СТІЛЬНИКОВІ МЕРЕЖІ МОБІЛЬНОГО ЗВ'ЯЗКУ

Під мережами мобільного зв'язку загального користування (СМ-ОП) розуміється сукупність технічних засобів (радіоустаткування, комутаційне устаткування, СЛ і СП) для надання зв'язку рухомим абонентам між собою і з абонентами ТФОП. Мережі СМ-ОП є частиною мережі зв'язку країни і взаємодіють з ТФОП. При створенні і експлуатації цих мереж повинні використовуватися нормативно-технічні документи, що визначають загальні принципи організації, нумерації і сигналізації мереж зв'язку загального користування.

Почало розвитку СМ-ОП у всіх країнах світу поклали аналогові радіальні системи. Перша справжня система мобільного зв'язку була пущена в експлуатацію в р. Сан-Луіс (Міссурі, США) в 1946 м. Європа, що відновлюється після війни, одержала системи мобільного зв'язку декількома роками пізніше. Перші мобільні телефони експлуатувалися уручну (було потрібне втручання телефоніста, щоб з'єднати мобільного абонента з телефонною мережею загального користування). Радіотелефони були великими і дорогими. Обслуговувана територія обмежувалася зоною покриття одиночної радіостанції. Пропускна спроможність подібних систем була маленькою, швидко наступало насичення.

Подальший розвиток мереж СМ-ОП йде по двох напрямах — створення мереж з великими зонами обслуговування (радіальних систем) і мереж з малими зонами (територіальних систем), як правило із стільниковою структурою. Основна відмінність між ними в тому, що в радіальних системах використовується одноразове застосування частотних каналів в межах всього району обслуговування, а в територіальних —? багатократне застосування частотних каналів за рахунок повторення їх в несуміжних малих зонах, розташованих в межах району обслуговування.

У радіальних системах прагнуть до том\, чтоїи за допомогою центральної станції зони (ЦСЗ) охопити зв'язком можливо велику територію, на якій можуть переміщатися рухомі абоненти, закріплені за даною ЦСЗ. До недоліків цієї системи відносяться: значна потужність передавачів і, отже, необхідність спеціальних заходів для виключення впливу передавачів на приймачі абонентів і ЦСЗ; нерівномірність якості зв'язку усередині зони для абонентів, що знаходяться на ра'з'них видаленнях від ЦСЗ. Ці недоліки примушують дуже ретельно планувати виділення каналів в частотному діапазоні, причому повторне використання частот в межах мережі не практикується. Таким чином частотний діапазон використовується неефективно, число абонентів обмежене.

У територіальних системах обслуговувана територія розбивається на ділянки різної площі. Із зменшенням розмірів зон з'являється можливість зменшення потужності передавачів і чутливості приймачів. Це покращує електромагнітну сумісність абонентів між собою і з іншими системами, що використовують суміжні спектри частот, знижує вартість і габаритні розміри абонентських терміналів. Крім того, допускається повторення частот радіоканалів через 2-3 зони. СМ-ОП в даний час є доповненням ГТС, оскільки в порівнянні з числом абонентів стаціонарних мереж число їх абонентів невелике.

При побудові стільникових мереж мобільного зв'язку (ССМС) вся обслуговувана територія розбивається на зони круглої або правильної шестикутної форми, що нагадують стільники. Стільникова топологія дозволила багато разів збільшити місткість мереж : п відношенню до мереж радіальної структури без погіршення якості зв'язку і розширення виділеної смуги частот. Упроваджувати ССМС почали після того, як були знайдені способи визначення поточного місцеположення рухомих абонентів і забезпечення безперервності зв'язку при переміщенні абонента з однієї стільники в іншу. Концепція стільникового мобільного зв'язку розроблена лабораторією Бела і вивчалася в різних країнах світу протягом 70tx років. Перша система стільникового мобільного зв'язку побудована в 1979 р. в Чікаго. У вересні 1981 р. в Швеції була запущена в експлуатацію система NMT, розроблена фахівцями Скандінавських країн. Незабаром ця ж система була побудована і в Норвегії, Данії і Фінляндії.

Стільникові мережі мобільного зв'язку першого покоління використовували аналогові види модуляції для передачі мови і дискретних сигналів. Сьогодні відомі дев'ять основних стандартів аналогових ССМС. Один з них — NMT-450 використаний для створення ССМС на Україні. Найбільш масовими ССМС першого покоління стали мережі, виконані за стандартами AMPS (США), TACS (Великобританія) NMT-450/900 (Скандінавські країни), С-450 (ФРН) Radiocom-2000 (Франція) і HCMTS (Японія). Все ці системи аналогові і працюють на частотах 450 або 900 Мгц. Їх радіопокриття звичайне розповсюджується по всій країні, а пропускна спроможність дозволяє досягати місткості декількох сотень тисяч абонентів.

ССМС першого покоління забезпечують надання наступних послуг: встановлення з'єднань між рухомими абонентами, а також між рухомими абонентами з абонентами стаціонарних мереж зв'язку; збереження встановлених з'єднань між абонентами під час переходу абонентів з однієї стільники в іншу; збереження встановлених з'єднань між двома абонентами при виклику від третього абонента з подальшим поверненням на перерваний зв'язок, здійснення трибічних і групових переговорів (конференц-зв'язок); блокування вхідних і витікаючих з'єднань для деяких абонентів; забезпечення скритності розмови і конфіденційності передачі інформації на радіоканалі: здійснення ідентифікації абонентських терміналів, реєстрація часу встановлення і руйнування з'єднань з автоматичним нарахуванням вартості за надану послугу зв'язку.

Проте існуючі аналогові ССМС вже не задовольняють сучасним вимогам користувачів за якістю і кількості послуг із-за властивих їм недоліків, головними з яких є: несумісність різнотипних систем зв'язку; недостатня пропускна спроможність; низька якість зв'язку; неможливість забезпечення гарантованого засекречування передаваних мовних повідомлень; відсутність можливості інтеграції послуг різних видів зв'язку. У 80-х роках в Європі, Північній Америці і Японії приступили до інтенсивного вивчення принципів побудови перспективних цифрових ССМС і сьогодні вже розроблено декілька стандартів таких систем.

У Західній Європі створюються мережі на базі устаткування стандартів GSM і DCS-18OO, прийнятих Європейським інститутом стандартизації у області зв'язку, в США — на базі устаткування стандартів D-AMPS, E-AMPS, CDMA і PCS, в Японії — на основі стандарту 1DC, прийнятого міністерством пошти і зв'язку Японії.

Загальноєвропейський стандарт GSM — це перший в світі стандарт на цифрові ССМС, що передбачає їх створення в діапазоні 900 Мгц і що є складову частину стандарту DCS-1800 (діапазон 1800 Мгц), службовця основою длі реалізації концепції персонального зв'язку (PCN) в Європі. Розроблені в стандарті GSM системні і технічні рішення можуть використовуватися для всіх перспективних цифрових ССМС. Зараз число країн, що експлуатують мережі стандарту GSM, швидко наближається до 100. Мережа здатна обслужити багато мільйонів абонентів. Протягом 80-х — 90-х рр. дуже швидко розвивалися і самі радіотелефони.

У середині 80-х рр. з'явилися переносні радіотелефони, декілька кілограм, що важили, і що мали можливість декількох годин автономної роботи. Мобільні станції, розроблені в 1988 р., були ще недостатньо компактними, щоб поміститися в кишені. Найменші сучасні радіотелефони важать менше 400 г і поміщаються в кишені піджака або в дамській сумочці. Одночасно з розмірами зменшилася і ціна радіотелефонів.

Всі цифрові ССМС, не дивлячись на деякі відмінності за техніко-економічними показниками, побудовані на єдиних концепціях інтелектуальної мережі і моделі відкритих систем (OSI). Концепція побудови інтелектуальної мережі передбачає об'єднання ССМС, систем радіовиклику і персонального зв'язку за умови оперативного надання абонентам каналів св.зи і розвитку послуг. Модель OSI представляє процес передачі повідомлень як взаємодію окремих функціональних рівнів, кожний з яких узгоджується з обома суміжними рівнями, будучи незалежним від них.

Якщо перше покоління ССМС було орієнтовано, в основному, на забезпечення телефонного зв'язку одного рухомого абонента з іншим, а також з абонентами телефонної мережі загального користування, то ССМС другого покоління передбачають можливість взаємодії і з мережами з пакетною передачею даних. Цифрові ССМС забезпечують велику кількість ДВО.

Вся смуга частот, відведена для роботи системи стільникового зв'язку, розділяється на канали, що не закріплюються за тим або іншим абонентом, а що надаються їм на вимогу. За відсутності вільних каналів відбувається відмова в обслуговуванні. Розподіл частот по стільниках може бути або фіксованим, коли вся смуга частот ділиться на певне число груп равнодоступних каналів, виділених кожній соте; або динамічним, при якому будь-який канал на основі певної стратегії вибору може бути використаний в будь-якій соте. Використання ССМС з динамічним розподілом каналів вимагає оснащення ЦКСС високопродуктивної ЭУМ для вирішення завдань привласнення частот всім абонентам системи, що значно здорожує реалізацію ЦКСС. Тому в даний час на практиці частіше зустрічаються системи з фіксованим розподілом каналів.

Зв'язок мобільних абонентів з аналогічними або стаціонарними абонентами ТФОП здійснюється через базові станції і центри комутації стільникових мереж (рис. 2.27). Базові станції можуть встановлюється в центрі кожної стільники і мати антену з круговою діаграмою випромінювання або на стику двох-трьох сотів з використанням направлених антен для кожної стільники. У кожній соте для зв'язку з МА використовується свій набір радіоканалів, який може використовуватися повторно не раніше, чим через 2—3 стільники, щоб виключити взаємні впливи. Для перекриття будь-якої території достатньо семи багато разів використовуваних наборів радіоканалів.

Рис. 2.27. Стільникова мережа мобільного зв'язку

Сукупність поряд розташованих сотів, в яких всі частоти різні, утворює кластер. Кластери охоплюють всю територію міста, причому в однакових стільниках різних кластерів мобільні термінали (МТ) і БС працюють на одних і тих же частотах. У стільниковій мережі радіозв'язок здійснюється тільки між МТ і БС, розташованими в одній соте. При переміщенні МА в іншу стільнику, МТ автоматично змінює свою робочу частоту і з'єднується по радіоканалу з БС нової стільники. Всі БС сполучені дротяними лініями з ЦКСС, що забезпечує зв'язок між будь-якими абонентами ССМС, а також з'єднання їх з ТФОП. Таким чином базова станція здійснює сполучення між дротяною і радіо частинами мережі.

При використанні антен з круговою діаграмою спрямованості здійснюється передача сигналів однакової потужності на всі боки, що для МТ еквівалентно прийому перешкод зі всіх напрямів. Ефективним способом зниження рівня перешкод може бути використання секторних антен. У секторі направленої антени сигнал випромінюється в один бік, а рівень випромінювання в протилежному напрямі скорочується до мінімуму. Секторізация стільник дозволяє частіше повторно застосовувати частоти в стільниках при одночасному зниженні рівня перешкод.

Форма і розмір конкретного осередку визначаються діаграмою спрямованості антен і топографією зони обслуговування. У існуючих наземних стільникових мережах застосовуються осередки з радіусом від 0,5 до 50 км. У перспективних універсальних системах рухомого і фіксованого радіозв'язку розміри осередків можуть бути збільшені до декількох тисяч кілометрів за рахунок використання супутникового зв'язку. Такі стільники застосовуватимуться для заповнення простору між зонами наземного обслуговування, для обслуговування пікового навантаження і створення обхідних напрямів між окремими ССМС.

У ССМС організовуються різні види сотів: пікосоти радіусом декілька метрів, мікростільники (0,5...Зкм), маленькі стільники (2...6 км), великі і зонтичні стільники (5...20 км). У системі NMT-450 використовуються тільки маленькі і великі стільники, в перспективніших системах, наприклад NMT-450i, можуть бути організовані всі види стільників. Зонтичні стільники дозволяють управляти радіомережею за принципом "стільника всередині стільники" і використовуються в тих зонах маленьких сотів і мікросотів, де області упевненого радіоприйому місцями обмежені. Зонтична стільника охоплює одну або декілька маленьких сотів і мікростільник, а також проміжну територію (рис. 2.28). Побудова системи з використанням зонтичних сотів дозволяє досягти оптимального розподілу навантаження. Спочатку відбувається заповнення маленьких сотів і мікросотів з невикористаною пропускною спроможністю каналів, а потім зонтичних сотів.

Рис. 2.28. Типи стільників для міської території

Використання зонтичних стільників спрощує структуру мережі і підвищує її економічність. На першому етапі організації ССМС створюється мережа великих сотів, якій швидко покривається вся бажана площа обслуговування. З підвищенням навантаження усередині великих сотів будуються маленькі стільники. Старі великі стільники не ліквідовуються, а перепрограмуються і функціонують як зонтичні стільники.

На базовій станції можуть бути організовані канали зв'язку різних типів:

розмовні (РК) — ці канали можуть бути використані як для встановлення з'єднання, так і безпосередньо для телефонної розмови;

зухвалі (ВК) — використовуються для виклику МТ і вказівки номера мовного каналу, вибраного ЦКСС; у включеному стані МТ завжди налаштований на цей канал;

доступу (КД) — використовуються для виклику ЦКСС з боку МТ при витікаючому зв'язку; вільний канал доступу наголошується наявністю спеціальної ознаки сдободності;

комбіновані (КК) — використовуються в зоні обслуговування, де невигідно використовувати канал тільки як розмовне;

виділені канали даних (ВКД) — використовуються для вимірювання сили сигналу у напрямі прийому БС;

тестування навантаження (КТН) — використовується спільно з тестовою рухомою установкою для тестування всіх розмовних каналів.

Сигнальна інформація між ЦКСС і МТ передається по наявному в кожному розмовному каналі виділеному сигнальному каналу (ВСК) у вигляді окремих кадрів із швидкістю 1200 бод. Як передача мови, так і сигналізація реалізується на частотах, що модулюються по частоті каналу. Передача сигналізації між МТ і БС відбувається по методу модуляції швидким зрушенням частоти 1200 бод. При використанні цього методу передачі "одиниці" відповідає частота 1200 Гц, нуля — 1800 Гц, передача одного біта займає 0,83 мс, перехід від нуля до одиниці відбувається без зміни фази сигналу.

При функціонуванні стільникових мереж мобільного зв'язку виникає два нові поняття: ськіп і роумінг. Ськіп (естафетна передача) — це перемикання виклику в русі, тобто ськіп — це процес-заміни розмовного каналу, непридатного або пошкодженого з погляду передачі сигналів між МТ «v БС. Ськіп виконується відразу, як тільки система знаходить придатний вільний канал. Якщо такого каналу немає, ЦКСС ставить МТ в ськіповую чергу.

Під час сеансу зв'язку ЦКСС постійно контролює якість передачі, для чого БС посилає в МТ сигнал частотою 4 кГц, одержує його назад, вимірює рівень сигналу і повідомляє результат ЦКСС. При виході МТ із зони дії БС або тривалих завмираннях сигналу у використовуваному РК (РК1) наголошується істотне пониження рівня. Тоді ЦКСС передає все на суміжні БС вказівку зміряти рівень в даному РК1. Для цього на кожній БС є спеціальний приймач, що настроюється на будь-якій РК. Оцінюючи дані від різних БС, ЦКСС вибирає БС з максимальним рівнем радіосигналу (БС2) і знаходить на ній вільний РК (РК2). Далі ЦКСС посилає БС2 вказівку активізувати РК2, а до МТ як і раніше РК1 — вказівка перейти на РК2. Потім ЦКСС запрошує і одержує по РК2 (через БС2) ідентифікацію МТ, після чого перемикає з'єднання через БС2 і РК2, а РК1 на БС1 звільняє.

Роумінг — це визначення місцеположення рухомого терміналу в межах ССМС. При переході від однієї зони обслуговування до іншої запит на роумінг від МТ на ЦКСС здійснюється автоматично. ССМС може охоплювати декілька територій, кожна з яких обслуговується своїм ЦКСС. Оскільки абонент пересувається в межах мережі довільно, необхідно точно знати його місцеположення, щоб мати інформацію для напряму до нього виклику. Всі виклики, що поступають до абонента, передаються на ЦКСС, на якому офіційно зареєстрований цей абонент, де і відбувається їх подальша обробка. Цей же ЦКСС містить дані про послуги, що надаються "своїм" абонентам. Вся решта ЦКСС є для абонента "відвідуваними", тобто всі абоненти як би підрозділяються на "своїх" і "візитних". Розрізняють два типу роумінга: в межах одного ЦКСС і між двома ЦКСС.

Роумінг в межах одного ЦКСС. При пересуванні МА по території, що обслуговується одним ЦКСС (за відсутності виклику), МТ одержує від ЦКСС кадр, що визначає зону обслуговування, в якій він знаходиться. При переїзді МА в іншу зону обслуговування його МТ, прослуховуючи ВК, визначає, що код цієї зони не співпадає з кодом своєї зони, що міститься в його власному номері. Роумінг виконується тільки у випадку, якщо відбулася зміна відомостей про зону обслуговування, підтверджена двома подальшими кадрами, тобто два сусідні кадри містять різні відомості, але наступні кадри підтверджують цю зміну. У разі наявності вхідного виклику до МА, ЦКСС не здійснюватиме роумінг навіть при зміні зони обслуговування, роумінг в цьому випадку буде вироблений тільки після закінчення телефонної розмови.

Роумінг між двома ЦКСС. Коли МА потрапляє в зону обслуговування "чужого" ЦКСС, МТ, визначивши це по вмісту одержаного кадру, автоматично отиськулаєт вільний РК і посилає на чужий ЦКСС кадр із запитом оновлення даних. Одержавши запит, ЦКСС по цьому ж РК вимагає ідентифікації МТ. Використовуючи її, ЦКСС зв'язується з опорним для даного МТ ЦКСС, інформує його про перерахований на свою зону обслуговування номер МТ, а також запрошує, одержує і запам'ятовує всі необхідні дані про цей МТ. Після цього МТ прийнятий на обслуговування і ЦКСС повідомляє його про завершення процедури роу-мінга, тобто оновлення даних, звільняє РК, а МТ переходить на ВК в новій зоні.

ЦКСС здійснює управління і контроль за роботою всіх БС і МТ. У пам'яті ЦКСС зберігаються як постійні, так і такі, що змінюються дані про рухомі об'єкти і стан мережі в цілому. ЦКСС виконує також функції: встановлення з'єднань між МТ; контроль за якістю зв'язку; перемикання МТ на новий радіоканал при переміщенні в зону обслуговування іншої БС (ськіп або естафетна передача); пошук МТ на обслуговуваній території (роумінг); тарифікація і діагностика стану системи. В даний час відсутні вітчизняні центри комутації стільникових мереж, тому при побудові ССМС України використовується устаткування, вже розроблене і апробоване європейськими країнами. Електронні АТС типу DX 200 МТХ, вироблювані фірмою Нокиа, використовуються як ЦКСС в багатьох зарубіжних країнах. Така ж станція працює як ЦКСС і в Києві, а в Одесі і інших регіональних центрах — використовуються ЦКСС типу HD МТХ. Функції ЦКСС можуть виконувати і цифрові системи типу EWSD і 5ESS.

ЦКСС типу ДХ 200 МТХ — це повністю цифрова система комутації з розподіленим програмним управлінням, призначена для роботи на ССМС як в смузі частот 450 Мгц, так і 900 Мгц і розроблена на основі звичайної телефонної станції ДХ 200. Основною відмінністю ЦКСС типу DX 200 МТХ від звичайної АТС типу DX є мобільність абонентів МТХ, тобто "абонентська сторона" має структуру радіомережі. У програмне забезпечення станції введені додаткові програмні модулі для управління модемами, обробки інформації за визначенням місцеположення МТ, стеження за якістю передачі і безперервністю зв'язку з рухомими абонентами. Основні технічні дані системи ДХ 200 МТХ: максимальна кількість абонентів, що включаються, — 60 000, каналів зв'язку з БС — до 2160; максимальна пропускна спроможність — 100 000 викликів в ЧНН або 2500 Эрл; можливо застосування як багаточастотних систем сигналізації, так і ОКС №7; максимальна місткість базових, що включаються, станції — 1024.

З урахуванням географічного розташування в Україні доцільно упроваджувати європейські стандарти побудови ССМС. Устаткування системи, виконане за загальноєвропейським цифровим стандартом GSM відповідає найсучаснішим вимогам, цей стандарт прийнятий багатьма країнами світу. Проте у зв'язку з тим, що стан мереж зв'язку загального користування і обмеження, що є в даний час, по використанню необхідного частотного ресурсу декілька обмежують створення державної мережі на основі стандарту GSM, виконано будівництво національної мережі на базі устаткування стандарту NMT-450i, яка забезпечує сумісність цієї мережі з Північним регіоном Європи, а також поряд інших країн (Угорщина, Югославія, Франція). Після звільнення діапазону 900 мГц почалося впровадження систем GSM-900, що працюють вже у всій Європі. Таким чином, забезпечується повна сумісність української стільникової мережі мобільного зв'язку з мережею Європи.

Створення ССМС України здійснюється таким чином.

На першому етапі — створення загальнодержавної аналогової мережі NMT-450i з повним набором, послуг (зокрема національний і міжнародний роумінг) з одночасним створенням фрагментів цифрової мережі GSM при можливих обмеженнях по набору послуг. На другому етапі — створення загальнодержавної цифрової мережі GSM з повним набором послуг. Взаємодія між абонентами мереж GSM і NMT може здійснюватися через ТФОП або по каналах, що безпосередньо сполучають комутаційне устаткування цих мереж.

У Україні мережа зв'язку з рухомими об'єктами стандарту NMT-450i побудована фірмою UMC за регіональним принципом (рис.2.29). Як регіони визначені сім адміністративно-територіальних утворень з народногосподарськими зв'язками, що склалися. У регіональних центрах встановлені ЦКСС, а по території регіону розподілені базові станції. БС по некомутованих каналах первинної мережі пов'язані з ЦКСС, які в свою чергу зв'язані між собою за допомогою орендованих каналів магістральної первинної мережі. Кожен ЦКСС включений в АМТС того обласного центру, в якому він розташований.

Рис. 2.29. Стільникова мережа мобільного зв'язку на Україні

ЦКСС знаходяться: у Києві (коди 240, 242), Харкові (243), Сімферополі (244), Дніпропетровську (245), Одесі (246), Львові (247), Донецьку (248). Нумерація рухомих абонентів повинна виконуватися відповідно до вимог рекомендацій Е.212 і Е.213 МККТТ, задовольняючи одночасно вимогам міжнародної нумерації мереж стандартів GSM і NMT-450. У Україні мережа мобільного зв'язку стандарту NMT-450i включена в мережу ТФОП на правах окремої зони нумерації, для неї виділений код зони 050. Таким чином номери рухомих абонентів існуючої мережі стандарту NMT-450i мають вигляд: 050 — тризначний код ЦКСС — чотиризначний номер абонента в межах зони обслуговування цього ЦКСС. Наприклад, 050 240 00 94.

Для створення ССМС, що повністю відповідають стандартам GSM, на ТФОП повинна бути організована мережа сигналізації по ОКС з використанням СС №7. Мережа СС №7 в першу чергу організовується на міжнародній мережі. Тому підключення ССМС до АМТС прискорює організацію національного і міжнародного роумінга. Мережа NMT-450i з повним набором послуг може бути побудована з використанням не тільки СС №7, але і СС R2.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
КОМУТАЦІЙНІ ВУЗЛИ ТЕЛЕФОННОГО ЗВ'ЯЗКУ	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.