4.11:4.8 Перешкоди радіозв'язку

Різні надлишкові затримки на різних шляхах викликають міжсимвольні перешкоди. Високий рівень міжсимвольних перешкод призводить до неможливості встановлення лінії зв'язку. Надмірна затримка є основним обмеженням системи 2G/GSM, і єдиним рішенням є використання дуже маленьких осередків у міських умовах, які мають багато значних сигнальних шляхів. Система 3G використовує техніку кодування, яка дозволяє вирішити перші кілька різних шляхів, тим самим обмежуючи проблему ISI, але не усуваючи її. Система 4G та 5G працює аналогічно, використовує тривалий час охорони, циклічну приставку, щоб повністю уникнути ISI

4.8.1 План повторного використання частоти

Радіосистеми, що використовують один і той же канал, географічно розташовані для управління перешкодами. У клітинній системі зони покриття розташовані в осередках, представлених шестикутниками на рис\(\PageIndex{1}\). На фактичну форму клітин впливають перешкоди, такі як пагорби та будівлі. У клітинних системах 1G та 2G клітини розташовані в кластерах, таких як показані\(3-,\: 7-,\) кластери та\(12\) -клітинні, а загальна кількість доступних каналів ділиться між клітинами в кластері з повним набором частотних каналів, що повторюються в кожному кластері. (Детальніше про 3G-5G домовленості пізніше.) Розмір кластерів є основним компонентом того, що називається планом повторного використання частоти. Таким чином, триклітинний кластер має відстань приблизно один діаметр комірки до наступної комірки, використовуючи ті ж частотні канали. Рівень сигналу, що передається від вихідної комірки, буде заважати сигналу у відповідній комірці в сусідніх кластерах. Рівень перешкод знижується за допомогою\(7\) -клітинних, а потім\(12\) -клітинних кластерів. Існує також фоновий шум, що надходить від космічних джерел, а також штучних джерел, але в клітинній системі майже завжди домінують перешкоди від інших радіостанцій, що працюють в тій же системі.

Використання спрямованих антен на базовій станції збільшує SIR. Інтерференційна картина, отримана за допомогою трисекторної антени (кожен сегмент антени, що забезпечує\(120^{\circ}\) покриття), показана на малюнку\(\PageIndex{2}\). Трисекторна антена може бути влаштована так, що передавальні та приймальні антени

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Клітини, розташовані в кластери. Показані кластери\(3-\) клітин (вгорі праворуч), кластери\(7-\) клітин (знизу ліворуч) та кластери\(12-\) клітин (праворуч внизу).

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Клітини в стільниковій радіосистемі з трисекторної антеною, наприклад\(\PageIndex{3}\), на малюнку, що показує область можливих перешкод як затінену область.

розділені (див. Рис.\(\PageIndex{3}\)), а також можуть бути організовані для нахилу покриття до землі (наприклад, див. Антену на малюнку 4.1.2 (l)). Також можна використовувати секторство антен вищого порядку та мати менші осередки (досягаються, можливо, за рахунок відносно низької потужності передач), щоб забезпечити більш високий рівень покриття у критичних регіонах, таких як перехрестя доріг. Ці менші клітини називаються мікроелементами або пікоклітинами.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Базова станція з трисекторними стекованими дипольними передавальними та мікросмужковими патч-приймаючими антенами.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Триклітинний скупчення з рухомим блоком на краю осередків\(\mathsf{A, B}\), а\(\mathsf{C}\).

Приклад\(\PageIndex{1}\): Cellular Interference

У стільниковій системі сигнал навмисно передається від базової станції, номінально розташованої в центрі осередку, до мобільного пристрою в тій же осередку. Однак сусідні передавачі, що використовують один і той же канал, викликають перешкоди. На малюнку\(\PageIndex{4}\) мобільний блок розташований на краю комірки і використовує частотний канал А. багато сусідніх передавачів також працюють за допомогою каналу А і шість найближчих передавачів можуть розглядатися як викликають значні перешкоди. Враховуйте, що мобільний блок - це відстань\(r\) від передавача свого комірки уздовж лінії, що з'єднує дві базові станції каналу А, що передавачі працюють на одному рівні потужності, і що відстань між базовими станціями, що працюють за допомогою каналу А, є\(3r\). Цей триклітинний кластер працює на заміській ділянці, і щільність потужності падає з\(1/d^{3}\) відстанню\(d\), як через багатопроменеві ефекти. Що таке SIR у мобільного блоку?

Рішення

Є сім тісних веж, що передають сигнали на одному каналі. Викликати ці\(A_{1}– A_{7}\) (\(M =\)мобільний блок,\(A =\) передавачі). \(A_{1}\)є бажаним сигналом і\(A_{2}–A_{7}\) є перешкодами. Відстані від передавачів до мобільного блоку є\(d_{1}–d_{7}\), а потужності від передавачів, отриманих на мобільному блоці, є\(P_{1}–P_{7}\).

Малюнок\(\PageIndex{5}\)

Зараз\(\text{SIR}=\frac{P_{1}}{P_{2}+P_{3}+P_{4}+P_{5}+P_{6}+P_{7}}\)

Ця проблема вимагає\(d_{2}–d_{7}\) визначитися.

Розглянемо схему праворуч с\(d_{1} = r\). Також відстань від\(A_{2}\) до\(A_{7}\) є\(3r\). Зараз\(d_{3} = 3r + r = 4r,\: d_{6} = 3r − r = 2r\). Отже\(d_{2} = \left[(X + r)^{2} + Y^{2}\right]^{\frac{1}{2}} = (2.5^{2} + 2.6^{2})r = 3.607r = d_{4}\). (\(X = 3r\sin 30^{\circ} = 1.5r\)і\(Y = 3r\cos 30^{\circ} = 2.6r\).) Аналогічно\(d_{7} = d_{5} =\left[(1.5 − 1)^{2} + 2.6^{2}\right]^{\frac{1}{2}} = 2.648r\).

Малюнок\(\PageIndex{6}\)

\[\begin{array}{lll}{\frac{P_{2}}{P_{1}}=\frac{d_{1}}{d_{2}}=\frac{1}{3.607^{3}}=0.0213=\frac{P_{4}}{P_{1}}}&{\qquad}&{\frac{P_{3}}{P_{1}}=\frac{d_{1}}{d_{3}}=\frac{1}{4^{3}}=0.0156}\\{\frac{P_{7}}{P_{1}}=\frac{d_{1}}{d_{7}}=\frac{1}{2.648^{3}}=0.0539=\frac{P_{5}}{P_{1}}}&{\qquad}&{\frac{P_{6}}{P_{1}}=\frac{d_{1}}{d_{6}}=\frac{1}{2^{3}}=0.1250}\end{array}\nonumber \]

\[\text{SIR}=(0.0213 + 0.0156 + 0.0213 + 0.0539 + 0.1250 + 0.0539)^{−1} = 3.44 = 5.36\text{ dB}\nonumber \]

4.8.2 Резюме

Кластеризація клітин, як описано вище, найбільш безпосередньо відноситься до клітинних систем 1G і 2G. Система 3G не використовує кластери клітин, а замість цього використовує високочастотні коди для розділення користувачів. Існує система обізнаності про управління перешкодами, але складніше, ніж механізми кластеризації. Системи 4G та 5G виводять алгоритми повторного використання частот на абсолютно новий рівень, виконуючи глобальну мінімізацію перешкод широких областей. Ще існує основна концепція, що радіостанції в сусідніх комірках, що працюють на одному частотному каналі, можуть заважати один одному, і пильна увага повинна приділятися повторному використанню частоти.

Область покриття сигналу базовою станцією сильно впливає рельєф місцевості і не є акуратним шестикутником. Дивіться, наприклад, карту покриття для сільської місцевості, показану на малюнку 4.9.1 (a). Для забезпечення належного покриття базові станції повинні бути розміщені на місцевості, орієнтованої на сітку, а не звичайну сітку. Даремно витрачені витрати на експлуатацію стільникової системи будуть встановлювати більше базових станцій, ніж потрібно для оптимального покриття. Таким чином, постачальники стільникових послуг імітують покриття перед установкою базових станцій. Значною характеристикою міського покриття, як показано на малюнках 4.9.1 (b і c), є «ефект міського каньйону», при якому покриття концентрується вздовж доріг з сигналами, що відскакують від будівель, спрямовуючи поширення сигналу вниз по проїжджій частині. Навіть райони, близькі до передавача, але за будівлями, затінені, тоді як віддалені райони поблизу доріг можуть мати хороше покриття. Цей ефект також відомий як міський хвиленаправляючий ефект або ефект хвильового каналу. Блокування сигналів будівлями показано на малюнку 4.9.1 (e), де видно, що існує певна дифракція над будівлями, але затінення є сильним після двох або більше дифракційних подій. Внутрішнє середовище також впливає на покриття, як показано на малюнку 4.9.1 (d) для WiFi.