Классификация систем радиосвязи реферат

Обновлено: 08.07.2024

СПРС предназначены для связи между движущимся абонентом и абонентом ТФОП или между двумя движущимися абонентами.

Принципы организации СПРС:

i – ЦС – j i – ЦС - k

Полносвязная система Принцип звезды

По способу использования каналов связи различают системы:

Жесткое закрепление Пучок каналов – транкинговый принцип

При одинаковых условиях (Р отк =10%, t зан.канала =2,5 мин/час) в первом случае обслуживается 60 – 70 абонентов, во втором – 420 абонентов, однако, необходимо определять метод доступа.

Транкинговый принцип положен в основу всех коммерческих систем радиосвязи.

Наиболее распространенным средством подвижной связи являются радиально-зоновые (транкинговые) системы и сотовые системы.

Транкинговая система представляет собой типичную “звезду”.

Сотовая система имеет структуру:

БС – базовая станция; ЦКПС – центр коммутации подвижной связи; ТФОП – телефонная сеть общего пользования.

Достоинством транкинговых систем является простота управления сетью. Развитие получили в 60 – 70 гг.

Отечественная транкинговая система – “Алтай” – была введена в 1965 году. Ее модификация существует и сейчас (“Алтай 3М”). Есть также более новые системы: “Волемот”, “Старт”.

Недостатком систем является низкая пропускная способность (число абонентов невелико) из-за невозможности повторного использования одних и тех же каналов (частотных) на обслуживаемой территории (50 км при дополнительном усилении).

Сотовые системы (ССПС).

Основным недостатком ССПС является повышенная сложность систем из-за проблемы обслуживания абонента при его переходе из соты в соту – эстафетной передачи (handover, handoff).

Достоинством является много большая пропускная способность за счет возможности повторного использования одних и тех же каналов (частот) в различных сотах (потенциальный выигрыш: при Р блок =5%, t зан.канала =1,5мин/час для обслуживания 10000 абонентов на территории Москвы в транкинговой системе необходимо иметь 250 каналов (Df к =25кГц, F=2 х 6,25 МГц), а в сотовой системе при 25 ячейках необходимо иметь всего 10 каналов). В реальности, чтобы избежать перекрестных помех между сотами их объединяют в кластеры – группы ячеек в зоне обслуживания с различными наборами каналов (частот). Широко используется кластер в виде “ромашки”:

Величина D определяется исходя из перекрестных помех между сотами с одинаковым набором частот. При этом оперируют не абсолютным значением D, а соотношением D/R c , где R c – радиус соты. Из соотношения находят необходимую мощность передатчика.

Вышеизложенное достоинство явилось причиной того, что для коммерческой подвижной связи используется именно сотовый принцип. Транкинговые системы существуют и развиваются, но, главным образом, применяются для так называемой корпоративной связи.

Важным достоинством ССПС является возможность постепенного развертывания этих систем на обслуживаемой территории во времени и в пространстве, что позволяет использовать доходы, полученные при начале эксплуатации системы для ее развития. Основой этого служит принцип расщепления ячеек:

При пространственном подходе учитывается территориальная загрузка сети (максимальная - в деловом центре, минимальная - в “спальных” районах и пригородах). В зависимости от этого меняется коэффициент расщепления ячеек и R c .

Еще одним достоинством ССПС является роуминг – автоматический поиск и обслуживание абонентских станций (АС), пришедших с других территорий (других ЦКПС).

Стандарты сотовой связи.

Стандарт – совокупность услуг, предоставляемых ССПС и эксплуатационно-технических характеристик аппаратуры ССПС.

В настоящее время в мире существует 9 стандартов ССПС 1-го поколения и 4 – 2-го поколения.

К 1-му поколению относятся аналоговые стандарты, где основная услуга – передача речи, причем в аналоговой форме при ЧМ и частотном разделении каналов. Стандарты 1-го поколения разрабатывались независимо в разных странах и предназначались для использования каждой страной своего стандарта. Основные стандарты 1-го поколения: NMT-450 (Скандинавские страны) и AMPS (США).

