Вопрос 47. Функционирование системы сотовой связи

1. Основным принципом, на котором базируется работа сотовой связи, является повторное использование частот в несмежных сотах. Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние, называемое защитным интервалом. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Каждая из сот обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным количеством каналов связи.' Это позволяет без помех повторно использовать частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние соте.

Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних сотах. Но на практике зоны обслуживания могут перекрываться под действием различных факторов, например вследствие изменения условий распространения радиоволн Поэтому в соседних сотах используются различные частоты.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим параметром кластера является размерность — количество используемых в соседних сотах частот. На практике это значение может достигать 15.

Смежные базовые станции, использующие различные частотные каналы, образуют группу из С-станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из т каналов с шириной полосы Fr каждого, то общая ширина полосы F, занимаемая данной системой сотовой связи, составит FC— FKm С.

Таким образом, величина С определяет минимально возможное количество каналов в системе, и поэтому ее называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от количества используемых каналов и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании сот меньших размеров можно увеличить повторяемость частот.

Применение шестиугольных сот позволяет минимизировать ширину используемой полосы частот, и шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре соты.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование секторных антенн с узкими диаграммами направленности.¹ В секторе такой узконаправленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно.

2. Каждая из сот обслуживается многоканальным приемо-передатчи-ком, который называется Латвии станцией и служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном _и ^еитрсм коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны.² Количество каналов базовой станции обычно кратно 8, например 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (controlchannel). В некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (calling channel). На нем 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 незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи использует при работе пару частот для дуплексной связи, то есть частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улуч-i

шить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Базовые станции соединены с центром коммутации {коммутатором MSC) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. MSC — это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями; организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей; производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему необходим в обычной телефонной сети, и др.

3. Система сотовой связи работает по следующему алгоритму.

• режим ожидания (состояние "трубка положена" обычного телефона);

• набор номера — радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален;

• для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями по управляющим каналам передается сигнал вызова;

• сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления;

• базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового радиотелефона вызываемого абонента — происходит начало разговора;

• в случае если один (оба) абонента находятся в движении, при их удалении от базовой станции происходит автоматическое переключение на другой канал;

• специальная процедура, называемая передачей управления вызовом, или эстафетной передачей (handover или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент.

4. Роуминг (от англ. roam — скитаться, блуждать) — одна из важных услуг сети сотовой связи, предоставляющая возмож-

ность использования одного и того же радиотелефона при по*-ездке в другой город, область или страну. В этом случае сото-] вая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из дру~\ гого города или страны, но и получать звонки от тех, кто не ус-ч пел застать его дома. Для организации роуминга сотовые сет» должны быть одного стандарта (телефон стандарта GSM не< будет работать в сети стандарта CDMA и т. п.), а центры kom-J мутации подвижной связи этого стандарта должны быть со-: единены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Для обеспечения роуминга необходимо выполнение трех условий:

• наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон;

• наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;

• наличие между системами каналов связи, обеспечивающих передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть, ее центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его.¹ Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент. При организации роуминга недостаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно еще решить проблему взаиморасчетов; между операторами этих сетей.

Перспективы развития услуг роуминга зависят от распространения стандартов, но наиболее предпочтительным стандартом на сегодняшний день является стандарт GSM.