В настоящее время доминирующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают [1]:

- профессиональные (частные) системы подвижной связи;

- системы персонального вызова;

- системы беспроводных телефонов;

- системы сотовой связи общего пользования.

Первые системы подвижной радиосвязи создавались и развивались в интересах государственных организаций, коммерческих структур, скорой помощи, милиции и т.п. В принятой за рубежом классификации эти системы относятся к так называемым профессиональным системам подвижной радиосвязи PMR (Professional Mobile Radio). Как правило, PMR имеют радиальную или радиаль-но-зоновую структуру сети.

В профессиональных системах подвижной радиосвязи наиболее эффективное использование выделенного частотного ресурса обеспечивается в системах со свободным доступом абонентов к общему частотному ресурсу, получивших название транкинговых (от англ. trunk - магистраль, шина). Различают транкинговые системы с последовательным (сканирующим) поиском свободного канала связи и с выделенным каналом управления. Сканирующий транкинг характеризуется значительным временем установления канала связи и может быть рекомендован при небольшом количестве каналов (до 5-8). Наиболее распространенным видом транкинговых систем связи являются системы с выделенным каналом управления, использующие стандарты МРТ 1327, МРТ 1317, МРТ 1343 и МРТ 1347, разработанные первоначально в Великобритании на диапазоны частот 174...225 МГц и распространенные позже на другие диапазоны [1].

Системы персонального радиовызова (СПРВ) гармонично сопрягаются с системами радиосвязи и передачи данных. Персональный радиовызов (пейджинг) - услуга электросвязи, обеспечивающая беспроводную одностороннюю передачу информации в пределах обслуживаемой зоны. По своему назначению СПРВ можно разделить на частные (ведомственные) и общего пользования.

Частные СПРВ обеспечивают передачу сообщений в локальных зонах или на ограниченной территории в интересах отдельных групп пользователей. Как правило, передача сообщений в таких СПРВ осуществляется с пультов управления диспетчерами без взаимодействия с ТФ ОП.

Под системами персонального радиовызова общего пользования понимается совокупность технических средств, через которые с помощью ТФ ОП происходит передача в радиоканале сообщений ограниченного объема.

Основными компонентами коммерческого успеха этих систем являются: широкая зона обслуживания в масштабах страны с возмож-

ностью межнационального взаимодействия; низкие тарифы и арендная плата; простота передачи сообщений и удобство пользования; малые габариты приемников СПРВ и длительный срок непрерывной работы с одним источником.

Системы беспроводных телефонов были первоначально ориентированы на резидентное использование, т.е. в условиях офисов и квартир. Позже они стали развиваться как системы общего пользования, обеспечивающие поддержку услуг общего доступа.

Такие системы уже сейчас составляют определенную конкуренцию макросотовым сетям, которые будут более детально рассмотрены ниже.

Сети связи с подвижными объектами могут иметь радиальную, радиально-зоновую и сотовую структуру сети.

Радиальные системы основаны на использовании одной центральной наземной радиостанции, имеющей значительный радиус действия (до 50... 100 км). При радиально-зоновой структуре сети область обслуживания делится на зоны, в каждой из которых используется радиальный принцип передачи сигналов.

Радиальным сетям присущ ряд недостатков, основными из которых являются ограниченность зоны обслуживания, нерациональное использование имеющегося частотного ресурса, невозможность существенного увеличения числа обслуживаемых абонентов из-за появления взаимных помех. Для передачи информации в радиальных системах выделяется диапазон частот AFs- В этом диапазоне организуются каналы с полосой пропускания AFc- Тогда число каналов N в диапазоне AF.

Очевидно, что число каналов N и будет определять число абонентов, пользующихся радиосвязью.

Для преодоления ограничений на число каналов в условиях ограниченного частотного ресурса AFg была предложена сотовая идеология построения сетей радиосвязи, позволяющая использовать одни и те же частоты в нескольких ячейках (сотах), отстоящих друг от друга на расстояние, зависящее от размеров соты*.

