Сотовые системы связи

В этой системе контроль за качеством речи ведется по тональному пилот-сигналу с частотой 4 Кгц, который  методом внеполосной модуляции  вводится в разговорный тракт  на БС1, излучается совместно с речевым  сигналом и ретранслируется обратно. При снижении величины ниже порогового значения ЦС выдает на соседние базовые  станции команду произвести измерение  отношения сигнал/помеха с указанием  номера радиоканала РК1. По результатам  измерений ЦС выбирает БС с максимальным значением величины (например, БС2) и  выделяет свободный радиоканал РК2 в зоне действия БС2. По радиоканалу  РК1 через БС1 на АС передается номер  нового радиоканала РК2, по которому АС и ЦС взаимодействуют сигналами "передача-подтверждение". По окончании  обмена ЦС производит переключение соответствующих  устройств и проводной телефонной пары для продолжения разговора  по новому разговорному каналу. После  всех переключений необходимых цепей  с БС1 на БС2 ЦС освобождает телефонную пару, соединенную с РК1 на БС1. 

В системах АМРS и TACS протокол обмена сообщениями в рассматриваемом  режиме отличается от систем NMT лишь тем, что контроль за качеством передачи ведется с помощью сигнала SAT. По мере приближения АС к границе  ячейки величина отношения сигнал/помеха уменьшается. Поэтому БС1 может выдать на ЦС сигнал "ухудшение качества", по которому ЦС идентифицирует шесть  окружающих БС и дает им команду  измерить уровень сигнала SAT1 в данном РК. Центральная станция сравнивает полученные результаты и выбирает новую  ячейку с более высоким уровнем  сигнала, например БС2, в направлении  которой передает номер нового РК и номер SAT2. Это сообщение транслируется  на АС в разговорном радиоканале, по которому ведется сеанс связи. Подтверждением получения информации является кратковременное (на 50 мс) прерывание сигнала SAT2, зафиксировав которое БС1 посылает сигнал исполнения на ЦС. В  новом радиоканале АС передаем на ЦС сигнал готовности, ЦС производит соответствующую  перекоммутацию, освобождая БС1, и проключает новый разговорный тракт. Контроль за качеством передачи ведется по сигналу SAT2, дискретная информация передается в РК методом бланкирования, при  котором речевые сигналы прерываются. Вся процедура эстафетной передачи занимает около 250 мс, поэтому для  абонента момент переключения происходит незаметно. 

В системе NTT различаются  три случая эстафетной передачи:

• АС перемещается в пределах зоны обслуживания СУ;
• АС перемещается в пределах зоны обслуживания ЦС;
• АС перемещается в зону обслуживания другой (визитной) ЦС.

Рассмотрим эстафетную передачу АС при ее перемещении в пределах зоны обслуживания СУ. При ухудшении  качества передачи по каналу эстафетной передачи БС1-СУ передается сигнал "ухудшение  качества" и СУ передает по каналу эстафетной передачи команду на соседние БС измерить напряженность поля на "заданной частоте" и выбирает ту БС, результат измерения которой  удовлетворяет двум условиям:

• величина напряженности поля должна быть максимальной из всех полученных; 
• разница между выбираемой величиной напряженности поля и исходной, полученной от БС1, должна быть не менее 5 Дб.

Выбрав БС2, СУ ищет свободный  РК2 в направлении БС2 и по каналу передачи данных передает на ЦС сигнал занятия РК2. После того как установлен разговорный тракт ЦС-СУ, СУ передает номер РК2 на АС через БС1 по каналу эстафетной передачи. При этом АС настраивается  на частоту радиоканала РК2 и передает по каналу эстафетной передачи на СУ сигнал подтверждения, получив который  СУ освобождает РК1 и производит соответствующую перекоммутацию. Весь процесс эстафетной передачи в этом случае занимает около 800 мс. 

Таким образом, в системе NTT алгоритм взаимодействия между телефонными  станциями сети оказывается наиболее сложным, поскольку введены промежуточные  станции управления. Вместе с тем  такой подход не предъявляет жестких  требований к производительности СУ, так как нагрузка в системе  управления распределяется между ЦС и СУ, а требование высокой пропускной способности обеспечено введением  дополнительного канала управления. 

Примеры реализации центральной системы

В системе NMT в качестве ЦС используется электронная автоматическая телефонная станция типа DХ 200 МТХ. Эта  станция может применяться на всех уровнях сети, т.е. в качестве оконечной, зоновой, узловой и междугородной  станций. Максимальная абонентская  емкость DХ 200 МТХ, используемой в качестве ЦС, - 100 тыс. номеров, максимальное число  радиоканалов 3500. Система имеет пропускную способность 100 тыс. вызовов в час, что соответствует интенсивности  обрабатываемой нагрузки 2500 эрл. (при  средней занятости 90 с). Система управления может расширяться по мере необходимости. 