Стандарты 2-го поколения – цифровые, то есть речь передается в цифровом виде, кроме того могут передаваться данные с невысокой скоростью (до 9600 бит/сек), используют временное разделение каналов, ФМ и ее варианты, предусмотрен режим роуминга. Стандарты: GSM-900 (Паневропейский) (GSM-1800) с разделением каналов TDMA-FDMA; D-AMPS (Америка) (DCS-180, IS-54, IS-136) с разделением каналов TDMA-FDMA; IS-95 (Америка, Южная Корея, Китай, Гонконг) с разделением каналов CDMA; японский стандарт.

В России в 90 – 91 гг. GSM-900 был признан федеральным стандартом, однако, из-за дороговизны и отсутствия частотного диапазона разрешено бы-ло использовать NMT-450. В качестве регионального был разрешен AMPS.

3-е поколение (ближайшее будущее) будет являться цифровыми стандартами персональной подвижной радиосвязи, что подразумевает все-объемлющий охват “где угодно, что угодно, когда угодно”. Должны обеспе-чивать возможность высокоскоростной передачи данных (Multimedia) – 144 кбит/сек для объектов с высокой подвижностью, 2 Мбит/сек для объектов с низкой подвижностью. Стандарты: UMTS (сочетается с наземной структурой ISDN, B-ISDN), FPLMTS (полностью базируется на радиоканалах).

В настоящее время считается, что единого, общего для всех, стандарта 3-го поколения не будет, а будет совокупность различных стандартов, определяющих рекомендуемые направления развития уже существующих наиболее передовых стандартов.

Решать задачу создания ССПС 3-го поколения целесообразно, использую принцип конвергенции стандартов (взаимопроникновения) – совместимости по цепям управления.

Структура стандарта 3-го поколения:

- могут быть как радиосвязями, так и использовать наземную структуру;

- используется наземная структура.

ИСЗ – искусственный спутник Земли;

пС - пикосота, D=60…100 м, связь с малоподвижными абонентами внутри здания, большая скорость передачи данных абоненту;

мкС - микросота, D=100…1000 м, связь с медленно перемещающимся абонентом;

мкаС - макросота, D ij½½ - матрица пропускных способностей;

Р 0 =½½Р 0ij½½ - матрица ошибок.

При этом за конкретный показатель качества сети в целом принимают наихудшее значение этого показателя для одного из участков.

Сеть характеризуется принципом организации сквозного тракта между ее узлами:

Разделение сетей на иерархические уровни.

Любая сеть состоит из многих разнородных звеньев, поэтому для удобства ее проектирования ее разбивают на 7 уровней, границы между которыми устанавливают так, чтобы взаимодействие между уровнями было минимальным.

Правило взаимодействия называется межуровневым интерфейсом, а правило взаимодействия элементов одного уровня – протоколом.

Первые три уровня практически полностью характеризуют ССПС. Четвертый и пятый отвечают за роуминг и т.п. Последние уровни характеризуют абонентов (представление информации).

Наиболее важное звено – радиоканал.

Здесь важно правильно выбрать значение R 0 и D с учетом требований высокой пропускной способности и ограничений по быстродействию системы управления сетью и по энергетическим возможностям аппаратуры, предназначеной для передачи по радиоканалу.

Оптимальный вариант – поэтапное введение системы с постепенным расщеплением больших сот на малые.

Пример: ССПС с частотным разделением каналов (FDMA).

Таким образом g увеличивается в случаях:

а) (D/R 0 ) уменьшается – уменьшение размера кластера, т.е. увеличение перекрестных помех; снижение Р с /Р ш – достигается помехоустойчивым кодированием.

б) F a уменьшается – использование 4ФМ, использование ММС – модуляции с минимальным сдвигом – концентрация энергии в узком участке спектра + Гауссовское сглаживание.

В реальности приходится учитывать рельеф местности и характер застройки территории, т.к. эти факторы являются причинами зон затемнения или участков с глубокими интерференционными замираниями. Поэтому при энергетическом расчете системы сначала рассчитывают радиус сот для некоторого усредненного рельефа по формулам, соответствующим распространению УКВ радиоволн над шероховатой поверхностью, которые позволяют получить среднестатический результат. Затем для участков с усложненным рельефом производят специальный усложненный расчет (детерминированный расчет). После этого с помощью подвижной измерительной аппаратуры для зон со сложным рельефом определяют реальные границы сот и указывают точки, где должны стоять дополнительные станции.

