Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 Радиотехника, электроника и телекоммуникации. Алматы 2013
Лекция 3. Сотовые сети беспроводной связи
жүктеу/скачать 120,45 Kb.
|
технология беспроводной связи
| Лекция 3. Сотовые сети беспроводной связи
Цель работы: изучение сотовых систем связи и систем беспроводного доступа, ознакомление с составом мобильных и базовых станций. С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование. В середине 40-х годов исследовательский цент Bell Labs американской компании АТ&Т предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки – соты (cell – ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте). Но прошло 30 лет прежде, чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Всю обслуживаемую территорию можно разделить на соты двумя способами: 1) основанном на измерении статистических характеристик основанном распространения сигналов в система связи; 2) на измерении или расчете параметров распространения сигналов для конкретного района. При реализации первого способа всю обслуживаемую территорию делят на одинаковые по форме соты, а затем с помощью законов статистической радиофизики определяют их размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия взаимного влияния. Для оптимального (т.е. без перекрытия или пропусков) разделение территории на соты могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящим является шестиугольник, так как если антенну с круговой диаграммой направленности установить в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всей соте. При использовании первого способа интервал между сотами, в которых используются одинаковые рабочие каналы, обычно получается больше требуемого для обеспечения допустимого уровня взаимных помех. Более приемлем второй способ разделения на зоны обслуживания. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры систем для минимального количества базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов на всей территории, определяют оптимальное место расположения базовых станций с учетом рельефа местности, возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т.д. Принцип построения цифровых ССПС позволили применить при организации сотовых сетей новые более эффективные модели повторного использования частот, чем в аналоговых сетях. В результате без увеличения общей полосы частот системы связи значительно возросло число каналов на соту. Группа сот с различным набором частот называется кластером. Определяющим параметром кластера является размерность – количество используемых в соседних сотах частот. Размерность кластера равна семи (см. рисунок 1). Базовые станции, на которых допускается повторное использование выделенного набора частот, удалены друг от друга на расстояние D, называемое защитным интервалом. Смежные базовые станции, использующие различные частотные каналы, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы Fk каждый, то общая ширина полосы Fc , занимаемая данной системой сотовой связи составит: Fc = Fk ×m×C, . Таким образом, величина С определяет минимальное возможное количество каналов систем, и поэтому ее называют частотным параметром системы или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от количества используемых каналов и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки. Таким образом, при использовании сот меньших размеров можно увеличить повторяемость частот. Наилучшее соотношение между С и D обеспечивается в шестиугольной соте. Размер соты R определяет защитный интервал D между сотами, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Значение D зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. Размер R определяется также количеством абонентов N, способных вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение этого размера позволит не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчика и чувствительность приемников БС и ПС. Параметр q= называется коэффициентом уменьшения соканальных помех или коэффициентом соканального повторения. R – размет соты; D – защитный интервал. Рисунок 1– Модель повторного использования частот для семи сот Эффективным способом снижения уровня соканальных помех, то есть помех по совпадающим частотным каналам, может быть использование секторных антенн. В секторе направленной антенны сигнал излучается в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Секторизация сот позволяет более часто применять частоты в сотах при одновременном снижения помех. Следующий шаг развития сотовых систем подвижной связи после введения цифровой технологии – переход к микросотовой структуре сетей. При радиусе сот несколько сотен метров их емкость может быть увеличена в 5-10 раз по сравнению с макросотами. Кроме того, возможно применение абонентских радиостанций существующих стандартов цифровых ССПС наряду с портативными маломощными абонентскими радиостанциями, служащими основой для создания систем персональной связи (PCS). Микросотовая структура СПС органически сочетается с макросотами. Микросоты строятся на основе БС небольшой мощности, обслуживающих участки улиц, помещения в зданиях. Микросотовая структура может рассматриваться как развитие оборудования макросотовой БС, с управлением одним контроллером и взаимным соединением при помощи линий со скоростью передачи 64 кбит/с. Микросоты берут на себя нагрузку от медленно перемещающихся абонентов, например, пешеходов и неподвижных автомобилей. Принципы построения создаваемых микросотовых сетей подвижной связи отличаются от существующих для макросотовых сетей. К таким отличиям относится отсутствие частотного планирования и «эстафетная передача» (handover). Первое отличие связано с тем, что в условиях микросот трудно спрогнозировать условия распространения радиоволн и дать оценку уровня соканальных помех. Поэтому практически невозможно применить принципы частотного планирования в микросотах. Фиксированное распределение каналов приводит к низкой эффективности использования спектра частот. По данным причинам в микросотовых сетях связи действует процедура автоматического адаптивного распределения каналов (АРК) связи, реализованная в европейском стандарте DECT на цифровые системы беспроводных телефонов общего пользования. Что касается второго отличия, то в микросотовых сетях в процессе обычного телефонного соединения число переключений между БС возрастает, и для обеспечения непрерывности связи необходимы новые быстродействующие алгоритмы переключения (handover). В существующих цифровых ССПС применяют алгоритмы принудительного переключения, относящиеся к классу распределенных алгоритмов, которые работают значительно быстрее, чем централизованные алгоритмы аналоговых ССПС. В микросотовой структуре нет необходимости загружать сеть измерением уровня радиосигнала для принятия решения о переключении. Функции измерения переданы подвижной станции, которая передает его результаты на БС. ЦК подвижной связи не задействуется до тех пор, пока не будет выполнено фактическое переключение. Впервые микросотовая структура сетей связи была реализована в системах беспроводных телефонов. Микросотовая структура используется при реализации сетей в рамках концепции персональной связи (PCN), которые в Европе создаются на основе стандарта DCS-1800, предусматривающем соответствие радиоинтерфейса стандарту GSM. В структуру сетей вводятся пикосоты с радиусом действия 10-60 м, предназначенные для обслуживания абонентов в городских районах с большой плотностью населения и в закрытых зонах (подземные гаражи, вокзалы и т. д.). Применение пикосот – еще один шаг к повышению емкости ССПС. Системы сотовой связи строятся в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих обслуживаемую территорию. В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей ячейки. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой. Все БС соединены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. С центра коммутации имеется выход на ТФОП. Упрощенная схема состава сети сотовой подвижной связи приведена на рисунке 2. Рисунок 2 - Состав сети сотовой подвижной связи Система сотовой связи может включать более одного ЦК, что может быть обусловлено эволюцией развития сети или ограниченностью емкости коммутационной системы. Один из нескольких ЦК условно можно назвать головным, шлюзовым или транзитным. В простейшем случае система содержит один ЦК, при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию, с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если система обслуживает большую территорию, то она может содержать два и более ЦК, из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с территориями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы – роуминг. Если система граничит с другой ССС, то при перемещении абонента из одной системы в другую имеет место межсистемная передача обслуживания. В состав подвижной станции (ПС) входят: блок управления; приемопередающий блок; антенный блок. Контроллер БС (компьютер) обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов. Для обеспечения надежности многие узлы и блоки БС резервируются (дублируются), в состав станции включаются автономные источники бесперебойного питания (аккумуляторы). Центр коммутации – это автоматическая телефонная станция ССС, обеспечивающая все функции управления сетью. ЦК осуществляет постоянное слежение за ПС, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении ПС из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. На ЦК замыкаются потоки информации со всех БС, и через него осуществляется выход на другие сети связи – станционную телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав ЦК входит несколько процессоров (контроллеров). жүктеу/скачать 120,45 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|