Особенности частотного планирования сотовых сетей цифровой радиосвязи

Понятие кластера, взаимосвязь размерности кластера и достигаемых отношений сигнал/помеха в сети сотовой радиосвязи.

Под кластером понимается совокупность элементарных ячеек (сот), в которых без повторения используются все каналы связи, выделенные системе подвижной связи.
Количество ячеек в кластере N (размерность кластера) определяется исходя из следующего соотношения:
где i=0…∞, j=0…∞ целые числа

Геометрическая трактовка индексов i и j

Для нахождения местоположения ячейки с совпадающей частотой (набором частот) относительно текущей ячейки необходимо:
из центра текущей ячейки начать перемещение в направлении перпендикулярном одной из границ ячейки;
пересечь i границ в выбранном направлении;
остановиться в центре ячейки и изменить направление движения на 60°;
пересечь j границ в выбранном направлении;
ячейка, определенная при помощи перемещений описанных выше имеет совпадающую частоту (набор частот) с исходной ячейкой.

В общем случае расстояние D между центрами ближайших ячеек, в которых используются одни и те же полосы частот, связано с числом N ячеек в кластере простым соотношением:
где R – радиус единичной ячейки;
N – размерность кластера

анализ процедуры нахождения ячеек с совпадающим набором частот позволяет сделать вывод о том, что данные ячейки будут располагаться (вне зависимости от размерности кластера) в узлах равносторонней треугольной сетки

Для упрощения процедуры оценки достигаемых отношений сигнал/помеха в регулярной несекторизованной (на базовых станциях используются всенаправленные в горизонтальной плоскости антенны) сотовой сети радиосвязи в зависимости от размерности кластера примем следующие допущения:

будем считать, что параметры базовых станций сети связи абсолютно идентичны;
исключим из рассмотрения помехи по соседним и побочным каналам приема;
будем считать, что наибольший вклад в помеховое воздействие вносят ближайшие ячейки с совпадающим набором частот (всего шесть штук);

будем считать, что наихудшие условия приема (минимальный уровень полезного сигнала) обеспечиваются на границе элементарной ячейки сети;
пренебрежем тем обстоятельством, что расстояния от различных источников помех до точки расположенной на границе ячейки различны, и примем длину пути распространения помех одинаковую для всех источников и равную расстоянию между центрами ближайших ячеек с совпадающим набором частот;

в качестве модели распространения полезного сигнала и помех примем модель Введенского для дальней зоны (зоны без интерференционных минимумов и максимумов)
С учетом данных упрощений отношение сигнал/помеха (дБ) в регулярной несекторизованной сотовой сети радиосвязи может быть оценено следующим образом:

В литературе иногда используется другое соотношение, дающее более пессимистическую оценку отношения сигнал помеха
пути распространения помех одинаковы для всех источников и равны разнице расстояния между центрами ближайших ячеек с совпадающим набором частот и радиуса элементарной ячейки

В настоящее время несекторизованные сотовые сети практически не используются. Это вызвано в первую очередь необходимостью обслуживания абонентского трафика высокой интенсивности при существенно ограниченном канальном ресурсе, выделяемом операторам связи.
Наиболее часто используемой секторизацией является разбивка ячеек на три сектора с использованием направленных антенн с шириной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 60°…120°.

отношение сигнал/помеха в регулярной секторизованной сотовой сети радиосвязи может быть оценено следующим образом:

Типовые частотные планы сотовых сетей цифровой радиосвязи

Число канальных групп
определяется как произведение размерности кластера на число секторов для секторизованной сети или размерности кластера для несекторизованной сети.