В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В системах сотовой связи могут проявляться особые (дополнительные) условия распространения сигнала в пространстве, которые обусловлены подвижностью мобильных станций, радиопокрытием внутри помещений и вне их, а также иерархической структурой сотовой сети, что в целом усложняет электромагнитную обстановку. Для расчета потерь при распространении сигнала в этих условиях используется, как правило, статистический подход, в основе которого лежит статистика, полученная в ходе экспериментальных исследований. Преимущество этого подхода состоит в учете большинства факторов, влияющих на распространение радиоволн. Применительно к мобильной связи часто используются классические модели потерь, которые позволяют моделировать (описывать) линии связи в типовых средах [1].
Кроме известных традиционных моделей существуют две специализированные модели, встраиваемые в SEAMCAT с помощью функции Plugin [2]: JTG56_P1546SEAMCAT.class и ModJTG56_P1546SEAMCAT.class [3]. Целью разработки этих моделей явилось уточнение действующих моделей потерь и, в частности, расширение области интерполяции для расстояния менее 1 км в модели ITU-R P.1456. Эти уточнения поясняются на графиках рис. 9.
На этом рисунке показаны зависимости потерь (Los) на трассе распространения сигнала от ее длины (d) при разных моделях потерь (модель Hata, модель потерь в свободном пространстве Free space и модель ITU-R P.1546). Пунктирная кривая BC является результатом интерполяции потерь между Free space и ITU-R P.1546, определяя потери в модели ITU-R P.1546 при длине трассы менее 1 км, пунктирная кривая AC – определяет аналогичные потери, но при интерполяции потерь между Hata и ITU-R P.1546.
Модели потерь для систем LTE имеют несколько отличий. Во-первых, в довольно обширном перечне идентифицированных полос частот для LTE есть полосы, незначительно отличающиеся друг от друга, к примеру полосы диапазонов 1800 МГц и 2100 МГц. Применять для каждой из этих полос свои модели потерь становится неразумным – можно ограничить их количество, определив только одну рабочую модель для одной полосы частот и некоторые поправки, которые учитывали бы потери для реальных частот исследуемой системы. В Отчете 3GPP 36.942-820 [4] рекомендовано в исследованиях применять рабочие модели для частот 900 МГц и 2000 МГц. Разница потерь между "эталонной" частотой рабочей модели и реальной частотой показана в табл. 2 и 3.
Как видно из таблиц 2 и 3, разность потерь на трассе между частотой модели и рабочей частотой (за исключением полос 7 и 38) в худшем случае для DL не превышает 0,8 дБ, а учитывая разницу в коэффициентах усиления антенн на разных частотах, можно ожидать полную ошибку в оценке потерь около 1 дБ. Следовательно, использование "эталонной" частоты моделирования будет давать практически достоверные результаты.
Во-вторых, в документе STG (10) 39 Рабочей группы WG SE (CEPT) [5] даны рекомендации по применению некоторых стандартных моделей потерь и их параметров для LTE в разных диапазонах частот. Эти рекомендации приведены в таблицах 4.
При MIMO несколько параллельных потоков данных передаются по отдельным пространственным каналам. Эти каналы формируются посредством диаграммообразующих схем на передающей и приемной сторонах. В диаграммообразующих схемах посредством специального кодирования передаваемых потоков данных в элементах антенной системы формируется определенное соотношение фаз сигнала, которое приводит к "раздробленности" диаграмм направленности передающей и приемной антенн, как показано на рис. 10.
Такое формирование диаграмм направленности антенн при MIMO обуславливает некоторые особенности в расчетах при оценке ЭМС. Прежде чем рассмотреть эти особенности, поясним ряд понятий о пространственных параметрах, связанных с моделями MIMO [6].
Для базовой станции:
Указанные параметры поясняются в [1], а их значения определены в [6]. Можно указать взаимосвязь некоторых из параметров, приведенных в табл. 5 [6]. При этом важной является степень корреляции между элементами антенных систем. В таблице показано, как на корреляцию влияют разнос антенных элементов, углы рассе
ния (AS) и прихода (AoA).
