Принципы организации сотовой и микросотовой сетей мобильной телефонной связи

Первые системы наземной мобильной связи с автоматической коммутацией и маршрутизацией соединений были разработаны и внедрены в 60-х годах XX столетия.

На этом этапе развития сотовых сетей автоматической телефонной связи функции подключения мобильных абонентов к средствам стационарной телефонной сети выполняла одна базовая станция BSS (Base Station System).

Как показано на рис. 2.1, мобильные абоненты, перемещаясь в пространстве, окружающем BSS (с определенным максимальным радиусом действия), осуществляют связь с BSS по радиоканалам посредством имеющихся у них мобильных радиостанций MS (Mobile Station).

Далее, BSS подключала мобильные абоненты к стационарной телефонной сети.

Данная простейшая сеть мобильной связи, предполагающая по сути одну соту (ячейку) для взаимодействия MS с BSS, имела следующие существенные недостатки:

- зависимость качества связи от расстояния между MS и BSS (для сохранения высокого качества радиосвязи необходимо было применять радиостанции с регулируемой выходной мощностью передатчика в широком диапазоне уровней в зависимости от рас­стояния между MS и BSS, что было в то время достаточно сложно реализовать);

- ограниченное число подключаемых мобильных станций MS из-за ограниченного числа радиоканалов (ограниченное число выделенных рабочих частот/длин волн).

В процессе развития сотовых сетей мобильной связи эти недостатки были устранены путем замены одной мощной BSS несколькими BTS (Base Transceiver Station), имеющими меньшие мощности передатчиков и свои индивидуальные зоны обслуживания (рис. 2.2). При этом сотовые сети мобильной связи строятся в виде совокупности сот (cells — сот, ячеек) схематично изображаемых в виде равновеликих правильных шестиугольников, что имеет сходство с пчелиными сотами и поэтому сеть мобильной связи была названа сотовой или ячеечной (cellular). В центре каждой i-й соты находится BTS, обслуживающая все MS в пределах своей соты.

При реализации такой сети сразу же возникает техническая проблема — как переклю­чать движущегося абонента MS от одной соты в другую. Для решения этой проблемы в со­товой сети мобильной связи предусмотрен центр коммутации мобильных станций MSC (Mobile Services Switching Center), обеспечивающий переключение установленного разговорного тракта при перемещении мобильного абонента из одной соты в другую, а также подключение абонентов стационарной телефонной сети к конкретной BTS, в зоне действия которой находится данный мобильный абонент.

При создании сети, изображенной на рис. 2.2, возникла необходимость контроля за перемещением (roaming — блужданием) мобильной станции MS, находящейся как в свободном (с точки зрения связи) состоянии, так и в состоянии занятости. Следует отметить, что при использовании сети стационарная телефонная сеть освобождается от обслуживания вызовов, поступающих от одного мобильного

абонента к другому. Такие соединения устанавливаются через центр коммутации MSC.

В современной сотовой мобильной сети обычно функционирует несколько коммутационных центров MSC, в каждый из которых включается несколько BSS.

Рассмотрим особенности деления обслуживаемой мобильной связью территории на со­ты. Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя основными способами:

- первый, основан на измерении статистических характеристик распространения радиосигналов в данной системе связи;

- второй, основан на измерении или расчете параметров распространения радиосигнала для конкретного района.

При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме соты (ячейки) и с помощью методов статистической радиотехники определяются их допустимые размеры и расстояния до других сот, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния.

Для получения оптимального (то есть без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры — треугольник, квадрат и правильный шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности BTS устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты.

В действительности соты никогда не бывают строгой геометрической формы.

Реально границы сот имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, то есть от рельефа местности, характера и плотности растительности, застройки зданиями и многих других факторов.

Более того, границы сот вообще не являются четко определенными, так как на рубеже передачи обслуживания мобильной станции от одной соты в соседнюю эти границы могут в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения мобильной станции. Точно так же и положение базовой приемо-передающей станции BTS лишь приближенно совпадает с центром соты, который к тому же не так просто определить однозначно, если сота имеет неправильную форму. Если же на BTS используются направленные антенны, то BTS в реальных случаях могут фактически оказаться на границах сот.

При использовании первого способа деления территории на соты интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого интервала — для поддержания взаимных помех на допустимом уровне.

Более приемлем второй способ разделения территории на соты. В этом случае измеряют или рассчитывают параметры сотовой системы для определенного минимального числа базовых приемо-передающих станций BTS, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения BTS с учетом рельефа местности и других факторов, влияющих на условия распространения радиоволн, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных BTS в момент пиковой нагрузки и пр.

Источник:http://afu.com.ua/gsm/obshchie-polozheniya