Мобильные сотовые технологии

 

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой связи.

Внедрение сотовой связи позволило:

- решить проблему экономичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах;

- увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей.

Свое название системы сотовой связи получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты) шестиугольной формы.

Под сотой понимают зону обслуживания одной базовой станцией (БС), находящейся в центре каждой ячейки и обслуживающей все подвижные станции (ПС), так как антенна с круговой диаграммой направленности будет покрывать почти всю площадь шестиугольной ячейки.

Сотовые системы связи являются принципиально новым видом систем связи, так как они предназначены для обеспечения радиосвя­зью большого числа подвижных абонентов с выходом в телефонную сеть общего пользования.

Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие, как по вариантам конфигураций, так и по набору выполняемых функций. Система может обеспечивать передачу, как речи, так и других видов информации, в частности текстовых сообщений и компьютерных данных. В части передачи речи, может быть реализована обычная двусторонняя телефонная связь, многосторонняя телефонная связь (так называемая конференцсвязь), голосовая почта. При организации обычного двустороннего телефонного разговора, начинающегося с вызова, возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации вызова.

Идея сотовой телефонной связи отображена на (рис.1). Площадь, подлежащая телефо­низации, покрывается сетью многоканальных приемопередатчиков, которые называют базовыми станциями. Базовые станции служат своеобраз­ным связующим звеном между сотовым телефоном и центром комму­тации связи с подвижными объектами, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоканалы. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32 и т.д.

Один из каналов является управляющим. В некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова. На управляющем канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свобод­ный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметны для або­нента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разгова­ривает как по обычному телефону.

Чувствительность и излучаемая мощность базовой станции гораздо выше, чем чувствительность и мощность излучения подвижной станции, что позволяет сделать мобильные телефоны достаточно компактными и использовать маломощ­ные источники питания.

 

 

 

Рис. 1 Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи

 

 

При перемещении подвижной станции через границу зоны обслу­живания базовой станции (соты) должно обеспечиваться автоматиче­ское (и незаметное для абонента) переключение обслуживания с од­ной базовой станции на другую. Переключение осуществляет центр коммутации подвижной сети.

Центр коммутации - это автоматиче­ская телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Центр коммутации связи с подвиж­ными объектами имеет выход на коммутируемую телефонную сеть общего пользования.

Система сотовой связи может включать более одного центра ком­мутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией раз­вития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна, структура системы, показанной на рис.2 - с двумя (и более) центрами коммутации, один из которых условно можно на­звать «головным» или «ведущим».

 

 

к ТФОП

Рис. 2. Система сотовой связи с двумя центрами коммутации

Для оптимально­го, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения террито­рии на соты могут быть использованы только три геометрические фи­гуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты.

Для разделении обслуживаемой территории на соты тщательно
измеряют или рассчитывают параметры системы для определения
минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Если представить зону обслуживания абонентов сотовой сети как
окружность с радиусом R₀ (рис.3), то площадь этой зоны будет
p R₀², площадь соты (шестиугольника) равна 2,6R² где R - радиус рабочей зоны BS, тогда число сот L определяется по формуле L=1,21(R₀/R). Очевидно, что число базовых станций равно числу сот.

Рис.3 Зона обслуживания абонентов сотовой сети.

В сотовых сетях радиосвязь БС с абонентской ПС осуществляется в пределах малой рабочей зоны, что позволяет многократно использовать одни и те же частоты в зоне обслуживания. (Типовые значения радиуса соты R = 2 - 35 км, это - макросоты. Микросоты (радиус - сотни метров), в которых базовые станции берут на себя нагрузку от медленно передвигающихся абонентов, и пикосоты (R = 10 - 60 м) - используются в городах с высокой плотностью населения и в закрытых зонах (учреждениях, вокзалах, жилых помещениях.)

Соты группируются в кластеры, каждом из которых находится несколько базовых станций, работающих в неповторяющихся диапазонах частот. План расположения номеров БС составляется по определенной системе, с целью экономии радиоспектра и предусматривает разнос на защитный интервал D, который превышает дальность распространения сигналов с целью защиты от переходных помех между сотами (рис.4). Основной потенциал сотовой идеи заключается в том, что уровень взаимных помех не зависит от расстояния между ячейками, а зависит от отношения между ячейками к их радиусу. Радиус ячейки зависит от мощности передатчика и определяется разработчиком в процессе проектирования. С уменьшением радиуса ячейки возрастает количество базовых станций. Чем меньше радиус, тем чаще можно повторно использовать частоты, уже задействованные в других сотах. Таким образом, одну частоту можно повторять много раз, что обеспечивает высокую пропускную способность системы без расширения занятой ею полосы частот. Количество базовых станций, работающих в кластере равно: Nбс =(D/R) 2/3,где D - расстояние между базовыми станциями, использующими одни и те частоты. На приведённом рис 4. размерность кластера равна n = 9, следовательно, если для обслуживания абонентов в одной ячейке требуется набор из 10 частот, то для создания сотовой структуры требуется располагать набором из 90 частот.

 

Рис. 4. Построение 9-элементного кластера

 

Контрольные вопросы