1.6 Територіальне планування систем мобільного зв’язку

Метою територіального планування є розподіл території на зони обслуговування з урахуванням повторного використання частотних каналів.

Під час планування систем мобільного зв`язку територія, що передбачена для обслуговування, поділяється на невеликі (радіусом 2..5 км) зони обслуговування (комірки) у формі правильних шестикутників (рис. 1.3). Кожну зону обслуговує своя БС. Кожна БС забезпечує зв'язок по радіоканалах з багатьма АС, які перебувають у зоні її обслуговування. Всі БС з'єднані лініями зв'язку із центральною станцією (ЦС), що забезпечує управління всією системою та з'єднання АС з будь-яким абонентом ТМЗК або з АС іншого рухомого об’єкта.

ТМЗК

Рисунок 1.3 – Принцип організації мобільного зв'язку

У процесі пересування абонентська станція «естафетно» передається від однієї БС до іншої з автоматичним перемиканням за командами ЦС на відповідний дозволений частотний канал.

Для забезпечення дуплексного зв'язку мобільній системі виділяється два піддіапазона частоти шириною . Якщо смуга частотного каналу , то загальна кількість каналів у системі (кількість несучих) n_{k cc} визначається співвідношенням . Ці канали розподіляються між "N" базовими станціями. Група з N комірок, у яких є базові станції, і які використовують весь виділений системі діапазон частот і працюють на різних частотних каналах, називається кластером розмірності N. Розмірність кластера N часто називають частотним параметром, тому що він визначає мінімальну кількість каналів у системі мобільного зв’язку при кількості каналів на кожній БС, яка дорівнює одиниці.

Метою територіального планування є розподіл території на зони обслуговування з урахуванням повторного використання частотних каналів. Для роботи СМЗ і припустимого на абонентську станцію сигналів БС, що розміщенні в сусідніх кластерах.

Поділити територію на зони обслуговування можливо одним із способів: статистичним або детермінованим.

Розглянемо статистичний спосіб. Припустимо, що дві АС А і Б віддалені одна від одної на відстань (рис. 1.4). і розташовані в центрах зон обслуговування і мають всеспрямовані приймально-передавальні антени. Згідно з (1.1), середня потужність корисного сигналу, що надходить до АС в точці Е від станції в точці А, обернено пропорційна відстані від передавача до приймача радіусу зони R у ступені :

. (1.9)

Рисунок 1.4 – До розрахунку середньої потужності взаємних завад від базових станцій, що працюють на однакових частотах

Розглянемо ситуацію, зображену на рис. 1.4, коли БС розташовані ланцюжком для обслуговування території типу автостради (лінійна структура).

Середня потужність сигналу, що надходить до АС у точці Е, прийнятого від базової станції Б, обернено пропорційна відстані у ступені , тобто

, (1.10)

де – захисна відстань між БС, що працюють на однакових частотних каналах.

Очевидно, що цей сигнал для АС у точці Е є завадою.

Якщо БС А і Б ведуть передачу на одній і тій самій частоті, то відношення середньої потужності сигналу до середньої потужності взаємних завад у точці Е визначається співвідношенням

, (1.11)

Якщо, крім станції Б на відстані від БС А розташовані М базових станцій і всі прийняті від них у точці Е сигнали статистично незалежні, то справедливо співвідношення

, (1.12)

Уцьому разі загальна кількість частотних каналів системи розділена між БС-1, БС-2, БС-3 і БС-4. Ланцюжок з базових станцій може повторюватися, зберігаючи захисні відстані між БС з однаковими частотними каналами.

З наведеного на рис. 1.4 видно, що кількість базових станцій з різними частотними каналами (частотний параметр N) і захисна відстань визначаються співвідношеннями

, . (1.13)

З урахуванням того, що, а значення М для лінійної структури не перевищує 2, співвідношення (1.12) матиме вигляд

. (1.14)

При довільній конфігурації території, що обслуговується, її поділ можливий між зонами обслуговування різної форми – трикутної, квадратної та у вигляді правильних шестикутників. Найчастіше використовуються зони у вигляді правильних шестикутників. Така форма є кращою апроксимацією кругової зони діаграми спрямованості антен (ДСА) базової станції.

Визначимо співвідношення, що визначає залежність захисної відстаніміж базовими станціями сусідніх кластерів із комірками радіусаR, що працюють на однакових частотах. При цьому слід враховувати, що сусідні БС одного і того ж кластера мають працювати на різних частотах. На рис. 1.5 зображений варіант можливого розміщення однієї (БС-1') та інших сусідніх базових станцій, що працюють на однакових частотах з БС-1.

