В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Как отмечалось ранее, для сетей с современными радиоинтерфейсами UMTS и LTE необходимо искать новые (нестандартные) методы и подходы к обеспечению их электромагнитной совместимости с другими радиосредствами в выделенных полосах частот. Объективной базой для применения этих подходов являются новые технические решения, которые были заложены в технологиях IMT. К ним можно отнести агрегированное использование нескольких несущих частот DC/DB (Dual Carrier/Dual Band) в UMTS, объединение нескольких полос радиочастот в один агрегированный радиоканал, а также процедуры ретрансляции в сотах сетей LTE-Advanced. Ниже рассматриваются несколько сценариев обеспечения ЭМС сетей UMTS и LTE на базе этих решений [1].
Предлагаемое специальное нетрадиционное частотное планирование для сетей UMTS описано в [2, 3], базируется на возможности технологии агрегировать несколько несущих частот DC/DB [4] и позволяет за счет соответствующего планирования их по секторам избежать ограничения по ЭМС в определенных проблемных направлениях в пространстве. А исходной предпосылкой являются приведенные ранее выводы о возможности повышения скорости передачи данных за счет снижения помех от смежных сот и обеспечения ЭМС за счет "псевдосотовой" структуры сети UMTS.
Суть такого планирования иллюстрируется на рис. 25, где показано, что в каждом секторе сети при DC/DB используются две частоты: своя отдельная для сектора частота (F2, F3 и F4) – подобно GSM с повтором, и общая для трех секторов частота F1 [3].
Причем на отдельных частотах F2, F3 и F4 обеспечивается полное покрытие соты, при котором из-за различия частот в смежных сотах их помеховое воздействие на границах отсутствует. На общей частоте F1 обеспечивается покрытие лишь в ближней и средней зонах соты, не достигая приграничных областей, что исключает влияние на соседние соты. Это может достигаться за счет уменьшенной мощности передатчика базовой станции, наклона антенн и других мер. Учитывая эту особенность, в качестве такой частоты (номинала) может быть отобрана самая "битая" (плохая по ЭМС) частота. Следует заметить, что на этой общей частоте реализуются такие необходимые процедуры, как макроразнесение и мягкие хэндоверы.
Описанное решение позволяет комбинировать частоты так, чтобы в направлениях излучения, проблемных по ЭМС, планировались наименее подверженные этим проблемам несущие частоты, т.е. обеспечивалась возможность использования всего выделенного радиочастотного ресурса, включая и так называемые "битые" (ограниченные по ЭМС) частотные каналы. Для агрегирования в UMTS в районе 1 МСЭ определены два частотных диапазона – 900 и 2100 МГц. Эти диапазоны и определяют те пространственные направления секторов сотовой сети, в которых нельзя использовать частоты по условиям ЭМС. Так, для несущих частот из диапазона 900 МГц проблемными будут направления секторов в сторону размещения средств радионавигации и посадки (ВРНС), а для частот из диапазона 2100 МГц – в сторону размещения РЭС специального назначения. Средства ВРНС размещаются главным образом в районах аэродромов и привязаны, как правило, к определенным направлениям в пространстве (направлениям коридоров посадки самолетов). На рис. 26 показан типовой сценарий, где планирование некоторых несущих частот в отдельных направлениях секторов невозможно по условиям ЭМС.
Следует особо подчеркнуть, что при традиционном планировании в каждом секторе доступны четыре несущие частоты (4DC/DB-HSPA+), в то время как при предложенном методе планирования используются лишь две частоты (2DC/DB-HSPA+), поскольку в имеющемся сегодня частотном ресурсе для UMTS их больше нет. Несмотря на это, в ходе исследований выявлено, что суммарная скорость передачи данных во втором случае даже выше, что отражает эффект от минимизации внутрисистемных помех от смежных сот и показывает, насколько нежелательны такие помехи и насколько важно принимать меры для их снижения в сетях UMTS.
Сегодня сети LTE с частотным дуплексом испытывают проблемы по ЭМС главным образом в двух диапазонах частот – 800 и 2600 МГц. Эти проблемы связаны с функционированием в данных диапазонах РЭС других радиослужб, как схематично показано на рис. 27.
