2. Состав системы сотовой связи.

Хотя сотовые системы разных стандартов имеют значительные отличия в деталях, интегральное их описание с помощью некоторой обобщённой модели возможно и полезно. В качестве подобного обобщения выберем схему ССМС, приближенную к стандарту GSM, как наиболее отчетливо структурированную. Функциональное построение ССМС иллюстрируется схемой на рис. 2. В приведённой схеме условно можно выделить четыре основных компонента - центр управления и обслуживания (ЦУО) (иначе operations and maintenance center- OMC) и три подсистемы:

• подсистема мобильных станций ПМС (mobile station subsystem - MSS);

• подсистема базовых станций ПБС (base station subsystem - BSS);

• подсистема коммутации ПК (switching subsystem SSS), -функциональное сопряжение которых описывается рядом интерфейсов.

ЦУО является центральным элементом ССМС, который обеспечивает управление другими компонентами системы, а также контроль качества функционирования. Подсистема мобильных станций объединяет оборудование, обеспечивающее доступ абонентов в систему, главным звеном в архитектуре ССМС является подсистема коммутации, которая включает в себя центр коммутации мобильной связи ЦКМС (mobile switching center - MSC), визит­ный (гостевой) регистр местоположения ВРМ (visited location register - VLR), домашний регистр местоположения ДРМ (home location register - HLR), центр аутентификации ЦА (authentication center - AUC) и регистр идентификации оборудования РИО (equipment identity register - EIR). В подсистему базовых станций входят базовые приёмо-передающие станции БС (base transceiver station - BTS) и контроллеры базовых станций КБС (base station controller - BSC).

Рис. 2

Центр коммутации мобильной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы мобильная станция, т.е. коммутацию мобильных абонентов друг с другом, с абонентом ТФОП и др. На ЦКМС возлагаются также функции коммутации каналов, к которым относятся "передача обслуживания" (или "эстафетная передача") и переключение каналов в соте при появлении сильных помех и неисправностей, если только это не является обязанностью КБС. Помимо коммутационных задач ЦКМС, управляет процедурами слежения за мобильными станциями с помощью домашнего и визитного регистров местоположения для обеспечения доставки вызова, а также процедурами аутентификации и идентификации абонентов с помощью ЦА и РИО.

Блоки ДРМ и ВРМ по своей сути представляют собой базы данных. Первый содержит сведения о постоянно приписанных к данному ЦКМС абонентах и о видах услуг, которые им могут быть оказаны, второй содержит информацию об абонентах, временно находящихся в зоне обслуживания данного ЦКМС. Центр аутентификации обеспечивает возможность проведения процедуры аутентификации абонентов и шифрования передаваемых сообщений, РИО содержит сведения об эксплуатируемых мобильных станциях на предмет их исправности и санкционированного использования.

Контроллер базовых станций осуществляет управление несколькими БС, которые обеспечивают связь с МС через радиоинтерфейс, а также производит упаковку информации, передаваемой в ЦКМС, и её распаковку при передаче в обратном направлении. К числу операций, производимых КБС, относятся передача обслуживания при переходе МС между сотами, контролируемыми одним и тем же КБС, передача вызовов между МС, находящимися в зонах действия разных БС, но одного и того же контроллера (в противном случае первичное управление возлагается на ЦКМС). Под управлением КБС осуществляются радиоизмерения в каналах связи, регулируется мощность передатчиков мобильных и базовых станций.

При огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы.

Главная из них — ограниченность частотного ресурса: количество фиксированных частот в определённом частотном диапазоне не может увеличиваться бесконечно, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создают взаимные помехи.

Учёные и инженеры разных стран пытались решить эту проблему. И вот в середине 1940-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами (от англ, cell — ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой соте.

Но прошло более тридцати лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причём все эти годы разработка систем сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.

Еще в конце 1970-х годов начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран: Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, — который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта в Европе началась в 1981 г. Но ещё на месяц раньше система сотовой связи стандарта NMT-450 вступила в эксплуатацию в Саудовской Аравии.

Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 (диапазон 900 МГц), который позволил расширить функциональные возможности системы и значительно увеличить абонентскую ёмкость системы.

В 1983 г. в США, в районе г. Чикаго, после ряда успешных полевых испытаний вступила в коммерческую эксплуатацию сеть на основе стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), разработанного в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS. В 1987 г. в связи с резким увеличением в Лондоне числа абонентов сотовой связи была расширена рабочая полоса частот. Новая версия этого стандарта сотовой связи получила название ETACS (Enhanced TACS).

Во Франции, в отличие от других европейских стран, в 1985 г. был принят стандарт Radiocom-2000. С 1986 г. в скандинавских странах начал применяться стандарт NMT-900.

