Технология размещения базовых станций связи стандарта DCS-1800

приемников БС стандарта GSM и выше 914 МГц для приемников БС стандарта CDMA и D-AMPS определяются как полосы out-band.

В таблице 3.4 приведены уровни блокирования приемника.

Таблица 3.4 – Уровни блокирования приемника

Тип полосы	Величина расстройки , кГц	Уровень блокирования приемника, дБм
In-band	600 ≤< 800	-38
	800 ≤ < 1600	-33
	1 600 ≤ < 3000	-23
	3000 ≤	-23
Out-band	-	0

Уровень чувствительности приемника МС к интермодуляции третьего порядка составляет -43 дБм.

3.2 Общие алгоритмы определения выполнения условий ЭМС

3.2.1 Критерии выполнения условий ЭМС в системах подвижной связи

Среди большого количества критериев, которыми можно пользоваться при анализе ЭМС РЭС для целей настоящего исследования наиболее подходящими являются энергетические критерии, которые для их использования предполагают расчет величин помехи и сигнала и сравнение их с величинами защитных отношений рассчитанных для данного сочетания взаимодействующих сигналов. На основании энергетических критериев возможно получение величин необходимого пространственного разнесения между взаимодействующими РЭС. Решение о выполнении условий ЭМС будет приниматься, если отношение сигнал / помеха на входе демодулятора приемника мобильной или базовой станции будет превышать величину 9 дБ. Эта величина рекомендуется в качестве основной для стандарта GSM.

3.2.2 Модели затухания сигналов на трассах распространения

При использовании энергетических критериев оценки ЭМС важным моментом является расчет затухания на трассе распространения радиоволн. В качестве модели распространения целесообразно выбрать модель распространения на трассах прямой видимости при расчете затухания между базовыми станциями различных сетей. Для трасс БС-МС и МС-МС целесообразно выбрать модель Хата. При расчетах величин затуханий будем определять медианные значения затуханий. Высоту поднятия антенн базовых станций для всех случаев будем принимать равной 50 метрам, а мобильных станций -1,5 метрам. Затухание в свободном пространстве определяется из формулы

, (3.1)

где d – расстояние;

– длина волны, выраженные в одинаковых величинах.

Для частоты 900 МГц формулу (3.1) можно преобразовать в следующую

, (3.2)

где R – расстояние, выраженное в километрах.

Для обозначения величины затухания между базовыми станциями в дальнейшем будем использовать выражение .

Напряженность поля, создаваемая передатчиком с эффективной изотропно излучаемой мощностью 1 кВт, выраженная в децибелах относительно 1 мкВ/м может быть определена формулой

,(3.3)

где – частота в мегагерцах;

– высота подъема антенны базовой станции в метрах

– высота подъема антенны мобильной станции в метрах R – расстояние в километрах

.

Так как нас интересуют эффекты, происходящие в приемниках при поступлении на их входы больших сигналов, что возможно только при близком расположении РЭС, то в качестве коэффициента b выберем значение равное 1, что в соответствии с требованиями рекомендации Р.529–3 справедливо для расстояний меньших 20 км.

С учетом принятых для расчетов исходных данных, а именно f=900 МГц, =50 м, =1,5 м, формула (3.3) упростится

. (3.4)

Для определения величины затухания на трассе распространения необходимо использовать формулу пересчета, приведенную в Рекомендации ITU-R PN.525–2, которая определяет величину мощности принятую изотропной антенной по известной напряженности поля созданного передатчиком с изотропно излучаемой мощностью равной 1 кВт.

, (3.5)

где Р – мощность принятая изотропной антенной в дБВт;

Е – напряженность поля в дБ (мкВ/м);

– частота в ГГц

Принимая во внимание, что в (3.5) используется напряженность поля создаваемая передатчиком с ЭИИМ 1 кВт выражение для затухания сигнала на трассе распространения можно записать как

. (3.6)

Под обозначением Lbs-ms в дальнейшем будем понимать затухание на трассе распространения между базовой и мобильной станцией.

Для определения затухания на трассах распространения между двумя мобильными станциями необходимо использовать модифицированную модель Хата. В этом случае для используемых в текущих исследованиях исходных данных формула будет иметь вид

. (3.7)

Формулы (3.6) и (3.7) необходимо использовать для расстояний R0,1 км. При расстояниях меньших 40 метров (R>0,04 км.) используется модель прямой видимости и для случая линии радиосвязи между мобильными станциями, учитывая, что высоты обоих мобильных станций равны 1,5 метра, должна использоваться формула (3.2). Для линии между базовой станцией и мобильной станцией, для учета разницы высот расположения антенн необходимо использовать модифицированную формулу (3.2), а именно

, (3.8)

где R'=(R2+0,04852)1/2 – расстояние по прямой между геометрическими центрами антенн с учетом разности в высотах подъема антенн равной 48,5 м.

В переходной зоне, на расстояниях между 40 и 100 метрами затухание на линиях МС-МС и БС-МС определяется и использованием линейной интерполяции в предположении, что затухание (в дБ) линейно возрастает с расстоянием. Для фиксированных значений высот антенн и частоты значения затухания (в дБ) в зоне 0,04<R<0,1 можно записать следующими выражениями

; (3.9)

. (3.10)

Поскольку в процессе исследований чаще всего придется по известной величине необходимого затухания находить необходимое расстояние, то полученные формулы необходимо преобразовать к следующему виду.

Для линий между базовыми станциями необходимое расстояние в километрах должно определяться по формуле

. (3.11)

Для линий между базовыми станциями и абонентскими станциями в зависимости от значения необходимого затухания расстояние в километрах должно определяться по одной из трех следующих формул:

– при дБ

; (3.12)

– при 67,5>L>87,4 дБ

; (3.13)

– при дБ

. (3.14)

Значения затухания L<65,2 дБ являются некорректными при рассматриваемых исходных данных для данного типа трассы. При L>65,2 дБ значение расстояния принимается равным 0 метров.

Для линий между мобильными станциями, в зависимости от значения необходимого затухания, расстояние в километрах должно определяться по следующим формулам:

– при дБ

; (3.15)

– при 63,5>L>117,4 дБ

; (3.16)

– при дБ

. (3.17)

3.3 Методики определения интермодуляционного влияния между РЭС различных систем сотовой связи

3.3.1 Помехи от базовых станций GSM в направлении мобильных станций GSM

Помехи, приводящие к блокированию приемников

Блокирование приемников мобильных станций происходит при попадании на его вход уровней сигналов превышающих значения указанные в таблице 2.4. В зависимости от своего месторасположения МС работает с той БС, с которой она имеет наилучшую связь или, если ближняя станция перегружена, с другой БС принимаемый сигнал от которой является наибольшим. При такой организации связи помеха по блокированию приемника МС будет возникать под воздействием передачи БС чужой сети GSM или находящейся поблизости соседней БС своей сети GSM.

Определим, на каких расстояниях от БС должен находится приемник МС чтобы он был подвержен воздействию помехи по блокированию для различных частотных расстроек.

Для расчета уровня приемного сигнала от БС на входе приемника МС используется следующая формула

, (3.18)

где Ptbs – мощность на выходе передатчика БС, в нашем случае 13 дБВт;

Gabs, Gams – коэффициенты усиления антенн базовой и мобильной станции соответственно. В нашем случае Gabs =15 дБ и Gams = 0 дБ;

Lbs-ms - затухание на трассе распространения БС-МС.

Для нахождения необходимого затухания, которое должен претерпеть сигнал на пути распространения, формулу (3.18) преобразуем как

(3.19)

Результаты расчета необходимых расстояний приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Результаты расчета необходимых расстояний

Расстройка , кГц	Необходимое затухание, дБ	Необходимое расстояние, м
600 ≤< 800	96	180
800 ≤ < 1600	91	128
1 600 ≤	81	81

Проведенные расчеты показывают, что приемники МС стандарта GSM испытывают помехи по блокированию от любых базовых станций стандарта GSM при нахождении от них на расстояниях менее 80 метров, а в некоторых случаях, при малых частотных расстройках, и на расстояниях до 180 метров. Как правило, мешающей является БС другого оператора, т. к. слишком мала вероятность такого события, что в радиусе 80–180 метров развернуто несколько БС стандарта GSM одного оператора, работающих мощностью 20 Ватт каждая (а именно для таких мощностей передачи получены результаты, приведенные в таблице 3.5). Если же такие ситуации и возникают, то для избежания помех по блокированию внутри одной сети при развертывании БС с мощностью передатчиков 20 Вт и с расстоянием между ними менее 180Ч2=360 метров, рабочие частоты этих БС должны различаться не менее чем на 800 кГц. При расстояниях между БС менее 250 м, их рабочие частоты должны различаться на величину не менее чем 1600 кГц. При частотных расстройках больших, чем 1600 кГц для исключения помех приемникам МС по блокированию расстояния между двумя БС сети не должно быть меньше 160 м. При развертывании более густой сети БС, должны использоваться БС с более низкими значениями мощностей передатчиков.

Таким образом, в пределах зон обслуживания БС сети GSM вокруг всех БС чужих сетей образуется зона радиусом не менее 80 метров, в пределах которой приемник МС будет подвержен воздействию помехи по блокированию, вызванной работой близко расположенного передатчика чужой сети GSM. При разнице частот между (частотой передачи БС своей сети) и (частотой передачи БС чужой сети, которая расположена в пределах зоны обслуживания своей БС с частотой передачи ) меньшей, чем 1600 кГц, радиус пораженной зоны вокруг чужой станции возрастет почти до 130 метров, а при разнице частот меньше 800 кГц – до 180 метров.

Помехи, приводящие к возникновению интермодуляционных помех в приемнике

Для возникновения интермодуляции в приемнике МС необходимо чтобы на его входе присутствовало не менее двух мешающих сигналов имеющих определенное частотное соотношение и достаточный для образования интермодуляционной помехи уровень.

Порядок расчета помех, вызванных интермодуляцией в приемнике, определен в Рекомендации ITU-R SM.1134. В соответствии с ним уровень эквивалентной интермодуляционной помехи вида 2- на входе приемника может быть определен из выражения

, (3.20)

где P1 и Р2 – уровни мешающих сигналов на выходе антенны на частотах и соответственно, дБВт;

и – величины затухания мешающих сигналов в преселекторе (в приемном фильтре дуплексера) на частотах и , дБ;

К2,1 – коэффициент интермодуляции третьего порядка, который может быть рассчитан по результатам измерений интермодуляционных характеристик или получен из технического описания приемника, дБ.

Получение достоверного значения коэффициента К2,1 является наиболее сложной задачей расчета с использованием (3.20). Его величину можно получить косвенным методом. В стандарте ETSI EN 300 910, в котором описаны общие требования к техническим характеристикам приемников и передатчиков мобильных и базовых станций стандарта GSM, определены следующие требования к интермодуляционным характеристикам приемника МС стандарта GSM-900. Приемник должен сохранять свою работоспособность при наличии на его входе:

– полезного сигнала с частотой и уровнем на 3 дБ превышающим уровень чувствительности (для МС GSM-900 уровень чувствительности приемника принимается равным минус 134 дБВт);

– мешающих сигналов с частотами и , удовлетворяющими условию = 2 -, и уровнями = -73 дБВт.

Принимая во внимание, что в описываемом случае частоты и попадают в рабочий диапазон приемника (т.е. = = 0), и что величина защитного соотношения для соканальной помехи в сетях GSM составляет 9 дБ можно определить значение К2,1, из (3.20) для приемника БС GSM-900 как

.

В результате для случая определения уровня интермодуляционной помехи от передатчиков БС стандарта GSM приемникам МС стандарта GSM выражение (2.3) приобретет вид

. (3.21)

Исходя из (3.21), а также требований стандарта ETSI EN 300 910, значение уровня помех на входе приемника МС при котором не будет возникать ощутимой интермодуляционной помехи не должно превышать (при условии их одинакового уровня) величины -73 дБВт. С учетом этого из (3.19) можно определить необходимую величину затухания, которое должны претерпеть помехи от базовых станций в процессе распространения от антенны БС до антенны МС.

.

В соответствии с (2.12) можно рассчитать расстояние, с которого возможно создание интермодуляционной помехи

. (3.22)

Полученный результат можно интерпретировать следующим образом. При нахождении МС с частотой приема на одинаковом расстоянии равном 252 метра от двух базовых станций частоты передачи, которых (и ) удовлетворяют равенству 2 – = на входе приемника МС образуется интермодуляционная помеха на приемной частоте с уровнем -143 дБВт. Уровень помехи -143 дБВт соответствует максимальному возможному уровню помехи при котором приемником МС возможен прием полезного сигнала равного чувствительности приемника (-134 дБВт) без ухудшения качества связи (с требуемым защитным отношением 9 дБ).

Если расстояния от МС до двух БС различны, то для нахождения безопасного сочетания расстояний можно пользоваться следующим выражением

, (3.23)

где R1 – расстояние от МС до БС с частотой передачи f1

R2 – расстояние от МС до БС с частотой передачи f2,

R – расстояние, полученное из (3.22), а именно 252 метра.

Из (3.23) можно получить следующие два выражения для определения необходимого минимального расстояния R1(R2) по известному фиксированному расстоянию R2 (R1)

; (3.24)

. (3.25)

Отличия в (3.24) и (3.25) объясняются тем, что в исходном выражении (3.20) уровень входного сигнала на частоте f1 (P1) берется с коэффициентом 2, а уровень входного сигнала на частоте f2 берется с коэффициентом 1.

Необходимо отметить, что выражения (3.23) – (3.25) справедливы только для случаев, когда значения R1 и R2