Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Рис. 2.39. В соседних сотах используются различные частоты (а); чтобы увеличить количество пользователей, можно использовать соты меньшего размера (б)

Идея повторного использования частоты проиллюстрирована на рис. 2.39, а. Соты имеют форму, близкую к окружности, однако на модели их легче представить в виде шестиугольников. На 2.39, а все соты одного размера. Они объединены в группы по семь сот. Каждая буква соответствует определенному набору частот. Обратите внимание на то, что между ячейками с одинаковыми наборами частот располагается буфер примерно в две ячейки шириной, в котором данные частоты не используются, — это обеспечивает хорошее разделение сигналов одинаковых частот и низкий уровень помех.

Главная задача заключается в том, чтобы найти подходящие возвышенности для размещения антенн базовых станций. Для решения этой проблемы многие операторы связи заключили договоры с Римско-католической церковью, поскольку последней принадлежит существенное количество высоких строений в различных странах. Удобно и то, что все они находятся под единым управлением.

Если в каком-нибудь регионе количество пользователей вырастает настолько, что система переполняется, то мощность передатчиков уменьшается, а переполненные соты разбиваются на соты меньшего размера ( микросоты), как показано на рис. 2.39, б. Телефонные компании иногда создают временные микросоты, используя переносные вышки со спутниковой связью во время больших спортивных соревнований, концертов и в других местах, где большое количество пользователей сотовой связи оказывается сконцентрировано в течение нескольких часов.

В центре каждой ячейки располагается базовая станция (БС), с которой связываются все телефоны, находящиеся в ее зоне действия. Базовая станция состоит из компьютера и приемника/передатчика, соединенного с антенной. В небольших системах все базовые станции соединены с одним устройством, называемым MTSO ( Mobile Telephone Switching Office— коммутатор мобильных телефонов) или MSC ( Mobile Switching Center— мобильный коммутационный центр). Большой системе может потребоваться несколько коммутаторов, которые соединяются с коммутатором второго уровня и т. д. Коммутаторы мобильных телефонов являются аналогами оконечных телефонных станций и в самом деле соединяются хотя бы с одним оконечным коммутатором обычной телефонной системы. Коммутаторы мобильных телефонов связываются с базовыми станциями, друг с другом и с коммутируемой телефонной сетью общего пользования, используя коммутацию пакетов.

В каждый момент времени мобильный телефон логически находится в зоне действия одной ячейки и управляется базовой станцией этой ячейки. Когда телефон физически покидает ячейку, его базовая станция замечает ослабление сигнала и опрашивает все окружающие станции, насколько хорошо они слышат сигнал этого телефона. Затем базовая станция передает управление данным телефоном ячейке, получающей от него наиболее сильный сигнал, таким образом определяя ячейку, в которую переместился мобильный телефон. После этого телефон информируется о переходе в ведение новой БС, и если в этот момент ведется разговор, телефону будет предложено переключиться на новый канал (поскольку в соседних сотах одинаковые частотные каналы не используются). Подобный процесс называется передачей( handoff) и занимает около 300 мс. Назначение канала осуществляет коммутатор мобильных телефонов, являющийся центральным нервом системы. Базовые станции представляют собой всего лишь радиоретрансляторы.

Каналы

Система AMPS использует для разделения каналов частотное уплотнение (FDM). Она использует 832 дуплексных канала, каждый из которых состоит из пары симплексных каналов. Такую структуру называют FDD( Frequency Division Duplex— дуплексный режим с разделением частоты). 832 симплексных канала передачи располагаются в диапазоне от 824 до 849 МГц, и еще 832 симплексных канала приема — от 869 до 894 МГц. Ширина каждого канала составляет 30 кГц.

Все 832 канала можно разделить на четыре категории.

1. Управляющие каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для управления системой.

2. Пейджинговые каналы (от базовой станции к мобильному телефону) для передачи сообщений мобильным пользователям.

3. Каналы доступа (двунаправленные) для установления соединения и назначения каналов.

4. Каналы данных (двунаправленные) для передачи голоса, факса или данных.

Для управления резервируется 21 канал. Поскольку одни и те же частоты не могут

использоваться в соседних сотах, то число голосовых каналов, доступных в пределах одной ячейки, значительно меньше 832 — обычно около 45.

Управление вызовом

Каждый мобильный телефон в системе AMPS снабжается 32-разрядным порядковым номером и 10-значным телефонным номером, которые записываются в ППЗУ телефона. Телефонный номер состоит из 3-значного кода области, занимающего 10 бит, и 7-значного номера абонента, занимающего 24 бит. При включении телефон сканирует запрограммированный список из 21 управляющего канала, в котором он ищет наиболее сильный сигнал. Затем телефон передает в эфир свой 32-разрядный порядковый номер и 34-разрядный телефонный номер. Как и вся управляющая информация в системе AMPS, этот пакет посылается в цифровой форме, несколько раз, с применением помехоустойчивого кодирования, хотя сами голосовые каналы являются аналоговыми.

Когда базовая станция слышит этот сигнал, она передает сообщение коммутатору мобильного центра, который фиксирует появление нового пользователя, а также информирует «домашний» коммутатор абонента о его новом местоположении. Обычно мобильный телефон регистрируется примерно каждые 15 минут.

Чтобы позвонить с мобильного телефона, его владелец включает телефон, вводит номер и нажимает клавишу SEND. При этом телефон посылает набранный телефонный номер вместе со своими идентификаторами по каналу доступа. Если при этом происходит коллизия, то телефон повторяет попытку позже. Когда базовая станция получает запрос, она информирует об этом коммутатор. Если звонящий является клиентом оператора связи, которому принадлежит данный коммутатор (или одного из ее партнеров), тогда коммутатор ищет для него свободный канал. Если такой канал находится, то номер этого канала посылается обратно по управляющему каналу. Затем мобильный телефон автоматически переключается на выбранный голосовой канал и ждет, пока тот, кому звонят, ответит.