Методика оценки помех в совмещенных каналах для определения территориального разноса между системой, использующей стратосферные станции, и сотовой системой для предоставления услуг imt-2000

В данной Рекомендации содержится методика оценки помех в совмещенных каналах для определения территориального разноса между системой, использующей стратосферные станции (HAPS) как основную станцию для IMT-2000, и наземной сотовой системы для предоставления услуг IMT-2000, расположенной на вышке.

В Приложении 1 описывается методика оценки помех в совмещенных каналах от базовой станции HAPS и сотовой базовой станции к сотовой подвижной станции для предоставления услуг IMT-2000. Отношение C/I (отношение мощности несущей к помехе) используется в качестве критерия для установления территориального разноса между системой HAPS и сотовой системой. Для оценки помех в сотовой системе применяется упрощенная расширенная версия модели Hata. Пример вычисления территориального разноса между системой и сотовой системой приведен в Приложении 2.

В Дополнениях 1 и 2 представлены уравнения для вычисления помех, использованных в Приложении 1, и диаграмма направленности антенны, соответственно.

Ассамблея радиосвязи МСЭ,

учитывая,

a) что развивается новая технология использования станций HAPS в стратосфере;

b) что ВРК-2000 предусмотрела использование HAPS, предоставляющих услуги IMT-2000 в полосах частот 1885–1980 MГц, 2010–2025 MГц и 2110–2170 MГц в Районах 1 и 3, 1885–1980 MГц и 2110–2160 MГц в Районе 2;

c) что в Резолюции 221 (ВРК-03) выражен запрос о дальнейших исследованиях совместного использования частот HAPS и другими станциями в IMT-2000, а также рассмотрена совместимость HAPS в IMT-2000 с другими службами, имеющими распределение в смежных полосах частот;

d) что согласно п. 5.388A Регламента радиосвязи HAPS могут быть использованы как базовые станции наземного компонента IMT-2000 в полосах частот 1885–1980 MГц, 2010–2025 MГц и 2110–2170 MГц в Районах 1 и 3, 1885–1980 MГц, 2110–2160 MГц в Районе 2; применение системой IMT 2000 приложений, использующих HAPS в качестве базовых станций, не исключает использование данных полос частот другими станциями в службах, для которых они распределены, и не устанавливает их преимущественного использования в Регламенте радиосвязи,

рекомендует,

1 чтобы использовалась методика, приведенная в Приложении 1, в качестве руководства для определения территориального разноса между системами HAPS и сотовыми системами для предоставления услуг IMT-2000 в полосах частот, указанных в пункте b) раздела учитывая.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – К Рекомендации МСЭ-R M.1456 следует обращаться для получения типичных параметров, касающихся системы HAPS для исследования совместного использования частот HAPS IMT-2000 и сотовой службой в полосах частот в пункте b) раздела учитывая, выше.

Методика оценки помех в совмещенных каналах для определения территориального разноса между системой, использующей стратосферные станции, и сотовой системой для предоставления услуг IMT-2000

1 Введение

Тем не менее, при создании сотовой системы должны учитываться многопользовательские помехи в системе так же, как и помехи других служб; эффективность использования спектра зависит от помех от одних и тех же или смежных сот.

В данной Рекомендации представлено руководство для оценки влияния помех в совмещенных каналах на наземную сотовую систему IMT-2000, расположенную на вышках, от системы HAPS IMT 2000 с учетом двух источников помех: помехи от одних и тех же или смежных сот в сотовой системе непосредственно и помехи HAPS IMT-2000. Поскольку помехи HAPS IMT 2000 основаны на диаграмме направленности антенны HAPS, описанной в Рекомендации МСЭ R M.1456, то данная диаграмма используется для оценки соответствующей мощности помех сотовых систем, с тем чтобы вся мощность помех могла быть выведена. Помехи на сотовую подвижную станцию от сотовой базовой станции и от базовой станции HAPS оцениваются с помощью C/I с такими параметрами системы HAPS, как количество пользователей на соту, радиус соты и мощность передачи. Для каждого вычисления оптимальные величины определены по вышеуказанным параметрам в системах HAPS IMT-2000 таким образом, чтобы они были совместимы с сотовой системой. В данной Рекомендации содержится руководство для оценки территориального разноса между системой HAPS IMT-2000 и сотовой системой для поставщиков услуг IMT-2000, использующих данные различные системы.

