Zakład Kompatybilności Elektromagnetycznej we Wrocławiu ul. Swojczycka 38 51-501 Wrocław tel.: +48 71 36 99 803 faks: +48 71 372 88 78 e-mail: wroclaw@il.wroc.pl www.il.wroc.pl Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Raport nr Z21/21 30 005 9/1318/09 Wrocław, grudzień 2009
Metryka dokumentu Nr pracy : 21 30 005 9 Nazwa pracy : Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Zleceniodawca : Instytut Łączności Data rozpoczęcia : kwiecień 2009 r. Data zakończenia : grudzień 2009 r. Słowa kluczowe Systemy radiokomunikacji ruchomej IMT, kompatybilność elektromagnetyczna, koordynacja międzynarodowa Wykonawca pracy : dr inż. Maciej J. Grzybkowski Praca wykonana w Zakładzie Kompatybilności Elektromagnetycznej Instytutu Łączności we Wrocławiu Kierownik Zakładu: dr inż. Janusz Sobolewski Niniejsze opracowanie może być powielane i publikowane wyłącznie w całości Powielanie i publikowanie fragmentów wymaga uzyskaniu zgody Instytutu Łączności Copyright by Instytut Łączności, Wrocław 2009
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Spis treści 1 Wstęp... 2 2 Sposoby zapewnienia właściwego współużytkowania systemów radiowych w pobliżu granic państwowych... 4 2.1. Techniki ograniczania zakłóceń w otoczeniu granic państwowych... 5 2.2. Ogólne zasady wyznaczania poziomu zakłóceń systemów IMT w pobliżu granicy państwowej... 7 3. Klasyczne warunki techniczne koordynacji transgranicznej systemów IMT... 15 3.1. Zasady prowadzenia koordynacji... 15 3.2. Modele propagacyjne używane w obliczeniach propagacyjnych... 17 3.3. Częstotliwości i kody preferencyjne... 18 4. Transgraniczna koordynacja systemów IMT oraz GSM i naziemnej telewizji cyfrowej DTT... 26 4.1. Systemy IMT i DTT... 26 4.2. Systemy GSM i IMT... 28 4.3. Wzajemna koordynacja systemów IMT pracujących w pasmach przeznaczonych dla GSM... 30 5. Istota nowego podejścia do koordynacji transgranicznej systemów IMT... 31 6. Wnioski... 37 7. Literatura... 38-1 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 1 Wstęp Podczas wprowadzania do użytku nowych systemów radiokomunikacyjnych oraz przy zmianie ich parametrów systemowych, takich jak moc promieniowana przez anteny czy wzniesienie anten nadajników, należy przeprowadzić badania kompatybilnościowe. Badania te mają na celu określenie konsekwencji takich zmian w środowisku elektromagnetycznym i ustalenie stopnia ich ewentualnej szkodliwości. W przypadku uprzedniego korzystania z tej samej przestrzeni widmowej przez kogokolwiek wcześniej, dodatkowo zachodzi potrzeba zapewnienia zgodnej koegzystencji poprzednich i nowego użytkownika widma. W tym celu prowadzi się obliczenia koordynacyjne, celem których jest takie dopasowanie parametrów nowych lub modyfikowanych systemów, by nie powstało żadne szkodliwe zakłócenie systemów istniejących. Koordynacja systemów radiokomunikacyjnych może być prowadzona w ramach danego kraju, jak również pomiędzy krajami sąsiadującymi czego wymagają przepisy i uzgodnienia międzynarodowe. Proces koordynacji prowadzony jest z reguły w stosunku do jednej, czasem równocześnie kilku stacji radiowych określonego systemu (sieci) radiokomunikacyjnego, które mogą oddziaływać lub są podatne na oddziaływanie stacji radiowych innego systemu (innej sieci) radiokomunikacyjnego. W przypadku konieczności dokonania koordynacji wielu stacji proces ten musi być wielokrotnie powtórzony, uwzględniając za każdym razem indywidualne cechy koordynowanych stacji. Koordynacja może być prowadzona w stosunku do stacji jednego systemu, np. GSM, lub może dotyczyć stacji różnych systemów np. UMTS i telewizji cyfrowej DVB-T. Niniejsza praca odnosić się będzie jedynie do systemów IMT (zwanych dawniej IMT-2000). Koordynacja międzynarodowa, o której będzie mowa w niniejszym sprawozdaniu, zwana inaczej koordynacją transgraniczną, wymaga przeprowadzenia stosownych działań. Działania takie obejmują zarówno procedury natury organizacyjno-prawnej jak i obliczenia techniczne. Organizacyjno-prawne ramy procesu koordynacji obejmują postać wniosku koordynacyjnego, zawartość i układ danych niezbędnych do przeprowadzenia koordynacji, sposób i terminy dokonywania wymiany informacji, definicje obszarów objętych koordynacją (częstotliwości, rodzaje służb i systemów radiokomunikacyjnych), sposoby postępowania w przypadkach spornych, lub w przypadkach braku odpowiedzi na wniosek koordynacyjny itp. - 2 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Warunkiem dokonania koordynacji (zarówno z wynikiem pozytywnym jak i negatywnym) jest przeprowadzenie stosownych obliczeń technicznych pozwalających na podjęcie stosownych decyzji. Obliczenia takie muszą być prowadzone zarówno po stronie zamierzającej skoordynować swoją stację radiową, jak i po stronie, która powinna udzielić odpowiedzi. Tylko odpowiedź pozytywna na pytanie koordynacyjne, czasem obwarowana określonymi warunkami, jest przesłanką do uruchomienia każdej wnioskowanej stacji (lub grupy stacji). Szczegóły sposobu prowadzenia koordynacji transgranicznej normowane są przepisami wynikającymi z umów i porozumień bilateralnych lub multilateralnych zawartych między zainteresowanymi krajami. Prowadzony dotychczas przez kraje CEPT proces koordynacji transgranicznej systemu IMT/UMTS dotyczył tylko jednego, zasadniczego zakresu częstotliwości (1900-2170 MHz) przeznaczonego do użytku w Europie w 1992 r., a wykorzystywanego od pierwszych lat XXI wieku. Podstawy techniczne tego procesu określone zostały na początku tego wieku, gdy pod mianem systemów IMT rozumiano tylko UMTS w trybach TDD i FDD. Światowe Konferencje Radiokomunikacyjne w latach 2000, 2003 i 2007 przyznały do użytkowania dla systemów IMT/UMTS kolejne (nowe) zakresy częstotliwości, w których należy określić sposób koordynacji sieci rozlokowanych w terenach przygranicznych. Równocześnie w skład Rodziny IMT (IMT Family) zaliczono inne, nowe systemy - np. WIMax - dla których trzeba na nowo określić warunki techniczne (parametry) koordynacji transgranicznej. W momencie przystąpienia do niniejszej pracy brak było założeń technicznych do koordynacji międzynarodowej systemów IMT w nowych zakresach częstotliwości (pasma 2,6 GHz, 1,8 GHz, 900 MHz, 450 MHz itd.). Ponadto z wyjątkiem klasycznego UMTS (WCDMA i TDCDMA) brak było również takich założeń dla tych nowych systemów, takich jak WIMax, wchodzących w skład IMT. Nowe warunki techniczne prowadzenia koordynacji transgranicznej systemów IMT opracowywane były w Europie od 2008 roku. Zajmowały się tym dwie grupy robocze. Pierwsza z nich, grupa HCM, sporządzająca zharmonizowane metody obliczeniowe dla potrzeb krajów tzw. Porozumienia Wiedeńskiego działała przy pomocy ekspertów delegowanych przez te kraje. Druga, zespół projektowy PT1, obejmowała kraje europejskie zrzeszone w CEPT i pracowała pod egidą - 3 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 europejskiego Komitetu Komunikacji Elektronicznej ECC. Zadaniem tej grupy było wypracowanie nowych założeń technicznych do koordynacji systemów IMT, w ramach systemu IMT oraz w stosunku do innych systemów, np. do GSM. Zespół PT1 odbył w 2009 roku pięć spotkań, z czego trzy związane były m.in. z koordynacją. Ze względu na szczupłość środków, autor sprawozdania uczestniczył w dwóch z nich. Sprawozdania z wyjazdów służbowych na spotkania ECC PT1 zawarte są w Załącznikach do pracy [17]. Należy podkreślić, że prace nad nowe warunkami technicznymi prowadzenia koordynacji transgranicznej systemów IMT nie zostały jeszcze w Europie zakończone i prowadzone będą w przyszłym roku. Wnioski przedstawione w niniejszej pracy mają charakter przejściowy, a ostateczne zostaną sformułowane w okolicach października 2010 roku. Z tego względu wskazana byłaby kontynuacja niniejszej pracy. 2 Sposoby zapewnienia właściwego współużytkowania systemów radiowych w pobliżu granic państwowych Koordynację działania systemów działających w obrębie jednego państwa powinien zapewnić krajowy regulator telekomunikacyjny bądź wyspecjalizowana państwowa agenda (urząd, agencja, itp.). Koordynację transgraniczną zapewnia się przy współdziałaniu odpowiednich organów rządowych zainteresowanych krajów. W pewnych przypadkach koordynację taka zleca się bezpośrednio operatorom dużych systemów działających po obu stronach granicy, np. operatorom GSM czy UMTS. Pracują oni jednak pod nadzorem organu administracji rządowej. Obliczenia prowadzone podczas procesu technicznej obsługi koordynacji prowadzą do ustalenia poziomu szkodliwości zakłóceń przechodzących przez granicę. Wykonują je z reguły pracownicy administracji rządowej regulatora. Czasami na zlecenie regulatora obliczenia te wykonywane są przez niezależne firmy. - 4 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT 2.1. Techniki ograniczania zakłóceń w otoczeniu granic państwowych Stacje radiowe poszczególnych systemów (sieci) radiokomunikacyjnych pracujące po obu stronach granicy, mogą być skutecznie skoordynowane, jeżeli pomiędzy nimi istnieć będzie odpowiednia separacja. Separacja ta może mieć cztery formy. Można mianowicie (oddzielnie, bądź razem) zastosować separację częstotliwościową, przestrzenną, czasową bądź sygnałową [1]. Separacja częstotliwościowa nastąpi w przypadku wykorzystania jednej lub kilku z poniższych możliwości bezzakłóceniowego współużytkowania widma. Zaliczyć do nich należy m.in.: stosowanie planów kanałowych, segmentację zakresu, systemy inteligentnie wykorzystujące widmo częstotliwości radiowych, przydzielanie częstotliwości w czasie rzeczywistym w zależności od zajętości widma, wielodostęp z podziałem częstotliwościowym, sterowanie częstotliwościowymi charakterystykami emisyjnymi, wielodostęp z przydziałem kanału na żądanie. Separację częstotliwości uzyska się łatwiej, gdy zapewnione zostaną: odpowiednia, ograniczona tolerancja odchyłek częstotliwości od wartości nominalnych, zmienny dynamicznie podział pasma (pomiędzy służby o różnym priorytecie zajętości widma), czy częstotliwościowo-czasowy odbiór zbiorczy. Separacja przestrzenna będzie mieć miejsce, gdy zastosowany będzie co najmniej jeden z poniższych wariantów zapewnienia bezzakłóceniowego współkorzystania z tych samych zasobów widmowych: przydziały częstotliwości (tych samych lub sąsiednich) będą odpowiednio odseparowane geograficznie (jest to wariant najczęściej stosowany w koordynacji transgranicznej), - 5 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 charakterystyki anten będą odpowiednio ukształtowane (stosowane będą anteny adaptacyjne, anteny o odpowiedniej dyskryminacji polaryzacyjnej, czy dyskryminacji charakterystyki kierunkowej), odpowiednie ekranowanie wybranych miejsc. Separacja w dziedzinie czasu może mieć miejsce, gdy wykorzystana będzie co najmniej jedna z następujących możliwości: sterowanie cyklem (okresami) pracy, przydzielanie częstotliwości w czasie rzeczywistym w zależności od zajętości widma, wielodostęp z podziałem czasowym. Natomiast stosowane metody separacji sygnałowej mogą być również z powodzeniem stosowane w technikach separacji częstotliwościowej, czasowej jak i przestrzennej: Są to: kodowanie sygnałów, wielodostęp z podziałem kodowym, systemy z rozproszonym widmem (np. DSSS czy FHSS lub Pulsed FM), stosowanie dopasowania mocy bądź szerokości pasma w tym samym kanale, dynamiczne sterowanie mocą nadajnika, ograniczanie gęstości strumienia mocy (pfd) i widmowej gęstości strumienia mocy (spfd) rozproszenia energii w określonym paśmie, odpowiednio złożone modulacje (np. QAM), a także modulacje kodowe, adaptacyjne przetwarzanie sygnałów. Należy zauważyć przy tym, że wprowadzenie do użytku radia programowalnego (software defined radio) może ułatwić realizację hybrydowego wielodostępu SDMA/CDMA/FDMA przez co zwiększy się efektywność wykorzystania widma i znacznie ułatwi się korzystanie z tych samych zasobów częstotliwościowych w - 6 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT obszarach przygranicznych. Możliwe wtedy będzie uproszczenie procedur i obliczeń koordynacyjnych. Wszystkie powyższe techniki, umożliwiające zapewnienie odpowiedniej separacji systemów, a przez to lepsze wykorzystanie widma (w tym przypadku w pobliżu granic państwowych) służą minimalizacji zakłóceń radiowych przenikających przez granicę. Koordynacja stacji (systemów) radiowych ma więc na celu bezzakłóceniowe użytkowanie ich po obu stronach każdej granicy. 2.2. Ogólne zasady wyznaczania poziomu zakłóceń systemów IMT w pobliżu granicy państwowej Podczas procesu technicznej obsługi wniosku koordynacyjnego należy przeanalizować możliwości oddziaływania zakłóceń pochodzących z obcego systemu IMT na stacje systemu własnego. Analiza potencjalnych lokalizacji stacji segmentu naziemnego IMT prowadzi do wniosku, że na wspólnym obszarze, bądź na obszarach blisko siebie położonych mogą działać zarówno bazowe jak i ruchome stacje tego samego operatora, które należą do różnych warstw w HCS lub pracują w różnych trybach dupleksu (FDD lub TDD w dwóch rodzajach pracy z wysoką przepływnością czipową HCR i z niską przepływnością czipową LCR). W takich przypadkach może dojść do występowania różnego typu zakłóceń wspólno- i sąsiedniokanałowych, pozapasmowych oraz intermodulacyjnych. Unikaniu tych zakłóceń sprzyjać będzie staranne zaprojektowanie lokalizacji stacji bazowych w terenie. Ze względu na możliwości przemieszczania się użytkowników systemu IMT nie można jednak całkowicie uniknąć zakłócania stacji bazowych przez stacje ruchome i wzajemnych zakłóceń stacji ruchomych. Na sąsiadującym obszarze przy granicy rozlokowane są sieci należące do różnych operatorów w różnych krajach, stacje bazowe mogą (i są najczęściej) być rozmieszczane w sposób nieskoordynowany. Łatwo wtedy dojść może do położenia stacji bazowych w bezpośredniej bliskości, natomiast stacje terminali ruchomych mogą się nawet przenikać, gdyż obywatele mogą z nimi przekraczać granice, nie tracąc połączenia z rodzimym operatorem. Z tego względu lokalizacje stacji bazowych oraz ich obszary obsługi powinny być przez operatorów koordynowane. - 7 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 Koordynacja działania sąsiadujących stacji szczególnie istotna jest w obszarach przygranicznych, gdy trzeba zapewnić ich pokrycie wzdłuż granicy państwowej. Zasadniczym celem prowadzenia obliczeń koordynacyjnych (badanie kompatybilności) jest ustalenie poziomu zakłóceń wnoszonych przez nadajniki jednego systemu do odbiorników drugiego systemu radiowego lub przez nadajniki należące do sieci jednego operatora do odbiorników należących sieci drugiego operatora tego samego systemu radiowego. W sytuacjach powyższych na ogół określane są prawdopodobieństwa występowania potencjalnych zakłóceń pomiędzy nadajnikami a odbiornikami. Czasem potrzeba jednak uwzględniać najgorsze przypadki zakłóceń występujących w rzeczywistości i brać pod uwagę pełny obraz scenariuszy zakłóceniowych. W celu prowadzenia obliczeń pomiędzy systemami IMT a innymi systemami (np. radiodyfuzyjnymi), w kanałach wspólnych i pasmach sąsiednich, muszą powstać odpowiednie modele symulacji zakłóceń. Modele te powinny uwzględniać różne elementy drogi, na której zakłócenia się rozchodzą. Analizie poddawane są: - nadajnik zakłócający, - odbiornik zakłócany, - anteny nadawcza i odbiorcza, - trasa propagacji. Istotnym czynnikiem branym pod uwagę podczas oceny szkodliwości zakłóceń przychodzących do odbiornika zakłócanego jest widmowa gęstość mocy tych zakłóceń. Koncepcja obliczania widmowej gęstości mocy na wejściu odbiornika obejmuje scenariusze różnego typu zakłóceń, przedstawiona jest w Zaleceniu ITU-R M.1635 [2] i nieco zmodyfikowana w [3]. Brane są tam pod uwagę kombinacje różnego rodzaju sygnałów (o różnych dopuszczalnych poziomach zakłóceń) i szerokości pasm. Widmo gęstości mocy sygnału odbieranego przez odbiornik zakłócany może być wyznaczone przy pomocy zależności: PT ( f )* GT ( ϕ)* GR( θ )* PM R( θ )* S( f ) IR( f, p) = (1) R * R * L ( f, p) gdzie: - 8 - T R b
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT I R (f,p) P T (f) G T (ϕ) G R (θ) PM R (θ) S(f) R T R R L b (f,p) f p ϕ θ przy czym gdzie: P out M E (f) - widmo gęstości mocy sygnału zakłócającego na wejściu odbiornika, - widmowa gęstość mocy na wyjściu nadajnika, - zysk anteny nadawczej na kierunku odbiornika, - zysk anteny odbiorczej na kierunku nadajnika, - współczynnik niedopasowania polaryzacji anteny odbiorczej, - selektywność odbiornika, - tłumienie fidera anteny nadawczej, - tłumienie fidera anteny odbiorczej, - tłumienie trasy radiowej z uwagi na efekty propagacyjne, - częstotliwość, - procent czasu, - kąt pomiędzy azymutem maksymalnego promieniowania anteny nadawczej i anteną odbiorczą, - kąt pomiędzy azymutem maksymalnego promieniowania anteny odbiorczej i anteną nadawczą. P ( f ) = P M ( f ) (2) T out E - poziom mocy na wyjściu nadajnika - obwiednia sygnału zmodulowanego na wyjściu nadajnika Wprowadzając pojęcie sprzężenia C I (p) między nadajnikiem a odbiornikiem w postaci: GT ( ϕ)* GR( θ )* PM R( θ ) CI ( p) = (3) R * R * L ( f, p) T R b widmo gęstości mocy sygnału zakłócającego na wejściu odbiornika, które reprezentuje pełny obraz poziomu zakłóceń i pozwala oszacować wszystkie rodzaje efektów tych zakłóceń, definiowane jest jako: I R ( f, p) = P M ( f ) CI( p) S( f ) (4) out E Powyższa postać widma gęstości mocy reprezentuje pełny obraz poziomu zakłóceń w funkcji częstotliwości i dla pewnej frakcji czasu oraz pozwala oszacować wszystkie rodzaje efektów tych zakłóceń zarówno dla przypadku zakłóceń wspólnokanałowych jak i dla oddziaływań pasm sąsiednich. - 9 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 Jeżeli wartość maksymalnego możliwego sprzężenia (niezbędnej izolacji pomiędzy nadajnikiem zakłócającym a odbiornikiem) jest znana, wtedy można określić minimalną separację geograficzną (odległościową) zakłócającego nadajnika i zakłócanego odbiornika. Wyliczona odległość separacyjna zależy jednak warunków propagacji na trasie radiowej, a w konsekwencji od przyjętego do rozważań modelu propagacyjnego. Przypadek najgorszy z punktu widzenia rozchodzenia się zakłóceń będzie miał miejsce na wolnoprzestrzennej trasie propagacji, wtedy tłumienie L b (f,p) będzie równe tłumieniu wolnoprzestrzennemu L bf : gdzie: d 4πd Lb ( f, p) = Lbf = 20log10 (5) λ - odległość międzyantenowa [m], λ - długość fali radiowej (obliczona dla częstotliwości środkowej pasma zajmowanego przez sygnał zakłócający) [m]. W przypadku użycia do obliczeń separacji wartości tłumienia w wolnej przestrzeni (5), w wyniku uzyskany zostanie kres górny odległości separacyjnej. Sytuacje interferencyjne, gdy wiele nadajników pracuje w tym samym zakresie częstotliwości i na tym samym obszarze geograficznym, wymagają stosowania metodyki łączenia wielu sygnałów zakłócających dochodzących do odbiornika zakłócanego. Zalecenie [2] podaje, że aby oszacować wypadkowy wpływ zakłóceń, należy sumować moce N sygnałów zakłócających i obliczyć zagregowane widmo gęstości mocy zakłóceń na wejściu odbiornika w postaci: N II( f, p) = I ( f, p) (6) I = 1 R choć niektóre okoliczności związane z zakłóceniami wymagają obliczeń poziomu skutecznej mocy zakłóceń w określonych częściach widma częstotliwości radiowych. W takich przypadkach skuteczna moc zakłóceń na wejściu odbiornika jest obliczana przez całkowanie widma gęstości mocy w granicach rozpatrywanego zakresu częstotliwości (f 1 f 2 ): f I ( p) = I ( f, p) df (7) I f 2 1 I Z kolei średni poziom gęstości mocy zakłóceń I ds (p) w tym zakresie częstotliwości obliczyć można ze wzoru: - 10 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT I ds II ( p) ( p) = (8) f 2 f 1 System jest dobrze zaprojektowany i może być bezpiecznie usytuowany w otoczeniu (w rozpatrywanym przypadku w otoczeniu granicy państwowej), jeżeli skuteczna moc zakłóceń na wejściu każdego odbiornika I I (p) jest mniejsza (lub równa) dopuszczalnej sumarycznej mocy zakłóceń tego odbiornika. Warunek ten można spełnić albo przez zastosowanie wspomnianych w p.2.1 czterech rodzajów separacji. Ogólne zasady tworzenia separacji odległościowej przedstawiono powyżej, natomiast poniżej zarysowane są podstawy tworzenia separacji częstotliwościowej. Potrzeba separacji częstotliwościowej pomiędzy pasmami odbioru i nadawania stanowi klucz do tworzenia pasma ochronnego pomiędzy różnymi systemami lub pomiędzy terminalami różnych operatorów (oczywiście także rozlokowanymi po obu stronach granicy). Celem uzyskania maksymalnego tłumienia sygnału zakłócającego wewnątrz pasma przenoszenia odbiornika należy spełnić wymaganie opisane następującą zależnością: f = ( 2,5* B T ) / 2 + B R 60 / 2 (9) gdzie: f separacja częstotliwości, B T szerokość pasma zajmowanego przez sygnał wypromieniowany, B R60 szerokość pasma pośredniej częstotliwości (p.cz.) odbiornika na poziomie tłumienia 60 db. W wielu przypadkach, celem uzyskania żądanej redukcji poziomu sygnałów zakłócających, nie potrzeba wykorzystywać pełnej separacji częstotliwościowej. W zależności od gęstości widmowej sygnału zakłócającego i możliwości filtracyjnych zakłócanego odbiornika można stosować mniejszą separację częstotliwościową f. Separacja taka musi spełniać wymaganie: f f 2 1 I I( f + f, p) df Itol (10) gdzie: I I (f + f),p f 1 f 2 f zagregowane widmo gęstości mocy zakłóceń na wejściu odbiornika, częstotliwość dolnego skraju 60 db pasma p.cz. odbiornika, częstotliwość górnego skraju 60 db pasma p.cz. odbiornika, separacja częstotliwości, - 11 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 I tol dopuszczalna dla odbiornika zagregowana moc zakłóceń. W przypadkach, gdy w stacjach nadawczych i odbiorczych używane są anteny o wysokim zysku i/lub anteny obrotowe, wyznaczany jest szczytowy poziom zakłóceń. Procedura obliczeń jest wówczas uproszczona, ponieważ pod uwagę są brane zyski anten nadawczych i odbiorczych jedynie na azymutach maksymalnego promieniowania. Maksymalny poziom widmowej gęstości mocy zakłóceń na wejściu zakłócanego odbiornika może być wtedy wyznaczany przy pomocy zależności (1), z pominięciem parametrów PM R (θ) i S(f) i przy założeniu maksymalnych zysków anten nadawczej i odbiorczej. Stosowane do obliczeń modele nadajników muszą uwzględniać emisję podstawową, pozapasmowe emisje harmoniczne i nieharmoniczne oraz szerokopasmowe emisje parazytowe. Gęstość widmowa mocy emitowanej przez nadajnik przedstawiana jest w postaci maski widmowej nadajnika, przy czym ze względu na złożoną strukturę widma promieniowanych sygnałów do procesu szacowania zakłóceń można stosować uogólniony model takiej maski. Zgodnie z Regulaminem Radiokomunikacyjnym [4], jako promieniowanie zasadnicze rozumiana jest zawartość widma emisji nadajnika w granicach częstotliwości pokrywających 250% tzw. niezbędnego pasma. Na zewnątrz tego pasma pojawiają się efekty promieniowania ubocznego. Tłumienie rozkładu gęstości widmowej emisji użytecznej (na wykresach masek) definiowane jest w funkcji offsetu częstotliwości. Modele odbiorników powinny uwzględniać wrażliwość na zakłócenia wspólnokanałowe, sąsiedniokanałowe i pozapasmowe, zdolność do tłumienia odpowiedzi niepożądanych, odporność na blokowanie lub odczulenie (redukcję stosunku sygnał-szum, jeżeli przekroczony zostanie próg nasycenia mocy) oraz aspekty intermodulacyjne. Bardzo istotnym parametrem jest selektywność odbiornika (zarówno w torze w.cz. jak i p.cz.). Jeżeli niedostępne są dane techniczne (lub pomiarowe), to dobrym określeniem charakterystyki selektywności odbiornika jest stosunek tzw. pasma 60 db (poza którym sygnały wejściowe są tłumione minimum 60 db) do tzw. pasma 3 db (wewnątrz którego sygnały są tłumione mniej niż 3 db) nazwany współczynnikiem kształtu. Modele charakterystyk anten użyte w obliczeniach zakłóceń (m.in. dla potrzeb koordynacji transgranicznych) winny być określone przy wykorzystaniu następujących źródeł: - 12 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT - Informacje producenta, - Zalecenia ITU-R, - Normy techniczne (np. ETSI), - Porozumienie HCM [5]. W ramach Porozumienia HCM postanowiono znormalizować charakterystyki anten. W zależności od ich kształtu podzielono je na kilka grup. Bardziej dokładny opis kształtu charakterystyki zawarty jest w opracowanych do tego celu kodach. Na podstawie takiego kodu można np. odtworzyć w dużym przybliżeniu charakterystykę użytej anteny i dokonać obliczeń zasięgów zakłóceniowych na różnych azymutach. W razie potrzeby należy wziąć pod uwagę efekty polaryzacyjne. Koordynacyjne obliczenia kompatybilnościowe muszą uwzględniać rozwój sieci radiowych oraz różne scenariusze zakłóceń. Rozmieszczenie sieci radiokomunikacyjnych w terenie jest szczególnie istotne z punktu tworzenia się lokalnych zagęszczeń stacji, które w przypadku działania w tym samym kanale radiowym mogą powodować różne nieoczekiwane sytuacje interferencyjne. Powinno się określić także docelową gęstość sieci, pozwala na oszacowanie poziomów przyszłych zakłóceń. Scenariusze zakłóceń wyraźnie odróżniać powinny przypadki stacji bazowych (BS) i ruchomych (MS) z uwagi na specyfikę ich pracy. W procedurach symulacji zakłóceń należy koniecznie uwzględniać aspekty ruchomości/nieruchomości stacji i czasu dostępu do nich oraz różne stopnie penetracji (nasycenia użytkowników) w różnych rejonach ze względu na potrzebę stosowania różnych procedury obliczeń zakłóceń. Praca wszystkich stacji radiokomunikacyjnych użytkujących to samo, lub sąsiednie pasmo częstotliwości, co stacje (odbiorniki) potencjalnie zakłócane, powinna podlegać analizie pod kątem: - obliczenia dopuszczalnego sprzężenia bądź izolacji (separacji) pomiędzy rozpatrywanymi stacjami we wszystkich możliwych kombinacjach aktywności użytkowników systemu IMT i systemu potencjalnie zakłócanego, - obliczenia zagregowanego widma gęstości mocy zakłóceń na wejściu odbiornika rozpatrywanej stacji. - 13 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 Łączny rozkład widmowej gęstości mocy zakłóceń określony na wejściu zakłócanego odbiornika umożliwia oszacowanie prawdopodobieństwa zakłóceń z uwzględnieniem poziomów dopuszczalnych zakłóceń. W zależności od wymagań określonych dla systemu, z którym powinien być kompatybilny IMT, można użyć jednej z poniższych koncepcji rozpatrywania zakłóceń na wejściu odbiornika [2]: - koncepcji I/N, według której dopuszczalny poziom zakłóceń jest odnoszony do poziomu wewnętrznych szumów odbiornika definiując pewien stopień degradacji współczynnika C/N, - koncepcji C/I, gdzie dopuszczalny poziom zakłóceń jest odnoszony do wymaganego poziomu sygnału użytecznego. Spośród różnych metod wyznaczania zakłóceń pomiędzy elementami różnych systemów radiokomunikacyjnych a także elementami tego samego systemu radiokomunikacyjnego najbardziej istotne wydają się być metody: Minimum Coupling Loss (MCL) i Monte Carlo (MC). Metoda MCL używana jest do wstępnego oszacowania możliwości współużytkowania częstotliwości i jest raczej odpowiednia dla statycznych sytuacji zakłóceniowych (np. między stacjami linii radiowych i stacjami bazowymi systemu ruchomego czy między stacjami bazowymi systemów ruchomych). Wyniki uzyskiwane przy jej pomocy dotyczą najgorszych przypadków scenariuszy zakłóceń. Metoda Monte Carlo stosowana jest tam, gdzie mamy do czynienia z ruchem terminali radiowych. Ta metoda, jako statystyczna daje nam generalnie bardziej realistyczne wyniki, które jednak w niektórych przypadkach muszą być traktowane z należytą ostrożnością, jako że dokładne wyniki uzyskiwane są wówczas, gdy rozkłady prawdopodobieństwa wszystkich wejściowych parametrów są dobrze znane. Jest przy tym znacznie bardziej skomplikowana w zastosowaniu od metody MCL. W praktyce obliczeń koordynacyjnych stosuje się najczęściej metody deterministyczne, zbliżone do MCL. Kraje Europy Środkowej używają metody obliczeń określonej w warunkach technicznych Porozumienia HCM, choć w przypadku systemów IMT wykorzystywana jest tylko w odniesieniu do pasma 2 GHz i nie obejmuje zakresu 790 862 MHz (pozyskanego postanowieniami konferencji WRC-07 w ramach dywidendy cyfrowej) oraz zakresu 2520 2690 MHz (przeznaczonego dla potrzeb IMT na mocy postanowień konferencji WRC-2000). - 14 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT 3. Klasyczne warunki techniczne koordynacji transgranicznej systemów IMT Podstawowe warunki techniczne koordynacji transgranicznej wypracowane zostały przez grupy ERC TG1 (Grupa Zadaniowa Europejskiego Komitetu Radiokomunikacyjnego) i HCM w 2001 roku. Przeznaczone były do wykonywania obliczeń w zakresach 1900 1980 MHz, 2010 2025 MHz i 2110 2170 MHz i z niewielkimi zmianami, włączającymi zakres 2500 2690 MHz, obowiązują do dziś [5, 6] 1. Zasady i warunki prowadzenia obliczeń koordynacyjnych szczegółowo opisane są w [3]. Poniżej przedstawione są skrótowo. 3.1. Zasady prowadzenia koordynacji Podczas koordynacji transgranicznej systemów radiokomunikacyjnych 2. generacji powszechnie stosuje się metodę przydziału (na drodze wzajemnych porozumień) sąsiadującym ze sobą państwom tzw. częstotliwości (a właściwie wąskopasmowych kanałów częstotliwościowych) preferencyjnych, wyznaczonych z zestawu wszystkich dostępnych częstotliwości. Upraszcza się przez to postępowanie koordynacyjne, znacznie ograniczając liczbę przesyłanych pomiędzy poszczególnymi krajami wniosków o uzgodnienie możliwości wykorzystywania poszczególnych częstotliwości w obszarach przygranicznych. Systemy IMT (zarówno oparte na oparte na technologii CDMA jak i OFDM) wykorzystują szerokopasmowe kanały częstotliwościowe. Liczba kanałów szerokopasmowych jest bardzo ograniczona. W pierwszym etapie rozwoju naziemnego segmentu UMTS wykorzystywane może być jedynie 12 sparowanych kanałów FDD (1920 1980/2110 2170 MHz) i 7 niesparowanych kanałów TDD (1900 1920 i 2010 2025 MHz). Liczba operatorów działających na terenie jednego kraju ograniczona będzie w zasadzie do 6 (liczba przydzielonych dotychczas koncesji w różnych krajach waha się od 2 do 6). Z tego względu transgraniczna koordynacja systemów UTRA rozwiązywana jest inaczej niż w systemach 1 Zwyczajowo jako przedmiot koordynacji traktowana jest częstotliwość, chociaż koordynowanych jest kilka parametrów systemowych stacji nadawczej bądź odbiorczej, w tym częstotliwość - 15 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 wąskopasmowych. W drugim etapie rozwoju przewidziane jest wykorzystanie zakresu 2500 2690 MHz. Wówczas dostępnych będzie więcej kanałów. Liczba tych kanałów może być różna w każdym z krajów Europy, jednak musi być zachowana zasada, że w podzakresach 2500 2570/2620-2690 MHz mają być użyte systemy IMT wykorzystujący dupleks FDD (maksimum 2x14 kanałów 5 MHz) a w podzakresie 2570 2620 MHz można wykorzystać inne techniki (TDD, WiMAX itp.) dla których przeznaczono maksimum 10 kanałów o szerokości 5 MHz. Problem koordynacji transgranicznej może być rozwiązany na kilka sposobów obejmujących głównie: - koordynację częstotliwości, - specjalne techniki redukcji zakłóceń pomiędzy kanałami, jak np. - koordynację kodów skramblujących - czy (dla systemu TDD) koordynację szczelin czasowych. Wydajność lub pojemność systemu w obszarze granicznym znacznie będzie zależeć przy tym od metody koordynacji wybranej przez operatora czy administrację danego kraju. Największe znaczenie mają koordynacje kodów oraz koordynacje częstotliwości przy pewnych określonych na drodze porozumień międzynarodowych wartościach natężenia pola, które nie powinny być przekraczane na granicy pomiędzy zainteresowanymi krajami. W związku z małą ilością kanałów częstotliwościowych przypadających zwykle na jednego operatora (2 3), prowadzenie koordynacji transgranicznej wykorzystującej jedynie pojęcia częstotliwości preferencyjnych nie jest już prawie możliwe. Ze względu na to, że w Europie istnieje wiele średnich i dużych miast położonych przy granicach, jakiekolwiek ograniczenia obszaru pokrycia systemu IMT nie są akceptowane przez operatorów. Stąd każda z metod koordynacji transgranicznej musi zapewnić pełne pokrycie przygraniczne, jednocześnie gwarantując odpowiedni i jak najmniejszy poziom zakłóceń w stosunku do sieci zagranicznego operatora jak też i własnej. Problem rozwiązywany jest poprzez: - zastosowanie wspomnianych wyżej technik redukcji zakłóceń pomiędzy kanałami częstotliwościowymi, - wykorzystanie możliwie dokładnej metody określania natężeń pól. - 16 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Z tego względu w każdym porozumieniu o koordynacji transgranicznej zawieranym pomiędzy zainteresowanymi krajami, oprócz informacji administracyjnych, powinny znaleźć się informacje o: - sposobie harmonizacji wykorzystania poszczególnych zakresów częstotliwości i warunki ich współużytkowania, - sposobie podziału danych zakresów częstotliwości na kanały i zbiorów kodów na bloki (jednolita numeracja), - wyborze metody propagacyjnej do obliczeń zasięgów zakłóceniowych, - stosowanych technikach redukcji zakłóceń, oraz o - dopuszczalnych wartościach natężenia pola dla przypadków koordynacji kodów oraz częstotliwości, 3.2. Modele propagacyjne używane w obliczeniach propagacyjnych Obliczenia koordynacyjne wykonywane są dotychczas na ogół w dwóch przypadkach. Przypadek pierwszy dotyczy dokonywania ogólnej oceny sytuacji zakłóceń na granicy kraju i na terytorium kraju sąsiedniego. W przypadku drugim dokonywane są obliczenia szczegółowe poziomu zakłóceń na trasie radiowej pomiędzy konkretnym nadajnikiem zakłócającym a odbiornikiem podlegającym zakłóceniu. Ogólna ocena sytuacji ma pomóc podjęciu decyzji, czy koordynacja transgraniczna jest niezbędna, czy nie. Obliczenia prowadzone są wzdłuż linii granicy pomiędzy zainteresowanymi krajami oraz na terytorium krajów sąsiednich. Nie zawsze potrzebne są wtedy szczegółowe charakterystyki terenu na trasie. W przypadku konieczności dokonania ogólnej oceny należy stosować metodę obliczeń propagacyjnych typu punkt-obszar. Można wówczas użyć modelu zawartego w Zaleceniu ITU-R P.1546 [7] lub podobnego do niego modelu zawartego w Aneksie 5 Porozumienia HCM [5]. W takim przypadku obliczenia należy przeprowadzać typowo dla 50% miejsc i 10% czasu przy założonej wysokości anteny odbiorczej 3 m. Zainteresowane administracje/operatorzy w krajach sąsiednich mogą uzgodnić - 17 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 uwzględnianie szczegółowych terenowych parametrów trasy oraz pokrycia terenu (np. pokrycia lasami, czy uwzględnianie zabudowy), wówczas dokładność obliczeń będzie większa. Jakość obliczeń ulegnie istotnemu polepszeniu, gdy wykorzystany zostanie odpowiedniej dokładności cyfrowy model terenu. Do dokonania obliczeń szczegółowych należy wykorzystać model propagacyjny typu punkt-punkt. Jako właściwy do tego typu obliczeń tłumienności trasy zakłóceń może być użyty model zawarty w Zaleceniu ITU-R P.452 [8]. Zgodnie z Zaleceniem [6] tłumienie trasy obliczone ta metodą może być wyznaczone z określonym krokiem wzdłuż ustalonych promieni wyznaczonych z zadanym odstępem w stosunku do rozpatrywanego nadajnika zakłóceń. Szczegółowe parametry kroków/promieni/odstępów uzgadniane są pomiędzy zainteresowanymi krajami. Wartości tłumień wyznaczone dla przewidywanych lokalizacji odbiornika zakłóceń powinny posłużyć do skonstruowania histogramu przekroczeń dopuszczalnej wartości natężenia pola zakłóceń. Jeżeli 10% przewidywanych wartości natężenia pola przekroczy ustalony, maksymalny poziom zakłóceń, wówczas stacja zakłócająca powinna być poddana procedurze koordynacji. 3.3. Częstotliwości i kody preferencyjne Wiele administracji przydzieliło koncesje czterem lub więcej operatorom. Sieci posiadać będą typowo trzy warstwy komórek (makro, mikro i piko), z których każda wymaga separacji kanałowej na określonym obszarze. Koordynację transgraniczną systemów komórkowych 3. generacji można rozwiązać poprzez wykorzystanie kanałów preferencyjnych. Wówczas w obszarach położonych wzdłuż granicy kraju, operatorzy systemów UTRA w graniczących państwach mogą dostać przydzielone kanały preferencyjne, czyli wyznaczone (z niewielkiej puli) kanały częstotliwościowe, które są uprzywilejowane. Uprzywilejowanie to polega na tym, że sygnały o częstotliwościach preferencyjnych mogą osiągać na granicy kraju ( i na terytorium kraju sąsiedniego) wyższe poziomy natężenia pola niż sygnały o częstotliwościach niepreferencyjnych. Jeżeli operatorzy używają przy granicy swojego kraju częstotliwości preferencyjnych, to te same częstotliwości używane przez operatorów z krajów sąsiednich przy tej samej granicy traktowane są jako niepreferencyjne. - 18 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT W przypadku użytkowania częstotliwości preferencyjnych przez operatora pojemność jego komórek przygranicznych nie ulega znaczącemu obniżeniu w wyniku oddziaływania zakłóceń pochodzących z komórek działających w tym samych kanałach w sąsiednim państwie. Jednak możliwość pokrycia obszarów przygranicznych przez każdego z graniczących operatorów znacznie się wówczas zmniejsza, gdyż liczba kanałów częstotliwościowych dostępnych operatorom zmniejsza się o połowę w przypadku koordynacji dwóch państw i o dwie trzecie w przypadku koordynacji na styku trzech granic. Tym samym, operatorzy sieci UMTS dysponujący na przykład tylko dwoma kanałami nie są prawdopodobnie w stanie zapewnić ciągłości pokrycia wzdłuż granicy. Przydział niewielkiej liczby kanałów częstotliwościowych oznacza, że nie każdy operator w obszarze granicznym otrzyma do użytku częstotliwości preferencyjne. Z kolei operatorzy wykorzystujący częstotliwości niepreferencyjne muszą akceptować zakłócenia pochodzące od systemów wykorzystujących częstotliwości preferencyjne na terenie sąsiedniego państwa. Z tego powodu wykorzystywanie preferencyjnych kanałów częstotliwościowych uznawane jest raczej za dodatkową metodę koordynacji w stosunku do przydziału kodów preferencyjnych. Jednak mimo wszystko może zaistnieć potrzeba koordynacji kanałów częstotliwościowych różnych klas. Z tego względu dla wszystkich rodzajów kanałów częstotliwościowych ustalono dopuszczalny poziom natężenia pola osiągany na granicy kraju i za granicą, na terytorium kraju sąsiedniego. Tym samym zapobiega się sytuacjom, w których operatorzy graniczących sieci UTRA będą podwyższać moc swoich stacji bazowych w celu zwiększenia pokrycia na granicy swojej sieci, kosztem mniejszego pokrycia u sąsiada. Założono przy tym, że dopuszczalne natężenie pola na linii granicy powinno być wtedy na tyle wysokie, aby umożliwić komunikację głosową (8 kbit/s) wewnątrz pomieszczeń, niezależnie od stanu kompatybilności pomiędzy dwoma sąsiadującymi sieciami na tej samej częstotliwości. Wartość dopuszczalnego natężenia pola na granicy kraju ustalono przy założeniu, że zwiększenie szumu o 50% w odbiorniku ruchomego terminala użytkownika (MS) powoduje utratę pokrycia obszaru o 10%. Aby zapewnić pełne pokrycie terenu uwzględniono marginesy na zaniki wewnątrz pomieszczeń oraz na nakładanie się komórek przy granicy. W przypadku, gdy przewidywane (lub zmierzone) na granicy kraju średnie natężenie pola każdej nośnej - 19 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 generowanej przez daną stację jest mniejsze od dopuszczalnego, to częstotliwość używana przez tę stację nie podlega koordynacji. Liczba częstotliwości preferencyjnych po jednej i drugiej stronie granicy winna być taka sama. Przy małej liczbie dostępnych kanałów UTRA jest to możliwe jedynie wówczas, gdy po obu stronach granicy przydzielono równocześnie kanały w segmencie naziemnym UMTS tej samej liczbie operatorów. W każdym innym przypadku któryś z operatorów dysponowałby większą liczbą kanałów preferencyjnych, co łamałoby warunek równości stron. Ponadto warunkiem dobrej koordynacji jest zachowanie (zgranie) po obu stronach granicy tych samych częstotliwości środkowych kanałów. Z tego względu podstawową staje się koordynacja kodów możliwe jest wówczas miękkie przełączanie rozmów przy przekraczaniu granicy przez użytkownika systemu. Koordynacja częstotliwości możliwa jest wtedy, gdy niezależnie od liczby wydanych koncesji w krajach graniczących, po obu stronach granicy działać będzie taka sama liczba operatorów. Należy przy tym zauważyć, że w przypadku użytkowania np. jedynie pasma początkowego na styku trzech granic liczba ta nie może przekraczać 4 wobec możliwości rozdzielenia tylko 12 sparowanych kanałów FDD. Bardzo skutecznym rozwiązaniem sposobu minimalizacji wzajemnych zakłóceń systemów UTRA w obszarach przygranicznych jest zastosowanie koordynacji kodów skramblujących. Zakłada się tutaj, że jeżeli zainteresowane kraje dokonają przydziału kanałów częstotliwościowych o zgranych ze sobą położeniach częstotliwości środkowych, to powinny uzgodnić między sobą preferencyjne grupy kodów albo/i preferencyjne bloki grup kodowych. Jednak technika ta sama w sobie nie wystarcza dla celów prawidłowego wykorzystania widma i powinna być powiązana z ograniczeniami dotyczącymi poziomów natężeń pól zakłócających występujących na granicy pomiędzy krajami. Dzieje się tak dlatego, że sama koordynacja kodów nie jest w stanie zapewnić takiego samego odseparowania systemów, jak preferencyjna koordynacja kanałów częstotliwościowych; nawet przy zastosowaniu różnych kodów, nadal występują pewne zakłócenia pomiędzy dwoma systemami CDMA. Operator korzystający ze swoich kodów preferencyjnych musi być więc zabezpieczony przez zakłóceniami ze strony systemu wykorzystującego zarówno kody niepreferencyjne jak też i kody preferencyjne drugiego operatora. Z tego względu ustalone zostały ograniczenia natężeń pola zarówno dla kodów preferencyjnych jak i - 20 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT niepreferencyjnych oraz obszary (wyznaczone liniami granicznymi), gdzie te ograniczenia mają zastosowanie [6]. CEPT zaleca więc, by uruchomić proces koordynacyjny systemu UMTS jeżeli przewidywane średnie natężenie pola dla każdego kanału ( częstotliwości nośnej ) wytworzone przez stację bazową nie przekroczy określonych wartości. Wartości te nie powinny być przekraczane na wysokości 3m nad poziomem terenu na granicy miedzy krajami (oraz na określonej linii poprowadzonej równolegle do granicy wewnątrz terytorium sąsiedniego kraju, zwanej linią transgraniczną). Dopuszczalne wartości natężenia pola zależne są od tego, czy uzgodnione są kody preferencyjne i częstotliwości preferencyjne oraz czy zgrane są miedzy nimi częstotliwości środkowe kanałów. Przedstawione są w Tablicach 1 2 i zilustrowane na Rysunkach 1 3 dla różnych możliwych przypadków. Określenie dowolna odległość linii transgranicznej należy rozumieć jako całe terytorium sąsiedniego kraju. Tab. 1. Dopuszczalne natężenia pól w otoczeniu granicy przy koordynacji systemów UMTS FDD FDD Częstotliwości preferencyjne Kody preferencyjne Zgranie częstotliwości środkowych Natężenie pola na granicy kraju [db/µv/m/5 MHz] Natężenie pola na linii transgranicznej [db/µv/m/5 MHz] Odległość linii transgranicznej od granicy [km] - Tak Tak 65 37 6 - Tak Nie 65 37 6 - Nie Tak 37 37 dowolna - Nie Nie 65 37 6 Tak Tak/Nie - 75 75 dowolna Nie Tak/Nie - 65 37 6 Tab. 2. Dopuszczalne natężenia pól w otoczeniu granicy przy koordynacji systemów UMTS TDD TDD Częstotliwości preferencyjne Kody preferencyjne Zgranie częstotliwości środkowych Natężenie pola na granicy kraju [db/µv/m/5 MHz] Natężenie pola na linii transgranicznej [db/µv/m/5 MHz] Odległość linii transgranicznej od granicy [km] - Tak Tak 37 37 dowolna - Tak Nie 37 37 dowolna - Nie Tak 21 21 dowolna - 21 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 KRAJ A Preferencyjna częstotliwość Poziom akceptowalnych zakłóceń (potencjalna utrata pojemności) KRAJ B Niepreferencyjna częstotliwość E max = 75dBµV/m/5MHz E max = 65dBµV/m/5MHz BTS A BTS B E max = 37dBµV/m/5MHz Granica Linia transgraniczna i Rys. 1. Przykład sytuacji zakłóceniowej na granicy kraju, scenariusz częstotliwości preferencyjnych i niepreferencyjnych, systemy UMTS FDD KRAJ A Niepreferencyjny kod Poziom akceptowalnych zakłóceń (potencjalna utrata pojemności) KRAJ B Preferencyjny kod E max = 65dBµV/m/5MHz (n) E max = 65dBµV/m/5MHz (z, n) E max = 37dBµV/m/5MHz (n) E max = 37dBµV/m/5MHz (z) BTS A BTS B E max = 37dBµV/m/5MHz (z, n) Linia transgraniczna 1 Granica Linia transgraniczna 2 Rys. 2. Przykład sytuacji zakłóceniowej na granicy kraju, scenariusz kodów preferencyjnych i niepreferencyjnych, systemy UMTS FDD, (oznaczenia: z zgrane, n niezgrane środki częstotliwości) - 22 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT KRAJ A Preferencyjny kod Poziom akceptowalnych zakłóceń (potencjalna utrata pojemności) KRAJ B Niepreferencyjny kod E max = 21dBµV/m/5MHz (z) BTS A E max = 37dBµV/m/5MHz (z, n) Granica BTS B Rys. 3. Przykład sytuacji zakłóceniowej na granicy kraju, scenariusz kodów preferencyjnych i niepreferencyjnych, systemy UMTS TDD, (oznaczenia: z zgrane, n niezgrane środki częstotliwości) Ograniczenia dotyczące natężeń pola przekraczanych na granicy kraju gwarantują że: - działanie każdego operatora w zakresie jego kanałów preferencyjnych jest odpowiednio zapewnione poprzez ograniczenie poziomu natężeń pola w obszarach przygranicznych dla kanałów niepreferencyjnych innych operatorów, - operator jest w stanie zapewnić pełne pokrycie do granic swojego kraju w zakresie swoich kodów preferencyjnych poprzez zastosowanie maksymalnych natężeń pola dopuszczalnych w obszarze graniczącego kraju. Ograniczenie to zapewnia także, że zagraniczny operator może wykorzystywać swoje kanały niepreferencyjne kilkanaście/kilkadziesiąt kilometrów od granicy, wewnątrz swojego obszaru, - ograniczenia mają charakter progowy i ich przekroczenie powoduje konieczność koordynacji, która jest możliwa ze względu na dużą ilość dostępnych kodów. Jak wspomniano wyżej, podział kodów/częstotliwości na preferencyjne i niepreferencyjne, które następnie przydzielane są do użytku operatorom, następuje - 23 -
Maciej J. Grzybkowski Sprawozdanie Z21/21 30 005 9/1318/09 w wyniku uzyskania porozumienia (bilateralnego lub multilateralnego) pomiędzy poszczególnymi krajami. Przykładem takiego porozumienia jest Porozumienie HCM [5], gdzie ustalone są zasady dokonywania koordynacji, sposób wymiany i postać dokumentów koordynacyjnych a także ustalone są warunki techniczne (wartości parametrów koordynacyjnych, dopuszczalne wartości poziomu zakłóceń, metody obliczeń propagacyjnych) koordynacji. W Porozumieniu tym dopuszczalne natężenie pól, które ma być wykorzystywane przy koordynacji systemów UMTS, wynosi 21 db/µv/m i jest wartością zaczerpniętą z pierwszej wersji Zalecenia [6], określoną jedynie dla częstotliwości wykorzystujących kody niepreferencyjne przy zgranych częstotliwościach środkowych. Prawdopodobnie przy nowelizacji Porozumienia HCM uwzględnione będą dane zamieszczone w najnowszej wersji Zalecenia CEPT. Zalecenie CEPT [6] dotyczące koordynacji transgranicznej systemów UMTS stanowi również dobry przykład porozumienia wypracowanego międzynarodowo. Wychodząc z założenia, że dla trybu FDD dokument 3GPP TS 25.213 definiuje 64 grupy kodów skramblujących numerowanych od 0 do 63 a dla trybu TDD dokument 3GPP TS 25.223 definiuje 32 grupy kodów skramblujących numerowanych od 0 do 31 grupy te zostały podzielone na 6 zbiorów (po 10 lub 11 grup w trybie FDD i po 5 lub 6 grup w trybie TDD). Zbiory te przyporządkowano poszczególnym krajom. Założono przy tym, że każdy z krajów otrzyma do dyspozycji po trzy grupy kodów preferencyjnych do użycia wzdłuż granicy z dowolnym krajem sąsiednim, i po dwie takie grupy dla przypadków użycia systemów UMTS w strefie w pobliżu styku trzech granic (z dwoma sąsiadami). Jeden z możliwych sposobów podziału kodów pomiędzy sąsiadujące kraje zaprezentowany jest w Tablicy 3. Tab. 3. Ogólny podział kodów między sąsiadujące kraje dla różnych trybów pracy systemów UMTS Tryb FDD Tryb TDD Przypadek granic dwóch krajów (kraje A i B) Przypadek granic trzech krajów (kraje A, B i C) 32 grupy kodów są preferencyjne dla kraju A 32 grupy kodów są preferencyjne dla kraju B 22 grupy kodów są preferencyjne dla kraju A 21 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju B 21 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju C 16 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju A 16 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju B 10 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju A 11 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju B 11 grup kodów jest preferencyjnych dla kraju C - 24 -
Nowe podstawy techniczne procesu transgranicznej koordynacji radiokomunikacyjnych systemów IMT Celem dokonania szczegółowego podziału kodów pomiędzy kraje europejskie podzielono je uprzednio na cztery zbiory 2 : - Zbiór krajów 1: BEL, CVA, CYP, CZE, DNK, E, FIN, GRC, IRL, ISL, LTU, MCO, SMR, SUI, SVN, UKR, AZE, SRB, MNE, - Zbiór krajów 2: AND,BIH, BLR, BUL, D, EST, G, HNG, I, MDA, RUS (Exclave), GEO - Zbiór krajów 3: AUT, F, HOL, HRV, MKD, POL, POR, ROU, RUS, S, MLT, - Zbiór krajów 4: ALB, LIE, LUX, LVA, NOR, SVK,TUR. Po oznaczeniu dostępnych zbiorów grup kodów preferencyjnych przez A do F (kolejne grupy kodów oznaczone numerami 0 10, 11 20, 21 31, 32 42, 43 52 i 53 63 dla FDD oraz oznaczone numerami 0 4, 5 10, 11 15, 16 20, 21 26 i 27-31 dla TDD) przeprowadzony został ich podział między poszczególne grupy krajów (Tablica 4). Tab. 4. Obszar koordynacyjny Granica 1-2 Strefa 1-2-3 Granica 1-3 Strefa 1-2-4 Granica 1-4 Strefa 1-3-4 Granica 2-3 Granica 2-4 Strefa 2-3-4 Granica 3-4 Oznaczenia: Kraj ze zbioru 1 Kraj ze zbioru 2 Kraj ze zbioru 3 Kraj ze zbioru 4 Szczegółowy podział kodów preferencyjnych w różnych trybach pracy systemów UMTS między sąsiadów na obszarach położonych przy granicach dwóch krajów i w strefach wokół styku granic trzech krajów [3, 5] Zbiór kodów A Zbiór kodów B Zbiór kodów C Zbiór kodów D Zbiór kodów E Zbiór kodów F 0..10 FDD 11..20 FDD 21..31 FDD 32..42 FDD 43..52 FDD 53..63 FDD 0..4 TDD 5..10 TDD 11..15 TDD 16..20 TDD 21..26 TDD 27..31 TDD Na podstawie tak przeprowadzonego podziału grup kodów możliwe jest utworzenie zalecanego przez CEPT szczegółowego podziału kodów preferencyjnych 2 Skróty nazw krajów według terminologii CEPT - 25 -