Сотовые сети связи

геометрического центра ячейки может вызвать ощутимое уменьшение отношения сигнал/помеха в системе. В связи с этим в реальных условиях при выборе величины R приходится принимать компромиссное решение. Типовые значения радиусов выбираются на основе расчетов и опыта эксплуатации и составляют величину 0,5 - 2,5 км (в Лондоне и Стокгольме). В перспективе в особенности для районов с плотным трафиком эта величина, как полагают, будет уменьшаться. Оценим, для примера, возможное количество активных абонентов ССПР для современного города, характеризуемого величиной радиуса зоны обслуживания R0 = 30 км при радиусе ячейки R = 1 км. Пусть число одновременно обслуживаемых одной БС активных абонентов равно 16. Подсчеты по приведенной формуле дают величину N, равную 17 тыс. Если принять разумную для практики величину активности сети (отношение числа абонентов, ведущих в каждый данный момент времени переговоры, к общему количеству абонентов в сети) равной 0,1, то общая ее емкость составит 170 тыс. абонентов. В соответствии с исследованиями зарубежных специалистов, в городах с населением, превышающим 2 млн. чел., потребность в радиотелефонных средствах оценивается на уровне 2% от населения (в городах с меньшим населением она составляет 1 - 1,5 %). Таким образом, емкость рассмотренной сети может удовлетворить потребность города с населением порядка 8-9 млн. чел. В реальных условиях распределение ПА в пределах обслуживаемой территории может быть неравномерным. Как правило, оно уменьшается от центра к периферии. При этом наиболее рационально выбирать величину R таким образом, чтобы ее размеры увеличивались от центра к периферии. Следует учитывать, что требуемая мощность передатчиков БС и ПА не остается неизменной, а определяется размерами ячеек. В этом случае рационально применять автоматически регулируемую в зависимости от интенсивности сигнала корреспондента мощность передатчика. Исключительно важным вопросом, определяющим в значительной степени основные характеристики ССПР, является распределение частотных каналов между БС. Оно позволяет обеспечить низкий уровень межканальных помех, оказывающих значительное влияние на помехоустойчивость системы. Существуют три способа распределения частотных каналов: фиксированное, динамическое и гибридное. При фиксированном распределении каждой БС выделяется определенный набор каналов. АС подвижных абонентов при нахождении их в определенной ячейке с помощью ЦС назначается свободный в данный момент времени канал из набора. При перемещении АС в другую ячейку с помощью процедуры эстафетной передачи осуществляется переключение данной АС на соответствующий свободный канал этой ячейки. Недостатком способа является неэффективное использование частотного спектра, поскольку в реальных условиях центральные ячейки города могут быть перегружены, а периферийные иметь свободные каналы. При динамическом способе любой из частотных каналов может быть использован любой БС. При этом тем БС, на которых все каналы заняты, предоставляются на время сеанса связи каналы из других ячеек. Это осуществляется с помощью ЭВМ, в памяти которой хранится информация о состоянии каждого канала в зоне обслуживания и всех его изменениях в процессе работы системы, а также о местонахождении ПА. Таким образом, динамическое распределение каналов позволяет увеличить загруженность каналов и тем самым повысить эффективность их использования и снизить вероятность блокировки вызова в случае, когда все каналы данной ячейки заняты. Однако нагрузки на устройства управления системой связи в этом случае возрастают. При гибридном способе распределения каждой БС выделяется фиксированный набор каналов, а также определенное их число для распределения динамическим способом. Гибридный способ при больших нагрузках позволяет предъявлять менее жесткие требования к управляющим устройствам по сравнению с динамическим, а в области малых значений нагрузки имеет преимущество перед фиксированным, состоящее в более низкой вероятности блокировки вызова. Следует отметить, что наиболее существенное достоинство динамического и гибридного распределений заключается в том, что они обеспечивают выравнивание нагрузки на канал. При фиксированном распределении это осуществляется путем увеличения числа каналов, предоставляемых БС в местах с плотным трафиком, а также уменьшением радиуса ячеек. Необходимость многофункционального управления в ССПР имеет первостепенное значение для реализации возможности наиболее эффективного использования выделенной полосы радиочастот. Многократное использование частот затрудняется из-за сильного изменения уровня сигнала по мере движения АС в пределах зоны обслуживания, обусловленного многолучевым распространением сигнала, а также экранирующим и поглощающим воздействием местных объектов. Управление необходимо осуществлять таким образом, чтобы в сильно меняющихся условиях прохождения радиосигналов непрерывно осуществлялась надежная связь. Как отмечалось выше, с этой целью ЦС осуществляет функции управления эстафетной передачей АС по мере пересечения ПА границ ячеек и снижения качества сигнала ниже установленного заранее порогового уровня. Для оценки качества сигнала по разговорному каналу постоянно передается пилот-сигнал и измеряется соотношение сигнал/шум по мощности или сигнал/помеха с помощью специальных измерительных приемников. При уменьшении величины до значений ниже порогового уровня, что может обусловливаться выходом АС из зоны действия БС, замираниями сигнала, а также рядом других причин, ЦС выбирает зону с максимальной величиной и переключает АС на новый канал (осуществляет эстафетную передачу). Для реализации процедуры управления и обмена служебной информацией между БС и АС на группу разговорных каналов выделяется специальный канал управления. В свободном режиме АС постоянно настроена на частоту этого канала. Обмен соответствующей информацией в звене БС-ЦС производится по специальному проводному каналу, также выделенному на группу разговорных каналов. Характерной особенностью процесса коммутации, осуществляемой в ССПР, является то, что абонент находится в движении и может оказаться в зоне обслуживания любой БС. В связи с этим для установления соединения с находящейся в движении АС необходимо иметь информацию о местонахождении абонента. При этом согласно рекомендациям МККТТ на 1985-1988 гг. координаты АС должны определяться с точностью до зоны или группы зон. Эта процедура должна осуществляться таким образом, чтобы обеспечивалось своевременное обновление данных о местоположении АС и был максимально облегчен поиск АС при изменении зоны обслуживания. Результаты регистрации местоположения АС хранятся в специальном регистре для записи местоположения. При анализе и расчете зон действия БС и решении ряда других задач существенную роль играет учет особенностей распространения радиоволн УКВ- и СВЧ-диапазонов в городских и пригородных условиях. К ним относятся, прежде всего, многолучевое распространение, вызываемое случайными и многократными отражениями от зданий и других объектов городской застройки, а также рассеиванием радиоволн этими объектами. В результате суммирования различных лучей на приемной стороне радиолинии возникают случайные амплитудные и фазовые флуктуации, вызывающие явления замирания сигнала. Распределение огибающей такого сигнала подчиняется закону Рэлея, а величина замираний относительно среднего уровня составляет > 40 Дб. Одним из основных путей борьбы с замиранием является использование методов разнесенного приема. Эти методы предполагают наличие нескольких разделенных трактов передачи с независимыми замираниями, по которым передается одно и то же сообщение. Средние уровни сигналов, передаваемых по каждому тракту, должны быть также примерно одинаковы. При соответствующем комбинировании сигналов, поступающих из трактов передачи, формируется результирующий сигнал, имеющий гораздо меньшую глубину замирания и обеспечивающий соответственно большую надежность передачи. В последнее время в этих же целях начинает применяться медленная псевдошумовая перестройка рабочей частоты. Кроме того, эффективным средством борьбы с замираниями является внедрение широкополосных цифровых систем подвижной связи с шумоподобными сигналами, ожидаемое в самое ближайшее время.

Конструктивное построение сотовых систем связи

Оборудование для ССПР может быть разделено на несколько основных групп: 1) оборудование ЦС, обеспечивающих управление работой системы и контроль ее состояния, распределение каналов и коммутацию вызовов между БС, сопряжение ССПР со стационарной телефонной сетью; 2) оборудование БС, передающее и принимающее сигналы АС; 3) оборудование АС как перевозное, так и переносное; 4) комплект линейного оборудования для подключения БС к ЦС. Как правило, основу оборудования ЦС составляют серийные электронные АТС, имеющие дополнительное программное обеспечение, позволяющее осуществлять процедуру переключения частотных каналов при перемещении ПА из одной ячейки в другую, контролировать техническое состояние системы, выявлять отказы и производить диагностику предполагаемых неисправностей, а также реализовывать административное управление работой системы. Так, например, в системе NMT в качестве ЦС используется электронная автоматическая телефонная станция типа DX 200МТХ с емкостью 100 тыс. номеров и максимальным числом радиоканалов 3500. Станция имеет три выхода: на телефонную сеть общего пользования, БС и к системе технической эксплуатации станции. В развертываемой в Бельгии ССПР в качестве ЦС предполагается использовать цифровую автоматическую телефонную станцию System 12. Первоначально ЦС будет работать с 45 БС и обслуживать 5 тыс. абонентов, в дальнейшем планируется увеличение емкости до 50 тыс. абонентов, а числа БС до 245. Эту же станцию предполагается применять при создании цифровой ССПР CD-900. Собственно электронная система коммутации ЦС содержит процессоры, запоминающие устройства, коммутационные цепи, межстанционные соединительные линии и различные служебные цепи, организованные как единая система управления. На БС размещаются радиопередатчик и радиоприемник, контроллер, аппаратура передачи данных и контроля каналов, а также множество канальных плат и антенная система. С помощью этой аппаратуры, помимо передачи и приема, осуществляются под управлением ЦС поиск ПА и определение их местоположения, установление соединения, распределение каналов, а также передача данных и выполнение диагностических процедур на оборудовании БС. Управление данными операциями выполняется схемной логикой и программируется контроллерами. Комплекты канальных плат передатчиков и приемников обеспечивают возможность расширения системы путем приращений, что позволяет увеличивать число каналов, приходящихся на каждую ячейку. Число абонентов в расчете на канал является гибким параметром сети, зависящим от качества обслуживания. Типовая величина составляет 20-25 ячеек на канал. С центральной станцией БС соединяется группой разговорных каналов и несколькими каналами передачи данных. Приемопередатчики подключаются к общим антеннам с помощью развязывающе-согласующего устройства из расчета не более 12-16 на одну антенну. Антенны могут быть не направленными либо иметь секторную направленность, перекрывая, например, секторы по 60 град. или 120 град. каждый. Кроме уменьшения взаимных помех, такое построение антенной системы обеспечивает расширение объема сети по мере роста числа абонентов без затрат на строительство новых БС. Приемопередающие устройства современных ССПР представляют собой узкополосную аппаратуру с частотной модуляцией, в которой используются канальные несущие, разнесенные с интервалом 25-30 кГц. Прорабатывается возможность использования в этих системах методов передачи с одной боковой полосой частот. В перспективных системах планируется применение широкополосных сигналов, что позволит повысить помехоустойчивость и увеличить число абонентов. Так же, как и в случае с ЦС, на БС в качестве их элементов и узлов с успехом применяются серийно выпускаемые промышленностью микропроцессоры, ЭВМ, другая радиоэлектронная аппаратура и ее элементы. Абонентские телефонные аппараты в ССПР могут быть двух типов: перевозные и переносные. Перевозные аппараты менее сложны в изготовлении как в отношении требований к габаритам и массе их элементов, так и с точки зрения источников питания, поскольку они, как правило, подсоединяются к имеющемуся на любом ПО источнику тока. С другой стороны, переносные аппараты предоставляют большую свободу перемещения, позволяя абоненту покинуть ПО. Кроме того, компоненты, отвечающие требованиям, предъявляемым к переносным аппаратам, с успехом могут пользоваться и в перевозной аппаратуре, реализуя ряд дополнительных операций (автоматический набор нескольких номеров, фиксация вызова и пр.). Ожидается, что в ближайшем будущем они станут наиболее распространенным типом радиотелефона. Так, фирма Ericsson (Швеция) разработала и выпускает новое поколение радиотелефонных аппаратов, состоящее из трех вариантов аппаратуры. Два из них, предназначенные для комбинированного применения, могут устанавливаться на автомобиле или использоваться в качестве переносного аппарата для систем типов NMT 450 и NMT 900, а третьим является карманный радиотелефон для системы NMT 900. Для использования первых двух аппаратов в переносном варианте предусмотрены три различных по емкости сменных аккумулятора, обеспечивающих непрерывную работу от 4 до 12 ч. Масса радиотелефонов, в зависимости от выбора аккумулятора, составляет от 600 до 800 г. Карманный вариант состоит из приемопередатчика, гибкой штыревой антенны и съемного аккумулятора, емкость которого по желанию пользователя выбирается в пределах от 0,75 до 0,25 А ч со сроком непрерывной работы до подзарядки 60, 40 или 20 мин. Выходная мощность передатчика может варьироваться от 0,1 до 1 Вт. Структурная схема обоих аппаратов одинакова и включает три основных части: приемопередатчик, блок управления и логический блок. Приемопередатчик обычно монтируется в багажнике автомобиля и представляет собой ЧМ-радиостанцию. Основные ее элементы являются традиционными для подобных устройств. Отметим только требования высокой стабильности, которым должны удовлетворять применяемые в ней генераторы, что связано с малым разносом между каналами сети. Для выполнения этого требования в передатчике обычно используется высокостабильный частотный синтезатор, формирующий по командам логического блока сетку с числом частотных каналов от единиц до нескольких сотен (наиболее часто 666 частотных каналов). Мощность перевозных передатчиков составляет единицы ватт, переносных - доли ватта. Блок управления обеспечивает первичный контакт абонента с БС и устанавливается в салоне автомобиля. Логический блок является средством осуществления управления. Основную его часть составляют серийно выпускаемые промышленностью микропроцессоры, которые обрабатывают сообщения, поступающие от блока управления или демодулятора. При создании абонентских аппаратов широкое применение находят арсенид-галлиевые ИС, подстроечные керамические резонаторы, способные работать в диапазоне частот, и другие элементы современной полупроводниковой техники. Они позволяют осуществить интеграцию радиоголовки аппарата (генераторы, делители частоты, модуляторы, усилители мощности) и других узлов, что является важным фактором уменьшения стоимости и размеров абонентской аппаратуры.

Принципы построения автоматизированных систем управления радиосвязью с подвижными объектами

В качестве наиболее характерных примеров организации СРПО и их сетей, на основе анализа которых выявляются основные требования к структуре и архитектуре АСУ радиоподвижной связью, рассмотрим основные принципы построения зарубежных автоматизированных систем радиоподвижной связи. В зарубежных системах связи, в том числе в СРПО, не принято выделять автоматизированные или автоматические системы управления (АСУ или САУ) и рассматривать их отдельно от структуры СРПО, тем на менее, можно сделать вывод не только о наличии в составе СРПО АСУ или САУ, но и о иерархической структуре построения этих систем управления. Автоматизация решения основных задач управления и контроля процессом и средствами связи распределяется между всеми основными уровнями управления и контроля СРПО, к которым можно отнести: - объектовый уровень управления (абонентские радиостанции (АРС), станции коммутации каналов связи и т.п.); - уровень промежуточного сбора, хранения и обработки поступающей информации от объектового уровня (информация о техническом состоянии средств связи), осуществляющий также управление объектовым уровнем посредством соответствующего распределения поступающих от системного уровня управляющих директив между объектами управления. К этому уровню относятся задачи управления и контроля, решаемые обычно управляющими вычислительными средствами базовых станций СРПО; - системный уровень управления (реализуемый на базе вычислительных средств центральных станций), в число основных задач которого обычно входит общесистемный анализ состояния всех технических средств связи системы, качества и интенсивности прошедших сеансов связи между абонентами, учет и прогнозирование износа технических средств связи, планирование и распределение ресурсов связи, составление (в реальном масштабе времени) оптимальных маршрутов связи и т.п. Современные подвижные АРС, размещаемые в автомобилях и других подвижных объектах, кроме радиооборудования имеют в своем составе УВС, что позволяет размещать в конструкции пульта управления АРС дисплеи, унифицируемую клавиатуру управления, малогабаритные принтеры и т.п. УВС АРС осуществляют контроль и управление всеми режимами работы радиооборудования, выбор свободного канала приема-передачи абонентской информации, настройку частоты по командам ЦС или БС. Кроме того, встроенные УВС АРС позволяют реализовать такие процедуры, как: - автоматический поиск и установление связи по любому свободному каналу абонентской телефонной сети; - осуществление реперного набора посредством нажатия одной одной кнопки для вызова абонемента, если его номер запрограммирован заранее; - инициация автоматического повторения занятого номера; - отображение на экране дисплея времени суток, продолжительности сеанса связи, набираемого номера, последнего набранного номера, номер абонемента, повторно передаваемого в автоматическом режиме из запоминающего устройства УВС,номера абонемента, участвующего в соединении, справочной информации, запрошенной абонементом из вычислительного центра СРПО (например, расписание авиарейсов) и т.п. Перечисленные примеры процедур управления и контроля, предоставляемого сервиса реализованы в ряде зарубежных моделей бортовых АРС, в том числе в автономной радиотелефонной системе GL 2000, сопряженных с телефонной сетью США и Канады. Особый интерес представляет программа ИНТАКС (США), в основу которой положена концепция квазисотовой структуры высокомобильной связи. Специфика построения таких систем связи заключается в том, что наряду с сотовыми и сеточными структурами построения СРПО проектируются и линейные структуры радиального типа,в которых БС устанавливается вдоль возможных трасс движения подвижных объектов. Однако и в последнем случае управление квазисотовых СРПО практически не отличается от управления СРПО с сотовой структурой. При этом системы связи, разрабатываемые по программе ИНТАКС, должны удовлетворять следующим требованиям: - вся разрабатываемая подвижная радиосеть полностью цифровая; - станции автоматической коммутации имеют все эшелоны связи, включая самые низшие; - протяженные линии подвижной сети используют спутниковые средства связи; - разрабатываемые системы связи позволяют обслуживать подвижных абонентов, а также пригодны к взаимодействию с другими системами связи, в том числе, с системами связи зарубежных стран; - все вновь разрабатываемые системы связи различного назначения имеют хорошо развитые органы планирования, управления и контроля всех технических


29-04-2015, 04:15