Стандарт TACS (Total Access Communication System) является европейским вариантом стандарта AMPS и эксплуатируется в Европе с 1986 г. Емкость системы TACS примерно на 50 % больше, чем системы AMPS, и она работает в диапазоне 900 МГц.

Самый современный среди анапоговых стандартов стандарт NMT-900. Этот стандарт базируется на стандарте NMT-450 и работает в диапазоне 900 МГц (890...915 и 935...960 МГц). Чиспо канапов в NMT-900 1999, а полоса пропускания каждого канала 25 кГц. Система NMT-900, по сравнению с NMT-450, помимо бопьшего чиспа канапов, что чрезвычайно важно с точки зрения пользователя, обеспечивает более совершенные услуги, такие как переадресация вызова, услуги телефона-автомата и др. Эта система обеспечивает регулировку моицности выходного сигнала MS из коммутационной станции (уменьшая ее, когда MS находится поблизости от BS, и увеличивая при удалении от BS); время переключения при переходе из одной соты в другую окопо 300 мс (в NMT-450 это время равно 1,25 с, и на это время связь прерывается). В системе NMT-900 обеспечивается режим экономии аккумулятора MS, а для улучшения качества передачи речи используются устройства типа компандер/экспандер.

Спедует, однако, помнить, что в диапазоне 900 МГц большие атмосферные затухания и радиопомехи по сравнению с диапазоном 450 МГц.

Рассмотрим более детально работу сотовой сети на основе федерального стандарта NMT-450.

Сотовая сеть на основе стандарта NMT-450. В состав сети входят; центр коммутации подвижной связи (MSC), в качестве которого может использоваться, например, цифровая станция АХЕ-10, оснащенная специапьным блоком сопряжения с сотовой сетью; BS (базовые станции); MS (мобильные станции).

ЦКПС (MSC) обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является интерфейсом между подвижной станцией и

Local Exchange

Рис 13.4. Структурная схема типовой сети NMT-450

Transit Mobile Services Exchange Switching Centre

стационарной телефонной сетью. Структурная схема типовой сети приведена на рис. 13.4, каждый ЦКПС обслуживает группу базовых станций. На каждой BS один канал испопьзуется как канал вызова, он маркируется специальным сигнапом опознавания. Один ипи несколько каналов, когда они свободны, маркируются сигналом, показывающим, что канап свободен. Мобипьные станции постоянно работают на прием на канапе вызова. Если все каналы связи заняты, то ЦКПС может разрешить использование канала вызова для ведения переговоров.

В дополнение к сигналам, различающим каналы вызова и каналы связи (каналы для разговора), имеются сигналы, определяющие зону обслуживания и страну, а также сигналы, обозначающие номер канала. Все служебные сигналы цифровые.

Рассмотрим ситуацию, когда абонент А набрал номер абонента Б сотовой сети. Анализ номера, набранного абонентом А обеспечивает система управпения MSC. При этом опредепяется, к какому абоненту обращен вызов: абоненту стационарной сети или сотовой. Определяется принадлежность абонента Б к зоне обслуживания данной MSC. Так как точное местоположение абонента Б (при его вызове) неизвестно, то вызов передается на все BS зоны обслуживания данной MSC (рис. 13.5). От BS по каналам управления (вызова) на MS поступают сигналы вызова. Если требуемая MS находится в зоне обслуживания данного MSC, на ней автоматически формируется и выдается на ближайшую BS по каналу управления

Рис. 13.5. Установление соединения

подтверждение получения сигнала вызова. Этот сигнал на BS преобразуется в цифровую форму и транслируется по соединительной линии в сторону MSC. На MSC производится выбор свободного радиоканала для связи, и в сторону BS выдается команда на перевод MS на выбранный радиоканал. После трансляции этой команды по каналу управления от BS в сторону MS выполняется автоматическая настройка на указанный радиоканал, и затем канал управления освобождается.

