Загальні принципи функціонування мереж стільникового зв'язку

 

Не дивлячись на різноманітність стандартів стільникового зв'язку, алгоритми їх функціонування, незалежно від наявних особливостей, в основному схожі. Для абонента практично немає ніякої різниці, в якому стандарті здійснюється зв'язок. Коли радіотелефон знаходиться в режимі очікування, його приймальний пристрій постійно сканує або всі канали системи, або тільки керуючі. Для виклику відповідного абонента всіма базовими станціями стільникової системи зв'язку по каналах, що управляють, передається сигнал виклику. Стільниковий телефон абонента, що викликається, при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних каналів управління. Базові станції, що прийняли у відповідь сигнал, передають інформацію про його параметри в центр комутації, який, у свою чергу, перемикає розмову на ту базову станцію, де зафіксований максимальний рівень сигналу стільникового радіотелефону абонента, що викликається.

 

Мережа і її складові

 

Як вже відомо, мережі стільникового зв'язку отримали свою назву відповідно до територіального принципу розподілу малих робочих зон (стільник). У центрі кожної робочої зони розташована базова станція (БС або BTS), що здійснює зв'язок по радіоканалах з багатьма абонентськими станціями, встановленими на рухомих об'єктах (автомобілях, у Вас в кишені) і що знаходяться в її робочій зоні. Для кожної соти в рамках всієї мережі при проектуванні проводиться комплекс спеціальних заходів, у тому числі і частотне планування, яке враховує умови розповсюдження радіохвиль і загальну частотну обстановку (середній рівень промислових перешкод, сигнали від суміжних базових станцій, и.т.п). Необхідно відмітити, що проектування мережі стільникового зв'язку - вельми трудомісткий і копіткий процес, незважаючи навіть на використання комп'ютерних систем. Облік всіх параметрів (кількість каналів у виділеному частотному діапазоні, розрахункове навантаження на одного абонента, допустима інтенсивність втрат, мінімальна прийнятна напруженість поля) і їх топографічна прив'язка до планованої зони обслуговування, знову ж таки, з урахуванням типу місцевості, існуючих споруд - все це вимагає великих трудових витрат (не говорячи вже про фінансову сторону справи). До того ж проектування мережі - це процес нескінченний. Сегменти мережі, що діють, видають інформацію про розподіл трафіку і приріст числа абонентів, і ця інформація, у свою чергу, може впливати на складені раніше проекти, доповнюючи і розширюючи мережу.

Базові станції мережі через контроллери (BSC) сполучені дротяними телефонними (або радіорелейними) лініями зв'язку з центральною станцією даного регіону (міста, області) - MSC (Центр комутації рухомого зв'язку), яка забезпечує з'єднання мобільних абонентів з абонентами телефонної мережі загального користування (ТФОП, або PSTN) за допомогою комутаційних пристроїв. Таким чином кожен MSC обслуговує групу сотів, здійснюючи при цьому перемикання каналів в соті, естафетну передачу абонентів між сотами, формує дані, необхідні для виписки рахунків за надані мережею послуги зв'язку, накопичує дані по розмовах, що відбулися, і передає їх в центр розрахунків (биллинг-центр). MSC складає також статистичні дані, необхідні для контролю роботи і оптимізації мережі. На рис.1 групи сотів і відповідні їм MSC представлені різним кольором. MSC не тільки бере участь в управлінні викликами, але також управляє процедурами реєстрації місцеположення і передачі управління. Реєстрація місцеположення рухомих станцій необхідна для забезпечення доставки виклику рухомим абонентам, що переміщаються, від абонентів телефонної мережі загального користування або інших рухомих абонентів. Процедура передачі виклику дозволяє зберігати з'єднання і забезпечувати ведення розмови, коли рухома станція переміщається з однієї зони обслуговування в іншу. Передача викликів в сотах, керованих одним контроллером базових станцій (BSC), здійснюється цим BSC. Коли передача викликів здійснюється між двома мережами, керованими різними BSC, то первинне управління здійснюється в MSC. Таким чином, ієрархію управління в межах одного MSC можна представити як взаємодія підсистеми базових станцій (BSS), що включає BSC з декількома BTS, і MSC.

Окрім основних ліній зв'язку, що сполучають базові станції з MSC, обов'язково присутні резервні, такі, що приймають абонентське навантаження у разі аварії на себе. Також резервуванню підлягає і все основне устаткування мережі (комутатори, каналообразующие системи, сигналізація).