Все перечисленные выше стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи (рис. 3). Аналоговыми эти системы называются потому, что в них используется аналоговый способ передачи информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ имеет два серьезных недостатка:

- существует возможность прослушивания разговоров другими абонентами;

- отсутствуют эффективные методы борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Использование различных стандартов сотовой связи и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали препятствовать её широкому применению. Ведь иногда по одному и тому же телефону из-за взаимных помех не могли разговаривать даже абоненты, находящиеся в двух соседних странах (особенно в Европе).

В России продолжается развитие сетей подвижной сотовой связи. Началась и успешно продолжается эксплуатация сетей связи третьего поколения – UMTS, первая коммерческая сеть уже запущена в Санкт-Петербурге оператором «МегаФон». Согласно условиям лицензий, выданных трём основным операторам сотовой связи, во многих регионах сети 3G запущены с конца 2008 г. В настоящее время в стране эксплуатируются сети сотовой связи, включающие десятки тысяч базовых станций, большое количество коммутационного оборудования, оптоволоконных линий, оборудования систем передачи и т. д. Естественно, такая распределенная инфраструктура требует постоянного контроля и поддержания высокой работоспособности. Эксплуатация сетей сотовой связи имеет ряд серьезных отличий от эксплуатации фиксированных сетей, в частности, необходимость: - большого количества групп оперативного реагирования на аварии или проблемы в сети; - постоянного анализа огромных массивов статистической информации о качестве работы сети; - наличия у сотрудников, обслуживающих базовые станции, разрешений на высотные работы; - проведения регулярного и дорогостоящего обучения сотрудников у поставщиков оборудования (Nokia Siemens, NEC, Ericsson, Huawei и др.), что обусловлено его постоянной модернизацией; - выполнения большого количества регулярных работ по пуско-наладке новых объектов, оптимизации сети, установке дополнительных плат и модулей; - обслуживания объектов, расположенных в труднодоступных местностях, например в горных районах. Практически в любой компании – операторе сотовой связи существует ряд основных технических подразделений, которые отвечают за развитие и работу сети, таких как: - отдел планирования сети; - отдел строительства; - отдел энергообеспечения; - отдел эксплуатации сети; - отдел оптимизации сети. Понятно, что все эти отделы работают параллельно, однако на этапе эксплуатации уже построенной сети задействованы четвертый и пятый отделы. Основная цель таких подразделений – бесперебойная работа любого сетевого элемента. Как кто-то удачно пошутил, если сотрудник подразделения эксплуатации сидит и ничего не делает, то ему можно платить премию, так как все работает в штатном режиме. И наоборот, если бегает и суетится, значит, что-то не работает. При этом, чем выше по должности данный сотрудник, тем серьёзнее авария. Чем сложнее организация сети, тем сложнее она в эксплуатации. Для примера рассмотрим участок сети, которая должна обеспечивать население услугами голосовой связи, SMS, MMS, GPRS. Для реализации данного сегмента необходимо строительство помещения и высотных сооружений, оснащение помещения климатическими установками, поддерживающими температурно-влажностные условия в допустимых пределах, бесперебойным питанием, охранно-пожарной сигнализацией. Кроме того, в помещениях нужно установить коммутационное оборудование (MSC/HLR/VLR), оборудование передачи пакетов и дополнительных услуг (SGSN/ GGSN/SMS/MMS server), оборудование управления базовыми станциями (BSC), оборудование, обеспечивающее каналы связи, оборудование базовой станции, оборудование управления и контроля работоспособности (OSS). Потребуется оборудование, позволяющее организовать присоединение к другим операторам связи и обеспечить доступ к сети Интернет (MGW/IP core, Net/ATM core). После установки, тестирования и запуска всех перечисленных элементов сети, а также получения всевозможных проектных и разрешительных документов, начинается эксплуатация сети. Можно выделить несколько направлений эксплуатации: - электроустановок; - охранно-пожарных и климатических систем; - коммутационного оборудования; - оборудования пакетной сети и дополнительных услуг и сервисов; - линейных, радиорелейных и волоконно-оптических систем связи; - системы (систем) OSS; - оборудования сетей передачи данных. Подобное деление – укрупнённое и довольно общее, но даже оно отражает сложность инфраструктуры и необходимость чётко налаженного механизма взаимодействия. Итак, для поддержания сети в работоспособном состоянии нужно организовать следующие процессы: - круглосуточное дежурство для отслеживания и реагирования на любые аварии и нештатные ситуации; - управление и обслуживание коммутационного оборудования (NSS); - управление и обслуживание контроллеров базовых станций (BSC, RNC); - обслуживание базовых станций и транспортной сети (при этом необходимо наличие мобильных подразделений); - управление и обслуживание оборудования пакетной передачи (GPRS/EDGE, IP); - измерения качества обслуживания сети; - оптимизация сети.