Сотовая связь

Сотовая связь

Cотовые сети связи.

В настоящее время во многих капиталистических станах, а также в ряде

развивающихся стран ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС)

общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и

стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС

подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо

непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную

абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных

подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме

телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения,

различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и

т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение ССС

приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой

деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ.

Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно

получить необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем

связи, повысятся требования к качеству передачи информации, пропускной

способности, надежности работы. Увеличение объема информации потребует

сокращения времени доставки и получения абонентом необходимой информации.

Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств

радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые дают

возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места оперативно

решать производственные вопросы. Радиотелефон перестал быть символом

престижа и стал рабочим инструментом, который позволяет более эффективно

использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно

контролировать ход технологических процессов, что обеспечивает

дополнительные доходы при использовании радиотелефона в производстве.

Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить

производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии

материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль

технологических процессов, создать надежную систему управления

транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на

большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем

управления. Использование системы радиосвязи с подвижными объектами можно

разделить на следующие классы: ведомственные (или частные) системы

подвижной связи (ВСПС); сотовые системы подвижной связи (ССПС); системы

персонального радиовызова (СПРВ). Исторически впервые в эксплуатации

появились ВСПС, так как в условиях ограничений на использование радиосвязи

возможность ее применения для связи с подвижными абонентами предоставлялась

государственным, ведомственным или крупным частным организациям (полиция,

пожарная охрана, такси и т. п.). Для вызова подвижного абонента (внутри

ограниченной зоны обслуживания) стали использоваться СПРВ. Появившиеся

совсем недавно ССПС являются принципиально новым видом систем связи, так

как они построены в соответствии с сотовым принципом распределения частот

по территории обслуживания (территориально-частотное планирование) и

предназначены для обеспечения радиосвязью большого числа подвижных

абонентов с выходом на телефонную сеть общего пользования (ТФОП). Если ВСПС

создавались (и создаются) в интересах узкого круга абонентов, то ССПС за

рубежом стали использоваться в интересах широких кругов населения. Свое

название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи,

согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится

на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре

каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь

по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на

подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции

соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС)

данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с

любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью

коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны

в другую производится автоматическое переключение канала радиосвязи на

новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача

подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции.

Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций

осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так

и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом. В

отличие от централизованных в сотовых сетях подвижной связи радиосвязь

базовой станции с абонентской станцией осуществляется в пределах малой

рабочей зоны, что позволяет многократно использовать одни и те же частоты в

зоне обслуживания. Число абонентов в ССС определяется пропускной

способностью и числом БС, равным числу рабочих зон, которое возрастает по

квадратическому закону с уменьшением радиуса рабочей зоны R при постоянном

радиусе зоны обслуживания R0. Если десять лет назад радиус рабочей зоны в

ССС был равен 5-15 км, то в настоящее время он равен 200 м. Так уменьшение

радиуса рабочей зоны с 30 до 0,5 км позволит увеличить в 3600 раз число

подвижных абонентов, оснащенных радиосвязью и имеющих возможность выхода на

ТФОП. Следовательно, эффективность использования спектра радиочастот в ССС

во много раз выше, чем в централизованных системах подвижной связи, что

позволит в перспективе обеспечить управление большим числом наземных

подвижных объектов. С уменьшением радиуса рабочей зоны появляется

возможность уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников,

что значительно улучшит электромагнитную совместимость (ЭМС) абонентов в

ССС и ЭМС между ССС и другими системами, использующими определенные спектры

радиочастот, а также позволит снизить стоимость и габаритные размеры

абонентской станции, обеспечить доступ к базам данных и ЭВМ. Отмеченные

преимущества позволяют уже в настоящее время повысить оперативность

управления и контроля в работе подведомственных предприятий и организаций,

улучшить качество технологических процессов в системах с большим числом

транспортных средств. Стремительный рост объемов передаваемой информации

требует значительного сокращения времени доставки и обработки абонентом

необходимой информации. Это одна из причин быстрого роста мобильных средств

связи на базе ССС. Внедрение ССС означает появление принципиально нового

вида связи - массовой радиотелесвязи, т.е. нового вида услуг. Уже сейчас

абонентский терминал ССС - сотовый радиотелефон (СРТ) - признается многими

зарубежными экспертами первичным терминалом, которым абонент пользуется как

в стационарном состоянии (дома, на службе), так и в движении. Широкое

внедрение портативных СРТ в перспективе позволит обеспечить каждого

человека персональным телефоном со своим индивидуальным номером. Создание

систем массовой радиотелесвязи с большим числом подвижных абонентов,

большой пропускной способностью и высоким качеством приема сообщений

возможно только при использовании сотового принципа построения системы

связи. Этим и объясняется повышенный интерес к ССПС. Действующие в

настоящее время зарубежные ССС по сравнению с централизованными сетями

имеют следующие преимущества: - большое число абонентов; - высокое качество

передачи телефонных сообщений и данных; - возможность связи с ЭВМ и базами

данных; - высокая эффективность использования спектра радиочастот и лучшая

электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами.

Использование ССС широким кругом потребителей в отраслях транспорта, связи,

энергетики, строительства, сферы обслуживания, ремонта и др. приносит

существенный экономический эффект. По оценкам экспертов США ежегодные

доходы от внедрения и эксплуатации ССС в США достигают 2 млрд. дол.

Зарубежные эксперты отмечают возможность создания ССС без значительных

начальных капитальных затрат. Сначала ССС создаются с крупными рабочими

зонами (радиус зон порядка 10 км) и относительно небольшим числом

абонентов. По мере поступления доходов и роста числа заявок на СРТ размеры

зон уменьшаются и увеличивается число абонентов. При этом постоянно

наращивается объем типового оборудования базовых станций, АТС и центральной

станции за счет доходов от использования ССС действующими абонентами.

Поэтому первоначальные капитальные затраты могут быть значительно меньше

полных затрат, приходящихся на максимальное число абонентов.

Общие сведения о системах радиосвязи с подвижными объектами (ПО).

Классификация.

По назначению системы связи с ПО могут быть разделены на: -

ведомственные (специализированные) радиотелефонные системы; -

радиотелефонные системы общего пользования. Созданные первыми,

ведомственные системы применяются в промышленности, сельском хозяйстве, на

транспорте и в строительстве, такси, скорой помощи, а также в различных

аварийных службах. Эти системы предназначены для оперативного управления

процессами производственной деятельности. Различают диспетчерские

радиотелефонные системы, используемые для связи руководителя работ с

абонентами ПО, а также для связи абонентов между собой и с радиосистемами

передачи данных. Последние находят применение в автоматизированных системах

управления производством, технологическими процессами и в таких системах, в

которых от подвижного абонента (ПА) или к нему необходимо передавать с

высокой скоростью большой объем информации. Однако в силу разобщенности

ведомственных сетей, неэффективного использования ими спектра частот,

ограниченности количества обслуживаемых подвижных абонентов, сложности

унификации аппаратуры связи и управления, а также ряда других причин

применение ведомственных систем носит ограниченный характер. Однако

ведомственные системы радиосвязи с подвижными объектами несмотря на

отмеченные недостатки могут просуществовать еще длительное время, что

объясняется их практичностью и ориентацией на те условия и специфику работ,

для которых они создавались и отрабатывались. Таким образом, становится

актуальной задача преобразования и модификации этих систем в целях их

объединения в единую сеть подвижной радиосвязи согласно концепции

построения сети радиосвязи с подвижными объектами общего пользования. Одним

из вариантов решения такой задачи может быть способ организации единого

автоматизированного управления ведомственными и другими локальными

системами радиоподвижной связи, объединяемыми в сеть радиосвязи с

подвижными объектами общего пользования. Радиотелефонные системы общего

пользования в настоящее время составляют основной вид связи с ПО. Они

позволяют наиболее полно и эффективно использовать выделенный частотный

спектр и, объединяя своих потребителей в одну группу, дают им возможность

общего доступа к системе связи независимо от ведомственной принадлежности

(по принципу городской телефонной сети). Указанное преимущество систем

обеспечивает широкий комплекс услуг: автоматическое соединение абонентов

между собой и с абонентами городской телефонной сети, а также других

городов и государств с использованием междугородных и международных линий,

передачу речи и данных, а в ближайшем будущем телексных и факсимильных

сообщений, цветных графических изображений, информации из банков данных и

т.п. Радиотелефонные системы общего пользования делятся на два вида: -

системы с большими зонами обслуживания (БЗО - радиальные системы); -

системы с малыми зонами обслуживания (МЗО - сотовые системы связи). Системы

с большой зоной обслуживания основаны на использовании одной центральной

радиостанции, обслуживающей зону большого радиуса (от 50 до 100 км).

