Сотовые системы связи
Сотовые системы связи
Введение
В настоящее время во многих капиталистических станах, а также в ряде развивающихся стран ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем связи, повысятся требования к качеству передачи информации, пропускной способности, надежности работы.
Увеличение объема информации
потребует сокращения времени доставки
и получения абонентом
Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.
Использование системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы:
- ведомственные (или частные) системы подвижной связи (ВСПС);
- сотовые системы подвижной связи (ССПС);
- системы персонального радиовызова (СПРВ).
Исторически впервые в
эксплуатации появились ВСПС, так
как в условиях ограничений на
использование радиосвязи возможность
ее применения для связи с подвижными
абонентами предоставлялась
Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны в другую производится автоматическое переключение канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом.
В отличие от централизованных
в сотовых сетях подвижной
связи радиосвязь базовой станции
с абонентской станцией осуществляется
в пределах малой рабочей зоны,
что позволяет многократно
С уменьшением радиуса рабочей зоны появляется возможность уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников, что значительно улучшит электромагнитную совместимость (ЭМС) абонентов в ССС и ЭМС между ССС и другими системами, использующими определенные спектры радиочастот, а также позволит снизить стоимость и габаритные размеры абонентской станции, обеспечить доступ к базам данных и ЭВМ. Отмеченные преимущества позволяют уже в настоящее время повысить оперативность управления и контроля в работе подведомственных предприятий и организаций, улучшить качество технологических процессов в системах с большим числом транспортных средств.
Стремительный рост объемов
передаваемой информации требует значительного
сокращения времени доставки и обработки
абонентом необходимой
Внедрение ССС означает появление принципиально нового вида связи - массовой радиотелесвязи, т.е. нового вида услуг. Уже сейчас абонентский терминал ССС - сотовый радиотелефон (СРТ) - признается многими зарубежными экспертами первичным терминалом, которым абонент пользуется как в стационарном состоянии (дома, на службе), так и в движении. Широкое внедрение портативных СРТ в перспективе позволит обеспечить каждого человека персональным телефоном со своим индивидуальным номером.
Создание систем массовой радиотелесвязи с большим числом подвижных абонентов, большой пропускной способностью и высоким качеством приема сообщений возможно только при использовании сотового принципа построения системы связи. Этим и объясняется повышенный интерес к ССПС.
Действующие в настоящее время зарубежные ССС по сравнению с централизованными сетями имеют следующие преимущества:
- большое число абонентов;
- высокое качество передачи телефонных сообщений и данных;
- возможность связи с ЭВМ и базами данных;
- высокая эффективность использования спектра радиочастот и лучшая электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами.
Использование ССС широким
кругом потребителей в отраслях транспорта,
связи, энергетики, строительства, сферы
обслуживания, ремонта и др. приносит
существенный экономический эффект.
По оценкам экспертов США
Зарубежные эксперты отмечают возможность создания ССС без значительных начальных капитальных затрат. Сначала ССС создаются с крупными рабочими зонами (радиус зон порядка 10 км) и относительно небольшим числом абонентов. По мере поступления доходов и роста числа заявок на СРТ размеры зон уменьшаются и увеличивается число абонентов. При этом постоянно наращивается объем типового оборудования базовых станций, АТС и центральной станции за счет доходов от использования ССС действующими абонентами. Поэтому первоначальные капитальные затраты могут быть значительно меньше полных затрат, приходящихся на максимальное число абонентов.
Раздел I
Общие сведения о системах радиосвязи с подвижными объектами
Классификация
По назначению системы связи с подвижными объектами (ПО) могут быть разделены на:
- ведомственные (специализированные) радиотелефонные системы;
- радиотелефонные системы общего пользования.
Созданные первыми, ведомственные
системы применяются в
Однако в силу разобщенности
ведомственных сетей, неэффективного
использования ими спектра
Однако ведомственные
системы радиосвязи с подвижными
объектами несмотря на отмеченные недостатки
могут просуществовать еще
Одним из вариантов решения
такой задачи может быть способ организации
единого автоматизированного
Радиотелефонные системы
общего пользования в настоящее
время составляют основной вид связи
с ПО. Они позволяют наиболее полно
и эффективно использовать выделенный
частотный спектр и, объединяя своих
потребителей в одну группу, дают им
возможность общего доступа к
системе связи независимо от ведомственной
принадлежности (по принципу городской
телефонной сети). Указанное преимущество
систем обеспечивает широкий комплекс
услуг: автоматическое соединение абонентов
между собой и с абонентами
городской телефонной сети, а также
других городов и государств с
использованием междугородных и
международных линий, передачу речи
и данных, а в ближайшем будущем
телексных и факсимильных сообщений,
цветных графических
Радиотелефонные системы общего пользования делятся на два вида:
- системы с большими зонами обслуживания (БЗО - радиальные системы);
- системы с малыми зонами обслуживания (МЗО - сотовые системы связи).
