Принципы организации сотовой сети мобильной связи

     


       2.1. Общие положения.
       2.2. Принципы организации сотовой сети мобильной связи.
       2.3. Полосы частот сотовой мобильной связи.
       2.4. Принцип повторного использования частот.
       2.5. Оценка числа физических радиоканалов в произвольной соте.
       2.6.1 Структура компонентов сети.
       2.6.2 Структура компонентов сети.     
       2.6.3 Структура компонентов сети. 
       2.7. Структура служб.
       2.8. Методы множественного доступа.
       2.9. Структура кадров ТDМА и формирование сигналов.
       2.10. Каналы связи.
       2.11. Сигнализация в сотовых мобильных сетях.


2.2. Принципы организации сотовой сети мобильной 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).

       Купить усилитель сотовой мобильной связи

 
Связь мобильных станций со стационарной сетью через одну BSS

Далее, BSS подключала мобильные абоненты к стационарной телефонной сети.
Данная простейшая сеть мобильной связи, предполагающая по сути одну соту (ячейку) для взаимодействия MSо BSS, имела следующие существенные недостатки:
- зависимость качества связи от расстояния между MSи BSS (для сохранения высокого качества радиосвязи необходимо было применять радиостанции с регулируемой вы­ходной мощностью передатчика в широком диапазоне уровней в зависимости от рас­стояния между MSи BSS, что было в то время достаточно сложно реализовать);
- ограниченное число подключаемых мобильных станций MSиз-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 MSот одной соты в другую. Для решения этой проблемы в со­товой сети мобильной связи предусмотрен центр коммутации мобильных станций MSC(MobileServicesSwitchingCenter), обеспечивающий переключение установленого 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.

 Сотовая сеть мобильной связи

2.2. Сотовая сеть мобильной связи

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 BTSуста­навливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти к 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 BTSиспользуются 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.

2.3.   Полосы частот сотовой мобильной связи

В соответствии с международными соглашениями на выделение рабочих частот в системах сотовой мобильной связи стандарта GSM900/1800/1900 выделены частотные диапазоны, представленные в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Рабочие частоты и длины рабочих волн в системах сотовой мобильной связи стандарта GSM900/1800/1900
Стандарт
GSM
Частота, МГ ц Длина волны, см
MS => BTS BTS => MS MS => BTS BTS => MS
GSM 900 890-915 935-960 32,8-33,7 31,2-32,1
GSM 1800 1710-1785 1805-1880 16,8-17,6 16,0-16,6
GSM 1900 1850-1910 1930-1990 15,7-16,2 15,1-15,6
 
Из табл. 2.1 следует:

- жесткая ограниченность выделенных полос частот, вмещающих небольшое число частотных каналов, что вызывает естественное стремление к наиболее рациональному использованию выделенного частотного диапазона, к оптимизации его использования и соответственно к повышению емкости системы мобильной связи;
- используемые в сотовой мобильной связи стандарта GSMполосы частот относятся к дециметровому диапазону радиоволн, которые распространяются в основном в преде­лах прямой видимости, дифракционные явления на этих частотах выражены слабо, а поглощение в гидрометеорах (дождь, снег, туман) и молекулярное поглощение прак­тически отсутствуют.

Однако близость подстилающей поверхности и наличие препятствий (растительность, строения), при организации мобильной связи в условиях города, приводят к появлению от­раженных сигналов, интерферирующих между собой и с основным сигналом, распростра­няющимся по прямому пути. Это явление называют многолучевым распространением сиг­налов. Отражения от подстилающей поверхности при определенных условиях приводят к тому, что мощность принимаемого сигнала убывает пропорционально не второй степени расстояния между передатчиком BTSи приемником MS(1 /г2), как при распространении в свободном пространстве (однолучевая модель), а обратно пропорционально четвертой сте­пени этого расстояния (то есть ~1 /г4), а в общем случае — 1/гп.Интерференция нескольких сигналов, прошедших различными путями, вызывает своеобразное явление замираний ре­зультирующего сигнала, так называемый — фединг (fading), при котором интенсивность принимаемого сигнала изменяется в значительных пределах при перемещении мобильной станции.

Кроме того, возникают искажения, являющиеся следствием наложения нескольких соизмеримых по интенсивности сигналов, смещенных во времени один от другого, которые могут приводить к ошибкам в принимаемой информации. И наконец, сложность картины многолучевого распространения радиоволн существенно затрудняет расчет интенсивности радиосигналов в функции удаления от базовой приемо-передающей станции BTS, а такой расчет необходим для корректного проектирования систем сотовой мобильной связи.

частот стандарта GSM

Рис. 2.3. Характеристика полос частот стандарта GSM:
а) разнос между частотами в направлении мобильная станция => базовая станция — (MS=> BTS) и в направлении базовая станция => мобильная станция — (BTS=> MS);
б)  число физических речевых радиоканалов в дуплесном радиоканале в отведенной для приема/передачи полосе частот для GSM900 шириной в 25 МГц размещается [(25/0,2) - 1] = 124 дуплексных речевых каналов; в) число физических дуплексных ре­чевых радиоканалов.

Следует отметить, что в соответствии со стандартом GSM900/1800/1900:
-    разнос между частотами в направлении мобильная станция => базовая станция — (MS=> BTS) и в направлении базовая станция => мобильная станция — (BTS=> MS) составляет (рис. 2.3, а):
■  для GSM 900: 935 - 890 = 960 - 915 = 45 МГц;
■  для GSM    1800:           1805 -  1710 = 1880 -               1785 = 95 МГц;
■  для GSM    1900:           1930 -  1850 = 1990 -               1910 = 80 МГц;
-    отведенная для приема/передачи полоса частот шириной:
■  для GSM 900: 960 - 935 = 915 - 890 = 25 МГц;
■  для GSM    1800:           1785 -  1710 = 1880 -               1805 = 75 МГц;
■  для GSM    1900:           1910 -  1850 = 1990 -               1930 = 60 МГц;
-    разнос дуплексных речевых каналов на частоте 900 МГц для GSM900 — 200 кГц (рис. 2.3.1, б)
-    эквивалентная полоса частот на один физический речевой канал:
■  для GSM 900: 25 кГц;
■  для GSM 1800/1900: 12,5 кГц;
-    число физических речевых радиоканалов в дуплесном радиоканале для GSM: 200/25 = 8 каналов (рис. 2.3, б);
-    число дуплексных речевых каналов — 124 (рис. 2.3, в).


Основы сотовой связи стандарта GSM.
       1. ВВЕДЕНИЕ В СТАНДАРТ GSМ.
       2. ОРГАНИЗАЦИЯ СОТОВОЙ СЕТИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSМ.
       3. АНТЕННЫ И ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       4. МОБИЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
       5. БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ.
       6. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА GSM.
       7. ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       8. УСЛУГИ, ФРОД И БЕЗОПАСНОСТЬ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.
       9. УПРАВЛЕНИЕ СЕТЯМИ СВЯЗИ В СТАНДАРТЕ GSM.
      10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ СОТОВОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.

 
   
Стол заказов: (067)194-45-55 | Киев