Идея сотовой телефонной связи такова (рис. 13.1). Площадь, подлежащая телефонизации, покрывается сетью базовых приемопередатчиков (Base Transceiver Station - BTS). При этом чувствительность и излучаемая мощность базовой станции гораздо выше, чем чувстви-

Ячейки имеют форму шестиугольника и очень напоминают по форме пчелиные соты. Отсюда и название ячейки сота .

Рис. 13.1. Сотовая система подвижной связи общего пользования

Рис. 13.2. Зона обслуживания абонентов сотовой сети

тельность и мощность излучения мобильной станции (Mobile Station -MS), что позвопяет сдепать сами телефоны достаточно компактными и испопьзовать источники питания ограниченной емкости. При перемещении MS через границу зоны обслуживания BS (соты) должно обеспечиваться автоматическое (и незаметное для абонента) переключение обслуживания с одной базовой станции на другую. Переключение осуществляет центр коммутации подвижной сети (Mobile Service Switching Center - MSC). Центр коммутации подвижной связи (MSC) имеет выход на коммутируемую тепефонную сеть общего попьзования (PSTN - Public Switched Telephone Network).

Если представить зону обслуживания абонентов сотовой сети как окружность с радиусом Rq (рис. 13.2), то площадь этой зоны будет nR ппощадь соты (шестиугопьника) равна 2,6Ro, где R - радиус рабочей зоны BS, тогда число сот L определяется по формупе

1 = 1,21

(13.1)

Очевидно, что число BS равно числу сот, так как на каждую соту приходится одна базовая станция.

Соты группируются в кнастеры. В одном кластере находится с базовых станций, работающих в неповторяющихся диапазонах частот, каждая из BS обеспечивает I канапов. Общее число каналов в кластере равно с/, а общая полоса, занимаемая этими каналами.

AF. = cIAFr

(13.2)

где AFc - поноса пропускания одного канала.

Так как в зоне обслуживания радиосвязью размещается L/c кнастеров, работающих в повторяющихся диапазонах частот, то при том же ресурсе частот AFg чиспо канапов в сотовых сетях радиосвязи

Рис. 13.3. Архитектура сотовой сети

увеничивается в L/c раз по сравнению с радианьными системами радиосвязи.

Дпя увепичения чиспа абонентов надо стараться уменьшить число сот в кластере. Минимальное значение с равно 2. На рис. 13.3 приведена архитектура сотовой сети с с = 7. На практике с определяют по формуне [1]

{D/Rf 3

с =

(13.3)

где D- расстояние между базовыми станциями, испоньзующими одни и те же рабочие частоты. Это расстояние выбирается так, чтобы помехи от BSi одного кнастера в зоне обспуживания BSi* соседнего кнастера не превышапи допустимой веничины. Частоты BSi и BSi* совпадают.

Бонее эффективной считается система, которая в выдепенном спектре частот AF обснуживает боньшее коничество MS. Из ананиза выражений (13.2) и (13.3) следует, что увеличение доступных абонентам канапов при заданных AFg и с может быть достигнуто путем уменьшения радиуса соты R. Уменьшение радиуса соты позволит уменьшить коэффициент повторяемости с, получить большие значения отношений сигнал - помеха на входе MS, но приведет к росту числа переключений MS между базовыми станциями, что увеличивает нагрузку на устройства управления BS и MS, а также число перерывов в связи. Таким образом, уменьшение размеров соты обеспечивает повышение эффективности использования спектра радиочастот, но повышает требование к обеспечению непрерывности связи с MS.

При проектировании сотовых сетей помимо перечисненных выше факторов следует учитывать данные о нагрузке, поступающей от абонента. Так, считается, что во время наибольшей нагрузки типич-

ный абонент делает 1 вызов в час, средняя длительность сеанса связи 90 с. Таким образом, нагрузка от абонента пхТ 1x90

= 0,025 эрланга,

3600 3600

где п - число вызовов в час наибольшей нагрузки; Г - длительность сеанса связи.

Во время сеанса связи в среднем требуется одно переключение на другую сотовую зону. На один вызов, получаемый абонентом, он сам инициирует два вызова. Менее 10 % вызовов - это вызовы от подвижного к подвижному телефону.

При средней длительности сеанса связи 90 с пропускная способность одного канала составляет 40 вызовов в час. Следовательно, если в среднем абонент делает один вызов в час, то один канал может обслужить 40 абонентов в час. Очевидно, что и коммутатор сотовой системы должен в час наибольшей нагрузки обрабатывать 40 вызовов в час от каждого канала. Приведенные оценки являются максимальными теоретическими оценками. Более реалистичные оценки составляют примерно 75 % от теоретических.

Сотовая идеология систем подвижной связи начала разрабатываться в 70-х годах. Однако внедрение сотовых систем началось только после того, как были найдены способы определения текущего местоположения абонентов и обеспечения непрерывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.

Различают аналоговые и цифровые сотовые системы подвижной связи. Известно девять основных стандартов аналоговых систем. Один из них - NMT (Nordic Mobile Telephone System) принят в качестве федерального стандарта для России.

Однако аналоговые системы уже не удовлетворяют современному уровню развития информационных технологий из-за ряда недостатков, главные из которых несовместимость стандартов, ограниченная зона действия, низкое качество связи, отсутствие засекречивания передаваемых сообщений и взаимодействия с цифровыми сетями с интеграцией служб и пакетной передачи данных. Пик числа абонентов аналоговых сетей приходится на 1994 г. В настоящее время в мире наблюдается снижение числа пользователей аналоговых сетей.

В 80-х годах в Европе, Северной Америке и Японии приступили к интенсивному изучению принципов построения перспективных цифровых систем и сегодня уже разработаны три стандарта таких систем, один из них, GSM-900, принят в качестве федерального для цифровых сотовых сетей России.

Внедрение сетей подвижной радиотелефонной связи в России началось в 60-х годах с вводом в действие отечественного оборудования системы Алтай-1 . В первых десятилетиях эти сети предназна-

чались в основном для организации оперативной связи должностным лицам органов государственного и административно-хозяйственного управления.

По мере изменения в России социальных и экономических условий появилась необходимость расширения сетей радиотелефонной связи, повышения качественных показателей услуг, предоставляемых этими сетями. Решение этой задачи в настоящее время можно обеспечить только путем использования передовых зарубежных технологий и инвестирования работ по созданию в стране систем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования* (СПР-ОП).

13.2. Аналоговые сотовые сети подвижной радиосвязи

Стандарты аналоговых сотовых систем [1-5]. Первым в мире стандартом сотовых сетей радиотелефонной связи является стандарт NMT-450. Этот стандарт был введен в эксплуатацию в 1981 г. в Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции. В системе NMT-450 для передачи информации от BS к MS используется поддиапазон 463...467,5 МГц, а для передачи от MS к BS поддиапазон 453...457,5 МГц. Каналы в этих поддиапазонах занимают полосу 25 кГц. Таким образом в каждом поддиапазоне размещается 180 каналов, В среднем один канал с частотной модуляцией может обслужить 25-30 абонентов при нагрузке от одного абонента до 0,025 эрланга.

В 1983 г. в США был введен в эксплуатацию стандарт AMPS (American Advanced Mobile Phone System). В отличие от стандарта NMT-450, который предусматривает связь между абонентами, находящимися в любых частях страны, стандарт AMPS был первой системой сотовой радиосвязи, ориентированной на города. Связь от BS к MS осуществляется в поддиапазоне 870-890 МГц, от MS к BS -в поддиапазоне 825...845 МГц. В каждом из поддиапазонов размещается 666 каналов, AMPS является единственным стандартом, предоставляющим возможность плавного перехода с аналогового на цифровое оборудование при их совместном использовании в единой системе. Такое совмещение поддерживается современными портативными телефонами (Dual Mode), работающими как по цифровым, так и по аналоговым каналам. Это позволяет минимизировать затраты на создание системы сотовой связи, используя на начальном этапе аналоговое оборудование, а в последующем его цифровую модернизацию (DAMPS).

Под системами сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования (СПР-ОП) понимается совокупность технических средств (радиооборудование, коммутационное оборудование, соединительные линии и сооружения), с помощью которых можно предоставлять подвижным абонентам связь между собой и абонентами телефонной сети общего пользования,