Радиальные системы. Сравнение БЗО и МЗО. Достоинства и недостатки

Системы с большой зоной обслуживания основаны на использовании одной центральной радиостанции, обслуживающей зону большого радиуса (от 50 до 100 км). Мощность передатчика этой станции выбирается в зависимости от заданной напряженности поля на границах обслуживаемой территории и заключена в пределах от 100 до 250 Вт, а антенна располагается в наиболее высокой точке зоны обслуживания. Широкому внедрению таких систем препятствует ряд присущих им недостатков, прежде всего невозможность существенного увеличения количества обслуживаемых абонентов.

Также, для систем БЗО необходимо:

- исключать влияние мощных передатчиков на приемники центральных станций, так как на центральных станциях (УКВ-диапазон) они используются совместно;

- исключать влияние мощных передатчиков центральных станций соседних зон на работу центральной станции данной зоны;

- контролировать качество связи внутри каждой зоны для подвижных абонентов, находящихся на различных удалениях от центральной станции данной зоны;

- тщательно планировать частотную обстановку в выделенном диапазоне;

- обеспечивать равнодоступность каналов связи со стороны подвижных объектов.

Тем более, увеличение числа каналов на ограниченной территории обслуживания вызывает необходимость соответствующего увеличения числа центральных станций (ЦС), работающих с достаточно большой мощностью. Это обстоятельство при наличии круговой диаграммы направленности антенны ЦС приводит к возможности возникновения взаимных помех для большинства радиостанций ПА, находящихся в зоне обслуживания. Кроме того, значительному увеличению числа каналов препятствует ограниченность выделяемого спектра радиочастот и невозможность повторного использования каналов в близлежащих районах из-за большой мощности передатчика.

Другие недостатки связаны с многолучевостью распространения радиоволн при работе в городских условиях с плотной застройкой и наличием радиозатененных зон, что может вызвать значительные искажения сигналов и даже их пропадание на дальностях, близких к предельным. Отметим также возможность возникновения интермодуляционных помех из-за достаточно плотного расположения каналов.

В связи с перечисленными причинами возникла необходимость интенсивных поисков и исследований в области разработки систем с большой эффективностью использования выделенного спектра и высокой пропускной способностью, которые были бы в состоянии обслуживать большое количество абонентов. Эти исследования начались на рубеже 60-70-х годов и привели к созданию территориальных систем с малыми зонами обслуживания, получивших название сотовых систем радиосвязи с подвижными объектами.

Сотовые системы подвижной радиосвязи имеют принципиально новую структуру, основанную на сотовом построении и распределении частот, согласно которому зона обслуживания делится на большое число ячеек ("сот"), каждая из которых обслуживается отдельной радиостанцией небольшой мощности, находящейся в центре ячейки (рис. 1). Небольшая мощность передатчиков в системах МЗО и, соответственно, небольшой радиус их действия, допускает организацию повторения частот приема-передачи через 1 - 2 зоны.

Это позволяет реализовать основное достоинство сотовой системы - обеспечение высококачественной радиосвязью большого количества ПА в условиях ограниченного частотного диапазона.

К достоинствам систем МЗО также относятся:

- применение сравнительно маломощных передатчиков в базовых станциях и, как следствие этого, экономия радиоспектра за счет динамического распределения частот выделенного диапазона между зонами обеспечения связи;

- возможность гибкого эволюционного развития системы МЗО (за счет, например, увеличения или уменьшения числа зон обслуживания);

К недостаткам систем МЗО относятся:

- увеличение стоимости систем в целом за счет использования большого числа стационарных базовых станций;

- необходимость применения аппаратуры непрерывного слежения за подвижными абонентами, т.к. распределение каналов связи меняется от зоны к зоне и поэтому возможны перерывы связи при пересечении подвижными абонентами границ сопряженных зон.

По принципам реализации управления СРПО подразделяются на следующие группы:

СРПО с ручным управлением, в которых реализуется ручная коммутация радиоканалов как между подвижными объектами, так и между подвижными и стационарными абонентами, ручная коррекция и визуальный контроль оператором режимов работ как абонентских радиопередающих станций (АРС), так и аппаратуры центральных (базовых) станций и т.д.;

СРПО с автоматизированным управлением, в которых только часть операций выполняются человеком, а большая часть операций по обслуживанию подвижных объектов - посредством управляющих вычислительных средств (УВС) согласно заданным алгоритмам работы;

СРПО с автоматическим управлением, в которых все основные операции установления связи и контроля за работой системы реализуются за счет организации систем автоматического управления - без участия человека-оператора.

В последнее время наибольшее распространение получили СРПО, имеющие:

- сотовую или квазисотовую структуры;

- автоматизированное или автоматическое управление;

- возможность входа в сеть общего пользования или сопряжения с другой СРПО;

- возможность передачи цифровых сигналов управления и прямого и обратного преобразования информации (в том числе и речи) в цифровую форму и обратно.

Внедрение в ССПР цифровых методов обработки информации в самом ближайшем будущем позволит получить абонентам целый ряд дополнительных услуг: доступ к международным базам данных, факсимильная связь, определение местоположения ПА с большой точностью, получение медицинских данных и т.д. Как уже отмечалось выше, ССПР характеризуются высокой эффективностью использования спектра. Наконец, они могут найти применение в качестве временного средства для полной или частичной замены в короткие сроки проводной телефонной связи в новых районах застройки и обеспечения связью абонентов, проживающих или временно находящихся в труднодоступных районах.

