Тема 3. 4 Оборудование сотовых систем. Мобильные и базовые станции, центры коммутации

Лекция № 19

Функциональная схема сотовой системы связи и ее элементы.

Система сотовой связи «в простейшем случае» содержит один центр коммутации, при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию («небольшой город»), с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если, условно говоря, «город побольше», то система может содержать два или более центров коммутации (рис.7), из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с территориями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы – роминг. Наконец, если «город совсем небольшой», на его площади может оказаться несколько систем с граничащими территориями, каждая система – со своим домашним регистром.

В таком случае при перемещении абонента из одной системы в другую может иметь место и так называемая межсистемная передача обслуживания. Как для роуминга, так и для межсистемной передачи обслуживания необходима аппаратурная совместимость систем (принадлежность их к одному и тому стандарту сотовой связи), а также наличие соответствующих соглашений между компаниями-операторами.

Еще одна особенность связана с построением базовой станции. В стандарте GSM используется понятие система базовой станции (СБС), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько, например, до шестнадцати, базовых приемо-передающих станций (БППС) – (рис.8). В частности, три БППС, расположенные в одном месте и замыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный азимутальный

Рисунок 61 Система сотовой связи с двумя центрами коммутации

сектор в пределах ячейки (соты) или шесть БППС с одним КБС – шесть 60 –градусных секторов.

Рисунок 62 Система базовой станции стандарта GSM

СБС – система базовой станции; КБС –контроллер базовой станции; БППС – базовая приемо-передающая станция; ПС – подвижная станция.

В стандарте D-АМРS в аналогичном случае могут использоваться соответственно три или шесть независимых базовых станций, каждая со своим контроллером, расположенных в одном месте и работающих каждая на свою секторную антенну; для обозначения такой «строенной» или «ушестеренной» конфигурации иногда употребляется термин позиция ячейки, или позиция соты (cell site), хотя чаще наименование cell site является синонимом базовой станции.

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ CCS7.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен AXE/EWSD/S12 и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной AXE/EWSD/S12, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся "эстафетная передача", в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны. MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу ОКС N7, передачи вызова или другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.

BSS - оборудование базовой станции

BSS - оборудование базовой станции, состоит из контроллера базовой станции (BSC), транскодера (ТRC) и приемо-передающих базовых станций (BTS).

BSC компании Motorola для GSM 900/1800

Контроллер базовой станции компании Motorola (см. Рис.63.) может управлять несколькими BTS - приемо-передающими блоками (до 192 BTS!).

BSС выполняет следующие функции:

управление распределением радиоканалов;

контроль соединения и регулировка их очередность;

обеспечение режима работы с прыгающей частотой, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи для речи, данных и вызова;

управление очередность передачи сообщений персонального вызова.

Контроллер базовой станции компании Motorola подключается 2 Mbps потоками к MSC различных компаний, например, AXE/CME20 Ericsson, по сигнализации ОКС N7.

BSC компании Motorola имеет существенное преимущество для микросотового развертывания, где один BSC способен поддержать до 192 BTS.

Из-за модульности и гибкости архитектуры BSC фирмы Motorola могут иметь следующую конфигурацию:

один большой BSC (2 корпуса, соединенные одним логическим NE - Network Elements),

два BSC (2 отдельных корпуса - два логических -NE),

один BSC и один Транскодер (2 отдельных корпуса и два логического NE),

два Транскодера (2 отдельных корпуса и два логического NE),

один большой Транскодер (2 корпуса соединенные одним логическим NE).

Гибкая архитектура BSS фирмы Motorola позволяет иметь функциональные возможности BSC в одном или двух стандартных корпусах. Эти корпуса могут быть конфигурированы как логические элементы сети BSC (NEs) или объединены как отдельный BSC.

Все цифровые платы BSC являются модульными и их функциональные возможности и конфигурация определяется через базу данных поставляемого Motorola программного обеспечения.

ТRC - Транскодер компании Motorola, обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачи речи и данных MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу (Рек.GSM 04.08).

Интерфейс между BSC и BTS (A-bis интерфейс) служит для связи BSC с BTS и определен Рекомендациями ETSI/GSM для процессов установления соединений и управления оборудованием, передача осуществляется цифровыми потоками со скоростью 2,048 Мбит/с. Возможно использование физического интерфейса 64 кбит/с.

В BSS используется новый высокоэффективный процессор фирмы Motorola 68040 - построенный на основе защиты от ошибок, которому могут быть определены различные функциональные режимы работы, основанные на требуемой способности и архитектуре GSM сети.

В BSS применяется высокоскоростной коммутатор цифровых каналов, способный поддерживать 1024 x 64 Kbits/s (Kiloports) что эквивалентно 32 x 2.048 Mbit/s, или 4096 x 16 Kiloports, расширяемый до 4096 x 64 Kbits/s (Kiloports), когда 4 KSW Kiloport Switch (KSW) платы связаны.

В BSS Motorola применяется уникальная многопроцессорная операционная система способная работать в реальном масштабе времени.

