diplov / file1

призвести до розділу набору каналів, виділених комірці, на три розв’язані підгрупи. Кожна з трьох підгруп каналів обслуговує один сектор, поверхня якого рівна третині поверхні гексагональної комірки.

З даних, що були наведені в таблиці 5.2, випливає, що у випадку аналогових систем з гексагональними комірками і з ненапрямленими антенами число комірок в ансамблі рівне N=12 (С/І=22.45 дБ), а з секторними антенами

(120 град) N=7 (С/І=24.56 дБ). Розглянемо систему із однакових комірок з радіусом К=3.2 км і 336 розмовних радіоканалів. Якщо поверхню гексагональної комірки апроксимувати колом з радіусом 3.2 км, то площа буде дорівнювати 32.17 кв.км. Площа поверхні одного сектора, відповідно

10.72 кв.км. Число розмовних каналів в комірці з ненапрямленою антеною становить 28, а в одному секторі мережі, при N=7 комірок в ансамблі, - 16. В

таблиці 5.4 представлено, для різних значень щільності трафіку, імовірність блокади телефонних розмов в комірці з ненапрямленою і секторною антеною.

D' R2K

де число К приймає значення

К=1, 2, 4, 5, 8, 9, ...

D R3N

де N = 1, 3, 4, 7, 9, 12, ...

Рис.5.28 Розташування найближчих спільноканальних базових станцій в мережі із квадратних комірок.

Обмеження навантаження трафіку, в групі виділених даній комірці радіоканалів, проявляються у вигляді втрат, які найчастіше описуються значеннями імовірності блокади викликів новозгенерованих або перемикаючих

181

розмов. Для постійного значення щільності телетрафіку, що обчислюється в ерлангах на один квадратний кілометр поверхні при постійному опроміненні комірки, втрати тим більші, чим менше значення набору радіоканалів, що виділені коміркам в мережі. Питання якості обслуговування викликів разом із питанням якості передачі сигналів сильно пов’язані з проблемою вибору основної геометричної форми комірки а також числа комірок в ансамблі.

В аналогових мобільних системах відношення С/І, для забезпечення нормальної якості, повинно бути не менше, ніж 18дБ (рис. 5.23). Значення коефіцієнта спільноканальних інтерференційних завад для квадратної сітки буде:

10 lg q'4 18dB ,

4

q'> 3.99. Найменше ціле число для якого Q* > 3.99 є К=8. При восьми комірках в квадратній сітці відношення С/І дорівнює 18.06дБ. Для порівняння, в мережі з гексагональних комірок відношення С/І=18.72дБ можна отримати вже при N=7.

Порівняння значення імовірності блокади викликів з останніх двох стовпчиків таблиці 5.4 приводить до висновку, що коміркова мережа, збудована на гексогональній секторній сітці, забезпечує не тільки кращу якість передачі,

але надає кращі параметри по обслуговуванню трафіку.

5.5. Техніко-економічні аспекти практичної реалізації

Кожна, добре приготована до практичної реалізації, коміркова мережа вимагає складання проекту. Звичайно роботу над проектом починають від визначення регулярної сітки базових станцій, чи ряду точок, які представляють взаємне розташування антенних щогл базових станцій. На цьому етапі треба окреслити необхідну кількість базових станцій, а також територіальних комутаторів, що утворюють телекомунікаційну структуру коміркової мережі.

На рис. 5.29а представлено для прикладу сітку базових станцій. З

представленої сітки можна утворити різні моделі гексагональних комірок. Одну модель, коли базові станції розташовані в середині комірок (англ. center-excited

182

cells), показано на рис. 5.29b. Друга модель, коли базові станції розташовані у трьох вершинах із шести гексагональної комірки (англ. corner-excited cells) (рис.

5.29с). Перша модель умовно ілюструє підхід, коли базові станції використовують ненапрямлені антени.

Таблиця 5.3

діаграмами напрямленості яких мають ширину на рівні половинної потужності

120 град (рис. 5.30).

Діаграми напрямленості кожної із антен формуються таким чином, щоб сумарна характеристика напрямленості всіх трьох антен повторювала гексагональну комірку. В останніх роках в коміркових мережах з цифровою передачею телефонних сигналів з’явилися нові сітки секторних комірок (рис.

5.31в), які дозволяють значну редукцію числа базових станцій (рис. 5.31а).

В сучасних коміркових мережах новий спосіб створення секторних комірок використовується у варіантах: 3/9 (GSM), 4/12 (JDC), 2/7 (ADC).