Интенсивное использование ССПР за рубежом началось в начале 80-х годов. К 1985 г. ССПР наиболее широко эксплуатировалась в США, Японии, Скандинавских странах. В настоящее время осуществляется их внедрение в ФРГ, Великобритании, Франции и ряде других стран.

Заключение

Радиальная система связи продолжает уверенно расширять рынок предоставления услуг, и если раньше многие ничего о ней не знали, то теперь вряд ли найдется человек, который ничего не слышал о радиальной системе связи. Радиальная система связи получает все более широкое распространение, услуги на пользование ею становятся все более дешевыми, а преимущества, которые предоставляет радиальная система связи более чем очевидны. Особое значение радиальные сети приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через радиальные сети связи позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Соответственно возрастет и роль систем связи, повысятся требования к качеству передачи информации, пропускной способности, надежности работы, что характерно для радиальных систем связи. Увеличение объема информации потребует сокращения времени доставки и получения абонентом необходимой информации. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места оперативно решать производственные вопросы. Радиотелефон перестал быть символом престижа и стал рабочим инструментом, который позволяет более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролировать ход технологических процессов, что обеспечивает дополнительные доходы при использовании радиотелефона в производстве. Внедрение радиальных систем связи во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.

**** 7. Построение сетей связи макро- и микросотовой структуры

Первыми моделями повторного использования частот, которые применялись в аналоговых ССС, были модели с круговыми диаграммами направленности (ДН) антенн базовых станций. Одним из примеров является модель, состоящая из семи сот

(рис. 11). Модель с круговой ДН антенн предполагает передачу с БС сигнала одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех со всех направлений. Эффективным способом снижения уровня соканальных помех, то есть помех по совпадающим частотным каналам, является использование секторных антенн. Секторизация сот позволяет более часто повторно применять частоты в сотах при одновременном снижении уровня помех. Общеизвестная модель повторного использования

частот включает три соты и три БС. В таком случае задействуются три 120-градусны антенны на БС с формированием девяти групп частот (рис. 12).

Рис. 11. Модель повторного использования частот для семи сот

Рис. 12. Модель повторного использования частот для трех БС

Самую высокую эффективность использования полосы частот, то есть наиболь-

шее число абонентов сети в выделенной полосе частот, обеспечивает разработанная

фирмой Motorola (США) модель повторного использования частот, включающая две

БС. Как следует из схемы (на рис. 13), каждая частота используется дважды в преде-

лах модели, состоящей из четырех БС.

Рис. 13. Модель повторного использования частот для двух БС

Например, в сети GSM с общей полосой 7,2 МГц (36 частот), модель повторного

использования частот с двумя БС позволяет на одной БС одновременно применять 18

частот (в модели с тремя БС таких частот 12). Принципы построения цифровых ССС 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. Вид модуляции, способы коди- рования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов с теоретически достижимым отношением сигнал/помеха С/I = 9 дБ, в то время как в аналоговых системах тот же показатель равен 17…18 дБ, Поэтому передатчики базовых станций, работающие на совпадающих частотах, могут размещаться более близко друг к другу без потери высокого качества приема сообщений. В общем случае расстояние D между центрами ячеек, в которых используются одинаковые полосы частот, связано с числом ячеек N в зоне с неповторяющимися частотами (кластере) соотношением

где R – радиус ячейки (радиус окружности, описанной около правильного шестиугольника). В любой ССС емкость сетей зависит от количества каналов связи в соте N, которое, например, для стандартов с временным разделением каналов определяется выражение м

Следующий шаг развития сотовых систем подвижной связи после введения цифровой технологии – переход к микросотовой структуре сетей. При радиусе ячеек в несколько сотен метров емкость сети может быть увеличена в 5…10 раз по сравнению с макросотами. Кроме того, возможно применение абонентских радиостанций существующих стандартов цифровых ССС наряду с портативными мало-

мощными абонентскими радиостанциями, служащими основой для создания систем персональной связи (PCS). Микросотовая структура ССС органически сочетается с макросотами. Микросоты строятся на основе БС небольшой мощности, обслуживающих участки улиц, помещения в зданиях (магазины, аэропорты, вокзалы и т.д.). Микросотовая структура может рассматриваться как развитие оборудования макросотовой базовойстанции с управлением единым контроллером. Микросоты берут на себя нагрузку от

медленно перемещающихся абонентов, например пешеходов и неподвижных автомобилей. Пример построения сети с использованием микросот представлен на рис. 14.

Рис. 14. Использование ячеек меньших размеров в районах с интенсивным трафиком

Микросотовая структура используется также при реализации сетей в рамкахконцепции персональной связи (PCN), которые в Европе создаются на основе стандарта GSM-1900. В структуру сети предусматривается введение пикосот с радиусом действия 10…60 м. Они предназначены для обслуживания абонентов в городских районах с большой плотностью населения и в закрытых зонах (офисы, жилые поме-

щения, подземные гаражи, вокзалы и т.д.).