D-AMPS UMTS (IMF 2000)

NMT-450 AMPS, IS-95 GSM GSM, DCS - 1800

450 800 900 1700 1800 2000 2100 2300 f

Диапазон ® характеристики радиоканала ® модуляция

Кроме прямого луча, проходящего через затеняющие объекты, существует две группы отраженных лучей:

Считается, что интенсивность лучей меняется по exp закону и импульсная характеристика канала имеет вид:

0 t min t р max t

В диапазоне 800 – 900 МГц предельная скорость R=100…150 бит/сек.

Величины задержек лучей друг относительно друга характеризует следующая таблица:

В – интервал корреляции замираний по частоте

Dt > t замир i j t

R з =j(V,Q) - скорость замираний.

В ситуации, когда Dt велико, наряду с перемежением используют прыганье по частоте

Наличие многолучевости, т.о., приводит к необходимости применять наряду с перемежением прыганье по частоте с соответствующим шагом или использовать ШПС, полоса которых F=(6…9)В.

В зависимости от того, где проходит трасса распространения сигнала, замирания в канале характеризуются законами Релея или Райса. Райсовский закон характерен для связи внутри здания, релеевский – для города. При райсовском распределении и использовании CDMA (ШПС) можно ограничиться одним-двумя каналами обработки в приемнике, т.к. всегда присутствует прямой луч или же добавочно один мощный отраженный луч. В релеевском канале приходится увеличивать число каналов обработки до 3-х – 4-х, т.к. ориентируются на отсутствие прямого луча и наличие нескольких одинаковых отраженных лучей.

Выбор методов кодирования определяется характером группирования ошибок в канале. При независимых ошибках достаточно использовать мощный корректирующий код (блочный код или чаще сверточный код). При коррелированных ошибках необходимо применять коды, корректирующие пакеты ошибок, однако эти коды имеют большую избыточность, поэтому применяют сочетание блочных и сверточных кодов, используя сверточный код для исправления одиночных ошибок, а блочный – для обнаружения неисправленных ошибок.

Для согласования кода с каналом используют операцию повторения наиболее важных символов кода, т.е. этот символ передается подряд несколько раз и решение о его знаке принимается на основе сравнения. Кроме того, для согласования кода с каналом используют методы многофазной манипуляции (4ОФМ).

Критерием выбора является, с одной стороны, сложность управления доступом и сложность аппаратуры, с другой стороны, пропускная способность системы.

МДЧР (FDMA) – самая простая.

МДВР (TDMA) – используется комбинация МДВР-МДЧР (TDMA-FDMA), сложное управление доступом, высокая пропускная способность.

МДКР (CDMA) – простое управление доступом, сложная аппаратура, потенциально наибольшая пропускная способность, не требуется планирование частотно-временного ресурса.

Задача – довести информацию от заданного количества пользователей с заданным качеством.

1.а Самоуправляемый доступ к каналу.

1.б Предоставление каналов по требованию.

1.а Самоуправляемый доступ хорош тем, что не требует выделения специального служебного канала управления доступом. Применяется в МДЧР и имеет следующий принцип:

Базовая станция на частоте свободного канала передает маркер. АС, выходя на связь, просматривает все частотные каналы и фиксирует сигнал маркера, затем на дуплексной частоте этого канала АС передает сигнал занятия канала. БС, приняв этот сигнал, снимает маркер и передает на АС сигнал разрешения занятия канала. Затем идет служебная информация по соединению с корреспондентом.

Если связь устанавливается по инициативе БС, то используют специальный однонаправленный канал, по которому БС передает вызов и номер свободного рабочего канала, по которому АС подтверждает, что вызов принят.

1.б При предоставлении каналов по требованию выделяется отдельный случайный канал, называемый канал сигнализации. У всех БС, входящих в кластер, эти каналы разные.

АС передает по каналу сигнализации запрос в виде пакета, содержащего служебную информацию. Пакет посылается в режиме случайного доступа к каналу.

Случайный доступ к каналу имеет отрицательную сторону. При большой активности абонентов, когда вероятность столкновения пакетов Р а превышает 18%, время задержки передачи пакета по отношению к длине пакета начинает недопустимо расти.

Позволяет уменьшить средний уровень перекрестных помех в системе и уменьшить размерность кластера и величину защитных частотных интервалов.

Управление мощностью передатчиков АС обеспечивает выравнивание сигналов от ближних и дальних АС на входе приемника БС.

