diplov / file1

Сітковою моделлю будемо називати об’єкт з впорядкованою геометричною структурою, регулярною в міру можливого. Тим самим сіткова модель тільки наближено може представляти дійсне розташування базових станцій і розділ простору на комірки. При адаптації сіткової моделі для коміркової телефонії з’явилася проблема вибору регулярної форми комірки, яка обслуговується базовою станцією. Вибір регулярної форми комірки повинен проводитися, в міру можливості, принаймні на етапі проектування мережі, до простої і одночасно точної межі зони дії базової станції.

Точний опис межі зони дії конкретної базової станції та взаємне їх розташування дозволяють вже на етапі проектування мережі на початкові виключення спільноканальних завад в сусідніх комірках.

Спроби впровадження нерегулярних форм комірок призводили до великих проблем, особливо тоді, коли в даній комірці зростало навантаження. Проблеми адаптації даної комірки до нового трафіку значно спрощувалися у випадку регулярних форм. Регулярні форми дозволяють вже на етапі проектування мережі так спланувати взаємне розташування базових станцій, що використовують однакові канали (спільноканальні), щоб забезпечити найнижчий рівень впливу інтерференційних завад на якість передачі сигналів в радіоканалах.

5.4.1. Форми комірок в коміркових мережах

Спорядження базової станції антеною з ненапрямленою характеристикою направленості (діаграмою направленості) призводить до природного обмеження її зони дії у вигляді кола. В центрі кола знаходиться базова станція.

Прийняття на етапі проектування мережі форми комірки у вигляді кола непридатне, бо покриття простору або не буде забезпечено жодною базовою станцією, або буде забезпечуватися більше, ніж однією (рис. 5.14).

З’являються або отвори, або накладання. Враховуючи, що жодна з цих ситуацій не повинна мати місце, прийнято апроксимувати коло

161

багатокутником. Запропоновано при цьому такі форми комірок (рис. 5.15):

рівносторонній трикутник;

квадрат;

правильний шестикутник.

Такі комірки дозволяють позбутися непокриття, або перекриття відповідної території. Крім цього, це єдині правильні багатокутники, якими можна однорідно покрити бажану геометричну поверхню. В наш час, в

реалізованих мережах мобільного радіозвязку в сіткових моделях прийнято вживати, як основну форму, правильний шестикутник. Комірка отримала назву

- гексагональна. Вибір такої форми комірки має свої глибокі економічні і технічні корені.

Рис.5.14 Отвір і накладання при використанні колових комірок

Приймемо, що базова станція розташована у центрі комірки. Якщо комірки

(трикутна, квадратна, гексагональна) мають такі розміри, що відстань від середини кожної комірки до її вершини однакова, то виявиться, що гексагональна комірка має найбільшу площу (рис. 5.16).

162

Отже гексагональними комірками можна покрити конкретну поверхню мережі із меншою кількістю базових станцій при однаковому радіусі дії. Такий розв’язок приводить до менших фінансових витрат при практичній реалізації коміркової мережі.

З вибором форми комірки пов’язана також проблема перемикання телефонних розмов з мобільними абонентами. На рис. 5.15 представлено трикутні комірки А, що мають 12 безпосередніх сусідів. Квадратні комірки В -

8, а комірки С тільки 6. З рис. 5.15 випливає, що гексагональна сітка вимагає переведення в стан очікування лише 6 базових станцій. Для порівняння:

трикутна сітка потребує 12, а квадратна 8 базових станцій, що означає більший рух в каналі для викликів і оголошень.

Рис.5.15 Пропоновані форми комірок

Прийняття регулярної форми гексагональної комірки має єдине істотне значення на етапі проектування і просторового планування ансамблю

163

радіоканалів. Це багатократне використання їх в різних регіонах мережі. При аналізі інтерференційних спільноканальних завад і оцінки відношення потужності сигнал/інтерференційні завади приймається, що зона дії базових станцій з ненапрямленими антенами є колом. В дійсності, враховуючи кліматичні умови, рельєф місцевості та умови забудови, зони дії базових станцій приймають нерегулярні форми (рис. 5.17).

5.4.2. Принципи проектування коміркових мереж

В даному розділі коротко розглянемо, без глибокого вникання в топологічну теорію сіткових моделей, як основні комірки, що використовують той самий ансамбль радіоканалів, розташовані одні відносно інших в комірковій мережі.

P = 33 km2 = 5.2km2

P = 8km2

PO = 63 10.4km2

Рис.5.16 Вибір гексагональної комірки, як основної

164

Рис.5.17 Фікція, ідеальна та дійсна форми комірок в мобільній радіокомунікації

Перший крок проектування коміркової мережі полягає у накладанні на дану географічну територію структури типу медових стільників з однаковими гексагональними комірками. Далі коміркам призначається підгрупа радіоканалів, яка звичайно позначається латинськими літерами: А, В, С,....

Наступним кроком визначаються спільноканальні базові станції, вибираючи з ряду натуральних чисел j плюс і, що змінюється від 0 до 2, і ≥ j ≥ 0, цей параметр називається shift parameters. Далі вибирається одна з комірок мережі,

так звана відносна комірка (англ. reference cell), і призначається їй окреслений набір радіоканалів. Оскільки гексагональна комірка має шість безпосередніх сусідів, пошук відбувається в шести, ортогональних до сторін шестикутника,

напрямках. По черзі, в кожному з шести напрямках, відраховується і прилеглих до себе комірок з наступним поворотом на кут б0град., наприклад, проти годинникової стрілки, відраховується j комірок (рис. 5.18). Виникають шість нових комірок, яким виділена та сама група каналів, що і відносній. Таким чином визначається шість найближчих спільноканальних базових станцій.

Наступним кроком встановлюється нова відносна комірка з виділеною їй підгрупою каналів, що відрізняється від попередньої, і повторюється описаний алгоритм. Так робиться доти, доки вся сітка не буде заповнена каналами. Існує чотири способи визначення комірок (базових станцій), що використовують однакову групу каналів - спільноканальних, що добре видно на рис. 5.19.

Комірки, яким виділено згідно описаного алгоритму різні взаємно

165

рознесені групи каналів, утворюють ансамблі комірок (англ. clusters). Число комірок в ансамблі (англ. number of cells per cluster), звичайно позначається N

або К, становить один з найістотніших параметрів коміркової мережі. Число N

означає, скільки різних, взаємно рознесених груп каналів належить передбачити, щоб покрити даний простір коміркової мережі. Можна показати,

що число N гексагональних комірок в ансамблі пов’язане із j i і таким рівнянням:

N = і2 + j2 + і • j.

Це у свою чергу означає, що число N гексагональних комірок в ансамблі може приймати тільки наступні значення:

N = 1, З, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25. ...

Числа 1, 3, 4 не можуть бути застосовані у випадку передачі мови з аналоговою модуляцією за рахунок дуже малої відстані між базовими спільноканальними станціями. На сьогодні, лише європейська система GSM, із цифровим способом передачі телефонних сигналів, допускає застосування ансамблів з трьох комірок. Американські цифрові системи ADC і японські JDC

збудовані на базі ансамблів, що утворені відповідно із семи із чотирьох комірок.

В мережі, що створена із квадратних комірок, число К комірок в ансамблі зв’язане з j і і таким чином:

K = i2 + j2.

Ціле число К приймає такі значення:

К = 1, 2, 4, 5, 8, 9, 10, 13, 16, 17, 18, ...

На рис. 5.18 представлено приклад квадратної сітки з п’ятикомірковим ансамблем (i=2, j=l). Алгоритм визначення спільноканальних станцій в квадратній сітці дуже подібний до алгоритму, який використовувався у

166

гексагональній структурі. Істотна різниця лише в тому, що спільноканальні комірки знаходяться у чотирьох напрямках з поворотом на 90 град.

Іншим, дуже важливим параметром коміркової мережі є коефіцієнт редукції рівня інтерференційних завад (англ. CIRF -Cochannel Interference

Reduction Factor), що позначається літерою q. Коефіцієнт q представлений, як відстань D (рис. 5.20), відрізок між серединами двох найближчих спільноканальних комірок, і промінь R гексагональної комірки.

З рис.5.20 випливає, що відстань D пов’язана із радіусом гексагональної комірки R наступною залежністю:

D ( jR 3)2 (iR 3)2 2( jR 3) (iR 3) cos120

R 3 j2 ji i2 R 3N

Значення коефіцієнта q в гексагональній комірковій мережі можна визначити як:

q =CIRF=D/R= 3N

На рис. 5.21 представлено чотири приклади гексагональної сітки, що утворюється із ансамблів з N=4, 7, 9 і 12 комірок, для яких коефіцієнт q має значення: 3.46, 4.6, 5.2, 6.0.

Для квадратних сіток координатна відстань D’ пов’язана з променем R

комірки таким рівнянням (рис. 5.22):

D' (iR 2)2 ( jR 2)2

R 2 i2 j2 R 2K

Тим самим значення коефіцієнта інтерференційних спільноканальних завад q’ в мережі, що утворена з квадратних комірок, може бути записана як:

q' CIRF D / R 2K .

167

Отже, принципи проектування коміркових мереж полягають в наступному:

1.Накладання на дану географічну територію структури типу медових стільників з однаковими гексагональними комірками;

2.Призначення коміркам підгруп радіоканалів (А, В, С, ... );

3.Визначення спільноканальних базових станцій (вибирають з ряду натуральних чисел j плюс і, що змінюються від 0 до 2, 1 ≥ j ≥0);

4.Вибирається відносна комірка мережі і призначається їй визначений набір радіоканалів;

5.Для гексагональної комірки визначається шість найближчих спільноканальних базових станцій (для квадратної - чотири);

6.Встановлюється нова відносна комірка з виділеними їй підгрупою каналів, що відрізняється від попередньої, і повторюється описаний алгоритм;

В мережі, що створена із квадратних комірок, число К комірок в ансамблі зв’язане з j і i таким чином:

К = і2 + j2.

Ціле число К приймає такі значення: К = 1, 2, 4, 5, 8, 9, 10, 13, 16, 17, 18,....

Число N гексагональних комірок в ансамблі пов’язане із j i I таким рівнянням:

N = i2 + j2 + i∙j

Це у свою чергу означає, що число N гексагональних комірок в ансамблі може приймати тільки наступні значення:

N = 1, 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25…

168

Рис.5.18 Квадратна сітка і п’ятикомірковий ансамбль (i=2, j=1)

Рис.5.19 Алгоритм визначення спільноканальних комірок для і=3, j=2 (N=19)

169

Коефіцієнт рівня інтерференційних завад визначається наступними співвідношеннями (CIRF – Cochannel Interference Reduction Factor):

D ( jR 3)2 (iR 3)2 2( jR 3) (iR 3) cos120

R 3 j2 ji i2 R 3N

q CIRF D / R 3N

N = 4; 7; 9; 12

q = 3.46; 4.6; 5.2; 6.0

R 3 N=19 (i=3, j=2)

Рис.5.20 Залежність між D, R і N в гексагональній сітці

170