Особливості планування стільникових систем зв’язку

В основу технології стільникових систем покладено принцип повторного використання частот. Необхідність повторного використання частот викликана тим; що кількість радіоканалів у мережі завжди обмежена. Наприклад, при 100 радіоканалах можна забезпечити зв'язком 2000-3000 абонентів, тоді як у комерційних системах рухомого зв'язку йдеться про десятки, сотні тисяч і навіть мільйони абонентів, сконцентрованих у сучасних мегаполісах. Стільникові технології дозволяють при обмеженому частотному ресурсі в сотні та тисячі разів збільшувати трафік (теоретично необмежено).

Розробка плану здійснюється у два етапи:

створюється ідеальний план;
прив'язка до ідеального плану до місцевості.

Основні вихідні дані: ємність мережі та розподіл, територія, вартість, необхідна якість обслуговування викликів, технічні характеристики системи, географічні особливості місцевості.

В результаті планування визначається:

кількість вузлів комутації;
число БС, що включаються до одного КК;
розподіл частот між БС;
територія, що охоплюється однією БС та одним КК;
географічний розподіл БС та КК.

План розподілу частот. Для організації радіоканалів на БС використовують два типи антен:

всеспрямовані охоплюють зону 360° (покриває одну соту, встановлюється в центрі стільники);
спрямовані охоплюють зону в 120 ° (використовують три антени, кожна з яких покриває одну стільники, а встановлюються в центрі трьох сот).

Насправді стала вельми поширеною отримав другий варіант. Розміри стільники визначаються параметрами антен та потужністю сигналів, а й номерною щільністю.

Відповідно до стандарту GSM для передачі інформації від БС до ПСвикористовується діапазон частот 935-960 МГц, а зворотному напрямку 890-915 МГц. Інтервал між несучими сусідніми каналами становить 200 кГц. У зазначеному діапазоні можна організувати 124 дуплексні радіоканали, кожен з яких використовується для організації 8 фізичних каналів.

При цьому можуть бути використані різні плани розподілу частот між БС, що включаються до одного КК (3/9, 4/12, 7/21).

У центрі кожної стільники розташована БС, що організує радіозв'язок з АС, що знаходяться в соті. Структура з 3-х сот утворює 3-стільниковий кластер. Підкластеромрозуміють поєднання сот з неповторними частотами. На малюнку показано, як кластери, зчіпляючись один з одним, покривають територію, де розгорнуто мережу. При цьому в сусідніх стільниках використовують лише різні частоти.

Можна побудувати 4-стільниковий кластер з 18 каналами в кожній соті і 7-стільниковий кластер з 10 каналами в соті.

При виборі кластера на практиці найважливішими є два наступні критерії:

забезпечення необхідного відношення сигнал/перешкода (сумарна) у точці прийому;
забезпечення необхідного трафіку.

Кожна АС може якісно працювати тільки при певному захисному відношенні потужності сигналу Рс, що приймається, до потужності сумарних перешкод Рпом, створюваних заважаючими станціями. У системі GSM має виконуватися умова P с/P пом > 9 ДБ, у системі N МТ-450 Рс/Рпом > 18 дБ.

Для АС, що знаходиться в конкретній соті, перешкоди, перш за все, створюють БС, що працюють на тій же частоті в сотах сусідніх кластерів. Чим більше число сотень у кластері, тим далі знаходяться від АС заважають БС. Тому зі збільшенням кількості сотень у кластері рівень соканальних перешкод зменшується. Однак при зростанні числа сот у кластері скорочується кількість каналів,що припадають на одну соту, що призводить до зниження трафіку.

На практиці в містах та областях із суцільним стільниковим покриттям застосовують кластери із секторізованими стільниками. У несекторизованих структурах найбільші перешкоди створюють БС сусідніх шести кластерів. У секторізованій структурі кожну соту ділять просторово на 3 сектори, використовуючи антени спрямованого випромінювання із шириною діаграми спрямованості 120°. Таким чином, в центрі кожної стільники розташовані три БС, кожна з яких працює на частотах N бс і живить антену з розкривом 120 °. Усі три антени закріплені на одній щоглі. Структури секторізованих кластерів 3/9, 4/12, 7/21 показані малюнку. У цих структурах через спрямованість випромінювання антен суттєві перешкоди створюють лише дві БС сусідніх кластерів, що значно збільшує відношення Рс/Рпом у точці прийому. У містах під час планування мереж GSM використовують, зазвичай, кластери 3/9 чи 4/12, а при розгортанні мереж N МТ-450 кластери 7/21. Несекторизовані стільники застосовують на межах зон охоплення стільниковим зв'язком, у витягнутих структурах вздовж шосе тощо.

Використання секторізованих кластерів веде до скорочення числа каналів у секторі та до зниження трафіку. Так було в кластері 4/12 аналізованого прикладу однією сектор припадає лише 6 радіоканалів. Для збільшення густини трафіку можна зменшувати розміри (радіуси) сот. Однак для кожної системи стільникового зв'язку існує мінімальний стільниковий радіус, з подальшим зменшенням якого ефективність роботи системи падає. Це не пов'язано з перешкодою, як можна подумати; зі зменшенням радіусу стільники знижують потужності передавачів БС та АС, так що відношення Рс/Рпом не змінюється. Обмеження мінімального радіуса стільник обумовлено необхідністю організації естафетних передач (handover'а).