Системы беспроводного радиодоступа реферат

Обновлено: 30.06.2024

Для детального рассмотрения и прослеживания тенденций развития систем и сетей радиодоступа необходимо их разделение по однородным признакам на классы. К основным признакам следует отнести параметры и характеристики радиоинтерфейса; виды услуг, предоставляемых в сети; класс решаемых задач связи; вид и параметры интерфейса с сетью общего пользования; структуру и архитектуру сети; протоколы обмена информацией и взаимодействия в сети; протоколы управления и мониторинга сетей; уровни обеспечения безопасности обмена информацией в сети и многие другие.

Общая классификация систем и сетей радиодоступа окажется весьма обширной, что не позволит свободно ориентироваться в ней. Поэтому начнем с разделения на классы в соответствии с одним признаком. Тогда конкретную систему или сеть радиодоступа легко будет определить в общей системе классификации.

Опорная сеть системы радиодоступа выполняет распределительную функцию и представляет собой совокупность коммутационных устройств (АТС, IP - и Ethernet -устройств — коммутаторов, маршрутизаторов) и радиоэлектронных средств, обеспечивающих соединение в соответствии с правилами, заданными радиоинтерфейсом, с многочисленными абонентскими устройствами. В свою очередь, абонентские устройства определяют порядок взаимодействия с абонентами и перечень услуг, доступных с их использованием.

Классификация систем радиодоступа по параметрам и характеристикам радиоинтерфейса.

Опорная сеть системы радиодоступа взаимодействует с сетями общего пользования либо с сетями другого назначения посредством интерфейсов.

Прежде всего, проведем классификацию систем радиодоступа по параметрам и характеристикам радиоинтерфейса.

По способу представления и передачи информации все системы радиодоступа можно разделить на аналоговые и цифровые. Аналоговые способы передачи использовались в основном в системах первого поколения, и в силу присущих им недостатков, связанных, прежде всего, с низким качеством передачи информации, в системах последующих поколений не применяются. Цифровые способы передачи информации оказались значительно более гибкими, прежде всего, благодаря широким возможностям цифровой обработки сигналов ( DSP ) и управлению качеством передачи информации в пределах зоны обслуживания системы радиодоступа. Начиная со второго поколения, цифровые способы передачи информации занимают главенствующее положение.

В системах с аналоговой и цифровой передачей, возможно предоставление всех видов услуг. В случае аналоговых систем для передачи данных, обеспечения услуг телематики и мультимедиа обмена, аналоговые каналы используются как среда передачи и требуют дополнительных устройств, например модемов.

Цифровые системы позволяют предоставлять все виды услуг связи как отдельно, так и одновременно.

Услуги цифровой передачи речи, начиная с методов ИКМ и до IP -телефонии, развивались одновременно с развитием технологий коммутации в сетях связи с целью обеспечения наибольшей емкости сети, эффективности использования каналов связи при заданном уровне качества.

Классификация по решаемым прикладным задачам.

По решаемым прикладным задачам можно выделить системы связи, управления и мониторинга. Различие систем определяется реализуемыми функциями.

Важнейшими признаками, в соответствии с которыми выделяются поколения систем радиодоступа, являются характеристики и параметры радиоинтерфейса . Полной считать приведенную классификацию не представляется возможным в силу постоянного развития методов и средств обработки сигналов, технологий передачи информации и потребностей потребителей (абонентов).

Классификация по диапазону частот.

По диапазону частот классификация усложнена тем, что постоянно с развитием технологических возможностей в поле зрения разработчиков систем радиодоступа попадают новые диапазоны частот (например, в стандарте 802.16 возможно построение систем в диапазоне до 60 ГГц). В то же время в соответствии с результатами эксплуатации средств радиодоступа, например, при устаревании той или иной технологии некоторые диапазоны частот могут стать недоступными для построения систем. В частности, с развитием цифровых систем и их повсеместным применением следует ожидать спада интереса к аналоговым системам либо их модификации, либо прекращения их производства и эксплуатации.

Для классификации систем радиодоступа по диапазону частот важнейшее значение имеет национальное распределение полос частот. В России национальное распределение частот определяется Таблицей распределения полос частот.

В мире множество производителей (заводов-изготовителей) оборудования радиодоступа, функционирующего практически во всех доступных полосах частот. Однако в Российской Федерации разрешено применение систем радиодоступа только в некоторых полосах частот в согласии с действующими правилами.

Для аналоговых средств радиодоступа первого поколения используется частотное разделение каналов, в сочетании с частотным разделением дуплексных каналов и частотной модуляцией.

Для цифровых систем следующих поколений во всех диапазонах частот допустимы методы частотного, временного, кодового, пространственного разделения каналов и их комбинаций. При разделении каналов каждый абонент использует только свой сигнал. Обмен информацией осуществляется по прямому и обратному каналам. Их разделение не позволяет наложиться сигналам, передаваемым в разных направлениях по дуплексному каналу и одновременно выполнять передачу и прием информации. К традиционным методам разделения дуплексных каналов относятся методы частотного, временного и кодового разделения. По аналогии с методами разделения каналов можно предположить, что появится пространственное разделение и комбинированное, использование нескольких перечисленных методов разделения дуплексных каналов.

Важнейшими для систем радиодоступа параметрами, определяющими скорость передачи информации при заданной полосе частот, являются методы модуляции сигналов. Именно развитие последних знаменует переход от поколения к поколению. Однако в классифика ции на рис. 1.7 ограничимся основными методами модуляции сигналов: частотная ( F ), фазовая ( G ), амплитудно-фазовая и ее разновидность — квадратурная модуляция, импульсная модуляция.

Характеристики полезных сигналов в сочетании с параметрами и характеристиками радиоканалов определяют пропускную способность, достоверность, дальность связи, эффективность использования полосы частот, помехоустойчивость, электромагнитную совместимость и др. Поэтому выбору сигналов уделяется первостепенное внимание.

