СОДЕРЖАНИЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СОТОВЫХ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Изначально для связи с подвижными объектами (абонентами) создавались отдельные ведомственные радиотелефонные станции (РТС), например железнодорожные, речные, авиационные.

Увеличение числа абонентов, а следовательно и радиостанций (РС), отсутствие координационных принципов при разработке и их эксплуатации привели к неэффективному использованию радиочастотного спектра, к их плохой электромагнитной совместимости, к невозможности дальнейшего увеличения числа абонентов.

Устранение недостатков ведомственных РТС было достигнуто за счет развития радиотелефонных сетей общего пользования (РТСОП). РТСОП — это радиоавтоматическая телефонная станция, которая обеспечивает связью абонентов между собой, а также с абонентами телефонной сети общего пользования.

Соединение между абонентами выполняется в дуплексном (двустороннем) режиме с автоматическим поиском канала связи [1-3,4].

Зоновая сеть радиосвязи — это радиотелефонная сеть общего пользования с большой зоной обслуживания (действия). Под зоной обслуживания будем понимать часть поверхности Земли, на которой обеспечивается радиосвязь с заданным качеством.

Большая зона обслуживания — это зона обслуживания, в которой дальность радиосвязи ограничивается прямой видимостью между антеннами (L = 40 - 60 км). Отметим, что на практике зона обслуживания может уменьшаться за счет снижения мощности передатчика, применения направленных антенн, «затенения» препятствий и т.д.

Принцип построения зоновой сети радиосвязи с абонентами основан на использовании центральной радиостанции (ЦРС), антенна которой располагается в наиболее высокой точке зоны обслуживания в центре большого количества абонентов (Рис.1).

Топографическая структура этой сети является радиальной. Радиостанция предназначена для работы во время движения или во время остановок в неопределенных пунктах зоны обслуживания R < 50 километров. Организация взаимодействия с другими телефонными сетями осуществляется через ЦРС, которая связана кабелем Е₁ с АТС [5].

Рис. 1. Зоновая сеть подвижной радиосвязи.

Недостатки зоновой радиосвязи: большая мощность передатчиков, ЦРС до 60 Вт, РС до 15 Вт; «затенение» РС препятствиями; неэффективное использование частотного диапазона, потому что рабочая частота занимается одной РС во всей зоне обслуживания [6].

Рис. 2. Принцип повторного использования частот для семи сот.

Геометрически оптимальное разделение всей зоны обслуживания (без перекрытий и пропусков) может быть выполнено тремя геометрическими фигурами: равносторонний треугольник, квадрат, правильный шестиугольник, — соты. Отсюда и название — сотовая связь.

Различают макросоты (R = 1,5 - 35 км), микросоты (R = 100 - 600 м) и пикосоты (R = 10 - 60 м). Каждая сота обслуживается отдельной многоканальной базовой радиостанцией (БРС) небольшой мощности, которая находится в центре сота. БРС устанавливает радиосвязь с РТС абонента, который находится в ее зоне [8].

При перемещении РТС в другую соту автоматически обеспечивается переключение РТС на частоту БРС новой соты. Этот принцип обслуживания абонентов получил название процедуры эстафетной передачи (handover). БРС соединяется с центром коммутации подвижной связи ЦКПС, где в памяти центрального компьютера сохраняются как статические, так и динамические, данные о подвижных объектах — РТС абонентов всей сети (Рис.3).

Рис.3. Сотовая сеть подвижной радиосвязи.

Повысить эффективность использования выделенного для подвижной радиосвязи спектра частот возможно путем разбивки зоны обслуживания на небольшие участки — соты, с целью реализовать принцип повторного использования радиочастот, как это показано на Рис.2. [7].

Мощность передатчика БРС — незначительная в сравнении с мощностью передатчика ЦРС (Рис.1), потому влияние его сигнала на другие PC, которые находятся на удалении защитного интервала D (Рис.2), несущественно. Более того, в данное время разрабатываются новые, более эффективные, модели повторного использования частот [9].

Модель с круговой диаграммой направленности антенн допускает передачу сигнала одинаковой мощности во всех направлениях, что для РТС эквивалентно приему помех из всех направлений. Использование секторных направленных антенн позволяет снизить уровень помех. Ясно, что в самом простом случае для того, чтобы обеспечить связью неограниченную плоскую территорию, в сотовой связи достаточно, например, семь рабочих частот F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7 (Рис.2). В результате этого многоразово используется частотный ресурс и многоразово увеличивается количество абонентов сети. Наивысшую эффективность использования полосы частот, то есть наибольшее число абонентов сети в выделенной полосе частот, обеспечивает разработанная фирмой Motorola (США) модель повторного использования частот (Рис.4).

Из анализа этой модели видно, что каждая частота, в пределах модели, которая состоит из четырех БРС, используется точно дважды. Благодаря этому каждая из четырех БРС в пределах действия шести 60-градусных антенн может работать на 12 группах частот.

Рис.4. Модель повторного использования частот в каждых двух соседних сотах.

Следует отметить, что проблемы частотно территориального планирования и оптимального разделения каналов в системах подвижной связи являются достаточно сложными, однако решаемыми.