Формирование каналов в сетях сотовой связи

Частотный канал – это полоса частот, отводимая для передачи информации одного канала связи. При использовании метода TDMA в одном частотном канале передается информация нескольких каналов связи, т. е. в одном частотном канале размещается несколько физических каналов.

Физический канал в системе TDMA – это временной слот с определенным номером в последовательности кадров радиоинтерфейса.

Логические каналы (ЛК) различаются по виду информации, передаваемой по ФК. В принципе в ФК может быть реализован один из двух видов ЛК – канал трафика (КТ) или канал управления (КУ). Каждый из них может в общем случае существовать в одном или нескольких вариантов (типов). Логический канал трафика (КТ) – это канал передачи речи или данных. Логический канал управления предназначен для передачи управляющей информации (сигнализации). В таблице 2.3 приведена классификация логических каналов, используемых в ССС.

Таблица 2.3 - Классификация и типовые обозначения каналов

Признак	Обозначение	Название канала
Направление связи	F	Прямой (Forward)
R	Обратный (Reverse)
Тип канала	L	Логический (Logical)
P	Физический (Physical)
Назначение канала	A	Доступ (Access)
P	Вызывной (Paging)
S	Сигнализация (Signaling)
T	Трафика (Traffic)
C	Управления (Control)
Способ организации связи	A	Совмещенный (Associated)
B	Широковещательный (Broadcast)
C	Общий (Common)
D	Выделенный (Dedicated)
SD	Автономный (Stand-alone)
Вспомогательные каналы	A	Вспомогательный (Auxiliary)
PI	Пилот-сигнала (Pilot)
S или SYNC	Синхроканал (Synchronization)

Пути повышения емкости системы сотовой связи

Исходя из вышеизложенного, можно выделить четыре группы способов повышения емкости в системах сотовой связи.

1. Совершенствование методов обработки сигналов (цифровая обработка), переход от FDMA к TDMA и к CDMA. В пределах TDMA – переход от полноскоростного кодирования речи к полускоростному.

2. Дробление ячеек, т. е. переход к меньшим ячейкам (микросотам и пикосотам) в районах с интенсивным трафиком.

3. Использование адаптивного назначения каналов. Частотные каналы все или частично находятся в оперативном распоряжении ЦК, который выделяет их для пользования отдельным БС по мере поступления заявок (вызовов). Это позволяет гибко отслеживать флуктуации трафика. Данный метод используется в системе беспроводных телефонов. Адаптивным является и метод назначения физических каналов в CDMA.

4. Расширение выделяемой полосы частот, что в условиях жестких ограничений является малоперспективным.

Контрольные вопросы

1. Почему выделенные полосы частот жестко ограничены и вмещают в себя небольшое число частотных каналов?

2. На какой местности линия LOS длиннее: в городе, пригороде или открытой местности (степь или горы) и почему.

3. Что вызывает медленные и что вызывает быстрые замирания на трассе распространения радиоволн в сотовой системе связи?

4. Какие параметры аппаратуры и какие параметры системы связи определяют радиус зоны уверенного приема?

5. По аналогии с примером расчета потерь по лини NLOS, приведенном в 2.2.2 для частоты f=915 МГц рссчитайте потери по линии NLOS, изменяя расстояние между БС и МС от 1 км до 35 км с интервалом через 5 км. Построете график зависимости потерь L_P в зависимости от d.

6. Проделайте аналогичные расчеты для расстояния d=15км, изменяя частоту f(МГц) от 915 до 1800 с интервалом в 300МГц. Постройте график зависимости L_P в зависимости от f.

7. Какой вид разнесения используется в кластерах?

8. При каком виде множественного доступа (с частотным разделением, с временным разделением или с кодовым разделением) вещание ведется в режиме «реального времени»?

9. Что называется базой сигнала? Дайте определения таких параметров, как ширина спектра и длительность сигнала.

10. Каким образом при организации прыжков по частоте можно ослабить воздействие помехи?

11. Для каких целей в логических каналах используется управляющая информация?

12. Для чего необходимо повышать емкость систем мобильной связи?

13. Какой метод множественного доступа (FDMA или CDMA) наиболее распространен в настоящее время?

14. Что понимается под интенсивным трафиком?

ГЛАВА 3

ОСНОВНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СТАНДАРТЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Мобильная связь стандарта GSM

История возникновения и развития сотовой связи

Стандарта GSM 900/1800

В 1982 году Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу – Groupe Special Mobile (GSM), которая должна была заниматься разработкой единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного диапазона 900 МГц. Аббревиатуру GSM позднее стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications. Представлен первый стандарт цифровой сотовой связи GSM был только в 1991 году, когда 1 июля был осуществлен первый звонок в сети. В том же году появился стандарт DCS – 1800 (Digital Cellular System 1800 MHz), созданный на базе стандарта GSM с диапазоном частот 1710-1880 МГц. Разработчики GSM выбрали неопробованную в то время цифровую систему, противопоставив ее стандартизованным аналоговым системам сотовой подвижной связи, таким как AMPS в США и TACS в Великобритании. Они верили в то, что усовершенствование алгоритмов компрессии и цифровых процессоров позволит удовлетворить первоначальные требования к системе, и она будет развиваться по пути улучшения соотношения качество/стоимость. С самого начала разработчики GSM стремились обеспечить совместимость сетей GSM и ISDN по набору предлагаемых услуг. В 1993 году Австралия становится первой не-Европейской страной, подписавшей MoU (Меморандум о понимании). На данный момент MoU подписали 70 участников. Введены в эксплуатацию сети GSM в Норвегии, Австрии, Ирландии, Гонконге и Австралии. Число абонентов сетей GSM достигло одного миллиона. В Великобритании введена в эксплуатацию первая коммерческая система DCS 1800. В 1994 году MoU насчитывает уже 100 участников из 60 стран. Вводятся все новые сети GSM. Общее число абонентов сетей GSM превысило 3 миллиона. В 1995 году в США разработана спецификация для стандарта «Персональные услуги связи» (PCS). Это версия GSM, работающая в диапазоне 1900 МГц. Уже в 1998 году число абонентов мобильной связи по всему миру достигло 200 миллионов. MoU насчитывает 253 участника в более чем 100 странах. Сети стандарта GSM по всему миру насчитывают более 70 миллионов абонентов. Абоненты сетей GSM составляют 31% мирового рынка телекоммуникационных услуг. К 2004 году сети GSM существуют уже в 207 странах, и общее количество абонентов составляет 1046 млн. В 2007 году услугами GSM пользовались свыше 2,1 миллиардов абонентов в 920 сетях в 222 странах и регионах. Абоненты сетей GSM достигают 80% мирового рынка, в то время как доля сетей CDMA и WCDMA составляла 13,2% и 3,8% соответственно. Значение аналоговых сетей уменьшилось до 0,1%.

Изначально под стандарт GSM был выделен диапазон частот в пределах 900 МГц. И в настоящее время данный диапазон остается всемирным. В некоторых странах используются расширенные диапазоны частот, обеспечивающие большую емкость сети. Расширенные диапазоны называются Е – GSM (Extended) и R – GSM (Railway), в то время как обычный диапазон носит название P – GSM (Primary). В 1990 году для увеличения конкуренции между операторами, в Великобритании начали развивать новую версию GSM, которая адаптирована к диапазону 1800 МГц. Сразу после утверждения данного диапазона несколько стран сделали заявку на его использование. Введение данного диапазона увеличило рост количества операторов, приводя к увеличению конкуренции и, соответственно, улучшению качества обслуживания. Применение данного диапазона позволяет увеличивать емкость сети за счёт увеличения полосы пропускания и, соответственно, увеличение количества несущих. Диапазон 1800 использует следующие диапазоны частот: 1710-1805/1785-1880 МГц. До 1997 года стандарт 1800 носил название Digital Cellular System (DCS) 1800 МНz, в настоящее время носит название GSМ -1800.

В 1995 году в США была специфицирована концепция РСS (Реrsоnаl Cellular System). Основной идеей этой концепции является возможность предоставления персональной связи, то есть связи между двумя абонентами, а не между двумя мобильными станциями. РСS не требует, чтобы эти услуги были реализованы на основе сотовой технологии, но в настоящее время эта технология признана наиболее эффективной для данной концепции. Частоты, доступные для реализации РСS, находятся в области 1900 МГц. Поскольку в Северной Америке стандарт GSМ 900 не может быть использован из-за того, что эта полоса частот занята другим стандартом, стандарт GSМ -1900 является возможностью заполнения этого пробела. Основным различием между американским стандартом GSМ -1900 и GSМ - 900 является то, что GSМ - 1900 поддерживает сигнализацию ANSI.

Традиционно полоса 800 МГц была занята распространенным в США стандартом ТDМА (АМРS и D-АМРS). Как и в случае со стандартом GSМ - 1800 этот стандарт дает возможность получения дополнительных лицензий, то есть расширяет область работы стандарта на национальных сетях, предоставляя операторам дополнительную емкость. В таблице 3.1 приведены сравнительные данные различных частотных диапазонов.

Таблица 3.1 – Диапазоны частот

Передача	Диапазоны частот
P-GSM 900	E-GSM 900	R-GSM 900	GSM 1800	GSM 1900
Uplink	890-915 МГц	880-915 МГц	890-925 МГц	1710-1785 МГц	1850-1910 МГц
Downlink	935-960 МГц	925-960 МГц	935-970 МГц	1805-1880 МГц	1930-1990 МГц