Для защиты сигналов от ошибок в канале связи применяются методы помехоустойчивого кодирования и сигналы с расширенным спектром. В настоящее время рассматривается адаптивный подход, обеспечивающий максимальную пропускную способность канала свя зи за счет оптимального сочетания методов кодирования, модуляции, расширения спектра и обработки сигналов.

Модель физического уровня системы радиодоступа.

Модель физического уровня системы радиодоступа не отличается от традиционно используемой в теории электрической связи и включает передатчик и приемник в составе абонентской станции (АС), канал связи, передатчик и приемник в составе базовой станции (БС).

С выхода модулятора сигнал поступает в усилитель с формирующим выходным фильтром, или устройство формирования сигналов (УФС), обеспечивающим усиление до необходимого уровня мощности и окончательное формирование спектральных характеристик, соответствующих радиоинтерфейсу. Выходом передатчика АС является антенная система (А Щ! ), излучающая электромагнитное поле в согласии с заданной характеристикой направленности.

Радиоканалы связи разделяются по многим признакам: закону распределения помех, виду взаимодействия помех и сигнала, наличию и виду замираний, диапазону частот и особенностям распространения радиоволн.

При приеме наблюдению доступно электромагнитное поле с напряженностями E ( r , t ) и H ( r , t ) электрической и магнитной составляющих в конкретной области пространства г е [ R ] и интервале времени t е [О, Т\. Приемная антенная система (Л „рм) преобразует электромагнитные волны в электрические процессы на своем выходе в соответствии с характеристикой направленности. В результате на входе устройства обработки сигналов (УОС) действует смесь полезного сигнала, помех и шума X ( t ). После обработки этой смеси происходит первичное выделение полезного сигнала за счет предусмотренных для использования свойств селекции на радиочастоте: частотной, временной, амплитудной, поляризационной, пространственной, комбинированной. Устройство обработки способно в значительной мере компенсировать эффекты замираний различной природы и искажения, вызванные влиянием характеристик радиоканала.

С выхода устройства обработки выделенный сигнал поступает в демодулятор (ДМ), в котором происходит процесс, обратный модуляции. Так как на входе ДМ наблюдается сигнал u s ( s ) , искаженный помехами, шумом и характеристиками радиоканала, то идеального, т.е. безошибочного восстановления исходной информационной последовательности получить не удается. Поэтому для устранения возможных ошибок, присутствующих на выходе демодулятора, предусмотрен декодер канала (ДКК), обеспечивающий исправление ошибок за счет помехоустойчивого избыточного кодирования. Если статистике ошибок соответствует мощность примененного кода, то на выходе ДКК будет получена безошибочная информационная последовательность (либо последовательность с допустимой вероятностью ошибки на бит ( BER )).

В состав передатчика и приемника АС и БС входят устройства синхронизации, позволяющие оценивать временные и другие параметры сигналов и формировать все необходимые для правильного и надежного функционирования АС и БС тактовые и другие сигна лы. В состав устройств синхронизации могут входить приемники внешних синхросигна лов и устройства местоопределения, такие как GPS / GLONASS . Их использование позво ляет не только повысить помехоустойчивость приема сигналов за счет более точного формирования опорного сигнала в приемном устройстве, но и существенно увеличить эффек тивность использования частотного ресурса. В частности, привязка к единой шкале време ни с учетом местоположения АС и БС способна привести к полному устранению взаимных помех в системах радиодоступа с временным доступом к каналу с временным разносом дуплексных каналов.

Традиционными для телефонной связи являются стыки с телефонной сетью общего пользования (ТфОП), которые для аналоговых систем радиодоступа выполняются в виде аналоговых абонентских линий, а для цифровых систем радиодоступа используют интерфейсы по спецификациям El ( G .703), V .5.1, V .5.2, позволяющие применять, в том числе методы статистического уплотнения активных каналов. В свою очередь, традиционными для компьютерных сетей были сети с коммутацией пакетов и интерфейсом стандарта Ethernet . Де-факто они служили общим стандартом для СПД ОП.

Стремление разработчиков объединить телефонные, компьютерные сети, сети передачи данных, сети распределения телевизионных программ и т.д., потребовало применения новых типов интерфейсов, поддерживающих управление различными видами трафика. Как один из вариантов, обеспечивающих реализацию сетей с интегрированными услугами рассматриваются интерфейсы асинхронного режима передачи ( ATM ).

Одним из способов объединения различных видов трафика в одной универсальной среде передачи (УСП) является переход на сети с полностью IP протоколами обмена. Это означает построение интерфейсов с УСП на основе IP -протоколов.

Сети и системы радиодоступа по характеристикам и принципам построения опорной сети могут быть классифицированы в соответствии с рис. 1.10.

На примере аналоговых систем радиодоступа весь мир почувствовал перспективность применения радиотехнологий в домашних условиях. Это доказали первые бесшнуровые телефонные аппараты (БТА), позволяющие подключать несколько трубок к одной базе БТА. Всевозможные удлинители телефонных каналов освободили операторов от необходимости прокладки кабеля к абоненту. Фактически первые сети обеспечивали обслуживание на пи-косотовом и макросотовом уровнях. Как правило, в аналоговых сетях используется одна БС, что существенно удешевляет реализацию сети. Если аналоговые БТА на сегодняшний день повсеместно распространены, то аналоговые макросотовые сети применяются в основном для телефонизации населения в сельской местности.

БТА предназначены для обслуживания подвижных абонентов, находящихся в пределах производственного, офисного помещения или дома. В свою очередь макросотовые сети обеспечивают подключение фиксированных абонентских устройств. В частности, оказалось выгодным развертывание сетей таксофонов на основе аналоговых сетей радиодоступа, благодаря их возможностям по изменению местоположения в пределах зоны обслуживания. Такие проекты реализовывались на базе оборудования ACSHIONET фирмы Nokia с применением стандарта МРТ 1327.

Цифровые опорные сети могут быть построены с использованием всех видов коммута ции. Методы коммутации пакетов, начиная с систем третьего поколения, прочно вошли во все протоколы обмена пикосотовых, микросотовых и макросотовых сетей, служа общей средой обмена трафиком (информацией).

