Правительство нижегородской области
Официальный сайт
Вход для пользователей
Информатизация

Повышение эффективности сотовых сетей CDMA путем оптимизации покрытия отдельных ячеек

Особенностью систем сотовой связи CDMA является возможность так называемого "мягкого" хэндофа (soft handoff), когда абонент обслуживается одновременно несколькими ячейками (секторами различных базовых станций (БС) или одной БС) [2].

Мягкий хэндоф является положительным качеством сети для абонентов, однако для оператора означает неизбежную потерю общей емкости системы. Действительно, в областях хэндофа терминалы с большой вероятностью будут поддерживать связь сразу с несколькими ячейками, соответственно занимая несколько каналов трафика.

В CDMA-связи существует понятие хэндоф-фактора [1,3]. В численном виде хэндоф-фактор находится как отношение числа использованных радиоканалов к общему числу разговоров за определенное время. Для действующих CDMA-сетей нормальным является значение общесистемного хэндоф-фактора около 1,6…1,7. Таким образом, наличие хэндофа снижает емкость системы почти на 40%.

Мягкий хэндоф является необходимым и неотъемлемым свойством CDMA-сети, однако можно утверждать, что существуют возможности для снижения значения хэндоф-фактора реальных сетей до значения 1,2…1,3 путем оптимизации покрытия отдельных ячеек системы.

Кроме проблемы хэндофа можно выделить еще одну причину снижения емкости систем CDMA, в большей степени относящуюся к стандарту IS-95.

Как известно, емкость системы с кодовым разделением во многом определяется максимальной мощностью, которую сектор может выделить обслуживаемым абонентам [2]. Рейк-приемник абонентского терминала стандарта IS-95 содержит три линейки (fingers), соответственно имея возможность обрабатывать три сигнала (это могут быть как сигналы отдельных ячеек, так и их переотраженные копии, поступающие в приемник с задержкой). Так как шум в системе с кодовым разделением в основном складывается из сигналов соседних ячеек, то все сигналы, не обрабатываемые в приемнике, являются помехами и ухудшают отношение сигнал/шум. В случае, когда абонент находится в зоне с недостаточным для поддержания канала связи отношением сигнал/шум, система вынуждена увеличивать уровень передаваемого сигнала, тем самым снижая реальную емкость ячейки. Помимо "естественных" зон с низким отношением сигнал/шум, обусловленных затуханием сигнала (на границах зоны обслуживания), такие зоны будут иметь место там, где имеют место сигналы более чем трех секторов с мощностями, достаточными для обработки в рейк-приемнике.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод, что к планированию сетей CDMA необходим гораздо более тонкий подход, чем, например, к сетям GSM [4]. В конечном итоге, нам представляется необходимым отойти от традиционной идеологии построения сети, при которой все сектора имеют идентичные диаграммы направленности [5]. Мы предлагаем использовать на базовых станциях антенны с диаграммами направленности, рассчитанными индивидуально, причем полученные зоны покрытия отдельных секторов должны составлять систему, удовлетворяющую следующим требованиям:

-        ширины зон перекрытия следует минимизировать до необходимых для обеспечения устойчивого хэндофа;

-        необходимо минимизировать зоны с присутствием доступных для обработки сигналов более чем двух секторов;

-        необходимо минимизировать внутренние зоны с недостаточным для поддержания связи уровнем сигнала.

Расчет оптимальных зон покрытия и соответствующих им оптимальных диаграмм направленности антенн может производиться различным образом, в том числе, зависимости от того, планируется ли новая система, или необходимо оптимизировать уже существующую сеть. В настоящее время основную долю систем CDMA составляют системы второго поколения и поколения 2,5G, такие как is-95 и cdma2000. В связи с этим, интерес представляет работа по повышению эффективности уже развернутых сетей. В данном случае (по сравнению со случаем инсталляции новой системы) можно рассчитывать на получение более точных результатов, поскольку в качестве исходных данных можно использовать результаты драйв-тестов, т.е. натурных исследований действующей сети.

Рассчитанные зоны покрытия отдельных секторов имеют в общем случае произвольную форму и потому могут быть реализованы только с помощью антенн, диаграмма направленности которых может регулироваться.

В силу естественных причин, антенны любой конструкции будут обладать диаграммой направленности, которая может лишь в той или иной степени быть приближенной к рассчитанной оптимальной. Степень приближения будет определять эффективность использования рассматриваемого метода.

Возможны различные варианты реализации антенн с возможностью корректировки диаграммы направленности. Простейшим способом является использование обычных секторных антенн в сочетании с боковыми отражателями. Регулируя размеры и угол установки отражателей, можно в некоторых пределах изменять ширину главного лепестка диаграммы направленности.

В некоторых случаях, например, в случае, если рассчитанные оптимальные зоны покрытия реализуются с помощью диаграмм направленности с коэффициентом усиления, слабо изменяющимся в пределах сектора, или в том случае, если необходима узкая диаграмма направленности (менее 45 градусов) использование указанного способа оправдано. Кроме того, такой способ экономически наиболее привлекателен, поскольку позволяет полностью сохранить существующее антенное оборудование.

Тем не менее, изменение только ширины и направления диаграммы направленности в общем случае не позволит получить зону покрытия, с достаточной точностью приближенную к необходимой. Очевидно, для решения поставленной задачи необходимы антенны с возможностью регулировки коэффициента усиления в пределах сектора обслуживания.

Мы предлагаем следующую структуру антенны, позволяющую производить регулировку коэффициента усиления в секторе обслуживания в нескольких направлениях.

Принцип действия такой антенны состоит в том, что весь сектор обслуживания (например, 120°), разбивается на некоторое число "подсекторов", в общем случае не равных друг другу. На каждый из подсекторов работает своя антенна с шириной диаграммы направленности, равной этому сектору. Сигналы всех подсекторов синфазно складываются/разделяются в сплиттере с коэффициентами передачи, рассчитанными индивидуально для каждого подсектора. На рисунке 1 проиллюстрирована ситуация, когда все подсектора имеют одинаковую ширину.

Рисунок 1.

В результате совокупная диаграмма направленности может в определенных пределах менять свою форму (см. рис. 2) и обеспечивать более близкое приближение к необходимым зонам обслуживания.

Рисунок 2.

Технически такая антенна может быть реализована различным образом. Она может быть реализована как единое устройство, в котором отдельные подсектора объединены в неразрывную конструкцию. Также непосредственно в состав такой антенны должно входить и устройство распределения мощности на отдельные подсектора (сплиттер). В этом случае для того, чтобы антенна была унифицированной, все подсектора должны быть идентичными, с одинаковыми ширинами диаграмм направленности.

Другим вариантом реализации предложенной структуры может стать система, состоящая из отдельных секторных антенн с относительно узкими диаграммами направленности, расположенных на одной мачте и направленных каждая в своем направлении в пределах сектора обслуживания. В этом случае сплиттер является самостоятельным устройством. Для обеспечения синфазности поступающих на него сигналов, сплиттер должен располагаться в непосредственной близости от антенн.

Литература

1.       TEMS cdmaPlanner Version 3.0 – Ericsson NetQual, Inc, 2001

2.       TIA/EIA/IS-95-A

3.       Yang Samuel C. CDMA RF system engineering – Artech House, Inc, 1998

4.       Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина – М.: Радио и связь, 1998.

5.       Хализов А.В. Оптимизация сетей CDMA IS-95 с использованием антенн с неравномерной диаграммой направленности – Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции ИСТ-2005

 

Дата создания страницы: 08.06.2006
Дата модификации страницы: 20.06.2008