RU2161866C1 - Jamproof radio communication system - Google Patents

Abstract

FIELD: cellular and radial communication systems using subscriber terminals with automatic power control of transmitted radio signal. SUBSTANCE: two or more base stations of the radio communication systems are arranged to produce interference, that are interfering ones relative to each other, or active repeaters of signals with a duplex separation of reception and transmission frequencies are placed near them, whose frequency range is set in such a way that it would coincide with the frequency range of the interfering base station; the subscriber terminals with automatic power control of signal transmission located near the "strange" base station receive and transmit the signals re- emitted by the active repeaters, whose frequency range coincides with the operating frequency range of the subscriber terminal, respectively from its own and to its base station. Realization of the invention provides for the preset level of intersystem interference at an arbitrary location of the base stations of two communication systems relative to each other, reduces the frequency guard space between the systems and increases the quantity of operating channels in the set free sections of the range. EFFECT: enhanced quality of communication in the network and capacity of the base stations. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи, а более конкретно к системам сотовой и радиальной связи, использующим абонентские терминалы с автоматической регулировкой мощности (АРМ) передаваемого радиосигнала. The invention relates to the field of radio communications, and more particularly to cellular and radial communication systems using subscriber terminals with automatic power control (AWP) of the transmitted radio signal.

Известен способ снижения взаимных помех между базовыми станциями и абонентскими терминалами различных систем сотовой связи, заключающийся в увеличении частотного разнесения между рабочими диапазонами систем связи как на приеме, так и на передаче до величины, обеспечивающей выполнение норм по электромагнитной совместимости (ЭМС) двух систем связи (см. Быховский М.А., Дудукин С. Н. , Тихвинский В.О. Нормы частотно-территориального разноса РЭС сотовых сетей связи стандартов IS-95 и AMPS/DAMPS, стр. 72-80, Труды конференции "CDMA-800 в России", Кипр, Лимассол, ноябрь 1998 г.)[1]. There is a method of reducing mutual interference between base stations and subscriber terminals of various cellular communication systems, which consists in increasing the frequency diversity between the operating ranges of communication systems both in reception and transmission to a value that ensures compliance with the standards for electromagnetic compatibility (EMC) of two communication systems ( see Bykhovsky M.A., Dudukin S.N., Tikhvinsky V.O. Norms of frequency-territorial separation of RES of cellular communication networks of standards IS-95 and AMPS / DAMPS, pp. 72-80, Proceedings of the conference "CDMA-800 in Russia ", Cyprus, Limassol, November 1998) [1].

Недостаток рассмотренного способа заключается в том, что практическая возможность по увеличению частотного разнесения между рабочими диапазонами различных систем связи, как правило, отсутствует из-за ограниченности частотных ресурсов. Поэтому в случае взаимного расположения базовых станций разных систем связи, например, на удалении, близком к границе зоны обслуживания базовой станции, не обеспечивается допустимый уровень взаимных помех между базовой станцией одной сети и близко от нее расположенными абонентскими терминалами другой сети. The disadvantage of the considered method is that the practical possibility of increasing the frequency diversity between the operating ranges of various communication systems, as a rule, is absent due to the limited frequency resources. Therefore, in the case of the mutual location of the base stations of different communication systems, for example, at a distance close to the border of the service area of the base station, an acceptable level of mutual interference between the base station of one network and close to it located subscriber terminals of another network is not provided.

Известен способ снижения внутрисистемной интерференции в мобильной системе связи, включающей базовые станции и абонентские терминалы, заключающийся в измерении мешающего воздействия на базовой станции и предоставлении абоненту для обслуживания канала с отношением сигнал/помеха выше порогового уровня (см. патент США 5548807 от 20.08.96, H 04 B 7/26; H 04 Q 7/20. Mobile communication system comprising base station each having omnidirectional antenna for reception of interference wave) [2]. There is a method of reducing intra-system interference in a mobile communication system, including base stations and subscriber terminals, which consists in measuring the interfering effect at the base station and providing the subscriber with a signal-to-noise ratio higher than a threshold level for service (see US patent 5548807 from 08.20.96, H 04 B 7/26; H 04 Q 7/20. Mobile communication system comprising base station each having omnidirectional antenna for reception of interference wave) [2].

Недостаток способа заключается в том, что положительный эффект достигается за счет неэффективного использования емкости базовой станции, поскольку сама помеха не устраняется, а только выбирается лучший канал из тех, что не поражены помехой. Кроме того, рассмотренный способ не может быть использован для снижения межсистемных помех. The disadvantage of this method is that a positive effect is achieved due to the inefficient use of the capacity of the base station, since the interference itself is not eliminated, but only the best channel is selected from those that are not affected by interference. In addition, the considered method cannot be used to reduce intersystem interference.

Известен способ снижения взаимных помех между базовыми станциями и абонентскими терминалами двух систем сотовой связи, имеющими разнесенный рабочий диапазон частот, заключающийся в расположении базовых станций одной системы в местах установки базовых станций другой системы (см. Авдеева Л.В., Муратов Е.С. Особенности частотно-территориального планирования и особенности ЭМС при создании сети беспроводного доступа на основе технологии CDMA в Москве и Московской области., стр. 27-30, Труды конференции "CDMA-800 в России", Кипр, Лимассол, ноябрь 1998 г.)[3]. Этот способ выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения. На фиг.1 приведена схема, иллюстрирующая принцип действия этого способа. Здесь БС1 и БС2 - базовые станции различных сетей, расположенные в одном и том же месте; А1 и А2 - приемно-передающие антенны БС1 и БС2 соответственно; М - мачта; АТ1, АТ2 - абонентские терминалы с автоматической регулировкой мощности (АРМ) передачи, расположенные вблизи места установки БС; f1, f2 - частоты передачи БС1 и БС2 соответственно, равные частотам приема АТ1 и АТ2 соответственно; f1- δ, f2-δ - частоты передачи АТ1 и АТ2 соответственно, равные частотам приема БС1 и БС2 соответственно. There is a method of reducing mutual interference between base stations and subscriber terminals of two cellular communication systems having a spaced frequency range, consisting in the location of base stations of one system in the installation sites of base stations of another system (see Avdeeva L.V., Muratov E.S. Features of frequency-spatial planning and features of EMC when creating a wireless access network based on CDMA technology in Moscow and the Moscow Region., Pp. 27-30, Proceedings of the conference "CDMA-800 in Russia", Cyprus, Limassol, November 1998) [ 3 ]. This method is selected as a prototype of the claimed invention. Figure 1 shows a diagram illustrating the principle of operation of this method. Here BS1 and BS2 are the base stations of various networks located in the same place; A1 and A2 - transmit-receive antennas BS1 and BS2, respectively; M - mast; АТ1, АТ2 - subscriber terminals with automatic power control (AWP) of transmission located near the BS installation site; f1, f2 — transmission frequencies of BS1 and BS2, respectively, equal to the reception frequencies of AT1 and AT2, respectively; f1-δ, f2-δ are the transmission frequencies of AT1 and AT2, respectively, equal to the reception frequencies of BS1 and BS2, respectively.

Поскольку АТ1 и АТ2 расположены на близком расстоянии от своих БС, то мощности передаваемых ими сигналов снижаются за счет действия механизмов АРМ и поэтому влияние помехового воздействия со стороны АТ1 на приемник чужой БС2 и АТ2 на приемник БС1 (имеющее место за счет частичного перекрытия спектров сигналов различных систем связи, фиг.2) не приводит к ухудшению качества связи. С другой стороны, выходные сигналы БС1 и БС2 за счет частичного перекрытия спектров используемых ими сигналов являются сильными помехами соответственно для АТ2 и АТ1, находящимися вблизи этих БС. Однако в то же самое время на входы приемников АТ1 и АТ2 действуют полезные сигналы высокого уровня от своей рядом расположенной БС. Поэтому отношение полезный сигнал/помеха на входах приемников АТ1 и АТ2 остается высоким и действие помехи не приводит к ухудшению качества связи. Since АТ1 and АТ2 are located at a close distance from their BSs, the power of the signals transmitted by them is reduced due to the action of the AWS mechanisms and, therefore, the influence of interference from the AT1 side on the receiver of another BS2 and AT2 on the BS1 receiver (taking place due to the partial overlap of the signal spectra of various communication systems, figure 2) does not lead to a deterioration in the quality of communication. On the other hand, the output signals BS1 and BS2 due to the partial overlap of the spectra of the signals used by them are strong interference for AT2 and AT1, respectively, located near these BSs. However, at the same time, the inputs of the AT1 and AT2 receivers are affected by high-level useful signals from their nearby BS. Therefore, the ratio of the useful signal / interference at the inputs of the receivers AT1 and AT2 remains high and the effect of the interference does not lead to a deterioration in the quality of communication.

Недостаток данного способа заключается в том, что во многих случаях невозможно разместить базовые станции разных систем в одних и тех же местах установки или в непосредственной близости друг к другу, что связано как с техническими, так и административными причинами. Технический результат, достигаемый представленным в данной заявке изобретением, заключается в повышении качества связи в сети и пропускной способности базовых станций. Для этого на двух или более базовых станциях систем радиосвязи, создающих взаимные помехи и по отношению друг к другу являющихся мешающими, или вблизи них располагают активные ретрансляторы сигналов с дуплексным разнесением частот приема и передачи, диапазон частот которых устанавливают таким образом, чтобы он совпадал с диапазоном частот мешающей базовой станции, при этом абонентские терминалы с АРМ передачи сигналов, расположенные вблизи "чужой" базовой станции, принимают и передают сигналы, переизлученные активными ретрансляторами, диапазон частот которых совпадает с рабочим диапазоном частот абонентского терминала, соответственно от своей и к своей базовой станции. The disadvantage of this method is that in many cases it is impossible to place the base stations of different systems in the same installation locations or in close proximity to each other, which is due to both technical and administrative reasons. The technical result achieved by the invention presented in this application is to improve the quality of communication in the network and the bandwidth of base stations. To do this, at or near two base stations of radio communication systems that create mutual interference and are interfering with each other, active signal repeaters with duplex diversity of transmit and receive frequencies are located, the frequency range of which is set so that it matches the range frequencies of the interfering base station, while subscriber terminals with signaling workstation located near the "alien" base station receive and transmit signals re-emitted by active transponders, the frequency range of which coincides with the operating frequency range of the subscriber terminal, respectively, from its own and to its base station.

На прилагаемых чертежах 1-3 приведены:
- схема реализации прототипа (фиг. 1);
- графики взаимовлияния базовых станций и абонентских терминалов (фиг. 2);
- схема устройства, представляющего реализацию изобретения (фиг. 3).The accompanying drawings 1-3 show:
- scheme for the implementation of the prototype (Fig. 1);
- graphs of the mutual influence of base stations and subscriber terminals (Fig. 2);
- diagram of a device representing the implementation of the invention (Fig. 3).

Заявляемый способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг. 3, при этом основные элементы устройства обозначены следующим образом:
БС1, БС2 - базовые станции, принадлежащие сетям с различными системами радиосвязи соответственно и удаленные друг от друга на расстояние R, близкое к радиусу зоны обслуживания каждой базовой станции;
А1, А2 - приемопередающие антенны БС1 и БС2 соответственно;
М1, М2 - антенные мачты БС1 и БС2 соответственно;
АТ1, АТ2 - абонентские терминалы с АРМ передачи, расположенные на краях зоны обслуживания своих базовых станций БС1 и БС2 соответственно и в непосредственной близости от БС другой системы связи;
f1, f2 - частоты передачи БС1 и БС2 соответственно, равные частотам приема АТ1 и АТ2 соответственно;
f1-δ, f2-δ - частоты передачи АТ1 и АТ2 соответственно, равные частотам приема БС1 и БС2 соответственно;
Р1, Р2 - активные ретрансляторы сигналов с дуплексным разнесением частот приема и передачи БС1, АТ1 и БС2, АТ2 соответственно;
Д1, Д2 - донорские антенны активных ретрансляторов Р1 и Р2 соответственно с узкими диаграммами направленности;
С1, С2 - сервисные антенны активных ретрансляторов Р1 и Р2 соответственно с широкими диаграммами направленности.The inventive method is implemented using the device shown in FIG. 3, while the main elements of the device are indicated as follows:
BS1, BS2 - base stations belonging to networks with different radio communication systems, respectively, and remote from each other by a distance R close to the radius of the service area of each base station;
A1, A2 - transceiver antennas BS1 and BS2, respectively;
M1, M2 - antenna masts BS1 and BS2, respectively;
АТ1, АТ2 - subscriber terminals with automated workstation transmission located at the edges of the service area of their base stations BS1 and BS2, respectively, and in close proximity to the BS of another communication system;
f1, f2 — transmission frequencies of BS1 and BS2, respectively, equal to the reception frequencies of AT1 and AT2, respectively;
f1-δ, f2-δ are the transmission frequencies of AT1 and AT2, respectively, equal to the reception frequencies of BS1 and BS2, respectively;
P1, P2 - active signal repeaters with duplex diversity of the receiving and transmitting frequencies of BS1, AT1 and BS2, AT2, respectively;
D1, D2 - donor antennas of active repeaters P1 and P2, respectively, with narrow radiation patterns;
C1, C2 - service antennas of active repeaters P1 and P2, respectively, with wide radiation patterns.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При отсутствии ретранслятора Р1 вблизи БС2 абонентские терминалы АТ1, находящиеся на удалении R у границы зоны обслуживания своей БС1, принимают сигналы низкого уровня на частоте f1 и излучают максимальную мощность на частоте передачи f1-δ. Поскольку спектры сигналов передачи АТ1 на частоте f1-δ и сигналов приема БС2 на частоте f2-δ перекрываются (например, огибающая спектров наиболее широко используемых в мобильной связи сигналов с цифровой фазовой модуляцией типа QPSK, OQPSK, π/4 QPSK и т.п. имеет форму вида - квадратный корень из "приподнятого" косинуса (фиг.2), а часть АТ1 находится вблизи приемника БС2, то в данной ситуации со стороны близкорасположенных АТ1 действуют максимальные помехи на приемник БС2. Одновременно из-за перекрытия спектров сигнала передачи БС2 на частоте f2 и сигналов приема АТ1 на частоте f1 имеет место максимальное влияние помехи со стороны передачи БС2 на слабые приемные сигналы близкорасположенных АТ1. In the absence of a repeater P1 near BS2, the AT1 subscriber terminals located at a distance R from the boundary of the coverage area of their BS1 receive low-level signals at a frequency f1 and emit maximum power at a transmission frequency f1-δ. Since the spectra of AT1 transmission signals at a frequency of f1-δ and BS2 reception signals at a frequency of f2-δ overlap (for example, the spectral envelope of the most widely used in mobile communications digital phase modulation signals such as QPSK, OQPSK, π / 4 QPSK, etc. has the form of a square root of the “raised” cosine (Fig. 2), and part of AT1 is located near the BS2 receiver, then in this situation, from the side of nearby AT1s, the maximum interference to the BS2 receiver acts. At the same time, due to the overlap of the spectra of the BS2 transmission signal on frequency f2 and signals Receiving AT1 at a frequency f1 have the maximum effect of interference from BS2 transmit weak signals closely spaced AT1 receptors.

Аналогичные влияния испытывают приемник БС1 от передатчиков близкорасположенных АТ2 и приемники близкорасположенных АТ2 от передатчика БС 1. Similar effects are experienced by the BS1 receiver from the transmitters of nearby AT2 and the receivers of nearby AT2 from the transmitter of BS 1.

В результате влияния взаимных помех между БС1 и близкорасположенными АТ2 (БС2 и АТ1) уменьшается отношение сигнал/шум на приемниках базовых станций (для всех без исключения абонентских терминалов зоны обслуживания, работающих с БС1 и БС2) и абонентских терминалов, расположенных вблизи мешающей БС. Как следствие, ухудшается качество связи для всех абонентских терминалов зоны обслуживания, работающих по линии "вверх" (абонентский терминал - своя базовая станция), блокировки на базовых станциях, пораженных помехой каналов, в случае превышения помехи над установленным порогом и ухудшается качество связи по линии "вниз" для абонентских терминалов, расположенных вблизи мешающей БС. As a result of the influence of mutual interference between BS1 and nearby AT2 (BS2 and AT1), the signal-to-noise ratio at the base station receivers decreases (for all subscriber terminals of the service area working with BS1 and BS2, without exception) and subscriber terminals located near the interfering BS. As a result, the quality of communication for all subscriber terminals of the service area operating on the uplink (the subscriber terminal has its own base station) is deteriorating, blocking at base stations affected by channel interference if the interference exceeds the set threshold and the quality of communication over the line is deteriorating "down" for subscriber terminals located near the interfering BS.

При наличии дуплексного активного ретранслятора Р1 в месте расположения БС2 или вблизи него слабый сигнал от БС1 на частоте f1 в месте расположения АТ1 усиливается ретранслятором и излучается с высоким уровнем вблизи БС2. Поэтому отношение сигнал/помеха на приеме АТ1, находящихся на границе зоны обслуживания своей БС1 в зоне действия ретранслятора Р1, повышается, что приводит к повышению качества связи на близкорасположенных АТ1. Одновременно выходной сигнал передатчика от близкорасположенных АТ1 на частоте f1-d усиливается ретранслятором Р1, что приводит за счет действия АРМ к снижению уровня сигнала передатчика на АТ1 и снижению уровня влияния помехи от этого сигнала на приемник БС2. В результате повышаются качество связи линии "вверх" на БС2 для всех обслуживаемых ею абонентских терминалов АТ2 в зоне обслуживания, а также пропускная способность БС2. In the presence of a duplex active repeater P1 at or near BS2, a weak signal from BS1 at a frequency f1 at location AT1 is amplified by the repeater and emitted at a high level near BS2. Therefore, the signal-to-noise ratio at the reception of AT1 located on the border of the service area of its BS1 in the coverage area of the relay P1 increases, which leads to an increase in the quality of communication at closely located AT1. At the same time, the output signal of the transmitter from nearby АТ1 at the frequency f1-d is amplified by the relay Р1, which, due to the action of the automated workstation, leads to a decrease in the signal level of the transmitter on АТ1 and a decrease in the level of influence of interference from this signal on the BS2 receiver. As a result, the quality of uplink communication on BS2 is improved for all AT2 subscriber terminals that it serves in the service area, as well as BS2 throughput.

Аналогичные эффекты улучшения отношения сигнал/шум достигаются на приеме БС1 и АТ2 в результате установки дуплексного активного ретранслятора сигналов от БС2 и АТ2 на частотах соответственно f2 и f2-d, что приводит к повышению качества связи линии "вверх" на БС1 для всех абонентов АТ1 зоны обслуживания, повышению пропускной способности БС1, а также к повышению качества связи для близкорасположенных к ней АТ2. Similar effects of improving the signal-to-noise ratio are achieved at the reception of BS1 and AT2 as a result of the installation of a duplex active relay of signals from BS2 and AT2 at frequencies f2 and f2-d, respectively, which leads to an increase in the quality of uplink communication on BS1 for all subscribers of the AT1 zone servicing, increasing the throughput of BS1, as well as improving the quality of communication for AT2 located close to it.

Использование донорских антенн Д1 и Д2 с узкими диаграммами направленности на активных ретрансляторах Р1 и Р2 позволяет достичь требуемой электромагнитной развязки с приемопередающими антеннами соответственно БС2 и БС1. Использование сервисных антенн С1 и С2 с широкими диаграммами направленности обеспечивает формирование круговой зоны обслуживания абонентских терминалов АТ1 и АТ2 вблизи соответствующих ретрансляторов Р1 и Р2. The use of donor antennas D1 and D2 with narrow radiation patterns on active repeaters P1 and P2 allows achieving the required electromagnetic isolation with transceiving antennas BS2 and BS1, respectively. The use of service antennas C1 and C2 with wide radiation patterns provides the formation of a circular service area for subscriber terminals AT1 and AT2 near the corresponding repeaters P1 and P2.

Таким образом, только одновременная установка по одному активному ретранслятору на краю своей зоны обслуживания в месте расположения мешающей БС или в непосредственной близости от нее обеспечивает достижение положительного эффекта - повышения качества связи для всех абонентов в каждой системе и пропускной способности каждой базовой станции. Thus, only the simultaneous installation of one active repeater at the edge of its service area at the location of the interfering BS or in the immediate vicinity of it provides a positive effect - improving the quality of communication for all subscribers in each system and the throughput of each base station.

При практической реализации изобретения обеспечивается заданный уровень межсистемных помех при произвольном расположении базовых станций двух систем связи относительно друг друга, уменьшается защитный частотный интервал между системами и увеличивается количество рабочих каналов на освободившихся участках диапазона. In the practical implementation of the invention, a predetermined level of inter-system interference is provided with an arbitrary arrangement of base stations of two communication systems relative to each other, the protective frequency interval between the systems is reduced, and the number of working channels in the freed parts of the range is increased.

Claims (3)

1. Способ повышения помехоустойчивости взаимно мешающих систем радиосвязи, имеющих разнесенный рабочий диапазон частот, отличающийся тем, что на базовых станциях систем радиосвязи, создающих взаимные помехи и по отношению друг к другу являющихся мешающими, или вблизи их устанавливают активные ретрансляторы сигналов с дуплексным разнесением частот приема и передачи, абонентские терминалы с автоматической регулировкой мощности передачи сигналов, расположенные вблизи чужой мешающей базовой станции, принимают и передают сигналы, переизлученные активными ретрансляторами, диапазон частот которых совпадает с рабочим диапазоном частот абонентского терминала соответственно от своей и к своей базовой станции. 1. A method of increasing the noise immunity of mutually interfering radio communication systems having a spaced working frequency range, characterized in that at the base stations of radio communication systems that create mutual interference and are interfering with respect to each other, active signal transmitters with duplex diversity of reception frequencies are installed near them and transmissions, subscriber terminals with automatic adjustment of signal transmission power located near someone else's interfering base station, receive and transmit signals scientists active repeater, the frequency range which coincides with the working frequency range of the user terminal, respectively, of their own and to his base station. 2. Устройство повышения помехоустойчивости взаимно мешающих систем радиосвязи, имеющих разнесенный рабочий диапазон частот, отличающееся тем, что на базовых станциях систем радиосвязи, создающих взаимные помехи и по отношению друг к другу являющихся мешающими, или вблизи их устанавливают активные ретрансляторы сигналов с сервисной антенной и донорской антенной и с дуплексным разнесением частот приема и передачи для переизлучения сигналов к абонентским терминалам с автоматической регулировкой мощности передачи сигналов, диапазон частот которых совпадает с диапазоном частот абонентского терминала соответствующей системы радиосвязи, и от них. 2. A device for increasing the noise immunity of mutually interfering radio communication systems having a spaced working frequency range, characterized in that active radio signal transmitters with a service antenna and a donor are installed near the base stations of radio communication systems that create mutual interference and are interfering with respect to each other antenna and with duplex diversity of reception and transmission frequencies for re-emission of signals to subscriber terminals with automatic adjustment of signal transmission power, hour range the one of which coincides with the frequency range of the subscriber terminal of the corresponding radio communication system, and from them. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве сервисной антенны активного ретранслятора сигналов используют антенну, имеющую широкую диаграмму направленности, а в качестве донорской антенны активного ретранслятора сигналов используют антенну, имеющую узкую диаграмму направленности. 3. The device according to claim 2, characterized in that an antenna having a wide radiation pattern is used as a service antenna of an active signal repeater, and an antenna having a narrow radiation pattern is used as a donor antenna of an active signal repeater.

Images