Сохраняются и активно существуют сети цифровой передачи с коммутацией каналов, использующие, например, протоколы IS -95.

Локальные компьютерные сети, сети всевозможных приемопередающих устройств в составе сенсоров, приводов, БТА цифровых стандартов ( DECT , СТ2 и др.) создают нашу среду обитания. Широко распространены сети радиодоступа городского масштаба ( MAN ). Построение их по сотовому принципу позволяет предположить, что скоро будут созданы региональные (город и область, несколько городов) и глобальные опорные сети радиодоступа с зоной действия, распространяющейся на всю страну.

Несмотря на то, что изначально сети радиодоступа ориентированы на обслуживание фиксированных в пространстве абонентов, жизнь и растущие потребности заставляют создавать условия, когда абонент не выключается из работы в сети, перемещаясь в зоне обслуживания.

Для завершения характеристики сетей радиодоступа приведем классификацию стыков (интерфейсов) абонентских устройств с оборудованием абонента (рис. 1).

Рис. 1. Классификация абонентских интерфейсов систем радиодоступа

Заключение

Исторически первым стыком, применяемым в системах радиодоступа, были телефонные аналоговые розетки (разъем RG 11), которые устанавливались в первых удлинителях ТЛФ каналов, БТА в виде радиорозеток и перешли в современные системы. Количество аналоговых телефонных розеток может достигать на одном абонентском устройстве до нескольких десятков.

Список литературы

Быстрое развитие технологий современных телекоммуникаций и возрастающая конкуренция в бизнесе требуют от каждого предприятия высокой скорости принятия решений. При значительной площади предприятия и высокой мобильности его сотрудников становится затруднительным быстрое установление связи с нужным сотрудником с применением обычных стационарных средств телефонной связи - учрежденческих АТС. Это обстоятельство предопределило быстрое распространение и применение систем мобильной радиотелефонной связи.

Содержание

Введение………………………………………………………………………..3
1. Общее понятие микросотовой связи……………………………………….4
2. Система стандарта DECT…………………………………………………. 4
2.1 Принципы работы…………………………………………………………..6
2.2 Техническое решение………………………………………………………7
2.3 Динамический выбор и динамическое выделение канала……………. 8
3. Преимущества………………………………………………………………..9
3.1 Опыт эксплуатации………………………………………………………..11
4. Общие свойства стандарта DECT…………………………………………12
5. Заключение………………………………………………………………….13
Список литературы…………………

Прикрепленные файлы: 1 файл

Микросотовая связь.doc

1. Общее понятие микросотовой связи……………………………………….4

2. Система стандарта DECT…………………………………………………. 4

2.3 Динамический выбор и динамическое выделение канала……………. 8

4. Общие свойства стандарта DECT… ………………………………………12

1. Общее понятие микросотовой связи

Микросотовая связь - это система связи, предназначенная для обслуживания мобильных абонентов, сконцентрированных на относительно небольшой территории (как правило, в пределах одного предприятия). Микросотовые системы стандарта DECT - это простое и эффективное решение для организаций и предприятий, сотрудники которой часто перемещаются по территории офиса. Микросотовые системы строятся по тому же принципу, что и обычные городские сотовые сети, но работают на ограниченной территории. Полное покрытие территории предприятия - основное преимущество микросотовых систем.Интеграция DECT - системы в учрежденческую АТС позволяет мобильным абонентам работать в единой с АТС системе нумерации, кроме того мобильным абонентам доступен весь сервис, предоставляемый АТС обычным проводным абонентам, например: вызов внутреннего или городского абонента, ответ на вызов, перевод вызова и другие.

Еще одно преимущество микросотовых DECT - систем по сравнению с использованием обычных радиотелефонов - высокая защищенность от несанкционированного доступа. Голос передается в цифровом виде с шифрованием, что делает невозможным "подслушивание" и подключение "двойников"

2. Система стандарта DECT

DECT (анг. Digital Enhanced Cordless Telecommunication) — технология беспроводной связи на частотах 1880—1900 МГц с модуляцией GMSK (BT = 0,5), используется в современных радиотелефонах. Стандарт DECT не только получил широчайшее распространение в Европе, но и является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире, благодаря простоте развёртывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. По оценкам 1999 года DECT принят более чем в 100 странах, а число абонентских устройств DECT в мире приближается к 50 миллионам. В Европе DECT полностью вытесняет беспроводные телефоны стандартов CT2, CT3; на других континентах DECT успешно конкурирует с американским стандартом PACS и японским PHS. Стандарт DECT в России для домашнего пользования не требует лицензирования (частотного разрешения в ФГУП).

Цифровой стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) первоначально разрабатывался для Европы и утверждался в 1992 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных.

Диапазон радиочастот, используемых для приёма/передачи — 1880—1900 МГц в Европе, 1920—1930 МГц в США.
Рабочий диапазон (20 МГц) разделён на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц.
Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом — 10 мВт.

DECT относится к системам пакетной радиосвязи с частотно-временным разделением каналов (информация передаётся по радиоканалу в виде пакетов, организованных в кадры) и основана на технологиях:

TDMA — Time division multiple access (множественный доступ с временным мультиплексированием)
FDMA — Frequency division multiple access (множественный доступ с частотным мультиплексированием)
TDD — Time division duplex (дуплексный канал с временным разделением)

Передача соединения мобильного абонента от одной базовой радиостанции к другой во время разговора абсолютно незаметна для абонента (режим handover). При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приёма.

Существует дополнительное расширение стандарта DECT — стандарт GAP (Generic Access Protocol), принятое летом 1996 года, означающее совместимость радиотелефона с оборудованием других производителей, имеющим тот же стандарт DECT/GAP. Например, с теми телефонами, которые поддерживают стандарт DECT/GAP, можно использовать трубки от любой другой модели, поддерживающей этот стандарт. Специфика этого стандарта в том, что при взаимодействии трубок разных производителей некоторые функции могут быть неактивными.

