Подвижная связь в городах

В современных системах сотовой связи используются радиоволны дециметрового диапазона, которые испытывают сильные отражения от окружающих объектов и подстилающей поверхности. Это приводит к многолучевому распространению радиосигнала. Сложение в точке приема радиоволн, пришедших разными путями и имеющих соответственно разные фазы, но сравнительно одинаковые мощности, вызывает усиление результирующего сигнала до 10 дБ или, что чаще, ослабление до 30 дБ. Искажения результирующего сигнала обусловливают межсимвольную интерференцию. Колебания среднего уровня сигнала приводят к замираниям. Они бывают быстрыми и медленными. Опасность представляют первые. Для борьбы с быстрыми замираниями используют разнесенный прием и медленные скачки по частоте (slow frequency hopping).

При осуществлении подвижной связи в городах имеют место проблемы, связанные с распространением радиоволн. Проблемы возникают при связи БПС с движущимся абонентом, когда сравнительно короткие, но переменные по длине линии связи быстро превращаются из открытых трасс в закрытые. В этом случае к приемной антенне приходят несколько сигналов с разным запаздыванием по времени за счет неоднократных переотражений волн элементами зданий. При этом уровень принимаемого сигнала испытывает глубокие, до 15—40 дБ, быстрые замирания, зависящие от плотности застройки города. В результате исследований стало ясно, что для электромагнитных полей в условиях городов характерны пространственные интерференционные явления, образуемые множеством воли с различными амплитудами и фазами из-за дифракции на препятствиях и многократных отражений от них. Было установлено, что период пространственных флуктуаций (от лат. fluctuatio — колебание) сигнала по порядку значений близок к длине волны излучения. Задача о распространении сигналов в городах оказалась многопараметрической, поскольку уровни принимаемых сигналов зависели от рельефа местности, высоты антенн передатчика и приемника, плотности застройки, высоты крыш зданий, ширины и направления улиц, наличия отдельно стоящих деревьев и лесопарковых насаждений и уличного транспорта. В настоящее время установлены основные закономерности распределения электромагнитных полей в городах. При высоте приемной антенны на уровне крыш зданий напряженность поля убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. При высоте антенн в 3 м над земной поверхностью ноле убывает пропорционально 1 /R" где число т = 2,9-^3 для крупного города и т = 2,7-^2,8 для небольших городов. Ослабление поля в тени зданий составляет в 50% случаев 18—20 дБ в диапазоне частот 470—670 МГц.

Моделирование местности и зданий города позволяет определять лишь средние значения уровней сигналов и не может служить для оценок статистики полей ЭМИ в городе. В последние годы были изучены экспериментально закономерности распространения радиоволн на коротких расстояниях по улицам городов, а также внутри помещений и зданий, что позволило создать сотовые системы с автомобилями, пешеходами и связь внутри учреждений на базе радиотелефонов.

Транкинговые системы подвижной связи. Транкинговые, или профессиональные (предназначены для корпоративных групп абонентов — бригад скорой помощи, МЧС, ФСБ, полиции и т. д.), системы подвижной связи с так называемым свободным и равным доступом мобильных станций к общему частотному диапазону позволяют абонентам работать на любом переговорном канале сети. В мировых стандартах профессиональных систем подвижной связи метод свободного и равного доступа мобильных абонентов ко всем каналам сети связи называют транкингом (от англ, tmnk — ствол).

При этом любой свободный переговорный канал может быть временно закреплен за мобильным абонентом для конкретного сеанса связи в зависимости от трафика сети. Для этого МС встроены микропроцессоры, позволяющие им сканировать запрограммированные частоты сети, передавать при каждом выходе в эфир собственный код, код входа в систему и номер вызываемого абонента.

С конца 1960;х гг. началось интенсивное развитие сетей транкинговой связи — как производственных, так и систем подвижной связи общего пользования (jmblic access mobile radio — РЛМК). Абонентам этих сетей предоставляется возможность связи не только с абонентами данной сети, но и с абонентами ТСОП. Абоненты сетей должны иметь связь независимо от своего местонахождения и возможность выхода на ТСОП. Это особенно необходимо для служб безопасности. Особенности транкинговых систем: весьма незначительное время установления связи между абонентами; возможности осуществления группового вызова абонентов, установления непосредственной связи между терминалами абонентов без использования БПС сети связи и т. д.

До 1995 г. создавались аналоговые транкинговые системы, в которых передавались сигналы телефонии и применялась частотная модуляция. Ширина полосы одного канала составляла 25—30 кГц. Значительной вехой в развитии систем транкинговой связи явилась разработка спецификации МРТ-1327, которой руководствовались многие фирмы при выпуске оборудования. В последнее десятилетие XX в. в США и Европе были разработаны цифровые системы транкинговой связи: TETRA — Trans European trunked radio; IDEN — Integrated digital enhanced netwok; ED ACS — Enhanced digital access system и др.

Для стандарта TETRA выделено несколько полос частот в диапазоне ниже 1 ГГц, одна из которых (380—400 МГц) предназначена для создания сетей европейских служб безопасности. В системе абонентам предоставлена услуга роуминга. В цифровой системе транкинговой связи TETRA в каждом частотном канале шириной 25 кГц передают сигналы четырех абонентов. Таким образом, по спектральной эффективности эта система в четыре раза превосходит обычные системы с частотной модуляцией. Помимо передачи речи в цифровой форме возможна передача данных со скоростью 7,2—28 Кбит/с, допустимы несколько уровней приоритета вызовов, групповые и срочные вызовы, передача пакетных данных, возможность непосредственной связи между абонентами и т. д.

Рассмотрим упрощенные диаграммы типичного часового трафика работы пятиканальной транкинговой системы подвижной связи со средней продолжительностью одного сеанса переговоров абонентов 3—5 мин (рис. 1.31).

Темные участки на рис. 1.31 отражают ситуации, когда каналы связи заняты переговорами, а светлые — когда они свободны. Если бы абонент фиксированно закреплялся за отдельным каналом связи, то вероятность немедленного доступа составила бы менее 0,5, в то время как при транкинговом методе подключения к любому свободному каналу вероятность такого доступа резко возрастает (до 0,8—0,9).

Упрощенная структура транкинговой системы связи показана на рис. 1.32.

Рис. 1.31. Диаграммы часового трафика 5-канальной транкинговой сети связи

Рис. 1.32. Упрощенная структура транкинговой системы подвижной связи.

В транкинговых сетях реализуются два метода выделения канала абоненту. При первом методе выделения канала абоненту поиск свободного канала и подачу сигнала вызова производит мобильная абонентская станция, которая осуществляет сканирующий последовательный автоматический поиск вызывного канала (АПВК). В этом случае перед установлением связи, когда мобильная станция ведет сканирующий поиск свободного канала с применением устройства АПВК, на каждом определенном канале производится попытка вхождения в связь с базовой станцией с установкой тактовой и циклической синхронизации. Вследствие этого длительность цикла установления канала связи возрастает па несколько порядков по сравнению с длительностью при фиксированном закреплении каналов за определенными мобильными абонентами. Поэтому использование профессиональных транкинговых систем связи с АПВК эффективно при работе с 10—15 частотными каналами. При втором методе построения транкинговой связи поиск свободного канала возлагается на подсистему управления БС. В этом случае для поиска свободного канала используется специальный канал управления БС, через который обеспечивается контроль работы всей сети, включая процедуры установления, обеспечения и прекращения связи.