Під час набору номера радіотелефон займає один з вільних каналів, рівень сигналу базової станції в якому в даний момент максимальний. У міру видалення абонента від базової станції або у зв'язку з погіршенням умов розповсюдження радіохвиль рівень сигналу зменшується, що веде до погіршення якості зв'язку. Поліпшення якості розмови досягається шляхом автоматичного перемикання абонента на інший канал зв'язку. Це відбувається таким чином. Спеціальна процедура, звана передачею управління викликом або естафетною передачею (у іноземній технічній літературі - handover, або handoff), дозволяє перемкнути розмову на вільний канал іншої базової станції, в зоні дії якої опинився в цей час абонент. Аналогічні дії робляться при зниженні якості зв'язку із-за впливу перешкод або при виникненні несправностей комутаційного устаткування. Для контролю таких ситуацій базова станція забезпечена спеціальним приймачем, що періодично вимірює рівень сигналу стільникового телефону розмовляючого абонента і що порівнює його з допустимою межею.

Рис.1 Естафетна передача (ХЕНДОВЕР)

 

Якщо рівень сигналу менше цієї межі, то інформація про це автоматично передається в центр комутації по службовому каналу зв'язку. Центр комутації видає команду про вимірювання рівня сигналу стільникового радіотелефону абонента на найближчі до нього базові станції. Після отримання інформації від базових станцій про рівень цього сигналу центр комутації перемикає радіотелефон на ту з них, де рівень сигналу виявився найбільшим. Це відбувається так швидко, що абонент майже не помічає перемикання (від 250 до 1250 мс). Необхідно відмітити, що в цифрових системах стільникового зв'язку час перемикання менший, ніж в аналогових. А в цифровому стандарті CDMA воно взагалі відсутнє як таке через використання технології "softhandover", при якій до моменту перемикання і якийсь час після нього, мобільній станції надається одночасно два канали (старий і новий) зв'язку, організовуючи тим самим своєрідний нерозривний в часі канальний "шлюз".

Роумінг

 

Одна з важливих послуг мережі стільникового зв'язку - надання можливості використання одного і того ж радіотелефону при поїздці в інше місто, область або навіть країну, причому стільникова мережа дозволяє не тільки самому абонентові дзвонити з іншого міста або країни, але і отримувати дзвінки від тих, хто не встиг застати його будинку. У стільниковому радіозв'язку така можливість називається роумінг (від англ. roam - поневірятися, блукати). Для організації роумінга стільникові мережі повинні бути одного стандарту (телефон стандарту GSM не працюватиме в мережі стандарту CDMA і т. п.), а центри комутації рухомого зв'язку цього стандарту повинні бути сполучені спеціальними каналами зв'язку для обміну даними про місцезнаходження абонента. Іншими словами, стосовно стільникових систем для забезпечення роумінга необхідне виконання трьох умов:

1. Наявність в необхідних регіонах стільникових систем стандарту, сумісного із стандартом компанії, у якої був придбаний радіотелефон.

2. Наявність відповідних організаційних і економічних угод про роумінгове обслуговування абонентів

3. Наявність каналів зв'язку між системами, що забезпечують передачу звуковою і іншій інформації для роумінгових абонентів

При переміщенні абонента в іншу мережу її центр комутації запрошує інформацію в первинній мережі і за наявності підтвердження повноважень абонента реєструє його. Дані про місцеположення абонента постійно оновлюються в центрі комутації первинної мережі, і всі виклики, що поступають туди, автоматично переадресовуються в ту мережу, де в даний момент знаходиться абонент.

При організації роумінга недостатньо провести тільки технічні заходи щодо з'єднання різних мереж стільникового зв'язку. Дуже важливо ще вирішити проблему взаєморозрахунків між операторами цих мереж.

Розрізняють три види роумінга:

1. Автоматичний (саме з цією формою за кордоном зазвичай і зв'язують поняття роумінга), тобто надання абонентові можливості вийти на зв'язок у будь-який час в будь-якому місці;

2. Напівавтоматичний, коли абонентові для користування даною послугою в якому-небудь регіоні необхідно заздалегідь поставити про це до відома свого оператора

3. Ручною, по суті, простий обмін одного радіотелефону на іншій, підключений до стільникової системи іншого оператора

4. Реалізація конкретних технологій і стандартів - будь то GSM - 900/1800, D-AMPS або NMT-450,900 загалом укладаються в рамки описаної схеми. Проте, для кожного з цих стандартів існують свої особливості, які в деяких випадках передбачають доповнення до даної схеми (іноді просто необхідні), або ж навпаки - принципово не використовують названі елементи. Наприклад, насправді пристрій мережі, її елементів і устаткування складніше навіть на рівні опису. Так, в ній повинні бути присутніми центри управління, аутенфікації, білінга, лінії службового зв'язку і сигналізації. Але для загального розуміння роботи мережі стільникового зв'язку приведеної схеми цілком достатньо.

 

Контрольні запитання:

1. В чому полягає загальний принцип функціонування мереж стільникового зв'язку?

2. Що собою являє структура стільникової мережі?

3. Що означає поняття «роумінг»?

4. Які розрізняють види роумінгу?