Mobilní telekomunikační sítě

2.1 Úvod do problematiky

Vedle bezdrátových řešení suplujících pevné připojení lze v současnosti pro datovou komunikaci využít i rostoucích možností mobilních sítí. Mobilní sítě totiž vedle vlastní přístupové radiové části zahrnují i celou infrastrukturu sítě umožňující plošné poskytování služeb. Pro blízkou i vzdálenější budoucnost mají dnes význam výhradně digitální systémy.

---

---

---

---

---

---

Generace mobilních systémů

2.2 Buňkové mobilní telefonní sítě

Mobilní telefonní spojení je možné realizovat použitím rádiových telekomunikačních prostředků, jejichž provoz zpravidla navazuje na provoz pevných telefonních sítí. Výslednou sestavu tvoří:

• soustava pevných (základnových) stanic BTS (Base Transceiver Station)

• mobilní stanice MS (Mobile Station)

---

---

Velikosti buněk užívaných v různých mobilních systémech závisejí především na typu a účelu mobilního systému a lze je například klasifikovat následujícím způsobem:

• femtobuňka (místnosti nebo kanceláře) - určena pro pokrytí oblastí se zhoršenou dostupností signálu z jiných typů buněk, obvykle to bývají buňky v rámci vnitřních prostor s poloměrem maximálně několika metrů

• pikobuňka (kancelářské a bytové prostředí) – dosah signálu je maximálně několik desítek metrů

• mikrobuňka (městské aglomerace s hustou zástavbou) – zaměřuje se zejména na pomalejší účastníky (např. auta v městském provozu, chodci), pokrytí signálem v rámci jedné buňky je maximálně několik stovek metrů

• makrobuňka (velké a řídce osídlené oblasti) – je primárně určena pro rychle se pohybující účastníky (např. vozidla na silnicích), průměr buňky je maximálně několik kilometrů

• satelitní buňka (oblast dosažitelná telekomunikační družicí) – umožňuje spojení i v místech, která jsou pro předešlé typy buněk nedostupná, dosah signálu je závislý na poloze družice, resp. na její oběžné dráze a na parametrech vysílacího a přijímacího zařízení

Rozdělení obsluhované oblasti do buněk

---

---

2.3 Princip sektorizace

V předchozí kapitole jste se dozvěděli, že každá libovolná buňka mobilní sítě je obsluhována vždy jednou konkrétní základnovou stanicí. Při pokrytí velkého území technickými prostředky mobilních sítí však není tato koncepce příliš vhodná, a to především z hlediska příliš vysokého počtu potřebných základnových stanic. Tento počet však lze výrazně zredukovat použitím principu tzv. sektorizace.

---

---

Princip sektorizace buňkové sítě

---

---

---

---

2.4 Přístupové metody

---

---

Máme-li pro daný radiokomunikační systém k dispozici určité vyhrazené frekvenční pásmo, můžeme použít některou z následujících základních přístupových metod:

• vícenásobný přístup s kmitočtovým dělením FDMA rozděluje přidělené frekvenční pásmo na dílčí subpásma, kterým pak přiřazuje jednotlivé komunikační kanály.

• vícenásobný přístup s časovým dělením TDMA vytváří v určitém konkrétním frekvenčním subpásmu časový rámec a jeho jednotlivé kanály pak přiděluje na principu časového multiplexu.

• vícenásobný přístup s kódovým dělením CDMA zpracovává datovou posloupnost na vysílací straně každého komunikačního kanálu procesem dalšího kódování dle unikátního kódovacího předpisu, který je záměrně odlišný od kódovacího předpisu všech ostatních kanálů. Signály všech komunikačních kanálů se tedy přenášejí ve stejném frekvenčním pásmu a bez nutnosti časového rozlišení. Na přijímací straně jsou pak od sebe jednotlivé komunikační kanály rozlišeny pouze na základě unikátního kódovacího předpisu, který byl použit pro jejich kódování.

• vícenásobný přístup OFDMA je kombinací časového a kmitočtového dělení. Dostupné zdroje jsou v tomto případě rozděleny v kmitočtové oblasti do subnosných a také zároveň v časové oblasti do několika časových intervalů. Jednotliví uživatelé pak mají přidělenu nejen jednu ale hned několik subnosných, a také určitý časový interval pro komunikaci.

Metody vícenásobného přístupu

---

---

Pro účastnickou radiovou komunikaci se nejčastěji vyžaduje tzv. duplexní přenos. Ve většině případů se pro každý směr přenosu využívá odlišného frekvenčního pásma a příslušná metoda pro vytvoření duplexní komunikace se označuje jako různopásmový duplexní přenos FDD (Frequency Division Duplex). V některých případech je však možné oba kanály příslušející témuž okruhu rozlišit na základě časového multiplexu, tj. dopřednému kanálu je přiřazen jeden interval v časovém rámci a zpětnému kanálu pak časový interval odlišný. Takový způsob vytvoření duplexního přenosu se označuje jako stejnopásmový duplexní přenos s časovým dělením TDD (Time Division Duplex).

2.5 Provoz s automatickým přepojením (Handover)

Mobilní stanice komunikuje vždy s nejbližší základnovou stanicí, přesněji řečeno se stanicí poskytující v místě mobilní stanice nejsilnější signál. Pokud se však při svém pohybu dostane mobilní stanice do oblasti sousední buňky, dojde k automatickému přepojení probíhajícího spojení na základnovou stanici této sousední buňky.

---

---

Handover má za úkol správu změn aktuální pozice uživatele s ohledem na cílovou pozici, které jsou způsobeny pohybem uživatele napříč buňkovou strukturou sítě. Hlavním účelem Handoveru v mobilních sítích je zajištění nepřetržitého spojení s vysokou QoS nebo tzv. bilanční zatížení v síti.

Sledování polohy mobilních stanic v síti zajišťuje neustálé automatické navazování spojení mezi mobilní a základnovou stanicí. Tento údaj se v mobilní síti dále registruje, což umožňuje směrovat spojení k volanému účastníkovi přímo do oblasti, kde se jeho stanice s velkou pravděpodobností právě nachází.

---

---

Princip Handoveru

V mobilních sítích lze však z hlediska vlastního provozu sítě odlišit dva typy „Handoveru“:

• mezibuňkový handover (Intercell Handover, resp. Hard Handover) – pokud se v provozu mobilní sítě uplatní Hard Handover, pak MS nejprve ukončí všechna spojení s BS, která jej obsluhovala. Jakmile je připojení k původní BS ukončeno, je vytvořeno nové spojení s BS, která obsluhu převzala. Proto je tento typ handoveru také známý jako „break-before-make“, protože dochází ke krátkému přerušení mezi komunikujícími účastníky. Doba trvání přerušení při přepojení je závislá na charakteru toku řídicích zpráv vyměňovaných mezi MS a sítí. Délka přerušení také závisí na dalších faktorech, kterými jsou použité bezdrátové technologie (např. LTE nebo WiMAX), délka rámce na fyzické vrstvě, nebo také aktuální zatížení sítě. Obecně však platí, že délka přerušení v mobilní síti se pohybuje v řádu desítek až stovek milisekund.

• vnitrobuňkový handover (Intracell Handover, resp. Soft Handover) – umožňuje současné připojení a provoz MS k několika BS najednou. V důsledku toho je uskutečněno automatické přepojení bez přerušení, které by bylo pozorovatelné uživateli v průběhu komunikace. Toto přepojení je také známo jako „make-before-break“. Soft Handover je možné realizovat jako MDHO (Macro Diversity HandOver) nebo FCS (Fast Cell Selection), který také bývá často označován jako FBSS (Fast Base Station Switching). V případě MDHO je realizována makrodiverzita signálů přijatých z několika různých BS a to přímo v aktivní sadě (ve WiMAXu je označována jako sada výběrového příjmu). Významnou nevýhodou tohoto přístupu je jeho vysoká složitost a obtížná implementace. V případě FCS, je vybrán a zpracován nejlépe přijatý rámec vysílaný současně od všech stanic a následně je zahrnut do aktivního souboru. I přesto, že je přepojení typu FCS výrazně jednodušší v porovnání s přepojením typu MDHO, je stále podstatně složitější než v případě Hard Handoveru. Proto je Hard Handover považován za povinný v mobilních sítích, zatímco jiné typy handoverů jsou volitelné.

2.6 Mnohocestné šíření radiových vln

---

---

Problematika šíření radiového signálu

---

---

---

---

---

---