Клетъчна мрежа: Разлика между версии

Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Редакция без резюме
основна преработка, премахване на машинен превод
Ред 1:
{{редактирам}}
 
'''Клетъчната мрежа''' представлява разпределена мрежа за [[радио]]връзка, съставена от множество съседни една на друга „клетки“, всяка от които се обслужвана от отделен [[предавател]] с фиксирано местоположение, наречен [[базова станция]]. Всяка клетка покрива определена площ и всички клетки заедно осигуряват радио покритие на значително по-широк географски регион. Това дава възможност да бъдат обслужвани едновременно множество мобилни приемо-предавателни устройства (например [[мобилен телефон|мобилни телефони]], пейджъри и др.), независимо от това дали са стационарни или се движат от една клетка в друга и да се осъществява радиовръзка между тях.
 
Line 14 ⟶ 12:
Един прост пример за клетъчна мрежа е системата за радиовръзка на шофьорите на старите [[такси]]та, при която компанията поддържа няколко приемо-предавателя в града, всеки управляван от отделен оператор.
 
==ОсновниКонцепция и характеристики==
[[Image:frequency_reuse.svg|thumb|400px|Пример за фактора на повторно използване на честотата честотатав несъседни клетки или образец 1/4]]
Основното изискване за създаването на успешна клетъчна мрежа е да има развит и стандартизиран метод за да може всяка отделна базова станция да различава сигнала, произведен от нейния собствен приемо-предавател, от другите сигнали, получени от съседните на нея приемо-предаватели. Понастоящем има две стандартизирани решения на този проблем:
 
За да се реализира клетъчната мрежа, цялата териотрия, която трябва да се покрие с радиосигнал, се разделя на клетки, чиято форма може да е шестоъгълник, квадрат, кръг или друга, макар че най-честа е хексагоналната форма, показана на илюстрацията. На всяка от клетки те се определят няколко работни честоти (''f''<sub>1</sub> - ''f''<sub>6</sub>) на които съответстват [[базова станция|базови станции]]. Същата група от честоти може да бъде повторно използвана и в други клетки, при положение че са достатъчно отдалечени, защото в противен случай се създава [[интерференция]] на сигналите, което е нежелателно.
 
===Насочени антени===
Макар първоначално кулите с двупосочни радиопредаватели да са били в центъра на клетките и да са излъчвали във всички посоки, възможно е картата на клетъчната мрежа да се преначертае, като кулите се разположат в ъглите на шестоъгълниците, където се събират по три клетки. <ref>[http://www.privateline.com/Cellbasics/Cellbasics02.html Cell towers at corners of hexagon cells]</ref> Всяка кула има по три антени, насочени в три различни посоки, отстоящи на 120<sup>о</sup> една от друга (общо 360<sup>о</sup>) и може да предава и приема на три различни честоти за трите клетки. Това осигурява минимум по три канала (от три кули, които я обслужват) за всяка клетка. Цифрите на илюстрацията са номера на канали, които се повтарят на всеки 3 клетки. <ref>{{en икона}} US patent 4144411 —''Cellular Radiotelephone System for Different Cell Sizes'' -- Richard H. Frenkiel (Bell Labs), filed Sep 22, 1976, issued March 13, 1979</ref>
 
===Мултиплексиране===
ОсновнотоОсновната изискване за създаванетохарактеристика на успешна клетъчнаклетъчната мрежа е даповторното имаизползване на развитедна и стандартизирансъща методчестота в различни клетки, за да може да се увеличи покритието и капацитетът за осъществяване на радиовръзка. За тази цел трябва всяка отделна базова станция да различава сигнала, произведен от нейния собствен приемо-предавател, от другите сигнали, получени от съседните на нея приемо-предавателибазови станции. Понастоящем имасе използват основно две стандартизирани решения на този проблем:
* честотен достъп за [[мултиплексиране]] (FDMA) и;
* покодов достъп за [[мултиплексиране]] (CDMA).
 
FDMA работи, използвайки различни честоти за всяка съседна клетка. Чрез настройване към честотата на избрана клетка отделните станции могат да избегнат сигнала от други клетки.
Принципът на CDMA е по-сложен, но дава същият резултат; отделните [[приемо-предавател]]и могат да изберат една клетка и да я слушат. Той позволява на няколко потребители да използват един и същ времеви и честотен интервал за дадена честотна лента и местоположение. Позволява по-високо качество на връзката и по-ниска инвестиция за операторите.
 
