Перелік скорочень 2 страница

При плануванні ССЗ територія, що передбачена для обслуговування, розділяється на невеликі (радіусом 2...5 км) зони обслуговування у формі правильних шестикутників (рис.4.2). Кожну зону обслуговує своя БС. Кожна БС забезпечує зв'язок по радіоканалах з багатьма АС, які перебувають у зоні її обслуговування. Всі БС з'єднані лініями зв'язку із центральною станцією (ЦС), що забезпечує управління всією системою та з'єднання АС з будь-яким абонентом ТМЗК або з АС іншого рухомого об’єкта.

Рисунок 4.2 - Принцип організації стільникового зв'язку

У процесі пересування абонентська станція «естафетно» передається від однієї БС до іншої з автоматичним перемиканням по командах ЦС на підхожий дозволений частотний канал.

Для забезпечення дуплексного зв'язку стільниковій системі виділяється два піддіапазона частоти шириною F_сс кожний. Якщо смуга частотного каналу F_k, то загальна кількість каналів у системі (кількість несучих) n_{k cc} визначається співвідношенням n_{k cc} = F_cc / F_k. Ці канали розподіляються між " N " базовими станціями. Група з " N " осередків, базові станції які використовують весь виділений системі діапазон частот (всі виділені системі частотні канали) і працюють на різних частотних каналах, називається кластером розмірності " N ". Розмірність кластера " N " часто називають частотним параметром, тому що він визначає мінімальну кількість каналів у стільниковій системі зв’язку при числі каналів на кожної БС, рівним одиниці.

Територіальне планування має на меті розділити територію на зони обслуговування з урахування повторного використання частотних каналів. Для роботи СМРЗ і припустимого на абонентську станцію сигналів БС, що розміщенні в сусідніх кластерах.

Поділити територію на зони обслуговування можливо одним зі способів: статистичним або детермінованим.

Розглянемо статистичний спосіб. Припустимо, що дві АС А и В віддалені одна від одної на відстань D (рис. 4.3). Припустимо, що БС розташовані в центрах зон обслуговування й мають всенаправленні приймально-передаючі антени.

Середня потужність корисного сигналу, що надходить до АС в точці Е від станції А, обернено пропорційна радіусу зони R у ступені K (параметр загасання, рівний 2 при поширенні радіохвиль у вільному просторі), тобто

.

Рисунок 4.3 - До розрахунку середньої потужності взаємних перешкод від базових станцій, що працюють на однакових частотах

Середня потужність сигналу,що надходить до АС у точці Е, прийнятого від базової станції В,обернено пропорційна відстані D-R у ступені K, тобто

.

Очевидно, що цей сигнал для АС у точці Е перешкодою.

Якщо БС А и В ведуть передачу на одній і тій же частоті, то відношення середньої потужності сигналу до середньої потужності взаємних перешкод у точці Е визначається співвідношенням

. (4.9)

Якщо крім станції В у околиці станції А на відстані Dвід БС А замість однієї розташовані М базових станцій і всі прийняті від них у точці Е сигнали статистично незалежні, то справедливо співвідношення

. (4.10)

Розглянемо ситуацію,яка зображена на рис.4.4, коли БС розташовані ланцюжком для обслуговування території типу автостради (лінійна структура).

У цьому разі загальна кількість частотних каналів системи розділена між БС-1, БС-2, БС-3 і БС-4. Ланцюжок з базових станцій може повторюватися, зберігаючи захисні відстані D між БС із однаковими частотними каналами.

З наведеного на рис. 4.3 видно, що кількість базових станцій з різними частотними каналами (частотний параметр N) і захисна відстань D визначаються співвідношеннями

, . (4.11)

З урахуванням того, що , а значення М для лінійної структури не перевищує 2, співвідношення (10) буде мати вигляд

. (4.12)

При довільній конфігурації території, що обслуговується, її поділ можливий між зонами обслуговування різної форми - трикутної, квадратної й у вигляді правильних шестикутників. Найчастіше використовуються зони у вигляді правильних шестикутників. Така форма є кращою апроксимацією кругової зони обслуговування.

