Идея сотовой структуры в сети доступа была разработана вследствие ограничения частотного диапазона, доступного для мобильной связи. По мере роста численности пользователей доступный частотный диапазон становится тормозом дальнейшего развития сети.
Известно, что дальность радиосвязи зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума. В диапазоне ультракоротких волн (УКВ), выделенных для мобильной связи необходимо также обеспечить "прямую видимость" между антеннами приемника и передатчика. Мощность передатчика в мобильном терминале должна быть ограничена по техническим соображениям. Кроме того, высокая мощность может стать источником угроз здоровью пользователей.
С учетом этих соображений в 70-х годах XX века был предложен новый принцип организации мобильной связи. Зону обслуживания сети делили на сравнительно небольшие участки, называемые сотами. Каждая из сот обслуживается своим приемопередатчиком – базовой станцией (БС). Приемопередатчик имеет невысокую выходную мощность и ограниченное количество выделенных частотных каналов. Это позволяет без помех многократно использовать эти же частотные каналы в других сотах, удаленных на определенное расстояние. Таким образом, основным принципом сотовой связи является многократное использование одних и тех же радиочастот в различных фрагментах сети. Этим достигается эффективное использование выделенного (ограниченного) частотного ресурса при обеспечении заданной пропускной способности сети.
Разделить обслуживаемую территорию на соты можно различными способами, используя результаты измерений характеристик распространения сигналов, а также соответствующие теоретические оценки. Для оптимального разделения территории на соты обычно используют три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. На практике чаще выбирается шестиугольник, который служит хорошей моделью для работы антенн с круговой диаграммой направленности. Если такая антенна устанавливается в центре шестиугольника, то обеспечивается доступ практически ко всем участкам соты.
|
|
На рисунке 4.1 показан пример организации сотовой топологии при использовании трех различных частотных диапазонов – 
, 
и 
. Несложно убедиться, что в соседних сотах никогда не задействуются одинаковые частотные диапазоны.
Рис. 4.1. Сотовая топология с использованием трех диапазонов частот
Совокупность сот с разными частотными диапазонами образует кластер. Важным параметром кластера считается количество частотных диапазонов в соседних сотах. Очевидно, что для модели, изображенной на рисунке 4.1, исследуемый параметр равен трем. На практике эта величина может достигать пятнадцати.
Базовые станции, которые используют идентичные диапазоны частот, удалены друг от друга на расстояние 
– рисунок 4.2. Оно называется защитным интервалом. Величина зависит от множества факторов, исследуемых в теории распространения радиоволн.
Рис. 4.2. Сотовая топология с использованием семи диапазонов частот
Обычно частотный диапазон 
представляется как число каналов 
, умноженное на полосу пропускания каждого канала 
. Если количество уникальных частотных диапазонов равно 
, то для сети сотовой связи необходимы ресурсы 
, величина которых определяется таким произведением:
|
|
. (4.1)
Радиус соты 
определяет численность обслуживаемых пользователей 
. Снижение радиуса позволяет снизить мощность приемопередатчиков (как базовых станций, так и терминалов), но повышает стоимость сети. Это обусловлено ростом количества базовых станций. На практике при выборе величины учитывается большее число факторов.