MSC коммутациялық орталығы желіні басқарудың барлық функцияларын қамтамасыз ететін, ұялы байланыс жүйесінің автоматты телефонды станциясы
Ұялы телефонияның дамуы және жалпы сипаттамасы
Ұялы телефония — қазіргі кезде ең жылдам дамып келе жатқан телекоммуникациялық жүйелердің бірі. Алғашқы кезеңде әлем бойынша бұл байланыс түрін қолданатын абоненттер саны шамамен 85 млн болса, 2001 жылғы деректер бойынша 200–210 млн абонентке жеткен.
Ұялы байланыстың негізгі элементтері — базалық станция (БС) және мобильді радиотелефон (МРТ). БС МРТ-мен радиобайланысты қамтамасыз етеді, сондықтан БС та, МРТ та ультражоғары жиілік (УВЧ) диапазонында электромагниттік сәулелену көзі болып саналады.
Негізгі идея: радиожиілік спектрін барынша тиімді пайдалану және жиіліктерді қайта қолдану арқылы абоненттер санын көбейту.
Ұяшықтық құрылым және жиілікті тиімді пайдалану
Ұялы радиобайланыс жүйесінің ерекшелігі — жұмысқа бөлінген радиожиілік спектрін өте тиімді қолдану. Жүйе жұмысында қызмет көрсету аймағы әдетте радиусы 0,5–10 км болатын ұяшықтарға (соталарға) бөлінеді.
Радиобайланыстың қашықтығы таратқыш қуатына, қабылдағыштың сезімталдығына, шудың деңгейіне және антенналар арасында тікелей көріну қажеттілігіне тәуелді. Дәстүрлі ірі аймақты қамтитын жүйелерде үлкен қашықтықты қамтамасыз ету үшін таратқыш қуаты жоғары болады. Алайда бөлінген жиілік жолағында бір мезгілде жұмыс істей алатын таратқыштар саны шектеулі: көрші арналардың жиілік айырмасы шамамен 12,5 кГц.
Ұяшықтарға бөлудің екі әдісі
1) Өлшеуге негізделген әдіс
Қызмет көрсету аймағы бірдей пішінді бөліктерге бөлініп, статикалық радиофизика заңдары арқылы рұқсат етілетін өлшемдер анықталады.
2) Есептеуге негізделген әдіс
Белгілі бір аудан үшін сигнал таралу параметрлері есептеліп, базалық станциялардың минималды саны мен орналастыруы нақтыланады.
Неге алтыбұрыш тиімді?
Территорияны ұяшықтарға бөлуде ең жиі қарастырылатын пішіндер: үшбұрыш, квадрат және алтыбұрыш. Ең қолайлысы — алтыбұрыш, өйткені ортасында орналасқан базалық станция (шеңберлік диаграммаға жуық сәулеленумен) ұяшық аймағын барынша біркелкі қамти алады және геометриялық тұрғыда көрші ұяшықтарды тиімді «жабыстырып» орналастыруға мүмкіндік береді.
Кластер және жиіліктерді қайта қолдану
Әртүрлі жиілік топтарымен жұмыс істейтін ұяшықтар жиынтығы кластер деп аталады. Кластерді сипаттайтын маңызды параметр — көрші ұяшықтарда қолданылатын жиіліктер саны. Тәжірибеде бұл мән 15-ке дейін жетуі мүмкін.
Ұяшықтық принциптің өзегі — бір-біріне жанаспайтын (алшақ) ұяшықтарда бір жиіліктерді қайта қолдану. Әр ұяшықта арналар саны шектеулі, бірақ шығу қуаты төмен өз таратқышы қызмет етеді. Бұл алыс ұяшықтарда сол жиілікті кедергісіз қайта қолдануға мүмкіндік береді. Дегенмен радиотолқын таралу жағдайлары өзгергенде ұяшықтардың қамту аймақтары қабаттасуы мүмкін, сондықтан көрші ұяшықтарда әдетте әртүрлі жиіліктер беріледі.
Ұяшық өлшемі, қорғаныс интервалы және сыйымдылық
Ұяшық өлшемін таңдауда негізгі шамалардың бірі — бірдей жиіліктер қайта қолданылатын ұяшықтар арасындағы арақашықтық. Бұл аралық көбіне D қорғаныс интервалы ретінде қарастырылады және ықтимал бөгеулер деңгейіне, сондай-ақ радиотолқындардың таралу шарттарына тәуелді.
Егер бүкіл аймақта шақырулар қарқындылығы шамалас болса, бірдей өлшемді ұяшықтар таңдалады. Ұяшық радиусы R базалық станцияның қызмет көрсету аясын сипаттайды және жалпы территорияда ұстап тұруға болатын абоненттер санын анықтайды. Радиусты қысқарту бөлінген жиілік жолағын қолдану тиімділігін арттырып, жүйенің абоненттік сыйымдылығын өсіреді; сонымен қатар таратқыш қуатын төмендетіп, басқа радиоэлектрондық жүйелермен электромагниттік үйлесімділікті жақсартады.
Бөгеулерді азайтудың тиімді жолы: секторлау
Бөгеулерді азайтудың ең тиімді тәсілдерінің бірі — тар бағытталған диаграммасы бар секторлық антенналарды қолдану. Мұндай антенналар сигналды белгілі бір бағытқа шоғырландырады, ал қарама-қарсы бағыттағы сәулеленуді минимумға түсіреді. Ұяшықты секторларға бөлу бір ұяшық ішінде де жиілікті қайта қолдануды жақсарта алады (мысалы, базалық станцияда үш секторлық антенна қолдану).
АҚШ-та Motorola компаниясы жиілік жолағын тиімді пайдаланудың бір үлгісін ұсынған: екі базалық станция қатысатын тәсілдер арқылы 4 ұяшықтан тұратын кластер шегінде жиіліктерді екі рет қолдану мүмкіндігі қарастырылған.
Желінің архитектурасы: БС және MSC қалай жұмыс істейді?
Әр ұяшыққа базалық станция деп аталатын көпарналы таратқыш қызмет көрсетеді. Ол радиотолқындар арқылы ұялы телефон мен қозғалмалы байланыстың коммутация орталығы арасындағы байланысты ұйымдастырады (яғни «сымның» қызметін радиоканал атқарады).
Арналар: басқару және сөйлесу
Базалық станциядағы арналар саны әртүрлі болуы мүмкін (мысалы, 8, 16, 32). Әдетте арналардың біреуі басқару арнасы (Control channel) ретінде бөлінеді; кейде ол шақыру арнасы (Calling channel) деп аталады. Абонентті шақыру осы арна арқылы жеткізіледі, ал сөйлесу бос арна табылғанда соған ауыстырылады. Бұл ауысу өте жылдам жүретіндіктен, абонент көбіне байқамайды.
MSC-тің рөлі
Барлық базалық станциялар сымдық немесе радиорелейлік арналар арқылы MSC коммутация орталығымен байланысады. MSC — желіні басқарудың толық функцияларын атқаратын, ұялы байланыс жүйесінің «автоматты телефон станциясы». Ол қозғалмалы станцияларды үздіксіз бақылап, олардың бір ұяшықтан екіншісіне ауысуын (эстафеталық тарату, handover) ұйымдастырады.
Қоңырау қалай өтеді (қысқаша логика)
- 1 Абонент қоңырау шалу әрекетін бастайды (телефондағы пернені басу — «тұтқаны көтерумен» тең).
- 2 Шақыру сигналы базалық станциялардың басқару арналары арқылы жеткізіледі.
- 3 Шақырылған телефон сигналды қабылдап, бос басқару арнасы арқылы жауап береді.
- 4 MSC сигнал деңгейі ең жоғары тіркелген базалық станцияны таңдап, сөйлесуді сәйкес арнаға ауыстырады.
Эстафеталық ауысу (handover) не үшін керек?
Абонент базалық станциядан алыстаған сайын немесе таралу шарттары нашарлаған кезде сигнал деңгейі төмендеп, байланыс сапасы құлдырайды. Сапаны сақтау үшін жүйе абонентті автоматты түрде басқа арнаға немесе басқа базалық станцияға ауыстырады. Мұндай процедура бөгеулер күшейгенде немесе коммутация жабдықтарында ақау пайда болғанда да қолданылуы мүмкін.
Электромагниттік сәулелену және жабдықтардың параметрлері
Базалық станция өз аймағында МРТ-мен байланыс орнатып, қабылдау және тарату режимінде жұмыс істейді. Стандартқа байланысты БС 463–1880 МГц жиілік аралығында электромагниттік энергия шығара алады. Антенналар ғимарат төбесіне немесе биіктігі 15–100 м болатын арнайы бағаналарға орнатылады.
БС антенналары және бағытталу
Бір нүктеде орналасқан БС құрамында қабылдағыш және таратқыш антенналар болуы мүмкін. Таратқыш антенналардың негізгі типтері:
- көлденең жазықтықта шеңберлік диаграммаға жуық (барлық бағытқа) сәулелендіретін;
- бағытталған (секторлық) антенналар.
Технологиялық талаптарға сай көптеген антенналарда вертикаль жазықтықта сәуле негізгі бағытқа тар «шоқ» болып шоғырланады және, әдетте, антенна орнатылған ғимараттан сыртқа қарай бағытталады.
Жүктеме тәулігіне қарай өзгереді
БС қуаты тәулік бойы тұрақты емес: түнгі уақытта жүктеме айтарлықтай төмендеп, кей кезеңдерде нөлге жақындауы мүмкін.
МРТ (ұялы телефон) сәулеленуі
МРТ — көлемі шағын таратқыш. Телефон стандартына сәйкес тарату 453–1785 МГц диапазонында орындалуы мүмкін. БС сигналының деңгейі неғұрлым жоғары болса, МРТ-ның сәулеленуі соғұрлым төмен болады. Максималды қуат әдетте 0,125–1 Вт аралығында көрсетілгенімен, тәжірибеде ол көбіне 0,05–0,2 Вт-тан аспайды.
Қауіпсіз қолдану бойынша ұсыныстар
- Қажет болмаса, ұялы телефонды қолданбаңыз.
- 3–4 минуттан артық үздіксіз сөйлеспеуге тырысыңыз.
- Балалардың ұялы телефонды қолдануын шектеңіз.
- Сатып алғанда сәулелену қуаты төмен модельдерді таңдаңыз.
- Көлікте сөйлескенде hands-free (қатты сөйлегіш) жүйесін қолданыңыз.
Қорытынды
Ұялы телефония — телекоммуникация саласындағы ең қарқынды дамып жатқан бағыттардың бірі. Ұяшықтарға бөлу, жиіліктерді қайта қолдану, секторлық антенналар мен MSC арқылы басқарылатын коммутация сияқты тетіктер жүйенің сыйымдылығын арттырып, байланыс сапасын тұрақтандыруға мүмкіндік береді.
Осындай тақырыпта жұмыс жасау студенттерге мамандыққа қажетті негізгі ұғымдарды, деректерді және желілік архитектура логикасын жүйелі түрде түсінуге көмектеседі. Байланыс инфрақұрылымының стратегиялық маңызын ескере отырып, мұндай материалдарды талдап, терең түсіну — кәсіби қалыптасудың маңызды қадамы.