Классификация сетей электросвязи (стр. 77 )

• Принятие вызова. Вызываемое мобильное устройство распознает свой номер в настроечном канале, за которым следит в настоящий момент, и отвечает данной базовой станции. Базовая станция отправляет ответ на коммутатор MTSO, который устанавливает канал связи между вызывающей и вызываемой базовыми станциями. В то же самое время коммутатор MTSO выбирает подходящий канал информационного обмена внутри ячейки каждой базовой станции и уведомляет каждую базовую станцию, которые в свою очередь уведомляют свои мобильные устройства (рис. 10.12, г). Оба мобильных устройства настраиваются на выделенные им каналы.

• Текущий вызов. Пока поддерживается соединение, два мобильных устройства обмениваются голосовыми сигналами или данными, проходящими через соответствующие базовые станции и коммутатор MTSO (рис. 10.12, д).

• Переключение. Если мобильное устройство во время соединения выходит за пределы одной ячейки и входит в зону действия другой, то старый информационный канал следует заменить каналом, выделенным новой базовой станции в новой ячейке (рис. 10.12, е). Система осуществляет это изменение, не прерывая звонка и не беспокоя пользователя.

Система также выполняет некоторые другие функции, не представленные на рис. 10.12.

• Блокирование вызова. Если при звонке с мобильного устройства все информационные каналы, выделенные ближайшей базовой станции, заняты, то мобильное устройство предпринимает предварительно заданное количество последовательных попыток установления связи. После определенного количества неудачных попыток пользователю возвращается сигнал "занято".

• Завершение вызова. Когда один или оба пользователя вешают трубку, об этом узнает коммутатор MTSO и освобождает информационные каналы обеих базовых станций.

• Потеря вызова. Если в определенный период соединения из-за интерференции или слабого сигнала базовая станция не может поддерживать минимально требуемую интенсивность сигнала, то информационный канал связи с пользователем прерывается, о чем уведомляется коммутатор MTSO.

• Звонки стационарным и удаленным мобильным абонентам/от стационарных и удаленных мобильных абонентов. Коммутатор MTSO подключен к коммутатору общественной телефонной сети. Это означает, что коммутатор MTSO может устанавливать соединение между мобильным пользователем из своей зоны и стационарным абонентом через телефонную сеть. Более того, MTSO может соединяться через телефонную сеть либо через выделенные каналы связи с удаленными MTSO и устанавливать соединение между мобильным пользователем из своей зоны и удаленным мобильным пользователем.

10.4.5. Эффекты распространения радиоволн в мобильной связи. Радиосвязь с подвижными объектами имеет свои сложности, отсутствующие в проводных или стационарных беспроводных системах связи. Особого внимания требуют два аспекта: интенсивность сигнала и эффекты распространения сигнала.

• Интенсивность сигнала. Интенсивность сигнала между базовой станцией и мобильным устройством должна быть достаточно высокой, чтобы поддерживать качество сигнала на приемнике, но при этом не слишком высокой, чтобы не создавать сильной интерференции с каналами других ячеек, которые используют ту же полосу частот. Ситуацию дополнительно усложняют несколько факторов. Уровень искусственного шума бывает очень разным. Например, шум зажигания автомобилей в диапазоне частот сотовой связи в городе гораздо больше, чем в пригороде. Есть и другие источники шумовых сигналов, характеристики которых в большой степени зависят от места. Поэтому интенсивность сигнала является переменной величиной и ведет себя как функция расстояния от базовой станции до точки в пределах ячейки. Кроме того, интенсивность сигнала динамически меняется по мере движения мобильного устройства.

• Замирание. Даже если интенсивность сигнала лежит в эффективном диапазоне, разрушить сигнал или вызвать его отклонение могут эффекты, возникающие при распространении сигнала.

При проектировании сотовой сети инженеры-связисты должны учитывать различные эффекты распространения сигнала, желаемый максимальной уровень мощности передачи на базовой станции и на мобильном устройстве, обычную характерную высоту антенны мобильного устройства и доступную высоту антенны базовой станции. На основе этих факторов и определяются размеры отдельной ячейки. Эффекты распространения являются динамическими и их бывает трудно предсказать. Наилучшее, что можно сделать, — это разработать модель, основываясь на опытных данных, и, применив эту модель к данной окружающей среде, разработать правило определения размера ячейки.

Одна из наиболее широко используемых моделей была представлена Окумурой (Okumura), а ее усовершенствование предложено Хатой (Наtа). В качестве исходных данных был принят подробный анализ района Токио и получена информация о потерях на тракте для городской среды. Модель Хаты является обобщением опытных фактов, в котором учтено много условий и типов сред.

В городской среде предлагается следующее выражение для потерь в тракте.

LдБ = 65,55 + 26,16 lg fc - 13.82 lg ht - A(hr) + (44,9 - 6,55 lg ht) lg d

Здесь:

fc — частота несущей в мегагерцах, которая варьируется от 150 до 1500 МГц;

ht — высота передающей антенны (базовой станции) в метрах, лежит в пределах 30-300 м;

hr — высота принимающей антенны (мобильного устройства) в метрах, лежит в пределах 1-10 м;

d — расстояние между антеннами в километрах, варьируется в пределах 1-20 км;

A(hr) — поправочный коэффициент для высоты мобильной антенны.

Для небольших или средних городов поправочный коэффициент вычисляется по такой формуле:

A(hr) = (1,1 lg fc - 0,7) hr - (1,56 lg fc - 0,8) дБ

Для больших городов множитель вычисляется по следующей формуле:

A(hr) = 8,29 [lg (1,54 hr)]2 - 1,1 дБ для fc <= 300 МГц

A(hr) = 3,2 [lg (11,75 hr)]2 - 4,97 дБ для fc >= 300 МГц

Чтобы оценить потери на тракте для пригорода, формулу потерь для городской среды (2.1) нужно изменить следующим образом:

LдБ(пригород) = LдБ(город)- 2 [lg (fc/28)]2 - 5,4

Для потерь на открытом пространстве формула выглядит следующим образом:

LдБ(открытая местность) = LдБ(город)- 4,78 lg (fc)2 - 18,773 (lg fc) - 40,98

Модель Окумуры/Хаты считается одной из лучших по точности предсказания потерь на тракте и представляет собой практический способ оценки потерь на тракте для множества ситуаций.

Пример. Пусть fc = 900 МГц, ht, = 40 м, hr = 5 м и d = 10 км. Оцените потери на тракте для города средней величины.

A(hr) = (1,1 lg 900 - 0,75) 5 - (1,56 lg 900 - 0,8) дБ = 12,75 - 3,8 = 8,95 дБ

LдБ = 69,55 + 26,16 lg 900 - 13,82 lg 900 - 8,95 + (44,9 - 6,55 lg 40) lg 10
= 69,55 + 77,28 - 22,14 - 8,95 +34,4 = 150,14 дБ

10.4.6. Переключение. Переключение — это процедура изменения "прописки" мобильного устройства с одной базовой станции на другую при переходе мобильного пользователя из одной ячейки в другую. Переключение пользователя осуществляется в разных системах по-разному, при этом задействовано множество факторов. Здесь будет дан только краткий обзор этой процедуры.

Переключение может инициироваться сетью, тогда решение о переключении принимается исключительно на основе сетевых измерений сигналов, принимаемых от мобильного устройства. Существуют альтернативные схемы переключения с участием пользователя, которые позволяют мобильному устройству участвовать в принятии решения о переключении, предоставляя возможность обратной связи с сетью по сигналам, принимаемым мобильным устройством. В любом случае для принятия решения могут использоваться различные метрики производительности. Например, такие.

• Вероятность блокирования вызова. Вероятность того, что новая ячейка окажется заблокированной вследствие превышения возможностей (пропускной способности) базовой станции. В таком случае решение о передаче мобильного устройства соседней ячейке принимается не на основе качества сигнала, а в зависимости от степени использования пропускной способности.

• Вероятность потери соединения. Вероятность того, что в процессе переключения звонок будет потерян.

• Вероятность завершения звонка. Вероятность того, что разрешенный звонок не будет прерван до его завершения.

• Вероятность неудачного переключения. Вероятность того, что переключение будет выполнено при неподходящих условиях приема.

• Вероятность блокирования переключения. Вероятность того, что переключение не будет завершено успешно.

• Вероятность переключения. Вероятность того, что до завершения разговора произойдет одно переключение.

• Частота переключений. Число переключений за единицу времени.

• Длительность прерывания. Промежуток времени в ходе переключения, в течение которого мобильный пользователь не будет соединен с базовой станцией.

• Задержка переключения. Расстояние, на которое переместится мобильное устройство от точки, где должно было произойти переключение, до точки, в которой оно действительно произошло.

Основным параметром, используемым при принятии решения о переключении, является измеренная интенсивность сигнала от мобильного устройства к базовой станции. Обычно на базовой станции сигнал усредняется по времени движения, чтобы отбросить быстрые флуктуации, возникающие вследствие эффектов многолучевого распространения.

Относительная интенсивность сигнала. Обслуживание мобильного устройства передается с базовой станции А базовой станции В в тот момент, когда интенсивность сигнала, принимаемого на станции В, впервые превысит интенсивность на станции А. Если в дальнейшем интенсивность сигнала на станции В упадет ниже значения, регистрируемого на станции А, то мобильное устройство снова будет переключено на станцию А. Поскольку вследствие эффектов многолучевого распространения интенсивность сигнала флуктуирует, то даже при усреднении мощности такой подход может дать эффект пинг-понга, когда устройство периодически переключается между двумя базовыми станциями. Интенсивность сигнала относительно порога. Переключение происходит, если сигнал на текущей базовой станции становится довольно слабым (ниже установленного порога) и если появляется другой, более сильный сигнал. Смысл этой стратегии состоит в том, что пока сигнал на текущей базовой станции является достаточно сильным, переключать мобильное устройство необязательно. Если использовать большой порог, эта схема будет равносильна схеме с определением относительной интенсивности сигнала. Если задать достаточно низкий порог по сравнению с критической интенсивностью сигнала, то мобильное устройство может зайти довольно глубоко в новую ячейку, прежде чем произойдет переключение. Это снизит качество канала связи и способно привести к разрыву соединения. Пороговое значение нельзя определять, не учитывая другие параметры, поскольку его эффективность зависит от предварительных знаний о критической интенсивности сигнала между текущей базовой станцией и потенциальной новой базовой станцией. Относительная интенсивность сигнала и гистерезис. Переключение происходит только в том случае, если сигнал на новой базовой станции значительно сильнее, чем на текущей станции. Эта схема предотвращает эффект пинг-понга, так как если переключение уже произошло, знак порогового значения Н меняется на противоположный.

Термином гистерезис обозначается явление, известное как магнитный гистерезис. Механизм переключения можно представить состоящим из двух состояний. Пока мобильное устройство относится к станции А, переключение произойдет только тогда, когда относительная интенсивность сигнала достигнет порога Н или превысит его. Мобильное устройство, переданное станции В, останется там до тех пор, пока относительная интенсивность сигнала не упадет ниже H, и только тогда устройство будет передано обратно станции А. Единственный недостаток этой схемы: первая передача может все еще быть необязательной, если базовая станция А имеет достаточно интенсивный сигнал.