Общие принципы организации сетей сотовой связи

Сотовая связь – один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На ровной поверхности без застройки зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками

(рис. 1).

Рис. 1. Формирование соты

Рис. 2. Формирование территории обслуживания сети сотовой связи

Несколько сот, в пределах которых частоты не повторяются, называются кластером. На рисунке 2 кластер организуют соты с диапазонами частот F1-F7. Расстояние между сотами с одинаковым подбором частот называется защитным интервалом (D). Кроме этого на рисунке отмечен радиус соты R, и радиус территории обслуживания R0 для двух кластеров.

Основными элементами сотовой системы являются: абонентское оборудование (мобильные станции МС), сеть базовых станций (БС), размещенных на обслуживаемой территории, и центр коммутации (ЦК). На рисунке 3 приведен пример структуры сотовой сети на основе стандарта GSM.

Рис. 3. Структура сети сотовой связи на основе стандарта GSM

1 – оборудование базовой станции, 2 – оборудование центра коммутации,

МС (MS) – мобильная станция (mobile station), БС (BTS) – базовая станция (base transceiver station), КБС (BSC) – контроллер базовой станции (base station controller), ГР (VLR) – гостевой регистр (visitors location register), ДР (HLR) – домашний регистр (home location register), ЦК (MSC) – центр коммутации (mobile switching centre), ЦУО (OMC) – центр управления оборудованием (operation and maintenance centre), ЦА (AuC) – центр аутентификации (authentification centre), РИО (EIR) – регистр идентификации оборудования (equipment identification register), ТФОП (PSTN) – телефонная сеть общего пользования (public switched telephone network), ЦСИО (ISDN) – цифровая сеть с интеграцией обслуживания (integrated services digital network)

Каждая базовая станция – это многоканальное приемно-передающее устройство, которое обслуживает абонентов в пределах своей соты. По специальным линиям связи (проводным или радиорелейным) все базовые станции соединяются с центром коммутации.

Центр коммутации обеспечивает управление сетью и, по сути, является специализированной автоматической телефонной станцией. Он хранит в своей памяти данные всех абонентов сотовой сети, отвечает за проверку прав доступа абонентов и их аутентификацию (подтверждение подлинности), обрабатывает и хранит информацию. Также в его обязанности входит: слежение за сигналами мобильных телефонов, их эстафетная передача при перемещении телефона из соты в соту, коммутация каналов в сотах при появлении помех или неисправностей, а главное – установление соединения абонента сотовой сети в соответствии с набранным номером с другим абонентом или выход в городскую, междугородную и международную телефонную сеть. В некоторых вариантах построения систем все эти функции разделяются между центром коммутации и еще одним элементом оборудования – контроллерами базовых станций.

Упрощенно порядок работы элементов сотовой сети выглядит так. В каждой базовой станции есть специальный канал, называемый управляющим, и все сотовые телефоны прослушивают сигналы на этом канале в ожидании вызова. В том случае, если абонент желает позвонить, сразу после набора номера радиотелефон начинает автоматический поиск свободного канала. При его обнаружении он передает свои параметры и набранный номер через базовую станцию на коммутатор сотовой сети. После проверки параметров абонента центр коммутации осуществляет соединение. В обратном направлении – при вызове абонента сотовой сети – коммутатор проверяет в своей базе данных наличие такого номера и начинает поиск радиотелефона в каждой из сот. Радиотелефон абонента, приняв этот вызов по управляющему каналу, передает подтверждение вызова, определяя, таким образом, свое местонахождение в сотовой сети. После этого, коммутатор находит свободный разговорный канал в данной соте и переключает соединение на него.

Кроме организации соединений, коммутатор непрерывно следит за сигналами радиотелефонов и в процессе связи. Если возникает неисправность в оборудовании или появляются помехи, коммутатор находит другой свободный канал и переводит разговор на него. Перемещения абонента в процессе соединения (связь-то – мобильная!) могут привести к предельному снижению уровня сигналов. Тогда коммутатор переключается на другую базовую станцию, более близкую к абоненту. Эстафетная передача производится полностью автоматически и настолько быстро, что связь не прерывается, а абонент ничего не замечает.