Управление мощностью передатчика БС позволяет за счет снижения среднего уровня помех в дальней зоне уменьшить размерность кластера.

Основная сложность при регулировке мощности связана с тем, что прямой и обратный каналы ССПС разнесены по частоте на 15…45 МГц, поэтому замирания сигналов в этих каналах не коррелированы.

В результате для точной регулировки мощности приходится использовать два уровня управления мощностью – низший и более высокий.

Низший уровень базируется на АРУ приемника:

f инф. пакет тест. комбин. t

Аналоговые системы Цифровые системы

Еще более точный результат можно получить, если осуществить промежуточный прием и оценку тестовой комбинации на АС. При этом сама АС также будет формировать собственную тестовую комбинация для БС.

Главная сложность при точной регулировке мощности – задержка при принятии решения о регулировке.

Хотя радио имеет долгую и интересную историю, на вопрос, кто его открыл, однозначного ответа нет. Например, принципы радиосвязи были практически продемонстрированы в 1893 году Николой Теслой, который представил работу беспроводного радио в Сент-Луисе, США. С другой стороны, изобретателем радио часто называют Гульельмо Маркони - человека, получившего первый патент на беспроводной телеграф (Англия, 1896 год). А уже 12 декабря 1901 года Маркони стал первым человеком, передавшим радиосигналы через Атлантический океан. Наконец, нельзя не вспомнить и нашего Александра Попова, представившего в Петербурге 7 мая 1895 года прибор, который обеспечивал генерацию направленных колебаний «атмосферного электричества« (по сути, являлся радиоприёмником).

Радиосигналы происходят в результате направленного перемещения радиоволн. Подобно волнам на пруду, радиоволна представляет собой серию повторяющихся пиков и впадин. Радиоволна генерируется передатчиком, а затем обнаруживается приёмником.

Основные разновидности радиосвязи и их применение

Высокочастотные колебания - составляющие любого радиосигнала, представляют собой направленное наложение двух колеблющихся в пространстве под углом 900 полей, магнитного и электрического. Энергия, которую вырабатывают эти поля, увеличиваются по мере повышения синхронности таких колебаний и помре увеличения площади, на которую распространяется действие этих полей. Соответственно, сила прохождения сигнала, при росте расстояния до его источника падает.

Для передачи радиосигнала применяются антенны. Конструкция любой антенны предусматривает концентрацию радиоволн, которые содержатся в луче, с увеличением степени такой концентрации КПД антенного устройства увеличивается. Конструктивные особенности передатчика и антенны определяют разновидности радиосвязи.

Радиорелейная связь

Функции радиорелейной линии заключаются в приёме и ретрансляции сигналов, которые принимаются либо от другой радиостанции, либо от провода, оптоволоконного, микроволнового, коаксиального кабеля или другого канала интегрированной наземной линии. Радиорелейная связь – важная, хотя уже и постепенно устаревающая технология системы радиосвязи.

Большинство станций радиорелейной связи представляют собой наземную систему связи типа "точка-точка". Типовой представитель - система связи с релейным микроволновым излучением или система спутниковой связи.

Расположение радиорелейных станций и диаграммы направленности антенн должны быть установлены так, чтобы обеспечивать минимальные помехи для наземных спутниковых станций. Аналоговые и цифровые схемы основной полосы частот радиорелейной связи аналогичны спутниковым системам, однако процесс обмена и передачи сигналов происходит в атмосфере. Радиорелейные линии могут быть частью соединения между земной станцией и центром коммутации сигнала.

Передача сигналов через спутник

Научные данные (например, снимки, сделанные спутником);
Текущее состояние систем спутника;
Данные о местонахождении спутника в космическом пространстве.

Спутниковая передача сигналов происходит по пути их распространения в прямой видимости от наземной станции к спутнику связи (восходящая линия связи) и обратно к земной станции (нисходящая линия связи). Спутник обычно размещается на геостационарной орбите, на высоте около 18…20 тыс. км над Землей, так что он кажется неподвижным из любой точки, откуда виден. Оттуда спутник действует как ретранслятор в небе. Наземная станция включает в себя антенны, здания и электронику, необходимые для передачи, приёма и последующей обработки сигналов.

Используемый частотный спектр аналогичен тому, который применяется для наземного микроволнового радио. Антенна наземной станции обычно является остронаправленной, в то время как спутниковая антенна имеет увеличенную ширину луча, чтобы покрывать большую часть земной поверхности и иметь возможность одновременно связываться со многими удаленными друг от друга земными станциями.

Сотовая связь

Сотовая связь - форма коммуникационной технологии, позволяющая использовать мобильные телефоны. Мобильный телефон является двунаправленным радиоприёмником, обеспечивающим одновременную передачу и прием сигналов. Сотовая связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи на соты и внутри сот. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), что позволяет большому количеству абонентов вести разговоры одновременно. Таким образом, покрытие сотовой связи происходит путём пространственного разделения на ячейки с базовыми станциями.

Общим элементом всех технологий сотовой связи является использование определенных радиочастот, а также повторное использование частот. Это позволяет предоставлять услугу большому количеству абонентов при уменьшении количества каналов (ширины полосы). Можно создавать широкие сети связи за счет полной интеграции передовых возможностей мобильного телефона.

Как осуществляется радиосвязь

Радиосвязь работает путём передачи и приема электромагнитных волн. Для распространения и перехвата радиоволн используются передатчик и приёмник. Передатчик излучает электромагнитное поле наружу через антенну; затем приемник улавливает это поле и преобразует его в звуки/изображения.

Генерация и приём радиоволн

Радиоволна действует как носитель информационных сигналов; информация кодируется непосредственно на волне – в виде звуков (голос и музыка) и/или изображений (телевидение). Звуки и изображения преобразуются в электрические сигналы (микрофоном или видеокамерой), усиливаются и используются для формирования несущей волны. Усиленный сигнал подаётся на антенну, которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны для излучения в космос.

Такие волны излучаются со скоростью света и передаются не только по линии прямой видимости, но и за счет отклонения от ионосферы. Приёмные антенны перехватывают часть этого излучения, возвращая ему форму электрические сигналы, после чего подают сигнал на приёмник.

Кодирование информации в радиоволне

На этом принципе основаны все системы беспроводной связи - от пульта дистанционного управления телевизором до контроля положения спутниковой антенны. Отметим, что в современном мире используются все более сложные технологии для кодирования электромагнитных сигналов, улучшения их качества, увеличения объема информации или обеспечения безопасности передачи. Для этого используются устройства Wi-Fi или Bluetooth.

Телеграфирование

Электрический телеграф в ХХ веке был распространённой формой цифровой передачи сигналов в основной полосе частот с использованием металлических носителей (открытый провод). Но, по сегодняшним меркам, скорость передачи информации при телеграфировании является низкой.

Радиотелефонная связь

Является дальнейшим развитием телеграфирования, и реализуется путём передачи речи по витым парам проводов. Из-за возможностей технических средств полоса пропускания речевых сигналов ограничена частотой 4 кГц, эта полоса сохраняется и до настоящего времени.

Сейчас практически все магистральные системы передачи используют цифровую передачу на основе оптического волокна. Однако передача данных в голосовой полосе, которая представляет собой передачу потока цифровых данных через канал, предназначенный для одного аналогового голосового канала, по-прежнему используется в сети доступа - той части сети, которая находится между помещением абонента и обслуживающим центральным офисом.

Голосовые модемы дополняются и вытесняются в сети доступа технологией цифровой абонентской линии, которая повышает скорость обмена информацией при одновременном снижении стоимости услуг. Кроме того, цифровые абонентские линии имеют постоянное подключение к данным.

Модуляция и детектирование

Виды радиосвязи зависят от типа модуляции сигнала. В радиоустройствах с амплитудной модуляцией (АМ) сила амплитуда сигнала изменяется в пределах от минимума до максимума производимых частот. В радио с частотной модуляцией сигнала (FM) изменяется скорость прохождения сигнала. Когда вы настраиваетесь на радио, номер набора показывает частоту в МГц, на которой транслируется сигнал.

FM-модуляция распространена в коммерческих, а АМ-модуляция – в производственных применениях.

Обратным модуляции процессом является детектирование, при котором из общего высокочастотного сигнала выделяется та его часть, которая содержит информационную составляющую. Первые радиоприёмники были именно детекторными.

Используется аналоговый канал связи.
Прием сигнала происходит в момент отправки. Задержки нет.
Не используется сжатие или оцифровка голоса.

