Безжичните комуникации осигуряват възможности за връзки с подвижни абонати. Те предоставят всички видове услуги на обикновената телефонна връзка. Основният им отличителен белег е мобилността. Нещо повече, една мрежа за връзки с подвижни абонати (мобилна клетъчна мрежа) може да увеличи капацитета на други телекомуникационни мрежи, осигурявайки мобилност – например, когато се използва като мрежа за достъп до Интернет.

На съвременния пазар на телекомуникационни услуги различни системи, предназначени за подпомагане на мобилността, функционират паралелно в една и съща географска област. Аналоговите и цифровите системи, безжичните и сателитните системи са в състояние да задоволят потребителските изисквания за безжични комуникации по различни начини.

Мобилността в обществената телекомуникационна мрежа не е еднозначно понятие. Прави се разлика между преносимост (портативност), преместваемост (възможност за придвижване) и (пълна) мобилност.

Преносимостта представя прост случай, когато се премества само телефонът и се свързва отново в друга точка на мрежата. Преместваемостта означава, че абонатът премества своя персонален достъп – например когато се регистрира в мрежа за данни от различно място (в различна точка за достъп). Мобилността се отнася до възможността за пълна подвижност, при което и телефонът, и достъпът на абоната може да се преместват, докато мрежата автоматично следи всички придвижвания. С други думи, това означава мобилност и на телефона, и на услугата.

За краткия период на своето развитие безжичните клетъчни комуникации са претърпели съществени изменения и не само количествени, но и качествени, които предължават и днес. Това дава основание да се говори за три поколения мобилни клетъчни системи:

• първо поколение – аналоговите системи, постепенно отмиращи в миналото;

• второ поколение – цифровите системи на днешния ден;

• трето полоение – универсалните системи за безжични връзки на недалечното бъдеще.

Във всички аналогови мобилни клетъчни системи се използва честотна модулация за предаване на речта и служебната информация (или сигнализацията). Предаването става по радиоканали, които използват различни участъци от честотния спектър. Основният недостатък на аналоговите системи е относително малкият капацитет. Това е следствие на недостатъчно рационалното използване на заделените честотни ленти при честотното разделяне на каналите. Този недостатък е станал очевиден в средата на 80-те години, първоначално в страните с най-широко разпространени мобилни клетъчни връзки и веднага значителни усилия били насочени към търсене на по-съвършени технически решения. В резултат на тези усилия са се появили цифровите мобилни клетъчни системи от второ поколение. Преходът към цифровите системи се е стимулирал и от широкото внедряване на цифровата техника в телекомуникациите. В значителна степен преходът е подпомогнат от разработването на нискоскоростни методи за кодиране и появата на свръхминиатюрни интегрални схеми за цифрова обработка на сигнали. Всички цифрови системи от второ поколение се характеризират с по-ефективно използване на наличния честотен спектър, съществено разширение на възможностите за управление и поява на допълнителни функционални възможности.

Системите от трето поколение ще могат да осигурят безжична връзка за всички видове телекомуникационни услуги. Те ще се интегрират с информационните услуги и ще предложат широк набор от възможности за мултимедия, включително видеотелефон, видеоконференция, високоскоростен достъп до Интернет, предаване на делова, развлекателна и образователна информация и т.н. Системите от трето поколение трябва да включват наземни и спътникови връзки и да поддържат скорости за предаване на информация до 384 kb/s при ограничена подвижност (скорост на пешеходец) и до 2 Mb/s в неподвижно състояние, притежавайки за това канали с достатъчно голяма широчина на честотната лента.

3. Обобщена функционална схема на мобилна мрежа

Функционалните елементи, изграждащи обществената наземна мобилна мрежа (PLMN – Public Land Mobile Network), са:

	Мобилен телефон или мобилна станция (Mobile Station) – телефонът на подвижния абонат
	Базова приемо-предавателна станция (Base Transceiver Station) или само базова станция - свързва мобилните телефони към фиксираната част на мобилната мрежа
	Контролер на базови станции (Base Station Controller) – управлява група базови приемо-предавателни станции
	Централа за връзки с подвижни абонати или мобилна централа (Mobile Switching Center) – осигуряваща мобилни връзки и услуги
	Мобилна централа-шлюз (Gateway MSC) - осигурява връзки към други мрежи
	Домашна база данни (Home Location Register) - съхранява данни за идентификацията и абонамента на мобилните абонати
	База данни за временно пребиваващи абонати (Visitor Location Register) - съхранява временно данни за обслужвани абонати, които изменят местоположението си в мрежата

В една мобилна мрежа абонатът получава достъп до мрежата по ефира (радиодостъп) през базови станции. Една базова станция BTS осигурява радиопокритие в определена географска област, наречена клетка. Условно, клетките се представят като правилни шестоъгълници, но в действителност формата на клетката е неправилна и зависи от редица фактори, свързани с разпространението на радиовълните (фиг.1.1).