Так, в полосах радиочастот диапазона 800 МГц базовые станции сетей LTE могут создавать существенные помехи бортовым и наземным средствам воздушных радионавигационных систем (ВРНС), а абонентские терминалы сетей LTE – бортовым и наземным средствам управления воздушным движением (УВД). В полосах радиочастот диапазона 2600 МГц имеет место взаимное влияние сетей LTE и средств наземного телевизионного вещания MMDS, средств беспроводного доступа WiMAX и РЭС других радиослужб. Не вдаваясь в детали помехового влияния перечисленных радиосредств, логично выделить характерные типовые сценарии, в которых отдельные полосы радиочастот будут для сетей LTE недоступными или частично доступными. Несколько таких возможных сценариев показано в табл. 10. Зеленым цветом в этой таблице обозначены доступные полосы, розовым – недоступные полосы радиочастот.
В сценариях 1–3 парная полоса частот одного из диапазонов доступна, полоса из другого диапазона недоступна или доступна частично, что соответствует возможности одного направления передачи – Downlink или Uplink. В сценарии 4 в полосе частот каждого из диапазонов доступно только одно направление передачи.
Решение перечисленных проблем по электромагнитной совместимости для сетей LTE наряду с конверсией спектра возможно и за счет строгого выполнения условий ЭМС при существующей загрузке используемых полос радиочастот.
Базой для применения новых подходов к обеспечению условий ЭМС могут служить технические решения, заложенные в технологии LTE: агрегирование нескольких полос радиочастот в одном радиоканале и процедура ретрансляции в сотах сетей LTE-Advanced. Процедура агрегирования спектра в LTE-Advanced подробно описана в [5, 6] и позволяет объединять отдельные фрагменты радиочастотного спектра как из общей полосы, так и из разных полос или диапазонов частот (для рассматриваемого случая – это диапазоны 800 и 2600 МГц). Стандартизованная процедура ретрансляции (Relaying) в сотах осуществляется с помощью специальных ретрансляционных узлов RN (Relay Node) двух типов – прозрачных RN и непрозрачных RN (см. рис. 28) [7].
Эти узлы могут обеспечивать разделение передачи данных и команд управления, создавать фактически свою собственную соту, выполняя функции базовой станции eNodeB и не требуя специальной привязки к опорной сети. Важным для рассматриваемого случая является то, что организация соединений между eNodeB-Relay и Relay-UE может осуществляться как в общей (In-band), так в разных (Out-band) полосах (диапазонах) радиочастот.
На рис. 29–31 показаны несколько предлагаемых решений по обеспечению условий ЭМС сетей LTE с РЭС других радиослужб для выделенных ранее типовых сценариев доступности полос радиочастот (см. табл. 10). Эти решения не являются законченными и однозначными, они дают лишь общий рецепт для обеспечения ЭМС в конкретных условиях, дополняя традиционные подходы.
Так, решение 1 на рис. 29 соответствует сценарию, когда полоса А (диапазон радиочастот 2600 МГц) имеет ограничения по излучаемой мощности на всей территории, а полоса В (диапазон 800 МГц) недоступна только в зоне аэродрома. Решение базируется на применении ретрансляционных узлов RN и излучении базовых станций посредством узконаправленных пространственных лучей (Beamform-ing). В результате этого в направлении на аэродром излучение в полосе В не осуществляется, а излучение ретрансляционных узлов в полосе А осуществляется с пониженной мощностью, что соответствует исходным условиям. Решение 2 соответствует сценарию, когда недоступна только полоса В (диапазон 800 МГц) в районе аэродрома, оно базируется на агрегированном использовании обеих полос радиочастот, но в секторах с разной пространственной ориентацией. Направление секторов с полосой В выбирается так, чтобы исключалось излучение в сторону аэродрома.
На рис. 30 показаны решения для двух сценариев: сценарий слева – в зоне аэродрома наложен запрет на излучение абонентского терминала в полосе радиочастот диапазона 800 МГц, сценарий справа – полоса радиочастот в диапазоне 800 МГц является недоступной. Первому сценарию соответствуют решения 3 и 4. Оба эти решения базируются на агрегированном использовании обеих полос радиочастот, но решение 3 – с асимметрией, а решение 4 – с ретрансляционными узлами. Асимметрия означает, что в направлении Downlink используются обе полосы радиочастот, а в направлении Uplink – только полоса диапазона 2600 МГц. Применение ретрансляционных узлов позволяет снизить мощность излучения АТ в непосредственной близости с аэродромом, т.е. в запретной зоне.
Второму сценарию соответствует решение 5, которое базируется на агрегировании обеих полос радиочастот, но с ограничением мощности излучения в полосе диапазона 800 МГц в направлении на аэродром.
Решение, которое показано на рис. 31, совсем не традиционно и учитывает работу внутренних алгоритмов радиоинтерфейса LTE. Поиск такого решения необходим для сценария, когда существует запрет на излучение абонентского терминала (АТ) в зоне аэродрома, а именно, исключается возможность его облуживания в полосе радиочастот диапазона 800 МГц на удалении, меньшем некоторого координационного расстояния.
При поиске решения была сделана попытка использовать возможности регулировки мощности передачи в АТ. В абонентском терминале LTE применяется так называемая фракционная (парциальная) регулировка мощности. Как показано на рис. 31, общий алгоритм регулировки таков: для передачи выбирается меньшее из двух значений – значение максимальной мощности терминала Рmax и рассчитанное по определенному правилу значение мощности Рt. Формула для расчета мощности Рt приведена на рис. 31 [8].
Видим, что мощность Рt складывается из некоторой базовой компоненты Р0+αL, выделенной полосы частот для передачи АТ, выраженной количеством ресурсных блоков NUL, и некоторой динамической поправки, которую может вносить базовая станция при назначении радиоресурсов абонентскому терминалу, в рассматриваемой задаче ею можно пренебречь. С учетом последнего замечания выражение для Рt можно упрощенно представить в виде
Pt ≈P0 + αL + 10 log NUL. (10)
Количество выделенного частотного ресурса для одного абонентского терминала (NUL) в канале с шириной 5 МГц меняется лишь в ограниченных пределах, и его можно считать практически постоянным. В итоге рассчитываемая мощность передачи абонентским терминалом будет зависеть главным образом от базового уровня мощности Р0, который устанавливается одинаковым для всех сот сети, и уровня мощности, предназначенного для компенсации потерь на трассе распространения сигнала – αL в выражении (10), где L – измеренные потери на трассе; α – параметр компенсации потерь, задаваемый долей потерь, которую требуется скомпенсировать. Стандартизованными значениями этого параметра являются 0; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 [8], причем на практике применяются значения α = 0,6 и α = 0,8
Учитывая такой алгоритм регулирования мощности передачи АТ, можно найти и требуемое значение параметра α, которое ограничивало бы зону его обслуживания на величину координационного расстояния. Это расстояние выражено в (12) в виде ограничения мощности Δ, т.е.
Pt< Pmax- Δ, (11)
и тогда
Искомые значения α, найденные в соответствии с выражением (12), при разных радиусах соты (от 1 до 5 км) и требуемых ограничениях мощности абонентского терминала Δ на 3 дБ и 5 дБ приведены в табл. 11, где в скобках показаны стандартизованные значения.
При расчетах принималось, что максимальная мощность излучения абонентских терминалов Рmax = 23 дБм, базовая мощность Р0 = - 50 дБм (в соответствии со стандартом) и количество выделенных одному абонентскому терминалу ресурсных блоков NUL = 3. Видим, что для обеспечения ЭМС за счет запрета обслуживания АТ на удалении от аэродрома 1 км и 2 км задаваемые значения параметра α лежат в пределах стандартизованных значений α = 0,4 и α = 0,5.
Применение того или иного из описанных решений может позволить эффективно справиться с проблемами по ЭМС, возникающими при строительстве сетей LTE в некоторых конкретных условиях.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2017
Посещений: 4077
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