до сих пор эксплуатируются
сотрудники привыкли к текущей системе

ограниченный функционал
только голосовые вызовы
низкая помехозащищенность
низкая эффективность использования частотного спектра
ограниченные возможности защиты от прослушивания
прекращение поддержки производителями

Цифровые системы радиосвязи

высокая помехозащищенность
высокое качество звука
возможность передачи голоса и данных
эффективное использование частотного спектра
эффективное шумоподавление
поддержка производителями и интеграторами

резкая деградация качества связи на границе зоны действия
искажения тембра при использовании низкоскоростных кодеков

Стандарт DMR

Цифровая система с временным уплотнением каналов. Ширина канала 12.5 кГц. Два разговорных канала на одном физическом.

высокое качество звука, фильтрация шумов
совместимость оборудования различных производителей
наличие оборудования для диапазонов частот
VHF, 300МГц, UHF, 800МГц
возможность плавной миграции от аналоговых систем
гибкий частотный план

отсутствие полного дуплекса
низкая скорость передачи данных

Стандарт TETRA

Цифровая система с временным уплотнением каналов. Ширина канала 25 кГц. 4 разговорных канала на одном физическом.

широкая функциональность
работа в условиях высокой плотности абонентов и интенсивного трафика
возможность использования абонентского оборудования разных производителей
наличие дуплексного вызова
высокая эффективность использования частотного спектра

относительно высокая цена
ограничения по использованию частот
невозможность построения конвенциональных систем
невозможна плавная миграция от аналоговых систем

Стандарт APCO25

Цифровая система, разработанная для служб общественной безопасности. Используется частотное и временное уплотнение. Ширина канала 12.5/6.25 кГц.

возможность строить конвенциональные и транкинговые сети
наличие оборудования для диапазонов VHF, UHF, 800 МГц
широкая функциональность

относительно высокая стоимость оборудования
низкая скорость передачи данных
отсутствие полного дуплекса

Конвенциональные системы

Каждая группа абонентов закрепляется за определенным радиоканалом. Абонент сам может выбрать канал. В случае если канал занят, система не может автоматически переключить его на другой канал. Когда одна группа занимает канал связи — остальные вынуждены ждать, пока он освободится.

Конвенциональные локальные системы

Радиостанции связываются между собой напрямую, без использования ретрансляторов. Дальность связи для портативных радиостанций 1–2 км, для мобильных 3–5 км. Применяются для организации связи на небольшой территории.

Конвенциональные локальные системы на основе ретранслятора(ов)

Связь между радиостанциями осуществляется через ретранслятор. В зависимости от высоты подвеса антенны ретранслятора радиус действия может достигать 50–70 км.

Конвенциональные смешанные радиосистемы

Объединение нескольких конвенциональных радиосистем позволяет увеличить площадь радиопокрытия. Для объединения используют диспетчерскую консоль.

Транкинговые системы

Радиостанция не привязана к определенному каналу. В системе имеется общий пул каналов. Для каждого сеанса связи выделяется один из каналов. После завершения сеанса канал освобождается и возвращается в общее пользование. Поэтому использование радиоканалов эффективнее. Время ожидания свободного канала меньше. На том же количестве каналов может быть обслужено большее количество вызовов.

Принято классифицировать системы подвижной связи (СПС) на следующие виды:

- системы беспроводного абонентского доступа;

- системы сотовой связи;

- беспроводные компьютерные сети.

Системы беспроводного абонентского доступа появились в начале 80-х годов прошлого века. В них вместо проводов между телефонным аппаратом и трубкой использовался радиоканал, при этом сохранялись все функциональные возможности и качества обычного проводного телефона. Зона радиопокрытия базовой станции в силу малой мощности последней ограничивалась пространством офиса или квартиры.

Наиболее известным стандартом беспроводной телефонии является цифровая усовершенствованная беспроводная связь DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) в диапазоне 1880 – 1900 МГц.

Рисунок 2.35 Обобщенная структурная схема СПРВ

Обобщенная структурная схема СПРВ приведена на рисунке 2.35, где:

- ТПВ – терминал персонального вызова;

- КСПВ – контроллер сети персонального вызова;

- ЦЭиО – центр эксплуатации и обслуживания;

- КЗОВ – контроллер зоны обслуживания вызовов;

- БС – базовая станция;

- АП – абонентский приемник.