Визначимо співвідношення, що визначає залежність захисної відстані D між базовими станціями сусідніх кластерів зі стільниками радіуса R, що працюють на однакових частотах. При цьому варто враховувати, що сусідні БС одного і того ж кластера повинні працювати на різних частотах. На рис. 4.4 зображений варіант можливого розміщення однієї (БС-1') і інших сусідніх

Очевидно, що . Якщо прийняти за одиницю виміру в косокутній системі координат , легко переконатися у тому, що

, (на рис. 2.3 ),

.базових станцій, що працюють на однакових частотах із БС-1.

Рис. 4.4 - Варіант можливого розміщення однієї (БС-1') і сусідніх базових станцій, що працюють на однакових частотах із БС-1.

Підставимо значення й у співвідношення для , тоді одержимо .

Таким чином

. (4.13)

Параметр визначає розмірність кластера, тому що при використанні на БС-1 круговий ДНА навколо її можуть розміщатися на видаленні шість БС, що працюють на тих же частотах. Величина може приймати значення з ряду чисел, які визначаються співвідношенням , де i,j =0,1, 2, 3... Наприклад, змінюючи i та j можна одержати значення =3(i=1,j=1); =4(i=0, j=2); =7 (i=1, j=2); =12 (i=2, j=2); =13 (i=1, j=3) і т.д.

При складанні територіального плану необхідно "покрити" територію шестикутними стільниками, а потім у стільниках кожного з кластерів розмістити базові станції, кількість яких дорівнює розмірністі кластера N. Приймемо, наприклад, величину N, що дорівнює 7. Таким чином, маємо групу із 7 БС, що працюють на різних частотах. Розмістимо їх так, як наведено на рис. 2.5, і запишемо номера БС від 1 до 7. Для планування розміщення БС, які повторно використовують частоти БС1... БС7, необхідно використовувати співвідношення . Для N =7, i=2, j=1, (або i=1, j=2. При цьому правило розміщення БС не змінюється).

Для знаходження осередку з "повторною" БС-1 (БС із аналогічними номерами) необхідно "пройти" перпендикулярно стороні шестикутного осередку БС-1 i осередків (у прикладі i =2), а потім під кутом 60° "пройти" j осередків (у прикладі j =2) і записати номер БС-1 (рис.4.5) Застосовуючи це правило, можна записати номера інших осередків, БС яких повторно використовують частотні канали. Після визначення осередків для всіх БС, що використовують ті ж канали, що й БС-1, що у даному випадку перебуває в центрі кластера розмірністю N =7, взаємне положення інших БС-2,БС3... БС-7 легко визначається.

Рисунок 4.5 – Принцип визначення стільників з частотами, що повторно використовуються

Для будь-якого припустимого значення N зазначене правило поділу території обслуговування на стільники з урахуванням повторного використання частот при правильному зображенні кластера забезпечує заповнення осередків номерами БС без пропусків і накладень. Пропуски (наявність осередків без номера) або накладення(два різних номери в одному осередку) виникають у випадку неправильного зображення форми кластера.

На рис. 4.6 наведені варіанти кластерів з розмірностями С =4 (i =2, j =0) і С =9 (i =3, j =0) і зазначені стільники з повторюваними частотами.

Розмірність кластерів сучасних ССЗ різна, але найбільше часто використовуються кластери розмірністю з ряду чисел 3, 4, 7, 9,12 й 21.

Рисунок 4.6 – Варіанти кластерів з розмірністю 4 й 9

На рис.4.7 зображено варіант кластеру розмірністю С=7 з розміщенням базових станцій у центрі стільників, базові станції мають секторні діаграми спрямованості антен (ДСА) з кутами кожного з секторів φ =120°.

Рисунок 4.7 – Кластер розмірністю N =7,базові станції з секторними ДСА розміщені у центрах стільників

Крім розміщення БС у центрах стільників, при цьому ДСА можуть бути круговими (φ=360^о) або секторними (φ=120^о й 60^о), використовуються інші варіанти розміщення БС:

- у кутах, що чергуються, шестикутних стільників;

- у кутах, загальних для кожної трійки стільників (стільникових ґрат).

Розміщення в кутах шестикутних стільників базових станцій із секторними

ДСА (φ=120^о) представлене на рис. 4.8.

Рисунок 4.8 – Кластер розмірністю N =7,базові станції з секторними ДСА розміщені у кутах стільників

При використанні “стільникових ґрат” базові станції із секторними ДНА (φ =120^о) розміщаються в загальних кутах трьох сусідніх стільників, тому одна БС обслуговує 3 стільники.При використанні “стільникових ґрат” можливі значення параметра C можуть бути 9, 12 й 21 (запис у вигляді 3/9, 4/12 й 7/21 указує на використання “стільникових ґрат”). На рис. 4.9 зображен кластер розмірністю N =3/ 9.

