Территориальное планирование и кластер

Повторное использование частот и планирование. Термин «сотовый» можно соотнести как с компаниями, предоставляющими услуги мобильной связи, так и с самой сетью, так же как и с операторами сотовой связи.

Сотовые технологии обеспечивают мобильную связь между абонентами с использованием двунаправленного радиоканала между телефоном пользователя и беспроводной сетью. Понятие «двунаправленный радиоканал» довольно простое. Оно предполагает повторное использование индивидуальных радиочастот (или радиоканалов) в зоне обслуживания с минимальным взаимовлиянием для того, чтобы обеспечить максимальное число одновременных разговоров. Это понятие является основным в сотовых системах и более известно как повторное использование частот. Повторное использование частот является основным фактором, отличающим в сотовой сети от всех предыдущих систем связи. Основным отличием предшествующих мобильных систем связи было неэффективное использование радиочастоты. Повторное использование частоты в пределах данного географического района позволяет обеспечить намного больше количество одновременных разговоров, чем простое разделение частотного спектра.

Основные проекты повторного использования частоты предполагает объединения семи сотовых ячеек в группу. Количество таких групп в MSA или RSA зависит от размеров зоны обслуживания. Данное средство делает доступным все 416 каналов (частот, предназначенных для разговоров) в зоне покрытия сотовой связи. Ячейки с большим трафиком будут имеет больше радиоканалов, предназначены для того, чтобы соответствовать запросам пользователей (это более известно как плотность пользователей) см. рисунок 1.14.

Рисунок 1.14 – Семиэлементный кластер разделения частот: ячейки с одинаковыми частотами расположены симметрично на всей протяженности сети

Планирование частотного разделения определяется инженерами работающими с беспроводным оборудованием, в диапазоне частот, разрешенном Комиссией по связи (FCC) для использования операторами сотовой связи. При построении новой БС нужно брать в расчет уже существующие станции и план разделения частот.

Основной трудность в разработке беспроводной сети является, то что нужно нарастить емкость системы и помощью добавления БС и радиоканалов (в уже существующих ячейках) так, чтобы между станциями в системе не возникало эффекта интерференции.

Расстояние повторного использования частот. Расстояние повторного использования частоты – это расстояние на местности между двумя БС, которые необходимо для того, чтобы избежать интерференции частот в соседних каналах. Это расстояние вычитывается с помощью сложных математических формул, которые получены путем изучения электромагнитных колебаний и проведение тестов. Расстояние повторного использования является критическим при разработке сотовой системы связи. Полная зона покрытия БС определяется данным значением наряду с мощность передатчика, работающего с семью частотами.

Рисунок 1.15 – Размер зоны покрытия БС и мощность сигнала определяют расстояние повторного использования беспроводных системах связи.

Понятие быстрой перестройки частоты неразрывно связано с понятием расстояния повторного использования частоты. Быстрая перестройка частот означает способность мобильных телефонов работать на любой заданной частоте в заданном спектре. Спектр в данном случае обозначает, как будут происходить переключения в соответствии с разрешениями Комиссии по связи и для работы в каком диапазоне частот предназначен сам мобильный телефон.

Другими словами скорость переключения частот определяет способность мобильного телефона быстро и незаметно для пользователя переходить с одной частоты (канал) на другую. Быстрая перестройка частоты позволяет повторно использовать большую часть относительно небольшой части спектра, которая выделена FCC для операторов сотовой связи. Данное свойство определяет и другую ключевую концепцию сотовой связи – переключение вызова. Расстояние повторного использования применяется как в случаях цифровой беспроводной передачи данных, так и при аналоговой связи.

Переключение вызова. Благодаря возможности изменения рабочей частоты мобильного телефона при движении между сотами возможна работа сотовой сети. Этот термин более известен как переключение вызова.

Переключение вызова – это процесс, при котором телефонный разговор можно без разрыва передать с одной базовой станции на другую (с помощью переключения каналов при поддержании связи между телефоном и базовой станцией) с помощью центра коммутации мобильной связи (МСS).

