Реферат: Сотовая сети связи в Мире и Новосибирске

1.2 Системы радиосвязи с подвижными объектами (ПО)

По назначению системы связи с подвижными объектами могут быть разделены на ведомственные (специализированные) радиотелефонные системы и 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 или к нему необходимо передавать с высокой скоростью большой объем информации.

Радиотелефонные системы общего пользования в настоящее время составляют основной вид связи с подвижными объектами. Они, объединяя своих потребителей в одну группу, дают им возможность общего доступа к системе связи независимо от ведомственной принадлежности (по принципу городской телефонной сети). Это 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 (радиальные системы);

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

Системы с большой зоной обслуживания основаны на использовании одной центральной радиостанции, обслуживающей зону большого радиуса (от 50 до 100 км). Широкому внедрению таких систем препятствует ряд недостатков, и прежде всего невозможность существенного увеличения количества обслуживаемых абонентов. Также, для систем больших зон обслуживания 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, работающих с достаточно большой мощностью. Это обстоятельство приводит к возможности возникновения взаимных помех для большинства радиостанций подвижного абонента, находящихся в зоне обслуживания. В связи с этим необходимость интенсивных поисков и исследований в области разработки систем с 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 малых зон обслуживания 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 подвижных абонентов в условиях ограниченного частотного диапазона. К достоинствам систем малых зон обслуживания также относятся:

- применение сравнительно маломощных передатчиков в базовых станциях;

- возможность гибкого эволюционного развития системы малой зоны обслуживания (за счет, например, увеличения или уменьшения числа зон обслуживания);

К недостаткам систем малых зон обслуживания 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 системы радиосвязи с подвижными объектами подразделяются на следующие группы:

- 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, так и аппаратуры центральных (базовых) станций и т.д.;

- с автоматизированным управлением, в которых только часть операций выполняются человеком, а большая часть операций по обслуживанию подвижных объектов - посредством управляющих вычислительных средств согласно заданным алгоритмам работы;

- 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 системы радиосвязи с подвижными объектами, имеющие:

- сотовую структуры;

- автоматизированное или автоматическое управление;

- возможность входа в сеть общего пользования или сопряжения с другой системой радиосвязи с ПО;

- 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 будущем позволит получить абонентам целый ряд дополнительных услуг: доступ к международным базам данных, факсимильная связь, определение местоположения подвижного абонента с большой точностью, получение медицинских данных и т.д. ССПР характеризуются высокой эффективностью использования спектра. Они могут найти применение в качестве временного средства для полной или частичной замены в короткие сроки проводной телефонной связи в новых районах застройки и обеспечения связью абонентов, проживающих или временно находящихся в труднодоступных районах. Интенсивное использование ССПР за рубежом началось в начале 80-х годов. К 1985 г. ССПР наиболее широко эксплуатировалась в США, Японии, Скандинавских странах.

Разделить обслуживаемую территорию на микрозоны можно двумя способами: статистическим, основанным на измерении статистических параметров распространения сигналов в системах связи, или детерминированным, основанным на расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При статистическом способе вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны и с помощью статистических законов распространения радиоволн определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в приделах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Чтобы оптимально разделить территорию на микрозоны, т.е. без перекрытия или пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические фигуры - треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник. Радиостанции ПО, находящиеся в микрозонах, могут связаться центральной радиостанцией, находящейся в центре этой зоны (базовая станция). Все микрозоны связаны соединительными линиями с главной радиостанцией ССПР. В качестве соединительных линий могут использоваться кабели, радиорелейные линии. Главная радиостанция (центральная станция) соединяется с телефонной сетью. Таким образом, при связи абонента АТС с абонентом ПО сигнал вызова из телефонной сети попадает на ГСПС, от нее по соединительным линиям к одной из МЗЦС и затем по радиоканалу к абоненту ПО. Передатчик МЗЦС имеет сравнительно небольшую мощность, необходимую для связи с абонентами ПО в микрозоне, поэтому уровень создаваемых им помех значительно ниже. Это дает возможность использовать те же частоты и в других ячейках. Расстояние до этих ячеек, в которых могут быть использованы одни и те же рабочие частоты, зависят от условий распространения радиоволн, допустимого уровня помех и числа радиостанций, расположенных вокруг данной ячейки. Допустимо, чтобы в сотовой шестиугольной структуре частоты повторялись через две ячейки. Это означает, что, используя семь рабочих каналов, можно перекрыть всю зону обслуживания. Если интенсивность нагрузки по всей зоне одинакова, то и размеры всех ячеек выбирают одинаковыми. Обычно распределение абонентов подвижных объектов по всей обслуживаемой территории неравномерно (уменьшается от центра к периферии), поэтому целесообразно так изменять ячейки, чтобы их размеры увеличивались к периферии. Это позволяет уменьшить стоимость ССПР в целом за счет уменьшения необходимого числа базовых станций. В этом случае мощности передатчиков центральных и подвижных радиостанций будут зависеть от размеров ячеек. Кроме того, для территорий с зонами разного размера надо более тщательно определять те из них, в которых можно повторно использовать рабочие каналы. При статическом способе в большинстве случаев получаемый интервал между зонами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, получается больше необходимого с точки зрения поддержания взаимных помех на допустимом уровне. Более оптимален детерминированный способ разделения на зоны. При нем измеряют или расчитывают параметры системы для определения минимального числа центральных станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, учитывается рельеф местности для определения оптимального места расположения центральной радиостанции, имеется возможность использовать направленные антенны и смежные центральные станции в момент пиковой нагрузки и т.д. Однако этот способ сложен. В сотовых системах необходимо определить определить местоположение абонента ПО на территории обслуживания. При этом не требуется высокая точность определения местоположения подвижного объекта. Достаточно определить только микрозону в которой он находится. При входящей связи, т. е. от центрадьной станции к абоненту ПО, сигнал вызова может передаваться либо по специальным вызывным, либо по свободным каналам, на которые радиостанции ПО настраиваются автоматически. Местоположение определяется по уровню сигнала, поступающего от радиостанции ПО на ближайшую БС. которая и включается для ведения переговоров с абонентами ПО. При переезде в зону действия другой базовой станции радиостанция ПО автоматически переходит на канал новой базовой станции. При этом постоянно должен обеспечиваться контроль за радиостанцией подвижного объекта, для чего в процессе ведения разговора с абонентом ПО на базовой станции и далее в центральную станцию совместно с речью передаются контрольные сигналы.