Огромный потенциал обычного телефона не может быть использован по максимуму из-за ограничений, накладываемых соединительными проводами. Но это ограничение было снято с появлением сотового радио.
Проблема дефицита частот
Если мы используем выделенную радиочастотную петлю для каждого абонента, нам нужна большая пропускная способность, чтобы обслуживать даже ограниченное количество абонентов в одном городе.
пример
Один радиочастотный контур требует 50 кГц ч / б; тогда для одного абонента lakh нам нужно 1 000 000 x 50 кГц = 5 ГГц.
Чтобы преодолеть эту ч / б проблему, абоненты должны совместно использовать РЧ-каналы по мере необходимости, а не выделенные РЧ-петли. Это может быть достигнуто путем использования методов множественного доступа FDMA, TDMA или CDMA. Даже тогда количество радиочастотных каналов, необходимое для обслуживания абонентов, оказывается неосуществимым.
пример
Рассмотрим подплотность 30кв. Км., Класс обслуживания — 1%, трафик, предлагаемый на мобильную подпрограмму, — 30 м E. Тогда требуемое количество РЧ-каналов —
| Радиус (км) | Площадь в кв. Км | подписка | РЧ Каналы |
|---|---|---|---|
| 1 | 3,14 | 100 | 8 |
| 3 | 28,03 | 900 | 38 |
| 10 | 314 | 10000 | 360 |
Для 10000 сабов для выделения 360 радиоканалов нам нужен B / W с частотой 360 × 50 кГц = 18 МГц. Это практически неосуществимо.
Сотовый подход
При ограниченном частотном ресурсе сотовый принцип может обслуживать тысячи абонентов по доступной цене. В сотовой сети общая площадь делится на более мелкие области, называемые «ячейками». Каждая ячейка может охватывать ограниченное количество абонентов мобильной связи в пределах своих границ. Каждая ячейка может иметь базовую станцию с несколькими радиочастотными каналами.
Частоты, используемые в данной области ячейки, будут одновременно повторно использоваться в другой ячейке, которая географически разделена. Например, можно рассмотреть типичный шаблон из семи ячеек.
Общие доступные частотные ресурсы разделены на семь частей, каждая часть состоит из нескольких радиоканалов и выделена ячейке сотовой связи. В группе из 7 ячеек доступный частотный спектр расходуется полностью. Те же семь наборов частот можно использовать после определенного расстояния.
Группа ячеек, где доступный частотный спектр полностью используется, называется кластером ячеек.
Две соты, имеющие одинаковый номер в соседнем кластере, используют один и тот же набор радиочастотных каналов и, следовательно, называются «сотами совмещенного канала». Расстояние между сотами, использующими одну и ту же частоту, должно быть достаточным для поддержания помех в совмещенном канале (co-chl) до приемлемого уровня. Следовательно, сотовые системы ограничены помехами в совмещенном канале.
Следовательно, клеточный принцип позволяет следующее.
-
Более эффективное использование доступного ограниченного источника RF.
-
Изготовление каждого терминала абонентского терминала в пределах региона с одинаковым набором каналов, чтобы любой мобильный телефон можно было использовать в любом месте в пределах региона.
Более эффективное использование доступного ограниченного источника RF.
Изготовление каждого терминала абонентского терминала в пределах региона с одинаковым набором каналов, чтобы любой мобильный телефон можно было использовать в любом месте в пределах региона.
Форма Клеток
Для аналитических целей ячейка «Шестиугольник» предпочтительнее других форм на бумаге по следующим причинам.
-
Расположение шестиугольника требует меньше ячеек, чтобы покрыть данную область. Следовательно, он предусматривает меньшее количество базовых станций и минимальные капитальные вложения.
-
Другие геометрические формы не могут эффективно сделать это. Например, если есть ячейки круглой формы, то будет перекрытие ячеек.
-
Также для данной области, среди квадрата, треугольника и шестиугольника, радиус шестиугольника будет максимумом, который необходим для более слабых мобильных телефонов.
Расположение шестиугольника требует меньше ячеек, чтобы покрыть данную область. Следовательно, он предусматривает меньшее количество базовых станций и минимальные капитальные вложения.
Другие геометрические формы не могут эффективно сделать это. Например, если есть ячейки круглой формы, то будет перекрытие ячеек.
Также для данной области, среди квадрата, треугольника и шестиугольника, радиус шестиугольника будет максимумом, который необходим для более слабых мобильных телефонов.
В действительности ячейки не являются гексагональными, но имеют неправильную форму, что определяется такими факторами, как распространение радиоволн на местности, препятствия и другие географические ограничения. Сложные компьютерные программы необходимы для разделения области на клетки. Одной из таких программ является «Торнадо» от Siemens.
Рабочая среда
Из-за мобильности радиосигналы между базовой станцией и мобильными терминалами претерпевают различные изменения по мере их перемещения от передатчика к приемнику даже в пределах одной соты. Эти изменения обусловлены —
- Физическое разделение передатчика и приемника.
- Физическое окружение пути, т. Е. Местность, здания и другие препятствия.
Медленное угасание
-
В условиях свободного пространства (или) LOS постоянная распространения радиочастотного сигнала рассматривается как две, т. Е. R = 2. Это применимо для статических радиосистем.
-
В мобильной среде эти вариации заметны, и обычно значение «r» принимается за 3-4.
В условиях свободного пространства (или) LOS постоянная распространения радиочастотного сигнала рассматривается как две, т. Е. R = 2. Это применимо для статических радиосистем.
В мобильной среде эти вариации заметны, и обычно значение «r» принимается за 3-4.
Рэйли Фэйдинг
Непосредственная линия прямой видимости в мобильной среде между базовой станцией и мобильной станцией не обеспечивается, и сигнал, принятый в приемнике, является суммой количества сигналов, проходящих через разные пути (многолучевое распространение). Многолучевое распространение радиоволн связано с отражением радиочастотной энергии от холма, здания, грузовика или аэродрома и т. Д .; отраженная энергия также претерпевает изменение фазы.
Если есть 180 несоответствующих фазе с прямыми сигналами пути, они имеют тенденцию подавлять друг друга. Таким образом, сигналы многолучевого распространения имеют тенденцию уменьшать силу сигнала. В зависимости от местоположения передатчика и приемника и различных отражающих препятствий вдоль длины пути, сигнал колеблется. Колебания происходят быстро, и это известно как «угасание Рэлея».
Кроме того, многолучевое распространение приводит к «расширению импульса» и «межсимвольным помехам».
Эффект Допплера
Из-за мобильности абонента происходит изменение частоты принимаемых РЧ-сигналов. Сотовые мобильные системы используют следующие методы для решения этих проблем.
- Канальное кодирование
- Чередование
- уравнивание
- Грабли ресиверы
- Медленная скачкообразная перестройка частоты
- Разнообразие антенн
Помехи в совмещенном канале и разделение ячеек
Предполагается, что сотовая система имеет радиус ячейки «R» и расстояние между каналами «D» и размер кластера «N». Поскольку размер ячейки фиксирован, помехи в совмещенном канале не будут зависеть от мощности.
Интерференция Co-chl является функцией «q» = D / R.
Q = коэффициент снижения помех Co-chl.
Более высокое значение «q» означает меньше помех.
Меньшее значение «q» означает сильные помехи.
«Q» также относится к размеру кластера (N), так как q = 3N
q = 3N = D / R
Интерференция Co-chl является функцией «q» = D / R.
Q = коэффициент снижения помех Co-chl.
Более высокое значение «q» означает меньше помех.
Меньшее значение «q» означает сильные помехи.
«Q» также относится к размеру кластера (N), так как q = 3N
q = 3N = D / R
Для разных значений N q —
N = 1 3 4 7 9 12 Q = 1.73 3 3.46 4.58 5.20 6.00
Более высокие значения «q»
- Уменьшает помехи в совмещенном канале,
- Приводит к более высокому значению «N» больше клеток / кластер,
- Меньшее количество каналов / ячеек,
- Меньшая пропускная способность.
Нижние значения «q»
- Увеличивает внутриканальные помехи,
- Приводит к снижению значения «n» меньше клеток / кластер,
- Больше количества каналов / ячеек,
- Большая пропускная способность.
Обычно N = 4, 7, 12.
C / I Расчеты и ‘q’
Значение «q» также зависит от C / I. «C» — это мощность принимаемой несущей от желаемого передатчика, а «I» — помехи в совмещенном канале, полученные от всех мешающих ячеек. Для схемы повторного использования из семи ячеек количество ячеек, создающих помехи в канале, должно быть шесть.
Потеря сигнала пропорциональна (расстоянию) –r
R — постоянная распространения.
c α Rr
R = радиус ячейки.
I α 6 Dr
D = расстояние между каналами
C / I = R — r / 6D –r = 1/6 × Dr / Rr = 1/6 (D / R) r
C / I = 1/6 qr, так как q = D / R и qr = 6 C / I
Q = [6 × C / I] 1 / r
На основании приемлемого качества голоса значение C / I оказалось равным 18 дБ.
Предполагая,
- Шаблон повторного использования из семи ячеек
- Всенаправленные антенны
Значение ‘q’ обычно может быть около 4.6.
