В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Сегодня рефарминг радиочастотного спектра стал одним из наиболее прогрессивных механизмов для быстрого внедрения современных технологий. В международной практике рефарминг применяется к диапазонам частот 900 и 1800 МГц, при этом диапазон 1800 МГц используют сегодня 45% коммерческих сетей LTE. В России рефарминг разрешен решениями ГКРЧ для диапазона 900 МГц в интересах технологий 3G/UMTS и LTE, для диапазона 1800 МГц – в интересах LTE [1, 2].
Сложившаяся в свое время практика распределения радиочастотного ресурса GSM в нашей стране допускает наличие перекрывающихся полос радиочастот в ряде соседних республик и областей [3, 4]. Такое перекрытие полос в диапазоне 1800 МГц показано на примере соседних Республики Башкортостан, Республики Татарстан, Удмуртской Республики и Пермского края (см. рис. 1) [4]. На рис. 1 буквами условно обозначены сети операторов, а разные цвета этих букв соответствуют разным перекрывающимся полосам радиочастот. Например, полосы частот (красный цвет) принадлежат сетям оператора А (на территории Башкортостана), операторов В и С (на территории Татарстана), оператора Е (на территории Удмуртской Республики) и операторов С и Н (на территории Пермского края).
Наличие подобной ситуации при рефарминге порождает серьезную проблему электромагнитной совместимости отмеченных сетей. До рефарминга эта проблема существовала, но для сетей одного стандарта GSM-операторы решали ее по соглашению путем проведения отдельных организационно-технических мероприятий. С внедрением рефарминга потребовалось совмещать в общих полосах частот сети разных (нескольких) стандартов и, следовательно, искать для этого подходящие механизмы.
Надо заметить, что в практике радиочастотного обеспечения отечественных сетей сотовой связи в качестве решения отмеченной проблемы рассматривалась дополнительная процедура определения условий ЭМС между сетями соседних субъектов РФ на этапе проведения общей экспертизы радиочастотных заявок. Но ожидаемым ее результатом неизбежно могло быть введение значительных ограничений мощности излучения базовых станций в координационной зоне, поскольку в ходе такой экспертизы кроме энергетических параметров другие механизмы для совмещения сетей не рассматриваются. К тому же она требует дополнительных временных и финансовых затрат.
Вместе с тем, для сотовых сетей новых стандартов существуют и другие неэнергетические методы координации. В качестве комплекса таких методов в статье рассматриваются действующие процедуры приграничной координации современных сетей на границе сопредельных государств.
Указанные выше процедуры для диапазонов частот 900 и 1800 МГц определены в Рекомендации ЕСС/REC/(08)02 [5]. В ней определены механизмы координации для целого ряда сценариев:
Допустимые уровни сигнала, при которых координация сетей в сопредельных странах (для нашего случая – соседних субъектах Российской Федерации) не требуется, приведены в табл. 1 [5].
На рис. 2 для примера показаны возможные значения координационных расстояний, при которых будут выполняться приведенные условия для базовой станции LTE со стороны одного из затронутых субъектов Российской Федерации.
Значения уровней в дБм, показанные в табл. 1 и на рис. 2, пересчитаны в соответствии с рекомендациями [6] для GSM1800:
В отношении приведенных данных следует сделать два замечания. Во-первых, для случая, когда оценивается необходимость координации действующих сетей GSM с новыми сетями UMTS и LTE, допустимо использовать критерии, ранее введенные в соответствии с Рекомендацией ECC/REC/(05)08. Таким образом, они сохраняются для действующих сетей GSM, и их не требуется пересматривать.
