Благодаря совместному использованию LTE 1800 и LTE 2600 увеличилась емкость сети, улучшилось распространение и проникновение сигнала.
Что говорит Yota?
Федеральный мобильный оператор Yota объявил о начале предоставления услуги LTE 1800 для клиентов. Благодаря совместному использованию LTE 1800 и LTE 2600 увеличилась емкость сети, а также улучшилось распространение и проникновение сигнала. С момента начала использования LTE 1800 покрытие сети существенно улучшилось в Москве, Санкт-Петербурге, Московской и Ленинградской областях. Кроме того, изменения коснулись Саратовской, Амурской, Рязанской, Владимирской и Курской областей, а также республики Дагестан и других субъектов РФ.
«Совместное использование LTE 1800 и 2600 сделало сеть мощнее. Если раньше внутри некоторых зданий, а также в удаленных районах сигнал был слабым, то сейчас нашим пользователям доступно более качественное покрытие сети. Это стало возможным благодаря тому, то LTE-1800 дает хороший и устойчивый сигнал внутри помещений, а также улучшенную емкость и скорость передачи данных», - говорит директор по информационным технологиям Yota Андрей Богданов.
На данный момент в Москве и Московской области более половины устройств, зарегистрированных в сети Yota, поддерживают LTE 1800. Развитие 4G в диапазоне 1800 Мгц стало возможным благодаря использованию мобильным оператором Yota объединенной сети ПАО «МегаФон» и ООО «Скартел».
Что такое LTE 1800 и LTE 2600?
Сети LTE в разных странах работают на разных частотах, причем чаще всего на территории государства используется сразу несколько диапазонов. В России и Европе чаще всего это band 3 (LTE 1800), band 7 (LTE 2600), band 20 и band 38. Разница между ними не только в названии и частоте, используемый «бэнд» является одним из факторов, определяющих скорость передачи данных. Например, в случае с Band 3 для канала в 10 МГц скорость передачи данных составит 75 Мбит/с, а максимальная ширина канала 40 МГц в частотном диапазоне 2600 МГц (Band 7) обеспечит до 300 Мбит/с. Кроме того, технология LTE-Advanced подразумевает возможность объединения частотных диапазонов для ускорения передачи данных. В таком случае скорости Band 3 и Band 7 суммируются.И все-таки, что лучше - LTE 1800 или LTE 2600?
Если отталкиваться лишь от скорости передачи данных, то для пользователя более предпочтительным будет частотный диапазон 2600 МГц (Band 7). Однако на самом деле выбирать приходится между скоростью и качеством сигнала. Площадь действия базовой станции, работающей на частотах 1800 МГц, в четыре раза больше, чем у оборудования в 2500-2700 МГц и требует меньшего количества вышек для качественного покрытия территории. Кроме того, сигнал LTE 1800 лучше проникает в закрытые помещения, чем у базовых станций, работающих в более высоких диапазонах. Получается, что в сети LTE 2600 интернет работает быстрее, а LTE 1800 обеспечивает более устойчивый уровень сигнала, особенно, когда пользователь находится в помещении. Благодаря совместному использованию LTE 1800 и LTE 2600 компанией Yota клиенты теперь могут получать преимущества сразу двух частотных диапазонов и более высокое качество мобильного интернета, что особенно актуально в крупных городах с большой нагрузкой на сети.А вдруг мой смартфон не поддерживает Band 3 или Band 7?