В отличие от традиционных моделей потерь пространственные модели для MIMO, содержащие канальные коэффициенты, дополнительно учитывают и описывают угловые параметры приемных и передающих антенных систем, в том числе и их поляризационные свойства. Это означает, что они геометрически ориентированы и имеют стохастическую природу, включают в себя разделяемые параметры среды распространения (канала) и параметры антенных систем. Эти параметры отражают геометрию передачи сигнала и могут быть заданы пользовательскими моделями, в которых пространственные пути (лучи) суммируются с разными параметрами (задержка, уровень мощности), включая корреляцию между элементами антенн.
На базе теоретических положений сегодня исследуются специальные пространственные модели, позволяющие производить расчеты ЭМС с учетом описанных особенностей технологии MIMO. Такими моделями, специально разработанными для систем IMT, являются модели, получившие название WINNER I и WINNER II (Wireless World Initiative New Radio) [7]. Они ориентированы на геометрию и позволяют раздельно учитывать параметры как среды распространения, так и угловые параметры антенн. Они хорошо встраиваются в статистическую модель SEAMCAT и применимы для разных сред (город, пригород, сельская местность, внутри и вне зданий, в условиях прямой видимости и при ее отсутствии). Базовые принципы их построения детально описаны в [1, 7, 8–10].
К числу новых свойств моделей WINNER можно отнести:
Важно подчеркнуть, что результаты расчета потерь по моделям WINNER при MIMO порой существенно отличаются от используемых сегодня традиционных моделей. На рис. 11 приведено сравнение моделей WINNER с традиционной моделью P.452 для условий пригорода (условное название модели C1) [11].
По приведенным графикам можно сделать важный вывод о том, что потери, рассчитанные для одних и тех же сред распространения по моделям WINNER, могут отличаться на величину до 10 дБ от оценок, полученных по традиционным моделям. Это говорит о том, что условия ЭМС, оцененные для MIMO при использовании традиционной модели, могут отличаться на эту величину в сторону ухудшения, т.е. их ужесточения.
Согласно теории, зоны Френеля разного порядка по-разному влияют на сигнал на трассе его распространения. Сигналы, проходящие одновременно через нечетные и четные зоны, в точке приема противоположны по фазе. Существует мнение, что это свойство иногда может быть использовано в интересах электромагнитной совместимости, когда, искусственно создав на трассе распространения сигнала первую и вторую зоны Френеля, можно получить в точке размещения потенциально несовместимого РЭС подавленный помеховый сигнал. Ниже показаны оценки такого подавления на основе математического моделирования радиотрассы в сотовой сети. По результатам моделирования выявлен малый эффект ослабления сигнала при двух зонах Френеля, который не может быть достаточным для обеспечения ЭМС в реальных сетях связи. Более детальное описание приведено в [12].
Теория по рассматриваемому вопросу изложена в целом ряде работ [12– 17]. Главное положение этой теории говорит о том, что в некоторой точке наблюдения М вторичные волны от волновой сферы (фронта волны) складываясь, интерферируют с учетом амплитуд и фазовых соотношений их составляющих (см. рис. 12).
Согласно теории, зоны Френеля делят волновую сферу соответствующим образом, образуя первую (основную) зону Френеля, в которой передается основная доля энергии волны (как световой, так и электромагнитной). Кроме этого, есть вторая, третья зона и т.д. Особенные свойства этих зон состоят в том, что разность хода волн, приходящих в точку наблюдения М от любых соседних зон, равна λ/2 ( λ -длина волны колебания), а разность фаз 
. При сложении однонаправленных противофазных колебаний модуль результирующей амплитуды равен Aр=A1-A2+A3-A4+…, т.е. четные и нечетные зоны Френеля гасят друг друга, находясь в противофазе [17]. Однако было выявлено, что волны, приходящие от всех точек любой зоны Френеля, не имеют в точке наблюдения строго одинаковых фаз, что обусловлено метеорологическими (климатическими) особенностями и электрическими характеристиками среды распространения [15].
Интересно оценить описанное свойство применительно к задаче по ЭМС. При этом заметим, что в данном подходе метод зон Френеля является приближенным и, кроме того, следует учитывать такие особенности, как кривизна поверхности Земли и зависимая от нее дальность прямой видимости. Эти особенности были учтены в модели исследований.
Применительно к нашей практической задаче зоной Френеля будет называться сечение эллипсоида вращения, объем которого занимает радиоволна в процессе распространения в пространстве (см. рис. 13) [1]. Следовательно, в соответствии с моделью Френеля область распространения радиоволны между передающим и приемным устройствами ограничивается эллипсоидом вращения вокруг линии, которая их соединяет, с максимальным радиусом в середине пролета. Этот эллипсоид многослойный и может включать в себя много зон. Размер любой из этих зон зависит обратно пропорционально от частоты сигнала и расстояний D1 от нее до передатчика (Node B) и D2 до приемника (АТ).
Различные препятствия Н (земля, холмы, деревья, здания, столбы и т.п.), попадающие в зону Френеля, ослабляют радиосигнал. Степень такого ослабления зависит от того, какую часть этой зоны (просвета h) затеняет препятствие. Количественно относительный просвет определяется соотношением [1]
К примеру, если h0=r, то препятствие перекрывает зону Френеля полностью (100%). Обычно считают, что затенение менее 40% зоны Френеля приводит к незначительным затуханиям сигнала, закрытие плоским рельефом нижней части зоны Френеля свыше 75% ведет к ослаблению сигнала до 20 дБ и более. В практике расчета радиотрасс считают допустимым 60%-е закрытие зоны Френеля.
Итак, применительно к рассматриваемой задаче примем во внимание два основных фактора: во-первых, это наличие интерферирующих противофазных составляющих (составляющие от четных номеров зон Френеля складываются, от нечетных взаимно вычитаются), во-вторых, с ростом номера зоны Френеля уменьшается вклад, вносимый ею в суммарный сигнал в точке наблюдения (в точке размещения потенциально несовместимого РЭС). В этом смысле основной является первая зона Френеля, она, как правило, и рассматривается в задачах расчета (планирования) радиолиний и ЭМС. Исходя из этого в задаче достаточно ограничиться только двумя первыми зонами Френеля. Общий вид профиля трассы для исследований можно выбрать таким, как показано на рис. 14. Слева и справа на рис. 14 показаны передающая и приемная антенны соответственно. Соединяющая их пунктирная линия является линией прямой видимости LoS (Line-of-Sight) между передатчиком и приемником. Светлые линии в форме эллипсов показывают продольные сечения эллипсоидов вращения, в которых распространяется радиоволна. Сечение, ближайшее к линии прямой видимости, соответствует первой зоне Френеля, остальные по мере удаления – второй и третьей зонам. По аналогии с рис. 13 по ним можно судить о степени перекрытия зон Френеля препятствиями на трассе распространения сигнала.
Относительный просвет будет положительным для полуоткрытой зоны Френеля, когда препятствие не пересекает линию LoS, и отрицательным в противном случае. На рис. 14 показан случай, когда относительный просвет равен - 0,1F1, что означает превышение линии LoS препятствием на десятую (0,1) часть радиуса первой зоны Френеля F1. Этот параметр выделен красным овалом и будет использоваться в дальнейшем для обозначения степени перекрытия исследуемых зон Френеля.
Исследование проводилось на математической модели, в которой была выбрана трасса распространения сигнала продолжительностью 32,1 км с профилем, показанным выше на рис. 14. Результаты моделирования для выбранного профиля представлены в табл. 6, где высоты передающей антенны показаны в обезличенной форме в виде переменного параметра hПРД, значения которого возрастают сверху вниз. Высота приемной антенны при моделировании оставалась неизменной. Обезличенность параметра hПРД объясняется тем, что размер (радиус) зон Френеля будет разным в зависимости от частоты сигнала и протяженности трассы, следовательно, в иных случаях для "открытия" зон Френеля потребуется и разный диапазон значений высот передающих антенн. В качестве основного результата приведены уровни мощности сигнала в точке приема, нормированные к ее значению при полностью закрытой первой зоне Френеля F1 (-1F1). Границы второй и третьей зон будут определяться как 1,4F1 и 1,7F1 соответственно [12].
Для большей наглядности эти результаты представлены также в виде графика на рис. 15, из которого видно, что снижение уровня принимаемого сигнала за счет полностью открытой второй зоны Френеля (1F1…1,4F1) составляет для выбранного профиля трассы всего лишь 0,9 дБ. Динамика изменения уровней этого сигнала более наглядно демонстрируется на графике линией тренда (пунктирная линия): в первой зоне уровень растет, при второй зоне уменьшается, при третьей – снова незначительно растет.