Системы с большой зоной
обслуживания основаны на использовании
одной центральной
Также, для систем БЗО необходимо:
- исключать влияние мощных передатчиков на приемники центральных станций, так как на центральных станциях(УКВ диапазон) они используются совместно;
- исключать влияние мощных передатчиков центральных станций соседних зон на работу центральной станции данной зоны;
- контролировать качество связи внутри каждой зоны для подвижных абонентов, находящихся на различных удаленьях от центральной станции данной зоны;
- тщательно планировать частотную обстановку в выделенном диапазоне;
- обеспечивать равнодоступность каналов связи со стороны подвижных объектов.
Тем более, увеличение числа каналов на ограниченной территории обслуживания вызывает необходимость соответствующего увеличения числа центральных станций (ЦС), работающих с достаточно большой мощностью. Это обстоятельство при наличии круговой диаграммы направленности антенны ЦС приводит к возможности возникновения взаимных помех для большинства радиостанций ПА, находящихся в зоне обслуживания. Кроме того, значительному увеличению числа каналов препятствует ограниченность выделяемого спектра радиочастот и невозможность повторного использования каналов в близлежащих районах из-за большой мощности передатчика.
Другие недостатки связаны
с многолучевостью
В связи с перечисленными
причинами возникла необходимость
интенсивных поисков и
Сотовые системы подвижной радиосвязи имеют принципиально новую структуру, основанную на сотовом построении и распределении частот, согласно которому зона обслуживания делится на большое число ячеек ("сот"), каждая из которых обслуживается отдельной радиостанцией небольшой мощности, находящейся в центре ячейки. Небольшая мощность передатчиков в системах МЗО и, соответственно, небольшой радиус их действия, допускает организацию повторения частот приема-передачи через 1-2 зоны. Это позволяет реализовать основное достоинство сотовой системы - обеспечение высококачественной радиосвязью большого количества ПА в условиях ограниченного частотного диапазона.
К достоинствам систем МЗО также относятся:
- применение сравнительно маломощных передатчиков в базовых станциях и, как следствие этого, экономия радиоспектра за счет динамического распределения частот выделенного диапазона между зонами обеспечения связи;
- возможность гибкого эволюционного развития системы МЗО (за счет, например, увеличения или уменьшения числа зон обслуживания).
К недостаткам систем МЗО относятся:
- увеличение стоимости систем в целом за счет использования большого числа стационарных базовых станций;
- необходимость применения аппаратуры непрерывного слежения за подвижными абонентами, т.к. распределение каналов связи меняется от зоны к зоне и поэтому возможны перерывы связи при пересечении подвижными абонентами границ сопряженных зон.
По принципам реализации управления СРПО подразделяются на следующие группы:
- СРПО с ручным управлением, в которых реализуется ручная коммутация радиоканалов как между подвижными объектами, так и между подвижными и стационарными абонентами, ручная коррекция и визуальный контроль оператором режимов работ как абонентских радиопередающих станций (АРС), так и аппаратуры центральных (базовых) станций и т.д.;
- СРПО с автоматизированным управлением, в которых только часть операций выполняются человеком, а большая часть операций по обслуживанию подвижных объектов - посредством управляющих вычислительных средств (УВС) согласно заданным алгоритмам работы;
- СРПО с автоматическим управлением, в которых все основные операции установления связи и контроля за работой системы реализуются за счет организации систем автоматического управления - без участия человека-оператора.
В последнее время наибольшее распространение получили СРПО, имеющие:
- сотовую или квазисотовую структуры;
- автоматизированное или автоматическое управление;
- возможность входа в сеть общего пользования или сопряжения с другой СРПО;
- возможность передачи цифровых сигналов управления и прямого и обратного преобразования информации (в том числе и речи) в цифровую форму и обратно.
Внедрение в ССПР цифровых
методов обработки информации в
самом ближайшем будущем
Принципы построения сотовых систем
Разделить обслуживаемую
территорию на микрозоны можно двумя
способами: статистическим, основанным
на измерении статистических параметров
распространения сигналов в системах
связи, или детерминированным, основанным
на измерении или расчете
При статистическом способе
вся обслуживаемая территория разделяется
на одинаковые по форме зоны и с
помощью статистических законов
распространения радиоволн
Чтобы оптимально разделить территорию на микро-зоны, т. е. без перекрытия или пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические фигуры - треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну устанавливать в его центре, то круговая форма диаграммы направленности будет покрывать почти всю его площадь.
Радиостанции ПО, находящиеся в микро-зонах, могут связаться ЦРС, находящейся в центре этой зоны (БС). Все микрозоны связаны соединительными линиями с главной радиостанцией ССПР. В качестве соединительных линий могут использоваться кабели, радиорелейные линии. Главная радиостанция (ЦС) соединяется с телефонной сетью. Таким образом, при связи абонента АТС с абонентом ПО сигнал вызова из телефонной сети попадает на ГСПС, от нее по соединительным линиям к одной из МЗЦС и затем по радиоканалу к абоненту ПО.
Передатчик МЗЦС имеет сравнительно небольшую мощность, необходимую для связи с абонентами ПО в микро-зоне, поэтому уровень создаваемых им помех значительно ниже. Это дает возможность использовать те же частоты и в других ячейках. Расстояние до этих ячеек, в которых могут быть использованы одни и те же рабочие частоты, зависят от условий распространения радиоволн, допустимого уровня помех и числа радиостанций, расположенных вокруг данной ячейки. Считается допустимым, чтобы в сотовой шестиугольной структуре частоты повторялись через две ячейки. Это означает, что, используя 7 рабочих каналов, можно перекрыть всю зону обслуживания. Если интенсивность нагрузки по всей зоне одинакова, то и размеры всех ячеек выбирают одинаковыми.
Обычно распределение абонентов ПО по всей обслуживаемой территории неравномерно (уменьшается от центра к периферии), поэтому целесообразно так изменять ячейки, чтобы их размеры увеличивались к периферии. Это позволяет уменьшить стоимость ССПР в целом за счет уменьшения необходимого числа БС. Однако в этом случае мощности передатчиков центральных и подвижных радиостанций будут зависеть от размеров ячеек, поэтому целесообразно использовать автоматически регулируемую по сигналу корреспондента мощность передатчика. Кроме того, для территорий с зонами разного размера надо более тщательно определять те из них, в которых можно повторно использовать рабочие каналы. При статическом способе в большинстве случаев получаемый интервал между зонами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, получается больше необходимого с точки зрения поддержания взаимных помех на допустимом уровне.
Более оптимален детерминированный
способ разделения на зоны. При нем
тщательно измеряют или рассчитывают
параметры системы для
Существуют различные
методы определения координат: наиболее
распространенный из них трехсторонний
дальномерный метод для оценки дальности
импульсными или
При фиксированном распределении каналов во время пиковой нагрузки, которая чаще всего возникает в центре обслуживаемой территории, центральные ячейки могут быть перегружены, а периферийные иметь свободные каналы, что приводит к неэффективному использованию спектра. В этом случае лучше применять динамическое распределение каналов, при котором любой канал может быть использован в любой микро-зоне обслуживания.
В системе связи с динамическим
распределением каналов обрабатывается
большой объем информации. Для
этого используется быстродействующая
ЭВМ, в которой запоминается информация
о состоянии каждого канала в
каждой зоне обслуживания и изменение
ее при изменении состояния
Одной из основных функций
БС является обеспечение сопровождения
между проводной частью ССПР и
АС. В состав БС входят приемники, передатчики
и блоки управления для связи
с ЦС. С центральной станцией БС
соединены группой разговорных
каналов и несколькими каналами
передачи данных. Передатчики БС и
АС имеют небольшую мощность, необходимую
для обеспечения связи в
В процессе движения ПО пересекают
границы ячеек. При этом АС, установленные
на ПО, по командам ЦС передаются от одной
БС к другой, переключаясь на свободный
частотный канал соседней ячейки.
Автоматический поиск свободных
каналов и установление соединения
осуществляется без нарушения связи
по командам ЭВМ, управляющей коммутационным
оборудованием. Процедура автоматического
перевода АС от одной БС к другой
в процесс движения ПО получила название
"эстафетной передачи". При перемещении
ПО из одной ячейки в другую ЭВМ
фиксирует полученные по радиоканалу
управления данные о качестве сигнала,
местоположения объекта и некоторые
другие, с использованием специальной
программы определяет соответствующий
заданным требованиям свободный
канал в той ячейке, куда переместился
абонент. После этого ЦС посылает
сигнал для автоматического
- управление и контроль за работой БС и АС;
- установление соединений между абонентами и разъединение их по окончании разговора;
- слежение за качеством передачи;
- поиск ПО на территории обслуживания;
- тарификация и диагностика состояния системы.
По структуре ССПР могут быть построены по радиальному или радиально-узловому принципу или иметь распределенное управление. По радиальному принципу строятся ССПР с небольшим количеством БС, такие, например, как TACS (Великобритания) и AMPS (США). БС соединяются непосредственно с ЦС, которые, в свою очередь, подсоединены к телефонной сети общего пользования.
Радиально-узловой принцип применяется в случае, если ССПР обслуживает большую территорию со значительным количеством абонентов. Такими системами являются NTT (Япония) и MATS-E (Франция). При этом БС соединяются со станциями управления, которые проводными линиями связи подключены к ЦС. Станции управления устанавливают соединение, осуществляют контроль качества принимаемой информации, производят эстафетное переключение. Кроме того, они передают сведения о произведенных операциях на ЦС. Последняя фиксирует полученную информацию и, в случае необходимости, перекоммутирует АС в зону действия другой ЦС. При распределенном управлении ЦС отсутствует, а функции управления осуществляют БС и АС.

- Сотовые телефоны
- Сотовые телефоны и здоровье
- Сот органдарының түсінігі мен мақсаттары
- Сотрудники органов внутренних дел
- Сотрудники органов внутренних дел в боях с врагом
- Сотрудничество в области уголовного правосудия: «горизонтальная» и «вертикальная» модели
- Сотрудничество ВОЗ и РФ: программы, визиты
- Сотовая связь
- Сотовая Связь
- Сотовая связь. Плюсы и минусы мобильного телефона
- Сотовая связь стандарта GSM
- Сотовые сети
- Сотовые сети стандарта СDМА
- Сотовые системы подвижной связи