Развитие сотовых сетей радиосвязи с подвижными объектами

Последнее десятилетие отмечено широким распространением цифровых стандартов в области сотовых сетей подвижной радиосвязи (ССПР). Вместе с тем этот период развития ССПР отличается большим разнообразием стандартов и технологий. Согласно установившейся традиции всю историю развития мобильных систем связи принято разделять на три этапа или поколения. К 1-му поколению относятся аналоговые стандарт

ы с частотной модуляцией в тракте передачи разговорного сигнала (NMT-450, NMT-900, AMPS и др.). В этих стандартах использовался многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA).

В стандартах 2-го поколения используются цифровые методы формирования, передачи и обработки сигналов (GSM, ADC (D-AMPS), JDC, CDMA-IS-95 и др.). Для многостанционного доступа здесь используется временное и кодовое разделение каналов (TDMA и CDMA).

Наконец, на смену 2-му приходит единый универсальный стандарт 3-го поколения, разработка которого будет завершена в первом десятилетии XXI века.

В настоящее время в сфере радиосвязи с подвижными объектами широко используются технологии, которые, согласно приведенной классификации, можно отнести к 1-му и 2-му поколениям. Наиболее успешно развиваются мобильные технологии, связанные со стандартом GSM.

Первую коммерческую сеть стандарта GSM развернули в Германии в 1992 г. Первоначально стандарт GSM был ориентирован на использование полосы частот 2х25 МГц в диапазонах 890 - 915 МГц и 935 - 960 МГц. Однако в 1990 г. в спецификации GSM введен пакет рекомендаций, определяющий принципы использования стандарта GSM в диапазоне частот 1800 МГц. В результате этого был создан стандарт DCS-1800.

Стандарт GSM был назван глобальным после того, как его версия для диапазона частот 1900 МГц была принята в США в качестве одного из стандартов персональной связи, получившего название PCS-1900.

По своим характеристикам стандарт PCS-1900 аналогичен стандарту DCS-1800.

Важнейшей характеристикой системы подвижной радиосвязи является ее емкость, т.е. максимальное число обслуживаемых абонентов. Способ организации системы связи и требуемые характеристики в значительной степени определяют емкость сети. В основном же емкость зависит от числа радиоканалов.

По принципам использования выделенного частотного ресурса системы подвижной связи могут быть отнесены к одному из следующих видов:

с закрепленными за абонентами каналами связи;

со свободным доступом абонентов к общему частотному ресурсу;

с пространственно-разнесенным повторным использованием частот (сотовые системы связи).

В профессиональных (частных) системах - PMR (Professional Mobile Radio или Private Mobile Radio) - часто применяется принцип фиксированного закрепления каналов связи за определенными абонентами. Достоинство такого закрепления - высокая оперативность установления связи.

Принцип свободного доступа абонентов к любому радиоканалу в выделенной полосе частот получил название "транкинг". Существует несколько способов реализации принципов транкинговой связи. В одном случае функция поиска свободного канала возлагается на абонентскую станцию (АС), которая осуществляет последовательный поиск незанятого канала во всем выделенном диапазоне частот. В другом случае анализ занятости каналов возлагается на подсистему управления PMR. При этом передача команд для закрепления свободного радиоканала за АС осуществляется по отдельному каналу управления.

С технической точки зрения современные транкинговые системы имеют много общего с сотовыми системами. Основная разница заключается скорее в их функциональном назначении. Транкинговые системы, как правило, предназначены для организации замкнутых производственных сетей, где основная доля графика (до 90%) приходится на внутренние связи. Площадь обслуживаемой территории может быть весьма велика. Сеть имеет радиально-зоновую конфигурацию. Ядром системы является базовая станция (БС), представляющая собой многоканальный интеллектуальный ретранслятор. Известны и разветвленные многозоновые системы, где одновременно функционирует несколько БС, связанных между собой цифровыми РРЛ.

В зависимости от типа городской застройки, класса оборудования АС, высоты установки антенны и рельефа местности одна БС может покрывать зоны от 10 до 80 км. В большинстве случаев связь аналоговая (стандарт SmarTrunk и др.), но в последнее время достаточно выражен переход к цифровой связи (стандарт TETRA и др.).

Достоинствами транкинговых сетей является быстрое установление соединений (около 0,3 с) и простота организации групповой связи, что особенно ценится в сетях спецсвязи.

Сотовая технология позволяет многократно использовать одни и те же частоты в пределах выделенного диапазона благодаря пространственному разнесению сот с совпадающими частотами. Она широко используется при проектировании ССПР всех стандартов.

Вместе с тем сотовые сети первых двух поколений уже не справляются с ростом числа абонентов.

Практика развития сетей GSM в тех странах, где этот стандарт был принят, показала, что лицензией на предоставление услуг подвижной связи обладают два-три оператора, между которыми распределена полоса частот 2х25 МГц. В большинстве случаев полосы частот 2х (7 - 8) МГц оказалось недостаточно для обслуживания реального количества абонентов.

Для увеличения емкости сетей используют различные способы.

Первый и самый простой - уменьшение размеров сот. Использование микросот или пикосот с радиусом 0,1 - 0,3 км не требует внедрения новых технологий, но это приводит к значительному увеличению числа базовых станций, усложняет управление сетью, требует строительства соединительных линий и т.д.

Второй способ связан с переходом к полускоростным речевым каналам, что ведет к некоторому снижению качества передачи разговорных сигналов.

Для повышения емкости ССПР можно использовать также более эффективные схемы повторного использования радиочастот, динамическое распределение радиоканалов и т.п. Однако перечисленные мероприятия не позволяют существенно изменить ситуацию.

Наблюдения показывают, что происходит не только количественный рост числа пользователей, но и значительное изменение потребностей пользователей в услугах связи. В настоящее время из-за длительного времени установления соединения и низкой скорости передачи (9,6 кбит/с) в сети GSM только 5% общего объема услуг приходится на передачу данных. Однако ситуация будет коренным образом меняться благодаря применению новых терминальных устройств и новых технологий. По расчетам специалистов, к 2005 г. более 2/3 всего мобильного графика составит передача данных.

Отмеченные трудности усугубляются большим количеством стандартов и их несовместимостью. Все это явилось предпосылкой для создания единого всемирного стандарта, т.е. для перехода к 3-му поколению мобильных систем.

Еще в конце 80-х годов Международный Союз Электросвязи (ITU-R) выступил с инициативой создания глобальной международной системы подвижной радиосвязи будущего FPLMTS. Для решения технических проблем была создана целевая группа, которая выработала требования к технологии радиосвязи для систем глобальной подвижной связи 3-го поколения под условным шифром IMT-2000.

 Скачать реферат