Принципы построения сотовых сетей Функциональная схема системы сотовой связи

Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию. В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей ячейки. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой.

Рис. 2.1. Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи

Из рисунка видно, что основным элементом любой сотовой сети является центр коммутации, на который замыкаются потоки информации со всех базовых станций и через который осуществляется выход на Внешние Сети Связи (ВСС) — стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав центра коммутации входит несколько процессоров (контроллеров), и он является типичным примером многопроцессорной системы.

Система сотовой связи может включать более одного центра коммутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией развития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Центры коммутации сопрягаются по принципу каскадности, где есть “главный” или “ведущий”.

Важными элементами центра коммутации являются базы данных — домашний регистр (HLR), гостевой регистр (VLR), центр аутентификации (AC), регистр аппаратуры (EIR) — последний присутствует не во всех системах.

Домашний регистр (HLR — Home Location Register) — база данных, содержащая сведения:

• об абонентах, зарегистрированных в данной системе;

• о видах услуг, которые могут быть им оказаны;

• о местоположении абонента для организации его вызова;

• о фактически оказанных услугах.

Гостевой регистр (VLR — Visitor Location Register) содержит примерно такие же сведения об абонентах гостях (роумерах), т.е. об абонентах зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в данной системе.

Центр аутентификации (AC — Authentication Center) обеспечивает процедуры аутентификации абонентов и шифрования сообщений.

Регистр аппаратуры (EIR — Equipment Identity Register), если он существует, содержит сведение об эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправности и санкционированного использования.

Система сотовой связи замыкается на один домашний регистр (HLR). Но надо помнить, что в сотовой компании может быть несколько HLR. Это связано с тем, что HLR ограничен по ёмкости записей.

Принцип повторного использования частот

Одним из важнейших моментов в организации работы сотовой связи является рациональное использование выделенной полосы частот. Для решения этой проблемы был предложен, и в настоящее время повсеместно используется, метод повторного использования частот. Идея повторного использования частот заключается в том, что в близких относительно друг друга ячейках системы используются разные полосы частот, а через несколько ячеек эти полосы повторяются, что выгодно уже само по себе, т.к. позволяет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания.

Ячеечная, или сотовая, структура системы непосредственно связана с принципом повторного использования частот, определяющим эффективное использование выделенного частотного диапазона и высокую емкость системы. Структура сот и схемы повторного использования частот разрабатывались при условии, что местоположение подвижного абонента заранее неизвестно и непредсказуемо.

Первые модели повторного использования частот, применявшиеся ещё в аналоговых сотовых сетях, были модели с круговыми диаграммами направленности (ДН) антенн базовых станций. В цифровых сотовых сетях, для сот с круговой ДН антенн применяют модель повторного использования частот, включающую 7 сот. На Рис.  2 .2 показана такая модель.

Рис. 2.2. Сотовая структура сети с круговой диаграммой направленности

Модель с круговой ДН антенн предполагает передачу сигнала Базовыми станциями (БС) одинаковой мощности по всем направлениям, что для подвижных станций (ПС) соседних сот, эквивалентно приему помех со всех направлений.

Эффективным способом снижения уровня соканальных помех, то есть помех по совпадающим частотным каналам, может быть использование секторных антенн. В секторе направленной антенны сигнал излучается в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума (подавляется). Секторизация сот позволяет более часто повторно применять частоты в сотах при одновременном снижении уровня помех.