Кластеры ячеек используются для построения современной сети мобильной радиосвязи. Ячейки расположены по определенным правилам, и ни один канал не может быть использован повторно в каждой ячейке.
Как работают вышки сотовой связи?
Мобильная связь позволяет подключать абонентов сети в любой точке сети. Вся зона покрытия оператора делится на малые соты, обслуживаемые одной базовой станцией. Каждая сеть имеет большое количество ячеек, и сами абоненты не замечают никаких изменений при перемещении между ячейками.
Сотовая сеть — это сеть мобильной связи, состоящая из ячеек, которые позволяют мобильной сети работать, пока абоненты перемещаются. Принцип работы сети заключается в следующем:
- Включенный мобильный телефон постоянно находится в режиме ожидания.
- Когда на телефон поступает входящий вызов или абонент набирает номер, телефон отыскивает ближайшую к нему базовую станцию и посылает на нее сигнал идентификации.
- Станция принимает этот сигнал и обрабатывает его, после чего перенаправляет его в центр коммуникации для определения оператора мобильной сети и переключения разговора на ближайшую к абоненту базовую станцию с самым сильным сигналом оператора.
Сотовая связь называется так потому, что ячейки, обеспечивающие прием сигнала, похожи на соты.
Принципы работы мобильной связи
Для мобильных телефонов в сети конкретного оператора существует отдельный радиоканал для каждого телефона. Радиоканалы обеспечивают два основных типа соединений:
- Обратная линия – для приема сотовым узлом вызовов.
- Прямая линия – для передачи исходящей информации.
Мобильная сеть обеспечивает соединение сигналов от мобильных телефонов через ближайшие к абонентам базовые станции. Между телефоном и базовой станцией всегда есть соединение. По этой причине подключение происходит быстро. Когда вы перемещаетесь и переключаетесь между базовыми станциями, мобильный телефон быстро подключается.
Архитектура
Первоначально система мобильной связи была построена с использованием мощного передатчика с радиусом действия 50 километров. Он был установлен на самой высокой точке. Однако такой способ создания сети оказался неэффективным, поскольку в случае отказа датчика все абоненты в зоне покрытия остались бы без связи. Поэтому было использовано несколько не очень мощных передатчиков, которые были распределены по всей зоне покрытия.
Чем больше мобильных телефонов в сети используют одни и те же датчики для связи, тем более нестабильной является связь. Нагрузка на датчики увеличивается. Чтобы избежать этого, некоторые операторы уменьшают размер ячеек, чтобы обеспечить стабильную работу только абонентов, находящихся поблизости. В этом случае датчики не обязательно должны работать с предельной нагрузкой, поэтому можно подключить и абонентов, находящихся на большом расстоянии.
Лекция №24. Принципы построения и основные технические средства сотовой связи.
Сотовая связь — самая современная и быстро развивающаяся область телекоммуникаций. Он называется сотовым, потому что область, где происходит общение, разделена на отдельные ячейки или соты.
Как правило, абонент получает одинаковые услуги в каждой ячейке и, в пределах определенных территориальных границ, получает эти услуги по одинаковой цене. Таким образом, переходя из одной ячейки в другую, абонент не чувствует себя территориально привязанным и может свободно пользоваться услугами связи. Непрерывность соединения также важна.
Установленное абонентом соединение (голосовой вызов, пакет данных) не должно прерываться во время соединения.Это клетки, из которых создаются клетки, упомянутые в начале. Каждая базовая станция обычно обслуживает три соты. Радиосигнал базовой станции передается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на отдельную соту. Иногда несколько антенн одной базовой станции могут быть направлены на одну и ту же соту. Это связано с тем, что мобильная сеть работает в разных частотных диапазонах (900 и 1800). Кроме того, на базовой станции может быть несколько поколений устройств связи (Наиболее распространенным местом расположения базовой станции является специально построенная башня или мачта. Однако в городских районах трудно найти место для массивной конструкции. Поэтому в больших городах базовые станции размещаются в зданиях. Кроме того, недавно стали доступны мобильные версии базовых станций, устанавливаемые на грузовиках. Они очень удобны для использования во время стихийных бедствий или в местах скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади), во время государственных праздников, концертов и футбольных матчей. К сожалению, они пока не прижились из-за проблем с законодательством.
Это может показаться странным, но операторы мобильной связи часто разрешают конкурентам использовать свои вышки для антенн (разумеется, на взаимовыгодных условиях). Причина в том, что строительство башни или мачты стоит дорого, а такой обмен позволяет сэкономить много денег!
