2. Принципы построения сотовых сетей

   1. Радиальные системы с каналами общего доступа

Системы сухопутной подвижной радиосвязи (СПР) подразделяются на системы СПР общего пользования (СПР-ОП) и системы СПР специализированного пользования (СПР-СП), в настоящее время за ними закрепилось наименование систем корпоративного пользования [4].

Термин «системы общего пользования» означает, что все абоненты системы обслуживаются, в отличие от корпоративных систем, независимо от их ведомственной принадлежности. Как правило, абоненты системы имеют выход в телефонную сеть общего пользования. Системы СПР-ОП подразделяются на радиотелефонные системы вынесенного доступа и территориальные радиотелефонные системы. Последние подразделяются на системы с радиальной и сотовой структурой.

Системы СПР с радиальной структурой. Радиальная система характеризуется тем, что все подвижные станции (ПС) обслуживаются одной базовой станцией (БС), которая обеспечивает радиосвязь в пределах своего радиуса действия.

Структурная схема такой системы приведена на рис. 98.

Антенна базовой станции располагается в наиболее высокой точке территории обслуживания. Обычно мощность БС выбирается из тех соображений, чтобы обеспечить уверенную связь в зоне прямой видимости (при радиусе сферичности Земли равном 6370 км):

, (189)

т.е. при H =100 м R≈ 41 км, при H=50 м R≈28 км.

Рис. 98. Структурная схема СПР радиального принципа

Практические значения могут отличаться из-за дополнительного затухания и замираний, имеющих место из-за эффекта многолучевого распространения. С учетом принципа взаимности (суть которого в равенстве ЭДС, наводимых эквивалентными токами в излучателях, расположенных в 2-х точках пространства) с целью создания симметрии радиоканала БС-ПС и ПС-БС мощность абонентской станции должна быть эквивалентна мощности БС, приходящейся на один канал. Реализовать это на практике сложно, да и в большинстве случаев нецелесообразно из-за значительного расхождения по уровню помеховой обстановки в месте приема ПС и БС, особенно помех импульсного характера. Поэтому при стандартном построении мощность ПС обычно не превышает 10 Вт (носимых - еще меньше), а БС - не менее 50 Вт; правда, за счет потерь в антенно-фидерном тракте подводимая к антенне мощность обычно в 3-4 раза меньше, но за счет большего усиления антенны БС излучаемая мощность на БС всегда превышает ПС.

Работа систем общего пользования основывается на так называемом «транкинговом принципе» - принципе равного доступа. Поскольку момент этот является принципиальным, то остановимся на нем несколько подробнее.

Радиальная система по своей сути является многоканальной, но рабочий канал не закрепляется за каким-то конкретным абонентом, что зачастую имеет место в системах ведомственных, особенно с приоритетом. Каждый абонент системы имеет возможность занять или любой рабочий канат системы, или любой канал из определенной группы каналов (ствол). С учетом обеспечения возможностей наращивания системы обычно выбирают второй путь, хотя при этом суммарная емкость системы будет несколько ниже.

Суть работы СПР на «транкинговом» принципе поясняется на рис. 99.

Здесь изображена восьмиканальная БС (9-й канат - вызывной), совмещенная с коммутационным оборудованием ЦКС. имеющим выход на N соединительных либо абонентских линий к АТС. Коммутационное оборудование обеспечи­вает возможность соеди­нения любого из восьми канатов БС с одной из N соединительных линий АТС. При этом N_a›››8 подвижных абонентов могут выйти (занять) на любой из восьми рабочих канатов БС (пример: 1, 3 и 8-й каналы) [4].

Общая нагрузка в системе А, число равнодоступных каналов n, общее число абонентов N_a и коэффициент отказов В, как было показано выше, связаны между собой формулой Эрланга и уравнением трафика.

Рис. 99. Транкинговый принцип построения системы СПР

Количество обслуживаемых абонентов при нагрузке на одного абонента 0,025 Эрл (это 1,5 мин/час - среднестатистическая нагрузка телефонной линии в ЧНН) и вероятности отказов 10%.

Эти соотношения справедливы в системах с постоянным вызывным каналом. Вообще говоря, обеспечить на БС полный доступ сразу к нескольким десяткам каналов довольно сложно в техническом плане. Поэтому часто идут на простое наращивание на БС количества приемопередатчиков (стоек), каждый из которых имеет сравнительно небольшое число канатов (ствол). В результате обеспечивается так называемая доступность каналов. В последней строке таблицы приведены данные для БС с восьмиканальными стволами. При этом, очевидно, для доступа к большому числу каналов n требуется такое количество восьмиканальных приемопередатчиков, которое равно 1/8 числа каналов (или на один больше, если в результате деления на 8 получается не целое число).

В частности, видно, что при частичной доступности каналов число обслуживаемых абонентов заметно снижается (до 33% - при восьмиканальных БС). Также очевидно, что число обслуживаемых подвижных абонентов (друг с другом) снижается в 2 раза, так как занято два канала. Типичным представителем радиальной системы является отечественная система «Алтай-ЗМ», которая сегодня эксплуатируется в 114 городах бывшего СССР. Диапазон частот 301 — 306 МГц; 337-342 МГц - дуплекс.

Весь диапазон разбит на 22 ствола, по 8 радиоканалов в стволе с шагом 25 КГц. т.е. всего в системе задействовано 176 радиоканалов. Полнодоступная часть системы кратна восьми радиоканалам, т.е. всего система может обслужить (при 10% отказов и нагрузке 0,025 Эрл) 224x22=4928 абонентов. Если бы система была полнодоступной, то могла бы обслужить 7350 абонентов, т.е. на 33% больше.

Каждый ствол автономен и имеет свою нумерацию абонентов. Естественно, указанное количество абонентов рассчитано в ЧНН. Если допустить в эти часы процент отказов В=20%, то емкость системы могла бы быть увеличена на 15%, при этом в другое время суток отказы составили бы 1-5%.

В качестве соединительных линий между БС и ЦКС используются:

- физические четырехпроводные линии;

- физические линии с ИКМ;

- радиорелейные линии с импульсно-кодовой модуляцией (цифровые).

Достоинством такой системы является отсутствие заметного снижения качества при выходе из строя одного-двух радиоканалов. Вдобавок в каждой стойке имеются еще два резервных радиоканала.

Недостатком такой системы является ограниченность зоны обслуживания, радиус которой определяется высотой подъема антенны БС над уровнем земли. В Москве антенна стоит на Останкинской башне, поэтому дальность связи достигает ~50 км. В большинстве городов России антенны установлены на телевизионных башнях на высотах 50-100 м, соответственно дальность - до 30 км.

КС - зоновая коммутационная станция

Рис. 100. Структурные схемы радиально-зоновой системы СПР

Развитием радиальной системы является радиально-зоновая система «Волемот», являющаяся промежуточным шагом к сотовым системам связи.

Ее структурная схема приведена на рис. 100.

Зона обслуживания может простираться на всю территорию (например, Воронежскую область).

Система «Волемот» (как и «Алтай») разработана во ВНИИС и сейчас довольно успешно работает в ряде районов России и СНГ и составляет определенную конкуренцию сотовым системам. Демографически она более адаптирована к условиям России.