Ефективний пошук зовнішніх перешкод у мобільних мережах

Зовнішні перешкоди можуть серйозно вплинути на продуктивність мобільної мережі. Через це опе­ратори мобільних мереж повинні постійно шукати механізми для ефективного та швидкого рішення цієї проблеми. У статті представлено загальний опис найпоширеніших типів зовнішніх перешкод у мобільних мережах, типовий процес їх виявлення та як оператори можуть використовувати таки прила­ди, як спектраналізатори, наприклад, типу Cell­Spectrum для прискорення цього процесу.

Л. Кастільо

Що таке зовнішнє втручання в роботу мо­більної мережі? У кожній мобільній мережі є пере­шкоди. Усі мережі типу 5G, LTE, або UMTS застосо­вують повторне використання частоти однієї смуги, це означає, що всі UE, (де UE — це термін, який ви­користовується в безпроводовому зв’язку для опи­су мобільного пристрою, наприклад, смартфона, планшета, ноутбука або іншого типу безпроводово- го пристрою, який має доступ до мережі) та базові станції передають дані через однакову смугу про­пускання, що спричиняє внутрішні перешкоди. Система зв’язку розроблена таким чином, що допус­кає ці внутрішні перешкоди, і лише при дуже важко­му трафіку або перекриття чарунок спостерігається значне погіршення взаємодії з користувачем. Про­блеми, пов’язані з внутрішніми перешкодами в ме­режі, можна виявити за допомогою аналізу продук­тивності мережі, трасування або драйв-теста, де драйв-тест – це перевірка якості роботи стільнико­вого зв’язку за допомогою спеціального обладнання на місцевості, наприклад, сучасного спектраналізатора (рис. 1).

Рис. 1. Копія екрана   спектраналізатора типу  CellSpectrum з результатами виявлення перешкод у стільниковій мережі та місцеположення джерела перешкод

Ситуація змінюється, коли перешкоди надходять не від мобільної мережі чи її користувача, а від зов­нішніх джерел. У цьому випадку здатність мережі до саморегулювання суттєво знижується. Зовнішнє втручання або просто втручання пов’язане з наявні­стю джерела небажаної зовнішньої високочастотної енергії, яка погіршує нормальну роботу системи мо­більного безпроводового зв’язку. Зовнішнє втру­чання може впливати на будь-яку частину спектру, але в стільникових мережах його вплив зазвичай є більш значним у висхідній лінії зв’язку. Зазначимо, що у стільникових мережах висхідна лінія зв’язку є каналом передачі даних від мобільного засобу (на­приклад, мобільного телефону) до базової станції.

Цей вплив пов’язаний з обмеженнями, власти­вими висхідній лінії зв’язку, де типова максимальна потужність передачі мобільного пристрою стано­вить 24 дБм. Навіть коли базові станції мають висо­кочутливі приймачі, наявність сигналів перешкод може вплинути на їх здатність декодувати передані дані від любого мобільного пристрою. З іншого боку, у низхідній лінії зв’язку (це канал передачі даних у стільникових мережах від базової станції до мобіль­ного засобу, наприклад, до мобільного телефону) чарунки 5G/LTE/UMTS/GSM передають дані із біль­шою потужністю, ніж типові джерела перешкод, що зменшує імовірність негативного впливу перешкод у цьому напрямку.

Вплив зовнішніх перешкод. Наслідки зов­нішнього втручання зазвичай залежать від характе­ристик джерела перешкод і системи зв’язку, на ро­боту якої ці перешкоди впливають. Враховуючи адаптивний характер сучасних стільникових техно­логій, наявність перешкод може змусити систему використовувати більш надійні схеми модуляції з меншою швидкістю передачі даних (наприклад, QPSK). У цьому випадку користувач відчуває зни­ження швидкості передачі даних у висхідній або низ­хідній лінії зв’язку.

Серйозніші випадки спричиняють більш очевидні проблеми, такі як переривання викликів, збої досту­пу, погана якість голосу, переривання передачі да­них або висока затримка. З боку мережі наявність перешкод призводить до зменшення доступної про­пускної здатності радіоінтерфейсів. Це пов’язано зі збільшенням використання відповідних ресурсів, необхідних для подолання перешкод, і підтримки прийнятної частоти блокових помилок (Block Error Rate – BLER). Це ще іноді залежить від досвіду кін­цевого користувача. Обидві ситуації небажані для операторів мобільного зв’язку. Ось чому потрібна швидка та ефективна методологія боротьби з зов­нішніми перешкодами.

Найпоширеніші зовнішні джерела перешкод у мобільних мережах. Зовнішні джерела перешкод можуть відрізнятися залежно від регіону чи діапазо­ну частот. Наведено кілька найпоширеніших типів зовнішніх перешкод.

Гармоніки та продукти інтермодуляції. Гармо­ніки є нормальним продуктом усіх радіочастотних передавачів. Гармоніка – це проста копія оригіналь­ного сигналу, яка з’являється на частоті N, що у кіль­ка разів вище вихідної частоти. Інтермодуляційні продукти створюються, коли два або більше сигна­лів різних частот (включаючи їх гармоніки) об’єд­нуються нелінійним способом. Інтермодуляційні продукти можуть бути викликані значними відстаня­ми від джерела, а також, коли є декілька джерел пе­редачі сигналів, наприклад, декілька антен чи фіде­рів у зоні мобільного зв’язку. Деяке радіообладнан­ня також може передавати сигнали в заборонених діапазонах частот. Це можуть бути різні радіостанції або мікрохвильові канали зв’язку.

Слід відмітити, що майже всі електронні пристрої випромінюють енергію на різних частотах. Коли ці сигнали або їхні гармоніки мають достатню ампліту­ду то, потрапляючи у смугу стільникового зв’язку, вони викликають перешкоди. Це можуть бути підси­лювачі, електронні лампи, неонові екрани, проми­слове обладнання тощо. Пристрої, які працюють у діапазонах, дозволених в одному регіоні, можуть створювати перешкоди в інших регіонах з іншими дозволеними діапазонами, наприклад, радіоапара­тура, мікрофони, безпроводові телефони тощо.

Приватні організації можуть встановлювати ан- тени-ретранслятори для покращення покриття в певному діапазоні. Якщо для цих елементів викори­стовується надмірне посилення сигналів, вони мо­жуть спричинити перешкоди. У деяких випадках приватні особи або державні установи зазвичай ви­користовують пристрої перешкод для обмеження мобільного зв’язку в певній місцевості.

Процедура “полювання” за зовнішніми пере­шкодами. Необхідно спочатку виявити та усунути можливі внутрішні перешкоди, перш ніж прийти до висновку, що перешкоди викликані зовнішніми сиг­налами. Ось деякі внутрішні причини, які можуть спричинити підвищення перешкод висхідної лінії зв’язку:

• аномальне збільшення трафіку
• некоректні налаштування параметрів апарату­ри зв’язку
• мережеве втручання
• наявність ретрансляторів у мережі.

Після того, як оператор радіозв’язку визначив з певним ступенем впевненості наявність зовнішніх перешкод, необхідно вжити таких заходів:

Крок 1: На цьому кроці необхідно охаракте­ризувати перешкоди:

• перед тим, як здійснити вимірювання, опера­тор повинен мати чітке уявлення про характеристи­ки сигналу перешкод
• необхідно отримати середнє значення пере­шкоди, яке отримує чарунка по висхідній лінії зв’яз­ку. Це значення дає можливість оцінити рівень пере­шкод
• необхідно визначити, чи виникають перешкоди випадково, чи постійно у певний час доби. Залежно від часу появи сигналу перешкоди можна визначити можливі джерела його походження. Наприклад, якщо є перешкоди, які виникають між 19:00 і 7:00 го­диною ранку, це, імовірно, пов’язано з системою освітлення, як показано на рис.

Рис. 2. Збільшення перешкод у нічні години (Переклад: Прийнята загальна широкосмугова потужність RTWP

Деякі постачальники обладнання пропонують ви­конувати моніторинг спектру сигналів перешкод з базової станції. За допомогою цього інструменту оператор може визначити характеристики сигналу перешкод з точки зору його смуги пропускання та інтенсивності. Є можливість створити карту, яка чіт­ко показує, які сектори мобільної мережі постраж­дали від перешкод найбільше. Як можна бачити на карті (рис. 3), рівні шуму та можливий сигнал пере­шкоди знаходяться у виділеній червоним області.

Рис. 3. Відображення на карті рівнів перешкод у висхідній лінії зв’язку

Крок 2. На цьому кроці необхідно визначити загальне розташування джерел зовнішніх перешкод. Після того, як дані були зібрані на кроці 1, оператор має достатньо інформації, щоб виконати відповідні вимірювання у площі покриття, щоб вия­вити сигнали перешкоди. Метою цього етапу є іден­тифікація сигналів перешкоди у площині від 100 до 200 метрів. Для цього треба виконати драйв-тест у зоні ураження за допомогою приймача, наприклад, CellDigitizer та всеспрямованої антени. Метою цього драйв-тесту є створення теплової карти, на якій ви­значено конкретні області, де перешкоди аномаль­но збільшуються. На рис. 4 наведена карта драйв- тесту, яку отримано за допомогою спектраналізато- ра CellSpectrum (можна використовувати інший подібний прилад). Ця карта дозволяє звузити радіус пошуку джерел перешкод.

Рис. 4 Карта з результатами драйв-тесту з виділеною червоним зоною з перешкодами, яку можна отримати за допомогою спектраналізатора CellSpectrum або іншого подібного приладу

Крок 3: На цьому кроці необхідно визначити конкретне місце джерела зовнішньої перешко­ди. Після того, як оператор звузить зону пошуку пе­решкод до площі приблизно 200 метрів або менше, наступним кроком є проведення вимірювань за до­помогою спектраналізатора та відповідної спрямо­ваної антени наприклад, антени типу Yagi або Log- періодичної антени. Оператору треба виконати ска­нування перешкод в різних точках у виділеній зоні, записуючи координати і напрямок сигналу перешко­ди, доки місцезнаходження джерела перешкоди не буде визначено (триангульовано), як показано на рис. 5.

Рис. 5. Карта з прикладом виявлення (тріангуляції) джерела зовнішніх перешкод

Після виявлення джерела перешкод оператор робить відповідні дії по вимкненню джерела сигна­лів перешкод. Паралельно він перевіряє наявність перешкод у зоні пошуку, щоб переконатися, що пе­решкоди зникли і якість передачі сигналів у мережі відновилася. Для цього існує відповідний інструмен­тарій. Прикладом таких засобів є сканер і спектраналізатор типу CellDigitizer – Celplan.

Основні функції спектраналізатора при пошуку перешкод:

• підтримує широкий діапазон частот: від 0,1 МГц до 40 ГГц
• дозволяє записувати та відображати результа­ти вимірювання перешкод з

геоприв’язкою, що полегшує аналіз цих пере­шкод і визначення місцезнаходження джерела пе­решкод

• має широкий динамічний діапазон і захист від насичення
• містить засоби відображення спектрограми, що дозволяє ідентифікувати сигнали перешкод, які змінюються з часом
• за допомогою спектраналізатора можливо ви­конувати драйв-тести і створювати карти щодо дії перешкод та місцеположення їх джерел.

ВИСНОВКИ

Виявлення зовнішніх перешкод та їх джерел у мобільних мережах зв’язку є складною проблемою. Існує багато типів джерел перешкод, які впливають на роботу такої мережі. Оператори мобільного зв’язку повинні володіти методиками та мати відпо­відні інструменти, які дозволяють мінімізувати час для виявлення сигналів перешкод та місцеположен­ня їх джерел. Сучасні спектраналізатори та відповід­ні методики дозволяють досить швидко виявляти джерела перешкод та відновлювати надійний мо­більний зв’язок.