Використання адаптивних антенних решіток для збільшення пропускної здатності мережі LTE-A

Abstract

UK: Актуальність. Зроблено пропозиції щодо можливості використання адаптивних антенних решіток для збільшення пропускної здатності у мережах мобільного зв’язку LTE-A та проаналізовано виграш від її використання у порівнянні зі стандартним типом антени базових станцій. Мета. Метою статті є аналіз пропускної здатності мережі мобільного зв’язку LTE-A на висхідній лінії при використанні адаптивної лінійної еквідистантної антенної решітки. Метод. Для досягнення результату була розроблена комп’ютерна модель аналізу завадової обстановки мережі мобільного зв’язку у вигляді плоскої регулярної гексагональної антенної решітки, яка складається з 7 трьох секторних чарунок. Для оцінки виграшу від використання адаптивних антенних решіток було проаналізовано два варіанти: при використанні стандартної антенної решітки мережі LTE-A, та адаптивної лінійної еквідистантної антенної решітки. При проведенні моделювання було виконано 100 випадкових розміщень абонентів корисного та завадових сигналів та розраховано мінімальний, максимальний та середній виграш від використання адаптивних антенних решіток. У середньому значення коефіцієнта підсилення для адаптивної антенної решітки в напрямку абонентської станції, що створює корисний сигнал більше на 5,69 дБ порівняно з стандартною антенною решіткою мережі LTE-A. У той же час є суттєве зменшення коефіцієнта підсилення адаптивної антени у напрямку завадових абонентських станцій, а саме, для тих, що мають найбільший рівень завади, виграш становить 32,84 дБ та 28,33 дБ відповідно. Для наочного показу виграшу у якісних характеристиках мережі було проведено аналіз пропускної здатності для різних типів антен. Представлено розподіл пропускної здатності (розмір транспортного блоку) для 50 ресурсних блоків при використання адаптивної еквідистантної лінійної антенної решітки порівняно з стандартною антенною решіткою. Результати. Показано, що завдяки використанню адаптивних антенних систем, середня пропускна здатність збільшується з 11 Мбіт/с до 35 Мбіт/с для усіх типів каналів поширення, що розглядалися. Висновки. У статті запропоновано використання адаптивних антенних решіток для збільшення пропускної здатності мережі LTE-A. Моделювання пропускної здатності для 50 ресурсних блоків показало, що в умовах наявності внутрішньосистемних завад при використанні стандартних антен базових станцій середня пропускна здатність становить від 11,2 Мбіт/с до 12,3 Мбіт/с. У той же час завдяки використанню адаптивних антенних систем середня пропускна здатність збільшується з 11 Мбіт/с до 35 Мбіт/с для усіх типів каналів багатопроменевого поширення, що розглядалися. EN: Context. The aim of the article is to analyze the throughput of the LTE-A mobile network on the uplink using an adaptive linear equidistant antenna array. Objective. Suggestions have been made for the possibility of using adaptive antenna arrays to increase bandwidth in LTE-A mobile networks and analyze the benefits of its use compared to the standard type of base station antenna Method. To achieve this result, a computer model of noise analysis of the mobile network in the form of a flat regular hexagonal antenna array consisting of 7 three-sector cells was developed. To estimate the benefit from the use of adaptive antenna arrays, two options were analyzed: when using a standard antenna array of the LTE-A network, and an adaptive linear equidistant antenna array. During the simulation, 100 random placements of subscribers of useful and interference signals were performed and the minimum, maximum and average gain from the use of adaptive antenna arrays was calculated. The average value of the gain for the adaptive antenna array in the direction of the subscriber station, which generates a useful signal of 5.69 dB more than the standard antenna array of the LTE-A network. At the same time, there is a significant reduction in the gain of the adaptive antenna in the direction of the interference subscriber stations, namely, for those with the highest interference level, the gain is 32.84 dB and 28.33 dB, respectively. To clearly show the gain in the qualitative characteristics of the network, a bandwidth analysis was performed for different types of antennas. The bandwidth distribution (transport block size) for 50 resource blocks using an adaptive equidistant linear antenna array compared to a standard antenna array is presented. Results. It is shown that due to the use of adaptive antenna systems, the average bandwidth increases from 11 Mbit/s to 35 Mbit / s for all types of distribution considered channels. Conclusions. The article proposes the use of adaptive antenna arrays to increase the bandwidth of the LTE-A network. The simulation of bandwidth for 50 resource blocks showed that in the presence of internal system interference when using standard antennas of base stations, the average bandwidth is from 11.2 Mbps to 12.3 Mbps. At the same time, due to the use of adaptive antenna systems, the average bandwidth increases from 11 Mbit/s to 35 Mbit/s for all types of multipath channels considered.