Використання технології цифрового діаграмоутворення в системах мобільного зв'язку (стр. 1 из 5)
Реферат
На тему:
ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЦИФРОВОГО ДІАГРАМОУТВОРЕННЯ В СИСТЕМАХМОБІЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Зміст
Перелік умовних позначок і символів
Вступ
1. Аналіз чинників, що впливають на рівень внутрішньо-системних завад систем мобільного зв’язку
2. Переваги технології цифрового діаграмоутворення (ЦДУ) в зв’язку
3. Закордонні концепції побудови систем мобільного зв’язку
Висновки
Перелік умовних позначок і символів
| АЕ | – | антенний елемент |
| АФР | – | амплітудно-фазовий розподіл |
| АЦП | – | аналого-цифровий перетворювач |
| ДС | – | діаграма спрямованості |
| КМ | – | кореляційна матриця |
| ПЛІС | – | програмована інтегральна схема |
| ПХ | – | пеленгаційна характеристика |
| СМЗ | – | система мобільного зв’язку |
| ЦАР | – | цифрова антенна решітка |
| ЦАП | – | цифрово-аналоговий перетворювач |
| ЦДУ | – | цифрове діаграмоутворення |
| ЦОС | цифрова обробка сигналів | |
| ШПФ | – | швидке перетворення Фур’є |
| MUSIC | – | метод класифікації множинних сигналів(Multiple Signal Classification) |
| _Н | – | операція ермітового сполучення |
| _Т | – | операція транспонування |
Вступ
Сьогодні ведеться інтенсивне впровадження систем мобільного зв’язку загального користування. Відповідно зростають вимоги до якості передачі інформації, пропускної спроможності, надійності роботи.
При використанні стільникового принципу організації зв'язку (відповідно до якого зона обслуговування ділиться на велике число стільник у вигляді 6-кутників) за допомогою статистичних законів поширення радіохвиль визначаються припустимі розміри й відстані до інших стільник, у межах яких виконуються умови припустимого взаємного впливу. Відстань до районів, у яких можуть бути використані ті ж самі робочі частоти, залежить від умов поширення радіохвиль, припустимого рівня завад й числа радіостанцій, розташованих навколо даного району. В загальному випадку вважається припустимим, щоб у стільниковій структурі частоти повторювалися через 2 стільники.
Однак, при одночасній роботі кількох прийомо-передавачів на одній частоті, а також на частотах сусідніх каналів виникають внутрішньо-системні завади, рівень яких залежить від трафіку.
Тому доцільно проаналізувати підхід щодо нейтралізації внутрішньо-системних завад в системі мобільного зв’язку, який базується на технології цифрового діаграмоутворення. Впровадження зазначеної технології на базі цифрових антенних решіток дозволяє істотно поліпшити основні характеристики системи зв’язку в цілому.
1. Аналіз чинників, що впливають на рівень внутрішньо-системних завад систем мобільного зв’язку
Одним з найважливіших переваг систем мобільного зв’язку (СМЗ) є висока ефективність використання виділеного частотного спектра, що досягається шляхом повторного застосування тих самих частот у різних стільниках системи, що призводить до появи внутрішньо-канальної завади. Базові станції (БС), на яких допускається повторне використання виділеного набору частот, розподіляються між собою захисним інтервалом D (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Внутрішньо-канальні завади в 7-стільниковій системі при використанні всеспрямованих і секторних антен.
Задавши відношення сигнал/шум, рівне 18 дБ або 63,1, можна записати:
де С - рівень сигналу, N - рівень шуму, Ii - рівень перешкоди від i-й осередку, М - кількість стільник, що використають ту ж частоту, що й дана стільника, вилучених на відстань D від неї.
Звичайно рівень внутрішньо-канальної завади набагато більше рівня шуму, тому величиною N можна зневажити. Прийнявши втрати поширення пропорційними R-4, для 7-стильнікової моделі (М=7) одержимо:
Це рівняння вірно при D/R≥5,4. R - радіус стільники. Відношення q=D/R називається фактором внутрішньо-канального ослаблення.
Придушення внутрішньо-канальної інтерференції в стільниковій системі завжди є основною проблемою. У зв'язку із цим може бути розглянутий ряд методів, таких як:
- збільшення поділу між двома одноканальними стільниками,
- використання спрямованих антен на базових станціях,
- зниження висоти антени на базовій станції,
- нахил діаграми спрямованості (ДС) антени,
- вибір положення БС.
Перший метод недоцільний з тієї причини, що при збільшенні числа стільник з повторним використанням частот ефективність системи, що прямо пропорційна числу каналів на стільнику, зменшується. Третій метод не рекомендується, тому що послабляє рівень прийому в мобільному блоці. Метод 2 є прийнятним підходом, особливо якщо число стільник з повторним використанням частоти фіксовано. При цьому зберігається те ж число радіоканалів, що й в 7-стільниковій системі, але стільника ділиться радіально по секторах. Тому доцільно розглянути зазначений підхід.
Кожна стільника розділена на 3 або 6 секторів і на БС використається 3 або 6 спрямованих антен. Кожному сектору привласнене деяке число каналів. Інтерференція між 2 одноканальними стільниками зменшиться, як показано на рис. 1.1.
а) б)
Рис. 1.2. Дія завад для 3- та 6-секторного розподілу стільники.
Надалі розглянемо 3-секторний розподіл. Для ілюстрації гіршого випадку на рис. 1.2 а наведені 2 одноканальні стільники. Мобільний блок у позиції Е буде приймати більший рівень завад у нижній частині заштрихованого сектора стільники. Це відбувається тому, що мобільний приймач приймає самий слабкий сигнал від власної стільники, але дуже сильну заваду від стільники, яка впливає.
При 3-секторном поділі перешкода діє тільки в одному напрямку, тому що відношення пряме/зворотне випромінювання спрямованої антени базової станції стільники становить не менш 10дБ. Число стільник, що заважає, зменшується з 6 до 2. Гірший випадок С/I з'являється, коли мобільний блок перебуває в позиції Е, де зазначена відстань між мобільним блоком і двома интерферирующими антенами. Величина С/I може бути отримана з наступного виразу:
Для q=5,4 C/I=27,2 дБ. Таким чином, використання секторної спрямованої антени може поліпшити відношення сигнал/інтерференція, тобто зменшити внутрішньо-канальну заваду. Однак, у дійсності, через нерівний контур поверхні місцевості й неточного місця розташування БС С/I може бути на 6 дБ менше в області щільного трафіку [1].
Надалі розглянемо 6-секторний розподіл. При цьому, можливо розділити стільнику на 6 секторів, використовуючи 6 спрямованих антен з кутом розкриву 60°, як показано на рис. 1.2 б. У цьому випадку тільки одне джерело внутрішньо-канальної завади діє в кожному секторі (рис. 1.1). Отже, відношення сигнал/інтерференція буде наступним:
Для q=5,4 C/I=31,4 дБ, що показує подальше зменшення внутрішньо-канальної завади. Однак, при секторі в 600 дозволені лише кілька каналів. У таких випадках, на сектор в 600 повинне бути призначене більше доступних каналів. Два недоліки 600 секторів:
- вони вимагають установки більшої кількості антен на антеною вишці,
- вони вимагають частих хендоверів, тому що ймовірність перетинання мобільними блоками шести секторів стільники більше, ніж в 1200 секторів.
У дійсності ж місцевість неплоска, охват не розподіляється рівномірно, відношення прямого/зворотного випромінювання спрямованої антени в просторі дуже складно прорахувати. У малих стільниках інтерференція може стати некерованою; тому використання 600-секторів у малих стільниках повинне розглядатися тільки для спеціальної реалізації [2]. Для малих стільник краща схема - це використання 7-стильнікової конфігурації з 1200 секторами.
Надалі розглянемо підхід, який пов'язаний з зменшенням висоти антени. При деяких обставинах, таких як досить плоска місцевість або рівнина, зменшення висоти антени буде дуже ефективним для ослаблення внутрішньо-канальної завади та завади каналів, що примикають. Однак існує ряд випадків, у яких цей метод неефективний. Так зменшення висоти антени, розташованої на височині, не зменшить прийняту потужність як на БС стільники, так й на мобільному блоці, тому що ефективна висота антени практично не зміниться. У лісовій зоні в околиці антени не повинні перебувати вершини дерев. У цьому випадку зменшення висоти антени не буде коректною процедурою, тому що в околиці антени й на границі стільники виникне надмірне ослаблення сигналу.
Інший підхід пов’язаний з вирізом у ДС похилої антени. Установка 1200 спрямованих антен може придушити інтерференцію в системі шляхом усунення випромінювання на 2400-сектор, що залишився. Однак внутрішньо-канальна завада існує навіть при використанні спрямованих антен, тому що обслуговуюча станція може заважати стільнику, який розташований саме по напрямку антени. Допустимо, що використається 7-стільникова система (К=7), фактор придушення внутрішньо-канальної завади q=4,6. Якщо в кожному стільнику встановлені 3 ідентичні антени, кожна з яких охоплює сектор в 1200, тоді кожний сектор приймає інтерференцію в центральному секторі в 190 з повного кута 1200 від стільники, що впливає. Отже, повинні бути початі спроби придушення потужності сигналу, випромінюваної за межі стільники в цьому 190-секторі. ДС антени з вирізом у центрі може бути отримана різними способами. Відносно простий спосіб - нахилити механічно вниз спрямовану антену з більшим посиленням.