Сотовые системы связи

Сотовые системы связи используются, в основном, для мобильной телефонии и передачи данных. В настоящее время этот вид связи получил очень большое распространение во всем мире, в том числе и в России. Любая сотовая система состоит из базовых многоканальных станций, каждая из которых имеет относительно небольшую зону обслуживания, обычно несколько километров. Эта зона, собственно и называется сотой. Базовые станции располагаются так, чтобы зоны обслуживания (соты) слегка перекрывали друг друга, обеспечивая абоненту постоянное соединение с базовой станцией, причем переключение с одной базовой станции на другую происходит автоматически, без потери связи. Для покрытия значительных площадей приходиться разворачивать большое количество базовых станций и соединять их специальными информационными каналами друг с другом и с центральным коммутатором системы, служащим для стыковки сотовой системы с телефонной сетью общего пользования. Учитывая, что все это оборудование стоит немалых денег, смысл сотовые системы имеют лишь в том случае, когда число абонентов измеряется тысячами и десятками тысяч, в противном случае система будет экономически убыточной.

С точки зрения применяемых методов связи сотовые системы бывают цифровыми (например, стандарт GSM) и аналоговыми (стандарты NMT и AMPS). Цифровые системы в настоящее время развиваются очень быстро, а аналоговые практически сходят со сцены как неперспективные, хотя на практике еще применяются. Однако их дни уже сочтены! Считается, что в ближайшие годы цифровые стандарты займут 85-90% рынка сотовых систем. Стоимость аппаратуры цифровых систем постоянно падает, вместе с этим падает стоимость траффика, что делает цифровые системы доступными все большему числу людей. В развитых странах сотовые телефоны доступны на сегодня всем соям общества, в нашей стране это будет достигнуто, повидимому, в течении ближайших трех-пяти лет.

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи. Было предложено разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами, или ячейками. Деление обслуживаемой территории на соты Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. При использовании первого способа интервал между зонами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для поддержания взаимных помех на допустимом уровне. Более приемлем второй способ разделения на зоны. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д. Радиоинтерфейс GSM. Мобильная станция связывается с базовой станцией через радиоканал. Радиоканал это двунаправленный путь радиопередачи. Каждый радиоканал имеет две различные радиочастоты: одну для приёма и одну для передачи (Downlink и uplink). Downlink (нисходящий канал) это путь передачи сигнала от базовой станции к мобильной, а uplink (восходящий канал) это путь передачи сигнала от мобильной станции к базовой. Базовая станция передаёт на одной частоте, в то время как мобильная станция передаёт на другой частоте. Таким образом, создаётся полноценное дуплексное (двунаправленное) соединение. Это позволяет производить одновременную передачу в обоих направлениях, что даёт возможность вести комфортный телефонный разговор. Различные частотные диапазоны используются для GSM, DCS 1800, PCS 1900 (только в Америке). Каждый оператор сотовой связи использует только разрешенные для него частоты из этих диапазонов. Для GSM частотные диапазоны: Uplink 890-915 МГц Downlink 935-960 МГц Для DCS 1800 частотные диапазоны: Uplink 1710-1785 МГц Downlink 1805-1880 МГц Для PCS 1900 (Американский стандарт) частотные диапазоны: Uplink 1850-1910 МГц Downlink 1930-1990 МГц Расстояние между одной восходящей частотой (uplink) и соответствующей ей нисходящей частотой называется дуплексным расстоянием. Оно различно для разных стандартов см. таблицу: Стандарт GSM DCS 1800 PCS 1900 Дуплексное расстояние 45 МГц 95 МГц 80 МГц Пара частот на uplink и downlink образуют радиоканал. Расстояние между соседними радиоканалами 200 кГц, независимо от стандарта. Такое разделение необходимо для уменьшения взаимного влияния каналов друг на друга.