СПОСОБ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
METHOD OF FREQUENCY PLANNING IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS

Способ относится к области электро- и радиосвязи, а именно к способу частотного планирования в системах наземной мобильной связи.
Известен способ частотного планирования в системах сухопутной сотовой связи [см. Маковеева М.М. Шинаков Ю.С. «Системы связи с подвижными объектами»: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2002. стр.13-21.]
Недостатками этого способа являются стационарность базовых станций сухопутной системы сотовой связи, что затрудняет обеспечение сотовой связью подвижных объектов, находящихся за пределами действия сухопутных систем сотовой связи, жесткое распределение частотного ресурса на обслуживаемой территории, что приводит к перерасчету частотно-территориального плана при введении или удалении базовой станции.
Известен способ построения радиосвязи в сети сотовой структуры [патент РФ №2269872, 2006 г.], относящийся к радиосвязи и передаче информации, заключающийся в том, что базовые станции располагают в вершинах равносторонних пятиугольников с двумя несмежными прямыми углами, покрывающих обслуживаемую территорию без разрывов, при этом станции с меньшим радиусом располагают в вершинах квадратов, образуемых точками пересечения взаимно перпендикулярных прямых линий, проходящих через три последовательно расположенные базовые станции, и обеспечивают связность сети при повышенной вероятности выхода из строя узлов и линий связи.
Недостатками способа являются жесткое распределение частотного ресурса между сотами во избежание отрицательного взаимного влияния между базовыми станциями, что затрудняет перемещение подвижной базовой станции через территорию, покрытую такой сетью.
Известен способ динамического перераспределения загрузки базовых станций сотовой сети связи и устройство для его осуществления (вариант) [патент РФ №2181229, 2002 г.], относящийся к области радиосвязи и применимый преимущественно в системах сотовой связи с технологией многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, заключающийся в том, что подключают один или несколько активных дуплексных ретрансляторов сигналов к донорским (т.е. временно недогруженным) базовым станциям. Ретрансляторы сигналов устанавливают в зоне обслуживания базовой станции, которая по какой-то причине может оказаться неспособной обслужить нагрузку, возникающую в определенный момент времени. Например, в месте проведения разового массового мероприятия - выставки, конференции, ярмарки и др.
Недостатками этого способа являются ограниченность зоны действия сети дальностью радиовидимости антенн стационарных базовых станций, что не позволяет использовать этот способ для обеспечения сотовой связью большой подвижной группы абонентов перемещающихся на дальние расстояния в зоны, не охваченные сотовой подвижной радиосвязью (круизные лайнеры, паромы, железнодорожные поезда и др. крупные подвижные объекты).
Самым близким аналогом предлагаемого способа является устройство и способ дополнительного введения базовой станции в систему сотовой связи и исключения базовой станции из этой системы [патент РФ №2137306, 1999 г.]. Он включает добавление базовой станции в сотовую ячейку в системе сотовой связи и исключает из нее базовую станцию, когда нагрузка системы соответственно увеличивается или уменьшается или в случае необходимости технического обслуживания базовой станции.
Основные операции данного способа
Введение новой базовой станции путем первоначального установления высокого уровня потерь в приемном тракте новой базовой станции, установление высокого уровня ослабления в передающем тракте новой базовой станции, затем согласованное уменьшение ослабления в приемном и передающем тракте и увеличение уровня передаваемой мощности новой базовой станции. Операция введения новой базовой станции завершается, когда ее передаваемая мощность достигает предварительно определенного требуемого уровня. При удалении базовой станции из сети базовых станций производят уменьшение ее зоны обслуживания. Процедуру удаления продолжают до тех пор, пока зоны обслуживания не сократятся до нуля. После этого удаляемая базовая станция перестает работать, а зоны обслуживания соседних базовых станций расширяются для заполнения области, освобожденной удаленной базовой станцией. Передача информации в данном способе осуществляется с использованием методов многостанционного доступа с кодовым разделением (МДКР).
Указанное устройство и способ дополнительного введения базовой станции в систему сотовой связи и исключения базовой станции из этой системы является наиболее близким к заявляемому объекту и выбрано в качестве прототипа.
К недостаткам указанного устройства и способа следует отнести:
Ограниченность зоны действия системы зоной действия наземной сухопутной системой сотовой связи, т.к. вводимая или удаляемая базовая станция является, по сути, стационарной базовой станцией способной увеличить емкость сети на заданном территориальном участке в нужный промежуток времени. Ограниченность использования стандартов связи, т.к. данная система используется только в системах связи, поддерживающих многостанционный доступ с кодовым разделением, что затрудняет использование устройства и способа в сетях связи других стандартов, увеличивает сложность изготовления приемопередающего оборудования, что приводит к увеличению затрат на введение сети связи в эксплуатацию.
Техническая задача - создание способа частотного планирования в системах мобильной связи, состоящих из стационарных базовых станций (СБС) и подвижных базовых станций (ПБС), работающих в различных стандартах.
Технический результат - увеличение зоны действия наземных сетей мобильной связи, повышение качества обслуживания абонентов сетей электро- и радиосвязи.
Он достигается тем, что в предлагаемом способе территорию развертывания сети разделяют на три вида зон обслуживания: покрытые зоны обслуживания (ПЗО), частично покрытые зоны обслуживания (ЧПЗО) и непокрытые зоны обслуживания (НПЗО), в них осуществляют распределение частотного ресурса и в зависимости от условий перемещения подвижной базовой станции разрабатывают частотный коридор, стандарт работы подвижной базовой станции устанавливают такой же, как стандарт работы сети наземной мобильной связи, к которой принадлежит подвижная базовая станция.
При перемещении ПБС через покрытые зоны обслуживания распределение частотного ресурса осуществляют при помощи динамического частотного планирования.
При перемещении ПБС через частично покрытые зоны обслуживания распределение частотного ресурса осуществляют для покрытых участков при помощи динамического частотного планирования, а для непокрытых участков разрабатывают частотный коридор.
К ПЗО относят зоны обслуживания (ЗО), в которых уже существуют сухопутные сети мобильной связи, например города, узловые ж/д станции, порты и прибрежные зоны населенных пунктов и места массового отдыха.
К ЧПЗО относят ЗО, в которых в зависимости от рельефа местности или других условий распространения сигнала могут возникать непокрытые участки относительно малой площади, где могут находиться абонентские устройства, например окраины городов, населенные пункты, ж/д станции и другие места, где число абонентов может сильно изменяться в зависимости от сезона или времени проведения различных мероприятий.
К НПЗО относят ЗО, в которых отсутствует покрытие наземной сетью мобильной связи, например акватории морей, озер, рек, междугородние железнодорожные и автомагистрали, авиатрассы, лесные массивы, места проведения рыболовных и нефтегазовых промыслов, лесоразработок, а также другие объекты и ЗО, местоположение которых и число абонентов на которых может сильно изменяться в зависимости от сезона или времени проведения различных мероприятий.
Частотное планирование при прохождении ПБС через ПЗО осуществляют при помощи динамического частотного планирования (фиг.1 «Схема частотного планирования с использованием динамического частотного плана в ПЗО») или используют частотный коридор (фиг.2). Сущность динамического частотного планирования (фиг.1) заключается в переназначении частотных каналов ПБС 6 по мере ее продвижения по маршруту 7 относительно стационарной сети сотовой связи в зависимости от присутствия паразитной интерференции. Сущность использования частотного коридора (фиг.2) заключается в таком частотном планировании стационарной сети мобильной связи, чтобы ее частотные каналы не вызывали паразитной интерференции по всему пути следования 7 ПБС 6, то есть интерферирующие частоты назначают с необходимым защитным интервалом от утвержденного маршрута следования (частотного коридора) ПБС.
Частотное планирование при прохождении ПБС через НПЗО осуществляют при помощи частотного коридора (фиг.3 «Схема частотного планирования с использованием частотного коридора в НПЗО»), представляющего собой утвержденный маршрут 7 перемещения ПБС 6, на территории которого разрешено использовать частоты, закрепленные за ПБС.
Частотное планирование при прохождении ПБС через ЧПЗО осуществляется в зависимости от условий распространения и уровня сигнала СБС обслуживающих ЧПЗО и обстановки, используют динамическое частотное планирование или организуют частотный коридор (фиг.4 «Схема частотного планирования с использованием частотного коридора в НПЗО»).
Примеры практического использования способа частотного планирования в системах мобильной связи.
Пример 1. Осуществляли частотное планирование (распределение частотного ресурса) при перемещении ПБС через территорию, покрытую сетью сотовой связи, при помощи динамического частотного планирования.
1
38
Перемещали ПБС 6 с зоной действия R1, поддерживающей весь спектр частот сети от f до f, по маршруту 7 через зоны действия стационарных базовых станций 1, 2, 3, 4, 5 внутри одной сети (фиг.1). Когда ПБС 6 входила зону 1, соты ПБС 6 в этой зоне воспринимались как соседние, аналогичные стационарным БС, и абоненты, находящиеся в зоне действия обоих станций, по мере загруженности стационарной базовой станции зоны 1 автоматически, под управлением контроллера 8, связанного со всеми стационарными и подвижными базовыми станциями соединительными линиями 9, переключались на свободные каналы ПБС 6. Когда ПБС 6 продолжала движение к зоне 2, контроллер 8 оценивал уровень отношения сигнал/помеха, (в данном случае уровень сигнала в зоне стационарной базовой станции 2 с сигналом от ПБС 6.) и, в случае необходимости, методом подбора изменял номер частотного канала ПБС 6 так, чтобы отношение сигнал/помеха в зоне действия базовой станции 2 был в допустимых пределах (в фиг.1 номер частотного канала ПБС 6 с 135 сменялся в зоне 2 на частотный канал 122).
По мере продвижения ПБС 6 из зоны 1 в зону 2 уровень мощности излучения ПБС 6 для абонентов зоны 1 снижался из-за постоянного ее удаления, и абоненты автоматически без нарушения связи переключались на соты с наибольшим уровнем сигнала в зоне 1. Таким образом, абоненты не замечали удаление ПБС 6 из зоны 1.
22
2
В зоне 2 происходило аналогичное введение и удаление ПБС 6, так как на контроллере 8 все сектора ПБС 6, имеющие уникальные номера, вносились в список соседних сот для всех секторов стационарных базовых станций по пути следования. Ввиду того, что оценка отношения сигнал/шум контроллером базовых станций 8 происходила постоянно, то изменение частотного канала происходило по мере необходимости в случае, если данное отношение не отвечало установленным требованиям. И в случае необходимости (фиг.1), как указано для зоны 3, происходила повторная замена излучаемого частотного канала с канала f на канал f.
При дальнейшем перемещении ПБС 6 по установленному маршруту 7 через соты 3, 4, 5, происходили вышеописанные операции до тех пор, пока ПБС 6 не покидала зону, покрытую сотами, аналогичными сотам 1, 2, 3, 4, 5. Ввиду того, что отношение сигнал/шум в зонах 3, 4, 5 (фиг.1.) при движении через них ПБС 6, находился в допустимых пределах, в изменении частотных каналов на ПБС 6 необходимости не было.
Пример 2. Осуществляли частотное планирование (распределение частотного ресурса) при перемещении ПБС через территорию, покрытую сетью сотовой связи, при помощи частотного коридора (фиг.2).
1
38
Перемещали ПБС 6 с зоной действия R1, поддерживающей весь спектр частот сети от f до f, по маршруту 7 через зоны действия стационарных базовых станций 1, 2, 3, 4, 5 внутри одной сети.
Когда ПБС 6 входила зону 1, соты ПБС 6 в этой зоне воспринимались как соседние, и абоненты, находящиеся в зоне действия обоих станций, по мере загруженности стационарной базовой станции зоны 1 автоматически, под управлением контроллера 8, связанного со всеми стационарными и подвижными базовыми станциями соединительными линиями 9, переключались на свободные каналы ПБС 6.
По мере продвижения ПБС 6 из зоны 1 в зону 2 уровень мощности излучения ПБС 6 для абонентов зоны 1 снижался из-за постоянного ее удаления, и абоненты автоматически без нарушения связи переключались на соты с наибольшим уровнем сигнала в зоне 1. Таким образом, абоненты не замечали удаление ПБС 6 из зоны 1.
