CC BY
83
УДК 621.396
В. Н. Дмитриев, А. А. Сорокин Астраханский государственный технический университет
ВОЗМОЖНОСТИ КОНВЕРГЕНЦИИ СИСТЕМ подвижной связи
Введение
В настоящее время, когда проникновение сотовых систем связи на рынок телекоммуникаций в некоторых развитых странах достигает 100 %, а рынок услуг и оборудования перенасыщен различными решениями, становится актуальной конвергенция существующих стандартов связи [1].
В настоящее время системы подвижной связи можно разделить на два больших вида:
- сети со стационарными базовыми станциями, положение которых четко определено. К ним можно отнести сотовую сухопутную систему подвижной связи, транкинговые системы связи, геостационарные спутниковые системы связи и системы связи, организованные при помощи аэродинамических и аэростатических платформ;
- сети с подвижными базовыми станциями, представляющие собой эллиптические спутниковые системы связи и системы сотовой связи, построенные на базе подвижных базовых станций.
Указанные способы организации систем подвижной связи обладают определенными преимуществами и недостатками, но их общим недостатком является несовместимость поддерживаемых стандартов. Это приводит к тому, что система связи, хорошо справляющаяся с одними задачами, оказывается плохо приспособленной для решения других задач, условия которых незначительно отличаются.
Постановка задачи
Задачей данной работы является критический анализ существующих способов организации систем сотовой связи и предложение новой концепции построения сетей подобного назначения, отличающейся возможностью организации обслуживания абонентов на удаленных подвижных объектах без интенсивного использования спутниковых каналов связи. Она включает в себя, в частности, радиопокрытие протяженных территорий, морей, озер и рек, не имеющих доступа к стационарным сетям сотовой связи, на которых находится или может находиться в определенные периоды значительное число абонентов систем сотовой связи.
Полный отказ от использования спутниковых каналов для обеспечения связью абонентов, находящихся далеко за пределами стационарных сетей, является основной целью предлагаемой концепции.
Концепция развития сетей подвижной связи
Сравним сотовую, транкинговую и спутниковую системы связи. Сотовая связь хорошо справляется с обслуживанием большого числа абонентов на единице площади, предоставляя им ряд дополнительных видов услуг [2]. Но стоит абоненту покинуть территорию, покрытую сетью сотовой связи, как он оказывается вне зоны обслуживания. Транкинговые системы обладают большим радиусом действия, однако это приводит к снижению пропускной способности и увеличению числа «мертвых» зон, где соотношение сигнал/помеха превышает допустимые параметры. Спутниковые системы связи при применении остронаправленных антенн способны разделить обслуживаемую территорию на зоны обслуживания различной протяженности, оптимизируя тем самым распределение выделенной полосы частот [3]. Однако содержание подобных систем обходится очень дорого и наносит большой вред природе, кроме того, ввиду большой удаленности от земной поверхности, ухудшается соотношение сигнал/помеха и пропускная способность системы. Это означает, что система может оказаться неспособной обслужить большое число вызовов в определенный момент времени с малой площади. Подобными недостатками, за исключением экологической опасности, характеризуются и системы связи, построенные на базе аэростатических и аэродинамических платформ [4].
В настоящее время для обеспечения сотовой связью крупных подвижных объектов (самолетов, кораблей, поездов и др.) применяется метод, позволяющий совместить преимущества наземной сотовой и спутниковой систем связи. При его использовании крупные подвижные объекты поддерживают связь с землей через спутник. Еще не так давно пользоваться этим могли
только члены экипажа, но сегодня к ним присоединяются и пассажиры [5, 6]. Для установки на таких объектах разрабатываются базовые станции (БС). Для телефона это обычная БС, но в качестве транспортной сети до нее используется спутниковый канал. Базовая станция не влияет ни на работу бортовых систем объектов, ни на работу традиционных сетей сотовой связи. Данный метод позволяет повысить эффективность использования спутникового канала связи и дает возможность пользоваться сотовым телефоном, как будто вы и не покидали наземную сеть. К недостаткам этого способа можно отнести высокую зависимость системы от спутникового канала связи, который, в свою очередь, сильно зависит от состояния атмосферы и аренда которого - это существенная часть расходов на содержание системы.
Из вышеизложенного очевидно, что для обеспечения связью удаленных от наземных сетей территорий с неравномерной плотностью распределения абонентов требуется комплексный подход.
Следовательно, необходимо совместить вышеуказанные методы воедино, а для обеспечения устойчивой связи внутри крупногабаритных металлических конструкций создать внутреннюю сеть. Для этого следует разместить на объекте систему, состоящую из относительно крупной БС, спутникового терминала и внутренней сети. При этом для создания внутренней сети существует несколько путей:
- создать сеть при помощи наносотовых БС, располагающихся по жилым помещениям [7];
- использовать систему репитеров, подключенных непосредственно к внешней БС.
- использовать излучающий кабель.
Поскольку для использования наносотовых БС необходимо задействовать отдельный контроллер, а применение репитеров затрудняется наличием сложной системы планировки внутренних помещений, наиболее целесообразно воспользоваться для создания внутренней сети излучающим кабелем. Кстати, такие кабели уже нашли применение для обеспечения радиопокрытия станций метро.
Базовая станция обслуживает абонентов, находящихся на объекте и за его пределами, а при помощи внутренней сети - внутри объекта. Она осуществляет также связь с контроллером наземных БС при помощи радиорелейной линии, пока объект находится в зоне действия наземной сети сотовой связи или в зоне действия аналогичных систем, расположенных на других подвижных или стационарных объектах.
Спутниковый терминал необходим для передачи информации с подвижного или стационарного объекта через существующую спутниковую систему связи в любую точку планеты.
Важно отметить - график движения крупных объектов выдерживается довольно точно, поэтому всегда можно установить, где находится любой объект [8]. Следовательно, существует определенная интенсивность движения объектов и радиус соты внешней БС, при которых будет осуществляться полное покрытие территории с находящимся на ней максимальным числом потенциальных абонентов (рис.).
Пример зоны покрытия морской акватории: # - небольшие морские объекты;
I - крупнотоннажные морские объекты; ® - зона действия внешней базовой станции;
- острова; ---* - связь между базовыми станциями
Как видно из рисунка, цепочка судов образует зону покрытия, напоминающую своеобразный «шлейф». Поскольку система и транспортные перевозки постепенно развиваются, со временем число таких «шлейфов» увеличится и они покроют практически всю территорию. Однако ввиду различных причин (нарушение графика движения подвижных объектов, изменение положения плавучих буровых) возможны разрывы «шлейфа». Для обеспечения связи в таких случаях на первом этапе существования сети планируется использование спутникового терминала, а по мере увеличения числа объектов, оборудованных такими системами, планируется отказ от спутниковых каналов связи и использование вместо них аэростатических или аэродинамических платформ [9, 10].
Подобные системы могут сопрягаться с системами, в основе функционирования которых лежит использование базовых станций [11] и систем, способных работать без базовых станций (принцип работы заключается в передаче сигналов от одного телефона другому, а затем следующему и т. д. [12]).
Заключение
Вышесказанное позволяет выделить два основных жизненных цикла проектируемой системы связи:
1. Создание систем связи для каждого крупного подвижного объекта с использованием спутниковых каналов.
2. При достижении определенного числа таких объектов отказ от использования спутниковой связи с заменой ее на ретрансляционные системы, расположенные на аэроплатформах или прибрежных объектах. Условием перехода одного жизненного цикла системы в другой является критерий экономической целесообразности использования аэроплатформ или прибрежных объектов вместо аренды спутниковых каналов связи. К результатам, которые будут получены на первом этапе развертывания данной системы, можно отнести:
- возможность использования услуг сотовой связи и Интернет для простых абонентов, отправившихся в путешествие на данном объекте;
- контролирование работы потенциально опасных агрегатов при помощи удаленной телеметрии и видеонаблюдение за обстановкой на объекте для владельцев.
Внедрение подобной разработки не только расширит зону покрытия существующей сети сотовой связи, но и позволит более эффективно координировать взаимодействие различных служб во время проведения совместных операций по спасению людей с объектов, терпящих бедствие; ликвидации последствий экологических катастроф (в частности, разливы нефти); пресечению несанкционированного пересечения территориальных и экономических зон и ряда других задач.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Гольдштейн А. Б. Атцик А. А. Еще один взгляд на NGN: мобильная конвергенция /
http://www.niits.ru/public/ 2006.
2. Маковеева М. М. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. - 404 с.
3. Крук Б. И., Попантонопуло В. Н., Шувалов В. П. Телекоммуникационные системы и сети: В 3 т. Т. 2: Современные технологии: Учеб. пособие. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2003. - 672 с.
4. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.
5. Сотовая связь на борту самолета стала реальностью / http://www.computerra.ru/news/233894/.
6. GSM-связь скоро появится в открытом море / http://www.onliner.ru/news/28.02.2005/21.07/print.
7. NanoBTS поверх IP / http://www.r2c.ru/pages/remotek/nano_info.htm.
8. Сорокин А. А. Анализ и исследование возможностей организации сотовой связи на подвижных удаленных объектов // Мобильные системы передачи данных: Рос. школа-конф. с участием молодых ученых и препод.: Материалы школы-конф. - М.: МИЭТ, 2006. - С. 105-107.
9. Бендин С. В. Аэростатные телекоммуникационные платформы / http://www.informmost.ru/ss/26/16.shtml.
10.Малышев Г. В. АИСТ в ветровом потоке / http://www.nkj.ru/archive/articles/3223/.
11. Гардероб на связи / http://www.revkom.ru/info/?id=289385.
12. От мобильного к мобильному: новая система подвижной связи работает без базовых станций / http://mabila.kharkov.ua/news15638.html.
Получено 1.10.2006
POSSIBILITIES OF CONVERGENT OF MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS
V. N. Dmitriev, A. A. Sorokin
The purpose of the work is the consideration of existing mobile communication systems, revealing their main defects and searching for the optimum overlaps of communications. As one of the optimum decisions, there is considered the method of the interfacing of mobile communication technology with the help of base stations installed on mobile objects connected with each other by means of radio-relay links or satellite communication channels. The systems can be realized in two stages: 1) organization of communication network for each large mobile object using the satellite connection; 2) a refusal of usage of satellite communication with its change into retransmitting systems located on airoplatforms or coast objects, when the number of objects will reach the necessary value.
