2.2.2 Организация повторного использования частот

Так же как и в стандарте GSM в стандарте GSM-R для расширения емкости сети использует повторное использование частот.

Применение частотно-территориального планирования с повторным использованием частот позволяет увеличить пропускную способность при ограниченном количестве частотных каналов.

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.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. При 3-х элементном кластере (рисунок 2.4 а) 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 6-ти элементном кластере (рисунок 2.4 б). На практике это число может достигать пятнадцати.

а)

б)

Рисунок 2.4-Повторное использование частот в: а) 3-секторной соте;б) 6-секторной соте

Увеличение числа элементов в кластере, выгодное в отношении снижения уровня соканальных 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 соотношение сигнал/помеха.

Смежные БС, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций (число ячеек в кластере). Если каждой БС выделяется набор из N каналов с шириной полосы каждого Fк то общая ширина полосы составит:

. (2.4)

МГц.

Отсюда число каналов связи в соте (число абонентов) определяется выражением:

, (2.5)

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторного использования частот.

Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое «защитным интервалом».

В общем случае расстояние D между центрами ячеек связано с числом ячеек в кластере С соотношениями:

D = R, (2.6)

, (2.7)

где R - радиус ячейки (радиус окружности, описанной около правильного шестиугольника).

Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольной формы ячеек позволяет минимизировать необходимый частотный диапазон, поскольку обеспечивает оптимальное соотношение между величиной С и защитным интервалом D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности БС, установленной в центре ячейки.

Параметр q = называется коэффициентом уменьшения соканальных помех или коэффициентом соканального повторения.

Размеры ячейки (радиус R) определяют защитный интервал D между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Величина защитного интервала D, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предложении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания БС, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников БС и ПС. Это, в свою очередь, улучшает условия ЭМС средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.