Повторное использование частот и размерность кластера

В основе построения сотовых сетей лежит принцип «повторного использования частот», необходимость применения которого определяется ограниченностью частотного ресурса. Повторное использование частот в кластерах позволяет обеспечить возможность организации доступа на больших территориях, используя ограниченный набор частот. Кластер это группа сот с не повторяющимися частотами, Увеличение размерности кластера позволяет сократить уровень соканальных помех, но приводит к увеличению хендоверов и большей загрузки каналов управления. Изменяя размеры сот и схему повторения частот, сотовые технологии позволяют обслуживать очень большое количество пользователей в условиях как компактного, так и рассредоточенного расположения абонентов.

Способы повышения емкости в системах сотовой связи

Основной задачей, обеспечивающей высокую рентабельность сотовых систем мобильной связи является повышение спектральной эффективности Эрланг/МГц/км², т. е. объёма трафика в полосе 1 МГц на территории 1км². Технически задача может реализовываться различными способами.

А) Совершенствование методов обработки сигналов - переход к более эффективным методам множественного доступа. Интеграция сетей сотовой связи и широкополосного беспроводного доступа – Wi-Fi и WiMAX.

Б) Дробление сот, т.е. переход к меньшим ячейкам в районах с интенсивным трафиком, при том же коэффициенте повторного использования частот. Число базовых станций (БС) при этом соответственно увеличивается, а мощность излучения (как для БС, так и для подвижных) снижается. Тот же эффект достигается при использовании на БС секторных антенн, например, с делением соты на три сектора (при 120-градусных секторах) и использованием в каждом из секторов своей полосы частот. Практически соты с радиусом меньше 300…500м неудобны, так как чрезмерно возрастает поток информации управления. Выход может быть найден в использовании многоуровневых (иерархических) схем построения сотовой сети с обслуживанием в больших ячейках (макросотах) абонентов, которые быстро перемещаются (автомобилисты), а в более мелких (микросоты, пикосоты) – малоподвижных абонентов.

В некоторых случаях может оказаться необходимым не дробить, а укрупнять соты, если трафик настолько мал, что не обеспечивается достаточная загрузка БС. При этом радиус соты может превышать максимальное для стандарта GSM расстояние 35км, за счёт корректировки времени синхронизации.

В) Расширение выделенной полосы частот. Но в условиях твердых ограничений на доступные полосы частот данный подход не является перспективным.

ПЛАНИРОВАНИЕ СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ

2.1 Основные этапы планирования

Планирование - это постоянный процесс, развивающийся от начальной фазы и продолжающийся по мере расширения и развития сети.

Процесс планирования подразделяется на основные этапы Формулирование требований к системе.

Планирование начинают со сбора и анализа информации по требуемым трафику и покрытию территории. Для этого собирают следующие данные:

- планируемые затраты,

- объем услуг,

- покрытие территории,

- качество обслуживания (Grade of Service),

- частотный (канальный) ресурс,

- прогнозы развития сети.

Специальные данные о населении и о плотности трафика:

- плотность населения,

- распределение потоков машин,

- распределение населения по уровню доходов,

- использование различных участков территории,

- телефонная статистика,

- другие факторы, как-то: стоимость договоров, тарифов, цена абонентских станций и т.д.

Разработка исходного плана сети.

На основе данных о трафике и покрытии территории разрабатывают исходный план сети. План представляет собой расположение сот на карте местности. Это начальный план сотовой сети. Исходный план используют как основу для дальнейшего планирования и для участия в тендерах (вместе с планом предсказания покрытия территории).

Экспериментальные исследования.

На этом этапе выполняют радиоизмерения, размещая испытательную аппаратуру в тех точках, где она будет установлена.

Разработка реального плана.

По результатам измерений оптимизируют исходный план, определяют число BTS, BSC, MSC и места их размещения. В этом плане предусматривают все необходимые соединения внутри сети. План является исходным документом для развертывания сети. В дополнение разрабатывают документ, называемый сводными данными о сотах (Cell Design Data - CDD), содержащий для каждой соты все необходимые параметры.

Развертывание системы.

Установка оборудования, проведение испытаний (тестов).

Настройка системы.

После того, как система запущена, постоянно производят оценку ее характеристик и вносят необходимые изменения. В процессе настройки системы:

- проверяют состояние сети,

- собирают и анализируют жалобы клиентов,

- проверяют качество связи,

- вносят необходимые изменения.

По мере возрастания трафика и зоны покрытия сети требуется организация новых сот и изменение характеристик прежних, что делает процесс планирования бесконечным.

2.2 Частотно – территориальное планирование систем сотовой связи

Задача частотно – территориального планирования состоит в делении обслуживаемой территории на близкие по форме геометрические фигуры, в пределах которых соблюдаются требуемые стандартом связи энергетические характеристики сигналов. Число допустимых каналов, отнесённых к единице площади, может быть увеличено при одновременном использовании одних и тех же каналов в пределах сот зоны обслуживания.

Основные задачи, решаемые при частотном планировании:

· минимизация частотных каналов при обеспечении заданной ёмкости сети;

· избежание недопустимых сокональных и межканальных помех.

Абонентские станции могут работать только при определённом защитном отношении мощности принимаемого сигнала S к мощности суммарных помех I:

S/I(дБ)=10lg(S,_Вт/I,_Bт) (2.1)

Данные задачи могут быть выполнены на основе использования нескольких методов:

· детерминированным путём, на основе знаний параметров распространения радиосигналов для конкретного района, т.е. требуют построения профиля трассы, параметры которой определяются расчётным путём либо непосредственными измерениями;

· на основе использования статистических параметров распространения радиосигналов в сотовых системах, т.е. использования усреднённых характеристик сетей в пределах одинаковых территориальных зон;

· методики расчёта зон покрытия на основе аналитической модели напряжённости поля сигнала позволяют рассчитывать усреднённые значения сигнала в точке приёма в зависимости от характеристик городского рельефа.

Площадь гексагональной соты:

(2.2)

Где R – радиус окружности, описанной вокруг шестиугольника.

Рисунок 2.1.- Аппроксимация кластеров большими шестиугольниками.

Для эффективного использования частотного спектра необходимо, чтобы соты с одинаковым набором частот имели бы возможность по условию допустимых сокональных помех располагаться как можно ближе. Минимально допустимое расстояние, защитный интервал D, зависит от числа работающих на повторяющихся частотах расположенных вокруг станций, условий распространения и допустимого уровня помех для конкретной системы связи. Простое увеличение радиуса сот не приведёт к уменьшению сокональных помех, поэтому D измеряется в радиусах сот.

Практически число элементов в кластере выбирается минимально возможным, обеспечивающим допустимое соотношение сигнал/помеха.