Организация сетей сотовой связи

Рис.15.1. Классификация сетей ПС

По принципу построения сети все системы ПС можно разделить на два вида: наземные и спутниковые, а среди наземных выделить:

- сети с большими зонами обслуживания (БЗО) – радиальные;

- сети связи с малыми зонами обслуживания (МЗО) – сотовые;

- децентрализованные сети.

Сети с БЗО основаны на использовании одной центральной базовой радиостанции, обслуживающей зону от 50 до 100 км.

Стационарная базовая станция (БС) обеспечивает переход с проводных линий связи на радиоканалы при связи с подвижными, оконечными устройствами или подвижными терминалами (ПТ), находящимися у абонентов. Базовая станция непосредственно включается в стационарную телефонную сеть общего пользования (ТФОП) (рис. 15.2).

Рис.15.2. Организационная структура радиальной сети

Большая дальность связи требует довольно мощных радиосредств. Мощность передатчика в системах с БЗО выбирается в зависимости от необходимой напряженности поля на границах обслуживаемой территории и находится в пределах от 100 до 250 Вт. Оконечные устройства могут иметь большой вес и устанавливаться на транспортных средствах.

Уже в первых системах радиотелефонной связи появились отличия от стационарных телефонных сетей. В стационарных телефонных сетях абонентская линия закрепляется за абонентом, и она индивидуальна. Учитывая низкую удельную телефонную нагрузку и ограниченный ресурс радиоканалов, в системах радиотелефонной связи закрепление двухстороннего радиоканала осуществляется за вызовом, а не за абонентом.

Такой подход позволяет более эффективно использовать каждый из радиоканалов, но требует организации дополнительного вызываемого канала для адресации входящих вызовов к каждой из подвижных станций. По этому каналу передается номер вызываемого ПТ.

Сеть с одной БС может обеспечить подключение только нескольким тысячам абонентов. Кроме того, существует зависимость качества связи от расстояния между БС и подвижным оконечным устройством. Другие недостатки связаны с многолучевостью распространения радиозатемненных зон, что может вызвать значительное искажение сигналов.

Эти недостатки вызвали необходимость разработки систем с МЗО, получивших название сотовых.

Сотовые системы связи с подвижными объектами имеют принципиально иную структуру, основанную на сотовом построении и распределении частот, согласно которому зона обслуживания делится на большое число ячеек (сот), каждая из которых обслуживается отдельной БС с передатчиком 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 – обеспечить высококачественной радиосвязью много подвижных абонентов (ПА) в условиях ограниченного частотного диапазона.

Децентрализованные сети связи в отличие от радиальных и сотовых не имеют базовых радиостанций. Они состоят из одинаковых абонентских радиостанций, отличающихся только мощностью и обеспечивающих автоматическое вхождение в связь на свободных частотах по принципу «каждый с каждым», автоматическую циркулярную связь с необходимым числом абонентов, а также автоматическую ретрансляцию сигналов при необходимости увеличения дальности связи.

Достоинствами децентрализованных систем связи являются их относительно низкая стоимость, быстрота развертывания и высокая мобильность, возможность повторного использования частотных каналов и сопряжение с любыми сотовыми системами связи.

Децентрализованные системы чаще всего используются при строительстве газопроводов, нефтепроводов и других крупных объектов, в случаях устранения последствий стихийных бедствий, аварий и экономической невыгодности построения сотовых систем. Иногда строят комбинированные (интегрированные) системы связи, включающие компоненты всех трех групп в различном сочетании (сети с БЗО, МЗО, децентрализованные).

Спутниковые системы подвижной связи появились в начале 70-х гг. Первоначально они разрабатывались как системы специального назначения (воздушные, морские, железнодорожные и т.д.) с ограниченным числом пользователей и создавались в основном для сетей с БЗО, имеющих радиальную или радиально-узловую структуру с центральной и базовыми станциями, которые обеспечивали работу с подвижными земными станциями.

Значительный качественный скачок в развитии мобильной спутниковой связи вызван появлением низкоорбитальных систем спутниковой связи (ССС) и переходом на цифровую аппаратуру с применением современных компьютерных технологий. Эти нововведения существенно расширили сферу телекоммуникационных услуг и обеспечили пользователей глобальной персональной связью.

При этом появилась возможность интеграции мобильных ССС с сотовыми сетями и сетями персонального вызова.

По принципу организации управления сети подвижной связи подразделяются на группы:

- с ручным управлением, в которых происходит ручная коммутация каналов как между подвижными объектами, так и между подвижными и стационарными абонентами, ручная коррекция и визуальный контроль оператором режимов работ как абонентских, так и базовых станций;

- с автоматическим управлением, в которых коммутация и контроль за работой системы осуществляется автоматически, без участия оператора.

В соответствии с принятыми концепциями развития различных сетей подвижной связи по статусу и уровню интеграции их можно разделить на федеральные и региональные.

К федеральным отнесены сети, единые для всей территории страны, т.е. гарантирующие абонентам обслуживание вне зависимости от территориального деления на зоны обслуживания различными операторами. К сетям федерального уровня относятся сотовые сети, созданные на основе стандартов NMT-450 и GSM-900/1800.

Федеральная сеть подвижной связи представляет собой совокупность сетей отдельных операторов, объединенных посредством транзитной сети. Транзитная сеть, в которую входят узлы – транзитные центры коммутации, рассредоточенные по территории Российской Федерации и имеющие связь «каждого с каждым», обеспечивает:

- объединение сетей операторов, имеющих лицензии на различные регионы России, в единую федеральную структуру сети подвижной связи;

- взаимодействие с транзитной сетью телефонной сети общего пользования (ТФОП) и выход абонентов сетей подвижной связи на международную сеть;

- реализацию национального и международного роуминга, включая оптимизацию маршрутизации вызовов.

К региональным отнесены сети, работающие по радиальному и радиально-зоновому принципу, а также сети, использующие диапазон 800 МГц. Операторы региональных сетей, в отличие от федеральных, не обязаны обеспечивать интеграцию сетей совместных стандартов, так как региональные операторы должны, прежде всего, заниматься решением задач местного масштаба.

Региональные сети подвижной связи могут предоставлять абонентам меньший набор услуг, чем федеральные сети, и зона их обслуживания ограничивается территорией региона (территорией географической зоны нумерации) или даже отдельного населенного пункта. К региональным сетям не предъявляются требования обязательной организации роуминга, а подключение к ТФОП и управление сетями осуществляется на местном уровне.

Для региональных сетей сотовой подвижной связи на территории России могут использоваться стандарты AMPS и D-AMPS.

По видам использования частотного ресурса системы связи можно разделить на три класса:

- с закрепленным за абонентом каналом связи;

- со свободным доступом абонентов (транкинг);

- с пространственно-разнесенным повторным использованием частот.

В случае фиксированного закрепления каналов связи за конкретными абонентами, максимальное количество абонентов, работающих на одной частоте (в одном частотном канале), зависит от интенсивности связи, определяемой количеством сеансов в единицу времени, средней продолжительности одного сеанса и допустимой вероятности занятости канала связи. Преимуществом фиксированного закрепления каналов за абонентами является высокая оперативность установления связи.

Принцип свободного доступа к общему частотному ресурсу, называемый транкингом, позволяет абоненту работать на любом свободном канале связи в выделенной полосе частот. Это значительно повышает эффективность использования частотного спектра и вероятность доступа абонента к осуществлению сеанса связи.

Системы с повторным использованием частот, основанные на принципе пространственной избирательности, применяются в сотовых системах связи.

По виду организации обратной связи сети ПС делятся на:

- сети односторонней передачи сигналов или сети персонального радиовызова;

- сети двусторонней связи, к которым относятся остальные виды подвижных сетей.

Сети (системы) персонального радиовызова (СПРВ) предназначены для односторонней передачи сигналов вызова и сообщений мобильным абонентам.

Персональный радиовызов (пейджинг) – услуга электросвязи, обеспечивающая беспроводную одностороннюю передачу информации в пределах обслуживаемой зоны.

По своему назначению СПРВ делятся на частные (ведомственные) и общего пользования.

Ведомственные СПРВ обеспечивают передачу сообщений на ограниченной территории в интересах отдельных групп пользователей. Передача сообщений в таких системах обычно осуществляется диспетчерами с пультов управления без взаимодействия с телефонной сетью общего пользования (ТФОП).

В системах персонального радиовызова общего пользования происходит передача сообщений по радиоканалу с помощью ТФОП.

В заключение следует отметить, что сети подвижной связи можно разделить на три группы по виду переносчика информации и применяемой аппаратуры:

- аналоговые сети, использующие аналоговые способы модуляции сигналов (амплитудную, частотную, однополосную);

- дискретные (цифровые) сети, использующие дискретные способы модуляции (импульсно-кодовую, дельта-модуляцию и др.);

- комбинированные, обеспечивающие возможность использования обоих видов переносчиков информации.