Значение r принимается за 3.
Это идеальное условие, учитывая, что расстояние мобильных блоков от мешающих ячеек во всех случаях равно равно «D». Но практически подвижные ходы и расстояние «D» сокращаются до «D-R», когда он достигает границы ячейки, а C / I падает до 14,47 дБ.
Следовательно, схема повторного использования ‘freq’, равная 7, не соответствует критериям C / I для всенаправленных антенн.
Если N = 9 (или) 12,
N = 9 q = 5,2 C / I = 19,78 дБ
N = 12 q = 6,0 C / I = 22,54 дБ
Следовательно, схема с 9 или 12 ячейками должна быть со всенаправленными антеннами, но пропускная способность трафика снижается. Следовательно, они не являются предпочтительными.
Чтобы использовать N = 7 (или ниже), направленные антенны используются в каждой ячейке ячейки. Ячейка с 3 секторами очень популярна и будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.
Феномен антенной шрифта и обратной связи уменьшает количество потенциальных источников помех.
Например, если N = 7.
В случае всенаправленных антенн число мешающих ячеек должно быть шесть. С направленными антеннами и 3 секторами то же самое уменьшается до двух. Для N = 7 и трех секторов C / I улучшается с 14,47 дБ до 24,5 дБ даже в худших условиях. Тогда C / I соответствует требованию 18 дБ. Для N = 7 и шести секторов C / I улучшается до 29 дБ.
Для городских приложений N = 4 и используется трехсекторная сота, так что получается большее количество несущих на соту, чем N = 7. Кроме того, C / I становится 20 дБ в худших случаях.
DAMPS использует 7/21 шаблон ячейки
GSM использует шаблон ячеек 4/21
Преимущества разметки
- Уменьшить помехи в канале
- Увеличить емкость системы
Недостатки разбивки
- Большое количество антенн на базовой станции.
- Увеличение количества секторов на соту снижает эффективность транкинга
- Секторизация уменьшает зону покрытия для конкретной группы каналов.
- Увеличивается количество раздач.
Раздача
Когда мобильное устройство движется по пути, оно пересекает разные ячейки. Каждый раз, когда он входит в другую соту, связанную с f = разной частотой, управление мобильной станцией переходит к другой базовой станции. Это известно как «Hand off».
Передача решается на основе —
- Полученная информация об уровне сигнала, если она ниже порогового значения.
- Отношение несущей к помехе составляет менее 18 дБ.
Помехи от соседнего канала
Данная ячейка / сектор использует несколько радиочастотных каналов. Из-за несовершенных фильтров приемника, которые позволяют соседним частотам проникать в полосу пропускания, возникают помехи в соседних каналах.
Он может быть уменьшен путем поддержания максимально возможного разделения частот между каждым радиочастотным каналом в данной соте. Когда коэффициент повторного использования невелик, это разделение может быть недостаточным.
Разделение каналов путем выбора радиочастот, которые находятся на расстоянии более 6 каналов, достаточно для того, чтобы помехи от соседних каналов находились в определенных пределах.
Например, в GSM, который следует шаблону 4/12, N = 4
Секторы = 3 / ячейка
Я буду использовать RF Carr. 1, 13, 25, ……… ..
IB будет использовать RF Carr 5, 17, 29, …………
IC будет использовать RF Carr. 9, 21, 33, ……… .. и так далее.
Магистральные
Сотовые радиостанции используют транкинг для размещения большого количества пользователей в ограниченном радиочастотном спектре. Каждому пользователю назначается канал по требованию / на основе вызова и после завершения соты канал возвращается в общий пул радиочастотных каналов.
Оценка обслуживания (GOS)
Из-за транкинга существует вероятность того, что вызов заблокирован, если задействованы все радиочастотные каналы. Это называется «класс обслуживания» «GOS».
Разработчик сотовой связи оценивает максимальную требуемую пропускную способность и выделяет надлежащее количество радиочастотных каналов, чтобы соответствовать требованиям GOS. Для этих расчетов используется таблица «ERLANG B».
Расщепление клеток
Когда число пользователей достигает насыщения в начальной ячейке (первоначальный дизайн) и больше не имеется запасной частоты, тогда начальная ячейка разделяется, обычно на четыре меньшие ячейки, и трафик увеличивается на четыре и более числа подписчиков. может быть подан
После разделения ‘n’ трафик будет —
Т2 = Т0 × 42
Мощность будет уменьшена —
P2 = P0 — n × 12 дБ
Следовательно, разделение ячеек повышает пропускную способность и снижает мощность передачи.