Основные достоинства DECT:

хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи, благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого — отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах;
хорошая интеграция с системами стационарной корпоративной телефонии.
меньшее по сравнению с мобильными телефонами облучение абонента — уровень сигнала радиотелефона в соответствии со стандартом составляет 10 мВт (из-за многократно меньшей мощности передатчика (как трубки, так и базы).

Основные недостатки DECT:

небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом);
недостаточная защищенность стандарта, позволяющая дистанционное прослушивание переговоров. Наличие возможности шифрования не спасает ситуацию, поскольку злоумышленник может его отключить, не взламывая сам шифр.

Таблица 1. технические характеристики DECT

Число каналов на одну частоту

24 (12 дуплексных каналов)

Выходная мощность (средняя)

2.1 Принципы работы

Принцип действия систем микросотовой связи основан на микросотовой технологии, где отдельные соты, образованные базовыми станциями, накладываются друг на друга. Благодаря такому накладыванию, установленное соединение переводится в зону действия другой базовой станции (Handover), а входящие или исходящие соединения устанавливаются системой автоматически (роуминг). Перемещение по предприятию обеспечивается переходом от одной соты к другой без разрыва соединения. Каждая сота управляется единственной базовой станцией и обеспечивает обслуживание заданной области, окруженной другими сотами. Один телефон может быть приписан к нескольким базам, а одна база обслуживать несколько телефонов. Общее число сот зависит от размера области покрытия, среднего размера соты, определяемого окружающей средой, и от требуемой пропускной способности в определенном месте. Микросотовая структура может строиться как на уровне одного офиса, так и на уровне здания

2.2 Техническое решение

2.3 Динамический выбор и динамическое выделение канала

DECT определяет постоянный динамический выбор канала и динамическое выделение канала. Все оборудование DECT обязано регулярно сканировать свое локальное радиоокружение - по крайней мере один раз каждые 30 секунд. Сканирование означает получение и измерение силы местного радиочастотного сигнала по всем свободным каналам. Сканирование осуществляется как фоновый процесс и представляет список свободных и занятых каналов (список RSSI: Received Signal Strength Indication - Индикация мощности полученного сигнала), один для каждой комбинации "временной слот/несущая", который будет использоваться в процессе выбора канала. Свободный временной слот не используется (временно) для передачи или приема. В списке RSSI низкие значения мощности сигнала означают свободные каналы без помех, а высокие значения означают занятые каналы или каналы с помехами. С помощью информации RSSI, DECT-АРБ или DECT-БРБ может выбрать оптимальный (с наименьшими помехами) канал для установления новой линии связи.

К основным преимуществам DECT-систем принято относить:Обеспечение цифровой высококачественной связи, защищенной от несанкционированного доступа и прослушивания (в отличие от обычных радиотелефонов), так как в стандарте заложены процедуры шифрования и аутентификации.

Возможность создания различных систем на основе DECT:

-системы фиксированного радиодоступа (WLL) и др.

-некоординируемых DECT-систем в общем частотном диапазоне без необходимости частотного планирования.

-домашние бесшнуровые многотрубочные системы, которые также подходят для малого офиса;

-микросотовые беспроводные корпоративные системы (офисные и учрежденческие АТС с радиодоступом);

-микросотовые системы общего пользования (СТМ);

-Возможность обслуживания одной трубки в разных сетях (частных и общего пользования)

-Совместимость оборудования разных производителей (при наличии GAP)

-Обеспечение перехода из сота в сот без разрыва соединения.

-Безопасные для здоровья частотный диапазон (1880—1900 МГц) и мощность излучения (10 мВт).

Для построения систем DECT выделен диапазон 1880-1900 МГц. При этом считается, что если система удовлетворяет ряду требований соответствующих нормативных документов, то ее можно развертывать без разработки проекта; кроме того, для ее эксплуатации не требуется разрешение на использование отдельных частот либо всего диапазона, указанного выше.
Иначе системы стандарта DECT называют микросотовыми ведомственными сетями связи. Они могут охватывать площади от одной комнаты до территории в 16 квадратных километров - со зданиями, подвалами и другими непрозрачными для радиоволн помещениями.
Если же говорить о более широких площадях, то технически покрыть их DECT-связью тоже возможно, но цена оборудования при этом будет сопоставима со стоимостью транкинговой системы (например, такой, как у ГИБДД). Дело в том, что у каждой системы своя ниша: транкинговые сети покрывают регионы, сотовые - города и области; микросотовые системы предназначены для небольших территорий. При внимательном изучении станет ясно, что все эти системы построены на одинаковых принципах, но с разными размерами сот.
Сейчас наша цель - рассмотреть нишу, занимаемую именно DECT-системами. Существует мнение, что микросотовая технология пришла на смену аналоговой связи, работающей в диапазоне 900 МГц. Это не совсем так. Правильнее было бы сказать, что некоторые разновидности услуг, поддерживаемых микросотовыми системами связи, могут заменить услуги аналоговых систем.
Изначально стандарт разрабатывался как новое решение для корпоративных заказчиков современных услуг беспроводной связи. То, что по этой же технологии можно создать еще и простенький домашний телефон, всего лишь совпадение, связанное с широкими возможностями оборудования. Основной же областью применения остается ведомственная связь как на внешней территории, так и внутри зданий предприятия.
Перечислим преимущества, которые получают пользователи таких систем:

Тема 3. Системы беспроводного доступа

3.2 Технологии радиодоступа

Существует несколько видов технологий радиодоступа, которые различаются по ряду характеристик.

Все абонентские устройства доступа подразделяются на индивидуальные, предназначенные для подключения отдельных абонентов, и коллективные системы, способные обсуживать от десятков до тысяч пользователей. Кроме того, по максимальной дальности связи базовой станции с абонентским блоком (окончанием) в обеих группах различают устройства малого (до 1 км), среднего (1-10 км) и большого (10-100 км) радиуса действия. В отдельную группу нужно выделить средства спутникового радиодоступа.

К группе индивидуальных средств радиодоступа можно отнести радиоудлинители телефонного канала, беспроводные телефоны со средним и малым радиусом действия.

Для радиоудлинителя телефонного канала выделены полосы частот 307,5-308 МГц и 343,5-344 МГц при ширине канала 25 кГц. Мощность передатчика канала может достигать 10 Вт. При этом обеспечивается дальность до 100 км. Массовое применение радиоудлинителей при большой телефонной плотности невозможно из-за больших взаимных помех.

Беспроводные телефоны со средним и малым радиусом действия используются в 40 каналах с шагом 25 кГц в полосах частот 814-905 МГц. Выбор свободного канала осуществляется автоматически. Мощность разрешенных устройств не превышает 10 мВт. Однако для массового применения эти телефоны непригодны из-за больших взаимных помех в ограниченном числе каналов.

Системы беспроводного доступа это совокупность средств и возможностей по коммутации услуг. В состав системы радиодоступа входят: центральный контроллер; коммутационная станция; стыки с сетью общего пользования; одна или несколько базовых станций радиодоступа; абонентские блоки; система управления сетью.

Системы радиодоступа используются на малых и средних расстояниях. В литературе они получили название Wireless Local Loop (WLL).Типовая архитектура системы WLL приведена на рисунке 3.3.

Такие системы позволяют обслуживать районы с высокой плотностью терминалов (сотни и тысячи).

Контроллер базовых станций предназначен для концентрации и возможно коммутации трафика WLL, обработки вызовов и обеспечения связи с коммутаторами сети общего пользования, например, ТфОП (АТС). Связь с сетью общего пользования обеспечивается через интерфейсы (nxE1, V5.x) или многочисленные аналоговые двухпроводные линии. Кроме того, контроллер поддерживает функции управления через интерфейсы Q2, Q3 и терминал технического обслуживания.

Базовые станции WLL осуществляют радиосвязь со стационарными или ограничено мобильными абонентами в пределах своих зон обслуживания, величина которых зависит от используемой в системе радиотехнологии, и обеспечивает передачу вызовов контроллеру. Базовая станция состоит из антенно-фидерного тракта, одно- или многоканальной приемопередающей аппаратуры, локальной подсистемы управления, коммутационных интерфейсов и системы питания.

Абонентские терминалы представляют собой портативные беспроводные трубки, обеспечивающие ограниченную подвижность связи; специальные настольные аппараты с трансивером и антенной и стационарные блоки на одну или более телефонных линий, к которым подключаются телефоны, факсы, модемы. В широкополосных радиосистемах доступа предоставляются услуги N-ISDN и B-ISDN. Стационарный абонентский терминал может размещаться внутри или снаружи зданий и иметь внешнюю или встроенную антенну, а также резервное питание от батареи.

Терминал обслуживания – это персональный компьютер с программными установками по мониторингу и управлению.

Необходимо обратить внимание на антенные устройства систем радиодоступа.

В рамках организации системы беспроводного многоточечного доступа важную роль играют такие факторы, как качество связи, устройство антенн, а также средства планирования и управления сетью. Для таких систем разработаны специальные конструкции антенн, которые не только обладают свойствами гибкости по отношению к системным требованиям, но удовлетворяют и эстетическим запросам. Основным решениям для базовой станции является конструкция антенны, разделенной на сектора обзора с малыми боковыми лепестками диаграммы направленности. Оконечная станция оборудуется антенной, обладающей таким же малым излучением на боковых лепестках и, вместе с тем, высоким усилением, что позволяет свести к минимуму влияние шумовых излучений. Этот принцип совмещается с использованием метода двойной поляризации.

Планарные антенны представляют собой простое и экономичное решение, совмещающее модульность структуры и эстетически приемлемый внешний вид. В антеннах, разработанных к настоящему времени, применяются ленточные микроволноводы, что позволяет легко удовлетворять разнообразные запросы потребителей, в частности, по высокому усилению и модульному выбору вариантов секторного обзора с различными углами раскрытия. Отдельные антенны сектора могут крепиться отдельно друг от друга (например, на стенах зданий). На рисунках 3.4, 3.5 показаны примеры типовых решений секторов ячеек обслуживания.

Рисунок 3.4 Пример разбиения на секторы с одинаковыми
углами раскрытия

Рисунок 3.5 Пример разбиения на секторы с разными углами раскрытия

В каждом из секторов в зависимости от его величины, полосы частот, кодирования возможно подключения различного числа абонентов. По указанным характеристикам и стоимости одного окончания могут сравниваться различные WLL между собой.

Обозначено на рисунке 3.6: RNU – Radio Network Unit – сетевой радиоблок; CRS – Central Radio Station – базовая радиостанция.

Пропускная способность системы радиодоступа зависит от выбора режима работы:
– постоянного распределения полосы пропускания FBA (Fixed Bandwidth Allocation), режим, который применяется в случае выделенных линий LL (Leased Line) или аналогичных протоколов;
– динамическое распределение полосы пропускания DBA (Dynamic Bandwidth Allocation), режим, приспособленный для предоставления коммутируемых услуг. В случае DBA каждая связь индивидуально адаптируется к текущему трафику на локальном терминале. Поэтому удается создавать существенно большее число каналов (беспроводная концентрация трафика). Алгоритмы управления DBA исключают блокировку вызова от абонента, пока в полосе частотного канала существуют свободные номиналы рабочей частоты. Каждая DBA процедура непосредственно связана со сменой пары несущих частот и под новые каналы отводятся свободные полосы частот в пределах общей рабочей полосы конкретного сектора CRS.

Таким образом, назначение частот при радиодоступе играет важнейшую роль. При этом для разделения радиочастотных сигналов могут быть использованы различные методы доступа:
- FDMA, Frequency Division Multiple Access – многостанционный доступ с частотным разделением;
- TDMA, Time Division Multiple Access – многостанционный доступ с временным разделением;
- CDMA, Code Division Multiple Access – многостанционный доступ с кодовым разделением.
Все эти методы применяются в системах радиодоступа и имеют свои достоинства (преимущества) и недостатки.

Ниже приведены ряд соотношений, которые указывают на сравнительные возможности методов разделения радиоканалов.

