Способ планирования совместной работы сетей сотовой связи LTE и GSM Российский патент 2024 года по МПК H04W16/14 

Группа изобретений относится к способу и системе сотовой связи, способу планирования совместной работы сетей сотовой связи LTE и GSM, в частности, к способу распределения ресурсов сети между технологиями GSM и LTE и системе базовых станций для его реализации. Группа изобретений может быть применена при разработке частотно-территориального плана (ЧТП) с целью повышения эффективности использования частотного ресурса.

Уровень техники

В системах сотовой беспроводной связи, операторы используют лицензии на фиксированные участки спектра, в которых они могут эксплуатировать сотовую сеть беспроводной связи, которая действует согласно стандартизованной технологии, такой как глобальная система мобильной связи (GSM), универсальная система мобильной связи (UMTS) или проект долгосрочного развития систем связи (LTE). Оператор, переходящий от одной технологии к другой, должен совершать переход постепенно, переводя часть спектра на более новую технологию, при этом продолжая поддерживать работу в сети терминалов, не поддерживающих новую технологию. При этом такой переход необязательно может завершиться полным переходом на новую технологию. Например, в случае технологий GSM (старая технология) и LTE (новая технология) операторы не могут отдать весь участок спектра под технологию LTE. Это вызвано разными причинами: наличием у части пользователей оборудования, не поддерживающего технологию LTE, государственным регулированием и т.д. Таким образом, необходимо разделить спектр между технологиями GSM и LTE. Для этого применяют статическое разделение спектра.

Из уровня техники известно два различных метода статического деления спектра между технологиями GSM и LTE. Например, при статическом делении спектра между GSM 1800 и LTE 1800 при полосе частот 15 МГц, имеющей 75 физических ресурсных блоков (PRB), в первом варианте разделения для технологии GSM не выделяют частоты внутри полосы, GSM каналы расположены в защитных интервалах LTE (фиг.1). Преимуществом такого разделения является возможность использовать все 75 физических ресурсных блоков для технологии LTE. Однако, использование частот только из защитного интервала (для 15 МГц это 6 каналов по 0,2 МГц каждый) для технологии GSM не позволяет обеспечить покрытие надлежащего качества для данной технологии и сокращает зону обслуживания, что недопустимо.

При втором варианте разделения для технологии GSM выделяются частоты внутри полосы LTE (фиг.2). Для поддержания качества GSM на должном уровне требуется использовать 18 каналов. В таком случае для технологии GSM обеспечивается покрытие надлежащего качества. Однако такая конфигурация блокирует значительную часть ресурсов LTE. Радиочастотные ресурсы LTE разделены на группы, так полоса в 15 МГц (за исключением защитных интервалов по 0,75 МГц каждый по краям полосы) делится на 19 (ResourceBlockGroup - RBG) групп таким образом, чтобы группы с номерами от 0 до 17 имели ширину спектра 0,72 МГц (по 4 PRB в группе, при этом 1 PRB = 0,18МГц), а группа под номером 18 – 0,54 МГц (3 PRB). При этом сущность RBG является минимальным ресурсом, назначаемым планировщиком ресурсов (при стандартной работе планировщика ресурсов). В свою очередь, для технологии GSM назначаются каналы, размером по 0,2 МГц каждый.

Таким образом, для того, чтобы освободить частоты для большего числа каналов GSM 1800, ресурсы в LTE приходится выключать кратно группам. Вышеуказанные особенности вырождаются в ступенчатую зависимость блокируемого ресурса нового LTE спектра от требуемого числа каналов GSM.

Например, при расширении спектра LTE 1800 с 10 до 15 МГц, доступную часть нового LTE спектра (5 МГц) приходится частично блокировать в зависимости от необходимого числа каналов GSM 1800, требуемого для сохранения качества в GSM 1800. Как видно из графика (фиг.3), включение больше 15 каналов GSM сделает недоступным 60 или более процентов от добавляемого спектра LTE и практически обнуляет эффект от такого расширения.

Таким образом, проблема обеспечения покрытия GSM надлежащего качества при минимальной блокировке частот спектра, которые могут быть использованы для технологии LTE, является актуальной и решается заявленной группой изобретений.

Технический результат – обеспечение покрытия GSM надлежащего качества при минимальной блокировке частот спектра, которые могут быть использованы для технологии LTE.

Технический результат достигается за счет того, что выделяемый радиочастотный спектр, включающий в себя рабочий спектр частот и защитные интервалы по краям рабочего спектра, используется так, что рабочий спектр делится на первую, вторую и третью полосы частот, причем вторая полоса частот расположена между первой и третьей, причем все базовые станции сети сотовой сети делятся на две группы, где базовые станции первой группы выполнены с возможностью обмениваться радиосигналами с мобильными станциями, используя частоты первой полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и третьей полосы частот для технологии LTE; а базовые станции второй группы – используя частоты третьей полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и первой полосы частот для технологии LTE; причем ближайшие друг к другу базовые станции принадлежат к разным группам, а в соседних сотах, образованных базовыми станциями, не используются одинаковые частоты для технологии GSM.

Технический результат также достигается за счет того, что система базовых станций сети сотовой связи состоит из первой и второй групп базовых станций, выполненных с возможностью образовывать соты и обмениваться радиосигналами с мобильными станциями на заданной частоте в каждой образованной ими соте, и использующих для обмена радиосигналами с мобильными станциями радиочастотный спектр включающий в себя рабочий спектр частот и защитные интервалы по краям рабочего спектра, причем рабочий спектр разделен на первую, третью и вторую, расположенную между ними, полосы частот, причем ближайшие друг к другу базовые станции принадлежат к разным группам, а в соседних сотах не используются одинаковые частоты для технологии GSM, при этом базовые станции первой группы выполнены с возможностью обмениваться радиосигналами с мобильными станциями, используя частоты первой полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и третьей полосы частот для технологии LTE; а базовые станции второй группы – используя частоты третьей полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и первой полосы частот для технологии LTE.

Сущность заявленного технического решения поясняется иллюстрациями Фиг.1-9, где

- на фиг.1 показан первый способ статического разделения спектра;

- на фиг.2 показан второй способ статического разделения спектра;

- на фиг.3 показан график зависимости блокируемого ресурса от количества GSM 1800 каналов при втором способе разделения спектра;

- на фиг.4 показан доступный спектр, разделенный на три полосы частот;

- на фиг.5 показаны соты базовых станций, принадлежащих к различным группам;

- на фиг.6 показаны полосы частот, выделенные для технологий GSM и LTE, для группы А базовых станций;

- на фиг. 7 показаны полосы частот, выделенные для технологий GSM и LTE, для группы Б базовых станций;

- на фиг. 8 показаны графики зависимости блокируемого ресурса от количества GSM 1800 каналов при стандартном и новом подходе;

- на фиг.9 показана схема расположения базовых станций разных групп при реализации способа.

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

В раскрытом ниже примере осуществления способа, выделяемый спектр частот составляет 15 МГц и включает в себя рабочий спектр частот величиной в 13,5 МГц и защитные интервалы по краям рабочего спектра по 0,75 МГц каждый. Для технологии GSM выделяются каналы по 0,2 МГц.

При этом для каналов технологии GSM используется частоты защитных интервалов, получая 6 каналов GSM (по 3 канала в каждом интервале). Для технологии LTE в доступном спектре выделяются физические ресурсные блоки (PRB) по 0,18 МГц каждый. При этом ресурсы LTE должны разделяться на 19 групп (RGB) таким образом, что 18 групп с номерами от 0 до 17 имеют ширину спектра 0,72 МГц, а группа под номером 18 – 0,54 МГц. Тогда, группы с 0 по 17 имеют ресурс по 4 PRB каждая, а 18 группа имеет 3 PRB. Все 19 групп (75 PRB) полностью используют ресурс рабочего спектра частот, однако в данном случае технологией GSM используется только 6 каналов в защитных интервалах, что не позволяет обеспечить покрытие надлежащего качества для данной технологии. Как уже было сказано ранее, группы - это минимальный ресурс, который можно назначить для пользователя, следовательно, для того чтобы увеличить количество каналов GSM в рабочем спектре приходится уменьшать ресурсы LTE группами по 4 PRB или 3 PRB (в случае 18 группы).

В предлагаемом способе доступный спектр делится на три полосы частот (фиг.4). Первая и третья полосы частот находятся на краях доступного спектра, примыкая к защитным интервалам, и выделены либо для технологии GSM, либо для технологии LTE. Вторая полоса частот находится между ними и отдана под технологию LTE. Например, первая полоса частот имеет ширину в 1 МГц, тогда ее ресурс может быть выделен либо для 5 каналов GSM, либо для 1 группы LTE по 0,72 МГц, включающей 4 PRB. Третья полоса может иметь ширину 1,4 МГц, т.е. содержать 7 каналов GSM, либо одну группу по 0,54 МГц и одну группу по 0,72 МГц (всего 7 PRB). Тогда вторая полоса будет иметь ширину 11,1 МГц и включать в себя 15 групп LTE по 0,72 МГц каждая
(всего 60 PRB).

В данном примере показан лишь один из способов разделения спектра частот в 15 МГц на три полосы частот. В рамках данной заявки первая, вторая и третья полосы частот могут иметь другую ширину, в зависимости от требуемых параметров сети (количества GSM каналов, количества PRB и т.д.) При этом выделяемый и, соответственно, рабочий спектр частот также могут быть иным, например, возможно использование LTE 1800/900 диапазонов, с шириной полосы от 5 до 20 МГц в кластерах с любым типом постилающей поверхности: городская застройка, пригород, областные территории и т.д.

Способ осуществляется за счет обмена радиосигналами между базовыми станциями и мобильными станциями.

Мобильными станциями могут являться, например, смартфоны, модемы и тд. Мобильные станции в том числе содержат антенную систему, модуль идентификации абонента (может находится как в самой мобильной станции (Nano-SIM, eSIM, iSIM и тд.) так и вне ее (Virtual SIM)), вычислительное устройство (например, микропроцессор).

Базовые станции (БС) состоят из антенной системы, соединенной с радиомодулем, который в свою очередь соединен с элементами системы управления базовой станцией. Антенны принимают и получают радиосигналы и могут быть секторными, например, панельными антеннами, в таком случае одна базовая станция может образовывать несколько сот. Радиомодуль содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В радиомодуле цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы заданной частоты (и наоборот). Радиомодуль направляет получившиеся сигналы соответствующим антеннам или антенне через проводные соединения. Антенны преобразуют полученный электрический сигнал в радиоволны, усиливают его и распространяют в пространстве. Для каждой соты задается по меньшей мере один канал GSM, тогда для одной БС с тремя секторами назначается по меньшей мере три канала, так как крайне не рекомендуется назначать соседним сотам каналы одинаковой частоты во избежание интерференции сигналов от соседних и собственных сот.

Базовые станции делятся на две группы (группа А и группа Б) по территориальному признаку. Деление происходит таким образом, чтобы ближайшие базовые станции относились к разным группам (фиг.5).

Радиомодулям группы А через элементы системы управления базовыми станциями для каждой соты задаются частоты (каналы по 0, 2 МГц) для обмена сигналами по технологии GSM из первой полосы частот и защитных интервалов, оставшиеся частоты отдаются под технологию LTE. Таким образом, сотам, образованным базовыми станциями из группы А, могут быть назначены по меньшей мере 1 из 11 каналов GSM (6 каналов в защитных интервалах и 5 каналов в первой полосе частот). При этом для технологии LTE будут доступны ресурсы в количестве 67 PRB.

Радиомодулям группы Б также через элементы системы управления базовыми станциями для каждой соты задаются частоты (каналы по 0, 2 МГц) для обмена сигналами по технологии GSM из третьей полосы частот и защитных интервалов, оставшиеся частоты отдаются под технологию LTE. Тогда, сотам, образованным базовыми станциями из группы Б, могут быть назначены по меньшей мере 1 из 13 каналов GSM (6 каналов в защитных интервалах и 7 каналов в третьей полосе частот). При этом для технологии LTE будут доступны ресурсы в количестве 64 PRB.

В примере на фиг.5, изображены три базовых станции, две из которых принадлежат к группе Б (Б1 и Б2), а одна – к группе А (А1). Каждая станция образует три соты, Б1 образует соты 1, 2, 3; А1 образует соты 4, 5, 6;
Б2 – 7, 8, 9. Тогда сотам 1-3 и 7-9 могут быть назначены каналы из третьей полосы частот. Так как в третьей полосе частот 7 каналов GSM, а сот всего 6, то сотам могут быть назначены разные каналы GSM из третьей полосы частот. При этом для сот 1-3 и 7-9 будет доступен ресурс в 64 PRB для технологии LTE. Сотам 4-6 будут назначены разные каналы GSM из первой полосы, содержащей 5 каналов GSM. Для сот 4-6 будет доступен ресурс в 67 PRB для технологии LTE.

Таким образом, и соседним сотам одной базовой станции, и сотам ближайших базовых станций (относящихся к базовым станциям разных групп) достаточно каналов для назначения так, чтобы преодолеть проблему интерференции сигналов соседних сот и обеспечить покрытие GSM надлежащего качества.

Базовые станции направляют радиосигналы в пространство. При этом радиосигналы содержат не только сам трафик пользователей, но и служебную информацию, в том числе и о том на каких частотах в данной соте обменивается радиосигналами базовая станция.

Мобильная станция измеряет уровень мощности получаемых радиосигналов базовых станций и подключается (начинает обмениваться радиосигналами) к базовой станции с наибольшим уровнем сигнала. Если мобильная станция находится в соте базовой станции группы А, то радиосигнал от такой станции будет иметь наибольший уровень сигнала и мобильная станция начнет обмениваться радиосигналами с данной базовой станцией. Мобильная станция получает радиосигнал, содержащий служебную информацию о том, какой канал или каналы GSM используются для обмена радиосигналами по технологии GSM и какие частоты используются для обмена радиосигналами по технологии LTE в соте. Если мобильная станция находится в соте базовой станции группы Б, то уже уровень сигнала от данной станции будет наибольшим и аналогичным образом мобильная станция получит радиосигнал, содержащий служебную информацию о том, какой канал или каналы GSM используются для обмена радиосигналами по технологии GSM и какие частоты используются для обмена радиосигналами по технологии LTE в соте, и начнет обмениваться радиосигналами с базовой станцией.

Как было показано выше, за счет реализации такого способа связи увеличивается количество PRB, которые можно использовать для технологии LTE, при этом оставляя для технологии GSM количество каналов, достаточное для обеспечения покрытия GSM надлежащего качества. При новом способе частотно-территориального планирования порог 60% заблокированного ресурса достигается при количестве каналов GSM, превышающем 27, а для 18 каналов GSM заблокировано будет только 30% ресурса (фиг.8).

Данный способ был реализован в г. Благовещенск (фиг.9, где синие точки – БС с конфигурацией А, а красные точки БС с конфигурацией Б). Рост скорости LTE составил +40% при сохранении качества голосового сервиса.

Изобретение относится к области беспроводной связи. Техническим результатом является обеспечение покрытия GSM надлежащего качества при минимальной блокировке частот спектра, которые могут быть использованы для технологии LTE. Выделяемый радиочастотный спектр, включающий в себя рабочий спектр частот и защитные интервалы по краям рабочего спектра, используется так, что рабочий спектр делится на первую, вторую и третью полосы частот, причем вторая полоса частот расположена между первой и третьей, причем все базовые станции сети сотовой сети делятся на две группы, где базовые станции первой группы выполнены с возможностью обмениваться радиосигналами с мобильными станциями, используя частоты первой полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и третьей полосы частот для технологии LTE; а базовые станции второй группы – используя частоты третьей полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и первой полосы частот для технологии LTE; причем ближайшие друг к другу базовые станции принадлежат к разным группам, а в соседних сотах, образованных базовыми станциями, не используются одинаковые частоты для технологии GSM. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ распределения ресурсов сети сотовой связи между технологиями GSM и LTE, при котором выделяемый радиочастотный спектр включает в себя рабочий спектр частот и защитные интервалы по краям рабочего спектра, отличающийся тем, что рабочий спектр делится на первую, вторую и третью полосы частот, причем вторая полоса частот расположена между первой и третьей, причем все базовые станции сети сотовой сети делятся на две группы,

где базовые станции первой группы выполнены с возможностью обмениваться радиосигналами с мобильными станциями, используя частоты первой полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и третьей полосы частот для технологии LTE;

а базовые станции второй группы – используя частоты третьей полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и первой полосы частот для технологии LTE;

причем ближайшие друг к другу базовые станции принадлежат к разным группам, а в соседних сотах, образованных базовыми станциями, не используются одинаковые частоты для технологии GSM.

2. Система базовых станций сети сотовой связи, отличающаяся тем, что состоит из первой и второй групп базовых станций, выполненных с возможностью образовывать соты и обмениваться радиосигналами с мобильными станциями на заданной частоте в каждой образованной ими соте и использующих для обмена радиосигналами с мобильными станциями радиочастотный спектр, включающий в себя рабочий спектр частот и защитные интервалы по краям рабочего спектра, причем рабочий спектр разделен на первую, третью и вторую, расположенную между ними, полосы частот, причем ближайшие друг к другу базовые станции принадлежат к разным группам, а в соседних сотах не используются одинаковые частоты для технологии GSM,

при этом базовые станции первой группы выполнены с возможностью обмениваться радиосигналами с мобильными станциями, используя частоты первой полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и третьей полосы частот для технологии LTE;

а базовые станции второй группы – используя частоты третьей полосы частот и защитных интервалов для технологии GSM, частоты второй и первой полосы частот для технологии LTE.