Построение базовых станций ePMP 1000 GPS Sync c использованием GPS синхронизации

При строительстве многосекторной базовой станции на оборудовании ePMP 1000 Cambium Networks, также как и на любых других устройствах ШБД, необходимо исключить взаимную (внутрисистемную) интерференцию между радиосигналами на частотных каналах секторов.

Радиосигналы мешают работе друг друга, если они совпадают (пересекаются) по частоте (частотному спектру), в пространстве и во времени воздействия.

Самый простой способ обеспечения нормальной работы многосекторной БС без взаимной интерференции достигается частотно-территориальным разносом (ЧТР) - использованием для секторов различных частотных каналов, исключающее перекрытие (наложение) частотных спектров их радиосигналов с одновременным территориальным разнесением секторных антенн БС.

Степень достаточности частотного разноса зависит от многих факторов, и в частности, от спектральных характеристик радиосигнала, уровня внеполосного излучения, избирательности приемника по соседним каналам, параметров диаграммы направленности (ДН) используемых антенн и др.

Для системы ePMP 1000 нормы ЧТР определяют необходимый частотный разнос между соседними секторами БС в 25 МГц для частотных каналов шириной 20 МГц с разнесением родных ePMP секторных антенн не менее 1 метра друг от друга.

Тем самым, защитный частотный интервал между частотными каналами системы ePMP 1000 при использовании ePMP антенн составляет 5 МГц. Отметим, что при использовании антенн третьих производителей, имеющих другие (более низкие) параметры ДН по F/B (подавление сигнала в задней полусфере), чем антенны ePMP (F/B > -30 dB) могут иметь другие нормы ЧТР.

Примечание. Некоторые типы оборудования ШБД требуют разноса не только антенн, но и самих устройств из-за интерференции, исходящей непосредственно от радиочастотных разъемов радиомодулей. Устройства могут находиться близко друг от друга, например, монтироваться на одной трубостойке, размещаться в одном металлическом ящике. Также нередко в некоторых устройствах несколько радиомодулей размещаются на одной системной плате. Такие устройства для предотвращения интерференции сами по себе требуют частотного и территориального разноса и изоляции радиомодулей.

Радиомодуль устройства ePMP 1000 размещается во внутренней металлической капсуле, обеспечивающей защиту от интерференции (наводок) от близко расположенных радиоустройств. Поэтому устройства ePMP 1000 не нуждается в дополнительных мерах по ЧТР и изоляции в многосекторных БС.

Поскольку радиосигналы в БШД имеют форму импульса определенной длительности (фрейм), то предотвращение интерференции в многосекторной БС помимо ЧТР, также может быть обеспечено разнесением временных интервалов передачи фреймов одним сектором и приема другим сектором. Такое временное разделение по времени приема-передачи фреймов производится путем синхронизации частотных каналов каждого входящего в многосекторную БС устройства ePMP 1000 GPS Sync. Для синхронизации используется источник эталонного времени, получаемый ePMP 1000 GPS Sync через антенну GPS, входящей в комплект поставки устройства.

Тем самым, различные сектора БС ePMP 1000 GPS Sync могут иметь частичное или полное перекрытие частотных каналов, и при этом не иметь взаимную интерференцию за счет синхронизации своей работы.


Рис. 1 Частотные каналы многосекторной БС ePMP 1000 с отсутствием синхронизации.

На рис. 1 показан пример работы несинхронизированных по времени частотных каналов многосекторной БС (шесть устройств ePMP 1000 GPS Sync с отключенной синхронизацией). Желтым цветом обозначен фрейм передачи, зеленым – временной интервал приема фрейма. Видно, что при отсутствии синхронизации фрейм передачи одного сектора попадает во временной интервал приема фрейма другого сектора. Работа таких секторов на одной частоте создают взаимную интерференцию друг другу.

На рис. 2 показан пример работы синхронизированных по времени частотных каналов многосекторной БС (шесть устройств ePMP 1000 GPS Sync с включенной GPS синхронизацией).


Рис. 2 Синхронизированные сектора БС ePMP 1000 GPS Sync.

В данном случае фреймы передачи и приема не пересекаются во времени и соответственно каналы многосекторной БС ePMP 1000 GPS Sync не создают интерференцию друг другу даже в случае, если они работают на одной частоте.

Синхронизация частотных каналов ePMP GPS Sync обеспечивает так называемое повторное использование частоты (frequency re-use), когда различные секторы ePMP GPS Sync одной БС могут работать на одинаковых частотных каналах.

В синхронизированных многосекторных БС существует так называемая вторичная интерференция, когда сектору ePMP 1000 GPS Sync (AP-X) создают помехи АС ePMP 1000 (SM-Y), подключенные к другому сектору ePMP 1000 GPS Sync (AP- Y), работающему на одинаковом с АP-X частотном канале Freq A (Рис. 3).


Рис 3. Интерференция на сектор БС со стороны АС соседнего сектора.

БС ePMP 1000 имеют систему ATPC (Automatic Transmit Power Control) – автоматическую регулировку мощности АС. Тем самым, ограничивается максимальная мощность сигналов RSSI на входе приемника БС AP-Y, поступающего от всех АС SM-Y. Если значение max RSSI AP-Y установлено, например, в -60 dBm, то после подавления сигнала с тыла антенны AP-X (F/B=30 dB) уровень интерференции от АС SM-Y, проникающий в приемник AP-Х составляет менее -90 dBm (-60 - 30 dBm). Такой уровень интерференции находится ниже уровня чувствительности приемника системы ePMP 1000 и не влияет на его работу. Таким образом, использование секторных антенн ePMP с F/B=30 dB предотвращает интерференцию на БС со стороны АС, подключенных к противоположному сектору БС, работающему на той же самой частоте.

Аналогичным образом подавляется вторичная downlink интерференция, когда, наоборот, на работу АС влияет излучение с тыла антенны БС противоположного сектора (рис. 4).


Рис 4. Интерференция на АС со стороны антенны противоположного сектора БС.

В данном случае при использовании антенн ePMP c F/B=30 dB уровень RSSI сигнала на входе приемника АС SM-Y всегда выше на 30 dB, чем мощность помехи от AP-Y соседнего противоположного сектора БС. Тем самым, отношение сигнал/интерференция (CINR) у АС (SM-Y) всегда выше 30 dB, что достаточно для нормальной работы АС. Таким образом, использование секторных антенн ePMP с F/B=30 dB предотвращает интерференцию на АС со стороны тыла антенны противоположного сектора БС, работающего на той же самой частоте.

Таким образом, GPS синхронизация, ATPC и использование высококачественных антенн с F/B=30 dB позволяет применять в системе ePMP 1000 GPS Sync повторное использование частоты и работать по частотной схеме ABAB (рис. 5) с защитным интервалом между частотными каналами соседних секторов 5 МГц.


Рис. 5 Частотные каналы 4-х секторной станции ePMP 100 GPS Sync.

При использовании GPS синхронизации 4-х секторная БС ePMP 1000 GPS Sync может работать всего на двух частотных каналах (например, 2x20 МГц), занимая с учетом защитного интервала всего 45 МГц частотного спектра с суммарной пропускной способностью 360 Мбит/c (4x90 Мбит/c) для максимально 480 (4x120) одновременно обслуживаемых АС.

При использовании каналов шириной 40 МГц требуемый частотный ресурс составляет 85 МГц (например, диапазон частот 2400-2483 МГц) с суммарной пропускной способностью 720 Мбит/c (4x180 Мбит/c) для максимально 480 абонентских станций.

Взаимная интерференция существует не только между секторами и их абонентами одной многосекторной БС, но также между близко расположенными БС и их АС. GPS cинхронизация БС, работающих на одинаковых частотных каналах в зоне взаимной радиослышимости друг друга, предотвращает взаимную интерференцию этих БС и работающих с ними АС.

Таким образом, применять GPS синхронизацию для предотвращения взаимной интерференции рекомендуется не только в многосекторных БС, но также при плотном размещении БС в ограниченном диапазоне частот.


Рис. 6 Частотное планирование 4-х секторных БС ePMP 1000 по схеме ABAB-ABAB.


Рис. 7 Частотное планирование 4-х секторных БС ePMP 1000 по схеме ABAB-СDСD.

На рис. 6, 7 показано частотное планирование для покрытия услугой доступа некоторой территории 4-х секторными БС ePMP 1000 GPS Sync c использованием, соответственно, 2-х и 4-х частотных каналов. При использовании каналов шириной, например 20 МГц, для покрытия услугой доступа территории с размещением БС ePMP 1000 по схеме ABAB-ABAB (Рис. 6) требуемый частотный ресурс (с учетом 5 МГц защитных интервалов) составит 45 МГц. При более плотном размещении БС потребуется применение схемы ABAB-СDCD (Рис. 7) и 90 МГц частотного ресурса.

Для реализации аналогичного покрытия сервисом доступа без применения GPS синхронизации потребовалось бы 20 частотных каналов и более 250 МГц частотного спектра.