Очевидно, що . Якщо прийняти за одиницю виміру в косокутній системі координат, легко переконатися в тому, що

; (на рис. 1.5 , ).

Підставимо значення , і у співвідношення для , тоді одержимо

.

Таким чином,

(1.15)

Рисунок 1.5 – Варіант можливого розміщення однієї (БС-1') і сусідніх базових станцій, що працюють на однакових частотах із БС-1

Параметрвизначає розмірність кластера, оскільки при використанні на БС-1 круговий ДСА навколо її можуть розміщуватися на відстані шість БС, що працюють на тих же частотах. Величина може приймати значення з ряду чисел, які визначаються співвідношенням, де. Наприклад, змінюючита, можна одержати значення();();();();() і т.д.

Під час складання територіального плану необхідно "покрити" територію шестикутними комірками, а потім у комірках кожного з кластерів розмістити базові станції, кількість яких дорівнює розмірності кластера N. Приймемо, наприклад, величину N, що дорівнює 7. Таким чином, маємо групу із 7 БС, що працюють на різних частотах. Розмістимо їх так, як наведено на рис. 1.6, і запишемо номери БС від 1 до 7.

Для планування розміщення БС, які повторно використовують частоти БС1..БС7, необхідно використовувати співвідношення . Для ,або, при цьому, правило розміщення БС не змінюється.

Для знаходження комірки з "повторною" БС-1 (БС із аналогічними номерами) необхідно "пройти" перпендикулярно стороні шестикутної комірки БС-1 i комірки (у прикладі ), а потім під кутом 60° "пройти" j чарунок (у прикладі ) і записати номер БС-1 (рис.1.6) Застосовуючи це правило, можна записати номери інших комірок, БС яких повторно використовують частотні канали. Після визначення комірок для всіх БС, що використовують ті самі канали, що і БС-1, які у даному випадку перебувають у центрі кластера розмірністю, взаємне положення інших БС-2,БС3 ... БС-7 легко визначається.

Рисунок 1.6 – Принцип визначення комірок з частотами, що повторно

використовуються

Для будь-якого припустимого значення N зазначене правило поділу території обслуговування на комірки (стільники) з урахуванням повторного використання частот при правильному зображенні кластера забезпечує заповнення комірок номерами БС без пропусків і накладень. Пропуски (наявність комірок без номера) або накладення (два різних номери в одній комірці) виникають у випадку неправильного зображення форми кластера.

На рис. 1.7 наведені варіанти кластерів розмірностей () і () і зазначені комірки з частотами, що повторюються.

Розмірність кластерів сучасних СМЗ різна, але найчастіше використовуються кластери розмірністю з ряду чисел 3, 4, 7, 9,12 i 21.

Рисунок 1.7 – Варіанти кластерів з розмірністю 4 i 9

На рис.1.8 зображено варіант кластера розмірністю з розміщенням базових станцій у центрі комірок, базові станції мають секторні діаграми спрямованості антен з кутами кожного з секторів.

Рисунок 1.8 – Кластер розмірністю , базові станції з секторними ДСА розміщені у центрах комірок

Крім розміщення БС у центрах комірок, при цьому ДСА можуть бути круговими () або секторними (i), використовуються інші варіанти розміщення БС:

– у кутах, що чергуються, шестикутних комірок;

– у кутах, загальних для кожної трійки комірок (мобільних решіток).

Розміщення в кутах шестикутних комірок базових станцій із секторними ДСА () представлене на рис. 1.9.

При використанні “стільникових решіток” базові станції із секторними ДСА (⁾ розміщуються в загальних кутах трьох сусідніх комірок, тому одна БС обслуговує 3 комірки. При використанні “стільникових решіток” можливі значення параметра N можуть бути 9, 12 i 21 (запис у вигляді 3/9, 4/12 i 7/21 вказує на використання “стільникових решіток”).

Рисунок 1.9 – Кластер розмірністю , базові станції з секторними ДСА

розміщені у кутах комірок

На рис. 1.10 подано кластер розмірністю .

Рисунок 1.10 – Кластер з “стільникових решіток” розмірністю

Перевага такого варіанта розміщення БС – його економічність (менша кількість БС, а відповідно i ліній зв'язку між БС і ЦС, менші витрати на розміщення БС).

Недоліки: зниження надійності зв'язку порівнянно з розміщенням БС у центрі і у кутах комірок, що чергуються, більш висока ймовірність “мертвих зон”.