Фиг.1.1 Една клетка с базова станция, обслужваща всички мобилни телефони в клетката

Контролерът на базови станции BSC (фиг.1.2) комутира трафика от множество базови станции към мобилната централа. Придвижвайки се, мобилният абонат може да смени клетката, а с това и базовата станция. Комутационните функции на контролера осигуряват възможности за превключване на връзката към друга базова станция с придвижването на абоната.



Фиг.1.2 Контролер на базови станции, комутиращ трафика от множество базови станции към мобилната централа

Контролерът на базови станции може да се разглежда като съответстващ на абонатното стъпало във фиксираната мрежа.

Една мобилна централа MSC (фиг.1.3) обслужва подвижни абонати, които се намират в някоя от клетките, принадлежащи на нейната област на обслужване. Централата осигурява предлаганите от мрежата услугите на абонатите.



Фиг.1.3 Мобилна централа, обслужваща абонати, които пребивават в нейната облст на обслужване

Понякога, когато се придвижва, абонатът сменя и обслужващата го централа - дори по време на активна връзка. За да може мобилната централа да обслужва абоната, тя трябва да има данни, свързани с неговия абонамент. Тези данни съдържат правата за достъп на абоната до услугите на мрежата т.е. информация за това кои услуги е абониран (тези данни се наричат още абонатен профил). Явно е, че всяка мобилна централа не може да съдържа абонатния профил на всички абонати. Следователно, необходимо е да има възли в мрежата, които съхраняват данни за абоната както постоянно, така и за времето на неговото обслужване. Такива възли са местата в мрежата, които управляват достъпа до базите данни.

Тази база данни, която съдържа абонатния профил и друга информация за всички правоспособни абонати, които са се абонирали в мобилната мрежа, се нарича домашна база данни HLR. Базата данни за временно пребиваващи абонати VLR е свързана с мобилната централа и съхранява временно информация за абонатите, предвижващи се през мрежата. Докато абонатът се намира в областта на обслужване на дадена мобилна централа, неговите данни се съхраняват в свързаната с централата база данни за временно пребиваващи абонати.

Фиг.1.4 показва съответствието между елементите в една фиксирана мрежа (лявата страна на фигурата) и тези в една мобилна мрежа (дясната страна на фигурата).



Фиг.1.4 Сравнение между фиксирана мрежа и мобилна мрежа

Централата-шлюз (MSC-шлюз) осигурява връзки на мобилната мрежа към други мрежи - обществени телефонни мрежи, мрежи за данни, цифрови мрежи с интеграция на услугите мрежи и други мобилни мрежи.

1.4. Основни понятия

За да се използва ефективно честотния спектър, определен за използване от мобилните абонати, всеки радиоканал трябва да се използва многократно, което изисква добре дефинирани и отделени географски области, които имат достъп до обхвата с честоти Такива области на обслужване се разглеждат като клетки. Това води до термина клетъчни системи.

Базовите станции използват или ненасочени, или насочени антени. Ненасочената антена излъчва (повече или по-малко) еднакво силен сигнал във всички хоризонтални посоки. По този начин тя покрива кръгла област. Мобилният телефон, намиращ се в тази област, обикновено има добра радиовръзка с базовата станция. Радиусът на окръжността може да бъде изменен с изменение на мощността на предаване на базовата станция, което в повече случаи се прави във връзка с планирането на клетъчното покритие. Като правило максималният размер на клетката е съобразен с възможностите за реализация на мощност на предаване на мобилния телефон.

Фиг.1.5 Базови станции и тяхното покритие в идеалния случай

Базовите станции, използващи насочени антени, всяка от които излъчва и приема в сектор от 120⁰, осигуряват радиопокритие в секторизирани клетки. Фиг.1.6 илюстрира идеята за съответния образец. В случай на използване на насочени антени базовите станции фактически се оказват на границата на клетките.