Во-вторых, пороговые уровни сигнала в табл. 1 оцениваются в частотном блоке размером 5 МГц, при другой ширине блока (канала) требуется пересчет этих значений известным традиционным методом. Например, когда допустимый уровень напряженности поля в блоке 5 МГц равен 59 дБ (мкВ)/м/5 МГц, в блоке размером 10 МГц он будет составлять (59 + 10log(10/5))=62 дБ (мкВ)/м/10 МГц. Важно также иметь в виду, что при расчете напряженности поля от GSM (от частотных каналов шириной 200 кГц) надо учитывать суммарный уровень сигнала всех одиночных каналов, которые содержатся в частотном блоке 5 МГц. Например, если в таком блоке мощность излучения GSM на 4 несущих частотах одинакова, то допустимый уровень напряженности поля 59 дБ (мкВ)/м/5 МГц будет соответствовать уровню (59 - 10log (4)) = 53 дБ (мкВ)/м/200 кГц, пересчитанному для одного частотного канала GSM.
В случае превышения приведенных координационных порогов сети с общей полосой радиочастот на границе соседних субъектов Российской Федерации требуют координации. Из-за разных технологий в этих сетях при рефарминге такая координация имеет ряд особенностей:
Для координации сетей на границе соседних субъектов Российской Федерации необходимы следующие сведения о них:
Эти сведения предоставляются операторами координируемых сетей на взаимной основе.
Как уже отмечалось, координация сетей GSM осуществляется в соответствии с отдельной Рекомендацией ECC/REC/(05)08 на основе распределения предпочтительных частотных каналов (общепринятый метод частотной координации).
Координация сетей GSM и UMTS основана также на частотном методе и имеет особенность – для координации используются предпочтительные и непредпочтительные частотные блоки по 200 кГц для GSM и по 5 МГц для UMTS.
Преимущество частотной координации состоит в том, что координируемые сети не будут испытывать потерь их пропускной способности из-за межсистемных помех, вызванных работой РЭС на сопредельных территориях на одной и той же частоте. Вместе с тем, число доступных частотных каналов уменьшается вдвое при двухсторонней и на треть при трехсторонней координации, что является недостатком метода.
Координация сетей GSM и LTE (FDD) осуществляется аналогично предыдущему случаю, а предпочтительные и непредпочтительные частотные блоки для LTE определяются стандартизованной шириной используемого радиоканала.
Особенность систем UMTS – разделение каналов в общей полосе частот на основе применения ортогональных кодов. Напомним, что ячейки сети (секторы, соты) разделяются между собой посредством наложения специальных ортогональных кодов скремблирования [7, 8]. Это свойство радиоинтерфейса UMTS позволяет использовать для координации сетей в приграничной зоне метод, отличный от частотной координации. Он основан на распределении между координируемыми сетями отдельных групп кодов, которые получили название предпочтительных. Таким образом, в сетях UMTS помимо частотной координации появляется новый метод кодовой координации. Две важные особенности этого метода: во-первых, все коды скремблирования разделены на 6 кодовых групп (подмножеств Set): Set A (0…10), Set B (11…20), Set C (21…31), Set D (32…42), Set E (43…52) и Set F (53…63). Распределение этих групп между координируемыми сетями будет показано ниже (рис. 3).
Во-вторых, кодовая координация возможна только в случаях, когда центральные частоты в координируемых сетях выровнены, т.е. согласованы и строго совпадают. Такое условие является необходимым для того, чтобы сохранить ортогональность кодов, определяемую функцией взаимной корреляции Кij(т) сигналов в разных физических каналах i и j. С точки зрения теории функция Кij(т), выраженная через взаимную спектральную плотность Sij(u)) этих сигналов, имеет следующий вид [8]:
Из приведенного выражения видно, что взаимное рассогласование спектров (центральных частот) сигналов приводит к нарушению свойств ортогональности каналов. Следовательно, в процессе координации сетей UMTS необходимо стремиться к "выравниванию" несущих частот для всех РЭС в пределах одного частотного канала, т.е. в пределах полосы частот шириной 5 МГц.
Главное преимущество метода кодовой координации состоит в том, что координируемые сети получают практически равные возможности по доступу к радиочастотному ресурсу даже при их неодновременном развертывании. При этом в областях вдали от границы, где уровни сигнала ниже координационного порога, доступными являются все коды без исключения.
