Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 6. Методи доступу   /  Тема 6.6. Особливості використання просторово-поляризаційних параметрів при радіодоступі

Зміст:

6.6.1. Загальна характеристика фізичних процесів при радіодоступі

Використання радіоступу дає змогу забезпечувати зв’язком мобільних користувачів, а також значно розширює можливість ТКС на рівні доступу, оскільки крім традиційних частотно-часових параметрів є можливість підключити до розгляду просторово-поляризаційні і використати їх для задач модуляції, завадозахисту, адаптації, в тому числі і для просторово-поляризаційного доступу. Деякі з цих задач розглядаються в технології МІМО. Розглянемо ці задачі дещо детальніше.

У телекомунікаційних системах з радіодоступом відбувається важливе перетворення фізичного сигналу: на передавальній стороні сигнал у вигляді струмів провідності перетворюється в електромагнітне поле (струм зсуву). На приймальній стороні відбувається зворотне перетворення. Всі ці перетворення здійснюються в антені. В дуплексних лініях зв’язку часто передавальна антена одночасно є і приймальною (рис. 6.6.1).

Рис. 6.6.1. Структура дуплексної радіолінії зв’язку

Коефіцієнт підсилення антени GA залежить як від робочої частоти сигналу так і від ефективної площі апертури Sеф:

(6.6.1)

де Sеф = S·Kв.п; Kв.п = 0,5...0,8 — коефіцієнт використання площі антени.

За допомогою виразу (6.6.1) визначається максимальний рівень прийому (передачі) сигналу по головній пелюстці діаграми спрямованості (ДС). В інших напрямах G(θ, φ) цей рівень менший. Приклад ДС антени подано на рис. 6.6.2.

Рис. 6.6.2. Діаграма спрямованості антени (варіант)

З рисунка видно, що в ДС можна виділити зону головної пелюстки, де визначається її ширина 2Δθ, область бічної і задньої пелюсток. На практиці доступ забезпечується за рахунок взаємної орієнтації (юстування) головних пелюсток передавальної і приймальної антени одну на іншу. При цьому забезпечується необхідна енергетика в радіолінії, яка визначається рівнянням передачі (6.6.2) або з урахуванням додаткових чинників у радіоканалі, [дБ]:

Pпр = Pпер + Gпер + Gпр + Wс + Wдод,(6.6.2)

де Wдод — додатковий множник, що дає змогу враховувати ослаблення за рахунок дій різних фізичних механізмів при поширені радіохвиль, у тому числі і вплив завмирань сигналів.

Складнішим є розв’язання задачі радіодоступу декількома (багатьма) користувачами, що розміщені в різних точках простору, для яких напрями визначаються за значенням кутів θi, i = 1, 2, …, N. Для забезпечення такого доступу простіше пристосувати неспрямовану антену, з круговою ДС. Так роблять у стільниковому зв’язку як на стороні абонентської станції, так і на базовій. Простота рішення досягається за рахунок програшу в енергетиці радіолінії, оскільки неспрямована антена має низький коефіцієнт підсилення GA.

Проте існує й інше, більш раціональне рішення для множинного доступу. Так, у технології МІМО пропонується використати багатопроменеву ДС антени базової станції стільникового зв’язку або антени ретранслятора зв’язку для супутникової системи. Приклад такої ДС багатопроменевої антени (БПА) подано на рис. 6.6.3. Промені у напрямах зв’язку (НЗi) абонентських станцій або земних станцій (ЗСi) можуть встановлюватися лише на період сеансу зв’язку. При цьому за рахунок збільшення коефіцієнта підсилення в кожному з θi-напрямів поліпшується енергетика радіолінії. Одночасно з цим, що ще важливіше, з’являється можливість одночасного ведення зв’язку з i-абонентами на одній і тій самій частоті f0. При цьому розділення (ортогоналізація) інформаційних потоків, що передаються одночасно, в одній і тій же смузі частот відбувається в просторовій площині, за рахунок розділених променів (рис. 6.6.3). Це дає змогу значно ефективніше використовувати виділені ресурси. Іншими словами: вдається в i разів заощадити спектр робочих частот, або ж відповідно, в i разів збільшити продуктивність точки доступу чи базової станції. Такий метод множинного доступу має назву просторово-часового доступу, або ж повторного використовування частот. Розглянемо більш детально цей метод, а також інші методи використання просторово-поляризаційних фізичних параметрів, що дає змогу підвищення якісних показників зв’язку на рівні доступу.

Рис. 6.6.3. Приклади орієнтації діаграм спрямованості багатопроменевих антен (БПА) для просторово-часового доступу:
а — на базовій станції стільникового зв’язку з орієнтацією на і-напрямки зв’язку НЗ; б — на ретрансляторі зв’язку супутникової системи з орієнтацією на i-земні станції ЗС, і = 1, ..., N