Схемы распределения каналов

1. Статические: FCA, фиксированное распределение каналов (fixed channel allocation) — присваиваются вручную оператором сети
2. Динамические:
   1. DCA, динамическое распределение каналов (dynamic channel allocation)
   2. DFS, динамический выбор частоты (dynamic frequency selection)^[1]
   3. Широкополосный спектр (Spread spectrum)

При фиксированном распределении каналов или фиксированном назначении каналов (англ. Fixed Channel Allocation, FCA) каждой ячейке присваивается определённый набор частотных каналов. FCA требует ручного частотного планирования, что является трудоёмкой задачей для систем на основе TDMA и FDMA, поскольку такие системы очень чувствительны к сорежимным помехам от близкорасположенных ячеек, использующих те же каналы. Другой недостаток TDMA и FDMA с FCA — постоянное количество каналов в ячейке независимо от числа абонентов, что может привести к перегрузке и потерям вызовов в перегруженных ячейках и к неиспользуемому ресурсу в остальных.

Если FCA комбинируется с обычным FDMA или TDMA, фиксированное число каналов для передачи голоса возможно в ячейке. Новый вызов может быть установлен только при наличии свободного канала; если все каналы заняты, новый вызов невозможен. Существуют и динамические схемы управления радиоресурсами, сочетающиеся с FCA. Простейшая форма — адаптивный порог передачи в зависимости от загрузки: вызовы из зоны перекрытия двух соседних ячеек могут быть принудительно переданы в ячейку с меньшей загрузкой. Если FCA используется совместно с широкополосным спектром, теоретически максимальное число каналов не ограничено, однако на практике лимит всё же есть, поскольку большое количество вызовов вызывает высокий уровень сорежимных помех, снижающих качество связи. Широкополосный спектр позволяет использовать дыхание ячейки — перегруженная ячейка может «занять» ёмкость (максимальное число одновременных вызовов) у соседней, использующей ту же частоту.

FCA может быть расширена до DCA-системы с помощью стратегии «заимствования», при которой ячейка может занимать каналы у соседней ячейки под контролем коммутационного центра (MSC).

Динамический выбор частоты (англ. Dynamic Frequency Selection, DFS) — механизм, внедрённый для беспроводных сетей с неконтролируемыми центральным образом точками доступа, например Wi-Fi (wireless LAN). Он разработан для предотвращения помех другим пользователям полосы частот, таким как военный радар, спутниковая связь и метеорологические радары. Точки доступа автоматически выбирают каналы с наименьшим уровнем помех. Для Wi-Fi стандарт DFS был принят в 2003 году (IEEE 802.11h). Конкретный диапазон частот для DFS зависит от страны. В ряде случаев DFS обязателен для диапазонов, используемых метеорологическими радарами типа Terminal Doppler Weather Radar^[2][3] и C-диапазона спутниковой связи. Неправильная настройка DFS привела к серьёзным сбоям при работе метеорадаров в ряде стран при начале массового использования Wi-Fi 5 ГГц^[3][4]. В частности, в США DFS обязателен в диапазоне 5470–5725 МГц (U-NII) для предотвращения помех радарам^[5].

Более эффективным методом является динамическое распределение каналов или динамическое назначение каналов (англ. Dynamic Channel Allocation, DCA), при котором голосовые каналы не закрепляются за ячейкой постоянно, а при каждом новом вызове базовая станция запрашивает канал у MSC. Канал выделяется с учётом следующих факторов:

• Вероятность будущей блокировки в соседних ячейках и расстояние до повторного использования;
• Частота использования данного канала;
• Средняя вероятность блокировки в системе;
• Распределение текущей загрузки каналов.

Для этого MSC необходимо собирать данные в реальном времени о занятости каналов, распределении трафика и RSSI. DCA рекомендовано для TDMA/FDMA систем, таких как GSM, но пока не реализовано в коммерческих продуктах. Системы OFDMA, например нисходящий канал 4G, реализуют DCA для каждого поднесущего и каждого временного интервала.

DCA подразделяется на централизованные и распределённые схемы. Примеры централизованных DCA-схем:

• First available (FA): назначается первый доступный канал, удовлетворяющий условию расстояния повторного использования;
• Locally optimized dynamic assignment (LODA): функция стоимости основана на вероятности блокировки в соседних ячейках;
• Selection with maximum usage on the reuse ring (RING): выбирается канал, наиболее часто используемый в наборе ячеек с данным каналом.

DCA и DFS устраняют трудоёмкое ручное частотное планирование. DCA также позволяет справляться с всплесками трафика и эффективнее использовать радиоресурсы; число каналов в ячейке меняется в зависимости от нагрузки, увеличивая ёмкость без больших затрат.

Широкополосный спектр может рассматриваться как альтернатива сложным DCA-алгоритмам. Он предотвращает сорежимные помехи между соседними ячейками, поскольку вероятность использования одинакового расширяющего кода мала. Поэтому задача распределения каналов упрощается в сетях типа IS95 и 3G, сочетающих широкий спектр и FDMA. Широкий спектр также позволяет централизованно перераспределять ресурсы между базовыми станциями (увеличение/уменьшение числа разрешённых пользователей — это дыхание ячейки), либо регулировать нагрузку с помощью контроля допуска и планирования трафика.

Однако при оптимальной DCA-схеме спектральная эффективность широкополосных технологий ниже, чем у неширокополосных. Особенно перспективна модуляция OFDM (ортогональное частотное разделение), позволяющая эффективно бороться с многолучёвостью в широкополосных каналах. OFDM может быть расширена до OFDMA для организации множественного доступа на восходящей линии. Для предотвращения межячеечных помех используются FDMA с DCA или DFS. Пример — вышеупомянутый стандарт IEEE 802.11h. OFDM и OFDMA с DCA активно исследуются как варианты для 4G-сетей.

В пакетных системах передачи данных трафик импульсный и нагрузка быстро меняется, поэтому для высокой спектральной эффективности DCA желательно выполнять для каждого пакета. Примеры соответствующих алгоритмов: динамическое пакетное распределение (Dynamic Packet Assignment, DPA), Динамические одночастотные сети (Dynamic Single Frequency Networks, DSFN) и пакетное и ресурсное планирование (PARPS).