Порядок выполнения практического занятия
Выполнение практического занятия осуществляется путем экскурсии на одно из предприятий КТСОП, с индивидуальным написанием отчета по результатам экскурсии.
Практические занятия №№12, 13 Исследование типовой организации системы сотовой связи
Цель занятий: практическое исследование структурно-архитектурных и организационных решений системы мобильной телефонной связи (СМТС).
Краткие теоретические сведения
Основным назначением СМТС является обмен голосовыми сообщениями между ее абонентами. Однако в настоящее время СМТС достаточно широко применяется для передачи информации между абонентами ВС (преимущественно ГВС). Для передачи данных используется электромагнитное излучение микроволнового диапазона, с частотами от сотен МГц до единиц ГГц. Применение данного диапазона позволяет выделять под ФКС полосы частот шириной от нескольких сотен кГц до десятков МГц. Использование более низкочастотных диапазонов пропорционально уменьшает ширину полосы частот, которая потенциально может быть выделена под каждый из ЦКС и, соответственно, пропускную способность ЦКС. Однако, уверенная связь в микроволновом диапазоне, как правило, возможна только в пределах прямого распространения радиоволн между приемником и передатчиком, что обусловливает определенную специфику организации СМТС (см. далее).
Упрощенная структурная схема типового фрагмента СМТС представлена на рис. 12.1 [1]. Данный фрагмент состоит из:
ряда подсистем базовых станций (ПСБС), по-английски – Base Station Subsystems (BSS);
сетевой и коммутационной подсистемы (СКП), в англоязычной литературе – Network and Switching Subsystem (NSS);
подсистемы управления сетью (ПСУС), по-английски – Network Management Subsystem (NMS).
Каждая из ПСБС, в свою очередь, включает в себя:
набор базовых приемопередающих станций (БППС), Base Transceiver Stations(BTS);
контроллеры базовых станций (КБС), Base Station Controllers (BSC);
транскодер (ТК), Transcoder (TCE).
БППСформируют так называемыесоты (ячейки) СМТС. Каждая из них представляет собой зону действия определенной БППС, т. е. область уверенной связи между находящимися в ее пределахмобильными станциями, МС (сотовыми телефонами и т. п.) и соответствующей БППС. Показано, что при круговой диаграмме направленности приемопередающей антенны БППС (что всегда имеет место на практике) оптимальной формой такой области является правильный шестиугольник [1] (см. рис. 12.1). При такой форме ячейки, во-первых, БППС обеспечивает доступ ко всем ее участкам, а, во-вторых, – практически отсутствуют перекрытие и пропуск ячеек СМТС. Из-за сходства формы ячейки с пчелиной сотой она также называется сотой, а мобильная телефонная связь – сотовой. Естественно, на практике формы ячеек несколько отличаются от правильного шестиугольника и зависят от рельефа местности, характера застройки и т. п. БППС, насколько позволяет местность, располагаются в геометрических центрах сот.
Рис. 12.1. Упрощенная структурная схема типового фрагмента СМТС (расшифровку аббревиатур см. в тексте)
Радиус соты, в зависимости от конкретных местных условий, может составлять от нескольких сотен метров до 30 – 35 км [1].
Основной функцией БППС является радиосвязь с МС, находящимися в пределах обсуживаемой ею соты. Связь между МС, территориально относящимися к одной и той же соте, осуществляется через ее БППС. Обмен данными между МС, расположенными в различных сотах, реализуется по тракту, формируемому БППС этих сот, а также КБС, к которому они подключены. Последний представляет собой коммутационно – управляющее устройство на основе достаточно мощного и производительного компьютера, выполняющее функции управления потоками данных между сотами, а также управления и контроля БППС. Как правило, один КБС обслуживает несколько десятков БППС и, соответственно, сот [1].
ТКпредставляет собой, по существу, блок интерфейса между ПСБС и СКП (см. далее), одной из основных функций которой является сопряжение СМТС с КТСОП и коммутационными системами ВС (КСВС). ТК осуществляет взаимное преобразование данных, представляемых в соответствии со стандартами СМТС, и данных, представляемых в соответствии со стандартами КТСОП и КСВС.
СКПосуществляет коммутацию как между ПСБС, входящими в состав СМТС, так и между СМТС, с одной стороны, и КТСОП и КСВС – с другой. Данные функции реализуются посредством входящего в состав СКПцентра коммутации мобильных станций (ЦКМС), по-английски –Mobile Services Switching Center (MSC). Также СКП содержит базы данных (БД), необходимые для управления мобильностью абонентов и обеспечения безопасности сети [1]. Основными элементами указанных БД являются:
домашний регистр, содержащий сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в соответствующей сети МТС (т. е. у соответствующего оператора МТС);
гостевой регистр, который содержит аналогичные сведения об абонентах других сетей (т. е. других операторов МТС), но пользующихся услугами данной сети;
регистр идентификации оборудования, содержащий сведения об оборудовании МС, в частности, данные для подтверждения подлинности международных идентификационных номеров МС, содержащихся в SIM-картах.
ПСУСвключает в себя[1]:
центр эксплуатации и технического обслуживания;
центр управления сетью.
Связь между МС и БППС осуществляется по радиоканалам. Другие линии связи СМТС, как правило, являются кабельными [1] и, в целом, аналогичны МЛС КТСОП (см. рис. 2.6 и пояснения к нему) как по типам применяемой передающей среды, так и по способам представления данных.
Для радиосвязи между МС и БППС различные современные стандарты МТС используют диапазоны частот, находящиеся в пределах от порядка 800 – 900 МГц до единиц ГГц. Например, согласно базовому стандарту GSM, для передачи данных от МС к БППС (Uplink) выделен частотный диапазон от 890,2 до 914,8 МГц, а для передачи от БППС к МС (Downlink) – диапазон частот от 935,2 до 959,8 МГц.
Разделение множеством МС одного и того же участка передающей среды в пределах соты осуществляется сочетанием методов частотного и временного мультиплексирования (в более ранних стандартах мобильной связи) или, в современных стандартах – кодового, частотного и временного.
При каждом из двух вышеописанных подходов граничные частоты полосы пропускания физических каналов связи между МС и БППС существенно отличны от нуля, а ее ширина минимум на порядок меньше значений указанных частот. Поэтому в качестве носителей данных в этих ФКС применяются модулированные синусоидальные сигналы, для которых, в отличие от двух- и многоуровневых сигналов, возможно обеспечить совпадение границ спектра с границами полосы пропускания физических каналов связи между МС и БППС.
Ограниченный объем настоящего учебника не позволяет более подробно рассмотреть принципы реализации систем МТС. Их детальное рассмотрение представлено, например, в [1] и [1].
Как и КТСОП, СМТС применяется не только для обмена речевыми сообщениями между абонентами, но и в качестве элемента системы связи ГВС, ВС мегаполисов, в некоторых практических случаях – и ЛВС [1]. При этом абоненты СМТС выступают также в качестве абонентов ВС, используя МС в качестве ООД и приемопередатчики МС – в качестве АПД.