Данный материал предназначен для людей, интересующихся не только пользовательской стороной сотовой связи. В нем освещаются инженерные задачи, которые приходится решать при развертывании сотовых сетей, факторы влияющие на топологию сети, специфика российских условий, влияющих на выбор того или иного стандарта сотовой связи.

Проектирование любых систем подвижной радиосвязи подразумевает выполнение ряда требований, предъявляемыми пользователями связи:

Среди них можно назвать:

Оператор, в свою очередь, при проектировании сети связи, решает следующие задачи:

Создание систем массовой радиосвязи с большим числом подвижных абонентов, большой пропускной способностью и высоким качеством приема сообщений возможно только при использовании сотового принципа построения системы связи. В настоящее время ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Соответственно возрастает роль систем связи, требования к качеству передачи информации, пропускной способности, надежности работы.

Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на большое число малых рабочих зон (условно - сот в виде шестиугольников), и с помощью статистических законов распространения радиоволн определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Расстояние до ячеек, в которых могут быть использованы одни и те же рабочие частоты, зависит от условий распространения радиоволн, допустимого уровня помех и числа радиостанций, расположенных вокруг данной ячейки. Считается допустимым, чтобы в сотовой структуре частоты повторялись через две ячейки.

Но в условиях плотной городской застройки (с дополнительными требованиями к ёмкости системы) могут возникнуть проблемы с необходимой мощностью сигнала. В этом случае ёмкость и покрытие могут быть специально подобраны для обеспечения уникальных требований по трафику путем использования иерархических сотовых структур (ИСС). Иерархические сотовые структуры позволяют комбинировать макро, микро и пико базовые станции в одной и той же области для достижения большей ёмкости и непрерывного покрытия во всей сети.

Иерархическая сотовая структура трансформирует сотовую сеть в многоуровневую систему где специфические виды трафика поддерживаются определенными сотовыми уровнями:

1. макросоты обеспечивают широкое покрытие и обслуживают быстродвижущихся абонентов;
2. микросоты обеспечивают ёмкость на требуемых территориях, обслуживая медленно перемещающихся абонентов;
3. пикосоты обеспечивают работу внутри зданий.

Планирование сотовой сети в виде иерархической структуры должно осуществляться базе того или иного стандарта сотовой связи, учитывая специфику этого стандарта и его характеристики. В России используются:

Проблему выбора того или иного стандарта для построения ССС можно рассматривать в разном контексте, в зависимости от того, какой ее параметр имеет наиболее важное значение. Характеристики же самих стандартов определяют достижимые значения этих параметров. 

В табл.1 приведены несколько характеристик, с которыми функционируют эти стандарты.

Табл.1

Примечание: мощность передатчика подвижной станции указана для небольшой скорости перемещения абонента (пешеходной).

Как можно видеть из радиуса обслуживания в каждом стандарте, для макросотовых структур подходят стандарты NMT-450i, GSM-900 и CDMA. С небольшой плотностью размещения базовых станций, в этих стандартах можно достичь сколь угодно большого покрытия.

Для микросотовых могут использоваться, в принципе, все перечисленные, но особенно выгоден GSM-1800 так как возможна большая нагрузка на каналы и что немаловажно, абонентский терминал и базовая станция излучают небольшую мощность. Этот стандарт разрабатывался как дополнение к GSM-900, для районов с большой плотностью абонентов, каковыми являются города. Альтернативу ему мог бы составить CDMA-800, однако при такой плотности базовых станций, которую подразумевает микросотовая структура, в этом стандарте возможны паразитные влияния и помехи.

Пикосотовые структуры могут обеспечиваться тем же GSM-1800, однако цифровой стандарт DECT, специально разработанный для пикосотовой связи, лучше подойдет для этой цели. . Соты, образованные базовыми станциями DECT, имеют радиус около 50м (в помещении). В настоящее время считается перспективным создание такой сотовой структуры, которая сочетала бы одновременную поддержку GSM и DECT. То есть в зонах, где сигнал GSM становиться слишком слабым, абонентский терминал (а такие уже созданы) автоматически переходил бы на DECT. Особенно это актуально в постройках с малой проницаемостью для электромагнитных волн, таких как железобетонные здания и метро.

Обобщая вышесказанное, можно заключить, что:

1. Если приоритет имеет площадь покрытия, то это требование могут удовлетворить (в порядке уменьшения площади): NMT-450i, GSM-900, AMPS-800, CDMA-800, DAMPS-800. Имеет значение то, что более низкочастотные сигналы способны распространяться на большее расстояние вследствие меньшего затухания и лучшего огибания препятствий и земной поверхности;
2. Если приоритет – плотность абонентов, нагрузка на сеть или скорость передачи данных, то наиболее подходит GSM-1800, DECT или CDMA. В GSM-1800 и DECT это достигается большей полосой пропускания всего диапазона и, как следствие, большим количеством каналов и шириной каждого из них, а в CDMA посредством использования каждым абонентом всей полосы диапазона посредством кодового их разделения в одном канале.
3. Если имеет значение мощность облучения, то лучшие рекомендации в этом имеют (в порядке возрастания мощности): DECT, CDMA и GSM-1800. Во всех стандартах, кроме CDMA чем выше частота сигнала, тем ниже его мощность, ибо нет смысла распространять слишком мощный сигнал на территорию, ограниченную его частотой (см. п. 1). В CDMA же, малая мощность сигнала закладывалась изначально, посредством применения специальных методов.

Операторы, выбирая какой-либо стандарт для предоставления услуг сотовой связи, ориентируются не только на вышеназванные параметры, но и на: стоимость оборудования для покрытия заданной площади; разнообразие услуг, поддерживаемых в стандарте и их качество; возможностями модернизации сети и некоторые другие;

Останавливаясь на услугах, необходимо отметить роуминг, предоставляемый абоненту. Эта услуга косвенно касается площади территории, обслуживаемой оператором. В России наибольшее количество соглашений по роумингу между операторами связи действует на стандарте GSM-900 и особенно на NMT-450i. Выбор этих стандартов не случаен. В GSM-900, как в одном из современных стандартов, есть возможность оказания передовых услуг, таких как WAP или передача данных с большой скоростью. Однако относительно “старый” NMT-450i держит лидерство по причине максимального территориального покрытия. Недаром он выбран в качестве федерального стандарта, а компания “Сотел”, являющаяся федеральной сотовой сетью, охватывает наибольшее количество городов России ( о “Сотел” см. статью “СОТЕЛ - царство Великого Роуминга”).

Ввиду свойств сигнала в NMT-450i (см. выше, п.1), связь можно удерживать на значительном удалении от базовых станций, до десятков километров, что очень актуально для России, как страны с большой площадью при относительно низкой плотности населенных пунктов, где работают операторы сотовой связи.

Планирование сотовой сети очень трудоемкая задача и в данной статье мы не охватили всех проблем с ней связанных. Нужно учитывать много факторов, таких как рельеф, электромагнитная обстановка, рефракционные свойства атмосферы , насыщенность радиоспектра, наличие коммуникаций и многое другое. Для примера, ниже приведена карта распределения напряженности электромагнитного поля для участка городской местности, построенная с применением сложного математического моделирования и расчета на ЭВМ: 

Если у Вас появились какие-либо вопросы и замечания по статье, пишите, мы постараемся ответить, используя опыт специалистов, работавших над проблемой планирования сотовых сетей.