Принципът на CDMA е по-сложен, но дава същият резултат; отделните [[приемо-предавател]]и могат да изберат една клетка и да я слушат. Той позволява на няколко потребители да използват един и същ времеви и честотен интервал за дадена [[честотна лента]] и местоположение. Позволява, по-високо качество на връзката и по-ниска инвестиция за операторите.
Други различни методи за мултиплексиране, като поляризационен достъп за мултиплексиране (PDMA) и времеви достъп за мултиплексиране (TDMA) не могат да бъдат използвани за разделяне на сигналите от една клетка към следващата, тъй като ефектът на двете варира с позицията и това би направило отделянето на сигнала на практика невъзможно. Въпреки всичко времевият достъп за мултиплексиране се използва в комбинация с FDMA или CDMA в редица системи, за да даде многобройни канали в покривната площ на клетката.
 
Други различни методи за мултиплексиране, като поляризационен достъп за мултиплексиране (PDMA) и времеви достъп за мултиплексиране (TDMA) не могат да бъдат използвани за разделяне на сигналите от една клетка към следващата, тъй като ефектът на двете варира с позицията и това би направило отделянето на сигнала на практика невъзможно. Въпреки всичко времевият достъп за мултиплексиране се използва в комбинация с FDMA или CDMA в редица системи, за да даде многобройни канали в покривната площ на клетката.
 
В случая на гореспоменатите компании за [[такси]]та, всяко радио си има копче. Копчето действа като канален превключвател и позволява на радиото да се настройва на различни честоти. Когато се движат из града, шофьорите сменят от канал на канал. Шофьорите знаят горе-долу коя [[честота]] каква площ покрива. Когато не получат сигнал от приемо-предавателя, те пробват други канали за да разберат кой от тях работи. Таксиметровите шофьори могат да говорят само по един, когато са поканени от оператора (в известен смисъл TDMA).
 
===Служебни съобщения===
==Съобщения за излъчване и страниране==
На практика всякаВсяка клетъчна системамрежа си има някакъв вид излъчващ механизъм. Той може да бъде използван директно за подаване на информация до множество мобилни устройства, например в системите за [[мобилна телефония]] най-важната задача на излъчваната информация е да нагласи каналите за комуникация (едно към едно) между мобилния приемо-предавател и базовата станция. Това се нарича '''пейджинг (страниране)'''.
 
Детайлите на процеса на страниране варират от мрежа докъм мрежа, но в основата му е фактът, че е известен ограниченрайонът (или краен брой клетки), където телефонът приблизително се намира. В системата на [[GSM]] или [[UMTS]] тази група от клетки се нарича местоположение (Location area) или разпределителна зона (Routing area), ако има трансфер на пакети от данни. При странирането се изпращат съобщения до всички тези клетки. Съобщенията на странирането могат да бъдат използвани и за информационенпредаване трансферна съобщения. Това се случва при пейджърите, в [[CDMA]] системите за изпращане на [[SMS]] (Short Message System) и в [[UMTS]] системата, където по този начин се постига ниска латентност на [[downlink]]-овете в пакетно-базирани връзки.
 
Много добър пример тук отново е мрежата на такситата. Шофьорите често използват радиото, за да съобщят пътните условия и за да кажат кога има клиенти. От друга страна, има списък с таксита, чакащи работа. Когато някое определено такси изяви желание да вземе клиента, операторът извиква номера му в ефир и му съобщава адреса. Това е двупосочна връзка, при която обаче двете страни трябва да се изчакват една друга, тъй като използват една и съща честота (симплекс връзка).
 
===Повторно използване на честотата===
[[Image:frequency_reuse.svg|thumb|400px|Пример за фактора на повторно използване на честотата или образец 1/4]]
 
Повишеният капацитет на една клетъчна мрежа, в сравнение с мрежа с един приемо-предавател, произтича от факта, че една и съща радиочестота може да бъде използвана отново в някоя различна зона за корено различна радиовръзка. Това се дължи на факта, че клетъчните телефони и базовите предавателистанции работят нас малка мощност и техните сигнали са ограничени само в рамките на клетката. Затова едни и същи честоти могат да се използват многократно, стига клетките да не са съседни. За съжаление, все пак има [[смущения]] до някаква степен от сигнала от съседни клетки, когато използват същата честота. Това означава, че в стандартна FDMA система трябва да има поне една клетка разстояние между две клетки, за да може да се използва еднаква честота.
 
Критериите за повторно използване на честотата са разстояние и фактор. Разстоянието ''D'' се изчислява по формулата
Факторът за повторно използване на честотата е степента, с която същите честоти могат да бъдат използвани в мрежата. Той се изразява с 1/K, където K е броят на клетките, които не могат да използват същите честоти за трансмисия. Стандартните стойности са 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 и 1/12 (или 3, 4, 7, 9 и 12, в зависимост от нотацията).
 
:<math>D=R\sqrt{3N},\,</math>
В случай, че има N на брой антени в сектора на една и съща станция, всяка с различна посока базовата станция може да обслужва N различни клетки. Типична стойност за N е 3.'''Образеца за Повторно Използване''' N/K обозначават N сектор антени в дадена станция. Обикновените образци за Повторно Използване са 3/3, 3/9 и 3/12.
 
където ''R'' е радиусът на клетката, а ''N'' е броят на клетките в клъстър. Радиусът на клетките може да варира от (1&nbsp;км до 30&nbsp;км). Освен това границите на съседни клетки могат да се припокриват, а по-големите клетки могат да бъдат разделени на по-малки <ref>{{en икона}} J. E. Flood. Telecommunication Networks. Institution of Electrical Engineers, London, UK, 1997. chapter 12.</ref>
Ако общият наличен диапазон е B, всяка клетка може да използва само номера на честотните канали, отговарящи на диапазона B/K и всяка базова станция може да използва диапазона BN/K.
Факторът за повторно използване на честотата е степента, с която същите честоти могат да бъдат използвани в мрежата. Той се изразява с 1/K, където K е броят на клетките, в които не могатможе повторно да използватсе същитеизползва честотисъщата за трансмисиячестота. Стандартните стойности са 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 и 1/12 (или 3, 4, 7, 9 и 12, в зависимост от нотацията).
 
В случай, че в сектора на една и съща базова станция има N на брой антени с различна посока, тази станция може да обслужва N различни клетки (клъстър). Типична стойност за N в случая на хексагонални клетки е 3. С отношението N/K се обозначават т.нар. „матрица на повторно използване ({{lang-en|reuse pattern}})“, които обикновено са 3/3, 3/9 и 3/12. Ако общата налична [[честотна лента]] е B, всяка клетка може да използва B/K на брой честотни канали, а всеки клъстър може да използва общ честотен диапазон BN/K.
[[CDMA]]-базираните системи използват по-широк честотен диапазон за да достигнат същата норма на излъчвание като FDMA, но това се компенсира от способността честп да има фактор на повторно използване на честотата 1. С други думи, всяка клетка използва същата честота, а различните системи са разделени от кодове, а не от честоти.
 
[[CDMA]]-базираните системи използват по-широка честотна лента в сравнение с FDMA, но това се компенсира от възможността да има фактор на повторно използване на честотата 1. Съседните клетки използват една и съща честота, като различаването на отделните базови станции и на потребителите става чрез различни кодове на достъп (покодово мултиплексиране) Макар и N да е 1, това не означава, че CDMA клетката има само един сектор, а че цялата честотна лента е достъпна на всеки сектор и сесиите са разделени от кодове, а не от честоти.
В зависимост от големината на града, таксиметровата система може да няма преизползване на честотата в нейния град, но със сигурност има в близките градове. От друга страна, в голям град, преизползването на честотата може да бъде от голяма полза.
 
В зависимост от големината на града, таксиметровата система може да нямане преизползванеизползва наповторно честотата в нейния градграда, но със сигурност имая използва повторно в близките градове. От друга страна, в голям град, преизползванетоповторното използване на честотата може да бъде от голяма полза.
==Движение от клетка на клетка и handover==
Използването на много клетки означава, че ако отделните приемо-предаватели са мобилни и се движат от една точка към друга, те също трябва да сменят една клетка с друга. Механизма за това е различен. в зависимост от типа на мрежате и обстоятелствата на смяната. Например: Ако в момента тече продължителна комуникация и не искаме да я прекъсваме, трябва да се положи огромна грижа за да се избегне прекъсване. В този случай трябва да има перфектна координация между базовата станция и мобилната станция. Типично такива системи използват някакъв вид многократен достъп, независим във всяка клетка, така че в ранна фаза на такъв [[handoff|handover]] да запази нов канал за мобилната станция на новата базова станция, която ще го обслужва. Тогава мобила мърда от канала на неговата базова станция до новия канал и от този момент комуникацията е възможна.
Точните детайли на движението на мобилните системи от една базова станция до друга варират решително от система на система. На пример във всичи [[GSM]] handover-и и [[W-CDMA]] интер-честотните handover-и мобилната станция измерва, канала, който трябва да използва преди да продължи нататък. Щом е потвърдено, че канала става, мрежата издава команда до станцията да се премести на нов канал и в същоъо време да започне двупосочна комуникация там, за да е сигурно, че няма да има нарушаване на комуникацията. В [[CDMA2000]] и W-CDMA едно-честотни handoveri, двата канала всъщност ще бъдат използвани по едно и също време(това се нарича [[мек handover]] или мек handoff). В [[IS-95]] интер-честотните handoveri и по-старите аналогови системи, като [[NMT]] ще бъде невъзможно да се измери канала директно докато комуникира. В този случай трябва да бъдат използвани други техники <!--Как точно работи NMT handover-а??--> s<!-- uch as pilot beacons in IS-95. This means that there is almost always a brief break in the communication whilst searching for the new channel followed by the risk of an unexpected return to the old channel.
 
===Движение от клетка на клетка и handover===
If there is no ongoing communication or the communication can be interrupted, it is possible for the mobile station to spontaneously move from one cell to another and then notify the network if needed.
Използването на много клетки означава, че ако отделните приемо-предаватели са мобилни и се движат от една точка към друга, те също трябва да сменят една клетка с друга. Механизма за това е различен. в зависимост от типа на мрежатемрежата и обстоятелствата на смяната. Например: Ако в момента тече продължителна комуникация и не искаме да я прекъсваме, трябва да се положи огромна грижа за да се избегне прекъсване. В този случай трябва да има перфектна координация между базовата станция и мобилната станция. Типично такива системи използват някакъв вид многократен достъп, независим във всяка клетка, така че в ранна фаза на такъв [[handoff|handover]] да запази нов канал за мобилната станция на новата базова станция, която ще го обслужва. Тогава мобиламобилното мърдаустройство се превключва от канала на неговата базова станция докъм новия канал и от този момент комуникацията ене се възможнапрекъсва.
 
In the case of the primitive taxi system that we are studying, handovers won't really be implemented. The taxi driver just moves from one frequency to another as needed. If a specific communication gets interrupted due to a loss of a signal then the taxi driver asks the controller to repeat the message. If one single taxi driver misses a particular broadcast message (e.g. a request for drivers in a particular area), the others will respond instead. If nobody responds, the operator keeps repeating the request.
 
The effect of frequency on cell coverage means that different frequencies serve better for different uses. Low frequencies, such as 450 MHz NMT, serve very well for countryside coverage. GSM 900 (900 MHz) is a suitable solution for light urban coverage. GSM 1800 (1.8 GHz) starts to be limited by structural walls. This is a disadvantage when it comes to coverage, but it is a decided advantage when it comes to capacity. Pico cells, covering e.g. one floor of a building, become possible, and the same frequency can be used for cells which are practically neighbours. [[UMTS]], at 2.1 GHz is quite similar in coverage to GSM 1800. At 5 GHz, [[802.11a]] Wireless LANs already have very limited ability to penetrate walls and may be limited to a single room in some buildings. At the same time, 5 GHz can easily penetrate windows and goes through thin walls so corporate WLAN systems often give coverage to areas well beyond that which is intended.
 
Moving beyond these ranges, network capacity generally increases (more [[bandwidth]] is available) but the coverage becomes limited to [[line of sight (telecommunications)|line of sight]]. [[Infra-red]] links have been considered for cellular network usage, but [[as of 2004]] they remain restricted to limited point-to-point applications.
 
Cell service area may also vary due to interference from transmitting systems, both within and around that cell. This is true especially in CDMA based systems. The receiver requires a certain [[signal-to-noise ratio]]. As the receiver moves away from the transmitter, the power transmitted is reduced. As the interference (noise) rises above the received power from the transmitter, and the power of the transmitter cannot be increased any more, the signal becomes corrupted and eventually unusable. In CDMA-based systems, the effect of interference from other mobile transmitters in the same cell on coverage area is very marked and has a special name, ''cell breathing''.
 
Old fashioned taxi radio systems, such as the one we have been studying, generally use low frequencies and high sited transmitters, probably based where the local radio station has its mast. This gives a very wide area coverage in a roughly circular area surrounding each mast. Since only one user can talk at any given time, coverage area doesn't change with number of users. The reduced signal to noise ratio at the edge of the cell is heard by the user as crackling and hissing on the radio.
 
To see real examples of cell coverage look at some of the coverage maps provided by real operators on their web sites; in certain cases they may mark the site of the transmitter, in others it can be located by working out the point of strongest coverage.
-->
 
==Мобилна телефония==
Line 71 ⟶ 64:
[[Картинка:Gsm-bts-walbrzych.jpg|thumb|Клетъчна (базова) станция]]
 
Най-честият пример за клетъчна мрежа е мрежата на [[мобилен телефон|мобилните телефони]]. Мобилният телефон представлява преносим телефон, който приема и инициира обаждания, като установява [[радио]]връзка с базовата станция или с приемо-предавателя на клетката, в която се намира. Големите географски региони (пълният обхват на покритие на [[мобилен оператор|мобилния оператор]]) са разделени на по-малки клетки, за да се избегне загубата на [[line-of-sight сигнал]]а и да се обслужат възможно най-голям брой активни клетъчни телефони в областта. В градовете например, всяка клетъчна станция има обхват до около ½ миля, докато в селските райони обхватът е около 5 мили. На открити пространства без значителни препятствия за сигнала, потребителят може да получава сигнал от клетка, отстояща и на 25 мили. Всяка клетка се припокрива до известна степен със съседните на нея клетки. Всички клетки са свързани към клетъчните телефонни централи на мобилния оператор, които от своя страна се свързват с обществената телефонна мрежа или с други мобилни оператори.
 
Говорейки по телефона, потребителят може да се придвижи от една клетка към друга. Тогава двете базови станции, в чийто обсег се мести телефонът, автоматично превключват обслужването на връзката към онази клетка, в която сигналът е по-силен и съответно се ползва нов радио канал (честота), но без това да се отрази на връзката. Когато телефонът се регистрира към нова клетка, процесът на криптиране на връзката се повтаря отначало.
 
При CDMA, множествотелефони имат специфични радио канал; сигналите са отделени с помощта на pseudonoise код (PN код), специфични за всеки телефон. Тъй като потребителят се движи от една клетка в друга, телефонът създава радио връзки с множество клетки (или сектори на същото място) едновременно. Това е известно като "меки handoff", защото, за разлика от традиционната клетъчна технология, няма точно определена точка, в която телефонът превключва към новата клетка.
 
Съвременните мобилни телефони използват клетки, защото радиочестотите са ограничен, споделен ресурс. Cell-сайтове и телефони промените честотата под компютър за контрол и използване ниска мощност предаватели, така, че ограничен брой на радио честоти могат да бъдат използвани от много обаждащи се с по-малко смущения. CDMA телефони, по-специално, трябва да има строг контрол, за да се избегне мощност намеса с всеки друг. Една случайно полза е, че батериите в телефони е необходимо по-малко енергия.
 
Тъй като почти всички мобилни телефони използват клетъчните технологии, включително GSM, CDMA и (аналогова), терминът "мобилен телефон" се използва взаимозаменяемо с "клетъчен телефон", но едно изключение на мобилни телефони, които не използват клетъчните технологии, са например сателитните телефони.
 
Стари системи предшествуващи клетъчните принцип все още може да се използва на места. Най-реално държат на изчакване се използва от много аматьорски радио оператори, които поддържат телефона лепенки в техните клубове "УКВ ретранслатори.
 
Съществуват известен брой различни клетъчни цифрови технологии, включително: Глобална система за мобилни комуникации (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), код Подразделяне Множествена достъп (CDMA), Evolution-данни Оптимизиран (EV-DO), Засилено Данни Цени за GSM Evolution (EDGE), 3GSM, цифрови усъвършенствани безжични далекосъобщения (DECT), Digital (IS-136/TDMA), и интегрирано Digital Засилено мрежа (iDEN).
 
 
== Източници ==
<references />
 
[[Категория:Радиокомуникации]]