Системы сотовой связи

Сотовые системы являются одним из наиболее распространенных видов систем мобильной связи. Суть сотовой концепции системы связи заключается в том, что вся обслуживаемая территория разбивается на небольшие соприкасаемые зоны. Совокупность взаимосвязанных зон по форме напоминает рамку с сотами в пчелином улье. В центре каждой зоны (соты) устанавливается маломощная базовая приемопередающая станция с одной или некоторым набором несущих частот (рис. 2.7). Число каналов базовой станции устанавливается обычно кратным восьми.

Рисунок 2.7- Структурная схема сотовой системы связи: РТ – радиотелефон сети сотовой связи, БПС – базовая передающая станция, ЛС – линия связи, ЦКС – центр коммутации связи, ТФОП – телефонная сеть общего пользования

Одна базовая станция имеет определенный радиус устойчивой связи с сотовыми телефонами, находящимися в зоне этой станции [12]. Как правило, в крупных городах и вдоль крупных транспортных магистралей базовые станции обеспечивают повышенный радиус действия. Это достигается прежде всего установкой приемопередатчиков и антенн сотовой системы на специальных высоких вышках (мачтах), а также увеличением мощности передатчиков и увеличением количества секторных приемных антенн (рис. 2.8).

Рисунок 2.8- Антенно-мачтовое сооружение системы сотовой связи

Основной элемент сотовой сети – центр коммутации, который одновременно является интерфейсом (стыком). Центр коммутации представляет собой автоматическую телефонную станцию системы сотовой связи, которая обеспечивает все функции управления связью. Он отслеживает состояние базовых станций, обеспечивает соединение мобильного абонента с абонентом сети общего пользования, переключение рабочих каналов в соте при появлении помех и др. Центр коммутации системы сотовой связи соединен с телефонной сетью общего пользования магистральной линией связи [10].

Между каждой базовой станцией и центром коммутации один радиоканал задействован в качестве вызывного (управляющего). На управляющем канале происходит непосредственное установление соединения при вызове мобильного абонента сети. Как только в системе будет обнаружен свободный рабочий канал, на него будет переключен телефон абонента и обеспечится возможность переговоров. В отсутствии соединений абонентские станции работают в режиме дежурного приема. При вызове со стороны абонента все базовые станции включаются в режим поиска, и при обнаружении сигнала телефона абонента в какой-либо соте управление передается на базовую станцию этой соты. В случае, когда абонент ведет разговор, находясь в движении, и пересекает границу сот, система автоматически осуществляет переброску сигналов телефона абонента с одной базовой станции на другую. При этом разговор абонента не прерывается.

Системы сотовой связи используют дуплексную радиосвязь. Абонентам сотовых систем присваиваются индивидуальные номера, как в традиционной телефонной связи. Для увеличения емкости систем применяют разделение абонентских каналов, а также уменьшают зону обслуживания одной базовой станцией (до 1-5 км), что позволяет использовать одни и те же несущие частоты на удаленных друг от друга территориях (рис. 2.9).

Рисунок 2.9- Структура построения сети сотовой связи

Существует несколько стандартов сотовой связи: NMT, GSM, AMPS (D-AMPS), CDMA [10]. Все их можно разделить на две большие группы: аналоговые и цифровые. В настоящее время наибольшее распространение получила технология цифровой связи GSM (Глобальная система мобильной связи). Она реализована для частотных диапазонов 900, 1800 и 1900 МГц. Согласно этой технологии речевая информация преобразуется в цифровую форму, далее происходит ее сжатие, а затем передача в сжатом виде по каналу связи параллельно с двумя другими потоками данных, при этом для каждого из них выделяется собственный временной интервал. В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов. Временное разделение каналов связи позволяет абонентам передавать свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разное время. Этим достигается увеличение объема речевого трафика, а также другие преимущества, присущие цифровым системам связи. Другим способом увеличения емкости сетей GSM является расширение выделенного диапазона радиочастот. Это достигается выделением наряду с существующим диапазоном частот 2x25 МГц дополнительной полосы частот 2x10 МГц. В нашей стране самое массовое применение имеют системы цифрового стандарта GSM-900.

Построение ведомственных систем сотовой связи не целесообразно, так как затраты на их создание и эксплуатацию велики. Для обеспечения служебной связи эффективнее воспользоваться услугами существующих операторов мобильной связи. Сети сотовой связи используются для обеспечения телефонной и факсимильной связи между узлами связи МЧС России на федеральном, региональном и территориальном уровнях. Сотовыми телефонами, как правило, оснащается руководящий и оперативный состав органов управления и подразделений МЧС России, формирований РСЧС для решения оперативно-тактических и служебных задач. Системы сотовой связи могут быть использованы для организации связи оперативных групп и подразделений МЧС России, выполняющих аварийно-спасательные работы и другие мероприятия не только внутри страны, но и на территории другого государства.

Сотовая связь является дополнительным видом оперативной связи, так как обеспечивается не собственными силами, а предоставляется местными операторами связи с использованием действующих тарифов. Основным видом услуги, предоставляемой сотовыми операторами, является мобильная телефонная связь. В настоящее время получают более широкое распространение и другие услуги, например, передача SMS и MMS сообщений.

Интерес органов управления и сил РСЧС к использованию сотовых сетей связи при ликвидации чрезвычайных ситуаций объясняется следующими их потенциальными достоинствами:

- широкая распространенность и массовая доступность сотовых телефонов;

- совместимость с другими сетями связи;

- возможность расширения зоны обслуживания за счет развертывания подвижных сотовых сайтов;

- предоставление современных мультимедийных возможностей;

- понятность и привычность работы сотрудников органов управления и сил РСЧС с сотовыми телефонами.

Следует отметить ряд основных требований к сотовым системам связи по их применению при осуществлении мероприятий, связанных с ликвидацией чрезвычайных ситуаций.

В районе чрезвычайной ситуации оперативным группам требуется быстрая и безопасная мобильная связь, необходимо обеспечить в короткий срок беспроводное соединение как с отдельным абонентом, так и сразу со многими абонентами. Используемые системы связи должны обеспечивать передачу речи и данных с высокой степенью доступности, надежности, безопасности.

Система сотовой связи должна удовлетворять требованиям устойчивости к нарушениям работоспособности при достаточном уровне резервирования. При выходе из строя одного из элементов системы, ее функционирование не должно нарушаться. Одним из способов повышения отказоустойчивости является встроенное резервирование элементов системы. Защита от сбоев электроэнергии, питающей сеть связи, может быть обеспечена применением аккумуляторов большой емкости или дизель-генераторов. Возможные повреждения оборудования связи, вызванные, например, аварией или наводнением, не должны нарушать работу сотовой сети на всей территории региона. То есть, при локальном сбое в отдельном районе остальные базовые станции в своих зонах обеспечивают связь в обычном режиме.

Важным требованием обеспечения связи в сложных условиях является обеспечение возможности для абонентов сотовых телефонов с учетом их технических характеристик и сервисных функций поддерживать прямую связь между собой без участия базовой станции. Прямая связь может быть востребована при ликвидации пожаров и проведении аварийно-спасательных работ в подвалах зданий, туннелях, других замкнутых пространствах, где затруднена обычная радиосвязь.

Надежность и качество связи не должны существенно зависеть от местоположения абонента. В случае перегрузки сети необходимо предусмотреть возможность установления приоритетной телефонной связи за счет принудительного освобождения канала связи. Целесообразно выделить экстренным службам полосу пропускания с предоставлением права управлять ею при перегрузках сети.

Необходимым условием защиты системы сотовой связи от несанкционированного доступа к трафику и командам управления является более активное применение технологий шифрования.

Для координации действий специалистов различных служб в районе чрезвычайной ситуации система связи должна обеспечивать возможность быстрого соединения каждого сотрудника с другими членами своей группы или взаимодействующей службы.

В зависимости от этапа ликвидации чрезвычайной ситуации возможно перераспределение приоритетов предоставления связи между службами реагирования в зависимости от важности их действий.

В период экстремальных ситуаций существенно возрастает роль операторов связи, обеспечивающих на пунктах управления системой выделение ресурсов для обработки вызовов абонентов.

В настоящее время системы сотовой связи используются не только для обмена речевыми сообщениями, но и для передачи данных. Поэтому важной задачей является интеграция этих систем с системами Интернет-телефонии и базами данных для регистрации происшествий, обработки, отображения, распространения информации.

Разновидностью сотовой системы связи является система стандарта DECT. Из-за ограниченного радиуса действия ее называют минисотовой системой связи. Сеть с использованием этой системы организуется посредством дооснащения оборудованием стандарта DECT учрежденческой АТС и приобретения абонентских аппаратов. В результате создается удобная мобильная компонента учрежденческой связи с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования. Этот стандарт обеспечивает сопряжение с сотовыми сетями, при этом мобильный телефонный аппарат автоматически меняет режим работы при выходе из минисотовой в сотовую сеть. Такая сеть при наличии технической возможности может быть развернута на базе подвижного узла связи в районе ликвидации чрезвычайной ситуации, крупного пожара или происшествия. Вариант развертывания средств связи на пожаре с созданием минисотовой сети связи приведен в приложении 8 [14].