Можно сказать, что сотовая связь зародилась в 1940-е годы, детально разрабатывалась в 1960-х годах и начала активно продаваться на рынке в 1980-е годы.

Ее разработка была призвана преодолеть ограничения, накладываемые мобильной радиосвязью, а также улучшить общее качество связи. Однако никаких существенных изменений в базовой технологии не произошло, поскольку основой связи по-прежнему являлась передача радиосигналов в FM-диапазоне.  Сотовая архитектура явилась всего лишь изменением философии системы радиосвязи.

Основные принципиальные отличия построения сетей сотовой связи от радиосвязи

1. Низкая мощность передатчиков и небольшие зоны передачи сигналов

2. Повторное использование частот для повышения эффективности эксплуатации всего частотного диапазона

3. Разбиение области охвата на соты с целью повышения пропускной способности сети

3. Передача вызова и централизованное управление для обеспечения мобильной связи между различными сотами.

Антенны сотовой связи

Сотовая архитектура действительно увеличила пропускную способность мобильных телефонных систем, но не смогла решить ни одну из проблем, связанных с ограниченной пропускной способностью отдельно взятого аналогового канала радиосвязи. Чтобы иметь возможность повысить пропускную способность канала связи, мобильные системы быстро переходят от использования аналоговых каналов к применению цифровых каналов радиосвязи.  

Структура сотовой сети. Принцип сот

При конструировании своих сетей несколько десятков лет назад первые поставщики услуг сотовой связи впервые использовали принципиально иной подход к решению проблемы охвата большой территории, чем конструкторы старых систем мобильной телефонной связи.

Вместо применения одного мощного передатчика с поддержкой ограниченного количества каналов связи они разделили зону охвата связи на большое количество небольших областей, которые были названы сотами. Каждая из сот имеет размер всего несколько километров и оснащена собственным передатчиком небольшой мощности.

Частоты, используемые соседними сотами, отличаются друг от друга, что позволяет исключить интерференцию сигналов.  С уменьшением зоны охвата возникла теоретическая возможность использования одних и тех же частот в сотах, не имеющих общих границ. Это в свою очередь означает, что увеличивается количество каналов связи, которые могут одновременно использоваться для обслуживания абонентов сети.

Решение проблемы интерференции при построении сотовой сети

Существуют схемы повторного использования частот, рассчитанные на 4, 7 или 12 сот. Пример 12-сотовой схемы повторного использования частот позволяет проиллюстрировать важность этого момента.  Представьте себе ситуацию, когда в пределах каждой соты будут повторно использоваться сразу все частоты.

В таком случае, мы получим по 12 каналов связи в каждой соте вместо 12-ти каналов связи на всю зону охвата. Если, например каждая из сот будет иметь размер около 10 км, и их количество будет составлять 100, число каналов связи, доступных для абонентов в пределах, например, одного города, будет уже 1200 вместо 12.

Проблема интерференции не позволяет использовать одни и те же частоты для передачи сигналов внутри соседних сот. Одинаковые частоты повторно используются в сотах, не имеющих общих границ, что позволяет значительно повысить эффективную пропускную способность каналов связи.

Несмотря на такой подход, почти повсеместно емкость существующих систем сотовой связи либо насыщена, либо практически насыщена.  Создание дополнительной пропускной способности каналов связи явилось основной движущей силой перехода от аналоговых технологий к цифровым технологиям в сфере сотовой связи.

Антенны сотовой связи

Современные цифровые технологии позволяют повысить пропускную способность каналов связи внутри каждой соты от 3 до 8 раз. В центре всей системы находится определенное количество сот, покрывающих своей площадью всю зону обслуживания сети. Каждая из сот имеет базовую станцию с центральной антенной, которая использует традиционные технологии для коммуникации с мобильным абонентом сети.

Центры коммутации в структуре сотовой сети

Каждая базовая станция соединена специальным кабелем с центром мобильной коммутации (MSC, Mobile Switching Center), который иногда также носит название коммутаторного узла мобильных телефонов (MTSO, Mobile Telephone Switching Office).

Коммутаторный центр представляет собой «сердце» и «мозг» каждой сотовой телефонной системы. В этом центре происходит аутентификация пользователей, завершаются звонки, производятся передачи вызовов, а также фиксируется вся информация, необходимая для оплаты услуг связи. Этот же центр является также тем узлом, с помощью которого мобильная система связи осуществляет общение с внешним миром.

Из центра мобильной коммутации (MSC) проложена магистральная линия связи к узловой или оконечной телефонной станции поставщика услуг проводной телефонной связи, что позволяет мобильной системе связи иметь контакт с остальной частью мировых систем связи.

Этот контакт осуществляется через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (PSTN, Public Switched Telephony Network). Соединение с сетью системы сигнализации № 7 (SS7, Signaling System 7) позволяет решать прикладные задачи, имеющие отношение к таким проблемам, как роуминг между мобильными системами.

Размер соты ограничивается, прежде всего, мощностью сигнала, посылаемого передатчиком на антенну. Максимальный размер соты в случае использования сигнала частотой в 800 МГц составляет около 30 миль (48 км), для систем же, ведущих передачу на частоте 1800 МГц, максимум находится уже в пределах 6 миль (10 км).

Главный принцип построения сотовой сети: макросоты, микросоты и пикосоты

Соты, покрывающие большие площади, обычно называются макросотами (macrocell).  Поскольку качественная передача беспроводного радиосигнала возможна только если приемник и передатчик находятся в пределах видимости, антенны макросоты, как правило, устанавливают очень высоко, например, в горах или на крышах высотных зданий.

Макросоты могут быть разделены на микросоты (microcell) при необходимости обслуживания большого числа абонентов или улучшения пропускной способности каналов связи. Если микросоты создаются для обслуживания дополнительных абонентов, каждая из них должна иметь собственный контроллер, так называемую базовую станцию (base station).

Если же микросоты призваны повысить пропускную способность каналов связи, они, как правило, находятся под контролем общей базовой станции и используют частоты, предназначенные для этой базовой станции.

Очень маленькие соты носят название пикосот (picocell). Эти крошечные соты охватывают одно здание или даже только его часть. Их антенны зачастую имеют длину всего около нескольких дюймов, приближаясь по размеру к антеннам самих сотовых телефонов.  Пикосоты являются идеальным решением для областей с высокой плотностью информационных потоков, таких, например, как торговые центры или аэропорты.

Кроме этого, пикосоты могут применяться в офисных помещениях при необходимости заменить обычную телефонную связь ее мобильным беспроводным аналогом. В центре каждой соты располагается базовая станция. Базовая станция отвечает за прием и передачу радиосигналов, распределение каналов связи, соединение с центром мобильной коммутации (MSC) и инициирование передачи вызовов.

Оборудование для организации передачи и приема сигнала в сотовой сети

Оборудование, необходимое для осуществления указанных функций, как правило, состоит из одной или нескольких антенн, системы энергоснабжения, приемников и передатчиков (приемопередатчиков), контроллера и канала связи с центром мобильной коммутации. Оборудование базовой станции обычно размещается в небольшом здании или водонепроницаемом шкафу в основании антенной башни или стержня. Ниже приводится описание некоторого оборудования из этого списка.

Антенны сотовой связи

1. Передатчик сигнала в сотовой сети

Эта подсистема состоит в основном из модулятора и усилителя. Она получает сигнал из центра мобильной коммутации, модулирует с его помощью несущий сигнал заданной частоты и посылает полученный модулированный сигнал на антенну.

2. Приемник сигнала в сотовой сети

Эта подсистема состоит из радиоприемника и демодулятора. Она получает сигнал от мобильного телефона на заданной частоте и демодулирует этот сигнал для передачи по каналу связи базовой станции. Когда приемник, настроенный на определенный канал связи, не ведет активный прием сигнала, он занимается тем, что отслеживает интенсивность сигнала для подготовки к возможной передаче вызова.

3. Контроллер оборудования в сотовой сети

Данная подсистема является «мозгом» базовой станции. Она постоянно отслеживает состояние всего оборудования базовой станции, распределяя каналы для радиосвязи, прослушивая сообщения управляющих каналов связи и посылая по ним соответствующие сообщения, а также обмениваясь данными с центром мобильной коммутации (MSC). В число функций контроллера также входит конвертирование всех звонков в стандарт проводной телефонии 64 Кбит/с.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить