Принципы функционирования и структура систем сотовой связи

Сотовая (мобильная) связь

Сотовая связь является одним из видов мобильной радиосвязи. В ее основе лежит сотовая сеть, покрывающая обслуживаемую территорию. Ячейки сети схематически изображаются в виде равновеликих правильных шестиугольников, что по сходству с пчелиными сотами и послужило поводом назвать систему сотовой. Диаметр каждой ше­стиугольной ячейки может быть от 400 м до 50 км. Реальные границы ячеек обычно имеют вид неправильных кривых, зависящих от релье­фа местности, характера и плотности растительности, застройки и других факторов.

Одними из основных составляющих сотовой сети являются ба­зовые станции и сотовые телефоны. Базовая станция представля­ет собой комплекс радиопередающей аппаратуры (ретрансляторы, приемопередатчики), осуществляющий связь с сотовым телефо­ном. Одна базовая станция стандарта GSM (Global System for Mobile Communications) способна поддерживать до двенадцати передат­чиков, а каждый передатчик способен одновременно поддерживать связь с восемью общающимися абонентами. Зона покрытия от ан­тенн базовой станции - образует соту или группу сот.

к сетям

Центр коммутации

Обычно базовая станция находится в центре ячейки и обслу­живает все абонентские телефоны в ее пределах. При перемеще­нии абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания другой базовой станции. Через центр коммутации базовые станции объединяются в единую сотовую сеть, что позво­ляет определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приемопередатчика в зону действия другого (рис. 7). Базовые станции обычно располагают на крышах зданий или на вышках.

Сотовые сети разных операторов посредством коммутирующего оборудования соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора совершать исходящие звонки абонентам другого оператора, звонить с мобильных телефонов на стационарные телефоны и наоборот. Операторы сотовой телефонии могут заключать между собой договоры о предоставлении услуг связи, когда абонент покидает пределы домашнего региона и для обеспечения связи используются базовые вышки другого оператора, как правило, по повышенным тарифам. Таким образом, организуется так называемый роуминг сотовой связи.

Характерной особенностью сотовой связи является жесткая ограниченность выделенных полос, вмещающих ограниченное количество частотных каналов. В стандарте GSM используются 124 канала в диапазоне 900 МГц, 373 канала - в диапазоне 1800 МГц и 50 каналов «расширенного» диапазона GSM. Для эффективного использования выделенного частотного диапазона и обеспечения высокой емкости системы в сотовой связи используется принцип повторного использования частот, который радикально отличает ее от других систем подвижной связи.

Идея повторного использования частот заключается в том, что в близко расположенных ячейках системы используются разные полосы частот, а при определенном удалении от этих ячеек те же самые полосы частот используются снова. Такое повторное использование частот позволяет при ограниченной общей полосе частот охватить системой сколь угодно большую зону обслуживания. Это оказывается выгод­но вдвойне, если учесть возможность повышения емкости системы за счет того или иного варианта дробления ячеек.

Рис. 9 а – трехэлементный кластер; б – семиэлементный кластер

Пример повторного использования частот показан на рис. 9а, где одинаковыми цифрами обозначены ячейки, в которых исполь­зуются одни и те же полосы частот. В данной системе, состоящей из трехъячеечных (трехэлементных) кластеров, ячейки с одинаковы­ми полосами частот повторяются очень часто, что плохо в смысле уровня помех от станций, работающих на тех же частотных каналах в других ячейках. Для уменьшения взаимовлияния базовых станций друг на друга применяются кластеры с бóльшим числом элементов (рис. 9б).