• Метод FDMA позволяет обеспечить высокие битовые скорости связи с абонентами. В принципе нет каких-либо ограничений на пропускную способность и битовую скорость связи.

• Метод FDMA позволяет оптимизировать каждое соединение индивидуально, независимо от других каналов радиосвязи.

• Метод FDMA обеспечивает наиболее гибкий способ оперативной оптимизации любой отдельной связи в отношении частотных характеристик, битовой скорости, модуляции, мощности сигнала и исправления ошибок.

• Во взаимодействии с технологией динамического распределения частотного диапазона DBA метод FDMA способен наиболее экономичным образом разрешить проблему связи с малой битовой скоростью (например, канал 1?64 кбит/с до каждого клиента).

• Цифровой метод FDMA проверен на практике и доказал свою эффективность в отношении быстрого развития и внедрения на рынке.

• TDMA базируется на технологии FDMA, но каждый частотный канал дополнительно делится на несколько временных интервалов (тайм - слотов). Каждому абоненту выделяется один тайм-слот. TDMA является основой GSM (Global System for Mobile).

• В применениях с радиосвязью в зоне прямой видимости LOS (Line of Sight), где необходимо учитывать интерференционные помехи по частотам, метод FDMA имеет преимущество по сравнению с методом ТDМА, так как каждому пользователю выделяется лишь малая часть полосы пропускания.

• Ошибки синхронизации менее критичны для метода FDMA по сравнению с технологией TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов).

• В методе CDMA всеми абонентами сети используется общая полоса частот. Разделение сигналов производится с помощью специальной кодовой комбинации, которая добавляется к информационному сигналу.

• Несмотря на то, что методу CDMA присущ эффект подавления входных сигналов малой амплитуды, что позволяет уменьшить мощность сигнала за счет снижения уровня помех, этот метод не выгоден в условиях, когда необходимы высокие битовые скорости передачи, так как для реализации данного эффекта нужно слишком широкие полосы пропускания.

• Метод CDMA постоянно совершенствуется и на этом пути имеет ряд этапов стандартизации:
- IS-95А – передача голоса и данных до 14,4 кбит/с;
- IS-95В - передача голоса и данных до 115 кбит/с;
- CDMA 2000 1х – увеличение емкости сети для речевых связей в 2 раза, а скорости передачи данных до 307 кбит/с;
- CDMA 2000 1хEV – скорость передачи данных до 2,4 Мбит/с в полосе 1,25 МГц.

• Метод FDMA/DBA/FBA может быть использован для передачи данных на скоростях от 2,048 Мбит/с до 155 Мбит/с в сетях B-ISDN на основе ATM.

Эффективное использование спектра частот радиодоступа связано не только с методом разделения каналов, но и обусловлено методом модуляции несущих радиочастот. В системах радиодоступа нашли применение следующие виды модуляции: GFSK, QPSK (Q = 4), DQPSK и т.д. [35, 51].

Для широкого использования систем радиодоступа в мире разрабатываются и применяются стандарты. Ниже кратко приводятся в качестве примера характеристики двух стандартов.

Стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) представляет собой технологию радиодоступа с малой мощностью излучения. Был разработан в середине 90-х годов в ETSI. Стандартом определены три основные сферы применения: цифровые телефоны для дома и офиса; микросотовые системы для учреждений; системы радиодоступа WLL. Стандартом предусмотрено 10 частотных каналов в диапазоне 1880-1900 МГц. Общее число дуплексных каналов – 120, модуляция GMSK, кодирование АДИКМ 32 Кбит/с, измеряемая средняя мощность 10 мВт, метод доступа FDMA/TDMA и дуплекс с разделением во времени. Радиочастотные каналы располагаются через 1728 кГц. На каждом канале может вестись до 12 телефонных разговоров одновременно, но в разные интервалы времени. Подробные сведения о DECT приведены в [35, 50].

Стандарт CT2/CAI определяет работу в диапазоне 864,1-868,1 МГц при многостанционном доступе FDMA с дуплексом и разносом каналов 100 кГц. Суммарные скорости передачи на несущую частоту 72 кбит/с. Число речевых каналов – 40.
Кроме того, ранее были уже приведены обозначения стандартов на базе CDMA. В таблице З.2 приведены некоторые характеристики систем радиодоступа.

Спутниковый радиодоступ представлен на примере системы Globalstar. Для глобального абонентского доступа выделены следующие каналы: 1610-1621,35 МГц (от абонента к спутнику); 2483.5 - 2500МГц (от спутника к абоненту). Кроме того, определены частотные позиции служебных каналов: 5091-5250 МГц (от наземной станции к спутнику); 6875-7055 МГц (от спутника к наземной станции сопряжения).

Система Globalstar структурно разделена на три основных сегмента (рисунок 3.7): космический; наземный и абонентский. Космический сегмент представляет собой группировку из 48 основных и 4 резервных спутников, размещенных на круговых орбитах в 8 плоскостях по 6 спутников на высоте 1414 км. Спутники имеют бортовые ретрансляторы без обработки сигналов, что обеспечивает их малые габариты, малый вес, высокую надежность, длительный срок жизни и более низкую стоимость по сравнению с другими спутниковыми системами. Наземный сегмент включает в себя центр управления космическим сегментом, центр управления ресурсами связи системы, сеть региональных и национальных станций сопряжения с сетями общего пользования, сеть передачи данных. Аппаратно-программный комплекс сопряжения каждой станции включает: 4 антенны; приемо-передающую аппаратуру многостанционного радиодоступа на принципе CDMA; коммутационное оборудование и средства управления. На территории Земли работает 50 таких станций сопряжения. В России размещено три наземных сегмента (Москва, Новосибирск, Хабаровск). Абонентский сегмент системы Globalstar представлен мобильными и стационарными терминалами. Мобильные терминалы имеют возможность работы в пределах сотовой сети, а за ее пределами работают в спутниковом режиме. Стационарные устройства доступа обеспечивают возможность подключения либо к стационарному телефонному аппарату, либо таксофону. Кроме того, возможна передача трафика данных, например, для банковских услуг, метеослужб, навигации.

