 8.2. Зона обслуживания для восходящего канала может быть увеличена за счет уменьшения пропускной способности восходящего канала, что позволяет снизить запас по помехам. Например, снижение максимальной нагрузки в восходящем канале с 50% до30% уменьшает необходимый запас по помехам с 3,0 дБ до 1,5 дБ и тем самым дает выигрыш для зоны обслуживания на 1,5 дБ в отношении ресурсов канала. Нагрузка поддерживается в запланированных пределах при применении алгоритмов управления радиоресурсами в реальном масштабе времени, как показано в главе 9. Другими способом уменьшения запаса по помехам является использование подавления помех или мультипользовательский прием на базовой станции, как показано в разделе 11.5.2.

Для увеличения зоны обслуживания могут применяться антенны с более высоким коэффициентом усиления. Зона обслуживания может расширяться за счет увеличения числа секторов и сужения диаграммы направленности антенн в горизонтальном направлении. Увеличения коэффициента усиления антенн также можно добиться путем сужения вертикального луча антенн. Обычно максимальный коэффициент усиления для трехсекторной антенны составляет 18 дБн при предположении ширины вертикального луча, равной 6^˚. Коэффициент усиления антенны может быть увеличен с помощью решений, связанных с применением адаптивных антенн, как показано в разделе 11.5.1.