Ратынский М.В. Основы сотовой связи (1998) (1151876), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Кроме того, возникают искажения, являющиеся следствием наложения нескольких соизмеримых по интенсивности сигналов, смещенных один относительно другого во времени, которые могут приводить к ошибкам в принимаемой информации. Наконец, сложность картины много- лучевого распространения существенно затрудняет расчет интенсивности сигналов в функции удаления от базовой станции, а такой расчет необходим для корректного проектирования системы. Поэтому практически при проектировании приходится использовать полуэмпирические модели распространения радиоволн, опирающиеся на конкретные результаты экспериментальных измерений. Эффекты многолучевого распространения и методы борьбы с чими мы рассмотрим подробнее в равд. 2.4.5, а с принципами ~ шоекгирования систем сотовой связи познакомимся в равд.
2.6. Приииипы построении и технические проблемы 2.4.2. Принцип повторного использования частот Повторное использование частот (английское Ггедиепсу геизе) — это основной принцип системы сотовой связи, радикально отличающий ее от других, в частности — от транковых систем подвижной связи, и позволяющий существенно (теоретически — до бесконечности) повышать емкость системы. Идея повторного использования частот заключается в том, что в близких одна относительно другой ячейках системы используются разные полосы частот, а через несколько ячеек эти полосы повторяются, что выгодно уже само по себе, так как позволяет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания.
Это оказывается выгодно вдвойне, если учесть возможность повышения емкости системы за счет того или иного варианта дробления ячеек, к чему мы вернемся несколько ниже. Рассмотрим пример. Пусть в некоторой ячейке А (рис.2.20) используется какая-то часть от полного диапазона частот, выделенного системе сотовой связи, например, для определенности, одна десятая.
Тогда в соседней с ней ячейке В должна использоваться вторая десятая часть диапазона, поскольку вблизи общей границы в двух смежных ячейках нельзя использовать одни и те же частотные каналы. Из тех же соображений в ячейке С придется использовать третью десятую часть диапазона. Но уже в ячейке Р, имеющей общие границы с ячейками А и С, но не граничащей с ячейкой В, вновь может быть использована та же десятая часть диапазона, что и в ячейке В, что условно обозначено Р— «В. Аналогичные соображения справедливы для ячеек Е, Р, О, Н, так что в итоге мы приходим к трехъячеечной схеме повторения частот, или к структуре системы, состоящей из 3-ячеечных (3-элементных) кластеров.
Такая структура схематически представлена на рис. 2.21, причем одинаковыми цифрами обозначены ячейки, в которых используются одни и те же полосы частот. Очевидно, что 3-элементный кластер — это кластер минимально возможного размера; в каждой из его ячеек можно использовать не одну десятую, а одну треть от полного частотного диапазона, отведенного системе. При 3-элементном кластере ячейки с одинаковыми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня соканальных помех (английское сосбаппе) Гп(егГегепсе), т.е, помех от станций системы, работающих на тех же частотных каналах, но в других ячейках. В этом отношении более выгодны кластеры с большим числом элементов; примеры таких кластеров представлены на рис.
2.22 — 2.25. Можно показать, что в общем случае расстояние Р между центрами ячеек, в которых используются одинаковые полосы частот, связано с числом И ячеек в кластере простым соотношением бб Глава 2 о =,Гзив, или о = о; Я = ч'зм, таблице 2.5. коэффициент уменьшения соканальных помех о в функции числа элементов в кластере И Рис.2.21. 3-элементный кластер Рис.2.20. К построению трехэлементного кластера где П вЂ” радиус ячейки (радиус окружности, описанной около правильного шестиугольника).
Параметр О, определяемый последним равенством, называют коэффициентам уменьшения соканальных помех или коэффициентам соквнального повторения (табл.2.5), а для величины 1/И, обратной числу ячеек в кластере, иногда употребляют наименование коэффициент эффективности повторного использования частот или проста коэффициент повторного использования частот. Принципы построения и технические нроблеиы Рис.2.25.
19-элементный кластер Рис.2.22. 4-элементный кластер Рис 2.24. 12-элементный кластер Рис.2.23. 7-элементный кластер Глава л Заметим, что увеличение числа элементов в кластере, выгодное в отношении снижения уровня саканальных помех, приводит к пропорциональному уменьшению полосы частот, которая может быть использована в одной ячейке. Поэтому практически число элементов в кластере должно выбираться минимально возможным, обеспечивающим допустимое отношение сигнал/помеха. Все изложенное, однако, не более чем схема, поясняющая идею принципа повторного использования частот, но не отражающая всех сложностей реальной жизни. Действительна, мы молча- пиво предполагали, что на базовых станциях, расположенных в центрах ячеек, используются всенаправленные антенны (английское огпп!г)(гес((опа! ап!еппаз, или просто отп!). На самом деле часто используются направленные (в горизонтальной плоскости) антенны с шириной диаграммы направленности 120' или 60', т.е.
шестиугольная ячейка разбивается на 3 или 6 секторов, в каждом из которых естественна использовать свою полосу частот. Возможны и другие варианты дробления ячеек, причем этот прием широко используется для участков сети с напряженным трафикам в интересах обеспечения необходимой емкости системы. К способам повышения емкости системы сотовой связи мы вернемся в равд. 2.4.3.5. В целом же вопросы выбора конфигурации сети, определения конкретных размеров и расположения ячеек, распределения частот с учетом требований трафика и условий местности относятся к очень своеобразной и непростой области проектирования систем сотовой связи, понятие о которой мы дадим в равд. 2.6.
, 2.4.3. Методы множественного доступа 2.4.3. 1. Варианты множественного доступа Понятие множественного доступа (английский эквивалент ти)()р)е ассевв) связано с организацией совместного использования ограниченного участка спектра многими пользователями. В ортодоксальных подходах выделяется пять вариантов множественнога доступа: 1. Множественный доступ с частотным разделением каналов связи. 2.
Множественный доступ с временным разделением каналов связи. 3, Множественный доступ с кодовым разделением каналов связи. 4. Множественный доступ с пространственным разделением каналов связи. 5. Множественный доступ с паляризационным разделением каналов связи. 69 Принципы построения и технические проблемы Практический интерес для сотовой связи представляют первые три из них, поэтому в следующих разделах мы рассмотрим их подробнее . Четвертый метод фактически используется в реализации принципа повтарнага использования частот, в частности при делении ячейки на сектора с использованием направленных антенн, но обычно этот прием не преподносится как один из методов множественного доступа.
Случаев практического применения паляризационного разделения нам не известно. 2.4.3.2. Множественный доступ с частотным разделением Множественный доступ с частотным разделением (английское ГОМА — Ггес(оепсу Опп)з(ап Мцй)р1е Ассезз), или множественный доступ с разделением каналов связи па частоте, — наиболее простой из трех методов множественного доступа как по своей идее, так и по возможности реализации. В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выделяется свая полоса частот лг (частотный канал), которой ан владеет безраздельно (рис.2.26). Метод ГОМА используется во всех аналоговых системах сотовой связи (системах первого поколения) — это единственный метод, который целесообразна использовать в аналоговых системах, при этом полоса ЛГ составляет 10...30 кГц. Основное слабое место ГОМА — недостаточно эффективное использование полосы частот.
Эта эффективность заметна повышается при переходе к более совершенному методу ТОМА, чта позволяет соответственно повысить емкость системы сотовой связи, 2.4.З.З. Множественный доступ с временным разделением Множественный доступ с временным разделением (английское ТОМА — Тяпе Опя(з)ап Ми)1)р!е Ассезз), или множественный доступ с разделением каналов связи по времени, также достаточно прост па идее, на значительно сложнее в реализации, чем ГОМА. Суть метода ТОМА заключается в там, что каждый частотный канал разделяется ва времени между несколькичи пользователями, т.е.
частотный канал по очереди предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. Это соответствует уже упоминавшейся нами возможности реализации нескольких физических каналов в одном частотном (равд. 2.2.5, 2.3.1). В качестве примера на рис. 2.27 представлен случай, когда каждый частотный канал делится между тремя пользователями. Строга говоря, приведенная на рис. 2.27 схема соответствует не чистому методу ТОМА, а сочетанию ГОМА с ТОМА, поскольку мы рассматриваем здесь случай не одного, а нескольких частотных каналов, каждый из которых делится во времени между несколькими пользователячи. Однако именна такая схема находит практическое применение Глава 2 70 в системах сотовой связи, и именно ее обычно называют схемой ТОМА.
Практическая реализация метода ТОМА требует преобразования сигналов в цифровую форму и характерного «сжатия» информации ва времени; с тем, как зто делается, мы познакомимся подробнее в равд. 2.4.4. Цифровая обработка сигналов и схема ТОМА используются в стандартах сотовой связи второго поколения О-АМРОМ, ВЗМ, РОС.
Особенно нагляден в этом отношении стандарт 0-АМРЗ: при сохранении той же полосы частотного канала АГ = 30 кГц, что и в аналоговом стандарте АМРЯ, число физических каналов в нем возрастает втрое и более чем втрое возрастает емкость системы; с вводам палускорастного кодирования этот коэффициент увеличится еще в два раза, Заметим попутно, что разделение во времени может использоваться и для реализации прямых и обратных каналов дуплексной связи в одной и той же полосе частот (английское ТОΠ— Тепе ОМзюп Оир1ех).
Такое техническое решение находит применение в беспроводном телефоне. В сотовой связи обычно используется дуплексное разделение по частоте (английское ЕОΠ— Ргециепсу ОМв)ап Оир)ех), т.е. прямые и обратные каналы занимают разные полосы частот, смещенные одна относительно другой. Метод ТОМА, однако, сам по себе не реализует всех потен-, циальных возможностей по эффективности использования спект-, ра; дополнительные резервы открываются при использовании иерархических структур и адаптивного распределения каналов, речь о которых впереди (подразд. 2.4.3.5). Известное преимущество в этом отношении может иметь метод СОМА. Мы рассмотрим его в следующем подразделе, где приведем также дополнительные соображения а сопоставлении его с методам ТОМА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