Из подсистемы базовой станции сигнал передается в подсистему обмена, где устанавливается соединение в желаемом направлении с абонентом. Подсистема обмена имеет несколько баз данных, в которых хранится информация об абонентах. Он также отвечает за безопасность.Мы рассмотрели основные элементы сотовой сети. Условия дляGSM2Gи3G).
. Однако и ранние, и более поздние стандарты имеют схожие элементы и функции, только с разными названиями
Радиосвязь организуется не только через стационарные радиосети, но и через сети мобильных объектов (MOPN).
Сеть мобильных объектов — это совокупность технических средств, с помощью которых мобильные объекты получают возможность общаться друг с другом и с абонентами телефонной сети. Она предназначена для обеспечения международной, национальной и региональной мобильности (роуминга) абонентов и позволяет осуществлять связь между абонентами при пересечении границ различных географических зон.
Сети подвижной радиосвязи классифицируются по-разному (Рисунок 3.8) 2. Технологические СРС принадлежат конкретным организациям и службам (газовая промышленность, железнодорожный транспорт, скорая помощь, пожарная охрана и т.д.). Они предназначены для предоставления услуг радиосвязи ограниченному кругу физических и юридических лиц.Классификация сетей подвижной радиосвязиТехнологический
Сотовые СРЭК — это наземные мобильные сети общего пользования, предоставляющие абонентам все виды традиционных телефонных услуг. Они структурированы как ряд сетей, охватывающих обслуживаемую территорию, в которых используется повторное использование спектра для обеспечения эффективного использования выделенных ресурсов спектра и высокой пропускной способности сети.
Шунтовые сети (радиальные и радиально-зоновые сети) предназначены для предоставления услуг связи преимущественно абонентам сети обслуживания на основе многостанционного доступа к небольшому числу радиоканалов с ограниченным доступом или без доступа к коммутируемой телефонной сети общего пользования. Сети совместного использования позволяют заменить радиосети с фиксированным распределением частот и объединить различные группы пользователей в одну коммуникационную сеть с целью повышения эффективности использования спектра.
С топологической точки зрения сеть сотовой радиосвязи строится как серия ячеек или сот, охватывающих обслуживаемую территорию. Общая структура сотовой радиосети показана на рисунке. 3.9 2.
Структура сотовой радиосети
Прежде всего, базовые станции мобильной радиосвязи различаются по размеру. В соответствии с этим параметром их можно разделить на следующие категории:
Фемтосота — самая маленькая, ее скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор мобильной связи не имеет никакого отношения к этим устройствам; они принадлежат потребителю и используются для связи в его доме или бизнесе. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радиопараметры и подключается к сети оператора. Он размещается в помещении и по размерам сопоставим с бытовыми маршрутизаторами.
Следующим по величине устройством является небольшая мобильная базовая станция Picosote. По размерам устройство сопоставимо с ноутбуком или даже записной книжкой. Он используется в местах с потенциально высокой концентрацией пользователей Интернета для распределения локальных сигналов IP/Ethernet. Он устанавливается в больших офисных зданиях, на потребительских рынках, ярмарках, предприятиях и выставочных залах. Несмотря на то, что они установлены операторами мобильной связи, они еще не являются полностью функциональными базовыми станциями мобильной связи.
Следующая по величине и уже вполне функциональная сотовая станция — микросота. При своих небольших размерах и весе до 50 кг он обеспечивает связь в радиусе до 5 км.
Его размеры ограничивают количество абонентов, которое он может поддерживать. Поэтому микросоты используются в небольших населенных пунктах для покрытия локальных зон больших городов, где нет необходимости в мощных излучателях или нет места для их установки. На мачтах они практически незаметны. В последнее время они также научились маскироваться на деревьях.
Виды базовых станций
Наконец, повсеместно размещаются интегрированные мощные базовые станции мобильной связи. Их установка особенно важна на высоких местах в городских районах. В сельской местности мощные станции устанавливаются для обеспечения максимально возможного радиуса покрытия, поскольку установка каждой станции требует создания минимальной инфраструктуры. Сюда входит линия электропередачи и доступ для установки и обслуживания. Поэтому проще установить одну мощную станцию, чем множество небольших сотовых станций.
- фемтосоты
- пико
- микро
- макро
Зона покрытия любой базовой станции мобильной радиосвязи зависит от окружающего рельефа, высоты антенны, количества помех и препятствий в луче мобильной радиосвязи. Поэтому радиус покрытия не всегда имеет первостепенное значение при планировании места установки. Помимо вышеуказанных факторов, учитывается также возможное увеличение числа абонентов. Такое увеличение количества абонентов может привести к ограничению одновременного подключения мобильных телефонов. В этом случае оператору следует уменьшить радиус действия установленной базовой станции и установить несколько дополнительных станций сотовой связи.
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
p, blockquote 13,0,0,0,0 —>
Конструктивно все базовые станции GSM и LTE состоят из трех основных элементов. Это антенна, радиомодуль и система питания.
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
Местоположение мобильной базовой станции можно визуально определить по антеннам. Это обязательная часть устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между ними и абонентами. Антенна является очень важной частью базовой станции, от которой зависит качество мобильной связи. Подобные антенные башни уже стали привычным зрелищем в городских и сельских ландшафтах.
p, blockquote 16,0,0,0,0 —>
Для связи с сетью (соседними станциями) используются оптоволоконные кабели; если это невозможно или затруднительно, на мачте также устанавливается ретрансляционная антенна. Он имеет форму тарелки и в некотором роде напоминает спутниковую антенну.
p, blockquote 17,0,0,0,0 —>
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
Антенны передают сигнал на радиостанции, которые находятся либо на открытом воздухе, либо в специальных помещениях.
p, blockquote 19,0,0,0,0 —>
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
Во время работы радиоприемники нагреваются. Поэтому внутренние блоки требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные блоки охлаждаются естественным образом.
Оборудование базовых станций сотовой связи
Третьим основным компонентом базовых станций является система электропитания. Он состоит из преобразователя AC-DC с устройствами управления и защиты. И, конечно, батареи для бесперебойного питания.
p, blockquote 22,0,0,0,0 —>
Остальное оборудование обеспечивает нормальную работу базовых систем и размещается в специальных шкафах или контейнерах в помещении или на открытом воздухе. Это системы кондиционирования (кондиционирования и отопления), вентиляции и безопасности, системы пожаротушения и другое вспомогательное оборудование.
p, blockquote 23,1,0,0,0 —>
Удобство мобильного телефона заключается в его свободе перемещения. Мы можем ходить или ездить пешком и разговаривать по телефону. Мы двигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается тем, что центр обработки вызовов или другой центр коммутации мобильной связи способен мгновенно перевести абонента с одной базовой станции мобильной связи на другую. Это схематично показано на рисунке.
p, blockquote 24,0,0,0,0 —>
p, blockquote 25,0,0,0,0 —>
Таким образом, абонента можно перемещать не только между антеннами, но и от одного контроллера к другому без прерывания разговора.
p, blockquote 26,0,0,0,0 —>
Следующим шагом была установка всего необходимого оборудования и прокладка кабелей. Полный список установленного оборудования:
p, blockquote 27,0,0,0,0 —>
p, blockquote 28,0,0,0,0 —>
Это придавало станции довольно величественный вид, особенно по сравнению с самим зданием:
p, blockquote 29,0,0,0,0 —>
Электростанция питалась напряжением 380 В (3 фазы), которое затем было преобразовано в 48 В. Мощность велика и достигает 10 кВт. Источник питания размещен в отдельном шкафу управления.
p, blockquote 30,0,0,0,0 —>
Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой
Откроем дверь отсека для оборудования. В нем установлены кондиционер (вверху) и обогреватель (внизу).
p, blockquote 31,0,0,0,0 —>
p, blockquote 32,0,0,0,0 —>
Температура в шкафу поддерживается на уровне 18…20 градусов Цельсия круглый год. Это необходимо для бесперебойной работы устройства и длительного срока службы батарей (см. ниже).
p, blockquote 33,0,0,0,0 —>
Батареи сконструированы таким образом, что в случае отключения электроэнергии станция может работать около суток.
p, blockquote 34,0,0,1,0 —>
В верхней части находятся блок коммутации и трансформатор напряжения.
- Сигнал должен добраться до коммутатора.
- Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
- Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
- И вот уже адресату поступил вызов.
Информация передается между системными блоками и приемопередатчиками (см. ниже) по оптоволоконным кабелям. Вот как выглядит соединение на распределительной коробке. Его никогда не следует трогать руками, так как волокно очень чувствительно к повреждениям и загрязнениям.
p, blockquote 36,0,0,0,0 —>
Аппаратура
Все
базовые станции мобильной связи подключены к единой волоконно-оптической информационной сети, которая охватывает всю Москву. Белая катушка под шкафом оборудования — это просто кабель, через который подключена эта станция.
На правой стороне шкафа расположены системные модули GSM, CDMA и LTE:
Эти устройства составляют сердце базовой станции, принимают сигнал от антенн и выполняют его преобразование и сжатие с ретрансляцией. Они защищены от дождя, все соединения герметичны, а диапазон рабочих температур составляет от +60 д о-50.
Молниеотводы расположены под блоками системы, чтобы предотвратить возгорание блоков в случае удара молнии:
С правой стороны над блоками расположены катушки оптоволоконных кабелей, которые соединяют их с приемопередатчиками в башне.