Таким образом, результаты, полученные на реальном профиле трассы, свидетельствуют о том, что открытие второй зоны Френеля не позволит решать проблемы по ЭМС ввиду несущественного ослабления ею помехового сигнала в точке потенциально несовместимого РЭС.
Суть рефарминга состоит в возможности дополнительного использования ранее выделенных полос радиочастот GSM другой, более новой технологией сотовой связи. В результате такой процедуры в одном частотном диапазоне могут совмещаться несколько технологий. Сегодня в России разрешена процедура рефарминга в обоих диапазонах частот GSM: 900 МГц – для технологий UMTS (3G) и LTE, 1800 МГц – для технологии LTE. Ниже описывается предложенный критерий на примере рефарминга в диапазоне частот 1800 МГц, в котором планируется функционирование двух технологий GSM и LTE, а именно показан нетрадиционный подход к определению условий ЭМС для появившейся при рефарминге сети LTE1800. Подробное его описание приведено в [18].
Критерий вводится для упрощения оценки и выполнения условий ЭМС при рефарминге. Критерий базируется на эквивалентности энергетических характеристик в заменяемой и вновь создаваемой сетях разных стандартов, которые и составляют условия ЭМС для новой сети, достаточно только учесть отличительные особенности разных стандартов РЭС [18–24]. Практическая значимость такого подхода состоит в том, что условия ЭМС для более "динамичных" радиоинтерфейсов LTE могут быть определены на базе уже апробированных условий для действующих сетей GSM со значительно меньшими затратами. Используя предложенный критерий, можно на этапе планирования фрагмента сети с новой технологией LTE определить его состав по числу передатчиков и допустимой мощности их излучения. Это позволяет исключить возможную избыточность формируемого частотно-территориального плана для фрагмента сети, что в конечном итоге может повлиять на стоимость экспертизы ЭМС. И, наконец, предложенный критерий является универсальным и может быть использован по отношению к другим потенциально несовместимым РЭС, для этого следует лишь выбрать соответствующую ширину полосы пропускания его приемника.
Зачем надо вводить новый критерий оценки условий ЭМС? Для этого объективно существуют две причины. Во-первых, такие условия для действовавшей (заменяемой) сети GSM в отношении имеющихся потенциально несовместимых РЭС уже определены, а главное - апробированы на практике и могут быть сохранены при использовании в этой же полосе частот технологии LTE. Во-вторых, методики оценки условия ЭМС для более "динамичных" радиоинтерфейсов LTE сложны и сегодня до конца не отработаны и не апробированы многолетним опытом, что не может гарантировать достаточной точности определения условий совместимости сети LTE1800 с прежними (оставшимися функционировать) потенциально несовместимыми РЭС. К тому же при оценке групповой помехи от LTE не потребуются приближенные теоретические модели потерь в сети, поскольку в энергетической эквивалентности будут учтены потери в реальной сети GSM. В качестве потенциально несовместимых РЭС в диапазоне частот 1800 МГц будем рассматривать радиорелейные станции (РРС) различного назначения.
Энергетическая эквивалентность в указанных условиях состоит в балансе энергетики, излучаемой каналами GSM и LTE в полосе пропускания потенциально несовместимого РЭС. Это утверждение описывается математически [18], а эквивалентность энергетики помех от сетей GSM и LTE в общем виде имеет следующее математическое описание:
где PTx∑GSM(ΔfРЭС); PTx∑LTE(ΔfРЭС) - суммарные мощности передатчиков базовых станций (БС) GSM и LTE в полосе пропускания ΔfРЭС потенциально несовместимого РЭС (далее просто РЭС) соответственно.
Степень возможного увеличения мощности потенциально ожидаемой помехи от LTE относительно действующей помехи от GSM в полосе частот ΔfРЭС = αmfΔfGSM описывается соотношением [18]:
где S∑(ΔfРЭС)LTE– суммарная спектральная плотность мощности излучения передатчиков БС LTE, близкая к равномерной в полосе ΔfРЭС;
Sср(ΔfРЭС)GSM– средняя суммарная спектральная плотность мощности излучения передатчиков БС GSM в полосе частот ΔfРЭС (усреднена по полосе ΔfРЭС);
ΔfGSM, ΔfLTE – полосы частот (ширина канала) GSM и LTE соответственно;
mf – параметр, характеризующий количество возможных частотных каналов GSM в полосе LTE, 1 ≤ mf ≤[ΔfLTE/ΔfGSM] , [x] – целая часть числа;
nTxGSM(fi) – число передатчиков GSM, излучающих на одной помеховой ("активной") частоте fi;
nTxLTE – число передатчиков на площадке LTE (с учетом MIMO);
NLTE – число площадок, на которых планируется установка передатчиков LTE;
βiGSM (0≤ βiGSM<1) – показатель, учитывающий действующие ограничения мощности БС GSM;
βLTE (0≤βLTE<1) – степень возможного ограничения мощности передатчиков LTE по условиям ЭМС с РЭС (аналогично с βiGSM);
Lf – количество "активных" неповторяющихся частот (частотных каналов) GSM в полосе приемника РЭС;
α – параметр, показывающий, насколько полоса РЭС больше (меньше) полосы LTE
Когда канал LTE ΔfLTE шире полосы пропускания РЭС ΔfРЭС, энергетика LTE попадает в нее частично в зависимости от соотношения этих полос (параметра a). В противном случае, когда ΔfLTE ≤ ΔfРЭС, энергетика LTE полностью сосредоточена в полосе РЭС, независимо от указанного соотношения (поэтому α=1).
Очевидно, что условием сохранения ЭМС по критерию энергетической эквивалентности является соотношение вида η≤1, в соответствии с которым суммарная мощность помехи в полосе частот ΔfРЭС от сети LTE не будет превышать эквивалентную мощность помехи, создаваемой ранее в этой полосе сетью GSM, т.е.
По условиям повторного использования радиочастот в сети GSM каждый из этих передатчиков находится на одной из площадок, входящих в состав отдельного кластера. Следовательно, число передатчиков GSM с повторяемой частотой fi будет зависеть от общего количества площадок GSM (NGSM) и коэффициента повторного использования частот в сети (К), под которым будем понимать размер кластера. С учетом этого предположения при совмещенных площадках, когда NGSM = NLTE, имеем
Кроме того, количество частот Lf также связано с этим коэффициентом:
где l1, l2, l3 – конфигурация передатчиков в пределах одной трехсекторной соты (площадки).
С учетом этого
Данное выражение позволяет оценить допустимое число передатчиков LTE (nTxLTE) на одной площадке, при котором не будет нарушена энергетическая эквивалентность:
Важно заметить, что приведенные соотношения и дальнейшие рассуждения строятся на предположении, что антенны БС GSM и LTE по типу и азимуту излучения идентичны. В силу этого в качестве исходных параметров при расчетах были взяты только мощности передатчиков (PTxGSM и PTxLTE), что не исключает использование значений эквивалентной изотропно излучаемой мощности (ЭИИМ) при разных антеннах.
Полученное выражение (10) позволяет определить условие сохранения энергетической эквивалентности сети GSM в полосе частот соответствующей ширины, спланированной для создания сети LTE при рефарминге, а именно:
Рассмотренные ниже примеры затрагивают частные случаи расчета условий ЭМС при воздействии передатчиков БС сети LTE на действующую РРС. Используемые технические параметры этих радиосредств приведены в таблице [1, 25].
Допустимое число передатчиков LTE на одной площадке. С учетом выбранных параметров радиосредств (см. табл. 7) расчет производится в соответствии с (10), которое приводится к виду [18]:
Результаты расчета для различных βGSM и βLTE представлены на рис. 16.
Допустимое число передатчиков LTE в зависимости от соотношения ширины каналов LTE и РРС. Как отмечалось ранее, в случае LTE возможны ситуации, когда ширина канала больше ширины полосы пропускания РРС и наоборот. Эти ситуации проиллюстрированы на рис. 17.
Результаты расчета для сценария, показанного на рис. 17а, соответствуют данным на рис. 16. Для сравнения, а также выявления отличий для сценария на рис. 17б, был произведен расчет для ширины стандартизованного и агрегированного каналов LTE, равной 20 и 30 МГц ( α = 0,7 и 0,47) соответственно. Результаты расчета для конфигурации сайта GSM 2+2+2 при βLTE = 0 приведены на рис. 18. На этом же рисунке для сравнения показана зависимость из предыдущего примера (темно-зеленный цвет) для той же конфигурации (случай, когда ширина канала LTE меньше полосы пропускания РРС).
Из сравнения диаграмм следует, что в случае, когда ширина канала LTE превышает полосу пропускания РРС, уровень помех снижается по мере роста этого превышения. Такое уменьшение помехи от LTE происходит из-за попадания в полосу пропускания РРС лишь части ее энергетики (параметр α).
Требуемое ограничение мощности передатчиков LTE. Приведенные результаты позволяют оценить и спланировать возможную архитектуру создаваемой радиосети LTE в конкретных ситуациях. К примеру, если для каких-то условий рассчитанное допустимое число передатчиков на площадке LTE окажется недостаточным, увеличить его можно за счет некоторого уменьшения (ограничения) мощности излучения этих передатчиков, сохраняя при этом энергетическую эквивалентность. Предложенный критерий позволяет производить оценки таких ограничений. На рис. 19 для примера приведена зависимость требуемого ограничения мощности передатчиков LTE от степени ранее введенных ограничений в сети GSM для необходимого количества передатчиков LTE в 3-секторной соте, равном 2 х 3 = 6 (конфигурация 2х2MIMO), т.е. nTXLTE = 6.
Видно, что при ограничении по условиям ЭМС мощности передатчиков в сети GSM, равном 20%, требуется ограничить мощность всех шести передатчиков LTE на каждой площадке на 80%, т.е. при планируемой мощности 80 Вт (см. табл. 7) реальная мощность составит 16 Вт.
Приведенная аналитика не учитывает такую реальную особенность, как разное удаление кластеров GSM от испытываемой РРС. Статистическое моделирование показало строгое совпадение с аналитическим расчетом и подтвердило корректность полученного критерия для оценки условий ЭМС. Моделирование показало, что для оценки условий ЭМС по предложенному критерию достаточно ограничиться несколькими смежными кластерами сети GSM.
Предложенный новый подход к оценке условий ЭМС применим для ряда практических задач, связанных с внедрением новых технологий сотовой связи посредством рефарминга спектра. Он может получить развитие и для других технологий, поскольку позволяет аналитическим путем оценить возможность и условия замены старых технологий новыми с позиций ЭМС. Разработанный в рамках этого подхода критерий энергетической эквивалентности одновременно может служить средством для определения возможной (допустимой) архитектуры новой радиосети на этапе предварительного ее планирования.
Критерий в представленной постановке удалось аналитически свести к очень простой форме: для оценки эквивалентности помех достаточно учесть лишь ограниченный набор параметров – мощности передатчиков БС и конфигурацию сайтов GSM (число передатчиков в секторах сайта). Критерий может рассматриваться как граница сверху в смысле недопущения превышения помехового воздействия при переходе на новую технологию.
По ряду причин значимость проблемы обеспечения ЭМС сильно возрастает при строительстве сетей 3G с кодовым разделением каналов, поскольку потенциальная помеха от таких сетей представляет собой суммарную мощность, излучаемую всеми РЭС сети на одной частоте. К тому же в полосах радиочастот, выделенных для сетей UMTS в отдельных странах СНГ, работает значительное количество разнообразных радиоэлектронных средств различного назначения. Сложность электромагнитной обстановки сдерживает строительство коммерческих сетей UMTS на большей части территории этих стран. В этой ситуации возникает необходимость рассмотрения возможных альтернативных вариантов решения данной проблемы. Ниже рассмотрен предложенный подход к решению проблемы по ЭМС, основанный на создании сетей UMTS с так называемой "псевдосотовой" структурой [26].
Российская реальность показала, что в ряде случаев традиционная структура сетей UMTS может оказаться не вполне приемлемой по условиям их электромагнитной совместимости с отдельными типами потенциально несовместимых РЭС, если условия функционирования этих РЭС категорически не допускают воздействия каких-либо радиопомех. Подобное требование может быть предъявлено к совокупности большого числа базовых станций сети UMTS как потенциального источника радиопомех с суммарной мощностью всех секторов, излучающих на общей частоте в сторону одного из несовместимых РЭС.
Появление сотовых сетей связи 3G с кодовым разделением каналов исключило необходимость повторного использования радиочастот, поскольку во всех сотах сети используется одна общая частота. Учитывая этот факт, можно поставить вопрос о целесообразности строго соблюдать традиционную сотовую структуру при планировании и строительстве таких сетей. И в этой связи предложена новая "псевдосотовая" структура, при которой излучение всех базовых станций сети UMTS направлено в сторону, противоположную от потенциально несовместимого РЭС (см. рис. 20), каждая сота при этом состоит из двух секторов.
Планируя сеть с описанной выше структурой, необходимо учитывать следующее обстоятельство – требуется оценить размер запрещенного сектора излучения в направлении на потенциально несовместимое РЭС (см. рис. 21). Размер этого сектора зависит от формы диаграмм направленности и коэффициентов усиления передающих антенн, используемых в разрешенных секторах "псевдосотовой" сети UMTS, разноса главных направлений излучения двух используемых секторов между собой и требований по ЭМС для потенциально несовместимого РЭС (планируемое удаление базовых станций сети и несовместимого РЭС, форма диаграммы направленности и коэффициент усиления приемной антенны, защитное отношение "сигнал/шум" на входе приемника несовместимого РЭС).
Полученные оценки позволили сделать вывод о реальной возможности и целесообразности создания "псевдосотовой" структуры сетей UMTS, которая может обеспечить существенное снижение действующих ограничений по ЭМС, а сети UMTS с "псевдосотовой" структурой могут рассматриваться как альтернативный вариант сетей для отдельных регионов со сложными условиями ЭМС.
Рассмотрение данной темы является теоретической базой для обоснования некоего нестандартного подхода к обеспечению электромагнитной совместимости сетей UMTS/HSPA+, в основе которого лежит нетрадиционный метод мультичастотного (Dual Carrier/Dual Band) планирования, позволяющий наряду с обеспечением ЭМС снизить и уровень внутрисистемных помех, создаваемых смежными сотами сети. Такой подход был описан в статье [27] и будет рассмотрен в настоящем обзоре чуть позже. В этой части обзора основное внимание уделено теоретической стороне подобной задачи только в интересах повышения скорости передачи данных, рассмотрение которой необходимо здесь в силу того, что данный аспект сильно коррелирован с задачей по ЭМС.
Известно, что в системах с кодовым разделением каналов скорость передачи данных находится в сильной зависимости от уровня внутрисистемных помех, возникающих как в собственной соте, так и создаваемых смежными сотами. Первый тип помех обусловлен совокупной мощностью всех пользовательских каналов собственной соты, излучаемой в общей полосе частот. Помехи от смежных сот аналогичны по происхождению и обусловлены отсутствием повторного использования частот в сетях UMTS. Причем, как показано в [28], чем больше загрузка радиосети, тем больше уровень создаваемых внутрисистемных помех. При увеличении их уровня падает отношение "сигнал/шум SIR" в радиоканале, что приводит к резкому снижению скорости передачи данных по целому ряду причин (переход на модуляцию более низкого порядка и схемы с низкими скоростями помехоустойчивого кодирования, снижение эффективности MIMO и другие).
Влияние помех от смежных сот характеризуют параметром i, который указывает на отношение мощностей в точке приема (рис. 22),
где Pintra – полная мощность излучения в собственной соте; Pk inter – полная мощность излучения от k-й смежной соты.
Уровень помех от смежных сот зависит от целого ряда факторов. Главными из них являются удаление от базовой станции (приближение к границе смежных сот), количество секторов в сотах и наклон антенн базовых станций. Значения параметра i для перечисленных условий приведены в табл. 8 и 9.
В [27] приведены аналитические соотношения, позволившие оценить степень увеличения скорости передачи данных при снижении помех от смежных сот. Результат такой оценки представлен в виде зависимости на рис. 23.
Используя эту зависимость, можно определить, что уменьшение параметра i в 4–5 раз (на 6–7 дБ) приводит к увеличению скорости передачи данных почти в три раза. Этот результат схож с известным традиционным случаем, когда имеет место разница скоростей передачи данных на краю соты и вблизи БС (где практически отсутствуют помехи смежных сот). n
Продолжение следует
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #1, 2017
Посещений: 6048
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