В зоне 2 происходило аналогичное введение и удаление ПБС 6 ввиду того, что на контроллере 8 все сектора ПБС 6, имеющие уникальные номера, вносились в список соседних сот для всех секторов стационарных базовых станций по пути следования.
Оценка соотношения сигнал/шум контроллером 8 не производится, так как частотный план составлен таким образом, что по всему пути следования ПБС 6 с радиусом действия R1 в стационарной сети не используются (или используются с достаточным защитным интервалом) частотные каналы, которые могут вызвать паразитную интерференцию (на фиг.2 для ПБС 6 назначен частотный канал №2, который по всему пути следования ПБС 6 в стационарной сети не используется).
Пример 3. Осуществляли частотное планирование (распределение частотного ресурса) при перемещении ПБС через территорию, непокрытую сетью сотовой связи, при помощи создания частотного коридора, (фиг.3).
Перемещали ПБС 6 с зоной действия R1 по непокрытой зоне обслуживания, например морю 11. Для этого утверждали маршрут 7 перемещения ПБС 6 с зоной действия R1, на котором оценивали частотную ситуацию, т.е. номиналы частот и мощности сигналов других передатчиков, работающих в зоне прокладки маршрута 7. Затем в зависимости от ситуации изменяли радиус зоны действия R1 ПБС 6, таким образом получали частотный коридор 10, в котором работала ПБС 6 с изменяемым радиусом действия R1 (то есть с регулируемой мощностью излучения на неизменной частоте).
Во избежание отрицательных влияний ПБС 6 вводили в режим работы в частотном коридоре, когда она полностью покидала ПЗО. Когда ПБС 6 вновь приближалась к ПЗО ее выключали, или во избежание отрицательных воздействий со стационарными БС в ПЗО снижали мощность в зоне устойчивой связи стационарной сети 13. В случае кратковременного прохождения вдоль зоны действия стационарной сети 12 осуществляли динамическое частотное планирование.
Связь ПБС 6 с наземной сетью осуществляли при помощи ретрансляций с использованием космических каналов или при помощи высотных атмосферных платформ, или наземных радиорелейных линий.
Пример 4. Осуществляли частотное планирование (распределение частотного ресурса) при перемещении ПБС через территорию, частично покрытую сетью сотовой связи при помощи динамического частотного планирования и (или) создания частотного коридора.
Перемещали ПБС 6 с зоной действия R1 через территорию 14 (фиг.3), на ней существовали участки 15, которые ввиду различных причин не были покрыты сотами мобильной системы связи.
ПБС 6 включали в соте 1, в случае наличия у ПБС 6 частот, создающих паразитную интерференцию для стационарной сети, происходил динамический подбор частот. Когда ПБС 6 входила зону 1, соты ПБС 6 в этой зоне воспринимались как соседние для стационарной сети, и если отношение сигнал/помеха между сотами ПБС 6 и СБС не удовлетворяли требованиям в данной зоне, то под управлением контроллера 8 происходила замена частот. Перебор сменяемых частот происходил до тех пор, пока соотношение сигнал/шум не удовлетворяла требуемым условиям (см. пример 1).
В случае, когда не было необходимости в дополнительных каналах в зоне 1, ПБС в ней не включали. И включали ПБС 6 только на участке 15.
При переходе ПБС 6 в участок 15, который ввиду различных причин система сотовой связи не обслуживала или обслуживала, но с неприемлемым качеством, утверждали маршрут 7 перемещения ПБС 6. Ввиду отсутствия интерферирующих частот на участке 15 в изменении частотных каналов для ПБС 6 не было необходимости. ПБС 6 с радиусом действия R1 обеспечивала мобильной связью территорию по маршруту 7.
Связь ПБС 6 с наземной сетью при перемещении через участок 15 осуществляли при помощи ретрансляций с использованием либо космических каналов, либо с использованием высотных атмосферных платформ или наземных радиорелейных линий.
Когда ПБС 6 приближалась к новому участку 16, в котором обслуживание абонентов осуществляли с приемлемым качеством стационарной сетью, ПБС 6 выключали или переводили в режим динамического частотного распределения под управлением контроллера 8.
Данный способ позволяет увеличить зону действия наземных сетей мобильной связи и повысить качество обслуживания абонентов сетей электро- и радиосвязи.