2.4.3. Принцип повторного использования частот

Основным принципом сотовой связи является повторное использование частот в не­смежных сотах, идея которого заключается в том, что в соседних ячейках системы исполь­зуются разные полосы частот, а через несколько ячеек эти полосы повторяются. Это позволя­ет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания и существенно повысить емкость системы [21, 55].

Первым способом организации повторного использования частот, который применял­ся в аналоговых ССПС, был способ, использующий антенны БС с круговыми диаграммами направленности.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис. 2.25, напри­мер, размерность кластера равна трем. При 3-элементном кластере ячейки с одинаковыми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня соканальных помех, 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 (например, на рис. 2.26 изображена схема с семиэлементным кластером). На практике это число может дос­тигать пятнадцати.

Рис. 2.25. Трехэлементный кластер Рис. 2.26. Семиэлементный кластер

С другой стороны, чрезмерное уменьшение радиуса ячеек приводит к значительному увеличению числа пересечений подвижными абонентами границ ячеек, что может вызвать перегрузку устройств управления и коммутации системы. Кроме того, возможно увеличение числа случаев возникновения взаимных помех. И, наконец, при малых значениях R в реаль­ных условиях даже незначительное отклонение положения антенны относительно геометри­ческого центра ячейки может вызвать ощутимое уменьшение отношения сигнал/помеха в системе. В связи с этим в реальных условиях при выборе величины R приходится учитывать все вышеперечисленные обстоятельства и находить компромиссное решение.

Способ организации повторного использования частот с применением антенн БС с кру­говыми диаграммами направленности предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для АС эквивалентно приему помех от всех БС со всех направлений.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направ­ленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направ­ленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволя­ет чаще применять частоты в сотах повторно.

При использовании направленных (в горизонтальной плоскости) антенн с шириной диаграммы направленности 120° или 60° шестиугольная ячейка разбивается на 3 или 6 сек­торов, в каждом из которых используется своя полоса частот (рис 2.27 - 2.28). Возможны и другие варианты дробления ячеек, причем этот прием широко используется для участков сети с напряженным трафиком в интересах обеспечения необходимой емкости системы.

Рис. 2.27. Модель повторного использования частот в трехсекторных сотах

Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наи­большее число абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola способ повторного использования частот, при котором задействуются две БС. При реализации этого способа (рис. 2.28) каждая частота используется дважды в преде­лах кластера, состоящего из 4 ячеек; БС каждой из них может работать на 12 частотах, ис­пользуя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: ли­бо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района.

Рис. 2.28. Модель повторного использования частот в 6-секторных сотах

При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одина­ковые по форме зоны и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Для оптимального, т.е. без перекрытия или пропусков участков, разделения террито­рии на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленно­сти БС, установленной в центре ячейки. При первом способе интервал между зонами, в кото­рых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для поддержания взаимных помех на допустимом уровне.

Более приемлем второй способ разделения на зоны. В этом случае тщательно измеря­ют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа БС, обеспе­чивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения БС с учетом рельефа местности, рассматривают возмож­ность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных централь­ных станций в момент пиковой нагрузки и т.д.