Сотовые системы связи

Путем эффективного проектирования сети (например, путем разделения зоны действия базовой станции на секторные  сотовые ячейки), а также использования  имеющихся сооружений (зданий, мачт, линий передач и т.д.), можно  достичь минимальной стоимости  инфраструктуры сотовой сети. При  проектировании сотовых сетей каждый проект выполняется с учетом желаний  и возможностей заказчика.

Для составления окончательного проекта сети требуется четкая информация о следующих основных параметрах:

• количество имеющихся свободных каналов (в зависимости от ширины полосы и разноса между каналами);
• планируемые зоны обслуживания (города и магистральные дороги);
• топография и типы местностей в зонах обслуживания (карты);
• существующие сооружения и т.п. (список предлагаемых пунктов расположения базовых станций);
• оценка распределения и прироста абонентов и нагрузки;
• прочие параметры проектирования (нагрузка на абонента, допустимая интенсивность потерь, минимальная приемлемая напряженность поля и т.д.)

Так как все вышеупомянутые параметры фактически нам не известны, мы производим здесь только предварительный  расчет максимальной емкости. Он содержит оценку требуемых материалов (базовых  станций и каналов).

Перед проектированием сети стоят две разные цели, зависимые  от обслуживаемой местности.

• В сельских местностях главная задача - это произвести большие зоны охвата с высокой мощностью передачи и высокими антеннами (обычно с помощью ненаправленной антенны).
• В городах, где нагрузка интенсивная, главная задача - это обеспечение максимальной емкости и компактных размеров ячеек с небольшой мощностью и низкими антеннами (часто с помощью направленной антенны и секторных ячеек). 

Проблема проектирования сетей городских районов состоит  в том, что применяются одни и  те же частоты с минимальной внутриканальной  помехой. В городских районах  целесообразно использовать "зонтичные" базовые станции, т.к. они охватывают и такие районы, которые недостаточно хорошо охвачены малыми ячейками.

Проектирование  радиотелефонной сети

В начале проектировщику радиотелефонной  сети нужны данные о вышеупомянутых параметрах. Их он может получать путем  изучения предлагаемых пунктов расположения базовых станций. Топографические  карты необходимо иметь при составлении  плана сети (прогноз зоны охвата и распределение каналов с  минимальными взаимными помехами) с  помощью автоматизированных средств  проектирования. Измерения зоны охвата выдают информацию о фактическом  распространении радиоволн и  одновременно дают заказчику точное определение охвата и функционирования сети. Проектирование сети охватывает и определение параметров телефонной станции подвижной службы (ТСПС), что влияет на удачную передачу соединения из одной сотовой ячейки в другую. Проектирование сети - это бесконечный процесс. Действующая сеть выдает информацию о распределении трафика и прироста абонентов и эта информация может, в свою очередь, влиять на составленные раньше проекты устройства сетей. Проектирование сети постоянно расширяется, как и сама сеть. 

Технические характеристики и основы для расчета  сетей

• Полоса частот 2 * 4,5 МГц
• Разнос между каналами - 25 Кгц
• Количество каналов - 180
• Размер узла (модель группы повторяющихся ячеек) - 9
• Макс. интенсивность потерь в ЧНН - 5% (3 мин. на час)
• Средняя создаваемая нагрузка на абонента - 25 мЭрл
• Тип базовой станции (БС) NMT-450
• Количество каналов/статив в БС - 8
• Чувствительность базовой станции - 2 ДбМкв ЭДС
• Мощность передачи БС 0,7 - 50 Вт (выход канала)
• Количество каналов на группу каналов - 20
• Минимальный разнос между 175 Кгц
• Количество каналов на одну антенну передачи - 16

Типичный коэффициент  усиления антенны:

• 5 Дби (ненаправленная антенна)
• 8 Дби (направленная с 120 град. шириной диаграммы направленности)
• 9 Дби (направленная с 60 град. шириной диаграммы направленности)

Затухание антенного фидера (450 МГц):

• 5 Дб/100 м (1/2)
• 3 Дб/100 м (7/8)
• Чувствительность ТСПС - 0 ДбМкв ЭДС
• Мощность передачи ТСПС 15, 1,5 и 0,15 Вт

Зона  обслуживания

Сеть охватывает район  с диаметром: около 30 км.

Размеры сотовых ячеек

Обычно мощности передачи базовой станции и ТСПС находятся  на балансе. Это значит, что количество речевой связи одинаково высокое  в обоих направлениях. Размер ячейки вычисляется путем определения  минимальной приемлемой напряженности  поля, получаемой ТСПС от базовой станции, и использования уравнения для  вычисления затухания напряженности  поля от базовой станции.

Вычисляется минимальная  напряженность поля (т.е. напряженность  поля на краю ячейки) из условий: 

• Чувствительность ТСПС равна -113 Дб, что соответствует в антенне напряжению 0 ДбМкв ЭДС и напряженности поля 17 ДбМкв/м.
• Напряженность поля на уровне чувствительности 17 ДбМкв/м
• Граница быстрого замирания +10 Дб
• Граница медленного замирания +4 Дб
• Усиление антенны подвижной станции -5 Дб
• Затухание антенного фидера подвижной станции +2 Дб
• Минимальная приемлемая напряженность поля 28 ДбМкв/м

Напряженность поля превысит пороговое значение в пределах сотовой  ячейки с 90-процентной вероятностью времени  и месторасположения.

Размер сотовой ячейки (т.е. радиус ячейки в напряжении главного лепестка антенны) вычисляется, применяя уравнения Юл-Ньюхолм (Juul-Nyholm; COST 207. Digital land mobile radio communication. Final report, стр. 18-19. Luxembourg 1989). Приведенные ниже примеры  в виде таблиц вычислены используя  вышеуказанное уравнение.

• Затухание сумматора и прочее затухание = 3,5 Дб
• Затухание антенного фидера = 2,5 Дб

Поправочный коэффициент  местности:

• 0 Дб городская местность
• 5 Дб пригородная м. (лесистость)
• 10 Дб сельская м.
• 16 Дб полуоткрытая м.
• 25 Дб открытая м.

Расчет  емкости

Используя формулу Эрланг Б. можно вычислять создаваемую  нагрузку, когда количество каналов  и интенсивность потерь известны. Ниже примером служит район внутри кольцевой дороги г. Москвы.

• Район А = пи * 14 *19 км2 = 836 км2
• Размер ячейки пи * (3,0/2) км2 = 7,1 км2
• Ориентировочное максимальное количество ячеек 836/7,1 = 118
• Предполагается, что базовые станции можно располагать в отработанных пунктах.
• Количество каналов телетрафика в ячейке (в каждой ячейке по одному каналу для сигнализации): 19 
• Потерь 5%, следовательно, создаваемая нагрузка на ячейки 14,3 Эрл
• Максимальная нагрузка; предполагается, что нагрузка одинаково распространена: 118 * 14.3 = 1687 Эрл
• Количество абонентов: 1687/0,025 = 67000

Вышеуказанное число - это  теоретическое число для максимального  количества обслуживаемых абонентов, когда сеть проектирована как  сеть большой емкости для городской  местности. Количество абонентов можно  увеличить путем понижения мощности передачи базовой станции. 

 

Раздел IV    

 

Радиотелефонные системы общего пользования с  большой зоной обслуживания (РТСОП-БЗ)

Радиотелефонная система "Алтай"

Отечественная система радиотелефонной  дуплексной связи с подвижными объектами "Алтай", которая в настоящее  время используется более чем  в 40 городах СССР, является типичным представителем РТСОП-Б3. Эти радиосистемы основаны на использовании одной  центральной радиостанции (ЦРС), антенна которой располагается на максимально возможной высоте.

Основные принципы функционирования РТСОП-Б3 "Алтай" были разработаны  в начале 60-х годов и с тех  пор практически не изменились. Существенная модернизация проводилась в части  аппаратуры, используемой в системе. Первоначально (1959..1963 гг.) система была разработана для диапазона 160 МГц ("Алтай") с разносом частот 50 Кгц, в основном на электронных лампах (особенно высокочастотные каскады). Затем (1968..1971гг.) система была переоборудована  для диапазона 330 МГц ("Алтай-3") тоже с разносом частот 50 Кгц, но с  широким использованием транзисторов, функциональных элементов и другой современной элементной базы.

В 1974..1978 гг. была введена  очередная модернизация радиооборудования  системы с учетом разноса частот 25 Кгц ("Алтай-3М") и применением  интегральных схем, термокомпенсированных  кварцевых генераторов, переводом  центрального радиотракта (ЦРТ) полностью на транзисторы, в том числе в выходных каскадах передатчика (3-е поколение). при этом существенно были уменьшены масса и габариты радиостанции, потребление от источников питания, повышена надежность. В настоящее время система модернизируется. В нее вводятся устройство автоматического опознавания номера абонента ПО; синтеза частот и микропроцессорное устройство управления ("Алтай-3С"). 

В системе "Алтай-3М" помимо автоматической связи абонентов  ПО с абонентами телефонной сети предусмотрена  возможность использования диспетчерской связи с абонентами ПО, что позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр и уменьшить время занятия канала. 

Система "Алтай-3М" состоит  из: центральной радиостанции, ведомственных  диспетчерских пунктов, абонентских  радиостанций, соединительных линий, ремонтно-профилактической мастерской. Связь в системе осуществляется в дуплексном режиме через единую городскую ЦРС в диапазоне  частот 301,1375..305,8125 и 337,1375..341,8125 МГц с  разносом частот 36 МГц. весь диапазон частот, выделенный для системы "Алтай-3М", разбит на 22 участка (ствола), по восемь радиоканалов в каждом. Разнос частот между радиоканалами 25 Кгц. 

Число стволов, разрешенных  к установке в каждом городе, определяется решением органов Государственной  инспекции электросвязи на основе утвержденного  плана распределения частот по территории СССР. 

Входящие в ствол радиоканалы  равнодоступны и объединены системами  автоматического поиска свободного (АПСК) и вызывного (АПВК) каналов. Это позволяет использовать для связи любой из свободных в данный момент радиоканалов и значительно увеличить пропускную способность системы. 

За каждым абонентом ПО закрепляется индивидуальный избирательный  вызов. Отдельные группы абонентов, кроме того, имеют общий циркулярный  вызов. Число избирательных вызовов  в стволе 989, циркулярных 10, избирательных  номеров ведомственных диспетчеров 18. Каждый ствол автономен и имеет  свою нумерацию абонентов, ведомственных  диспетчерских пунктов и циркулярных  вызовов. 

Система взаимодействия на участка радиотракта тональная. Для этой цели используются 42 частоты  в диапазоне 1003..2397 Гц с разносом в 34 Гц. Избирательный вызов абонентских  станций состоит из комбинации трех частот, передаваемых одновременно. 

Число абонентов, которое  без ущерба для качества обслуживания можно включить в один ствол, зависит  от средней продолжительности разговора, среднего числа выходов на связь  в часы наибольшей занятости радиоканалов. В каждом конкретном случае число  абонентов в стволе определяется расчетом на основе полученных исходных данных и может составлять 250..300. Когда требования к допустимой вероятности  потери вызова из-за занятости радиоканалов не установлены, она может быть принята  равной 20%. 

Оборудование, предназначенное  для использования в системе "Алтай-3М", включает следующие составные части (из расчета на один ствол): 

Приемопередающая аппаратура ЦРС 7РЗС-1 "Алтай ЦС-3М" - 1

Антенно-фидерные устройства ЦРС в составе:

• резонансных фильтров передачи - 4
• резонансных фильтров приема - -1
• мостовых фильтров - 3
• антенных разделителей - 1
• Вибратор (элемент антенны) - 36

Коробки распределительные:

• КР-1 - 12
• КР-2 - 2
• КР-3 - 4

Радиостанция абонентская 7Р23В-1 "Алтай АС-3М" с сетевым  блоком питания - 2

Коммутационное оборудование ЦРС, модернизированное (состав: 3 статива, ПСТ, ККОЦС-М) - 1

Коммутационное оборудование диспетчерского пункта, модернизированное (состав: статив коммутации диспетчера, пульт управления, два комплекта  для дежурного техника и центрального диспетчера) - 20

Стативы генераторного оборудования:

• СГО-1 - 1
• СГО-2 - 1

Измерительные приборы:

• переходное вспомогательное устройство ПВУ АС-3М - 1
• блок УНЧ - 1
• заглушка - 1
• соединительные кабели - 3

Число радиостанций абонентских  мобильных "Алтай-АС-3М" 7Р23В-1, сетевых  блоков питания и антенн "Волновой канал" определяется проектом.

Приемопередающее оборудование соединяется с комплектом коммутационного  оборудования центральной станции, к которому, в свою очередь, подключаются соединительные линии от АТС, ВДП, оборудование дежурного техника и центрального диспетчера. К ККОЦС подключается также оборудование генераторов  сигналов вызывных и сигнальных частот, а также устройств, обеспечивающих работу автоматики системы; ППО и  ККОЦС-М могут устанавливаться  в зданиях смежных, расположенных  рядом или в разных, удаленных  друг от друга.