Источник Мобильные телекоммуникации №06-07 (2002 г.)

Увеличение зоны покрытия сети GSM

Денис Лысов, Huawei Technologies

При проектировании сетей мобильной связи зачастую нелегко выбрать оптимальное решение. Много проблем связано с необходимостью обеспечения непрерывного покрытия, увеличения радиуса покрытия одной базовой станции и т. п. Иногда компании-производители предлагают экзотические решения, которые не выходят за рамки теории и ориентируются при построении сетей на усредненные характеристики оборудования, имеющегося на телекоммуникационном рынке. Вместе с тем для увеличения зоны покрытия и обеспечения непрерывного покрытия по линии вниз (downlink) и по линии вверх (uplink) существует ряд достаточно очевидных решений, которые, однако, при построении сетей стандарта GSM используются редко.

Рассмотрим вопрос расширения покрытия более детально. В городе этот вопрос может быть не слишком актуальным из-за высокой плотности населения, хотя и в городских условиях зачастую существуют места, где установка дополнительной базовой станции не оправдана, так как нагрузка в этих местах небольшая, а "стандартное" решение не позволяет покрыть этот "трудный" участок. Тем не менее основной упор будет сделан на обеспечение покрытия за пределами густонаселенных районов, там, где особенно важно снизить инвестиционные расходы в строительство сети GSM из-за ее низкой окупаемости.

Вначале обозначим ограничения, которые влияют на радиус покрытия. Для линии вниз главным ограничением является мощность передатчика базовой станции, иногда значительно уменьшаемая за счет потерь в антенно-фидерном устройстве (АФУ). На линии вверх радиус соты не позволяет увеличить недостаточная чувствительность приемника. Помимо этого, как и на линии вниз, показатели качества приема ухудшаются затуханиями, вносимыми АФУ. Здесь следует отметить, что рассматриваемые в настоящей статье решения учитывают сбалансированность мощности на линии вверх и вниз.

Другой недостаток, который часто может быть свойствен сети, состоит в том, что при ее проектировании решалась одна из двух задач -- либо обеспечение большого покрытия с небольшой возможностью обслуживания нагрузки, либо обслуживание большой нагрузки при небольшом радиусе покрытия. Можно попытаться достичь обеих целей сразу, тем самым "убив двух зайцев".

сываемые варианты построения сети применяются при построении сетей на базе оборудования компании Huawei Technologies, и часть из них является собственной оригинальной разработкой компании.

Комбайнеры и не только

Первое решение основывается на понижении затухания до 1 дБ в комбайнерном блоке базовых станций, за счет чего радиус покрытия увеличивается на 20%. Достигается это за счет использования разработанных компанией Huawei Technologies комбайнеров специальной конструкции -- EDU (enhanced duplexer unit). Затухание в комбайнерах EDU снижено (на 3,5 дБ по сравнению с комбайнерами стандартной конструкции) благодаря отсутствию в них сумматора -- элемента, как раз и вносящего наибольшее затухание. Из-за отсутствия сумматора число приемопередатчиков на один сектор не должно превышать двух, но в большинстве случаев этого вполне достаточно для построения качественной сети с большой территорией охвата при невысокой плотности населения.

Когда все же необходимо организовать секторную структуру базовой станции с более чем двумя приемопередатчиками в одном секторе, используется схема подключения стандартного комбайнерного устройства (CDU), исключающая большие затухания, вносимые сумматорами. Эта схема называется "сдвоенный CDU" (combining and dividing unit) или CDU+CDU. При использовании такого решения затухание снижается более чем на 1 дБ, увеличивая площадь покрытия как минимум на 20%.

Рассмотренные способы увеличения зоны покрытия опираются на уменьшение затухания в комбайнерном устройстве базовых станций за счет схемотехнических решений. Использование таких возможностей оборудования поставщика не только улучшает качественные показатели сети, но и сокращает объем финансовых затрат на покрытие территории.

Увеличение мощности

Другой способ увеличения радиуса покрытия заключается в увеличении мощности передачи, для чего также существует ряд возможностей.

Во-первых, можно усилить сигнал на выходе самого приемопередатчика. Это можно сделать, к примеру, с помощью усилителя мощности PBU (power booster unit), который усиливает выходной сигнал до 80 Вт, что позволяет "выиграть" 3 дБ при передаче сигнала. Во-вторых, можно использовать приемопередатчик с выходной мощностью, превышающей 40 Вт, например 60 Вт. Возникающая при этом несбалансированность на линии вверх и линии вниз компенсируется установкой антенного усилителя (tower-mounted amplifier, TMA), позволяющего расширить покрытие на восходящем направлении.

Для обеспечения широкого покрытия может использоваться также комбинированное решение, например PBU + EDU, при этом установка антенного усилителя TMA является необходимым условием, а при использовании только комбайнера EDU или CDU+CDU необходимость установки антенного усилителя определяется планируемой зоной покрытия.

Компания Huawei Technologies поставляет три разновидности антенных усилителей TMA -- симплексные, дуплексные и триплексные.

Нестандартные решения

Далее рассмотрим два способа увеличения покрытия, основывающиеся на использовании внутреннего и внешнего радиуса покрытия.

Первый способ - метод концентрической соты -- интересен тем, что в его основе лежит не использование какого-то необычного оборудования, а нестандартность построения соты. Например, необходимо обеспечить покрытие некоей деревни или дачного поселка, находящегося в лесистой местности. Расчет показал, что нагрузка в этом районе может быть обслужена базовой станцией с всенаправленной антенной и тремя приемопередатчиками (конфигурация О3). В этом случае наибольший трафик генерируется в самом поселке, и поэтому предлагается на внутренний круг направить два приемопередатчика и использовать обычную схему построения сети. А при создании внешнего круга для покрытия как можно большей площади лесного массива вокруг поселка целесообразно применить оборудование для расширения радиуса покрытия, например приемопередатчик с мощностью 60 Вт плюс комбайнер EDU, что увеличивает зону покрытия примерно на 50%. Таким образом мы получим сеть той же емкости, но зона покрытия значительно возрастет.

Рассмотренные до сих пор методы увеличения радиуса покрытия не выходили за рамки стандартов GSM, т.е. увеличение радиуса покрытия не превышало 35 км, как указано в стандарте GSM. Во втором "нестандартном" методе возможный радиус покрытия может достигать 120 км за счет использования технологии сдвоенного тайм-слота и компенсации задержки на Um-интерфейсе (параметр TA (Time Advance) может достигать значения 219, что и соответствует максимальному расстоянию 120 км).

Важно отметить, что каждая расширенная сота имеет два радиуса -- внутренний и внешний. При нахождении абонента в пределах 35-километровой зоны работают обычные алгоритмы, описанные в стандартах GSM, а когда система определяет, что абонент вышел за пределы "внутреннего круга", включается механизм расширенной соты. На базе этой технологии была построена сеть для оператора China Mobile в Чжанчжоу (провинция Хунань, Китай).

Покрытие автодорог

Общеизвестно, какие трудности возникают при покрытии автодорог. Одним из самых простых и, наверное, самых эффективных вариантов решения данной задачи является применение мини-BTS. Такие базовые станции не требуют автозала, все необходимое оборудование находится внутри компактного корпуса, они проще в обслуживании. Мини-BTS можно расположить ближе к антенне, что снизит потери в АФУ и обеспечит целый ряд других преимуществ. Примером такого решения является базовая станция BTS3001C производства компании Huawei Technologies: при ее использовании в сети оператора China Unicom в провинции Шаньси (Китай) на покрытие автомагистрали протяженностью 700 км потребовалось 43 базовых станции.

Базовая станция BTS3001C имеет следующие характеристики:

В завершение хотелось бы отметить одну распространенную ошибку. Очень часто для построения сети выбираются антенны одного типа с одинаковыми характеристиками, в то время как условия в разных районах разные, и, соответственно, задачи решаются разные. Поэтому при выборе антенн следует тщательно учитывать внешние условия. Нельзя забывать, что сеть -- это живой организм, который требует к себе пристального внимания.

Ответственной задачей также является выбор поставщика. Но когда поставщик, наконец, выбран, не менее важно построить сеть, которая базируется на тех характеристиках и решениях, ради которых и была выбрана именно эта компания. И можно с уверенностью говорить, что сетевое планирование, ориентированное не на усредненные характеристики, а на конкретное оборудование поставщика, даст гораздо больше преимуществ. Что, в свою очередь, приведет к сокращению требуемого объема инвестиций и повысит конкурентоспособность оператора. Только правильно построенная сеть принесет удовлетворение как операторам, так и абонентам.