Архитектура сотовых сетей связи и сети абонентского доступа

рассматриваются интерфейсы трех видов: для соединения с внешними сетями;

между различным оборудованием сетей GSM; между сетью GSM и внешним

оборудованием. Все существующие внутренние интерфейсы сетей GSM показаны на

структурной схеме рис.4. Они полностью соответствуют требованиям

Рекомендаций ETSI/GSM 03.02.

Интерфейсы с внешними сетями

Соединение с PSTN

Соединение с телефонной сетью общего пользования осуществляется MSC по

линии связи 2 Мбит/с в соответствии с системой сигнализации SS N 7.

Электрические характеристики 2 Мбит/с интерфейса соответствуют

Рекомендациям МККТТ G.732.

Соединение с ISDN

Для соединения с создаваемыми сетями ISDN предусматриваются четыре линии

связи 2 Мбит/с, поддерживаемые системой сигнализации SS N 7 и отвечающие

Рекомендациям Голубой книги МККТТ Q.701-Q.710, Q.711-Q.714, Q.716, Q.781,

0.782, 0.791, 0.795, 0.761-0.764, 0.766.

Соединение с существующей сетью NMT-450

Центр коммутации подвижной связи соединяется с сетью NMT-450 через четыре

стандартные линии связи 2 Мбит/с и системы сигнализации SS N7. При этом

должны обеспечиваться требования Рекомендаций МККТТ по подсистеме

пользователей телефонной сетью (TUP - Telephone User Part) и подсистеме

передачи сообщений (МТР - Message Transfer Part) Желтой книги.

Электрические характеристики линии 2 Мбит/с соответствуют Рекомендациям

МККТТ G.732.

Соединения с международными сетями GSM

В настоящее время обеспечивается подключение сети GSM в Москве к

общеевропейским сетям GSM. Эти соединения осуществляются на основе

протоколов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммутации подвижной

связи (GMSC).

Внутренние GSM – интерфейсы.

Интерфейс между MSC и BSS (А-интерфейс) обеспечивает передачу сообщений

для управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. А-интерфейс

объединяет каналы связи и линии сигнализации. Последние используют протокол

SS N7 МККТТ. Полная спецификация А-ин-терфейса соответствует требованиям

серии 08 Рекомендаций ETSI/GSM.

Интерфейс между MSC и HLR совмещен с VLR (В-интерфейс). Когда MSC

необходимо определить местоположение подвижной станции, он обращается к

VLR. Если подвижная станция инициирует процедуру местоопределения с MSC, он

информирует свой VLR, который заносит всю изменяющуюся информацию в свои

регистры. Эта процедура происходит всегда, когда MS переходит из одной

области местоопределения в другую. В случае, если абонент запрашивает

специальные дополнительные услуги или изменяет некоторые свои данные, MSC

также информирует VLR, который регистрирует изменения и при необходимости

сообщает о них HLR.

Интерфейс между MSC и HLR(С-интерфейс) используется для обеспечения

взаимодействия между MSC и HLR. MSC может послать указание (сообщение) HLR

в конце сеанса связи для того, чтобы абонент мог оплатить разговор. Когда

сеть фиксированной телефонной связи не способна исполнить процедуру

установления вызова подвижного абонента, MSC может запросить HLR с целью

определения местоположения абонента для того, чтобы послать вызов MS.

Интерфейс между HLR и VLR (D-интерфейс) используется для расширения

обмена данными о положении подвижной станции, управления процессом связи.

Основные услуги, предоставляемые подвижному абоненту, заключаются в

возможности передавать или принимать сообщения независимо от

местоположения. Для этого HLR должен пополнять свои данные. VLR сообщает

HLR о положении MS, управляя ею и переприсваивая ей номера в процессе

блуждания, посылает все необходимые данные для обеспечения обслуживания

подвижной станции.

Интерфейс между MSC (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодействие между

разными MSC при осуществлении процедуры HANDOVER - "передачи" абонента из

зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва.

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.

Интерфейс между BSC и ОМС (О-интерфейс) предназначен для связи BSC с ОМС,

используется в сетях с пакетной коммутацией МККТТ Х.25.

Внутренний BSC-интерфейс контроллера базовой станции обеспечивает связь

между различным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования (ТСЕ);

использует стандарт ИКМ-пе-редачи 2,048 Мбит/с и позволяет организовать из

четырех каналов со скоростью 16 кбит/с один канал на скорости 64 кбит/с.

Интерфейс между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс) определен в сериях 04 и 05

Рекомендаций ETSI/GSM.

Сетевой интерфейс между ОМС и сетью, так называемый управляющий интерфейс

между ОМС и элементами сети, определен ETSI/GSM.

Рекомендациями 12.01 и является аналогом интерфейса Q.3, который определен

в многоуровневой модели открытых сетей ISO OSI. Соединение сети с ОМС могут

обеспечиваться системой сигнализации МККТТ SS N7 или сетевым протоколом

Х.25. Сеть Х.25 может соединяться с объединенными сетями или с PSDN в

открытом или замкнутом режимах.

GSM - протокол управления сетью и обслуживанием также должен

удовлетворять требованиям Q.3 интерфейса, который определен в ETSI/GSM

Рекомендациях 12.01.Интерфейсы между сетью GSM и внешним оборудованием.

Интерфейс между MSC и сервис-центром (SC) необходим для реализации службы

коротких сообщений. Он определен в ETSI/GSM Рекомендациях 03.40. Интерфейс

к другим ОМС. Каждый центр управления и обслуживания сети должен

соединяться с другими ОМС, управляющими сетями в других регионах или

другими сетями. Эти соединения обеспечиваются Х-интерфейсами в соответствии

с Рекомендациями МККТТ М.ЗО. Для взаимодействия ОМС с сетями высших уровней

используется О.З-интерфейс.

Структура служб и передача данных в стандарте GSM.

Стандарт GSM содержит два класса служб: основные службы и телеслужбы.

Основные службы обеспечивают: передачу данных (асинхронно) в дуплексном

режиме со скоростями 300, 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через

телефонные сети общего пользования; передачу данных (синхронно) в

дуплексном режиме со скоростями 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через

телефонные сети общего пользования, коммутируемые сети передачи данных

общего пользования (CSPDN) и ISDN; доступ с помощью адаптера к пакетной

асинхронной передаче данных со стандартными скоростями 300-9600 бит/с через

коммутируемые сети пакетной передачи данных общего пользования (PSPDN),

например, Datex-P; синхронный дуплексный доступ к сети пакетной передачи

данных со стандартными скоростями 2400-9600 бит/с.

При передаче данных со скоростью 9,6 кбит/с всегда используется канал

связи с полной скоростью передачи. В случае передачи на скоростях ниже 9,6

кбит/с могут использоваться полускоростные каналы связи.

Перечисленные функции каналов передачи данных предусмотрены для

терминального оборудования, в котором используются интерфейсы МККТТ со

спецификациями V.24 или Х.21 серий. Эти спецификации определяют вопросы

передачи данных по обычным каналам телефонной связи.

Телеслужбы предоставляют следующие услуги:

1) телефонная связь (совмещается со службой сигнализации: охрана квартир,

сигналы бедствия и пр.);

2) передача коротких сообщений;

3) доступ к службам "Видеотекс", "Телетекс".

4) служба "Телефакс".

Дополнительно стандартизован широкий спектр особых услуг (передача

вызова, оповещения о тарифных расходах, включение в закрытую группу

пользователей). Так как ожидается, что большинство абонентов будет

использовать услуги GSM в деловых целях, особое внимание уделяется аспектам

безопасности и качеству предоставляемых услуг.

Структурная схема служб связи в GSM PLMN показана на рис. 5 (GSM PLMN - GSM

Public Land Mobile Network - сеть связи с наземными подвижными объектами;

ТЕ (Terminal Equipment) -терминальное оборудование, МТ (Mobile Terminal) -

подвижный терминал, IWF (Interworking Function) - межсетевой функциональный

стык). К передаче данных относится и новый вид службы, используемый в GSM,

- передача коротких сообщений (передача служебных буквенно-цифровых

сообщений для отдельных групп пользователей).

[pic]

Рис.5 Структурная схема служб стандарта GSM.

При передаче коротких сообщений используется пропускная способность

каналов сигнализации. Сообщения могут передаваться и приниматься подвижной

станцией. Для передачи коротких сообщений могут использоваться общие каналы

управления. Объем сообщений ограничен 160-ю символами, которые могут

приниматься в течение текущего вызова либо в нерабочем цикле. В управление

радиоканалами, защиту от ошибок в радиоканале, кодирование-декодирование

речи, текущий контроль и распределение данных пользователя и вызовов,

адаптацию по скорости передачи между радиоканалом и данными, обеспечение

параллельной работы нагрузок (терминалов), обеспечение непрерывной работы в

процессе движения.Используется три типа оконечного оборудования подвижной

станции: МТО (Mobile Termination 0) - многофункциональная подвижная

станция, в состав которой входит терминал данных с возможностью передачи и

приема данных и речи: МТ1 (Mobile Termination 1) - подвижная станция с

возможностью связи через терминал с ISDN; МТ2 (Mobile Termination 2) -

подвижная станция с возможностью подключения терминала для связи по

протоколу МККТТ V или Х серий. Терминальное оборудование может состоять из

оборудования одного или нескольких типов, такого как телефонная трубка с

номеронабирателем, аппаратуры передачи данных (DTE), телекс и т.д.

Различают следующие типы терминалов:

ТЕ1 (Terminal Equipment 1) - терминальное оборудование, обеспечивающее

связь с ISDN; ТЕ2 (Terminal Equipment 2) - терминальное

оборудование,обеспечивающее связь с любым оборудованием через протоколы

МККТТ V или Х серий (связь с ISDN не обеспечивает). Терминал ТЕ2 может быть

подключен как нагрузка к МТ1 (подвижной станции с возможностью связи с

ISDN) через адаптер ТА. Система характеристик стандарта GSM, принятая

функциональная схема сетей связи и совокупность интерфейсов обеспечивают

высокие параметры передачи сообщений, совместимость с существующими и

перспективными информационными сетями, предоставляют абонентам широкий

спектр услуг цифровой связи.

Структура ТDМА кадров и формирование сигналов в стандарте GSM.

В результате анализа различных вариантов построения цифровых сотовых

систем подвижной связи (ССПС) в стандарте GSM принят многостанционный

доступ с временным разделением каналов (TDMA). Общая структура временных

кадров показана на рис. 6 . Длина периода последовательности в этой

структуре, которая называется гиперкадром, равна Тг = 3 ч 28 мин 53 с 760

мс (12533,76 с). Гиперкадр делится на 2048 суперкадров, каждый из которых

имеет длительность Те = 12533,76/2048 = 6,12 с.

[pic][pic]

Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов

связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров: 1)

26-позиционные TDMA кадры мультикадра; 2) 51-позиционные TDMA кадры

мультикадра. Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа

или 26 миультикадров второго типа. Длительности мультикадров

соответственно: 1) Тм= 6120/51 = 120 мс; 2) Тм = 6120/26 = 235,385мс

(3060/13 мс). Длительность каждого TDMA кадра Тк = 120/26 = 235,385/51 =

4,615 мс (60/13 мс). Тк = 120/26 = 235,385/51 = 4,615 мс (60/13 мс). Таким

образом, гиперкадр состоит из 2715647 TDMA кадров. Необходимость такого

большого периода гиперкадра объясняется требованиями применяемого процесса

криптографической защиты, в котором номер кадра NF используется как входной

параметр. TDMA кадр делится на восемь временных позиций с периодом То =

60/13:8 = 576,9 мкс (15/26 мс) Каждая временная позиция обозначается TN с

номером от 0 до 7. Физический смысл временных позиций, которые иначе

называются окнами, - время, в течение которого осуществляется модуляция

несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению

или данным. Цифровой информационный поток представляет собой

последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах

(окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность

составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии

временной дисперсии в канале распространения. Информационное сообщение

передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с.

Это означает, что временной интервал TDMA кадра содержит 156,25 бит.

Длительность одного информационного бита 576,9 мкс/156,25 = 3,69 мкс Каждый

временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается BN с

номером от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен

номер 156. Для передачи информации по каналам связи и управления,

подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к

каналу связи в структуре TDMA кадра используются пять видов временных

интервалов (окон): NB используется для передачи информации по каналам связи

и управления, за исключением канала доступа RACH. Он состоит из 114 бит

зашифрованного сообщения и включает защитный интервал (GP) в 8,25 бит

длительностью 30,46 мкс. Информационный блок 114 бит разбит на два

самостоятельных блока по 57 бит, разделенных между собой обучающей

последовательностью в 26 бит, которая используется для установки

эквалайзера в приемнике в соответствии с характеристиками канала связи в

данный момент времени. В состав NB включены два контрольных бита (Steeling

Flag), которые служат признаком того, содержит ли передаваемая группа

речевую информацию или информацию сигнализации. В последнем случае

информационный канал (Traffic Channel) "украден" для обеспечения

сигнализации. Между двумя группами зашифрованных бит в составе NB находится

обучающая последовательность из 26 бит, известная в приемнике. С помощью

этой последовательности обеспечивается: - оценка частоты появления ошибок в

двоичных разрядах по результатам сравнения принятой и эталонной

последовательностей. В процессе сравнения вычисляется параметр RXQUAL,

принятый для оценки качества связи. Конечно, речь идет только об оценке

связи, а не о точных измерениях, так как проверяется только часть

передаваемой информации. Параметр RXQUAL используется при вхождении в

связь, при выполнении процедуры "эстафетной передачи" (Handover) и при

оценке зоны покрытия радиосвязью; - оценка импульсной характеристики

радиоканала на интервале передачи NB для последующей коррекции тракта

приема сигнала за счет использования адаптивного эквалайзера в тракте

приема; -определение задержек распространения сигнала между базовой и

подвижной станциями для оценки дальности связи. Эта информация необходима

для того, чтобы пакеты данных от разных подвижных станций не накладывались

при приеме на базовой станции. Поэтому удаленные на большее расстояние

подвижные станции должны передавать свои пакеты раньше станций, находящихся

в непосредственной близости от базовой станции. FB предназначен для

синхронизации по частоте подвижной станции. Все 142 бита в этом временном

интервале - нулевые, что соответствует немодулированной несущей со сдвигом

1625/24 кГц выше номинального значения частоты несущей. Это необходимо для

проверки работы своего передатчика и приемника при небольшом частотном

разносе каналов (200 кГц), что составляет около 0,022% от номинального

значения полосы частот 900 МГц. FB содержит защитный интервал 8,25 бит так

же, как и нормальный временной интервал. Повторяющиеся временные интервалы

подстройки частоты (FB) образуют канал установки частоты (FCCH). SB

используется для синхронизации по времени базовой и подвижной станций. Он

состоит из синхропоследовательности длительностью 64 бита, несет информацию

о номере ТОМА кадра и идентификационный код базовой станции. Этот интервал

передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы

синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH). DB

обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре

DB совпадает с NB (рис. 1.6) и содержит установочную последовательность

длиной 26 бит. В DB отсутствуют контрольные биты и не передается никакой

информации. DB лишь информирует о том, что передатчик функционирует. АВ

обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции.

АВ передается подвижной станцией при запросе канала сигнализации. Это

первый передаваемый подвижной станцией пакет, следовательно, время

прохождения сигнала еще не измерено. Поэтому пакет имеет специфическую

структуру. Сначала передается концевая комбинация 8 бит, затем -

последовательность синхронизации для базовой станции (41 бит), что

позволяет базовой станции обеспечить правильный прием последующих 36

зашифрованных бит. Интервал содержит большой защитный интервал (68,25 бит,

длительностью 252 мкс), что обеспечивает (независимо от времени прохождения

сигнала) достаточное временное разнесение от пакетов других подвижных

станций, Этот защитный интервал соответствует двойному значению наибольшей

возможной задержки сигнала в рамках одной соты и тем самым устанавливает

максимально допустимые размеры соты. Особенность стандарта GSM -

возможность обеспечения связью подвижных абонентов в сотах с радиусом около

35 км. Время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях

составляет при этом 233,3 мкс. В структуре GSM строго определены временные

характеристики огибающей сигнала, излучаемого пакетами на канальном

временном интервале TDMA кадра, и спектральная характеристика сигнала.

Одна из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM -

использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи. Главное

назначение таких скачков (SFH - Slow Frequency Hopping) - обеспечение

частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях

многолучевого распространения радиоволн. SFH используется во всех подвижных

сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном

движении абонентских станций. Принцип формирования медленных скачков по

частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту

временном интервале TDMA кадра (577 мкс), в каждом последующем кадре

передается (принимается) на новой фиксированной частоте. В соответствии со

структурой кадров время для перестройки частоты составляет около 1 мс. В

процессе скачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный разнос 45 МГц

между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в

одной соте, ставятся в соответствие ортогональные формирующие

последовательности, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений

абонентами в соте. Параметры последовательности переключения частот

(частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются каждой

подвижной станции в процессе установления канала. Ортогональность

последовательностей переключения частот в соте обеспечивается начальным

частотным сдвигом одной и той же (по алгоритму формирования)

последовательности. В смежных сотах используются различные формирующие

последовательности. Комбинированная TDMA/FDMA схема организации каналов в

стандарте GSM и принцип использования медленных скачков по частоте при

передаче сообщений во временных кадрах показаны на рис. 7,8

[pic]

Рис.7 Принцип использования медленных скачков по частоте

[pic]

Рис. 8 Схема организации каналов

Для сравнения можно отметить, что по результатам экспериментальных

исследований, проведенных на действующих сетях GSM, пространственное

разнесение приемных антенн на базовой станции дает выигрыш 3-4 дБ. Принятая

структура ТDМА кадров и принципы формирования сигналов в стандарте GSM в

совокупности с методами капельного кодирования позволили снизить требуемое

для приема отношение сигнал/помеха до 9 дБ, тогда как в стандартах

аналоговых сотовых сетей связи оно составляет 17-18 дБ.

Принципы построения макросотовых систем.

Разделить обслуживаемую территорию на макро-зоны можно двумя способами:

статистическим, основанным на измерении статистических параметров

распространения сигналов в системах связи, или детерминированным,

основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для

конкретного района.

При статистическом способе вся обслуживаемая территория разделяется на

одинаковые по форме зоны и с помощью статистических законов распространения

радиоволн определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в

приделах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Чтобы оптимально разделить территорию на макро-зоны, т. е. без перекрытия

или пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические

фигуры - треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой

является шестиугольник, так как если антенну устанавливать в его центре, то

круговая форма диаграммы направленности будет покрывать почти всю его

площадь.

Абоненты подвижной связи (ПС), находящиеся в макро-зонах, могут связаться

БС, находящейся в центре этой зоны. Все макро-зоны связаны соединительными

линиями с главной БС. В качестве соединительных линий могут использоваться

кабели, радиорелейные линии. Главная БС (ЦС) соединяется с телефонной

сетью. Таким образом, при связи абонента АТС с абонентом ПС сигнал вызова

из телефонной сети попадает на ЦС, от нее по соединительным линиям к одной

из макро-зоновых ЦС (МЗЦС) и затем по радиоканалу к абоненту ПС.

Передатчик МЗЦС имеет сравнительно небольшую мощность, необходимую для

связи с абонентами ПС в макро-зоне, поэтому уровень создаваемых им помех

значительно ниже. Это дает возможность использовать те же частоты и в

других ячейках. Расстояние до этих ячеек, в которых могут быть использованы

одни и те же рабочие частоты, зависят от условий распространения радиоволн,

допустимого уровня помех и числа радиостанций, расположенных вокруг данной

ячейки. Считается допустимым, чтобы в сотовой шестиугольной структуре

частоты повторялись через две ячейки. Это означает, что, используя 7

рабочих каналов, можно перекрыть всю зону обслуживания. Если интенсивность

нагрузки по всей зоне одинакова, то и размеры всех ячеек выбирают

одинаковыми.

Обычно распределение абонентов ПС по всей обслуживаемой территории

неравномерно (уменьшается от центра к периферии), поэтому целесообразно так

изменять ячейки, чтобы их размеры увеличивались к периферии. Это позволяет

уменьшить стоимость ССсПО в целом за счет уменьшения необходимого числа БС.

Однако в этом случае мощности передатчиков центральных и подвижных

радиостанций будут зависеть от размеров ячеек, поэтому целесообразно

использовать автоматически регулируемую по сигналу корреспондента мощность

передатчика. Кроме того, для территорий с зонами разного размера надо более

тщательно определять те из них, в которых можно повторно использовать

рабочие каналы. При статическом способе в большинстве случаев получаемый

интервал между зонами, в которых используются одинаковые рабочие каналы,

получается больше необходимого с точки зрения поддержания взаимных помех на

допустимом уровне.

Более оптимален детерминированный способ разделения на зоны. При нем

тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения

минимального числа центральных станций, обеспечивающих удовлетворительное

обслуживание абонентов по всей территории, учитывается рельеф местности для

определения оптимального места расположения ЦС, имеется возможность

использовать направленные антенны, пассивные ретрансляторы и смежные

центральные станции в момент пиковой нагрузки и т.д. Однако этот способ

сложен и требует в ряде случаев моделирования с использованием ЭВМ. В

сотовых системах необходимо определить, какую ЦС подключить для связи с

абонентом ПС, т. е. определить местоположение абонента ПС на территории

обслуживания. При этом не требуется высокая точность определения

местоположения подвижного объекта. Достаточно определить только зону в

которой он находится. При входящей связи, т. е. от ЦС к абоненту ПС, сигнал

вызова может передаваться либо по специальным вызывным, либо по свободным

каналам, на которые радиостанции ПС настраиваются автоматически.

Местоположение определяется по уровню сигнала, поступающего от радиостанции

абонента ПС на ближайшую БС. которая и включается для ведения переговоров с

абонентами ПС. При переезде в зону действия другой БС радиостанция ПС

автоматически переходит на канал новой БС. При этом постоянно должен

обеспечиваться контроль за радиостанцией ПС, для чего в процессе ведения

разговора с абонентом ПС на БС и далее в ЦС совместно с речью передаются

контрольные сигналы.

Существуют различные методы определения координат: наиболее

распространенный из них трехсторонний дальномерный метод для оценки

дальности импульсными или фазометрическими системами, а также

триангуляционный метод для измерения азимута абонента ПС по отношению к

базовым станциям, принимающим его сигнал. Есть также предложения по

использованию метода электронного оповещения, при котором на границах зон

устанавливаются электронные посты оповещения, предназначенные для передачи

абоненту ПС информации о пересекаемой области. Эта информация запоминается

радиостанцией абонента ПС и может быть затем передана на ЦС, принимающую

заявку на обслуживание абонентов ПС. Однако такая система требует

дополнительной аппаратуры, устанавливаемой на всей территории обслуживания.

Следует отметить, что методы определения координат абонента ПС и алгоритмов

выделения ЦС еще требуют дополнительных исследований. После выделения одной

из нескольких ЦС для связи с абонентом ПС необходимо выделить рабочий

канал. В простейших сотовых системах с относительно равномерной средней

нагрузкой используется фиксированное распределение каналов, при котором за

каждой зоной закрепляется один канал, а радиостанция абонента ПС может

переключаться на каналы всех зон автоматически по мере перехода из одной

зоны в другую. В более сложных системах за каждой зоной может быть

закреплена группа каналов (стволов); радиостанция абонента ПС при работе в

данной зоне автоматически выбирает канал, свободный в данный момент от

связи. При переходе в другую зону она автоматически переключается на другую

группу каналов и на поиск свободного канала в новой зоне.

Существенным является вопрос о частном планировании в СССПО. В

соответствии с принятыми принципами каждой БС выделяется определенный набор

частотных каналов, который может повторяться. Как уже упоминалось, БС, на

которых допускается повторное использование выделенного набора частот,

разделяются между собой защитным интервалом D. Именно возможность

повторного использования одних и тех же частот определяет высокую

эффективность применения частотного спектра в СССПО. Смежные БС,

использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С

станций. Если каждой БС выделяется набор из каналов с шириной полосы Fк, то

общая ширина полосы, занимаемая СССПО, будет Fc = Fк m C, где m - число

каналов. Таким образом, величина С определяет минимально возможное число

каналов в системе, поэтому ее часто называют "частотным параметром" системы

(в некоторых источниках - "коэффициентом повторения частот").

Тогда эффективность использования спектра частот определяется выражением:

из которого следует, что величина эффективности не зависит от числа каналов

в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом,

использование меньших радиусов ячеек дает возможность увеличить

повторяемость частот. Кроме того, видно, что целесообразно выбирать малые

значения С.

Применение шестиугольной формы ячеек позволяет минимизировать необходимый

частотный диапазон, поскольку обеспечивает оптимальное соотношение между

величиной С и защитным интервалом. Кроме того, шестиугольная форма

наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности БС,

установленной в центре ячейки.

Остановимся более подробно на вопросе о выборе размеров ячеек (радиусе

R). Эти размеры определяют защитный интервал D между ячейками, в которых

одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что

величина интервала зависит также от допустимого уровня помех и условий

распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность нагрузки в

пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одинаковых размеров. При

заданном размере зоны обслуживания (радиус R0) радиус ячейки R определяет

также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей

территории обслуживания. Из этого соотношения также видно, что уменьшение

радиуса ячейки позволяет не только повысить частотную эффективность и

увеличить пропускную способность системы, но и уменьшить мощность

передатчиков и чувствительность приемников БС и АС. Это улучшает условия

электромагнитной совместимости СССПО с другими радиоэлектронными средствами

и системами и снижает ее стоимость.

С другой стороны, чрезмерное уменьшение радиуса ячеек приводит к

значительному увеличению числа пересечений абонентом ПС границ ячеек, что

может вызвать перегрузку устройств управления и коммутации системы. Кроме

того, возможно увеличение числа случаев возникновения взаимных помех. И,

наконец, при малых значениях R в реальных условиях даже незначительное

отклонение положения антенны относительно геометрического центра ячейки

может вызвать ощутимое уменьшение отношения сигнал/помеха в системе. В

связи с этим в реальных условиях при выборе величины R приходится принимать

компромиссное решение. Типовые значения радиусов выбираются на основе

расчетов и опыта эксплуатации и составляют величину 0,5 - 2,5 км (в Лондоне

и Стокгольме). В перспективе в особенности для районов с плотным трафиком

эта величина, как полагают, будет уменьшаться.

Исключительно важным вопросом, определяющим в значительной степени

основные характеристики ССПР, является распределение частотных каналов

между БС. Оно позволяет обеспечить низкий уровень межканальных помех,

оказывающих значительное влияние на помехоустойчивость системы. Существуют

три способа распределения частотных каналов: фиксированное, динамическое и

гибридное.

При фиксированном распределении каждой БС выделяется определенный набор

каналов. АС подвижных абонентов при нахождении их в определенной ячейке с

помощью ЦС назначается свободный в данный момент времени канал из набора.

При перемещении АС в другую ячейку с помощью процедуры эстафетной передачи

осуществляется переключение данной АС на соответствующий свободный канал

этой ячейки. Недостатком способа является неэффективное использование

частотного спектра, поскольку в реальных условиях центральные ячейки города

могут быть перегружены, а периферийные иметь свободные каналы.

При динамическом способе любой из частотных каналов может быть

использован любой БС. При этом тем БС, на которых все каналы заняты,

предоставляются на время сеанса связи каналы из других ячеек. Это

осуществляется с помощью ЭВМ, в памяти которой хранится информация о

состоянии каждого канала в зоне обслуживания и всех его изменениях в

процессе работы системы, а также о местонахождении абонента ПС. Таким

образом, динамическое распределение каналов позволяет увеличить

загруженность каналов и тем самым повысить эффективность их использования и

снизить вероятность блокировки вызова в случае, когда все каналы данной

ячейки заняты. Однако нагрузки на устройства управления системой связи в

этом случае возрастают.

При гибридном способе распределения каждой БС выделяется фиксированный

набор каналов, а также определенное их число для распределения динамическим

способом. Гибридный способ при больших нагрузках позволяет предъявлять

менее жесткие требования к управляющим устройствам по сравнению с

динамическим, а в области малых значений нагрузки имеет преимущество перед

фиксированным, состоящее в более низкой вероятности блокировки вызова.

Следует отметить, что наиболее существенное достоинство динамического и

гибридного распределений заключается в том, что они обеспечивают

выравнивание нагрузки на канал. При фиксированном распределении это

осуществляется путем увеличения числа каналов, предоставляемых БС в местах

с плотным трафиком, а также уменьшением радиуса ячеек.

Необходимость многофункционального управления в ССсПО имеет

первостепенное значение для реализации возможности наиболее эффективного

использования выделенной полосы радиочастот. Многократное использование

частот затрудняется из-за сильного изменения уровня сигнала по мере

движения АС в пределах зоны обслуживания, обусловленного многолучевым

распространением сигнала, а также экранирующим и поглощающим воздействием

местных объектов. Управление необходимо осуществлять таким образом, чтобы в

сильно меняющихся условиях прохождения радиосигналов непрерывно

осуществлялась надежная связь. Как отмечалось выше, с этой целью ЦС

осуществляет функции управления эстафетной передачей АС по мере пересечения

абонентом ПС границ ячеек и снижения качества сигнала ниже установленного

заранее порогового уровня. Для оценки качества сигнала по разговорному

каналу постоянно передается пилот-сигнал и измеряется соотношение

сигнал/шум по мощности или сигнал/помеха с помощью специальных

измерительных приемников. При уменьшении величины до значений ниже

порогового уровня, что может обусловливаться выходом АС из зоны действия

БС, замираниями сигнала, а также рядом других причин, ЦС выбирает зону с

максимальной величиной и переключает АС на новый канал (осуществляет

эстафетную передачу).

Для реализации процедуры управления и обмена служебной информацией между

БС и АС на группу разговорных каналов выделяется специальный канал

управления. В свободном режиме АС постоянно настроена на частоту этого

канала. Обмен соответствующей информацией в звене БС-ЦС производится по

специальному проводному каналу, также выделенному на группу разговорных

каналов.

Характерной особенностью процесса коммутации, осуществляемой в ССсПО,

является то, что абонент находится в движении и может оказаться в зоне

Страницы: 1, 2, 3, 4