8. Территориальные (сотовые) системы связи23
8.1 Структура сотовых систем связи.
В 1946 г. телекоммуникационная компания США организовала первую
сеть мобильной связи в Сант-Луисе штат Миссури. Это была простейшая шестиканальная система связи с шестью несущими частотами и одной базовой станцией.
Недостатки: во-первых, чтобы обеспечить двухстороннюю связь, мощности мобильных и базовой станций должны быть одинаковые; во-вторых, важной проблемой была ёмкость сети связи, т. к. был ограничен частотный ресурс.
Первая задача решалась по мере бурного развития элементной базы. В 1948 г. У. Шокли был разработан биполярный транзистор, а в 1952 г. полевой транзистор, которые ускорили развитие микросхемотехники, что на несколько порядков снизило габариты мобильных станций и потребляемую ими мощность. Проблему эффективности использования ограниченного частотного ресурса удалось решить путём разработки сотовой концепции системы связи, суть которой проста. Вся обслуживаемая зона связи по аналогии с плоскостью рамки пчелиного улья разбивается на небольшие по площади соприкасающиеся шестигранные ячейки – соты. В центре каждой соты устанавливается маломощная базовая станция BS с определённым набором частот, являющаяся ретранслятором. Все мобильные станции MS данной соты радиосвязаны с базовой станцией. Базовые станции зоны обслуживания с помощью соединительных линий (СЛ), в роли которых могут быть РРЛ, кабельные линии или волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), подключаются к выходу сотового терминала, называемого центром коммутации связи (ЦКС). ЦКС – это по существу цифровая АТС. В центре коммутации связи осуществляется стык (согласование) радиоканалов с каналами телефонной сети общего пользования (ТСОП) (рис. 8.1).
Рис.8.1 Принцип разбиения обслуживаемой зоны связи на соты
Базовые станции с круговой диаграммой направленности антенн осуществляют передачу сигнала одинаковой мощности практически по кругу для всех MS данной соты. Для абонентских станций соседних сот эти сигналы являются помехами. Особенно мешающее действие приёму сигналов оказывают взаимные помехи по совпадающим частотным каналам – соканальные помехи. Для избежания соканальных помех соты с одинаковым набором несущих частот разделяют буферными сотами с другим набором частот. Группа сот в зоне обслуживания с различными наборами частот называется кластером, число частот в наборе – размерностью кластера.
Существенно снизить уровень соканальных помех позволяет метод использования в сотовых BS нескольких направленных антенн, имеющих секторные диаграммы направленности (ДН). Антенны с секторной ДН излучают практически всю энергию сигнала в заданном направлении.
Секторное построение BS позволяет многократно применять набор частот при одновременном снижении уровня соканальных помех.
Бурное развитие современных электронных и радиотехнологий позволило осваивать новую концепцию построения сотовой системы связи, связанную с использованием в BS интеллектуальных антенных систем, автоматически перестраивающих свои диаграммы направленности на мобильные станции. Это возможно при использовании ФАР.