|
История создания
Предшественники современных систем сотовой связи — обычные системы мобильной радиосвязи. Они возникли сразу вскоре после эпохального изобретения радио в 1895 году и, несмотря на громоздкость аппаратуры, очень быстро стали использоваться сначала для связи с судами, а потом — и с другими подвижными объектами.
На первом этапе радиосвязь внедрялась в те области, где применение других видов связи было просто физически невозможным. Действительно, за всеми судами, бороздящими просторы мирового океана, телефонные кабели не протянешь, а на большой воде радиосвязь может оказаться спасительной в буквальном смысле слова. Но свойственная радио высокая оперативность оказалась востребована и большими городами — несмотря на наличие в мегаполисах почты, телеграфа и телефона. Так, например, уже в 1921 году в Детройте начала работать система диспетчерской радиосвязи с полицейскими машинами. Этот год может считаться началом эпохи развития сухопутных систем служебной радиосвязи.
Следующая примечательная дата — 1945 год, когда в другом городе США, Сент-Луисе, начала работать первая коммерческая система подвижной радиотелефонной связи. Все операции — от выбора свободного радиоканала до установления связи — выполнялись вручную, но по сути она использовалась абонентами для тех же целей, что и современная сотовая связь.
Аналогичные радиосистемы вскоре появились и в других странах, В СССР система мобильной радиотелефонной связи «Алтай» была разработана в конце 50-х — начале 60-х годов. Впоследствии сети «Алтай» охватили более пятидесяти крупных административных центров страны и обслуживали до 20 тысяч пользователей.
Но у систем подобного типа было два существенных недостатка, обусловленных самим принципом их работы. Дело в том, что все абонентские радиостанции связываются с одной общей стационарной станцией, расположенной в центре обслуживаемой территории, Такая организация их работы даже привела к появлению специального наименования — «радиально-зоновые». И вот именно здесь и возникают проблемы.
Первая связана с размерами рабочей зоны. По целому ряду причин в подобных системах приходится использовать радиоволны ультракоротковолнового диапазона. А они способны распространяться только в пределах прямой радиовидимости, не огибая Землю и окружающие объекты. Из-за этого дальность действия системы напрямую зависит от высоты подъема антенн базовой и мобильных станций над окружающей местностью. На практике установка антенн базовой станции на высоте 300 — 500 м обеспечивает дальность связи до 70 — 90 км, и этого достаточно для охвата даже больших городов. Однако при таких размахах нужны радиопередатчики большой мощности — что, во-первых, не очень хорошо с точки зрения экологии, а во-вторых, не позволяет сделать абонентское оборудование малогабаритным.
Но главная проблема — недостаток радиочастот. Этот ресурс невелик по чисто природным причинам, и поэтому никакие технические ухищрения не позволят выделить более чем несколько сотен радиоканалов. Другими словами, потенциально у таких систем весьма ограниченное число абонентов. Разработкой способов преодоления этих ограничений занимались инженеры разных стран, но детально методы решения проблемы и принципы работы соответствующих систем были впервые сформулированы сотрудниками исследовательского центра Bell Laboratories американской компании AT&T в специальном отчете, подготовленном в 1971 году.
Суть предложенной ими идеи такова:вся территория разбивается на ряд отдельных зон, которые называются сотами (англ. cell — ячейка, сота). Каждая такая сота обслуживается маломощным передатчиком с небольшим радиусом действия, работающим на фиксированной частоте. Миниатюрный размер соты позволяет без заметных помех использовать одну и ту же радиочастоту повторно в другой ячейке системы, территориально отделенной от первой несколькими сотами, в которых задействованы другие рабочие частоты. Таким образом, с помощью ограниченного числа радиоканалов связью охватывается территория любого размера.
Вообще, сама сотовая идея построения радиосистем появилась и стала использоваться еще в 40-е годы, Достаточно вспомнить первые телевизионные системы, которые с помощью всего 12 телевизионных каналов обеспечивали двух-трехпрограммное вещание на территориях целых стран, Широко используется сотовый принцип и в других системах связи (например, пейджинговых и транкинговых), но прижился в названии он только у современных радиотелефонных систем мобильной связи.
Принципы построения и работы систем сотовой связи
Несмотря на многообразие существующих стандартов сотовой связи и обилие особенностей их реализации, построение и алгоритмы работы таких систем во многом сходны.
Теоретически разделить территорию на одинаковые по форме зоны без перекрытия или пропусков можно путем использования трех правильных геометрических фигур: треугольника, квадрата и шестиугольника. В первом случае базовые станции должны располагаться на местности в шахматном порядке, а во втором — квадратно-гнездовым способом. Но наиболее экономное и эффективное покрытие достигается зонами в виде шестиугольников. А причина здесь простая: именно шестиугольник почти идеально описывает рабочую зону базовой станции, установленной в центре ячейки и имеющей антенну с круговой диаграммой направленности. В тех местах, где требуется одновременное обслуживание большого числа абонентов, используется метод расщепления сот — создание зон меньшего размера. В этом случае исходный шестиугольник делится на семь шестиугольников меньшего размера (пикосоты). При этом вся остальная структура сети не нарушается. Необходимо заметить, что геометрически правильная форма рабочих зон далеко не всегда достижима на практике. Дальность распространения радиоволн зависит от рельефа местности: холмов, оврагов, гор, больших зданий и т. п. Они искажают форму рабочих зон и вынуждают располагать базовые станции далеко не всегда в строгом геометрическом порядке.
Теперь о технических аспектах. Основные элементы сотовой системы: абонентское оборудование (мобильные радио-телефоны), сеть базовых станций, размещенных на обслуживаемой территории, и центр коммутации.
Каждая базовая станция — это многоканальное приемно-передающее устройство, которое обслуживает абонентов в пределах своей соты. По специальным линиям связи (проводным или радиорелейным) все базовые станции соединяются с центром коммутации.
Центр коммутации обеспечивает управление сетью и по сути является специализированной автоматической телефонной станцией. Он хранит в своей памяти данные всех абонентов сотовой сети, отвечает за проверку прав доступа абонентов и их аутентификацию (подтверждение подлинности), обрабатывает и хранит информацию. Также в его обязанности входит: слежение за сигналами мобильных телефонов, их эстафетная передача при перемещении телефона из соты в соту, коммутация каналов в сотах при появлении помех или неисправностей, а главное — установление соединения абонента сотовой сети в соответствии с набранным номером с другим абонентом или выход в городскую, междугородную и международную телефонную сеть. В некоторых вариантах построения систем все эти функции разделяются между центром коммутации и еще одним элементом оборудования — контроллерами базовых станций.
Упрощенно порядок работы элементов сотовой сети выглядит так. В каждой базовой станции есть специальный канал, называемый управляющим, и все сотовые телефоны прослушивают сигналы на этом канале в ожидании вызова. В том случае, если абонент желает позвонить, сразу после набора номера радиотелефон начинает автоматический поиск свободного канала. При его обнаружении он передает свои параметры и набранный номер через базовую станцию на коммутатор сотовой сети. После проверки параметров абонента центр коммутации осущес
|
На уровень вверх
Купить