ТПВ принимает и анализирует входящие данные вызовов из телефонной сети общего пользования (ТФОП) или от других источников. КСПВ во взаимодействии с ЦЭиО обеспечивает все функции управления системой. КЗОВ осуществляет распределение данных к передатчикам БС, которые контролируют и передают сигналы радиовызова на соответствующие абонентские приемники. Применение нескольких БС в пределах зоны действия СПРВ позволяет обеспечить более надежную связь с абонентами.

Наиболее распространенными стандартами СПРВ являются POCSAG (Англия), ERMES (Европейского союза), а также семейство протоколов FLEX (фирмы Motorola).

Транкинговые системы связи (ТСС), которые применяются в корпоративных и ведомственных сетях, такси, милиции, аварийных службах и т.п. В такой системе предусматривается определенное ограниченное количество радиоканалов для вех ее пользователей; из этого количества один радиоканал выделяется каждому абоненту на время соединения.

Для обеспечения оперативности управления в современных ТСС предусматривается специальный канал управления. По способу организации канала управления различают ТСС с выделенным и распределенным каналом управления. В первом случае выделенный канал используется исключительно для управления работой системы, во втором – в процессе сеанса связи сигналы управления передаются одновременно с речевыми сигналами.

Обобщенная структурная схема ТСС приведена на рисунке 2.36, где:

- МС – мобильная станция абонента;

- БС – базовая станция;

- УОР – устройство объединения радиосигналов;

- ЦКМС – центр коммутации мобильной связи;

- ТФОП – телефонная сеть общего пользования;

- ДПУ – диспетчерский пункт управления.

Для ТСС наиболее характерно разделение каналов по частоте с индивидуальными ретрансляторами на разных частотах. Возможен вариант ТСС с использованием широкополосных ретрансляторов, обслуживающих сразу все каналы.

Наиболее распространенным аналоговым стандартом транкинговой связи является МРТ 1327 (Англия), поддерживающий метод доступа к системе, называемый синхронная ALOHA с динамической длиной кадра. Известны также стандарты SmarTrunk и EDACS (фирма Эриксон).

В начале 90-х годов прошлого века появился цифровой транкинговый стандарт Европейского союза TETRA (Trans European Trunked Radio). Система предусматривает передачу как речи, так и данных, обеспечивая более высокую спектральную эффективность по сравнению с аналоговыми системами, лучшее использование частот, более высокую скорость передачи данных,

Рисунок 2.36 Обобщенная структурная схема ТСС.

Системы сотовой мобильной связи (ССМС) позволили преодолеть ограничения, накладываемые выше перечисленными системами. В сотовых системах используются следующие основные принципы:

- разделение области охвата мобильной радиосвязью на отдельные зоны, называемые сотами;

- наличие значительного количества радиопередатчиков низкой мощно-

сти с небольшими зонами передачи сигналов;

- повторное применение частот в несмежных сотах, позволяющее повысить эффективность использования выделенного частотного диапазона;

- централизованное управление обслуживанием вызовов для обеспечения мобильной связи при перемещении подвижного абонента из соты в соту.

Термин сотовая связь означает, что сеть разделена на ряд сот – ячеек, географических участков (рисунок 2.37). Каждой соте назначен частотный диапазон, который можно повторять в других сотах. В каждой соте имеется своя базовая станция БС (BS - Base Station), которая содержит радиопере дающее и радиоприемное оборудование и обеспечивает радиосвязь с теми

мобильными телефонами, которые расположены в данной соте.

Размер соты зависит от таких факторов, как мощность передатчика базовой станции и мобильного телефона, высота антенны базовой станции, топология местности, возможность обслуживания ограниченного количества сотовых телефонов, т.е. мобильных станций МС (MS – Mobile Station), обыч-

Рисунок 2.37 Соты в системе подвижной связи.

но – от 600 до 800, т. е. соты становятся меньше в зонах с более высокой плотностью населения. Размер соты может лежать в пределах от 100 м до нескольких десятков км. Шестиугольная форма соты обеспечивает эффективное переключение базовых станций при движении абонента из одной соты в соседнюю, т.к. центы всех сот, граничащих с данной, находятся на одинаковом расстоянии от центра данной соты. Группа сот, в пределах которой отсутствует повторное использование частотных полос, называется кластером. Несколько базовых станций подсоединены к контроллеру базовых станций (КБС на рисунке 2.40), который содержит логику управления каждой из этих станций. Все КБС подключены к центру коммутации мобильной связи (ЦКМС), который управляет установлением соединений к мобильным абонентам и от них, то есть поддерживает функции хэндовера и роуминга. Хэн

довер представляет собой процесс передачи управления обслуживанием вызова, если во время соединения мобильный абонент перемещается из одной соты в соседнюю. Пример сценария хэндовера изображен на рисунке 2.38.

Физически хэндовер означает переключение абонента с одного радиоканала и/или временного интервала на другой радиоканал или временной интервал без уведомления абонента об этом изменении.

Рисунок 2.38 Принцип хэндовера.

В зависимости от ситуации хэндовер может производиться между двумя секторами одной и той же БС, между двумя КБС, между двумя ЦКМС, принадлежащими одному оператору, или даже между двумя сетями разных операторов. В двух последних случаях он носит название роуминга.

Высокая спектральная эффективность ССМС достигается ценой максимально частого повторения использования одних и тех же частотных полос.

С этой точки зрения предпочтительным является трехсотовый кластер, изображенный на рисунке 2.39,а, где одинаковыми цифрами обозначены соты с совпадающим набором частотных каналов. Однако частое повторение сот с одинаковыми полосами частот сопровождается заметным уровнем соканальных помех, т.е помех от станций системы, работающих в той же полосе частот, но расположенных в несмежных сотах. Для уменьшения соканальных помех более выгодны кластеры с большим числом сот, например 7-сотовые, изображенные на рисунке 2.39,б. Размер кластера определяется расстоянием D между центрами сот, в которых используются одинаковые полосы частот:

Рисунок 2.39 Варианты структур кластера ССМС.

где n_c – количество сот в кластере;

R – радиус соты, т.е. радиус окружности, описывающей соту.

Параметр ξ, определяемый соотношением:

называется коэффициентом уменьшения соканальных помех или коэффициентом соканального повторения. Величина обратная числу сот в кластере называется коэффициентом повторного использования частот. Однако увеличение числа сот в кластере приводит к пропорциональному уменьшению полосы частот, используемой в каждой соте, т.е к уменьшению абонентской емкости соты.

Рисунок 2.40 Обобщенная структурная схема ССМС

Функциональное построение ССМС приведено на рисунке 2.40. В приведенной схеме четыре основных компонента – центр управления и обслуживания (ЦУО) и три подсистемы:

- подсистема мобильных станций ПМС;

- подсистема базовых станций ПБС;

- подсистема коммутации (ПК).

Функциональное сопряжение этих компонентов описывается рядом ин- терфейсов.

ЦУО обеспечивает управление другими компонентами системы, а также контроль качества функционирования. Подсистема мобильных станций объединяет оборудование, обеспечивающее доступ абонентов в систему. Главным звеном в архитектуре ССМС является подсистема коммутации, которая включает в себя центр коммутации мобильной связи ЦКМС, визитный (гостевой) регистр местоположения ВРМ, домашний регистр местоположения ДРМ, центр аутентификации ЦА и регистр идентификации оборудования РИО. В подсистему базовых станций входят базовые приемо-передающие станции БС и контроллеры базовых станций КБС.

ЦКМС обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждаются МС, т.е. коммутацию абонентов друг с другом, с абонентом ТФОП и др. На ЦКМС также возлагаются функции коммутации каналов,

к которым относятся хэндовер и переключение каналов в соте при появлении

сильных помех и неисправностей, если только это не является обязанностью КБС. Кроме того, ЦКМС управляет процедурами слежения за МС с помощью ДРМ и ВРМ для обеспечения доставки вызова, а также процедурами аутентификации и идентификации абонентов с помощью ЦА и РИО.

КБС осуществляет управление несколькими МС, которые обеспечивают связь с МС через радиоинтефейс, а также производит упаковку информации, передаваемой ЦКМС, и ее распаковку при передаче в обратном направлении. Кроме того, КБС обеспечивает хэндовер при переходе МС между сотами, контролируемыми одним и тем же КБС, хэндовер вызовов между МС, находящимися в зонах действия разных БС, но одного и того же КБС. Под управлением КБС осуществляются радиоизмерения в каналах связи, регулируется мощность передатчиков МС и БС.

Читайте также: