5. Повторное использование частот

В условиях ограниченного частотного ресурса, повторное использование частот из выделенного частотного диапазона позволяет обеспечить непрерывное радиочастотное покрытие на достаточно больших территориях. В классической теории сотового планирования, соты группируются в кластеры, в каждом кластере используется фиксированный набор частот, который повторяется через определенное расстояние.

6. Интерференция

Помимо обеспечения непрерывным покрытием больших территорий, повторное использование частот на сетях сотовой связи увеличивает и пропускную способность системы. Но, как говорится, - за все надо платить. Отрицательная сторона повторного использования частот - это возникновение интерференции. В основном, проектировщики сотовых систем оценивают внутрисистемную ЭМС (С/I, С/A).

С/I - Carrier – to – Interference. Интерференция по основному каналу.

Рис. 10.6 Интерференция по основному каналу

С/A – Carrier – to – Adjacent. Интерференция по соседнему каналу (+/- 200, 400 кГц).

Рис. 10.7 Интерференция по основному каналу

Требования к внутрисистемной ЭМС, заложенные в стандарте GSM:

• по основному каналу: C/I < 9 dB;

• по соседнему, отстройка (+/-200 кГц): C/A < -9 dB;

• по соседнему, отстройка (+/-400 кГц): C/A < -41 dB;

Анализ межсистемной ЭМС проводится на этапе выдачи Государственной радиочастотной службой (ГКРЧС) разрешений на использование операторами связи конкретных радиочастот. Внутрисистемная ЭМС должна анализироваться и рассчитываться оператором.

Внутрисистемная ЭМС сетей сотовой связи обеспечивает отсутствие взаимных радиопомех между работающими в данной сети радиосредствами. Основным критерием внутрисистемной ЭМС является допустимая величина уровня интерференции, которая не должна быть выше значения, установленного стандартом GSM.

К внутрисистемной ЭМС относятся следующие вопросы:

1. Обеспечение необходимых частотных развязок между приемными и передающими трактами радиооборудования в эфирной среде и в различных элементах антенно-фидерных систем при объединении передатчиков и приемников базовых станций;

2. Отсутствие излучения на соседних радиоканалах в пределах одной соты, а также взаимонаправленного излучения на одинаковых или соседних радиоканалах в смежных сотах.

7. Формирование кластерной структуры сот в диапазоне gsm 900 и распределение частот

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот.

Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой подвижной связи первого поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений.

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое "защитным интервалом". Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Частоты внутри кластера распределяются так, чтобы минимизировать интерференцию по соседнему каналу.

Например, если в кластере 21 сота, см. рис 10.8 и для них выделен определенный частотный диапазон, то каждой соте будет выделена 1/21 часть от общего частотного диапазона. Если соты в кластере пронумеровать как А1, А2, А3, … G1, G2, G3 то соты в соседних кластерах тоже будут иметь номера А1, А2, А3, … G1, G2, G3, а каждая пронумерованная сота в кластере имеет тот же частотный спектр, что и сота с тем же номером в соседнем кластере. Если сота в кластере «1», с номером А1, будет соседствовать с сотой номер В1 из кластера «2», то возникнет проблема с интерференцией по основному каналу.

Таким образом, для уменьшения интерференции по основному каналу необходимо сохранять максимальную дистанцию между сотами, занимающими общий частотный спектр в соседних кластерах. Общепринятая система распределения частот внутри кластера 7/21 изображена на рис 10.8.

Принято следующее обозначение кластеров:

, где

- количество сайтов в кластере;

- количество частот в кластере.

При использовании трехсекторных сайтов, численное обозначение кластера будет кратно 1/3.

Рис 10.8 Кластер 7/21, k_исп=4.58

При повторном использовании частот необходимо принимать во внимание минимально допустимый пространственный разнос сот с одинаковыми частотами D, который определяется максимально допустимой величиной интерференции по прямому каналу C/I. Так же величина C/I влияет на качество передаваемой речи. В рекомендациях ETSI для стандарта GSM рекомендуется, чтобы величина C/I была не ниже 9 дБ, однако компания Ericsson, как один из ведущих производителей оборудования GSM рекомендует, чтоб эта величина была не ниже 12 дБ. Для характеристики плотности плана повторного использования частот используются следующие характеристики:

k_исп - коэффициент повторного использования частот (количество сайтов в кластере);

q_s - расстояние между одноименными частотами, оцененное в радиусах сот R, которое определяется как:

,

где D – минимальное расстояние между двумя одноименными частотами, удовлетворяющее заданному требованию интерференции по основному каналу C/I.

Данная формула используется для общего приближенного расчета, в предположении, что соты идеальные шестиугольники.

В системе GSM минимальное значение q_s принято брать

Соты с одинаковыми частотами должны быть разнесены в пространстве на расстояние не меньше чем 3R. Второе требование гласит, что C/I должен быть не меньше 12 дБ, при наличии в сети 6 сот с одинаковыми частотами. Для расчета величины C/I используется следующая формула:

, где

j – количество интерферирующих сайтов;

q_s - расстояние между одноименными частотами;

 - показатель потерь на трассе между MS и BS

Таблица 10.4 – Значения показателя потерь на трассе для различных районов города.

	Городская застройка	Пригород	Открытая местность
	4	3.5	3

Например, если в кластере 7 сайтов (К = 7), то 6 сайтов (j = 6 ), окружает обслуживающую соту на расстоянии D₁ = 4.58 R₁ . Если за пределами этого набора нет других кластеров, содержащих ту же частоту то;

Таким образом, при проектировании систем сотовой связи с применением плана повторного использования частот можно брать за основу кластерную структуру с коэффициентом повторного использования , рис. 10.8.

Если же в системе присутствует больше 6 кластеров с одноименными частотами, то величина C/I немного уменьшится. Поэтому при проектировании крупных сетей необходимо брать пространственный разнос между одноименными частотами с небольшим запасом в сторону увеличения расстояния.