При обслуживании станцией DХ 200 МТХ комбинированной нагрузки проводной и радиотелефонной  сетей максимальная абонентская  емкость определяется удельной нагрузкой  абонентских линий. Станция DХ 200 МТХ, используемая в качестве ЦС, имеет  три выхода на окружающие технические  средства: выход на ТФОП, выход к  БС, выход к системе технической  эксплуатации станции. Станция DХ 200 МТХ одновременно используется и как одна из АТС, следовательно, должна выполнять те же функции, что и любая АТС ТФОП. На DХ 200 МТХ установлено оборудование соединительных линий, обеспечивающее линейное согласование станционного оборудования и линий связи, обмен сигналами в процессе обслуживания соединения. Так как DХ 200 МТХ является электронной станцией, то при подключении аналоговых соединительных линий устанавливаются согласующие устройства ИКМ. Коммутационная система ЦС, состоящая из модулей 32х32 линий ИКМ, производит коммутацию временных каналов линий ИКМ в соответствии с командами управления, которые выдаются в процессе установления вызова. Емкость коммутационной системы наращивается добавлением модулей, которые образуют группы с максимальной емкостью 256 линий ИКМ (7680 разговорных каналов). С целью повышения надежности работы коммутационная система полностью дублируется. 

Обработка вызовов на станции  функционально разделена и производится микропроцессорными блоками (микро-ЭВМ), соединенными между собой с помощью  быстродействующей шины сообщений. Для повышения надежности микропроцессорные  блоки дублированы. Оборудование станции  может наращиваться по мере роста  емкости станции. Оборудование рассмотренной  станции предназначено для работы в ТФОП. При использовании DХ 200 МТХ  в ССС к оборудованию станции  добавляются специальные блоки: 

а) блок обслуживания нижних уровней протокола сигнализации NMT (блок не дублируется, устанавливается  на каждой поступающей от БС линии  ИКМ); 

б) блоки обслуживания сигнализации между АС и ЦС (при определении  местоположения АС и в процессе эстафетной передачи АС). Число блоков зависит  от емкости станции, минимально устанавливаются  два блока. Техническая эксплуатация DХ 200 МТХ осуществляется с помощью  системы технической эксплуатации. 

Функции управления станцией делятся на три уровня обработки  информации: первичная, вторичная и  контроль за работой АТС (мониторинг). Такое деление позволяет оптимизировать оборудование для каждого из соответствующих уровней управления.

Нижний уровень (уровень3) включает предварительную обработку внутристанционной информации, а также информации, поступающей от абонента. Оборудование состоит из ряда блоков сопряжения, главной задачей которых является управление сигналами набора номера и линейными сигналами в режиме реального времени. Вторичная обработка информации (уровень 2) также связана с обработкой поступающей от абонента информации: управление сигнализацией, анализ поступающей цифровой информации, маршрутизация. Верхний уровень управления (уровень 1) обеспечивает работоспособность станции. Разделение функций управления на три уровня и их реализация рассредоточенными микро-ЭВМ повлекла за собой соответствующее разделение программного обеспечения на программы технической эксплуатации, программы обслуживания вызовов, программы предварительной обработки. Посредством такого функционального деления различные задачи разделены на каждом уровне. Каждая задача выполняется с помощью своей программы-задания. Программы-задания каждой микро-ЭВМ образуют пакет прикладных программ, внутреннее взаимодействие между которыми осуществляется посредством обмена сообщениями. 

Пакет программ технической  эксплуатации является самым большим  в системе и включает в себя программы, обеспечивающие эксплуатацию, техническое обслуживание и диалог между оператором и ЭВМ. Эти программы  делятся на группы: программы обслуживания абонентов, маршрутизации, учета нагрузки и стоимости разговора, административного  управления. Программы технической  эксплуатации обеспечивают контроль и  наблюдение за работой оборудования станции, анализ поступающей аварийной  сигнализации и восстановление работоспособности  станции, статистическую обработку  отказов. Имеющиеся в пакете программы  взаимодействия обеспечивают связь  с периферийным оборудованием. В  состав пакета также входят программы, обеспечивающие обмен данными между  диспетчером и станцией. Поскольку  пакет программ весьма велик, а сами программы вызываются и исполняются  через сравнительно большие промежутки времени, то они записаны на магнитном  носителе и по мере необходимости  загружаются в оперативную память для выполнения. 

Структура программ обслуживания вызова основана на принципе разделения процессов вызова на входящий и исходящий. Программы обслуживания сигнализации соответственно разбиты на программы  регистровой и линейной сигнализации. Пакет программ линейной сигнализации производит обработку и формирование линейных сигналов по запросам из пакета обслуживания вызовов, причем может  обслуживаться любая система  линейной сигнализации. Имеется пакет  программ для обслуживания сигнализации в соответствии с рекомендациями МККТТ N 7. Имеется также пакет  программ MFC/РВ, который обслуживает  линии с многочастотной и тастатурной  сигнализациями, из которого посылаются сообщения в пакет обслуживания вызова о поступлении сигналов и  ведется управление посылкой сигналов МFC по директиве, полученной от программы  обслуживания вызова. Поскольку сигнализация всех возможных типов проходит преобразование в формат стандартной внутренней сигнализации станции, то для работы с любым типом внешней сигнализации достаточно добавить соответствующую  программу преобразования в программное  обеспечение станции. Поэтому DХ 200 МТХ  легко адаптируются к любым сетям. Кроме того, в пакет программ обслуживания вызова входят программы управления системой коммутации и программы  доступа к центральному ЗУ, а также  программы для определения характеристик  трафика. Этот пакет представляет собой  совокупность программ, образующих систему, готовую к загрузке в память ЭВМ. Программы, участвующие в обслуживании нагрузки и поэтому используемые наиболее часто, хранятся в оперативных  ЗУ. Более редко используемые программы  хранятся на магнитном носителе и загружаются в оперативную память микро-ЭВМ по мере необходимости. 

Программное обеспечение  предварительной обработки состоит  из небольших пакетов, основной функцией которых является обработка сигналов, необходимых для программ обслуживания соединения, в реальном масштабе времени. Пакет этих программ используется также  для первичной обработки сигналов от абонентов, для обеспечения обменом  сигналами по абонентской линии  и подключении ее к свободному каналу в соответствии с сообщениями  из программы обслуживания вызовов. 

Системное обеспечение является базисом, который организует совместную работу всех программ и их выполнение в ЭВМ. Имеется стандартный набор  программ, состоящий из операционной системы и некоторых дополнительных программ. Собственно операционная система  предназначена для обслуживания вызовов и обеспечения обмена сигналами между остальными программами. Все параметры, описывающие конкретные индивидуальные характеристики данной станции, сгруппированы в блок станционных  параметров. Таким образом, увеличение емкости станции вызывает лишь необходимость  изменения данных в этом блоке. Благодаря  большой глубине модульности  все программы могут быть последовательно  проверены, что обеспечивает надежность работы. Поскольку программные элементы независимы, то введение какого-либо нового требования или функции затрагивает  лишь соответствующий элемент, который  можно модифицировать, заменять или  расширять независимо от других. 

В ССС в качестве ЦС широко используется цифровая автоматическая телефонная станция с распределенным управлением типа System 12, при этом обмен информации между ЦС и АС ведется через модемы, работающие со скоростью 1200 бит/с. Поскольку System 12 полностью цифровая станция, аналого-цифровое преобразование информации производится на БС. Канальный модуль АС может  осуществлять управление максимум 30 каналами, в числе которых могут быть КУ и РК, относящиеся к одной  или нескольким БС. 

Для использования электронной  АТС типа System 12 в ССС в программное  обеспечение станции вводятся два  новых программных модуля в дополнение к существующим: для управления каналами, оборудованными модемами, и для обработки  информации по определению местоположения АС, эстафетной передаче АС, обработке  информации об изменении качества передачи. При организации ССС в Бельгии  предполагается, что первоначально  ЦС типа System 12 будет работать с 45 БС и обслуживать 5000 абонентов, в последующем  планируется увеличение емкости  сети до 50000 абонентов и увеличение числа БС до 245. Максимальная емкость System 12 при использовании ее в качестве ЦС ограничивается только стоимость  кабельной сети. Поэтому считается  целесообразным организовать в ССС  вторую ЦС также типа System 12. Применение System 12 планируется и при проектировании полностью цифровых ССС, например СD-900. 

Выводы

Рассмотренные алгоритмы  работы сотовых сетей связи и  протоколы управления в различных  режимах работы показали, что в  системах, эксплуатируемых в настоящее  время, имеется ряд отличий, обусловленных  различием характеристик используемой аппаратуры, вычислительной и коммутационной техники. При создании перспективных  цифровых ССС имеются чрезвычайно  важные проблемы, среди которых следует  выделить выбор методов уплотнения каналов связи, рациональных методов  модуляции для передачи речевых  сообщений, способных обеспечить хорошую  разборчивость при низких скоростях  передачи по радиоканалам, что приведет к высокой спектральной эффективности  цифровых ССС. При их разработке необходимо ориентироваться на результаты проводимых испытаний цифровых сотовых сетей  связи, учитывая имеющийся опыт эксплуатации действующих ССС, а также рекомендации МККР и МККТТ.  

Раздел III    

Принципы  проектирования ССС

Цели  проектирования и исходные данные

Приведенные ниже принципы проектирования основываются на опыте  проектирования сотовых сетей связи  во многих странах мира и, прежде всего, на опыте фирмы NOKIA.

Целью проектирования сети является:

• обеспечение охвата требуемой зоны обслуживания с высоким качеством речевой связи;
• обеспечение емкости для обслуживания абонентской нагрузки с низкой интенсивностью потерь.