Алгоритмы функционирования систем сотовой связи

На рис. 1.6 показаны основные элементы сотовой системы. Практически в центре каждой ячейки находится базовая станция. Базовая станция состоит из антенны, контроллера и нескольких трансиверов, которые служат для связи в каналах, выделенных этой ячейке. Контроллер используется для обработки соединений мобильного устройства с остальной сетью. В любой момент в пределах ячейки могут быть активными и перемещаться несколько пользователей мобильной связи, сообщающихся с базовой станцией. Каждая базовая станция подсоединена к коммутатору мобильных телекоммуникаций (mobile telecommunications switching office — MTSO), причем один коммутатop MTSO может обслуживать несколько базовых станций. Коммутатор MTSO устанавливает соединение между мобильными устройствами. Кроме того, MTSO соединен также с общественной телефонной или телекоммуникационной сетью и может соединять стационарных абонентов с сетью общего пользования и мобильных абонентов с сотовой сетью. Коммутатор MTSO выделяет для каждого соединения голосовой канал, выполняет переключения и контролирует звонки для передачи информации о счетах.

Рисунок 1.6 - Общий вид сотовой системы

• Инициализация мобильного устройства. Включенное мобильное устройство проводит сканирование и выбирает самый сильный настроечный канал управления, используемый данной системой (см. рис. 1.7, а). Ячейки с различными полосами частот периодически транслируют сигналы в различных настроечных каналах. Приемник мобильного устройства выбирает самый сильный настроечный канал и начинает его прослушивать. В результате этой процедуры мобильное устройство автоматически выбирает антенну базовой станции той ячейки, в пределах которой оно будет действовать. Затем выполняется квитирование между мобильным устройством и коммутатором MTSO, контролирующим данную ячейку, что тоже осуществляется через базовую станцию этой ячейки. Квитирование используется для опознания пользователя и для регистрации его местоположения.

а) поиск сильнейшего сигнала б) запрос на соединение

в) передача сигнала г) вызов принят

д) исходящий вызов е) переключение

Рисунок 1.7 - Пример мобильного сотового соединения

Все время, пока включено мобильное устройство, эта процедура сканирования периодически повторяется, что позволяет следить за движением устройства. Если устройство входит в новую ячейку, выбирается новая базовая станция.

• Звонок с мобильного устройства. Звонок с мобильного устройства начинается с отправки номера вызываемого устройства по предварительно выбранному каналу (рис. 1.7, б). Приемник мобильного устройства сначала проверяет, свободен ли настроечный канал, анализируя информацию в прямом (от базовой станции) канале. Когда обнаруживается, что канал свободен, мобильное устройство может начинать передачу в соответствующем обратном (к базовой станции) канале. Базовая станция в свою очередь отправляет запрос на коммутатор MTSO.

• Избирательный вызов. Далее коммутатор MTSO пытается установить связь с вызываемым устройством. Коммутатор отправляет адресное сообщение определенной базовой станции, в зависимости от номера вызывающего мобильного устройства (рис. 1.7, в). Каждая базовая станция передает сигналы избирательного вызова в собственном выделенном настроечном канале.

• Принятие вызова. Вызываемое мобильное устройство распознает свой номер в настроечном канале, за которым следит в настоящий момент, и отвечает данной базовой станции. Базовая станция отправляет ответ на коммутатор MTSO, который устанавливает канал связи между вызывающей и вызываемой базовыми станциями. В то же самое время коммутатор MTSO выбирает подходящий канал информационного обмена внутри ячейки каждой базовой станции и уведомляет каждую базовую станцию, которые в свою очередь уведомляют свои мобильные устройства (рис. 1.7, г). Оба мобильных устройства настраиваются на выделенные им каналы.

• Текущий вызов. Пока поддерживается соединение, два мобильных устройства обмениваются голосовыми сигналами или данными, проходящими через соответствующие базовые станции и коммутатор MTSO (рис. 1.7, д).

• Переключение. Если мобильное устройство во время соединения выходит за пределы одной ячейки и входит в зону действия другой, то старый информационный канал следует заменить каналом, выделенным новой базовой станции в новой ячейке (рис. 1.7, е). Система осуществляет это изменение, не прерывая звонка и не беспокоя пользователя.

Система также выполняет некоторые другие функции, такие как:

• Блокирование вызова. Если при звонке с мобильного устройства все информационные каналы, выделенные ближайшей базовой станции, заняты, то мобильное устройство предпринимает предварительно заданное количество последовательных попыток установления связи. После определенного количества неудачных попыток пользователю возвращается сигнал "занято".

• Завершение вызова. Когда один или оба пользователя вешают трубку, об этом узнает коммутатор MTSO и освобождает информационные каналы обеих базовых станций.

• Потеря вызова. Если в определенный период соединения из-за интерференции или слабого сигнала базовая станция не может поддерживать минимально требуемую интенсивность сигнала, то информационный канал связи с пользователем прерывается, о чем уведомляется коммутатор MTSO.