Среди беспроводных сетей в последнее время все большее внимание уделяется локальным сетям (ЛВС), построенным на различных технологиях, но пригодных для передачи мультимедийного трафика. Эти технологии базируются на различных диапазонах электромагнитных волн (инфракрасного, радиочастотного дециметрового и сверхвысокочастотного сантиметрового и миллиметрового диапазонов).

Международным стандартом IEEE 802.11 определены правила построения беспроводных локальных сетей. К ним относят: архитектура протоколов доступа, в которой указаны варианты кодирования сигналов, передача и прием битов, информационных и служебных полей данных, регулирование доступа к среде передачи, организация защиты от ошибок и т.д. Основу протокола составляют положения документа IЕЕЕ 802 по организации сети Ethernet, в котором определены функции управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Подробные сведения по протоколам и процедурам можно найти в [78]. Кроме того, необходимо отметить, что беспроводные локальные сети предназначены для работы на расстояния от 15 м до 200-250 м в закрытых помещениях (рассеянное инфракрасное излучение) и на открытой атмосфере в радиочастотном диапазоне на скоростях передачи данных 1-20 Мбит/с в стационарных и мобильных условиях.

В связи с ростом интереса к многоточечным распределительным услугам связи (радиовещание, телевидение, электронные газеты и т.д.) возникла потребность в разработке стандарта в этой области телекоммуникаций. В 1999 году комитет IEЕЕ 802 создал рабочую группу 802.16 для разработки стандартов широкополосного беспроводного доступа.

Согласно стандарта IEЕЕ 802.16 определены следующие услуги широкополосного доступа: многоадресная передача цифрового аудио и видео, в том числе видеоконференции; цифровая телефония, как альтернатива проводной; передача ячеек АТМ; поддержка передачи дейтаграмм IP; соединение LAN через мосты и т.д. Стандартом предусматривается использование диапазонов радиочастот 2-11 ГГц и 10-66 ГГц. При этом рекомендовано использование для сотового телевидения высокой четкости частот вблизи 30 и 40 ГГц. Радиус действия многоточечных распределительных услуг может составить 2-4 км от базовой станции. Признаны достигаемыми скорости передачи данных до 155 Мбит/с. Услуги при этом могут быть предоставлены через высококачественные каналы, через передачу пакетов переменной длины, через ячейки и пакеты фиксированной длины. Подробную информацию о возможностях сетей стандарта IEЕЕ 802.16 можно найти в [78].

Краткий анализ систем радиодоступа и тенденций развития рынка можно найти в [81]. Необходимо также заметить, что в радиодоступе возможно использование аналоговых технологий первого поколения сотовой связи, например, AMPS (Advanced Mobile Phone System), которые обеспечивают в малонаселенных (сельских) районах большой радиус связи (более 20 км) и достаточное число каналов. Такая система может вполне конкурировать по стоимости с проводным доступом к услугам телефонии и низкоскоростной передачи данных [78].

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

к курсовой работе

студент гр. 9-29-1 Н.В. Рябцев

преподаватель Л.И. Максименкова

Содержание

Задание на курсовую работу . . . . . . . 3

Схема организации связи и принцип работы системы

1.1. Контроллер базовых станций . . . . . . 8

1.2. Базовые станции . . . . . . . . 9

1.3. Мультиплексор базовых станций. . . . . . 10

1.4. Регенератор цифровых потоков Е1 . . . . . 10

1.5. Репитер базовых станций . . . . . . 11

1.6. Терминальные абонентские радиоблоки . . . . 11

1.7. Абонентские устройства . . . . . . 12

1.8. Рабочее место оператора . . . . . . 12

1.9. Подключение системы к ТфОП . . . . . 12

2. Организация сети абонентского радиодоступа. . . . 15

2.1. Описание радиоинтерфейса . . . . . . 15

2.2. Расчет числа радиоканалов и базовых станций . . . 15

2.4. Размещение оборудования базовой станции и антенн . . 17

3. Прогноз зоны радиопокрытия сети . . . . . 18

3.1. Распространение радиосигнала в пространстве . . 18

3.2. Расчет размеров зоны обслуживания . . . . 19

3.3. Исследование рельефа местности методом

построения топографических профилей . . . . 20

4. Общие положения оценки ЭМС, расчет ЗОЗ и СЗЗ . . . 24

4.1. Общие положения . . . . . . . 24

4.2. Расчет границ санитарно-защитной зоны и зоны ограничения

Список сокращений и соответствий терминов . . . . 30

Задание на курсовую работу

Определить высоту подвеса антенн.

Дать рекомендации по применению высотных сооружений для размещения антенн.

Рассчитать количество базовых станций для данного числа абонентов.

Определить число радиоканалов для одной базовой станции.

Определить санитарную зону защиты (СЗЗ) и зону ограничения застройки (ЗОЗ).

Рассчитать зону покрытия радиосвязью.

Мощность объекта – 500 абонентов;

Применяемое оборудование – Гудвин-Бородино;

Зона покрытия радиосвязью - п. Лоза.

Сегодня аббревиатура DECT расшифровывается как Digital Enhanced Cordless Telecommunication, или, говоря по-русски - “Цифровая улучшенная беспроводная связь”. Свою “официальную” историю DECT ведет с середины 80-х годов, когда он был впервые представлен в качестве общеевропейского стандарта для бытовых беспроводных телефонов (тогда он назывался Digital European Cordless Telephone). В начале 90-х, а именно в 1991 г., Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) было завершено создание спецификации стандарта DECT. В 1992 г. была выпущена директива ЕС, обязывающая страны, входящие в сообщество, выделить диапазон частот 1880-1900 МГц для приложений DECT, и в том же году был принят Европейский стандарт на радиоинтерфейс DECT (ETS 300 175). С 1993 г. DECT является официальным обязательным стандартом в Европейском союзе). Использование DECT было одобрено и в странах, не являющихся участницами ЕС, после чего в аббревиатуре DECT произошли “перестановки” и слово Enhanced заняло место слова European.

