8.15. Системы сотовой подвижной связи.
Вся обслуживаемая зона (территория) связи по аналогии с плоскостью рамки пчелиного улья разбивается на небольшие соприкасающиеся шестигранные ячейки − соты (рис. 8.12), диаметром обычно 1...5 км. В центре каждой соты устанавливается маломощная базовая приемопередающая станция (БПС) с одной или некоторым определенным набором несущих частот (каналов связи), достаточным для установления абонентской связи согласно предполагаемому трафику. БПС с помощью проводной, радиоканальной или волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) подключены к выходу сотового терминала, который соединен с телефонной сетью общего пользования (ТСОП).
БПС с круговой диаграммой направленности антенн осуществляет передачу сигналов одинаковой мощности практически по кругу, что для абонентских станций в соседних сотах эквивалентно приему помех со всех направлений. В этом случае особенно мешающее действие приему сигналов оказывают взаимные помехи по совпадающим частотным каналам – соканальные помехи.
Существенно снизить уровни соканальных помех позволяет метод использования в сотовых БПС нескольких направленных антенн, имеющих секторные диаграммы направленности (ДН). Антенна с секторной ДН излучает практически всю энергию сигнала в заданном направлении, а уровень боковых излучений сокращается до минимума. Секторное построение БПС позволяет многократно применять набор частот при одновременном снижении уровня соканальных помех.
Наибольшую емкость обеспечивает сотовая модель системы радиосвязи, содержащая четыре БПС с шестью 60-градусными антеннами в каждой. Благодаря такой модели построения, каждая из четырех БПС в пределах действия шести 60-градусных антенн в одной соте может работать на двенадцати группах несущих частот (n = 12).
Все сотовые системы связи с повторным использованием набора частот разрабатывались с учетом важного требования – координаты местоположения мобильного абонента заранее неизвестны и непредсказуемы в пределах заданной зоны обслуживания данной сети.
Сотовая концепция включает в себя также идею «эстафетной передачи» переговорных сигналов из соты в соту, вследствие чего абонент может вести разговор, свободно пересекая границы сот, автоматически переключаясь с одной базовой станции на другую.
Обычно внедрение сотовой сети связи начинается с развертывания небольшого числа крупных сот с радиусом действия 1...35 км, получивших название макросот. Затем макросотовая структура постепенно трансформируется в сеть с более мелкими сотами (микросоты) с большим их числом и радиусом действия до 1000 м и до пикосот с радиусом до 100 м. Такой способ преобразования сотовых сетей связи называется расщеплением.
Бурное развитие современных электронных и радиотехнологий позволило осваивать новую концепцию построения ССПС, связанную с использованием в БПС интеллектуальных антенных систем, автоматически перестраивающих свои диаграммы направленности на мобильные станции. На практике это стало возможно с внедрением ФАР и адаптивных антенн, специально разработанных для цифровых систем связи.
В настоящее время в России в основном применяются зарубежные ССПС четырех стандартов: аналоговые – NMT-450 (Скандинавская система подвижной телефонной связи) и АМPS (Перспективная подвижная телефонная система); цифровые – GSM (Глобальная система подвижной связи), D-AMPS (D – diqital – цифровая) и сеть CDMA фирмы Qualcomm.
Практически все системы сотовой связи строятся по типовой структурной схеме. Основной элемент сотовой сети – центр коммутации связи (ЦКС), который является интерфейсом (программно-аппаратное средство, обеспечивающее взаимодействие двух систем или процессов в точке их сопряжения; устройство обмена информацией, или, согласно русской терминологии, стык) между ТСОП и базовой станцией.
На каждой БПС любой соты один радиоканал задействован в качестве вызывного и имеет специальный канал опознавания. Все абонентские мобильные станции постоянно работают в режиме «дежурного приема» на канале вызова. Для вызова мобильного абонента его закодированный опознавательный сигнал включается одновременно на всех базовых станциях зоны обслуживания. Получив свой вызывной сигнал , мобильная станция (МС) подтверждает факт его принятия на ответной частоте канала вызова. После установления это процедуры ЦКС подключает на связь переговорный канал той базовой станции (соты), в зоне которой обнаружена мобильная станция. Если вызов осуществляется подвижным абонентом, то его МС автоматически находит и вводит в связь свободный канал ближней базовой станции.