Назад в дневник Пишет Yard644
)N70 Сотовая связь. Часть№3Классификация систем мобильной связи Связь — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструкту¬ры современного общества, органично связанная с его эволюцией во всемирном масштабе — от «индустриального» к «информационному». Этому способствуют постоянный рост потребительского спроса на услуги связи и информацию, а так¬же достижения научно-технического прогресса в области электроники, воло¬конной оптики и вычислительной техники. Анализ тенденций и мирового опыта развития электросвязи, а также результаты исследований, выполненных орга¬нами Международного союза электросвязи (МСЭ), показывают, что на рубеже XX—XXI веков человечество вплотную подошло к реализации так называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций — глобальных персо-нальных систем связи. Глобальность связи обеспечивается созданием Всемир-ной сети связи, в которую интегрируются национальные (федеральные) и вхо-дящие в них региональные и ведомственные сети связи, что позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке земного шара. При осу¬ществлении персональной связи любой абонент сможет пользоваться услугами электросвязи по своему личному номеру, который он получите момента рожде¬ния и который будет зарегистрирован во Всемирной сети связи. В активно раз¬рабатываемой МСЭ концепции универсальной персональной связи исключи¬тельно большое место отводится сетям подвижной связи. Прежде всего, это наземные сети подвижной связи, получившие в последние десятилетия широ¬кое распространение во всем мире. В настоящее время во многих странах ведется интенсивное внедрение систем персонального радиовызова, сотовых сетей подвижной связи и систем спутни¬ковой связи. Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Подвижными объек¬тами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию (пользовательский тер¬минал). Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возмож¬ности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факси¬мильные сообщения, различного рода графическую (планы местности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во все сферы челове¬ческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, компьютерных государственных и коммерческих сетей. Увеличение объема информации потребует сокращения времени ее передачи и получения. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост произ¬водства мобильных средств связи (пейджеров, автомобильных и портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места полу¬чать необходимую информацию и оперативно решать возникающие вопросы. Развитие сетей наземной подвижной радиосвязи на территории России на протя¬жении последних трехдесятков лет диктовалось необходимостью организации опе¬ративной связи в основном для высших органов государственной власти и управ¬ления. Переход к новым экономическим условиям, стимулирующим развитие деловой активности и предпринимательства, значительно повысил спрос на услуги мобильной радиосвязи общего пользования. Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои требования к услугам мобильной связи: - Первая группа — это небольшое число пользователей сотовых и спутнико¬вых систем связи, для которых характерны высокий уровень платежеспособ¬ности и привычка пользоваться телефоном как повседневным инструментом руководства (администрация, руководители высшего звена, предпринима¬тели). Их обязательные требования: дуплексная связь и интеграция в город¬скую и междугородную телефонные сети. - Вторая группа — это руководители среднего звена, обеспеченные мобиль¬ными средствами связи, само наличие которых, как и марка автомобилей на предприятии или фирме, свидетельствует об их стабильном финансовом положении и высокой деловой активности. Они имеют дело и с руководите¬лями более высокого ранга, и с исполнителями. - Третья группа — это та категория граждан, которым необходима, прежде все¬го, возможность передачи и получения оперативной информации для вы¬полнения заданий руководителей (сотрудники органов охраны обществен¬ного порядка и скорой помощи, аварийных служб и предприятий, рабочие промышленности, транспорта, строители, энергетики). - Четвертая группа — это все те, кто привык пользоваться телефоном как сред¬ством общения. С каждым годом эта группа становится все более многочис¬ленной. Это происходит потому, что операторы, предоставляющие услуги мобильной связи, постепенно снижают тарифы на пользование своими ус¬лугами, с одной стороны, а с другой стороны, постоянно дорожают услуги обычной телефонной связи. Все это приводит к тому, что средствами мобиль-ной связи начинают пользоваться самые разные слои населения. Преимущества систем мобильной связи состоят в следующем: - Мобильная связь освобождает абонента от необходимости присутствовать в строго определенном месте при проведении сеанса связи (по проводным те¬лефонным линиям, с таксофонов и т. п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей. - Благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы мало¬габаритные универсальные абонентские терминалы (типа телефонной труб¬ки), сопряженные с персональным микрокомпьютером и имеющие интерфей¬сы для подключения к сетям подвижной связи всех действующих стандартов. Сети подвижной связи созданы с целью максимального удовлетворения потреб¬ностей их абонентов в услугах связи. Они должны обеспечивать связь на совре¬менном мировом уровне с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования. Радиотелефон и пейджер перестали быть символом престижа и стали рабочим инструментом, позволяющим более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролиро¬вать ход технологических, экономических и других процессов. Используемые системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы: - Профессиональные системы подвижной связи - Системы персонального радиовызова - Сотовые системы подвижной связи - Спутниковые системы связи Деление обслуживаемой территории на соты Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя способами: 1) ос¬нованным на измерении статистических характеристик распространения сиг¬налов в системах связи, 2) основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на оди¬наковые по форме соты, а затем с помощью закона статистической радиофизи¬ки определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых вы¬полняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального (т. е. без перекрытия или пропусков участков) разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фи-гуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигу¬рой является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте. При использовании первого способа интервал между сотами, в которых исполь¬зуются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех. Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом слу¬чае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворитель¬ное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное ме¬сто расположения базовой станции с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д. Повторное использование частот Каждая из сот обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощ-ностью 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 ис¬пользовать и в соседних сотах. Но на практике зоны обслуживания могут пере¬крываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних сотах используются различные частоты. Пример построения сот при использовании трех частот пред¬ставлен на рис. 2.4. Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяю-щим параметром кластера является размерность — количество используемых в соседних сотах частот. Размерность кластера, приведенного на рис. 2.4, равна трем. На практике это значение может достигать пятнадцати. F1, F2, F3-частоты базовых станций. Основной идеей, на которой базируется принцип сотовой связи, является по¬вторное использование частот в несмежных сотах. Первым способом организа¬ции повторного использования частот, который применялся в аналоговых сис¬темах 1-го поколения, был способ, использующий антенны базовых станций с круговыми диаграммами направленности. Он предполагает передачу сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эк¬вивалентно приему помех от всех базовых станций со всех направлений. Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделен¬ного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое защит¬ным интервалом. Именно возможность повторного применения од¬них и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи. Смежные базовые станции, использующие различные частотные каналы, обра¬зуют группу из станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы FK каждого, то общая ширина полосы F , занимае¬мая данной системой сотовой связи, составит Fc = FK m С. Таким образом, величина С определяет минимально возможное количество ка¬налов в системе, и поэтому ее называют частотным параметром системы или коэффициентом повторения частот. Коэффициент Сне 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 использу¬емой полосы частот, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотно¬шение между значениями Си D. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре соты. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера R соты. Этот размер определяет защитный интервал D между сотами, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что значение защитного интерва¬ла Д кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. Поскольку интенсивность вызо¬вов в пределах всей зоны обслуживания примерно одинакова, то соты выбира¬ются одного размера. Размер R определяет также количество абонентов N, спо¬собных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение этого размера позволяет не только повысить эф¬фективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонент¬скую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствитель¬ность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими ра¬диоэлектронными средствами и системами. Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой уз¬конаправленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до миниму¬ма. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повтор¬но. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рис. 2.6). В этом случае используются антенны с шириной диаг¬раммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования выделенной полосы частот и, следовательно, наибольшее количество абонентов сети, работающих в этой по¬лосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 сот (рис. 2.7); базовая станция каждой из них может работать на 12-ти частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.
