Повторное использование частот

Повторное использование частот — способ организации связи, при котором одни и те же частоты многократно используются в разных зонах обслужива­ния [27, 32, 49, 101]. Применение частотно-территориального планирования с повторным использованием частот позволяет увеличить пропускную способ­ность при ограниченном количестве частотных каналов.

Расстояние повторного использования частот (frequency reuse distance) — расстояние D между центрами двух удаленных сот, начиная с которого до­пускается повторное использование частот. В общем случае оно определяется по формуле D = yJ3NR, где N число ячеек в кластере; R — радиус ячейки (радиус окружности, описанной вокруг гексагональной ячейки).

Кластер (cluster) — группа из близко расположенных сот, в пределах ко­торых не допустимо повторное использование из-за опасности превышения уровня взаимных помех. Размер кластера N определяется по формуле

где i, j — целые числа.

Из этой формулы видно, что кластер может содержать только определен­ное число сот:

и т.д.

Приведенное соотношение для D показывает, что чем меньше радиус ячейки R, тем выше коэффициент повторяемости частот (1//V), а следователь­но, и эффективность использования выделенного диапазона частот. Отноше­ние к = D/R =v3N называется коэффициентом

снижения внутриканальных помех и характеризует степень взаимного влияния удаленных сот, в которых используются одни и те же частотные каналы. Для приведенных выше значе­ний N значения к равны: к(1) = 1,7; к(Ъ) = 3; к(4) = 3,5; к(1) = 4,6; к{9) = 5,2; £(12) = 6.

Рис. 1.5. Повторное использование частот при 4-элементном кластере

Пример распределений частот при повторном использовании показан на рис. 1.5 (4-элементный кластер) и рис. 1.6 (7-элементный кластер).

Рис. 1.6. Повторное использование частот при 7-элементном кластере

Секторизованная сота

Сота, в которой обслуживание абонентов осуществляется базовой станцией с секторной антенной,

называется секторизованной сотой (sectorized cell). При этом зона покрытия антенны разделяется на секторы. Секторизация позволя­ет повысить пропускную способность системы сотовой связи без уменьшения размеров зоны покрытия или снижения мощности, излучаемой базовой стан­цией. Ширина диаграммы направленности секторной антенны соответствует угловому размеру сектора. В системах сотовой связи обычно используют ан­тенны с шириной диаграммы направленности 120° (трехсекторная антенна). Обычно применяются кластеры размерностью 3/9, 4/12, 7/21, где первая циф­ра показывает число сот в кластере, а вторая — число секторов. На рис. 1.7, а показан пример применения 3-секторной антенны для кластера 3/9. В этом примере распределяются 9 групп частот.

В настоящее время применяются шестисекторные антенны с шириной диаграммы направленности 60°.

На рис. 1.7, 6 показана разработанная корпорацией Motorola сотовая сеть с шириной диаграммы направленности 60° и 12 группами несущих частот.

Этот кластер содержит 4 элемента и 6-секторную антенну (размерность кла­стера 4/24).

Рис. 1.7. Повторное использование частот в: а) 3-секторной соте; б) 6-секторной соте

Подвижная станция

Блок-схема цифровой подвижной станции (ПС) приведена на рис. 9.30. В ее состав входят: блок управления; приемопередающий блок; антенный блок.

Блок управления включает в себя микротелефонную трубку (микрофон и динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура служит для набора номера телефона вызываемою абонента, а также команд, определяющих режим работы ПС. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции.

Приемопередающий блок состоит из передатчика, приемника, синтезатора частот и логического блока.

В состав передатчика входят: АЦП - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме; кодер речи - осуществляет кодирование сигнала речи, т.е. преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности; кодер канала – добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока; модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту.

Рис. 9.30 – Блок-схема подвижной станции.

Приемник по составу соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков: демодулятор - выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию; декодер канала - выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки исправляются; до последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке; декодер речи - восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде; ЦАП -преобразует принятый цифровой сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика; эквалайзер - служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.

Логический блок - это микрокомпьютер, осуществляющий управление работой ПС. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра (дуплексное разделение по частоте).

Антенный блок включает в себя антенну (в простейшем случае четвертьволновой штырь) и коммутатор прием/передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, так как ПС цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Блок-схема подвижной станции (рис. 9.30) является упрощенной. На ней не показаны усилители, селектирующие цепи, генераторы сигналов синхрочастот и цепи их разводки, схемы контроля мощности на передачу и прием и управления ею, схема управления частотой генератора для работы на определенном частотном канале и т.п. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник ПС включают соответственно блоки шифратора и дешифратора сообщений.

В ПС системы GSM предусмотрен специальный съемный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module - SIM). Подвижная станция системы GSM включает также детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который с целью экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, создаваемых для других станций при работающем передатчике, включает работу передатчика на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится комфортный шум. В необходимых случаях в ПС могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

Блок-схема аналоговой ПС проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия блоков АЦП/ЦАП и кодеков, но сложнее за счет более громоздкого дуплексного антенного переключателя, поскольку аналоговой станции приходится одновременно работать на передачу и на прием.