Мощность передатчика этой станции выбирается в зависимости от заданной

напряженности поля на границах обслуживаемой территории и заключена в

пределах от 100 до 250 Вт, а антенна располагается в наиболее высокой точке

зоны обслуживания. Широкому внедрению таких систем препятствует ряд

присущих им недостатков, прежде всего невозможность существенного

увеличения количества обслуживаемых абонентов. Также, для систем БЗО

необходимо: - исключать влияние мощных передатчиков на приемники

центральных станций, так как на центральных станциях (УКВ-диапазон) они

используются совместно; - исключать влияние мощных передатчиков центральных

станций соседних зон на работу центральной станции данной зоны; -

контролировать качество связи внутри каждой зоны для подвижных абонентов,

находящихся на различных удалениях от центральной станции данной зоны; -

тщательно планировать частотную обстановку в выделенном диапазоне; -

обеспечивать равнодоступность каналов связи со стороны подвижных объектов.

Тем более, увеличение числа каналов на ограниченной территории обслуживания

вызывает необходимость соответствующего увеличения числа центральных

станций (ЦС), работающих с достаточно большой мощностью. Это обстоятельство

при наличии круговой диаграммы направленности антенны ЦС приводит к

возможности возникновения взаимных помех для большинства радиостанций ПА,

находящихся в зоне обслуживания. Кроме того, значительному увеличению числа

каналов препятствует ограниченность выделяемого спектра радиочастот и

невозможность повторного использования каналов в близлежащих районах из-за

большой мощности передатчика. Другие недостатки связаны с многолучевостью

распространения радиоволн при работе в городских условиях с плотной

застройкой и наличием радиозатененных зон, что может вызвать значительные

искажения сигналов и даже их пропадание на дальностях, близких к

предельным. Отметим также возможность возникновения интермодуляционных

помех из-за достаточно плотного расположения каналов. В связи с

перечисленными причинами возникла необходимость интенсивных поисков и

исследований в области разработки систем с большой эффективностью

использования выделенного спектра и высокой пропускной способностью,

которые были бы в состоянии обслуживать большое количество абонентов. Эти

исследования начались на рубеже 60-70-х годов и привели к созданию

территориальных систем с малыми зонами обслуживания, получивших название

сотовых систем радиосвязи с подвижными объектами. Сотовые системы подвижной

радиосвязи имеют принципиально новую структуру, основанную на сотовом

построении и распределении частот,согласно которому зона обслуживания

делится на большое число ячеек ("сот"), каждая из которых обслуживается

отдельной радиостанцией небольшой мощности, находящейся в центре ячейки .

Небольшая мощность передатчиков в системах МЗО и, соответственно, небольшой

радиус их действия, допускает организацию повторения частот приема-передачи

через 1 - 2 зоны. Это позволяет реализовать основное достоинство сотовой

системы - обеспечение высококачественной радиосвязью большого количества ПА

в условиях ограниченного частотного диапазона. К достоинствам систем МЗО

также относятся: - применение сравнительно маломощных передатчиков в

базовых станциях и, как следствие этого, экономия радиоспектра за счет

динамического распределения частот выделенного диапазона между зонами

обеспечения связи; - возможность гибкого эволюционного развития системы МЗО

(за счет, например, увеличения или уменьшения числа зон обслуживания); К

недостаткам систем МЗО относятся: - увеличение стоимости систем в целом за

счет использования большого числа стационарных базовых станций; -

необходимость применения аппаратуры непрерывного слежения за подвижными

абонентами, т.к. распределение каналов связи меняется от зоны к зоне и

поэтому возможны перерывы связи при пересечении подвижными абонентами

границ сопряженных зон. По принципам реализации управления СРПО

подразделяются на следующие группы: СРПО с ручным управлением, в которых

реализуется ручная коммутация радиоканалов как между подвижными объектами,

так и между подвижными и стационарными абонентами, ручная коррекция и

визуальный контроль оператором режимов работ как абонентских

радиопередающих станций (АРС), так и аппаратуры центральных (базовых)

станций и т.д.; СРПО с автоматизированным управлением, в которых только

часть операций выполняются человеком, а большая часть операций по

обслуживанию подвижных объектов - посредством управляющих вычислительных

средств (УВС) согласно заданным алгоритмам работы; СРПО с автоматическим

управлением, в которых все основные операции установления связи и контроля

за работой системы реализуются за счет организации систем автоматического

управления - без участия человека-оператора. В последнее время наибольшее

распространение получили СРПО, имеющие: - сотовую или квазисотовую

структуры; - автоматизированное или автоматическое управление; -

возможность входа в сеть общего пользования или сопряжения с другой СРПО; -

возможность передачи цифровых сигналов управления и прямого и обратного

преобразования информации (в том числе и речи) в цифровую форму и обратно.

Внедрение в ССПР цифровых методов обработки информации в самом ближайшем

Страницы: 1, 2, 3