Рисунок 4.9 - Кластер з “стільникових ґрат” розмірністю С =3/9

Перевага такого варіанта розміщення БС - його економічність (менша кількість БС, а відповідно й ліній зв'язку між БС і ЦС, менші витрати на розміщення БС).

Недоліки: зниження надійності зв'язку у порівнянні з розміщенням БС у центрі й у кутах стільників,що чергуються, більш висока ймовірність “мертвих зон”.

2.2 Методика розрахунку розмірності кластера

Від величини кластера (частотного параметра) N, що використовується в системі,суттєво залежить величина середнього значення відношення сигнал/взаємна перешкода з потужності і відсоток часу, протягом якого відношення сигнал/перешкода з потужності меньше припустимого значення

Раніше було показано, що наближене значення відношення сигнал/взаємна перешкода з потужності () визначається співвідношенням (4.10)

,

де D - відстань від АС до "заважаючої" БС; R - радіус стільника, М - число "заважаючих" БС, сигнали яких на повторних частотах надходять на вхід приймача АС; K - параметр загасання радіохвиль. При поширенні радіохвиль у вільному просторі K= 2, а для стільникових систем зв'язку 2< K<5.

Як відомо (п.4.2.1) для лінійної структури СМРЗ захисна відстань D між базовими станціями, що працюють на однакових частотах, визначається співвідношенням D= 2 RN. Тому вказане співвідношення (4.11) можна записати у вигляді Величина М у даному випадку (СМРЗ має лінійну структуру) може дорівнювати М =2 (ДСА кругова) або М =1 (ДСА секторна). Слід зауважити, що співвідношення (4.10) для визначає собою найменше значення , оскільки передбачається, що всі БС, що заважають, віддалені від АС на мінімальну відстань, що дорівнює .

Для СМРЗ з територіальною структурою захисна відстань визначається співвідношенням (4.13) . Тому співвідношення (4.10), що визначає , можна записати у вигляді .

Якщо базові станції розміщені в центрах стільників, а діаграми спрямованості антен БС (ДСА)_ кругові ( °=360°), то М=6, якщо секторні ( °=120° або 60°), то М= 2 і 1 відповідно.

При великих значеннях розмірності кластера N для приблизних розрахунків можна прийняти , тоді співвідношення сигнал/взаємна перешкода по потужності приймає вид:

. (4.14)

Припустимо, що , , .

Використовуючи співвідношення

, одержимо

, а з використанням співвідношення одержимо

У загальному випадку відношення сигнал/взаємна перешкода + шум по потужності на вході приймача АС визначається співвідношенням

(4.15)

де - потужність власних шумів;

- потужність сигналів (взаємних перешкод) від М базових станцій, розташованих у сусідніх кластерах і працюючих на частоті прийому АС. Якщо зневажити величиною в порівнянні з (тому що зазвичай ), то попереднє співвідношення можна перетворити до виду:

. (4.16)

Тому що ( відстань від АС до обслуговуючої її БС), а ( - відстань від АС до і –ої базової станції, розташованої у сусідньому кластері і працюючої на частоті прийому АС), то розглянуте співвідношення (4.16) можна перетворити до виду

Якщо БС установлені в центрах осередків (стільників), то

~ . (4.17)

Якщо БС обладнані секторними антенами , установленими в загальних кутах кожної із трійки стільників (стільникові ґрати виду 3/9, 4/12 або 7/21), то

~ . (4.18)

Раніше було показано, що значення для наближених розрахунків можна взяти однаковими й рівними захисному проміжку D, що, у свою чергу, визначається співвідношенням .

Для більш точного визначення відстаней між АС і базовими станціями , щопрацюють на співпадаючих частотах, необхідно використовувати геометричні моделі територіального розміщення цих БС.

Так, наприклад, використовуючи наведену на рис. 4.10 геометричну модель розміщення БС із круговими ДНА для N =3, можна знайти значення , виражені через величину радіуса стільників R.

Рисунок 4.10 – Геометрична модель розміщення БС із частотним параметром С=3

З рис. 4.10 можна визначити:

; ; ;

;. ; .