Рассмотрим режим эстафетной передачи MS от одной BS к другой (рис. 13.6). Пусть для связи MS с BS1 первоначально использовался радиоканал РК1. Вследствие перемещения MS в зону действия BS2 произошло ухудшение качества связи, которое было выявлено BS1 по принятому ей пилот-сигналу с частотой 4000 Гц. Информация об ухудшении качества связи была передана MSC, который, в свою очередь, дает команду на соседние с BS1 базовые станции об измерении качества. В результате измерений MSC выбирает BS2, для которой сигнал от MS имеет максимальный уровень

Рис. 13.6, Эстафетная передача

и обеспечивает выделение для связи радиоканала РК2. Процесс эстафетной передачи в специальной литературе часто называют хендовером (от англ, hand-off).

Одним из основных требований к федеральной сотовой сети связи является требование обеспечения роуминга, заключающегося в возможности вызова абонента, который переместился в другую зону связи (другой город, другую страну и т.п.). Это требование делает необходимым введение в MSG регистра местоположения абонентов для того, чтобы можно было отслеживать перемещения своих абонентов. Этот регистр часто называют домашним . Когда MS перемещается из одной зоны связи в другую, она автоматически посылает MSG, контролирующему новую зону, сигнал об изменении местоположения, т.е. регистрируется в новой зоне в регистре, который называется визитным . От нового визитного MSG информация об изменении адреса MS передается по стационарной телефонной сети или по сети передачи данных на MSG, где зарегистрирован абонент. В регистре, в который внесена MS на своем ( домашнем ) MSG, делается поправка, и все вызовы в адрес этой MS переадресовываются в зону действия новой MSG.

Системы стандарта NMT-450 эксплуатируются в ряде городов страны, таких как Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск и др.

13.3. Цифровые сотовые сети подвижной радиосвязи

Стандарты цифровых сотовых систем [1-16]. В 1982 г. Европейская конференция администраций почт и связи (СЕРТ) организовало рабочую группу под названием Group Speciale Mobile (GSM) для разработки общих технических условий первой цифровой мобильной сети. Внедрение стандарта началось в 1991 г. Передача в системе GSM-900 ведется в диапазоне 890...915 МГц для передатчиков MS и 935...960 МГц для передатчиков BS. В полосе 25 МГц размещается 124 канала, каждый из которых занимает полосу 200 кГц. Каждый частотный канал уплотняется по времени (8 временных позиций). Таким образом, общее количество каналов в полосе 25 МГц равно 992.

Американский цифровой стандарт ADS (D-AMPS) разрабатывался для отличных от Европы условий: диапазон 800 МГц и работа в общей с существующей аналоговой AMPS полосе частот. Сохранен также разнос каналов 30 кГц. Применение временного разделения каналов (три временных канала на одну несущую), а также сот с малым радиусом позволило значительно увеличить емкость D-AMPS по сравнению с AMPS. Обеспечение требования совместимости аналоговой и цифровой сети, а также сохранение существующего парка аналоговых абонентских станций в новых условиях работы привели к необходимости создания и применения аналого-цифровых MS с автоматическим выбором режима передачи и приема.

Японский стандарт IDS во многом совпадает с американским. Основные отличия заключаются в использовании другого частотного диапазона, а именно 810...826 МГц и 940...956 МГц. Стандарт адаптирован также к диапазону 1,5 ГГц. Количество речевых каналов на одну несущую в зависимости от скорости преобразования речи 3 или 6, разнос частотных каналов 25 кГц.

Цифровые системы GSM, D-AMPS, IDS являются системами сотовой связи второго поколения.

Принципы построения цифровых систем позволили применить при организации сотовых сетей новые, более эффективные, чем в аналоговых системах, модели повторного использования частот. В результате без увеличения общей полосы частот значительно возросло число каналов на соту. Так, вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов при отношении сигнал - помеха 9 дБ, в то время как в аналоговых системах этот показатель равен 18 дБ. Поэтому передатчики BS, работающие на совпадающих частотах, могут размещаться в более близко расположенных сотах без ухудшения качества связи.

