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 сотовые сети от всех предыдущих систем связи. Основным отличием предшествующих мобильных систем связи было неэффективное использование радиочастот. Повторное использование частот в пределах данного географического района позволяет обеспечить намного больше количество одновременных разговоров, чем простое разделение частотного спектра [1].
Основные проекты повторного использования частот предполагают объединение 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 1.1.
Планирование частотного разделения осуществляется инженерами, работающими с беспроводным оборудованием, в диапазоне частот, разрешенном Уполномоченным органом для использования операторами сотовой связи. При построении новой базовой станции нужно брать в расчет уже существующие станции и план разделения частот.
Основной трудностью в расширении беспроводной сети является, то что нужно нарастить емкость системы с помощью добавления БС и радиоканалов (в уже существующих ячейках) так, чтобы между станциями в системе не возникало взаимных помех [4].
Расстояние повторного использования частот. Расстояние повторного использования частот – это расстояние на местности между двумя БС, которые необходимо для того, чтобы избежать интерференции в соседних каналах. Это расстояние определяется с помощью сложных математических формул, которые получены путем изучения распространения электромагнитных волн и проведения тестов. Рас- тояние повторного использования является критическим при разработке сотовой системы связи. Полная зона покрытия БС определяется данным значением наряду с мощностью передатчика, работающего на семи частотах.
Понятие быстрой перестройки частоты неразрывно связано с понятием расстояния повторного использования частот. 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 уполномоченного органа и для работы в каком диапазоне частот предназначен сам мобильный телефон [8].
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 для операторов сотовой связи. Данное свойство определяет и другую ключевую концепцию сотовой связи – переключение вызова.
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, на которой разрабатывается сеть. Эти шестиугольники накладываются на географическую карту для того, чтобы визуально представить беспроводную сеть. Шестиугольники используются потому что они наилучшим образом заполняют накладывающейся друг на друга круговые зоны покрытия БС (рисунок 1.3) [10].
Сетка может состоять из шестиугольников различных размеров, зависящих от количества обслуживаемых абонентов. Городские районы в крупных городах должны иметь маленькие шестиугольники, потому что в густонаселенных районах должно быть много БС. 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 создать планы повторного использования частот [11].
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 беспроводной сети. Недостатком использования сетки шестиугольников является то, что довольно сложно в таких условиях производить наращивание БС. Но она полезна 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 1.3).
Размер соты зависит от вида ландшафта, необходимой емкости сети и географического положения (городская или сельская местность). На рисунке 1.4 изображено изменение размеров соты в зависимости от ее месторасположения (городской или сельской местности). Также же, как резко увеличилась популярность сотовой связи в 1990-х годах, так же быстро уменьшался метрический размер соты, и увеличилась возможность поддержки большого числа пользователей.
Критерии и методы установки базовых станций. Базовые станции могут быть расположены в различных местах. Вот некоторые примеры.
Наземные сооружения - оператор сотовой связи покупает или арендует участок земли, строит фундамент и устанавливает на нем базовую станцию и оборудование.
Установка на крышах зданий - оператор арендует участок крыши уже построенного здания. Он устанавливает антенну и оборудование базовой станции непосредственно на самом здании. Это может быть крыша офисного здания, церкви, жилого дома или даже небоскреба.
Установка на водных резервуарах - оператор арендует участок водонапорной башни, устанавливает на нем антенну и протягивает от нее коаксиальный кабель к оборудованию базовой станции, которое находится на земной поверхности [2].
Совмещенные соты - оператор устанавливает оборудование и антенну базовой станции на вышке, арендованной у другого оператора. Он устанавливает собственную антенну и протягивает коаксиальный кабель к собственному оборудованию.
Скрытые соты – эти ячейки скрыты от постороннего наблюдателя. Они скрыты внутри других элементов, например, таких как автозаправочная станция, эмблема гостиницы и др. Эти вышки делают таким образом, чтобы они сливались с общим видом.
Литература
- 1. Тихвинский В.О., Нургожин Б.И., Айтмагамбетов А.З. – Сети мобильной связи от 4G к 5G: технологии, приложения и регулирование. Казахстан: «АК-Шагыл», Алматы: 2014. -372 с.
- 2. Гепко И.А., Олейник В.Ф., Чайка Ю.Д., Бондаренко А.В. – Современные беспроводные сети: состояние и перспективы развития. – К.: «ЕКМО», 2009. – 672 с.
- Дингес С.И. – Мобильная связь: технология DECT. – М.: СОЛОН- Пресс, 2003. -272 с.
- Джон Росс. – Wi-Fi. Беспроводная сеть. – М.: НТ Пресс, 2007. - 320 с.
- Немировский М.С., Шорин О.А., Бабин А.И. Беспроводные технологии от последней мили до последнего дюйма. - М.: Эко-Трендз, 2010.- 400 с.
- Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова С.Н. Сети подвижной связи. Москва, Эко–Трендз, 2001. 407с.
- Ратынский М.В., Основы сотовой связи. Москва, Радио и связь, 2005. 399с.
- Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые средства связи. Петербург БХВ, 2001. 185с.
- Русев Д. Технологии беспроводного доступа. Петербург БХВ, 2002. 286с.
- Беделл.П. Сети. Беспроводные технологии. М. НТ Пресс, 2008. 441с.
- Официальный сайт Международного союза электросвязи www. itu.int.