Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Увеличение пропускной способности ячеек сетей сотовой связи на примере ячейки GSM
|
|
Размер ячейки GSM может изменяться от нескольких сотен метров до 35, 0км в зависимости от окружения (открытого пространства, зданий, гор и т.д.).
Преимущества сетей сотовой связи с малыми ячейками:
- Более высокая пропускная способность, т.к. пространственное разделение каналов дает возможность повторного использования одинаковых частот в случае, если две базовые приемо-передающие станции - BTS находятся достаточно далеко друг от друга, и зоны их действия не перекрываются.
В большинстве случаев частоты присваиваются отдельным мобильным станциям - MS пользователей, поэтому другим MS они не доступны, а так как ресурсы частот небольшие, число пользователей, находящихся в одной ячейке, ограниченно. Поэтому большие ячейки не позволяют увеличивать число пользователей, что и является причиной использования очень маленьких ячеек в городах, где плотность населения (а, следовательно, и пользователей MS) - большая.
- Меньшая мощность передачи, что особенно важно не для базовых трансиверных станций BTS, а для мобильных станций (абонентских устройств) MS (размеры, безопасность излучения).
- Борьба только с местными помехами, т.к. большие расстояния между приемником и передатчиком вносят и большие дополнительные помехи.
При использовании небольших ячеек системы мобильной связи имеют дело только с небольшими помехами.
- Устойчивость к повреждениям отдельных систем (антенн, систем электроснабжения и т.д.) не приведет к массовым перерывам связи.
Недостатки маленьких ячеек:
- Для сотовых систем требуется развитая инфраструктура, связывающая все BTS в единую сеть.
Инфраструктура должна иметь много дорогостоящих систем: антенн, центров коммутации для маршрутизации вызовов, а также локальных регистров для определения местонахождения MS и т.д.
- Переключение базовых трансиверных станций BTS. При переходе из одной ячейки в другую MS должна переключаться с одной BTS на другую. Частота переключения (" перескок") в этом случае зависит от скорости передвижения MS.
- Распределение частот необходимо для исключения взаимных помех передатчиков базовых трансиверных станций BTS, использующих одну и ту же частоту. В этом случае необходимо учитывать, что системе доступно ограниченное число частот.
Во избежание помех (взаимного влияния) BTS используют схему мультиплексирования (объединения потоков данных) с частотным разделением каналов - FDM - Frequency-Division Multiplexing.
Идеология FDM - передача данных из нескольких каналов по одной линии связи, но в разных частотных диапазонах. Общая цель этого метода - не использовать одинаковые частоты в перекрывающихся диапазонах в одно и то же время.
Примеры увеличения пропускной способности систем сотовой связи – решения:
Со временем, когда система будет обслуживать все большее число пользователей, возможна ситуация, что какой-нибудь ячейке (соте) не хватит для обслуживания вызовов выделенного ей количества частот (полосы частот).
Несколько решений увеличения пропускной способности систем сотовой связи:
- добавление новых каналов и их стационарное закрепление за ячейками, имеющими большую нагрузку с использованием схемы BCA - Borrowing Channel Allocation - распределение каналов с заимствованием;
- заимствование частот у смежных недозагруженных ячеек
с использованием схемы FCA - FixedChannel Allocation эта схема применяется в сетях GSM (Global System for Mobile Соmmunication - глобальная система мобильной связи);
- уплотнение каналов с использованием системы CDMA – множественный доступ с кодовым уплотнением каналов, одной из самых перспективных технологии для сетей сотовой связи.
- расщепление ячеек (исходные ячейки, как правило, имеют R = 6, 5км - 13, 0км), одновременно уменьшая уровень мощности базовых станций BTS таким образом, чтобы сигнал оставался в пределах ячейки. При уменьшении размера ячейки в n раз, размеры покрываемой зоны уменьшаются в n2 раз, а необходимое число базовых станций увеличивается в n2 раз.
Базовые станции BTS микроячеек (" расщепленных" макроячеек) располагаются на городских улицах (например, на фонарных столбах) в густонаселенных местах, внутри крупных общественных зданий и т.д., т.е. " переезжают" с крыш высоких домов.
Пример №1 - увеличение пропускной способности системы сотовой связи:
Система состоит из " n " ячеек (например, 32):
n = 32ячеки
Общее количество каналов, выделенное всей системе - K.
Например:
K = 336 информационных каналов
Кратность использования частот (количество ячеек, следовательно, частот в подсистеме - минимальном фрагменте системы) - N (например, 7):
N = 7
В этом случае в каждой ячейке будет организовано:
K: N = 336: 7 = 48 каналов
Всего каналов в системе:
48каналов · 32ячейки = 1536 каналов
 |
Радиус ячейки - Rячейки, например: = 1, 6км.
Минимальный радиус ячейки, которую можно разбить на более мелкие, должен быть не менее 1, 5км
Площадь одной ячейки (шестиугольной соты - гексагон) - Sячейки - определяется из:
Sячейки = R² ячейки · 1, 5 · √ 3 = (1, 6км)² · 1, 5 · 1, 73 = 2, 56км² · 1, 5 · 1, 73 = 6, 64км²
Географическая (площадь) зона, которую может обслуживать вся система - Sсистемы:
S системы = S ячейки · n ячеек · = 6, 64км2 ·32ячейки = 212, 48км2
D - минимальное расстояние между центрами ячеек, использующих одну и ту же полосу частот, которую называют группой внутренних каналов:
D = R · √ 3N = 1, 6км · 1, 73 · 2, 645 = ~7, 32км
d - расстояние между центрами смежных ячеек:
d = √ 3 ·R = 1, 73 · 1, 6км = 2, 77км
Пример № 2 - увеличение пропускной способности системы:
Дано: для схемы, в которой количество n' = 32ячейки х 4 = 128ячеек - в 4 раза больше, чем в предыдущем примере, площадь - S'ячейки - каждой ячейки - сократится в 4 раза и будет равна: S' ячейки = 6, 64км²: 4 = 1, 66км²
Общая зона покрытия Sсистемы останется прежней:
S'системы = 1, 66км² · 128ячеек = 212, 48км²
Общая пропускная способность системы (количество каналов) увеличится в 4 раза и будет равно:
K´ ячейки · n'ячеек = 48каналов · 128ячеек = 6144 каналов
Параметры ячеек, пример:
| Параметры | Макроячейка | Микроячейка |
| Радиус ячейки, км. | 1, 5 - 2, 0 | 0, 15 - 0, 2 |
| Мощность передаваемого сигнала, Вт. | 1, 0 - 10, 0 | 0, 1 - 1, 0 |
| Средний разброс задержек, мкс. | 0, 1 - 10, 0 | 10, 0 - 100, 0 |
|
|