.Введемо значення , що визначається співвідношенням:

. (4.19)

Отже, значення для всіх шести БС (рис. 2.4) визначаються співвідношеннями:

; ; ;

; ; .

Для коефіцієнта загасання радіохвиль K = 4 значення для (i = 1,2,...6) відповідно рівні ; ; ; ; ; . Аналогічним образом можна визначити значення , для будь-яких можливих значень кластера N з урахуванням варіанта розміщення БС (у центрі або в кутах шестикутних стільників).

Отримані значення використовуються для визначення середнього значення відносини сигнал/взаємна перешкода на вході приймача АС

(4.20)

Для приклада, що розглядається:

.

Результат розрахунку по формулі (4.10) в дБ

менше, ніж , тому що передбачається, що відстань від АС до всіх базових станцій, що заважають, однакові й дорівнюють значенню, найменшому з можливих :.

Розрахунок по формулі (4.14) в дБ дає значення , що більше , тому що в цьому випадку відстані від АС до будь-якої БС, що заважає, однакові й дорівнюють захисному інтервалу .

Чим більше N, тим у меншій мірі відрізняються результати розрахунків цих трьох варіантів. Тому для оцінки гіршого результату можна використовувати перший варіант розрахунку, а кращого - третій.

Слід зауважити, що наведені розрахунки виконані без урахування флуктуацій рівня сигналу, наявність яких знижує надійність проходження сигналу по радіоканалу. Урахування впливу флуктуацій потребує поруч з наведеними більш детальні розрахунки.

Розглянемо методику визначення розмірності кластера з урахуванням проценту часу, протягом якого співвідношення сигнал/перешкода з потужності меньше припустимого значення.

Розмірність кластера N (частотного параметра) у загальному випадку визначається співвідношенням

, (4.21)

де Р(N) – процент часу, протягом якого відношення сигнал/перешкода з потужності меньше припустимого значення.

Інтеграл (4.21) є табульовановаю Q – функцією. Значення цієї функції для різних величин х наведені у відповідних таблицях Q – функції.

Нижча границя інтегралу (4.21) визначається співвідношенням

, (4.22)

де . 4.23

У свою чергу значення и визначаються формулами

;

, (4.24)

де g = 0,1ln10 = 0,23.

Значення b_М і М залежать від виду диаграми спрямованості антен (ДСА), що використовуються на БС (кругова або секторна).

При використанні антен з круговою ДСА (j°= 360°) и секторними ДСА (j°=120°або j°=60°) значення М дорівнює 6, 2 та 1 відповідно. Величина М визначає собою кількість «заважаючих» базових станцій, розміщених у сусідніх кластерах, а b_i - величину, зворотну співвідношенню потужності сигнала до потужності перешкод, що створюються i –ою «заважаючою» базовою станцією.

Отриманні значення b_i використовуються для визначення b_M (4.21), a_M (4.24) і середнього значення співвідношення сигнал/перешкода на вході приймача

. (4.25)

Співвідношення, що визначає величину нижньої межі х (4.20) з урахуванням (4.18) можна записати у вигляді:

. (4.26)

Після розрахунку х із таблиці Q-фунції можна визначити процент часу (P_t), на протязі якого співвідношення сигнал/перешкода на вході приймача АС при вибраній розмірності кластера N буде нижче припустимої величини .

Якщо виконується нерівність

,

то отримане значення частотного параметра N задовольняє заданим вимогам.

Якщо ж ,то необхідно відшукувати нове значення параметра N.

2.3 Способи розподілу каналів між базовими станціями

Винятково важливим питанням, що визначає в значній мірі основні характеристики ССЗ, є розподіл частотних каналів між БС. Воно дозволяє забезпечити якомого низький рівень міжканальних перешкод, що впливають на завадостійкість системи. Існують три способи розподілу частотних каналів: фіксований, динамічний й гібридний.

При фіксованому розподілі кожній БС виділяється певний набір каналів. Абонентській станції при її розміщенні в певному осередку за допомогою ЦС призначається вільний канал із загального набору каналів, закріплених за базовою станцією. При переміщенні АС в інший осередок здійснюється процедура естафетної передачі перемикання каналу даної АС на відповідний вільний канал цього осередку.

Недоліком фіксованого розподілу каналів є неефективне використання частотного спектра, оскільки в реальних умовах осередки у центрі міста можуть бути перевантажені, а осередки на периферії міста можуть мати вільні канали.

Поиск по сайту: