Помехи и информационная емкость системы.

В системах сотовой связи основными источниками помех являются активные мобильные и базовые станции текущей соты и соседних смежных сот. Мешающие сигналы от этих станций создают внутрисистемные помехи, которые подразделяются на внутриканальные и межканальные. Внутриканальные помехи создаются активными МС и БС сот, в которых используются одинаковые каналы. Уровень внутриканальных помех возрастает с увеличением мощности излучаемых сигналов, поэтому отношение сигнал/помеха нельзя улучшить повышая мощность полезного сигнала. Единственным способом увеличения отношения сигнал/помеха является географическое разнесение сот на определенное расстояние, достаточное для ослабления мешающих сигналов вследствие эффекта затухания.

Для получения аналитического выражения отношения сигнал/помеха, принимают допущения:

Геометрические размеры свех сот одинаковы

Отношение сигнал/помеха не зависит от мощности передатчика, а зависит только от отношения D/R, где R – радиус соты, а D – расстояние между центрами ближайших сот с одинаковыми группами каналов.

Параметр (14.2)

называется отношением повторного использования каналов.

При шестиугольной форме соты

(14.3)

Малые значения Q обеспечивают более высокую информационную емкость системы, чем большие, но при больших значениях Q улучшается качество связи из-за уменьшения внутриканальных помех.

Если мощность сигналов всех базовых станций одинакова и коэффициент затухания n постоянен на всей обслуживаемой области, то отношение сигнал/помеха аппроксимируется выражением:

(14.4)

где L – количество групп каналов.

Если считать, что основные помехи создаются ближайшими базовыми станциями, которые равноудалены от БС полезного сигнала на расстояние D, то выражение (4) можно переписать в виде, который связывает отношение сигнал/помеха с размером кластера:

(14.5)

В системе US AMPS пороговое отношение сигнал/помеха равно 18 дБ.

При значении n=4 из (5) следует, что пороговое отношение обеспечивается при N=7.

Для того, чтобы в системе обеспечивались гарантированные значения показателей качества, при проектировании ориентируются на наименее благоприятное расположение МС относительно источников помех. Обычно это положение МС на границе соты, при котором уровень принимаемого сигнала минимален.

На рисунке 14.2 показано наименее благоприятное расположение МС относительно мешающих БС для N=7.

Рисунок 14.2. Наименее благоприятное расположение МС относительно мешающих БС.

В этом случае (14.6)

Или через параметр Q: (14.7)

При N=7 значение Q=4,6 и согласно (7) отношение сигнал/помеха в неблагоприятных условиях равно 49,56 (17 дБ)<18 дБ. Для обеспечения требуемого отношения сигнал/помеха нужно увеличивать N, однако это снижает информационную емкость системы, что нежелательно с точки зрения распределения частотного ресурса.

Альтернативой роста N является использование направленных антенн для уменьшения влияния внутриканальных помех. При этом каждая сота делится на 3 или 6 секторов, каждому сектору выделяется свой набор каналов (частот). Благодаря напраленным антеннам число сот, создающих снутриканальные помехи уменьшилось с шести до двух при трехсекторном делении и до одной при шестисекторном делении ( см. рисунок 14.3,а,б).

а б

Рисунок 14.3 Использование направленных антенн для уменьшения внутриканальных помех

Таким образом:

Разбиение на секторы снижает уровень внутриканальных помех и при фиксированном N улучшает отношение сигнал/помеха.

За счет применения направленных антенн становится возможным уменьшить размер кластера и повысить информационную емкость системы.

Энергетическое планирование с применением моделей потерь на распространение

Большинство моделей распространения мобильных радиосигналов получено с применением аналитических и эмпирических методов. Эмпирический подход состоит в аппроксимации экспериментальных данных аналитическими выражениями с соответствующими параметрами.

Средние потери на распространение являются функцией расстояния между мобильной и базовой станциями и с помощью параметра затухания определяются выражением (в децибелах):

(14.8)

где - известные потери на распространение на опорном расстоянии . Опорное расстояние должно обязательно находиться в дальней зоне. В сотах большого радиуса оно обычно равно 1 км, в сотах малого радиуса – от 1 до 100 м.

- параметр затухания, характеризует скорость возрастания потерь при увеличении расстояния между мобильной и базовой станциями.

Из-за случайного характера потерь в обслуживаемой области ест зоны, в которых уровень принимаемого сигнала ниже порогового. Поэтому при проектировании для соты радиуса R важно оценить область уверенного приема, в которой уровень принимаемого сигнала выше порогового. На рисунке 14.4 представлены кривые вероятности того, что мощность принимаемого сигнала превысит уровень затухания для различных значений процента покрытия территории соты в зависимости от отношения ( - дисперсия потерь).

Рисунок 14.4 Зависимость вероятности уверенного приема от отношения дисперсии потерь к уровню затухания