Протокол ERMES использует помехоустойчивое кодирование передаваемой информации с прямой коррекцией ошибок.

Приемники персонального вызова (пейджеры) в системе ERMES работают следующим образом. Находясь в зоне приема "своей" базовой станции пейджер принимает сообщения на ее частоте. При попадании в другой регион пейджер, не "слыша" сигнал на своей частоте, переходит в режим сканирования по каналам ERMES и, обнаружив сигнал, начинает принимать информацию на частоте базовой станции данного региона.

4. СИСТЕМЫ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

4.1. Способ деления территории на соты

Деление обслуживаемой области на отдельные фрагменты – соты позволило существенно увеличить число пользователей в сети. Появляется возможность на некотором расстоянии в соте использовать частоту повторно.

Регулярно поделить поверхность можно несколькими способами (рис. 4.1). В качестве элемента разбиения можно использовать треугольник, квадрат, шестиугольник. Шестиугольная структура наиболее близко соответствует реальному распределению поля изотропной антенны, создающей равное излучение по окружности (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Способы деления территории на соты

Рис. 4.2. Оптимальность гексагонального деления на соты

Гексагональная схема установки базовых станций нашла наибольшее распространения в сетях сотовой связи.

Повторяющийся фрагмент частотного деления называется кластер

(рис. 4.3).

13

F2	F3	F2	F1	F7	F2	F3	F7
F3	F1	F3		F6	F1	F4
	F2		F2		F5		F6
		F1				F2

Рис. 4.3. Кластеры в гексагональной структуре сот

В гексагональной структуре ячеек образовать кластер можно только из определенного числа сот. Это число должно удовлетворять уравнению

N=i2 +ij+j2 ,

(4.1)

где i и j – неотрицательные целые числа.

Расстояние между антеннами базовых станций, работающих на одной частоте, называется защитный интервал. На рис. 4.4 это расстояние обозначено буквой D.

F2
F7	F3
F1	D	F7

F6 F4

F5 F6

F2

Рис. 4.4. Защитный интервал

Если базовая станция работает на m частотных каналах, то общая полоса частот, занимаемая этой станцией

BBS =Bcm,

(4.2)

где Bc – полоса частот одного канала.

Если кластер состоит из C базовых станций, то общая полоса частот в этом кластере

Bt =BcmC .

(4.3)

14

Шестиугольная ячейка позволяет оптимально выбрать соотношение между величинами C и D. Радиус ячейки и, соответственно, защитный интервал зависят от условий распространения радиоволн, эффективной излучаемой мощности и уровня взаимных помех. При уменьшении радиуса ячейки увеличивается суммарное число пользователей в сети и уровень излучаемой мощности.

При использовании изотропных антенн базовых станций число используемых частот в кластере совпадает с числом ячеек в нем. Число используемых частот в ячейке называется коэффициентом повторения частот. На рис. 4.4 он равен 7.

Увеличить число пользователей в кластере можно за счет использования направленных (секторных) антенн. В этом случае за счет направленных свойств антенны можно увеличить развязку между станциями, работающими на одной частоте.

	F6	F3
F5
	F9	F5
	F2	F2
F8	F4	F8
		F1
F6	F7	F6
	F3	F3
F9	F5	F9
	F8	F2

Рис. 4.5. Распределение частот по сотам при использовании секторных антенн

Использование секторных антенн с шириной главного лепестка в азимутальной плоскости 1200 позволило в кластере из трех ячеек использовать 9 частот, т.е. коэффициент повторения частот увеличился с трех до девяти. Самый эффективный способ использования секторных антенн был предложен фирмой

Motorolla (рис. 4.6).

15

			F3 F10
		F9	F7	F5
	F3		F12 F1		F2
	F6	F8	F2	F9	F6
	F11 F1				F12
	F2	F10	F7	F5	F3
			F11	F4
	F6	F8	F3	F10	F6
	F12
		F4	F7	F5	F11

Рис. 4.6. Применение 60 градусных секторных антенн

В кластере из четырех ячеек удалось использовать 12 частот, причем каждую из них дважды!

Упражнение 1

Система сотовой связи занимает полосу частот 33 МГц. Каждый канал трафика или управления имеет полосу 25 кГц. Определить число доступных каналов в ячейке, если используются кластеры по

а) 4 ячейки; б) 7 ячеек; в) 12 ячеек.

Если полоса 500 кГц выделяется только под каналы управления, каким будет число доступных каналов в каждой ячейке для рассмотренных трех схем построения сети?

4.2. Три поколения систем подвижной радиосвязи

По своим возможностям, способу формирования передаваемого сигнала, предоставляемым услугам системы сотовой связи условно можно поделить на три поколения (рис. 4.7).

16

					Mobile
	NTT		JDC
					satellite
	TACS
	C-450				DCS1800
			GSM
							W-CDMA,
	NMT				PCS1900
							CDMA2000,
			D-AMPS				TD-SCDMA,
							….
	AMPS
			CDMA		DECT
			IS-95
					PHS
	Cordless
	telephony:
	CT0, CT1				PACS
	CT2, CT3
	I			II			III	IV

Рис. 4.7. Три поколения систем сотовой связи

I-е поколение систем подвижной связи – аналоговые системы

NMT – Скандинавия, 1981 г., 1986 г. AMPS – США, 1983 г.

TACS – Великобритания, 1985 г., С-450 – Германия, 1985 г.,

NTT(Nippon Telephone and Telegraph system) – Япония

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов. Для передачи информации применяется метод многостанционного доступа с частотным раз-

делением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA). С этим непо-

средственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.

17

II-е поколение систем подвижной связи – цифровые системы

JDC (Japanese Digital Cellular) – Япония

GSM (Global System for Mobile communications) D-AMPS (Digital AMPS) – США

CDMA (Code Division Multiple Access) – стандарт IS-95, 1995 г.

В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54. В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSP\ (GSM-900 — диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. PDC (Personal Digital Cellular – «персональная цифровая сотовая связь»).

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления. Новые чисто цифровые каналы управления были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS

– Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за кото-

рым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D- AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский»

GSM-1900 – стандарт IS-661).

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access -TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был раз-

работан стандарт сотовой связи на основе метода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access – CDMA) – стан-

дарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995 – 1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.

III-е поколение систем подвижной связи

Дальнейшее развитие средств сотовой связи осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения (3G), которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа. Так как процесс развития средств

18