Принципы организации сотовой сети мобильной связи

Принципы организации сотовой сети мобильной связи

Первые системы наземной мобильной связи с автоматической коммутацией и маршрутиза­цией соединений были разработаны и внедрены в 60-х годах XX столетия.
На этом этапе развития сотовых сетей автоматической телефонной связи функции под­ключения мобильных абонентов к средствам стационарной телефонной сети выполняла од­на базовая станция BSS (Base Station System).
Как показано на рис. 2.1, мобильные абоненты, перемещаясь в пространстве, окру­жающем BSS (с определенным максимальным радиусом действия), осуществляют связь с BSS по радиоканалам посредством имеющихся у них мобильных радиостанций MS (Mobile Station).

Далее, BSS подключала мобильные абоненты к стационарной телефонной сети.
Данная простейшая сеть мобильной связи, предполагающая по сути одну соту (ячейку) для взаимодействия MSо BSS, имела следующие существенные недостатки:
- зависимость качества связи от расстояния между MSи BSS (для сохранения высокого качества радиосвязи необходимо было применять радиостанции с регулируемой вы­ходной мощностью передатчика в широком диапазоне уровней в зависимости от рас­стояния между MSи BSS, что было в то время достаточно сложно реализовать);
- ограниченное число подключаемых мобильных станций MSиз-за ограниченного чис­ла радиоканалов (ограниченное число выделенных рабочих частот/длин волн).

В процессе развития сотовых сетей мобильной связи эти недостатки были устранены путем замены одной мощной BSS несколькими BTS (Base Transceiver Station), имеющими меньшие мощности передатчиков и свои индивидуальные зоны обслуживания (рис. 2.2). При этом сотовые сети мобильной связи строятся в виде совокупности сот (cells— сот, яче­ек) схематично изображаемых в виде равновеликих правильных шестиугольников, что име­ет сходство с пчелиными сотами и поэтому сеть мобильной связи была названа сотовой или ячеечной (cellular). В центре каждой i-й соты находится BTS, обслуживающая все MS в пре­делах своей соты.

При реализации такой сети сразу же возникает техническая проблема — как переклю­чать движущегося абонента MSот одной соты в другую. Для решения этой проблемы в со­товой сети мобильной связи предусмотрен центр коммутации мобильных станций MSC(MobileServicesSwitchingCenter), обеспечивающий переключение установленого разговор­ного тракта при перемещении мобильного абонента из одной соты в другую, а также под­ключение абонентов стационарной телефонной сети к конкретной BTS, в зоне действия ко­торой находится данный мобильный абонент.

При создании сети, изображенной на рис. 2.2, возникла необходимость контроля за пе­ремещением (roaming— блужданием) мобильной станции MS, находящейся как в свобод­ном (с точки зрения связи) состоянии, так и в состоянии занятости. Следует отметить, что

при использовании сети стационарная телефонная сеть освобождается от обслуживания вызовов, поступающих от одного мобильного абонента к другому. Такие соединения уста­навливаются через центр коммутации MSC.

2.2. Сотовая сеть мобильной связи В современной сотовой мобильной сети обычно функционирует несколько коммутаци­онных центров MSC, в каждый из которых включается несколько BSS.

Рассмотрим особенности деления обслуживаемой мобильной связью территории на со­ты. Разделить обслуживаемую территорию на соты можно двумя основными способами:
- первый, основан на измерении статистических характеристик распространения радио­сигналов в данной системе связи;
- второй, основан на измерении или расчете параметров распространения радиосигнала для конкретного района.

При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одина­ковые по форме соты (ячейки) и с помощью методов статистической радиотехники опреде­ляются их допустимые размеры и расстояния до других сот, в пределах которых выполня­ются условия допустимого взаимного влияния.

Для получения оптимального (то есть без перекрытия или пропусков участков) разделе­ния территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры — треугольник, квадрат и правильный шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой являет­ся шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности BTSуста­навливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти к всем участкам соты.

В действительности соты никогда не бывают строгой геометрической формы.
Реально границы сот имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распро­странения и затухания радиоволн, то есть от рельефа местности, характера и плотности рас­тительности, застройки зданиями и многих других факторов.

Более того, границы сот вообще не являются четко определенными, так как на рубеже передачи обслуживания мобильной станции от одной соты в соседнюю эти границы могут в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения мобильной станции. Точно так же и положение базо­вой приемо-передающей станции BTS лишь приближенно совпадает с центром соты, кото­рый к тому же не так просто определить однозначно, если сота имеет неправильную форму. Если же на BTSиспользуются направленные антенны, то BTS в реальных случаях могут фактически оказаться на границах сот.

При использовании первого способа деления территории на соты интервал между сота­ми, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше тре­буемого интервала — для поддержания взаимных помех на допустимом уровне.

Более приемлем второй способ разделения территории на соты. В этом случае измеряют или рассчитывают параметры сотовой системы для определенного минимального числа ба­зовых приемо-передающих станций BTS, обеспечивающих удовлетворительное обслужива­ние абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения BTS с учетом рельефа местности и других факторов, влияющих на условия распространения ра­диоволн, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных BTS в момент пиковой нагрузки и пр.