Практически все актуальные модели смартфонов, которые были сертифицированы для России и Европы, поддерживают оба частотных диапазона. Впрочем, даже если у вас старая модель или смартфон предназначен для другого рынка, чаще всего LTE будет работать хотя бы в одном из частотных диапазонов. Производители мобильных устройств стараются одновременно поддерживать как можно больше «бэндов» сетей четвертого поколения, чтобы смартфоны в роуминге не были ограничены в использовании мобильного интернета. Исключение составляют разве что другие типы мобильной связи, например, некоторые операторы США и Японии, где используется стандарт связи CDMA.С GSM сетью, с которой начиналась сотовая связь, все оказалось просто. У нее всего несколько частотных диапазонов. И практически любой телефон поддерживает все частотные диапазоны. Но в сетях 4G дела обстоят иначе. Четвертое поколение сотовых сетей (логическое продолжение CDMA и UMTS). Скорость передачи данных в сетях LTE должна быть на уровне примерно 173 Мбит/с (прием) и 58 Мбит/с (передача). Сеть стала быстрей, следовательно, инженеры что-то доработали и усложнили.
В LTE сетях (высокоскоростной интернет) существует множество частотных диапазонов (можно сказать, высокочастотных). Но в России, как сказано на сайте Связного, используется всего три диапазона частот: "В России LTE работает в диапазонах Band 7 (2600 МГц FDD), Band 38 (2600 МГц TDD) и Band 20 (800 МГц FDD)."
Таблица всех диапазонов частот 4G LTE, которые существуют (скопируйте в строку браузера адрес, удалив скобки с содержащимся русским текстом):
http://(убери Эти Скобки И Рус Буквы)hostingkartinok.(убери Эти Скобки И Рус Буквы)com/show-image(убери Эти Скобки И Рус Буквы).php?id=19d7a4f37a7dac9b164fe827aa32494b
Но в РФ, как всегда, есть проблемы:
1) Один оператор в разных регионах может использовать разные частотные диапазоны. Например, купил пользователь телефон с поддержкой band 7 в одном регионе для МТС, поехал в другой регион, а там в диапазоне band 7 работает совсем другой оператор. И телефон в 4G сети работать не станет.
2) В РФ может использоваться больше частотных диапазонов, и телефон, который теоретически не должен работать, будет работать хорошо. Поэтому нужно всегда перед покупкой УЗНАТЬ У ОПЕРТОРА, какие сети есть в конкретном населенном (-ых) пункте (-ах).
Например, в одном из регионов МТС сообщил, что использует 4 частотных диапазона.
Список диапазонов частот, используемых МТС:
LTE Band 7 - 2500-2570 МГц 2620-2690 МГц
LTE Band 20 - 832-862 МГц 791-821 МГц
LTE Band 38 - 2570..2620 МГц
LTE Band 3 - 1710-1785 МГц 1805-1880 МГц
Первую часть дела выполнили - позвонили (написали электронное письмо) оператору и узнали частотные диапазоны для своего места/мест пребывания. Теперь можно приступить к выбору мобильного телефона с поддержкой 4G LTE.
Возьмем для примера с сайта aliexpress.com телефон Yota Yotaphone 2. В характеристиках указано, что он имеет две модификации:
YD201:
Android 5.0
WCDMA 850/900/1900/2100 МГц
FDD-LTE B3/частично поддерживается (B7/B20)
YD206:
Android 4.4 Система
Band: GSM 850/900/1800/1900 МГц
WCDMA 850/900/1900/2100 МГц
FDD-LTE B1/B3
Мы видим, что модель YD201 поддерживает "FDD-LTE B3/частично поддерживается (B7/B20)" бОльшее количество частотных диапазонов (3 из 4-х), которые используются у оператора МТС в некотором регионе. Это значит, что модель YD201 для покупки более предпочтительна. А модель YD206 из стандартов МТС для некоторых регионов поддерживает всего один диапазон частот - band 3, который, кстати, не входит в стандарты РФ. Band 1 является бесполезным. Модель YD206 будет работать только в тех населенных пунктах, где поддерживается band 3 - БУДЕТ РАБОТАТЬ НЕ ВЕЗДЕ или вообще не будет работать.
4G
LTE band 1 (2100), 2 (1900), 3 (1800), 4 (1700/2100), 5 (850), 8 (900), 13 (700), 17 (700), 19 (800), 20 (800), 25 (1900)- A1533 GSM, A1533 CDMA
LTE band 1 (2100), 2 (1900), 3 (1800), 4 (1700/2100), 5 (850), 8 (900), 13 (700), 17 (700), 18 (800), 19 (800), 20 (800), 25 (1900), 26 (850)- A1453
LTE band 1 (2100), 2 (1900), 3 (1800), 5 (850), 7 (2600), 8 (900), 20 (800) - A1457
LTE band 1 (2100), 2 (1900), 3 (1800), 5 (850), 7 (2600), 8 (900), 20 (800), 38 (2600), 39 (1900), 40 (2300) - A1530
Видно, что модель А1530 iPhone 5s поддерживает диапазоны band 3/7/20/38 - данная модификация идеально подходит для использования в России в сети МТС для определенного региона. Также в случае автора допустимо использовать модель A1457 iPhone 5s, которая поддерживает band 3/7/20 - 3-ри диапазона из 4-х.
В общем, алгоритм действий, если кратко, выглядит так: 1) выясняем у оператора диапазоны частот LTE, которые используются в месте пребывания пользователя; 2) выбираем телефон, который поддерживает максимальное число нужных диапазонов частот. Всё! Наслаждаемся высокоскоростным интернетом!
В виде бонуса далее следует информация об упрощенном варианте. Но в следующем способе есть недостаток - некоторые модели телефонов проверяются НЕ ДОСТОВЕРНО, А ЛОЖНО. То есть на следующем методе можно ОБМАНУТЬСЯ (ввести себя в заблуждение). Хотя iPhone 5s можно проверить очень легко. На его примере разберем следующий способ.
1) Переходим на сайт http://willmyphonework.net/
2) В строке "Brand" выбираем марку, например, "Apple"
3) В строке "Model" выбираем модель, например, "iPhone 5s"
4) В строке "Sub Model" выбираем версию модели, например, "A1457 GSM"
5) В строке "Country" выбираем "Russia"
6) В строке "Carriers" выбираем оператора, например, "MTS"
7) Кликаем по кнопке "Search"
8) Видим зеленую галочку и поддерживаемые диапазоны частот для "Apple iPhone 5s A1457 GSM Russia MTS": "4G LTE Network: Band20-800MHz, Band3-1800MHz, Band7-2600MHz"
Повторимся, что данный метод может позволить ОБМАНУТЬ себя (не специально, но суть объясняется далее)! Если то же самое проделать с телефоном Yota Yotaphone 2, то найти несовместимую с российскими LTE сетями модель YD206 не получится. Нет ее в базе. В базе есть YD201 - совместимая с российскими LTE сетями. Поэтому сайт willmyphonework.net для Yota Yotaphone 2 показывает абсолютную совместимость в сети МТС для определенного региона. Но если пользователь купит YD206, то он работать не будет, хоть сайт и показал хорошую совместимость с LTE РФ. Потому что сайт показал хорошую совместимость не для YD206 (в базе сайта нет), но для YD201 (в базе сайта есть). ОБРАТИТЕ НА ЭТОТ НЮАНС ВНИМАНИЕ!!!
В настоящий момент технология LTE активно развивается и внедряется в уже имеющиеся сети. Однако остается вопрос, - поддержка диапазонов LTE что это такое? Ведь данная технология, как собственно и любая другая технология беспроводной связи имеет свои частотные диапазоны, в которых работают только определенные мобильные устройства.
Изначально стандарт LTE разрабатывался как очередное поколение беспроводной связи – 4G, которое наконец-то положит конец конкуренции миров CDМА и UMTS. Помимо этого данная технология должна была предоставить операторам мобильной связи строить действительно единую сеть, которая не имеет значительной разницы в архитектуре построения сетей. Изначально планировалось, что все абонентские мобильные устройства, оснащенные модулями LTE, должны быть унифицированными. То есть они должны иметь возможность работать в большинстве диапазонов LTE. При этом поддержка LTE большинством мобильных устройств позволяла бы пользователю, даже не вдаваясь во все секреты и тонкости различий между технологиями мобильной связи 2G b 3G, использовать свое устройство, путешествуя по разным странам, и даже континентам.
Однако в настоящий момент с данной целью не все так гладко, как хотелось бы, хотя, конечно, успехи в осуществлении универсализации экосистемы LTE можно заметить уже сегодня.
1. Диапазоны LTE что это
Для того, чтобы интегрировать данную технологию и создать единую экосистему, LTE от предшествующих поколений связи досталось крайне запущенное наследство. Все дело в том, что в международной отраслевой организации IТU (то есть международный союз электросвязи) имеется два партнерства – 3GPP (3 Gеnеrаtion Раrtnership Рrоjесt), а также 3GPP2. Задачей этих партнерств является разработка и стандартизация двух технологий сотовой связи, которые конкурируют между собой. Этими технологиями являются:
- СDМА2000. Данная технология имеет полосу частот 1,25 МГц (3GPP2);
- Wideband СDМА. WСDМА имеет ширину полосы в 5 МГц. Эта технология имеет еще одно название – UMTS. Спецификации для данной технологии разрабатывает 3GPP.
Таким образом, мир третьего поколения разделился на две части:
- Сети CDMA2000 пользуются широким распространением на западе, в частности в США, а также в странах ЮВА, в особенности в таких странах как:
- Япония;
- Южная Корея;
- Китай;
- Малайзия;
- Сингапур.
- Сети WCDMA, наиболее известны под названием UMTS, наиболее распространены в Ближнем Востоке, Африке, а также Европе.
Конечно же, общепринятые частотные диапазоны, в которых работают эти технологии третьего поколения, различные между собой. Технология CDMA2000 работает в частотах от 450 МГц до 2100 МГц. В зависимости от страны могут использоваться следующие частоты:
- 450 МГц;
- 800 МГц;
- 1700 МГц;
- 1900 МГц;
- 2100 МГц.
Сетям WCDMA (UМТS) отведены следующие частоты (в зависимости от сраны):
- 900 МГц;
- 1800 МГц;
- 2100 МГц.
Стоит отметить, что подавляющее большинство российских мобильных операторов «большой тройки» строят сети 3G именно в европейском стандарте UMTS. При этом технология CDMA не получила в России большого распространения. Самым крупным отечественным оператором является «Скай Линк», абонентская база которого составляет немногим больше 1,3 млн. абонентов.
Изначально четвертое поколения мобильной связи задумывалось для того, чтобы раз и навсегда разрушить этот технологический «феодализм», а также для того, чтобы создать единое мировое телекоммуникационное поле. Именно поэтому, благодаря новой технологии OFDМ, плоской архитектуре SAE, а также принципу Аll IР, возможности работать в любых частотных диапазонах (включительно от 450 МГц, до 4,9 ГГц) технология LTE является единой линией эволюции для СDМА2000 и UМТS. При этом частотные полосы LTE заключаются в пределах от 1,25 МГц до 20 МГц – хотя, конечно, чем больше, тем лучше. В действительности это означает, что все равно, рано или поздно подавляющее большинство имеющихся на сегодняшний день традиционных сотовых операторов мира окажутся именно в LTE, независимо от их желаний.
2. Основные диапазоны LTE в мире
В настоящий момент вся экосистема LTE стоит в самом начале своего развития, она только формируется. Но при помощи ведущих производителей операторского оборудования, данная отрасль уже пришла к пониманию того, что уже сейчас необходимы несколько общих диапазонов.
Таким образом, по результатам исследований Informa Тelecom & Меdia среди 150 мобильных операторов в 50 странах мира, главные частоты LTE – 700-800 МГц, 1800-2100 МГц, а также 2500-2600 МГц. При этом большая часть мобильных операторов заявили, что начальное развитие беспроводной сети LTE планируется именно в диапазоне 2600 МГц. Это объясняется тем, что именно этот диапазон остается свободным от конкурирующих технологий в большинстве стран мира, хотя он и не является экономически выгодным со стороны стоимости установки 4G связи.
США и здесь отличились, на протяжении вот уже нескольких сотен лет эта страна стремиться доказать свою независимость от Европы. Главным диапазоном в этой стране для построения LTE сетей признан 700 МГц. Но, это решение было принято неспроста, ведь строить мобильную сеть в данном диапазоне существенно дешевле, нежели в верхних частотах. Так что в этом плане, они, конечно же, молодцы.
3. LTE 450 в Костромской области: Видео
Однако все же принято, что диапазон 2500-2600 МГц – это наиболее оптимальный диапазон частот для строительства LTE-сетей в городах, имеющих интенсивное потребление трафика. Радиус покрытия такой базовой станции (БС), из-за некоторых спецификаций распространения радиоволн, крайне мал, он составляет 200-300 метров. Из-за этого ковровое покрытие БС, которые работают в высоких частотах, на первых этапах развития просто невозможно.
Стоит понимать, что любая сеть LTE сразу после запуска, а также в ближайшие несколько лет будет развернута по принципу хот-спотов. Экономика в этом предельно проста: чем выше частотный диапазон сети, тем больше необходимо базовых станций для того,чтобы покрыть территорию. По этой причине, именно низкие частотные диапазоны получают все большее распространение.
К примеру, в Германии все три главных мобильных оператора с радостью заполучили частотный диапазон 800 МГц, и успешно строят свою сеть четвертого поколения. В данном случае, радиус действия базовой станции является в два, а то и в три раза больше, в сравнении с верхними частотами.
Но в этом случае появляется другая проблема – из-за такого радиуса действия в область покрытия попадает гораздо больше потенциальных абонентов, при этом предельная скорость доступа, которая ограничена максимальными способностями технологии (к примеру, представим, что скорость составляет 100 Мбит/с на каждую область БС), делится сразу на всех. Именно по этой причине здесь вступает в силу другой закон – чем больше радиус покрытия базовой станции, тем больше абонентов и, соответственно, ниже скорость передачи данных в расчет на каждого отдельно взятого абонента.
Однако операторы мобильной связи уже давно решили эту проблему. Они научились сочетать низкие и высокие частоты. К примеру, для сельской местности, где проживает малое количество абонентов, при этом они занимают большую территорию, идеально подойдут сети, работающие в низких диапазонах. При этом в больших и густонаселенных городах строятся сети в высоких диапазонах. Это означает, что именно за такими двухдиапазонными сетями LTE и стоит будущее мобильной связи.
1. Частотный спектр для сетей LTE
На сегодняшний день большая часть сетей LTE работает в парном спектре в режиме FDD (Frequency Division Duplex) - частотный разнос входящего и исходящего канала, при котором прием и передача сигнала происходят на разных частотах), но интерес к сетям LTE TDD продолжает расти –так, все больше стран, внедряющих технологию LTE, которые поддерживают режим TDD (Time Division Duplex) - прием и передачи сигнала происходят на одной частоте, но с разделением по времени. Технология лучше всего подходит для приложений, имеющих несимметричный трафик.
Всего под технологию LTE выделено более 40 диапазонов частот (bands), при этом использование спектра для LTE имеет региональные особенности. Например, в США наиболее популярными являются диапазоны 700 МГц (в основном, band 13 и band 17) и AWS (AWS band (Advanced Wireless Services band) – парные частоты в диапазонах 1710-1755 МГц (передача) и 2110-2155 МГц (прием))(1,7/2,1 ГГц), в Европе – диапазоны 1800 МГц (band 3) и 2600 МГц (band 7), в перспективе – 800 МГц (band 20). В Японии первые запуски LTE состоялись в диапазоне 800/850 МГц; 1,5 ГГц; 1,7 ГГц и 2,1 ГГц (в зависимости от оператора); также был выделен диапазон 700 МГц (APT700) для запуска будущих сетей LTE.
Большой интерес в мире связан с рефармингом частот GSM для их использования в сетях LTE. В особенности это касается диапазона 1800 МГц, а в некоторых случаях – 900 МГц. При этом большинство регуляторов одобряет технологически нейтральный подход, при котором операторы могут использовать имеющиеся у них частоты вне зависимости от конкретной технологии.
В целом, наиболее распространенным в мире диапазоном остается 1800 МГц (band 3) – его используют 43% коммерческих сетей LTE FDD. Следующие по популярности диапазоны – это 2,6 ГГц (band 7) и 800 МГц (band 20), в них работают 30% и 12% LTE-сетей, соответственно.
Рис.1. Наиболее популярные используемые частоты в сетях LTE (данные на 2014 год)
В условиях дефицита частот для LTE в отрасли поднимается вопрос об использовании дополнительных диапазонов частот. В июле 2013 года Консорциум 3GPP завершил стандартизацию технологии LTE для диапазона 450 МГц, что дает возможность операторам (в том числе в России), имеющим такие частоты, разворачивать сети LTE в этом диапазоне. Использование низких частот при строительстве сетей мобильной связи позволяет существенно экономить на строительстве сетей, поскольку для обеспечения покрытия одной и той же площади требуется значительно меньшее количество базовых станций, чем в случае использования высоких частот (например, 2,6 ГГц). Использование низкочастотных диапазонов (450, 700 и 800 МГц) актуально для покрытия территорий с низкой плотностью населения, где не требуется высокая емкость сетей, достигаемая при использовании высоких частот.
2. Частоты для сетей LTE в России
В России по состоянию на конец первого квартала 2014 г. в коммерческую эксплуатацию запущены LTE-сети в 58 субъектах РФ. В подавляющем большинстве регионов сети запущены в парном спектре (LTE FDD) в диапазоне 2600 МГц (band 7), за исключением сетей LTE TDD - МТС в Москве (2600 МГц, band 38) и «Вайнах Телеком» в Чеченской Республике (2,3 ГГц, band 40).
Кроме того, компания «Основа Телеком» разворачивает сети LTE TDD в диапазоне 2,3 ГГц (band 40), в котором компания обладает большим частотным ресурсом - от 70 до 100 МГц, в зависимости от региона.
По итогам конкурса состоявшемся в 2012 года, «Ростелеком», МТС, «МегаФон» и «ВымпелКом» получили LTE-лицензии в нижнем (720-790 МГц, 791-862 МГц) и верхнем (2500-2690 МГц) диапазонах. Каждый из победителей получил по 2 полосы в верхнем диапазоне шириной в 10 МГц и 7,5 МГц – в нижнем. Верхний спектр частот является относительно свободным и пригодным для развития LTE-сетей, а нижний – преимущественно занят силовыми структурами и системами радионавигации и радиолокации и требует проведения конверсии.
Рис.2. Основные диапазоны частот для построения сети LTE в России
3. Особенности использования верхних и нижних частот для LTE
Развитие LTE на частоте 1800 МГц в среднем на 60% экономичнее, чем строительство сетей в высокочастотных диапазонах. Использование этого диапазона позволяет сократить время выхода технологии LTE на рынок и ускорить его развитие. В более выгодном положении окажутся те компании, которые смогут провести рефарминг для нижних частот 800-900 МГц, где развертывание сетей LTE в несколько раз дешевле, чем в диапазонах выше 2 ГГц.
Развертывание сетей в низкочастотной области спектра более привлекательно с точки зрения затрат и оптимально подходит для покрытия районов с низкой плотностью населения (пригороды и сельские районы). Низкие частоты, по сравнению с высокими, обеспечивают существенно лучшее проникновение внутри зданий и большую площадь покрытия, что, с одной стороны, позволяет обеспечить связью большие территории, а с другой – серьезно ограничивает плотность базовых станций и обостряет проблему внутрисистемной интерференции.
Высокие частоты отлично подходят для построения систем LTE в регионах с высокой плотностью населения, где требуются высокие скорости передачи данных. Однако если работать только в высокочастотном диапазоне, то неизбежно возникают проблемы с радиопокрытием. Фемтосоты, установленные в местах с высокой концентрацией абонентов (трафика) и в помещениях, помогают уменьшить «теневые» зоны в покрытии. Фемтосоты необходимы для улучшения покрытия сети на первых этажах зданий, в подвальных помещениях и на складах, а также для решения абонентских проблем, связанных с перегрузкой сети в часы пик.
Возможность использовать комбинацию из двух диапазонов (высокого и низкого) - залог объемного покрытия и обеспечения необходимой емкости в местах, где трафик особенно востребован. Для улучшения покрытия внутри зданий рекомендуется использовать фемтосоты.
4. Повторное использование частот
Технология LTE в отличие от технологии GSM обеспечивает каждой базовой станции сети возможность выборочно выделять полосы частот и мощность пользователям в зависимости от их расположения в соте.
При этом могут использоваться различные модели повторного использования полос частот и, соответственно, появляется возможность максимизировать пропускную способность соты при выполнении требований к качеству радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов базовой станции.
Рассмотрим следующие модели повторного использования полос частот:
- Полное повторное использование полос частот каналов
- Жесткое повторное использование полос частот каналов
4.1. Полное повторное использование полос частот каналов
Полным повторным использованием полос частот каналов называют вариант, когда вся полоса частот полностью используется каждой сотой независимо от местоположения абонентов в соте.
Распределение ресурсных блоков в этом случае осуществляет планировщик базовой станции. Расписание о распределении ресурсов базовая станция сообщает абонентским станциям по специальному управляющему каналу.
При этом возникают проблемы с межсотовой интерференцией, которое требует динамического назначения полос частот. В LTE динамическая координация для уменьшения интерференционной связи между сотами. Поддерживается специфицированной 3GPP сигнализацией между базовыми станциями (X2 интерфейс).
Применение полного повторного использования полос частот нецелесообразно с точки зрения абонентской емкости. Так как растет объем служебной информации, необходимой для динамической диспетчеризации.
4.2. Жесткое повторное использование полос частот каналов
Жестким повторным использованием полос частот каналов называют вариант, когда вся полоса частот разделена на фиксированное количество полос, которые выделяются сотам в соответствии с некоторой определенной моделью повторного использования (по аналогии с GSM).
Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Пример построения сот при использовании трех частот F1 – F3 представлен на рис.4.1.
Рис.4.1. Пример построения сот для трех частот
Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рис.2.2.1, например, размерность кластера равна трем.
Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организации повторного использования частот, который применялся в аналоговых системах сотовой подвижной связи первого поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений.
Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое «защитным интервалом». Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.
Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции назначается набор из т каналов с шириной полосы каждого E, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:
F c =E*m*C (1)
Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот.
Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки.
Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R), Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала D, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.
Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот. В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°.
Мягким повторным использованием полос частот каналов называют вариант, когда вся полоса частот разделена на фиксированное количество полос.
Для каждой соты одна из этих полос выделена абонентам, находящимся на границе соты, а остальные полосы используются абонентами, находящимся вблизи базовой станции. Пример мягкого повторного использования частот представлен на рис.4.2.
Рис.4.2. Мягкое повторное использование полос частот каналов
4.4. Дробное (Fractional Frequency Reuse) повторное использование полос частот каналов
Рис.4.3. Дробное повторное использование полос частот каналов
При дробном повторном использовании полос частот каналов для обслуживания абонентов, которые находятся вблизи базовой станции используется общая полоса частот. Другие возможные полосы используются абонентами удаленными от базовой станции (находящимися на краю соты).
В сетях LTE используют только дробное и мягкое повторное использование полос частот каналов, поскольку данные технологии, при правильном планировании позволяют увеличить емкость сети.
Материал подготовил