Несмотря на то что DECT - европейская разработка, этому стандарту уготована более счастливая (и уж наверняка более долгая) судьба, чем его “сотовому” собрату - GSM (напомню, что в Америке не развит “европейский” GSM 900/1800, там широко применяется притесняемый в России CDMA и совсем не распространенный в Старом Свете GSM 1900). Американский вариант DECT несколько “шире” (больше частотный диапазон и возможна другая модуляция сигнала), чем европейский, поэтому американское оборудование применяется только на Американском континенте, а европейское функционально в любой части света.

Одной из наиболее важных характеристик стандарта является набор протоколов общего доступа (GAP), посредством которых осуществляется взаимодействие различных частей DECT-системы. Благодаря этому продукты стандарта DECT от разных производителей должны быть 100% совместимы друг с другом. Это увеличивает конкуренцию между производителями и дает пользователям более широкие возможности в выборе продуктов стандарта.

Межстрановое отличие, которое допускает стандарт, должно быть лишь в диапазоне частот, выделенных в каждой конкретной стране для связи этого стандарта.

В разных странах под DECT выделены различные частотные диапазоны, в частности, в Европе для DECT пока зарезервирован диапазон частот 1880-1920 МГц (чем шире диапазон частот, тем больше каналов связи можно организовать одновременно). В России, как и в большинстве других стран, был установлен “стандартный” диапазон частот 1880-1900 МГц (он обеспечивает лишь 10 несущих частот).

Но вернемся почти на десять лет назад. После завершения всех формальностей потребовалось около 2 лет, прежде чем коммерческие поставки устройств нового стандарта стали заметны на рынке. В 1994 г. объем поставок DECT-оборудования составил всего около полумиллиона устройств. Сегодня это десятки миллионов устройств в год. Оборудование в стандарте DECT выпускают более 40 компаний по всему миру. На российском рынке представлена в основном продукция концерна Siemens и российского производителя - компании Goodwin. Впрочем, можно найти телефоны и от Ericsson или Philips, других, менее “раскрученных” фирм.

Технологию DECT часто называют микросотовой системой связи. Как и многие сотовые системы связи, DECT содержит базовые станции (базы) и абонентские устройства, они же мобильные терминалы (в просторечии просто трубки). В зависимости от приложений, количество базовых станций меняется от одной (дома), до сотен, когда требуется обеспечить покрытие больших территорий. В отличие от традиционных сотовых систем, в стандарте DECT размер соты ограничен несколькими сотнями метров.

Мощность передатчика в терминале DECT и на базовой станции лимитирована на уровне 10 мВт.

Отсюда следуют несколько принципиальных особенностей и отличий DECT.

Предельная дальность связи на открытом пространстве составляет около 500 метров. Внутри здания это позволяет перемещаться с телефоном в радиусе около 30-50 метров от базы (все зависит от материала и толщины перегородок). По вертикали сигнал проходит несколько (1-2, реже больше) бетонных перекрытий.

Благодаря малой излучаемой мощности DECT является единственной системой связи, разрешенной в Евросоюзе для применения в учреждениях здравоохранения, где влияние электромагнитных помех на медицинское оборудование может привести к непредсказуемым последствиям.

Еще одно ограничение стандарта - система поддерживает только малоподвижных абонентов.

Такая микросотовая архитектура системы с эффективным механизмом повторного использования частот позволяет поддерживать огромный трафик на единицу площади. Теоретические расчеты показывают, что на территории в 1 кв. км могут одновременно разговаривать 100 000 человек, используя только полосу в 20 МГц рабочего спектра. При этом они не будут мешать друг другу! Таким образом, офисное применение этого стандарта чрезвычайно целесообразно.

Система "Гудвин Бородино" рассчитана на применение в городских и пригородных районах с высокой и средней плотностью абонентов, а также в сельских районах.

Отличительными свойствами системы являются:

обеспечение беспроводной связью от 50 до 500 абонентов;

подключение и обслуживание в одной системе как фиксированных абонентов, так и абонентов с локальной мобильностью (со скоростью пешехода в радиусе до 200 м от базовой станции или репитера);

возможность подключения удаленных абонентов по существующим кабелям с использованием технологии G.SHDSL на расстоянии до 20 км;

способность поддерживать большой трафик при высоком качестве связи, для чего в системе используются 12-ти канальные базовые станции, чувствительность которых увеличена до -90. -92 dBm при вероятности ошибок 0,001;

большая дальность действия беспроводного доступа, которая достигнута реализацией в базовых станциях минимальных временных задержек при переходе с канала на канал;

возможность развертывания нескольких систем в одной зоне за счет интеграции в базовые станции синхронизирующего интерфейса для увеличения количества одновременных разговорных каналов и синхронизации оборудования различных производителей;

обеспечение высокого качества связи в городских условиях за счет применения кроссполяризационных антенн с различными коэффициентами усиления (Ку= 7.5 . 16 dBi) и с диаграммами направленности от 60° до 120° в горизонтальной плоскости;

быстрая интеграция оборудования в существующие системы связи;

высокая надежность и стабильность работы системы за счет повышенной электромагнитной и климатической защиты базовых станций и защиты оборудования при нестабильном сетевом напряжении;

сетевое техническое обслуживание и мониторинг системы с рабочего места оператора по сети Ethernet или через модем;

низкая стоимость оборудования на одного абонента.

1. Схема организации связи и принципы работы системы "Гудвин Бородино"

Система "Гудвин Бородино" предназначена для подключения индивидуальных пользователей к телефонной сети общего пользования или сети передачи данных на участке абонентской линии через цифровой радиоканал.

Система "Гудвин Бородино" рассчитана на применение в городских и пригородных районах с высокой и средней плотностью абонентов, а также в сельских районах. Она позволяет обеспечить качественной беспроводной связью от 50 до 500 абонентов.

На рис. 1 представлена схема организации связи в системе "Гудвин Бородино" с одним контроллером базовых станций.

Читайте также: