【 01 ВВЕДЕНИЕ 】
В связи с растущим числом пользователей смартфонов, ежегодный рост потребности в пропускной способности голосовой связи и передачи данных в сотовых сетях является проблемой, с которой сталкивается каждый оператор во всем мире, и она не исчезнет с появлением новых технологий и спектра. Чрезвычайный рост беспроводного трафика данных, такого как видеоконференции, потоковая передача мультимедиа и мобильное телевидение, постоянно увеличивает спрос на пропускную способность сотовых сетей.
Особенно на стадионах, площадях и в других местах, где много пользователей смартфонов, спрос на пропускную способность для голосовой связи и передачи данных чрезвычайно высок. В связи с необходимостью увеличения пропускной способности операторы связи изучают различные способы расширения сети.
1) Добавление базовых станций сотовой связи — эффективный, но дорогостоящий способ увеличения пропускной способности. Как правило, строительство новых объектов занимает много времени и становится все более дорогостоящим. Поскольку среднее расстояние между базовыми станциями сократилось с 5 км до 2 км, а в последнее время и до менее чем 200 м в густонаселенных городских районах, у оператора остается меньше возможностей для выбора доступной недвижимости. Удвоение количества базовых станций примерно удваивает пропускную способность сети и скорость передачи данных на одного пользователя (при условии сохранения постоянной плотности пользователей), а также значительно улучшает пиковую нагрузку и совокупную пропускную способность на км².
2)Увеличение количества несущих (или, точнее, полосы пропускания) напрямую увеличивает пропускную способность. Стандарт ЛТЕ особенно хорошо подходит для использования увеличенной полосы пропускания. Кроме того, в США Федеральная комиссия по связи (ФКС) разрешает увеличение излучаемой мощности в полосах пропускания ПКС, AWS и нижних 700 МГц, что обеспечивает улучшенное проникновение и покрытие. Удвоение полосы пропускания как минимум удваивает пропускную способность.
3)Снижение уровня шума. В сетях 3G и 4G ЛТЕ подавление шума в радиочастотном тракте имеет решающее значение. Внешний шум из различных источников, включая многолучевое отражение, окружающий шум и помехи от соседних или близлежащих сот, может значительно снизить чувствительность приемника на базовой станции. По мере увеличения шума в секторе мобильные устройства увеличивают уровни мощности сигнала, создавая больше помех в восходящем канале. Шум в радиочастотном тракте также является проблемой, причем основными виновниками являются тепловой шум и пассивная интермодуляция (ПИМ).
4)Увеличение повторного использования частот. Еще один способ увеличить пропускную способность — создать больше возможностей для повторного использования частот за счет секторализации более высокого порядка.
5)Среди ряда стратегий, представленных выше, традиционный способ добавления сот и приобретения дополнительного спектра сопряжен со значительными проблемами, связанными с затратами и временем. Обычно приобретение и строительство площадки могут занять до 2-3 лет. Общая стоимость превышает 0,2 миллиона долларов США из-за приобретения, строительства и ввода в эксплуатацию. А добавление большего количества спектра, если он доступен, может легко обойтись в миллиарды долларов. Развертывание малых сот также рассматривается как отличный способ увеличения пропускной способности сети. Однако оно не может удовлетворить непосредственную потребность поставщиков услуг в большей пропускной способности.
【 02 ТРАДИЦИОННАЯ СЕКТОРИЗАЦИЯ 】
Для предотвращения помех в канальных системах необходимо географически разделить частотные каналы. При секторизации количество секторов (ячеек), подверженных помехам, уменьшается, поскольку мощность сектора направляется вперед.
За последние 50 лет пропускная способность беспроводной сети увеличилась примерно в 1 000 000 раз. Этот рост обусловлен повышением эффективности использования спектра, увеличением объема спектра и количества ячеек/секторов. С 1990-х годов одной из самых популярных и эффективных стратегий увеличения пропускной способности базовых станций и сети стала секторизация.
В первых секторных системах стандартные всенаправленные антенны с углом обзора 360 градусов были заменены тремя отдельными направленными антеннами. Наиболее распространенная конфигурация использует три антенны, каждая с номинальной шириной луча по азимуту 65 градусов. Хотя антенны внутри секторной соты используют общую базовую приемопередающую станцию (БТС), каждая из них управляется и работает независимо, имея собственный уровень мощности, частоты и каналы.
Использование трех направленных секторных антенн вместо одной всенаправленной антенны существенно снижает помехи от соседних сот и утраивает возможности повторного использования частот. В результате операторы связи получают значительное увеличение пропускной способности.
【 03СЕКТОРИЗАЦИЯ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА 】
Более десяти лет назад поставщики услуг начали изучать потенциал пропускной способности за счет секторизации более высокого порядка, которая представляет собой разделение традиционной трехсекторной системы на шестисекторную. Шестисекторная система использует две узкие антенны с углом луча 33° вместо одной секторной антенны с углом луча 65°. Благодаря узкой азимутальной ширине луча, секторизация более высокого порядка уменьшает не только помехи перекрытия, но и зону плавного переключения, повышая эффективность повторного использования частот.
Сравнивая узконаправленную азимутальную антенну с углом луча 33° с обычной секторной антенной с углом луча 65°, можно отметить, что узконаправленная антенна обеспечивает быстрое затухание диаграммы направленности, лучшее подавление боковых и задних лепестков. Более того, когда сектор с углом 120° разделяется на два равных малых сектора путем замены одной обычной секторной антенны двумя узконаправленными антеннами, два разделенных сектора могут управляться независимо друг от друга для оптимизации сети и настройки зоны покрытия базовой станции.
На рисунке 1 показано значительное уменьшение перекрытия между секторами при переключении с антенны с углом 65 градусов на антенну с углом 33 градуса. Уменьшение перекрытия сокращает зону плавного переключения и обеспечивает дополнительное увеличение пропускной способности.
При развертывании шести секторов можно оптимизировать два уровня кроссовера между разделенными секторами до -6–10 дБ, что является оптимальным уровнем кроссовера для переключения между секторами в системах 2G, 3G и ЛТЕ.
【 04 НЕДОСТАТКИ СЕКТОРИЗАЦИИ ВЫСШЕГО ПОРЯДКА 】
Традиционный способ развертывания шестисекторной системы заключается в замене трех 65° секторных антенн шестью узконаправленными панельными антеннами, что означает удвоение количества антенн при использовании секторизации более высокого порядка. Увеличение количества антенн означает удвоение затрат, включая закупку, упаковку, транспортировку и развертывание.
Обычно узконаправленная антенна с углом луча 33° значительно шире, чем панельная антенна с углом луча 65°, из-за необходимости использования дополнительной антенной решетки для обеспечения более узкой ширины луча по азимуту. Таким образом, больший размер создает значительное визуальное воздействие на площадку. Кроме того, большая площадь поверхности панельной антенны создает значительно большую ветровую нагрузку по сравнению с панельной антенной с углом луча 65°. Помимо этого, большая узконаправленная антенна также увеличивает вес башни по сравнению с панельной антенной с углом луча 65°.
Еще одна проблема, возникающая при использовании двух узконаправленных антенн вместо 65-градусной панельной антенны, — это ошибки юстировки во время развертывания. Для оптимизации перекрывающихся зон, внутрисекторных помех и точек пересечения необходимо точно выровнять две узконаправленные антенны вместо 120-градусного сектора.
По вышеуказанным причинам шестисекторная система, использующая узконаправленные антенны, не получила широкого распространения на телекоммуникационном рынке.
Узнайте больше об этом проекте
Скачать полный пример исследования.pdf