2. Модели мягкого хэндовера

   1. Модель радиоканала

В мобильных сетях радиосвязи предсказать изменение характеристик сигнала гораздо труднее, чем в сетях фиксированной радиосвязи. Обычно радиоканал моделируется на основе статистических данных, полученных в процессе измерений. Характеризуя компоненты ослабления сигнала, можно выделить три группы: затухание на трассе; медленные замирания (также называемые рэлеевскими), имеющие логнормальное распределение; быстрые замирания, называемые райсовскими. Распределения последних двух групп зависят от наличия или отсутствия прямой видимости между приемником и передатчиком радиосигналов.

Потери на трассе – это явление уменьшения принимаемой мощности сигнала с увеличением расстояния. Причиной медленных замираний являются предметы (здания, холмы, деревья, их листва и пр.), находящиеся на пути распространения радиосигнала рис. 2.5. Быстрые замирания связаны с многолучевостью – явлением приема множества сигналов от одного источника, пришедших на приемник разными путями и с разными фазами (задержками) вследствие отражения от предметов. В результате наложения нескольких сигналов, прошедших разные пути до приемника, могут появляться провалы уровня принимаемого сигнала. Кратковременные флуктуации сигнала возможно отфильтровать и компенсировать при помощи специальных технологий, например, RAKE-приемником ранее упомянутый метод, разнесением приема, кодированием с перемежением.

Полагая, что с быстрыми замираниями можно успешно бороться в приемнике, примем, что затухание с увеличением расстояния от обслуживающей базовой станции (БС) моделируется возведением в степень; медленные замирания моделируются логнормальной компонентой. В результате получаем, что ослабление сигнала на трассе пропорционально величине

(2.2)

где α – показатель затухания, – величина, имеющая логнормальное распределение и моделирующая медленные замирания, а ζ – величина, имеющая нормальное распределение с нулевым средним и дисперсией σ. Дисперсия может иметь значения от 5 до 12 дБ с типичным диапазоном 8-10 дБ для макросот [11].

2.2.2.2. Модель многолучевого распространения

Распространение радиоволн в системах наземной подвижной связи характеризуется наличием большого числа отражений, дифракцией, затуханием сигнала Причиной всему этому являются естественные препятствия, например здания, а результатом оказывается многолучевое распространение. В результате на приемную антенну практически всегда приходит множество копий сигнала (лучей) с разными уровнями и разными задержками по времени. Принцип многолучевого распространения показан на рис. 2.5. Многолучевой характер распространения сигнала приводит к интерференции и, как следствие, к изменению уровня принимаемого сигнала. Динамический диапазон флуктуаций сигнала составляет более 40 дБ.

Рис. 2.5. Многолучевое распространение сигнала

Энергия сигнала (относящаяся, например к одному чипу сигнала CDMA) может поступать в приемник в четко различимые моменты времени. Интервал задержки в городских и пригородных районах обычно составляет от 1 до 2 мкс, хотя в некоторых случаях значении задержки может достигать 20 мкс. Длительность чипа при скорости передачи 3,84 Мчип/с равна τ_чип = 0,26 мкс [2]. Если разница по времени многолучевых составляющих будет по крайней мере 0,26 мкс, то приемник UMTS сможет разделить эти многолучевые компоненты и обеспечить их сложение. Задержка длительностью 0,26 мкс получается, при разнице в протяженности лучей 78 м (с∙ τ_чип =  3,0·10⁸∙0,26·10^-6). Кроме того, для определенного значения временной задержки обычно имеется множество лучей почти равной длины, по которым распространяется радиосигнал. Например, лучи с разницей по длине равной половине длины волны (при частоте 2 ГГц это приблизительно 7 см) поступают фактически одновременно по сравнению с лучами, имеющими разность хода 78 м.

В результате в приемнике, который перемещается даже на меньшие расстояния, имеет место подавление полезного сигнала, называемое быстрыми (релеевскими) замираниями. На рис. 2.6. показан примерный характер быстрых замираний, воспринимаемый по поступающей энергии сигнала при конкретном значении временной задержки при движении приемника. Мощность принимаемого сигнала может резко падать, когда происходит фазовое подавление за счет отражений при многолучевом распространении. Статистика в отношении средней энергии принимаемого сигнала за короткий период обычно хорошо описывается рэлеевским распределением.

Рис. 2.6. Быстрые (релеевские замирания)

Эти перепады энергии, обусловленные замираниями, делают прием передаваемых битов данных без ошибок делом весьма затруднительным, поэтому в UMTS необходимо принимать соответствующие контрмеры. Такие контрмеры по борьбе с замираниями приведены ниже.

• Рассеянная энергия сигналов с задержкой складывается за счет использования множества каналов Rake (корреляционных приемников), настроенных на те значения задержки, с которыми поступают сигналы со значительной энергией.

• Для смягчения проблемы, связанной с замиранием мощности сигнала, используются быстрое управление мощностью (частотой 1500 Гц) и разнесенный прием приемником Rake.