• Звонки стационарным и удаленным мобильным абонентам/от стационарных и удаленных мобильных абонентов.

Частотно-территориальное планирование сетей сотовой связи

Основным этапом проектирования сетей подвижной радиосвязи и абонентского доступа является этап частотно-территориального планирования, входе которого выбираются структура (конфигурация) сети, места размещения базовых станций, оцениваются вопросы частотного лицензирования, рассчитывается возможность обеспечения охвата (покрытия) требуемой зоны обслуживания с заданным качеством связи, разрабатывается частотный план распределения радиоканалов для базовых станций, выполняется адаптация планов к условиям территориальных и частотных ограничений проектируемой зоны обслуживания, проверяются обеспечение внешней электромагнитной совместимости планируемой системы с РЭС других систем и возможность обеспечения требуемой емкости сети для обслуживания абонентской нагрузки с заданной интенсивностью потерь (отказов в обслуживании) и т. д.

Основными целями частотно территориального планирования являются:

1. Обеспечение охвата (покрытия) требуемой зоны обслуживания с требуемым качеством связи

2. Обеспечение емкости для обслуживания абонентской нагрузки с допустимым уровнем блокирования вызова

3. Минимизация стоимости инфраструктуры сети

Обобщённая методика поэтапного планирования сетей мобильной связи состоит из трёх этапов:

1. Обеспечение покрытия (заданной территории с учётом неоднородных условий распространения радиоволн).

2. Обеспечение обслуживания (с заданным качеством на заданной территории с учётом неоднородного пространственного распределения трафика).

3. Обеспечение электромагнитной совместимости (всех базовых станций, АС, внешних РЭС с учётом их размещения, характеристик направленности антенн, а также частотно-энергетических параметров сигналов и помех).

Инструменты системы планирования должны обеспечивать построение зон обслуживания и зон покрытия как с учетом значений уровня поля внутри зо­ны, так и без него. В последнем случае строится только граница зо­ны, в которой поле сигнала передатчика базовой станции превышает заданный уровень.

План размещения базовой станции сети и их параметры (мощность передат­чика, потери в антенном фидере, диаграмма направленности антенны, высота ее установки и ориентация) являются исходными для расчета и вводятся пользователем. План размещения базовой станции сети и результаты рас­четов зон обслуживания и зон покрытия отображаются на карте. Уровни поля в зонах отобража­ются цветом.

Для расчета основных потерь при распространении радиоволн должен учитываться рельеф местности, план жилой застройки, нали­чие водоемов и лесных массивов.

Система должна быть ориентирована на обязательное исполь­зование моделей распространения радиоволн, описанных в рекомен­дациях.

Обобщенная функциональная схема системы частотно-территориального планирования представлена на рис. 4 и содержит три каталога:

1 Системный каталог, который содержит приложения ГИС, гис темные библиотеки и файлы проектов.

2 Каталог электронной карты местности текущего проекта, иь иочающий следующие таблицы:

• линии уровня;

• кварталы жилой застройки;

• дороги (в расчетах не используется);

• водоемы;

• лесные массивы.

Рисунок 4. Обобщенная функциональная схема системы частотно-территориального планирования

3 Каталог текущего проекта, содержащий таблицы исходных данных, и результаты расчетов по частотно-территориальному плану текущего проекта.

Для расчета потерь распространения система должна исполь­зовать следующие географические данные:

• изолинии высоты рельефа местности над уровнем моря;

• кварталы застройки;

• водные объекты (моря, озера, реки);

• лесные массивы.

Зоны обслуживания рассчитываются для нескольких типов абонентских радиостанций, отличающихся уровнем эквивалентной изотропно излучаемой мощности.

Зоны покрытия строятся с учетом диаграммы направленности передающей антенны базовой станции при заданной мощности на выходе передат­чика с учетом потерь в комбайнере и в антенно-фидерном тракте. При формировании таблицы исходных данных для планиро­вания производится выбор антенны для каждой базовой станции и задается мощ­ность ее передатчика.

Описания ДН антенн хранятся в файлах текстового формата. Для формирования таких файлов и построения графиков диаграмм можно использовать электронные таблицы «Excel».

Варианты расположения антенно-фидерной системы базовой станции

Несмотря на все разнообразие конкретных схем АФУ, они обязательно содержат одинаковые элементы, выполняющие определенные функции. В качестве примера на рис.3.1 показана одна из возможных структурных схем антенной системы базовой станции мобильной связи с указанием всех типичных АФУ.

Рисунок 3.1

1. Базовая станция

2. Направленная панельная антенна

3. Всенаправленная антенна

4. Делитель мощности

5. Грозоразрядник

6. Заземлитель

7. Главный фидер

8. Кабельная вставка

9. Коаксиальный разъем

Дата добавления: 2015-08-27