BTS - приемо-передающая базовая станция Motorola

Рассмотрим простейшую схему, на которой изображены основные составляющие систем сотовой связи.

Рисунок 63

MSC - центр коммутации подвижной связи, BTS - базовые станции (БЗ), MS - подвижные станции (обычный мобильный/сотовый телефон, МТ/СТ)

Из рисунка видно, что на владельца мобильного телефона (МТ) оказывает воздействие не только сам МТ, но и базовые станции (БС). Последние, как правило, располагаются на крышах нежилых помещений. На каждую БС составляется санитарный паспорт, перед вводом ее в эксплуатацию производятся контрольные замеры электромагнитного поля (ЭМП), дабы проверить соответствие санитарным нормам. Данные о результатах замеров заносятся в санитарный паспорт и хранятся в соответствующем территориальном центре санэпиднадзора.

Результаты измерения электромагнитного излучения БС в Москве были представлены руководителем Центра электромагнитной безопасности при ГНЦ Институт биофизики Юрием Григорьевым: "Измерения электромагнитного поля проводились на последних этажах зданий, на которых установлены БС, на прилегающей местности на расстоянии до 300 метров и в ближайших соседних зданиях. Результаты измерений показали, что электромагнитная обстановка внутри дома, на котором установлена БС, не отличалась от фонового излучения в соответствующем диапазоне частот для данного района города. На прилегающей к дому территории в 9 случаях из 10 зафиксированные значения поля были в 10 раз меньше предельно допустимого уровня (ПДУ), установленного для радиотехнических объектов в Москве. Максимальное значение поля, которое удалось обнаружить, было в 2 раза меньше установленного ПДУ. Такой уровень наблюдался вблизи здания, на котором установлено сразу три станции разных стандартов.

Подчеркнем, что ПДУ, установленные для Москвы, - самые жесткие в мире. Для сравнения: в США ПДУ, в зависимости от частоты излучения, составляет 300 - 1000 мкВт/см2, общероссийские нормы предусматривают предельно допустимый уровень 10 мкВт/см2, а вот московские городские нормы - только 2 мкВт/см2.

Диаграмма направленности излучения "смотрит" в сторону от дома, на котором стоит БС, и выше соседних домов. Сделано это для того, чтобы обеспечить наилучшие условия связи при удалении от БС. Если бы электромагнитное излучение "упиралось" в соседние дома, то связь была бы просто невозможна, и на каждом здании пришлось бы ставить по антенне.

Что же касается онкологических заболеваний, исследования в этой области ведутся уже давно, и результаты воздействия электромагнитного поля на здоровую клетку тщательно анализируются. Изучаются и условия возникновения неблагоприятных последствий. Так, например, эпидемиологические исследования, проводившиеся в Великобритании, США и в некоторых скандинавских странах, показали, что электромагнитное поле негативно влияет на живые организмы - но только при длительном облучении с уровнем в десятки мкВт/см2. На сегодняшний день связь между облучением ЭМП мощностью 1 мкВт/см2 и меньше с онкологическими заболеваниями не установлена".

Теперь посмотрим, какую роль в этой истории играет мобильный телефон (МТ). Начнем с того, что он находится в непосредственной близости от своего владельца, поэтому, так или иначе, влияет на него. Однако уровень излучения МТ зависит преимущественно от расстояния до БС. Чем меньше расстояние, тем, соответственно, ниже уровень излучения. Европейский комитет электротехнической стандартизации предложил измерять вредное излучение в SAR'ах (Specific Absorption Rate). SAR выводится из максимально поглощаемого излучения в расчете на килограмм веса человека. Предельно допустимый уровень излучения - 2 SAR.

Тестирование 16-ти различных моделей МТ, проведенное Федеральным технологическим институтом в Цюрихе, показало, что их SAR различаются. Максимальный уровень SAR у самой безопасной модели составил 0,28 мВт/г, а у самой "опасной" - 1,33 мВт/г. Хотелось бы подчеркнуть, что SAR измеряют с целью убедиться, что мобильный телефон отвечает всем требованиям безопасности, и показатель 1,33 также отвечает этим требованиям.

Необходимо иметь в виду, что мощность излучения сотовых телефонов аналоговых стандартов (AMPS, NMT), как правило, намного больше, чем у цифровых (CDMA, GSM). К примеру, уровень SAR для Motorola StarTAC 7790i, работающей как в цифровом, так и в аналоговом стандартах, составляет 0,42 и 1,36 соответственно.

Из сказанного вытекает, что МТ безопаснее использовать с hands free, чем держать непосредственно у головы. Исследования Австралийской ассоциации потребителей показали, что наушники с микрофоном снижают воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ) на 92%. Любопытно, что аналогичное исследование, проведенное в Великобритании, дало прямо противоположные результаты: британцы показали, что дополнительные устройства действуют как своеобразные антенны, и поэтому уровень ЭМИ, действующего на мозг абонента, в 3 раза превышает уровень обычного СТ. Что же касается дополнительных устройств, поддерживающих технологию беспроводной связи Bluetooth, то работают они на частоте 2,45 ГГц, фиксируются на голове и являются одновременно приемником и передатчиком.