I общие сведения о сетях подвижной связи

Рис. 2.21. Принцип работы системы сотовой связи стандарта CDMA
В системах, использующих метод CDMA, изменяя синхронизацию источника псевдо­случайного шума, можно использовать один и тот же участок полосы частот для работы во всех ячейках сети. Такое 100%-ное использование доступного частотного ресурса - один из основных факторов, определяющих высокую абонентскую емкость сети стандарта CDMA и упрощающих ее организацию. Системы на базе CDMA имеют динамическую абонентскую емкость. И хотя имеется 64 кода Уолша, этот теоретический предел не достигается в реаль­ных условиях, и абонентская емкость системы ограничивается внутрисистемной интерфе­ренцией, вызванной одновременной работой подвижных и базовых станций соседних ячеек.
Число абонентов в системе CDMA зависит от уровня взаимных помех. Согласованные фильтры БС весьма чувствительны к эффекту «ближний-дальний» (far-near problem), когда MC, расположенная вблизи базовой, работает на большой мощности, создавая недопустимо высокий уровень помех при приеме других, «дальних» сигналов, что приводит к снижению пропускной способности системы в целом. Эта проблема существует у всех CMC, однако наибольшие искажения сигнала возникают именно в CDMA-системах, работающих в общей полосе частот, в которых используются ортогональные шумоподобные сигналы. Если бы в этих системах отсутствовала регулировка мощности, то они существенно уступали бы по характеристикам сотовым сетям на базе TDMA. Поэтому ключевой проблемой в CDMA-системах можно считать индивидуальное управление мощностью каждой станции.
Эффективная работа системы с кодовым доступом возможна лишь при условии вы­равнивания сигнала от различных абонентов на входе базовой станции. Причем чем выше точность выравнивания, тем больше зона покрытия системы.
2.4. ОРГАНИЗАЦИЯ КАНАЛОВ ДОСТУПА
2.4.1. Полосы частот сотовой связи


Т аблица 2.9. Полосы частот, используемые в сотовой связи

Одна из особенностей ССС - это жесткая ограниченность выделенных полос частот, вмещающих в себя небольшое число частотных каналов. Отсюда следует задача наиболее рационального использования имеющегося диапазона, оптимизации его использования и следовательно повышения емкости системы связи [11, 51 ].

Другая особенность заключается в том, что используемые в сотовой связи полосы час­тот относятся к дециметровому диапазону. Дециметровые радиоволны распространяются в основном в пределах прямой видимости; дифракция на этих частотах выражена слабо, а молекулярного поглощения и поглощения в гидрометеорах (снег, дождь) практически нет. Однако близость подстилающей поверхности и наличие преград (зданий), особенно в условиях I города приводит к появлению отраженных сигналов, интерферирующих между собой и с I сигналом, прошедшим по прямому пути. Это явление называется многолучевым распростра­нением сигналов.

2.4.2. Пути повышения емкости системы сотовой связи

Способы повышения емкости в системах сотовой связи можно разделить на четыре группы [55].

1. 
   Совершенствование методов обработки сигналов (в частности, переход от аналоговой обработки к цифровой), сопровождаемый переходом к более совершенным методам множественного доступа - от FDMA к ТОМА и к CDMA, а в пределах TDMA - переход от полноскоростного кодирования речи к полускоростному.
   
2. 
   Дробление ячеек, т.е. переход к меньшим ячейкам в районах с интенсивным трафи­ком при том же коэффициенте повторного использования частот; число БС при этом соот­ветственно увеличивается, а мощность излучения (как для БС, так и для ПС) снижается. Тотже эффект достигается при использовании на БС секторных антенн, например с разделением ячейки на три сектора (при 120-градусных секторах) и использованием в каждом из секторов своей полосы частот. Практически ячейки с радиусом менее 300-500 м неудобны, так как
   чрезмерно возрастает поток передач обслуживания. Выход может быть найден в использовании многоуровневых (иерархических) схем построения сотовой сети с обслуживанием в крупных ячейках (макросотах) быстро перемещающихся абонентов (автомобилистов), а в более мелких (микросоты, пикосоты) - малоподвижных абонентов, например покупателей в пределах торгового центра.
   

В некоторых случаях может оказаться необходимым не дробить, а укрупнять ячейки, если трафик столь мал, что не обеспечивает достаточной загрузки БС. Если при этом радиус ячейки превышает номинальную дальность действия передатчика БС и/или ПС, то для обес­печения связи в удаленных частях ячейки приходится использовать повторители, выпол­няющие роль ретрансляторов.
3.Использование адаптивного назначения каналов (АСА) в методах доступа с частотным и временным разделением каналов (FDMA и ТОМА). При данном подходе частотные каналы (все или частично) находятся в оперативном распоряжении ЦК, который выделяет их для пользования отдельным ячейкам (БС) по мере поступления заявок (вызовов), т.е. в соответствии с реальной интенсивностью трафика, но при соблюдении необходимого территори­ально-частотного разноса. Такой адаптивный алгоритм сложнее, но он может обеспечить повышение емкости системы за счет гибкого отслеживания флуктуации трафика. Алгоритмы адаптивного назначения каналов используются в беспроводном телефоне, но в сотовой связи широкого распространения не получили. Адаптивным по существу является назначение фи­зических каналов в методе CDMA, что позволяет в некоторых пределах перераспределять нагрузку между разными ячейками.
4. Расширение выделяемой полосы частот. Но в условиях жестких ограничений на доступные полосы частот данный подход не является перспективным.

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.