5.5.1. Антени базових станцій

Проблема вибору антен базових станцій тісно пов’язана із фінансовими можливостями. Основні вкладення коштів направляються на будівництво приміщень і антенних щогл. В початковій фазі побудови коміркової мережі інвестори змагають до покриття визначеної поверхні мережі найменшою кількістю базових станцій. Тому часто приймають рішення на створення базових станцій із ненапрямленими антенами (англ. omnidirectional cell sites).

Будівництво базових станцій із такими антенами вважається значно дешевшим,

ніж із секторними. Можна показати, що більша вартість базових станцій із напрямленими антенами є уявною, бо такі станції дозволяють задовольнити різні потреби трафіка в значно меншій їх кількості, ніж дешевші з ненапрямленими антенами:

По-перше - базові станції із напрямленими антенами забезпечують краще відношення потужності сигналу до потужності спільноканальних інтерференційних завад С/І, через використання властивостей напрямлених антен (рис. 5.26).

По-друге - у випадку, коли порівнюються між собою коміркові мережі із ненапрямленими і напрямленими антенами, то при однаковому відношенні С/І, мережа із напрямленими антенами характеризується

184

меншим коефіцієнтом спільноканальних інтерференційних завад CIRF.

Такий підхід приводить до меншого числа N комірок в ансамблі. Менше число комірок в ансамблі, в свою чергу, дозволяє виділити кожній комірці більше число розмовних каналів, що приводить до того, що мережа може обслуговувати більшу щільність трафіку (таблиця 5.4) при однаковій імовірності блокади розмов. Це може зсунути в часі вимоги утворення нових, менших комірок, а потім і будівництва нових базових станцій, з метою забезпечення більшої щільності трафіку.

Рис.5.29 Розташування базових станцій в комірковій мережі

5.5.2. Локалізація антенних щогл базових станцій

Регулярна сіткова модель достатньо точно вказує на місце розташування антенних щогл. В практиці, однак, може виявитися, що немає можливості збудувати антенну щоглу там, де вказує модель.

Проблема відхилення від вимог проекту, в тому числі відхилення від точки локалізації антен базових станцій, треба розглядати з точки зору трьох критеріїв: коштів; якості передачі і ємності мережі, чи числа абонентів, що обслуговуються в часи пікового навантаження.

Детальний аналіз питання точності локалізації антени базової станції приводить до висновку, що локалізація антенної щогли базової станції найбільше впливає на якість передачі і майже не впливає на кошти та ємність мережі.

185

Рис.5.30 Діаграма направленості антени базової станції в мережі, що використовує секторні комірки

Рис.5.31 Варіант 3/9 коміркової мережі: а) старого і в) нового типів

Виходячи з цього, аналі-зуючи допустиме відхилення локалізації антен від оптималь-ної точки, що визначена сіткою, береться до уваги тільки вплив цього відхилення на погіршення відношення С/І. Практично прий-мається, що відхилення локалі-зації антен базової станції не повинно погіршувати відношення С/І більше ніж на 10%.

186

Рис.5.32 Локалізація антенної щогли базової станції

Це дозволяє розташовувати антені щогли, по відношенню до оптимального, до 1/4 радіуса комірки R (рис. 5.32).

5.5.3. Максимальний радіус комірок

Питання вибору максимального радіуса комірки становить частину дуже загальної проблеми отримання відповідного співвідношення між вкладеними коштами в коміркову мережу і які стю передачі, при недостатньому безпосередньому впливі максимального радіуса комірки на ємність мережі. З максимальним значенням радіуса комірки дуже сильно пов’язана потужність сигналу в радіоканалі, що також впливає на кошти і якість передачі в коміркові й мережі. В громадських коміркових мережах потужності сигналів, що передаються із рухомих станцій, на порядок менші від потужності сигналів, які передаються базовою станцією.

На початку створення коміркової мережі встановлюється відносно великий розмір комірок, так, щоб їх число, необхідне для перекритття всієї території,

було рівне або дещо більше від числа N зон в ансамблі. Такий підхід має дуже істотну перевагу. Полягає вона в тому, що конструктори мережі не стоять відразу перед проблемою виключення спільноканальних інтерференційних завад, які існують на даній території із своїм рельєфом, кліматом і забудовою, а

187

відштовхуються від проектованих засад. В той же час, вся їхня увага може бути сконцентрована на пошуках високої якості передачі в радіоканалі, вибираючи відповідне відношення потужності корисного сигналу до потужності власних шумів приймального обладнання і технічних завад (англ. man-made noise).

Вплив технічних завад на якість передачі в розмовному каналі коміркової мережі сильно залежить від індивідуального характеру завад в районі.

Дуже часто, на початковому етапі, збільшення потужності випромінених сигналів покращує якість передачі в радіоканалі. Однак, це тягне за собою зріст коштів, що призначені на експлуатацію мережі. З другої сторони це дозволяє зменшити число базових станцій, що в результаті може компенсувати затрачені кошти. Після закінчення початкового впровадження мережі і переходу до наступних етапів розвитку і розбудови мережі, значні фінансові переваги, що були пов’язані із збільшенням потужності сигналів, починають втрачатися.

Пристосовуючи мережу до нових, із більшою щільністю трафіку, умов,

можна дійти до поділу великих комірок на менші з одночасним зменшенням радіуса дії базових станцій (рис. 5.33).

В коміркових мережах, що працюють в діапазоні 800 МГц-900 МГц,

максимальна потужність, що подається на вхід передавальних антен рухомих станцій коливається на рівні від 10 до 11 дБВт. Випливає це із техніко-

економічних можливостей масового передавального обладнання. Потужність передавачів базових станцій - 1б дБВт.

Рухомі станції звичайно використовують ненапрямлені антени із коефіцієнтом підсилення меншим ніж 2 дБ по відношенню до ізотропної антени, або 0 дБ, по відношенню до півхвильового диполя. На базовій станції монтуються антени із коефіцієнтом підсилення від 6 дБ до 8 дБ, по відношенню до півхвильового вібратора. Такі антени встановлюються на висоті від 30 до

60 м над поверхнею землі.

Якщо прийняти, що потужності передавачів і коефіцієнти підсилення антен базових станцій задані, то вибір максимального розміру комірки повинен бути компромісним між коштами і якістю передачі мовних сигналів в

188

радіоканалі. Іншими словами: чим більший радіус комірки тим менші кошти,

але гірша якість передачі в розмовному каналі. Якість передачі мови в радіоканалі коміркової мережі не повинна бути гіршою від якості в стаціонарній телефонній мережі загального користування. Вимірювання в американській комірковій мережі AMPS показали, що якщо відношення потужності сигналу до потужності шумів на вході демодулятора FM становить

18 дБ, то якість передачі добра або дуже добра. Тому прийнято вважати, що достатня якість передачі в радіоканалі аналогових сигналів має місце тоді, коли відношення С/І більше 18 дБ на 90% поверхні, яка обслуговується. Численні дослідження фірми Bell AT&T в декількох містах США показали, що при вказаних рівнях потужності базових станцій і при певних умовах поширення радіохвиль, задовільне відношення С/І дає можливість створити комірки із радіусом дії в межах 12,87 км. При іншій передавальній потужності базової станції, коефіцієнті підсилення антени і умов поширення радіохвиль,

максимальні розміри комірок можуть бути іншими.

5.5.4. Мінімальний радіус комірки

Наступна істотна справа, що пов’язана безпосередньо з практичною реалізацією коміркової мережі, це проблема окреслення мінімального значення радіуса комірки. Як відомо, з часом в деяких районах коміркової мережі може з’явитися потреба в розділі первинної комірки або сектори менших розмірів.

Операція розділу первинної комірки виникає, по-перше, з факту приймання до мережі нового числа абонентів і по-друге, з рухливості самих абонентів, які можуть згромаджуватися в певному часі на невеликій території. Кожна коміркова мережа готова до протидії такому типу некорисних явищ без необхідності розширення зайнятих нею спектральних засобів.

У випадку появи на даній території мережі напруження телефонного руху,

що перевищує попередні можливості послуг в комірці (рис. 5.33),

впроваджуються нові базові станції при одночасному обмеженню радіусів дії старих.

189

Відносно простий алгоритм розділу гексагональної комірки дозволяє однозначно визначити місце локалізації нових станцій, ансамблі радіоканалів та ступінь зміни потужності передавачів. На рис. 5.34 представлено взаємне розташування трьох нових базових станцій D, Е, F разом із вказанням виділених їм груп радіоканалів.

Групи радіоканалів нових станцій позначено арабськими числами 2, 5 і 7.

Оскільки мережа складається із секторних комірок з кутом в 120 град., кожна група розділена на три розділені підгрупи, наприклад, група каналів, що позначена номером 2 складається з підгруп b, b', b". Місця розташування нових базових станцій визначаємо за допомогою накреслених відрізків, що зв’язують сусідні базові станції (відрізки АВ, ВС і АС). В середині кожного із відрізків, в

точках D, Е, F розташовуються нові станції (рис. 5.34).

Рис.5.33 Вибраний фрагмент коміркової мережі із 7-ми комірковим ансамблем

190