Сотовые системы связи

Определение местоположения АС в ССС

Особенность коммутационных станций ССС по сравнению со станциями  телефонной сети общего пользования  обусловлено тем, что абоненты находятся  в движении и могут переместиться  в зону обслуживания любой БС. Таким  образом, для установления соединения с подвижной АС необходимо располагать  информацией о местоположении абонента. С этой целью в ССС введена  процедура регистрации местоположения подвижной АС. Согласно рекомендациям  МККТТ координаты АС должны определяться с точностью до зоны либо до группы зон. Регистрация местоположения должна быть организована так, чтобы обеспечивалось своевременное изменение данных о местоположении АС и максимально облегчался поиск АС в случае изменения зоны обслуживания.

Абонентская станция начинает процедуру установления местоположения только в том случае, если последовательность, определяющая зону обслуживания, которая  записана в памяти АС, не совпадает  с вновь поступившей. Регистрация  местоположения считается завершенной, если получено подтверждение от ЦС. Результаты регистрации местоположения АС поступают в специальный регистр  для записи местоположения.

В ССС большой емкости, охватывающей большую территорию, могут  действовать несколько ЦС. Каждый абонент зарегистрирован на конкретной ЦС, т.е. необходимые данные об АС записываются в регистр местоположения адресной ЦС. Если АС переезжает в зону обслуживания другой ЦС (визитной), то данные о местоположении АС записываются в регистр местоположения новой ЦС и хранятся в нем до тех пор, пока АС не покинет зону обслуживания визитной ЦС, которая до этого момента будет следить за всеми передвижениями АС и информировать о них адресную ЦС. Визитная ЦС предоставляет абоненту все необходимые виды соединений в процессе установления соединения визитной ЦС может потребоваться дополнительная информация, которая хранится только на адресной ЦС. По запросу визитной ЦС адресная ЦС передает требуемую информацию. Примером ССС, в которой действует несколько ЦС, взаимодействующих между собой, является система NТТ, которая введена в действие с 1979 г. в районе г. Токио. Первоначально управление сетью осуществлялось одной ЦС. Для увеличения числа абонентов и территории обслуживания потребовалось увеличить число ЦС до 9 в 1984 г. Для взаимодействия между собой использованы каналы переключения между ЦС, обмен информацией по которым производится в соответствии с системой сигнализации МККТТ N 7.

Наличие в ССС нескольких ЦС сказывается на времени установления связи. Практически независимо от числа  узлов коммутации в системе сигнализации МККТТ N 7 среднее время установления соединения при исходящем вызове составляет около 8 с, что, по мнению экспертов, не является ограничивающим фактором для внедрения рассматриваемой  структуры сети.

Управление  входящего вызова в ССС

В действующих ССС процедура  установления соединения входящего  вызова любой АС осуществляется следующим  образом. При поступлении на ЦС заявки на входящее для АС соединение ЦС по каналу передачи данных передает на БС команду вызова данной АС, которая, получив от БС вызов, передает в КУ сигнал подтверждения получения  вызова, транслирующийся через БС на ЦС. В ответ ЦС передает на АС номер  свободного разговорного радиоканала. После настройки на частоту выделенного  радиоканала АС сообщает на ЦС о  своей готовности, которая, в свою очередь, посылает сигнал (звонок) вызываемому абоненту. Когда абонент снимает трубку, ЦС подключает разговорный тракт, при этом в течение сеанса связи постоянно контролируется качество передачи.

В исходном состоянии АС настроена на вызывной канал с  максимальным уровнем сигнала. Вызов  в сторону АС производится от ЦС через все БС, которые относятся  к так называемой зоне вызова, где  расположена АС в данный момент времени. Получив сигнал вызова, подвижная  станция по обратному КУ передает подтверждение, поступающее на ЦС. Получив  подтверждение, на ЦС выделяется разговорный  радиоканал (РК), номер которого сообщается по КУ на АС, после чего КУ освобождается. Далее осуществляется контроль установленного разговорного тракта АС-ЦС на правильность выполненный операций. При этом по запросу ЦС от АС передается ранее принятый номер РК, который проверяется на соответствие. В случае отсутствия ошибок ЦС передает исполнительную команду вызова "включить сигнал" (звонок). Входящий вызов завершается окончательным подключением разговорного тракта и включением на БС тонального сигнала 4 Кгц (внеполосная модуляция в РК) для непрерывного контроля качества передачи.

Процедура установления входящего  вызова в системах АМРS и ТАСS практически  идентична, однако отличается от рассмотренного протокола. В исходном состоянии  АС настраивается на частоту КУ с  наиболее высоким уровнем сигнала. По КУ передается непрерывной поток  информации, содержащий сигналы входящего  вызова. Получив со стороны сети заявку на входящее соединение, ЦС по проводному каналу передачи данных дает команду  всем БС вызвать данную АС. Этот вызов  транслируется на АС по КУ. Получив  сигнал вызова, АС с помощью метки "свободно/занято", имеющейся в  формате КУ, проверяет возможность  доступа в обратный КУ и выдает через БС на ЦС подтверждающее сообщение, которое содержит собственный номер  АС. Приняв это сообщение, ЦС анализирует  поступившую информацию, определяет номер обслуживающей БС, выбирает свободный РК на данной БС и в  информационном формате канала управления отмечает состояние этого канала как "занято" (в течение 1-4 мс).Это  позволяет снизить вероятность  конфликтной ситуации при занятии  КУ несколькими абонентами.

Затем по разговорному каналу ЦС посылает повторный вызов на БС с указанием номера выделенного  РК и номера специального сигнала SAT (Supervisopy Audio Tone), который применяется  для контроля исполнения команд и  контроля качества передачи. В качестве сигнала SAT в одной ячейке ССС  может использоваться одна из трех тональных частот: 5970, 6000 и 6030 Гц. Следовательно, в ССС с коэффициентом повторения частот С=7 можно обслуживать 21 ячейку без повторения этих сигналов в радиоканалах с одинаковой частотой. Сигнал SAT постоянно  передается в канале во время разговора. В том случае, когда обнаружено это прерывание, АС включает таймер и , если SAT не будет обнаружен по истечении определенного времени, АС переключается на частоту КУ и  сеанс связи заканчивается.

В процессе эстафетной передачи абонента из зоны в зону АС уведомляется о номере сигнала SAT специальным  сообщением. Получив информацию от ЦС, АС перестраивается на указанную  частоту свободного радиоканала  и по этому радиоканалу передает на ЦС выделенный сигнал SAT. При его  распознавании на БС принимается  решение о готовности дуплексного  радиоканала БС-АС к передаче, о  чем сообщается на ЦС соответствующим  сигналом. Далее производится коммутация наземной телефонной линии ЦС-БС радиоканалом БС-АС и соответствующей командой АС приводится в готовность. Если абонент  свободен, то от АС по назначенному разговорному радиоканалу на БС передается тональный  сигнал ST (Signalling Tone) частотой 8 Кгц, который  прерывается при снятии трубки абонентского аппарата. По сигналу ST БС сообщает на ЦС о готовности АС, и ЦС посылает абоненту сигнал вызова (звонок).

При снятии сигнала ST ЦС проключает весь разговорный тракт, передает в  канал сигнал SAT и следит за результатами измерений качества передачи. При  завершении разговора от АС передается сигнал ST и сигнал о перестройке  на частоту КУ, поэтому БС сообщает на ЦС об окончании связи, после чего коммутационное оборудование освобождается.

Следует отметить, что в  отличие от алгоритма входящего  вызова системы NMT в данном алгоритме  контроль достоверности принимаемых  сообщений частично перенесен на блок управления АС. Например, с его  помощью определяется соответствие между принятым номером РК и номером  КУ, который обслуживает данную группу разговорных радиоканалов.

В системе NTT имеются отличия  от описанного выше порядка установления входящего вызова, обусловленные  тем, что при построении сети используются два служебных канала - канал управления и канал эстафетной передачи АС, а также промежуточные станции  управления. При поступлении вызова он передается на адресную ЦС, где хранится вся информация об АС. В зависимости  от точности определения местоположения АС, станция управления посылает на одну или несколько БС сигналы  вызова АС, которые по прямому КУ излучаются в эфир. Вызов от СУ может  повторяться дважды. После ответа АС станция управления начинает поиск  свободного разговорного радиоканала  в группе каналов, выделяемых для  данной ячейки. После того как канал  найден, СУ передает на ЦС первый ответный сигнал, содержащий информацию о номере ячейки, в которой находится АС, и номер выбранного РК, передаваемого  также через БС на АС по КУ. От СУ на ЦС передается второй ответный сигнал, получив который ЦС через СУ передает вызванному абоненту сигнал вызова (звонок). Одновременно СУ выдает команду на БС об изменении напряженности поля в разговорном радиоканале, результаты которого передаются по каналу эстафетной передачи.

После снятия абонентом телефонной трубки на СУ и ЦС приключается разговорный  тракт. Сравнив рассмотренные процедуры  установления входящего вызова, отметим  следующее:

• В системах АМРS и ТАСS отказ в установлении соединения из-за неисправности разговорного радио-тракта может произойти на начальных этапах установления соединения, в то время как проверка разговорного радиоканала в системе NTT происходит на заключительном этапе. Это приводит к увеличению времени непроизводительного занятия ЦС, СУ и оборудования БС в системе NTT.
• В системе NTT протоколы установления соединений не содержат операции подтверждения приема каждой переданной команды, что может привести к ложным срабатываниям.
• В системе NTT введен дополнительный канал - канал эстафетной передачи, что привело к усложнению алгоритмов работы системы, а следовательно, и программного обеспечения.
• В системе NMT контроль качества передачи осуществляется по единому в сети пилот-сигналу (4 Кгц), что делает систему более чувствительной к уровню взаимных помех, обусловленных повторным использованием радиоканалов с одинаковой частотой.

Установление  исходящего вызова в ССС

Исходящий вызов от АС может  быть предназначен как для абонента ТФОП, так и для абонента ССС. Для  установления исходящего соединения на АС набирается номер вызываемого  абонента; этот номер передается на БС и далее транслируется на ЦС по каналу передачи данных. После анализа  информации и выделения свободного РК в действующих ССС организуется тест контроля состояния каналов, устанавливается  соединение и в сторону вызываемого  абонента посылается вызов. После ответа абонента проключается тракт. 

В системе NMT в исходном состоянии  АС настраивается на частоту КУ, в качестве которого используется один из разговорных радиоканалов. Абонент  АС набирает номер, который переписывается в запоминающее устройство (ЗУ), и снимает трубку. После выбора свободного РК по нему передается сигнал "канал занят". Со стороны ЦС производится подтверждение принятия сигнала "канал занят", на который АС выдает ответное подтверждение. При получении этого подтверждения ЦС передает на АС сигнал готовности к приему номера. Из ЗУ АС по разговорному радиоканалу транслируется номер вызываемого абонента, и после подтверждения приема номера на БС проводная телефонная пара подключается к радиоканалу. Ответ вызываемого абонента служит основанием для проключения разговорного тракта и включения тонального пилот-сигнала с частотой 4 Кгц на БС для контроля качества передачи. Таким образом, обмен сигналами в системе NMT ведется по разговорным радиоканалам, система работает с взаимным многократным подтверждением приема каждого сигнала, что обеспечивает высокую надежность установления связи. 

В системах АМРS и ТАСS управление при исходящем вызове основано на применении сигналов SAT и ST. Как и  в системе NMT, номер вызываемого абонента записывается в ЗУ абонентской станции. Затем АС проверяет состояние обратного КУ на занятость, т.е. определяет возможность доступа в прямой КУ. Получив доступ, АС передает исходящий вызов, в котором содержится номер вызывающей АС и номер вызываемого абонента; БС транслирует исходящее сообщение по каналу передачи данных на ЦС, где осуществляется проверка на несанкционированный доступ вызывающего абонента к данной системе. Если абонент имеет право доступа к сети, то ЦС инициирует в течение 1-4 мс состояние обратного КУ как "занято", выделяет свободный РК и сигнал SAT; одновременно с этим устанавливается соединение в сторону вызываемого абонента и ему передается вызов. Получив номера РК и сигнала SAT, АС настраивается на частоту разговорного радиоканала и по нему передает соответствующий сигнал SAT через БС на ЦС, после получения которого осуществляется проверка разговорного тракта ЦС-БС-АС. Далее ЦС ожидает ответа абонента и при снятии абонентом трубки проключает разговорный тракт и ведет контроль за качеством речи. 

Установление исходящего вызова в системе NTT в отличие  от рассмотренных выше систем производится с участием СУ. Набранный номер  записывается в память АС, и по каналу КУ через БС на СУ поступает сигнал "начало вызова", в котором содержится номер вызывающего абонента. Затем  СУ выбирает свободный РК и передает номер этого радиоканала на АС. Одновременно СУ передает на ЦС синхросигнал по каналу передачи данных, а в сторону  БС СУ дает команду эстафетной передачи об изменении напряженности поля для контроля качества передачи. После  завершения процедуры организации  разговорного тракта СУ считывает номер  вызываемого абонента из ЗУ АС и  устанавливает соединение между  абонентами. Таким образом, в системе NTT обмен сигналами происходит по служебным каналам трех типов, что  усложняет алгоритм и программное  обеспечение управляющего комплекса, а также схему АС и БС и снижает  надежность установления связи. Сопоставляя  протоколы входящего и исходящего вызовов в рассмотренных системах, можно отметить, что организация  разговорного тракта содержит однотипные операции управления. Это означает, что программы, обеспечивающие входящий вызов, могут быть реализованы в  виде подпрограмм режима исходящего вызова. 

Протоколы поддержания непрерывной связи  в ССС

Одной из основных проблем  при разработке ССС является обеспечение  непрерывной связи в течение  сеанса передачи во время передвижения АС по территории обслуживания. Принцип  этой операции, вызываемой "эстафетной передачей" АС, заключается в следующем. Для оценки качества передачи в установленном  разговорном тракте по РК непрерывно передается пилот-сигнал для постоянного  измерения отношения сигнал/помеха по мощности . Если величина принимает  значение ниже установленного порогового уровня, то начинается процедура эстафетной передачи. Снижение мощности принимаемого полезного сигнала может происходить  при выходе АС из зоны действия БС, а  также при перемещении подвижного абонента в зону с длительными замираниями сигналов. В действующих системах при ухудшении качества передачи от ЦС по БС поступает команда измерить величину в РК. Измерение производится с помощью специальных приемников, которые могут быть настроены на частоту любого радиоканала системы. Оценивая полученные от БС результаты измерений, ЦС выбирает зону с максимальным отношением сигнал/помеха и переключает АС на новый радиоканал.