Материал: Системы подвижной радиосвязи. лабораторный практикум. Федоров С.М., Бойко О.В

Изначально предполагается, что перед выполнением данной лабораторной работы студент владеет знаниями о технологии SDR, методике подключения RTL-SDR РПУ к персональному компьютеру (ноутбуку) с установленным драйвером RTL-SDR в ОС Windows.

2.3. СОТОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ. ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Цель занятия: изучение принципов построения сотовых систем подвижной радиосвязи ССПР, в том числе:

–территориальной организации ССПР;

–частотной организации ССПР;

–способов борьбы с системными помехами в ССПР;

–биологической безопасности радиосредств ССПР;

–ССПР стандарта GSM;

–структуры ССПР GSM;

–технических характеристик сигналов стандарта GSM;

–особенностей модуляции GMSK;

–частотно-временной структуры сигнала и канального интервала в стандарте GSM;

–логических и физических каналов ССПР GSM;

–решения Государственной комиссии по радиочастотам при Минкомсвязи России от 1 июля 2016 г. № 16-37-03 «Об использовании радиоэлектронными средствами сухопутной подвижной службы полос радиочастот 890–915 МГц, 935–960 МГц, 1710–1785 МГц и 1805–1880 МГц».

В процессе подготовки к занятиям следует пользоваться литературой [1–4].

50

Краткие теоретические сведения

1. В ССПР территорию обслуживания разделяют на ячейки (соты, сайты), при этом территориальную организацию реализуют с учетом следующих требований:

– минимальное количество сот (базовых станций и стоимости), но достаточное для обслуживания реального трафика;

– на зоны радиовидимости различной формы и размеров, на границах которых имеется одинаковый заданный уровень (порог) напряженности поля.

При реализации первого способа обслуживаемую территорию разделяют на одинаковые по форме зоны и с помощью закона статистической радиофизики определяют их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального разделения территории на соты, т. е. без перекрытия или пропусков участков, можно использовать только три геометрические фигуры – треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее эффективный – шестиугольник, так как при установке в его центре антенны с круговой диаграммой направленности обеспечивается радиодоступ почти ко всем участкам соты (рис. 37).

Рис. 37. Разделение территории на соты

51

Отметим на рисунке, что D – это расстояние между центрами сот, или защитный интервал, а R – радиус сот.

Эти показатели определяют защитный (от системных помех) коэффициент q = D/R. При этом чем больше q, тем меньше вероятность помех, создаваемых сигналами удаленных сот, работающих на тех же частотах.

Размеры аппроксимированных сот обычно меньше реальных, интервал между сотами, где используют одинаковые рабочие каналы, меньше требуемого для поддержания взаимных помех на допустимом уровне, а количество сот и базовых станций увеличено.

При реализации второго способа тщательно измеряют или рассчитывают зоны радиовидимости, в которых обеспечивается удовлетворительное обслуживание абонентов, определяют оптимальное расположение базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают для выравнивания зон возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и т. д. Этот способ позволяет иметь минимальное число сот и, следовательно, базовых станций, поэтому он трудоемкий, но более точный и экономически выгодный.

На первых этапах проектирования системы радиосвязи обычно используют первый способ, а на последующих – второй.

2. Частотный план ССПР с тремя наборами F1, F2, F3 частот базовых станций показан на рис. 37. Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Например, размерность кластера С равна трем (см. рис. 37).

В общем случае размерность кластера может принимать значения из целых чисел C ≥ 3, которые определяются соотношением

где i, j – натуральные числа и нуль, причем i ≤ j.

52

Например, C = 3 (i = 1, j = 1); C = 4 (i = 0, j = 2); C = 7 (i =1, j = 2); C = 12 (i = 2, j = 2); C = 13 (i = 1, j = 3) и т. д.

Размерности кластеров современных ССПР – 3, 4, 7, 9, 12

и 21.

Смежные базовые станции образуют кластерную группу станций. Если каждой базовой станции выделяют T каналов с шириной полосы каждого F, то общая ширина полосы, занимаемая кластерной группой станций и ССПР в целом,

величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, ее называют частотным параметром или коэффициентом повторения частот. При уменьшении радиуса сот увеличивается их число, уменьшается количество абонентов в одной соте, что позволяет повысить эффективность использования выделенной полосы частот, увеличить абонентскую емкость системы, уменьшить мощность передатчиков, чувствительность приемников базовых и подвижных станций, улучшить условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами и

всего один абонент, т. е. Т = 1, то минимально возможная

и тысячами абонентов может теоретически иметь полосу частот, превышающую полосу частот системы децентрализованной связи с тремя абонентами только лишь в три раза.

Однако в реальных случаях такой выигрыш не получается, так как из-за миграции абонентов количество

53

каналов в соте выбирают по числу абонентов Тср или по максимальному Тчнн в час наибольшей нагрузки (ЧНН).

Известны следующие способы распределения частотных каналов:

–фиксированный – каждой базовой станции назначают определенный набор частотных каналов, соответствующий числу абонентов Тср в соте;

–динамический – частотные каналы не закрепляют за

базовыми станциями, а выдают в зависимости от потребности в количестве, соответствующем Тчнн;

– гибридный (смешанный) – часть каналов закрепляют за базовыми станциями, а другие – выдают в зависимости от потребности.

Вбольшинстве современных ССПР используют

фиксированное распределение каналов. Номера каналов в каждом секторе антенной системы определяют соотношением

где K – номер сектора в кластере; m – количество секторов в соте; i – натуральные числа и нуль.

Например, в секторе с номером Кс = 15 при С = 7

иm = 3 должны быть использованы каналы 15, 36, 57, 78 … .

3.Системные помехи абонентской станции – это помехи от абонентских и базовых станций других сот соседних кластерных групп. Первый способ снижения системных помех – построение ССПР в соответствии с их территориально-частотной организацией, когда базовые станции с одинаковыми наборами частот разнесены территориально (находятся не в соседних сотах). Этот разнос определяют (см. рис. 37) такими параметрами: защитный

√. Например, параметр q имеет значения 3; 3,46

54