Фиг.1.6 Три секторизирани клетки

Не винаги е необходимо да се използват заедно и трите секторизирани клетки. Понякога е достатъчен един сектор - например когато се покрива част от път или магистрала.

За услугата мобилна телефония е определен специален честотен обхват (който варира в зависимост от страната и използвания стандарт). Честотният обхват на свой ред се разделя на радиоканали, обикновено с широчина 25-30 kHz. При радиодостъп за трафик се използва дуплексен режим. В този режим и базовата станция, и мобилният телефон може едновременно да предават и приемат, изисквайки два честотни обхвата, отделени на значително разстояние един от друг.

Посоката на предаване от базовата станция към мобилния телефон се нарича права посока (downlink), а посоката на предаване от мобилния телефон към базовата станция се нарича обратна посока (uplink) (фиг.1.7).

Фиг.1.7 Двете посоки на предаване при дуплексен режим на работа

Отстоянието между двата честотни обхвата се нарича дуплексно отместване. Големината на дуплексното отместване се определя от технически фактори и варира като функция на използвания честотен обхват. Комбинацията от две честоти (или части от честоти) съставя дуплексния радиоканал.

Фиг.1.8 Честотен обхват за NMT 450

Каналите на мобилната мрежа се разделят на две основни групи: канали за контрол и трафични канали.

• По каналите за контрол се предава служебна информация за системата или информация, свързана с обслужването на повикванията. Броят на каналите за контрол в клетката варира като функция на използвания метод за достъп и очакваната интензивност на повикванията. Каналите за контрол се наричат още сигнални канали.

• Трафичните канали се използват за предаване на потребителската информация. Броят на трафичните канали в клетката варира в зависимост от очакваната интензивност на трафика.

Каналите за контрол и трафичните канали се наричат логически канали. Логическите канали се проектират (наслагват се) върху физическите канали т.е. логическият канал е използване на физически канал за специални цели.

Физически канал може да бъде излъчвана радиочестота, двойка от честоти (включително дуплексното отместване) в аналогова система или времеинтервал по двойка честоти в цифрова мобилна система.

При включването си мобилният телефон установява връзка с мрежата. По този начин той има “достъп до мрежата” и мрежата регистрира неговите придвижвания.

Потребителят може да изключи мобилния си телефон, например за да съхрани мощността на захранващата го батерия. Докато мобилният телефон е изключен, не е необходимо да се прави опит за връзка с него. Затова системата следи дали е свързан към мрежата (включен) или е отделен от мрежата (изключен).

Независимо от местоположението на включен мобилен телефон, мрежата поддържа постоянна радиовръзка с него. Роуминг функцията дава възможност на мобилния абонат да се придвижва из мрежата и да получава обслужване къде да е в нея.

Когато има входящо повикване към мобилен телефон, мрежата трябва да може да определи неговото местоположение. Регистрирането (или изменение на местоположението) е функция, при която мрежата следи придвижванията на мобилния телефон. и регистрира изменения в неговото местоположение. Тази функция й дава възможност да го потърси, когато към него има входящо повикване. Търсенето се прави в няколко клетки на мрежата. За търсене е възприет английският термин пейджинг ( paging).

Размерът на областта, в която не трябва да се прави регистриране, е компромис между това колко често трябва да се докладва за изменение на местоположението и в колко клетки да се търси виканият мобилен телефон. Групата от клетки, в която мобилният телефон не трябва да се регистрира и в която се търси при входящо повикване към него, се нарича област на местоположение.

Областта на обслужване на една мобилна мрежа съдържа няколко области на обслужване на мобилни централи. Областта на обслужване на една мобилна централа може да обхваща няколко области на местоположение, а една област на местоположение - една или няколко клетки (фиг.1.9).

Фиг.1.9 Връзка между области в мобилна мрежа

Ако мобилният телефон е в активна връзка (например по време на разговор с друг абонат), с придвижването му от клетка в клетка е необходима смяна на канала, използван за трафик или за контрол. Мрежата трябва да може да открие кога е необходимо да се осъществи такава смяна. Това обикновено става като се отчете, че нивото на сигнала е спаднало под дадена стойност или отношението сигнал/шум е незадоволително. Тази функция се нарича локализиране. Техническият термин за смяната (превключването) на канали при смяна на клетката е хендоувър (handover). Процедурата хендоувър се изпълнява по начин, незабележим за потребителя.