2 Модель системы

2.1 HAPS IMT-2000

где:

ψ₁ =   градусы

ψ₂ =   градусы

X =   дБ

ψ₃ =   градусы.

Ширина диаграммы направленности антенны 3 дБ(2ψ_b) определяется формулой:

                градусы,

где G_m – максимальное апертурное усиление (дБи).

2.2 Модель распространения сигнала

Для сотовой системы рассматривается упрощенная расширенная версия модели Hata, а для системы HAPS используется модель потери в свободном пространстве.

Модель потери в свободном пространстве подходит для большого угла возвышения, и она должна использоваться с осторожностью для небольших углов возвышения, до тех пор пока не будет разработана усовершенствованная модель для систем HAPS; тогда данная методика должна быть пересмотрена.

2.2.1 Упрощенная модель расширенной версии модели Hata

Расширенная версия модели Hata в уравнении (2) широко применяется для моделирования каналов радиосвязи сотовых систем в городских зонах с антенной базовой станции высотой 30 м и подвижной антенной высотой 1,5 м.

, (2)

где:

L: потери в тракте передачи (дБ)

F: частота (MГц)

R: диапазон (км).

Основное использование четвертого закона потери мощности в тракте передачи в наземных сотовых сетях, как и упрощенная расширенная версия модели Hata, применяются как показано в уравнении (3) для упрощения вывода формулы.

. (3)

2.2.2 Модель потери в свободном пространстве

, (4)

где:

L: потери в тракте передачи (дБ)

F: частота (MГц)

R: диапазон (км).

3 Анализ C/I на сотовой подвижной станции и требуемое C/I для определения территориального разноса между системой HAPS и сотовой системой

3.1 Анализ C/I на сотовой подвижной станции

На рис. 1 представлен образец помехи, идущей к сотовой подвижной станции от сотовых базовых станций и базовой станции HAPS. Предполагается, что сотовая подвижная станция, подвергаемая воздействию помех, находится в ближайшей точке зоны обслуживания HAPS, как показано на рис. 1. Мощность помех, получаемых сотовой подвижной станцией, можно вычислить с помощью уравнения (5), учитывая помехи от сотовых базовых станций и базовой станции HAPS
(см. Дополнение 1). Поскольку сотовая подвижная станция расположена на границе зоны покрытия сотовой системы, предполагается, что помехи внутри сот незначительны.

, (5)

где:

_i: фактор голосовой активности в сотовой системе

S_i: мощность следующего элемента сотовой связи от сотовой базовой станции к пользователю на границе каждой соты (мВт)

M_i: количество пользователей на соту

l_i: потери в тракте передачи сотовой системы на километр

c_in: количество сот с помехами n-го уровня в сотовой системе (= 2n + 1, n: целое число)

N: номер уровня

c_hn: количество пучков помех HAPS на n-ом уровне на расстоянии (2N-1)  (радиус соты HAPS) вокруг границы рассматриваемой соты, которая будет подвержена воздействию помех

d_inm: расстояние между сотовой подвижной станцией и сотовой базовой станцией (км)

d_h: расстояние между сотовой подвижной станцией и базовой станцией HAPS (км)

_hnm: угол между сотовой подвижной станцией и направлением главного лепестка антенны соты, обслуживаемой базовой станцией HAPS (градусы)

S_hn: мощность следующего элемента связи HAPS от базовой станции HAPS к пользователю на границе соты HAPS, расположенной на n-ом уровне (мВт)

G_i: коэффициент усиления антенны базовой станции в сотовой системе

G_hn: коэффициент усиления антенны, как выражено в уравнении (1), согласно уровню

_h: фактор голосовой активности в системе HAPS

M_h: количество пользователей HAPS на соту

l_h: потери в тракте передачи HAPS на километр.


Отношение C/I для сотовой подвижной станции может быть вычислено с помощью уравнения (6).
, (6)

где:

P_F(r_j): передаваемая мощность на одного пользователя связи на расстоянии r_j

r_j: расстояние между сотовой базовой станцией для несущей и j-го сотового пользователя

R_i: радиус соты (км).

3.2 Требуемое значение С/I для определения территориального разноса

В данной Рекомендации территориальный разнос определяется как расстояние от зоны уверенного приема HAPS до зоны уверенного приема ближайшей соты, обслуживающей сотовую подвижную станцию, подвергнутую воздействию помех. Чтобы разделить спектр между системой HAPS и сотовой системой для предоставления услуг IMT-2000 в смежной зоне, необходимо установить соответствующий территориальный разнос. Требуемое значение C/I в сотовом многостанционном доступе с кодовым разделением каналов (CDMA) выражено в уравнении (7):

, (7)

где:

E_b: энергия/бит

I₀: мощность помех/Гц

R_b: бит/с

B_c: ширина полосы канала радиосвязи (Гц).

Приложение 2

Пример вычисления территориального разноса между системой HAPS и сотовой системой для предоставления услуг IMT-2000

1 Параметры для вычисления отношения C/I

В таблице 1 представлены параметры и значения, используемые для вычисления отношения C/I на сотовой подвижной станции от базовой станции HAPS и сотовых базовых станциях.

ТАБЛИЦА 1

Параметры для вычисления C/I

Параметр	Величина
Частота (MГц)	1 950
Количество пользователей на соту	50
Количество уровней с помехами	5
Радиус соты (км)	1
Мощность сотовой передачи на пользователя (мВт)	100
Высота HAPS (км)	20
Радиус покрытия соты HAPS (км)	55
Фактор голосовой активности в сотовой системе (i)	0,375
Фактор голосовой активности в HAPS (h)	0,375

Если E_b/I₀,R_b и B_c составляют 4,5 дБ, 8 кбит/с, и 1,25 MГц, соответственно, то требуемое значение C/I, (C/I)_req выводится равным –17,438 дБ из уравнения (7).

Отношение C/I, выведенное с помощью уравнения (7), используется в качестве критерия для определения территориального разноса между системой HAPS и сотовой системой для предоставления услуг IMT-2000.

2 Вычисление территориального разноса

Для анализа помех сотовой системы в данном примере отношение C/I –17,4 дБ используется в качестве критерия для внутреннего проектирования C/I наземной сотовой системы и для определения территориального разноса между системой HAPS и сотовой системой. Данный критерий должен считаться пределом для действия подвижной станции, обычно используемый критерий более строгий.

Предполагается, что количество уровней, подвергнутых воздействию помех, доходит до 5, так как дополнительные помехи незначительны для количества уровней более 5. Максимальный коэффициент усиления антенны базовой станции HAPS считается достаточным в соответствии с радиусом соты HAPS.

Из уравнения (5) и вышеуказанных соображений вычисленное отношение C/I представлено как функция территориального разноса на рис. 2, 3 и 4 для упрощенной расширенной модели Hata с учетом количества пользователей на соту, мощности передачи и радиуса соты для HAPS, соответственно.

РИСУНОК 2

Зависимость C /I от территориального разноса с разным количеством пользователей HAPS на соту


РИСУНОК 3

Зависимость C /I от территориального разноса с разной мощностью передачи


РИСУНОК 4

Зависимость C /I от территориального разноса с разными радиусами действия HAPS


На рис. 2 отношение C/I представлено в виде функции территориального разноса с учетом количества пользователей HAPS на соту. Величины C/I на сотовых подвижных станциях ниже пороговых величин −17,4 дБ на точке контакта двух систем. Когда мощность передачи HAPS на пользователя составляет 10 мВт и радиус соты HAPS составляет 2 км, необходимый территориальный разнос между двумя системами составляет: 7,2, 8,8, 10,8 и 14,1 км для 50, 100, 200 и 500 пользователей HAPS на соту, соответственно, как представлено в таблице 2.

На рис. 3 отношение C/I представлено в виде функции территориального разноса с учетом мощности передачи HAPS на пользователя. Величины C/I на сотовой подвижной станции ниже пороговых величин на точке контакта двух систем. Когда количество пользователей HAPS на соту составляет 50 и радиус соты HAPS составляет 2 км, необходимый территориальный разнос между двумя системами составляет: 7,2, 11,5, 14,1 и 17,4 км для мощности передачи на пользователя 10, 50, 100 и 200 мВт, соответственно, как представлено в таблице 3.

На рис. 4 отношение C/I представлено в виде функции территориального разноса с учетом радиуса соты HAPS. Величины C/I на сотовой подвижной станции зависят от радиуса соты HAPS. Когда количество пользователей HAPS на соту составляет 50 и мощность передачи на соту составляет 10 мВт, необходимый территориальный разнос между двумя системами составляет: 8,3, 7,2 и 5 км для радиусов соты HAPS 4, 2 и 1 км, соответственно, как представлено в таблице 4.

В примере вычисления с C/I = –17,4 дБ, отношение C/I, которое было бы выведено только с учетом размещения сот (т. е. без HAPS), составляет приблизительно –8 дБ, что значит, что для внешних помех допускается значительный запас. Во втором примере вычисления предполагается, что значение C/I ограничено значением C/I –12 дБ.

ТАБЛИЦА 2

Территориальный разнос с учетом количества пользователей HAPS на соту

Пользователи HAPS на соту	Территориальный разнос (км)
	C/I = –17,4 дБ	C/I = –12 дБ
50	7,2	10,6
100	8,8	12,9
200	10,8	15,9
500	14,1	20,9

ТАБЛИЦА 3

Территориальный разнос с учетом мощности передачи

Мощность HAPS (мВт)	Территориальный разнос (км)
	C/I = –17,4 дБ	C/I = –12 дБ
10	7,2	10,6
50	11,5	17
100	14,1	20,9
200	17,4	25,7

ТАБЛИЦА 4

Территориальный разнос с учетом радиуса соты HAPS

Радиус соты HAPS (км)	Территориальный разнос (км)
	C/I = –17,4 дБ	C/I = –12 дБ
1	5	7,1
2	7,2	10,6
4	8,3	16,1

Дополнение 1
к Приложению 1

Теоретический вывод помех между системой HAPS и сотовой системой

1 Помехи, поступающие в сотовую подвижную станцию

1.1 Помехи, исходящие от сотовой базовой станции

Мощность передачи сотовой базовой станции с учетом упрощенных законов регулирования мощности представлена уравнением:
= , (8)
где:

R_i: радиус соты

r_j: расстояние до j-ой подвижной станции в одной соте

P_F(r_j): мощность, передаваемая от узла сотовой связи к j-ому пользователю соты.

Обозначим среднюю мощность, передаваемую от сотовой базовой станции, P_c. Следуя закону регулирования мощности в уравнении (8), P_c выражается:

, (9)
где:

_i: плотность пользователей.

Если , то P_c заменяется на:

. (10)

Если диапазон разрыва r_i0 = 0,55 R_i, то

Тогда уравнение (10) заменяется на:
. (11)
Сумма помех, поступающих от базовых станций на сотовые подвижные станции, представлена уравнением:
. (12)

1.2 Помехи, поступающие от базовой станции HAPS

Мощность на соту на n-ом уровне P_hn, передаваемая от базовой станции HAPS, выражена уравнением (14). Для определения того же полученного уровня мощности на границе соты в каждом регионе обслуживания мощность передачи на одного пользователя HAPS в зоне обслуживания предполагается равной представленному в уравнении:
(13)

,

где:

S_hn: мощность следующего элемента в сотовой связи для пользователя на границе соты HAPS, которая расположена на n-ом уровне

d_hn: расстояние от базовой станции HAPS до подвижной станции HAPS n-го уровня, расположенного в ближайшей точке зоны сотового покрытия.

Сумма помех, поступающих от базовых станций на сотовые подвижные станции, представлена уравнением:

, (14)
где:

d_h =

r_h: расстояние от надира HAPS до сотовой подвижной станции

h_s: высота HAPS.

Дополнение 2
к Приложению 1

Диаграммы направленности антенны

1 Используемая эталонная диаграмма направленности (Рекомендация МСЭ-R M.1456)

Предполагаемые характеристики эталонной диаграммы направленности представлены на рис. 5, с учетом максимальных коэффициентов усиления антенны 23 дБи, 35 дБи и 50 дБи, соответственно.

________________

*Настоящая Рекомендация должна быть доведена до сведения 9-й Исследовательской комиссии по радиосвязи.

жүктеу/скачать 0.85 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: