Рис. 5.1 Построение сот в сотовой связи
Размер ячейки зависит от количества обслуживаемых абонентов, количества выделенных частот связи, технико-экономических возможностей и др. и, в общем случае, может составлять от нескольких десятков метров (пикосота), нескольких сот метров (микросота) до нескольких километров и десятков километров (макросота).
Соты группируются в кластеры. Кластером называется группа сот с различными наборами частот. На рис. 5.1 размерность кластера C (выделено серым фоном) равна трем. Все другие соты зоны обслуживания являются многократным повторением кластера. В существующих сотовых системах размерность кластера может быть от трех до пятнадцати.
5.1.2 Состав и функционирование сотовой системы связи
Состав сотовой системы во многом определяется стандартом, технологией работы, особенностями организации связи в регионе и т.п., но, независимо от перечисленных выше условий, обязательными составными элементами любой сотовой системы связи являются (рис. 5.2) [26]:
- центр коммутации (ЦК);
- базовая станция (БС);
- абонентские станции (АС) или (проще), мобильные телефоны абонентов.
Связь между абонентами осуществляется в соответствии с индивидуальным номером мобильного телефона. В отличие от телефонной сети общего пользования, в которой каждому номеру квартирного телефона соответствует своя пара проводов, в сотовой же системе связи номеру телефона соответствует, в общем случае, свой частотно-кодовый канал связи (ЧКК). Каналы ЧКК отличаются друг от друга, в зависимости от принятого в данной системе стандарта связи и технологии множественного доступа (о технологии множественного доступа чуть позже) параметрами: либо частотой, либо временным интервалом, либо кодом канала и пр.
Рис. 5.2 Состав сотовой системы
Сигналы вызова с мобильного телефона абонента, принимаются станцией БС, где преобразуются в цифровой код служебного сообщения, транслируемый далее по кабельным или радиорелейным линиям связи в центр коммутации.
Центр коммутации (ЦК) выполняет функции управления базовыми станциями и контроль работы всей сотовой системы. Здесь, после процедуры аутентификации и идентификации телефонов, назначаются каналы ЧКК абонентов в соответствии с их индивидуальными номерами. (В дальнейшем, назначенные центром каналы ЧКК абонентов, будем называть сигналами коммутации). Затем служебные сигналы коммутации направляются на станцию БС.
Примечание. Аутентификацией называется процедура проверки телефона на подлинность и законность. Проверка осуществляется путем сверки информации базы данных центра ЦК с информацией от мобильного телефона. База данных содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в системе, включая серийные номера мобильных телефонов, идентификационные коды ( PIN -коды) SIM -карт (Subscriber Identity Module – SIM) и др. А информация конкретного данного телефона определяется по служебным сигналам, которыми обменивается мобильный телефон и базовая станция (под управлением и контролем центра ЦК).
Процедура идентификации проводится на предмет выявления утерянных телефонов.
Базовая станция (БС) представляет собой приемопередающее устройство, которое, по служебным сигналам коммутации (с центра ЦК), осуществляет настройку своего приемопередающего устройства: устанавливает частоту, временной интервал или код и т.п. Кроме того, производится соответствующая настройка приемопередающих устройств мобильных телефонов, путем обмена управляющими сигналами.
В процессе ведения связи абонентами, высокочастотный сигнал мобильного телефона, принимаемый антенной станции БС, преобразуется в приемнике станции в цифровой сигнал речевого сообщения. Затем, этот сигнал поступает на передатчик станции БС, где преобразуется в высокочастотный сигнал, но уже другой частоты и излучается антенной.
Частота передатчика БС должна отличаться от частоты приемника. Это необходимо для исключения переходных помех между направлениями приема и передачи. Например, стандарт GSM-900 предусматривает работу передатчиков базовой станции в диапазоне частот 935 - 960 МГц, а работу приемников – 890 - 915 МГц. Разность между частотами передачи и приема постоянна и равна 45 МГц [23].
ЦК связан кабельными или радиорелейными линиями связи не только с базовыми станциями, но и с телефонной сетью общего пользования, а также с сетью спутниковой системы связи. Здесь имеются терминалы для ввода данных операторами, аппаратура отображения и документирования информации. В зависимости от зоны обслуживания сотовой системы, может быть несколько центров коммутации. В этом случае устанавливают главную центральную станцию.
Станция БС, в зависимости от расстояния до мобильного телефона, может осуществлять регулировку излучаемой мощности телефона. В составе БС имеется также специальный приемник, который периодически измеряет уровень сигнала мобильного телефона разговаривающего абонента и сравнивает его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то сообщение об этом передается по служебному каналу связи в центр ЦК. ЦК выдает команду об измерении уровня сигнала этого телефона ближайшими к нему станциями БС. После получения информации от базовых станций об уровне принимаемого сигнала, центр ЦК переключает мобильный телефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Такая технология эстафетной передачи канала (handover, или handoff) позволяет не только «сопровождать» абонента при перемещении его из одной соты в другую, но и определять местоположение абонента с точностью до размеров соты.
Определение местоположения возможно также по сигналам спутниковой системы навигации (GPS , GLONASS). С этой целью в некоторые модели мобильных телефонов встраиваются соответствующие приемники.