Совместно с повторным использованием частоты и быстрым переключением частот в мобильном телефоне, переключение вызова является одним из самых важных элементов в развитии беспроводных технологий. Переключение вызова тесно связано с повторным использованием частот. Без переключения вызова повторное использование частот было бы невозможно осуществить, и наоборот.

Для осуществления связи требуется обеспечить пользователя сигналом нужной мощности. Беспроводной коммутатор (МСS) определяет уровень сигнала всех телефонных звонков. Когда система наблюдает ослабление уровня сигнала, она ищет базовую станцию в соседней соте, которая может обслужить пользователя лучше, с более высоким уровнем сигнала. Когда переключение становится необходимым, коммутатор уже знает, какая базовая станция является лучшим для этого кандидатом. Затем происходит переключение на соседнюю базовую станцию.

Зона покрытия базовой станции перекрывается со всеми соседними сотами. Такое перекрытие и позволяет производить переключения вызова на соседние базовые станции. В случае отсутствия перекрытия звонки разрывались бы при переключении вызова. Процесс переключения вызова управляется микропроцессором, поэтому он происходит незаметно для пользователя. Часть работы по переключению вызова выполняет сам мобильный телефон(то есть синхронизацию частот, управление и запоминание).Переключение вызова объясняет, почему все мобильные телефоны должны иметь возможность быстрого переключения частот или возможность переключаться с одного канала на другой. Переключение вызова в некоторых странах более известно как передача вызова, особенно часто этот термин употребляется в Европе. На рисунке 1.16 изображен процесс переключения вызова.

Рисунок 1.16 - Вызовы в беспроводных системах связи передаются от одной ячейки к другой для их поддержания.

Использование карт при построении беспроводных сетей. При разработке беспроводных систем связи используются карты Геологической службы США. Это делается по требованию Комиссии по связи.

Все базовые станции имеют свои географические координаты (широту и долготу).Инженеры, разрабатывающие беспроводные системы, должны ориентироваться в картах независимо от их масштаба. Они должны изучить, как определить возвышенности на местности и все условные обозначения. Например, они должны знать, как определить горные хребты, горы, леса, водные пространства, а также места расположения аэропортов.

Наиболее широко используются карты с масштабом 1: 500000,где 1дюйм равен примерно 8 милям на местности. Кроме того, используются специальные карты с более мелким масштабом для детального изучения топографии местности с населенными пунктами и дорогами. Масштаб таких карт1:24000,где 1 дюйм равен 0,4 мили. Эти карты используются для того, чтобы выявить особенности местности, где впоследствии будет располагаться базовая станция. Карты Геологической службы можно получить через Ранда Макнолли (Rand McNally), правительство США, Международную картографическую службу, а также других компаниях.

Сетка шестиугольников. Для того чтобы облегчить создание беспроводной сети с повторным использованием частот, ячейки сети условно принимают за шестиугольники. Шестиугольник является доминирующей фигурой при построении беспроводной сети. Шестиугольники обычно делают из пластика, что помогает инженерам визуально представить беспроводную систему в процессе ее разработки, независимо от территории, некоторой разрабатывается сеть. Эти шестиугольники накладываются на карту геологической службы для того, чтобы визуально представить беспроводную систему. Шестиугольники используются потому что они наилучшим образом засеменят накладывающейся друг на друга круговые зоны покрытия БС (рисунок 1.17).

Рисунок 1.17 – Сетка из шестиугольников идеальна для построения схемы покрытия беспроводной системы связи, так как она географически и функционально повторяет покрытие между соседними БС

Сетка может, состоит из шестиугольников различных размеров зависящих от количества обслуживаемых абонентов. Городские районы, такие как Алматы или Астана должны иметь маленькие шестиугольники, потому что густонаселенных районах должно быть много БС, так как такие районы имеют высокую плотность населения. БС в сельской местности обслуживают большую площадь, чем в городских районах, потому что население в них меньше и оно более рассеяно. Поэтому размер каждого шестиугольника в сельской местности будет больше, что отражает меньшую плотность абонентов. Переключение вызова не сможет произойти, если не будет перекрывание сигналов между двумя соседними БС. Основным достоинством использования сетки шестиугольников является то, что она позволяет сконструировать беспроводную сеть, спроектировать ее покрытие и сделать планы повторного использования частоты.

В процессе разработки шестиугольники могут быть выложены на бумаге или любой другой плоской поверхности в месте с точками привязки. Это зависит от желания инженеров - разработчиков или от конфигурации безпроводной системы. Положение шестиугольников может манятся при необходимости внести изменения в конфигурацию сотовой системы. Сетка из шестиугольников позволяет компаниям предоставляющим услуги связи, разрабатывать системы с учетом затухания сигнала и интерференции, что облегчает долговременное планирование частот. Недостатком использования сетки шестиугольников является то, что довольно сложно в таких условиях производить наращивание БС. Но она помогает при разработке сот, в режиме переключения вызовов, для определения следующей ячейки, на которую будет переведен абонент. Также сетка шестиугольника может быть использована для планирования трафика в беспроводной сети (см. рисунок 2.4).

Основные компоненты беспроводных систем. В данном разделе представлены основные пять компонентов, обязательные для любой беспроводной системы. Это мобильный телефон, БС коммутируемая телефонная сеть общего пользования, мобильный центр коммутации и элементы взаимосвязи с сетью общего использования и Интернета.

Мобильный телефон. В настоящее время используется огромное количество различных мобильных телефонов. Функциональность каждого может удовлетворить самых требовательных пользователей.

Все телефоны можно разделить на две категории:

- портативные телефоны – это тип телефонной трубки, которую пользователь может носить с собой где угодно. Они являются наиболее популярными. Они небольшие по размерам и небольшой массы, и поэтому многие носят их на ремне, что позволяют легко до них дозвониться, а им, в свою очередь, совершать вызовы.

- стационарные мобильные телефоны – их нельзя просто носить с собой, так как они размещены, как правило, а автомобилях. Эти телефоны не рассчитаны на массового потребителя.

В середине 90-х годов операторы мобильной связи перешли на использо­вание цифровых беспроводных технологий и телефонов, в наши дни цифро­вые мобильные телефоны вытеснили на рынке аналоговые модели. Сегодня все продаваемые беспроводные телефоны – цифровые.

Это значит, что хотя трафик (разговор, данные и/или видео) все еще пе­редается с помощью радиоволн, которые использовали аналоговые телефоны, но он передается с помощью модулированной радиоволны в оцифрованном виде, то есть в виде единиц и нулей.

Цифровые телефоны, в свою очередь, делятся на несколько подвидов.

Первые - это многорежимные цифровые телефоны. Такие телефоны могут работать более чем в одном стандарте связи, Например, используя множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access CDMA) или глобальную систему мобильной связи (Global System for Mobile Commиnication - GSM).

Базовая станция. Сотовая базовая станция - это место, где расположены радиопередатчик, дополнительное оборудование и антенны, которые обслуживают пользовате­лей сотовой связи. Базовые станции могут быть установлены где угодно. Это возможно благодаря производителям оборудования, которые выпускают его все меньших размеров.

Обратная сеть. Обратная сеть, также известная как фиксированная сеть - это сеть пере­дающих систем, которые соединяют базовые станции всех сот с главным контроллером (base station controller (BSC)). Эти соединения позволяют эффективно осуществлять взаимодействие абонента, с внешним миром и наоборот.

Мобильный центр коммутации (MOBILE SWIТCHING CONTROLLER (MSC)). Мобильный центр коммутации является мозгом беспроводной системы свя­зи. Он осуществляет коммутацию вызовов абонентов посредством передачи пакетов данных из одной части сети в другую. Этот процесс называется мар­шрутизация вызова. Центр коммутации также предоставляет дополнитель­ную информацию, необходимую для поддержки сервисов пользователей, включающих в себя регистрацию пользователя в сети, установление подлин­ности (аутентификация) и обновление информации о местонахождении пользователя.

Центр коммутации контролирует все активные мобильные телефоны и все вызовы, происходящие в системе, и осуществляет их коммутацию. В большинстве случаев в настоящее время базовая станция соединена с контроллером, который в свою очередь соединен с центром коммутации.

Дата добавления: 2014-11-08