В рамках макросотовой структуры сотовых сетей, на основе которой построены существующие аналоговые и цифровые сети, дальнейшее увеличение их емкости может быть достигнуто двумя способами: расширением используемой полосы частот и снижением уровня межканальных помех, что даст возможность чаще повторять частоты.

Первый способ очевиден, но трудно реализуем из-за дефицита частотного ресурса.

Второй способ, связанный со снижением уровня межканальных помех, основан на следующих методах: применение секторных (направленных) антенн в сотах вместо антенн с круговой диаграммой направленности; адаптивное распределение каналов по сотам с учетом нагрузки и минимизации отношения сигнал - помеха; автоматическая регулировка уровня мощности передающих устройств MS и BS; использование методов пространственного разнесения антенн на приеме.

С помощью секторных антенн в моделях повторного использования частот с двумя BS можно увеличить емкость сетей стандарта GSM до 40 % по сравнению с использованием антенн с круговой диаграммой направленности при коэффициенте повторного использования частот С = 7.

Адаптивное распределение каналов по сотам с учетом нагрузки и минимизации отношения сигнал - помеха позволяет увеличить емкость сетей на 40-50 %.

Автоматическая регулировка мощности передатчиков MS и BS в процессе сеанса связи также эффективно уменьшает межканальные помехи [1].

Пространственное разнесение антенн дает общий выигрыш в отношении сигнал - помеха около 4...7 дБ. В стандарте IDS достигается максимальный выигрыш за счет разнесения антенн на BS и MS. В стандарте GSM и ADC предусматривается разнесение антенн только на BS. Совместное применение адаптивного распределения каналов и пространственное разнесение антенн увеличивают емкость сетей стандарта ADC в 8,7 раза, по сравнению с аналоговыми системами. Для GSM и IDS этот коэффициент может быть более 10 [4].

На этапе создания сотовых систем второго поколения основными методами увеличения их емкости являются переход от макросот к микросотам (радиус сотни метров), а также эффективные методы повторного использования частот. Однако они ограничивают возможности сотовых систем второго поколения по емкости и видам предоставляемых услуг связи в рамках выделенного диапазона частот.

Если не учитывать перехода на полускоростные каналы связи (каналы, в которых в 2 раза уменьшена скорость преобразования аналоговых сигналов в цифровые), то рост емкости сотовых систем второго поколения может происходить только путем перевода существующих стандартов в новые диапазоны частот. В качестве примера можно привести распространение рекомендаций стандарта GSM-900 на стандарт DCS-1800.

Дальнейшее увеличение емкости сотовых сетей без значительного расширения рабочей полосы частот возможно при создании новых протоколов связи и методов управления сетью, включающих процедуры распределения частотных и временных каналов по сети, место-определения MS и эстафетной передачи . Данные задачи решаются в рамках создания сотовой системы третьего поколения, которая будет отличаться унифицированной системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и бесшнуровые системы с информационными службами XXI века.

Такая система разрабатывается под названием UMTS (Universal Mobile Telecommunications Servise - универсальная система подвижной связи). Для будущей системы подвижной связи общего пользования рекомендуется диапазон частот 1...3 ГГц, в котором будет выделена попоса 60 МГц для персональных станций и 170 МГц для подвижных станций. Международный союз электросвязи (МСЭ) признан, что космические системы передачи допжны быть неотъемнемой частью будущей сети.

Цифровая сотовая сеть стандарта GSM-900 [1-5]. Архитектура сети GSM-900 представпена на рис. 13.7. Сеть состоит из спедующих основных подсистем: подсистемы базовых станций (базовые станции и базовые контроннеры); подсистемы сети в составе центра коммутации подвижной связи (Mobile Switctiing Center - MSC), баз данных (HLR, VLR, EIR) и центра аутентификации (Authentification Center -