Идентификаторы физических сот PCI описаны в [8, 9]. Их распределение в сетях LTE схоже с планированием кодов скремблирования в UMTS, поскольку идентификаторы однозначно определяют смежные ячейки в определенной географической области. Это свойство PCI используется при приграничной координации сетей LTE при выполнении требования о строгом выравнивании или согласовании центральных частот в сопредельных сетях независимо от используемой ширины канала. Второй важной особенностью является то, что в отличие от кодов скремблирования в UMTS распределение идентификаторов PCI между сопредельными сетями не обеспечивает полную их ортогональность, т.е. не устраняет полностью взаимное воздействие помех. Тем не менее, координация сетей LTE на основе распределения предпочтительных идентификаторов PCI позволяет различать сети (соты) на границе сопредельных территорий по принципу "своя–чужая", препятствуя тем самым неконтролируемые и нежелательные роуминговые соединения в приграничной области.
Стандартами 3GPP [9] определено 168 уникальных групп идентификаторов (0…167), именуемых PCI-группами. Каждая такая группа содержит по 3 идентификатора PCI. Таким образом, общее количество идентификаторов PCI, которые могут быть использованы при координации сетей LTE, составляет 504.
Распределение PCI между координируемыми сетями осуществляется на основе определения предпочтительных и непредпочтительных PCI-идентификаторов. Для целей координации все идентификаторы делятся на 6 доступных групп (Set), которые могут распределяться между сетями, как показано на рис. 3, для четырех субъектов РФ: Set A (0…83), Set B (84…167), Set C (168…251), Set D (252…335), Set E (336…419) и Set F (420…504). На этом рисунке черным цветом выделены предпочтительные идентификаторы PCI и упомянутые выше предпочтительные коды для UMTS.
Как видно из рисунка, каждой затронутой стороне выделяется три набора (половина PCI) в случае двухсторонней координации и два набора (одна треть PCI) – при трехсторонней координации. Для большей наглядности на рис. 4 в левом верхнем квадрате собраны (объединены) все группы (Set) для четырех затронутых субъектов РФ, каждый из которых имеет свой цвет. Эта картина показывает, что имеют место четыре субъекта, но распределение кодов и идентификаторов PCI без повторения может осуществляться максимум между тремя, т.е. такого рода координация применима не более чем к трем сетям.
Этот факт объясняется тем, что упоминаемой выше Рекомендацией ECC/REC/(08)02 определены четыре типа различных стран Европы, которым предпочтительные коды и PCI распределяются по рассмотренной схеме (зоны 1-2-3, 1-2-4, 1-3-4, 2-1-4, 2-3-1, 2-3-4 и т.д.).
Учитывая, что применительно к России возможны сценарии, в которых потребуется координация сетей в четырех смежных субъектах, т.е. четырех сетей, описанную схему распределения предпочтительных кодов и PCI для этих сценариев следует пересмотреть. Поскольку коды и идентификаторы PCI разделены на шесть групп, то для сетей вблизи протяженной границы выделить по две группы, а остальным – по одной группе, что составит порядка 10 скремблирующих кодов для UMTS и 84 идентификатора PCI для LTE.
В отношении сетей LTE возможна координация и по другим параметрам, присущим Uplink: по специальным демодуляционным опорным сигналам DMRS (Demodulation Reference Signal) и параметрам физического канала передачи преамбулы случайного доступа PRACH (Physical Random Access Channel) [8, 9, 10]. Но такая координация должна осуществляться (закладываться) еще на этапе планирования сетей. Очевидно, что в реальных условиях это маловероятно, поскольку требует обоюдного согласования с операторами сетей заблаговременно на этапе строительства каждой из них.
Применение рассмотренных методов координации выводит процедуру совмещения сетей сотовой связи в соседних субъектах Российской Федерации при рефарминге за рамки проведения установленной экспертизы заявляемых РЭС (сетей). Это позволит операторам данных сетей более оперативно проводить мероприятия по их координации с меньшими временными и финансовыми затратами, а порой и операционными (технологическими) издержками.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #3, 2015
Посещений: 7268
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
