Реферат: Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС)

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

Принципы организации СПРС:

-    полносвязная система;

-    «принцип звезды».

i              j                                             i                                              ТФОП

/>                                                                               ЦС

k             l                                               j

i – l       j – k                                                                                  k

                                                               i– ЦС – j    i – ЦС — k

     Полносвязнаясистема                                             Принципзвезды

          Поспособу использования каналов связи различают системы:

-    с жестко закрепленными за группой абонентов каналами;

-    с полнодоступным пучком каналов.

/>a                            d                           a                           g

b                           e                           b                           h

c                            f                            c                           i

                                                          d           …           j

g                            j                            e                           k

h                           k                           f                            l

i                            l

Жесткое закрепление              Пучок каналов – транкинговый принцип

          Приодинаковых условиях (Ротк=10%, tзан.канала=2,5мин/час) в первом случае обслуживается 60 – 70абонентов, во втором – 420 абонентов, однако, необходимо определять методдоступа.

          Транкинговыйпринцип положен в основу всех коммерческих систем радиосвязи.

         

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

          Транкинговаясистема представляет собой типичную «звезду».

/>          Сотовая системаимеет структуру:

                               

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

Транкинговыесистемы.

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

          Отечественнаятранкинговая система – «Алтай» – была введена в 1965 году. Ее модификациясуществует и сейчас («Алтай 3М»). Есть также более новые системы: «Волемот»,«Старт».

          Недостаткомсистем является низкая пропускная способность (число абонентов невелико) из-заневозможности повторного использования одних и тех же каналов (частотных) наобслуживаемой территории (50 км при дополнительном усилении).

Сотовыесистемы (ССПС).

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

          Достоинствомявляется много большая пропускная способность за счет возможности повторногоиспользования одних и тех же каналов (частот) в различных сотах (потенциальныйвыигрыш: при Рблок=5%, tзан.канала=1,5мин/час для обслуживания 10000 абонентов на территории Москвы втранкинговой системе необходимо иметь 250 каналов (Dfк=25кГц, F=2х 6,25 МГц), а в сотовой системе при 25 ячейках необходимо иметь всего 10каналов). В реальности, чтобы избежать перекрестных помех между сотами ихобъединяют в кластеры – группы ячеек в зоне обслуживания с различными наборамиканалов (частот). Широко используется кластер в виде «ромашки»:

/>

          ВеличинаD определяется исходя из перекрестных помех междусотами с одинаковым набором частот. При этом оперируют не абсолютным значением D, а соотношением D/Rc, гдеRc – радиус соты. Из соотношения находятнеобходимую мощность передатчика.

          Вышеизложенноедостоинство явилось причиной того, что для коммерческой подвижной связииспользуется именно сотовый принцип. Транкинговые системы существуют иразвиваются, но, главным образом, применяются для так называемой корпоративнойсвязи.

          Важнымдостоинством ССПС является возможность постепенного развертывания этих системна обслуживаемой территории во времени и в пространстве, что позволяет использоватьдоходы, полученные при начале эксплуатации системы для ее развития. Основойэтого служит принцип расщепления ячеек:

/>

          Припространственном подходе учитывается территориальная загрузка сети(максимальная — в деловом центре, минимальная — в «спальных» районах ипригородах). В зависимости от этого меняется коэффициент расщепления ячеек и Rc.

          Ещеодним достоинством ССПС является роуминг – автоматический поиск и обслуживаниеабонентских станций (АС), пришедших с других территорий (других ЦКПС).

Стандартысотовой связи.

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

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

К 1-му поколению относятсяаналоговые стандарты, где основная услуга – передача речи, причем в аналоговойформе при ЧМ и частотном разделении каналов. Стандарты 1-го поколенияразрабатывались независимо в разных странах и предназначались для использованиякаждой 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 могутпередаваться данные с невысокой скоростью (до 9600 бит/сек),используют временное разделение каналов, ФМ и ее варианты, предусмотрен режимроуминга. Стандарты: GSM-900 (Паневропейский) (GSM-1800) с разделением каналов TDMA-FDMA; D-AMPS(Америка) (DCS-180, IS-54, IS-136) с разделениемканалов 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-задороговизны и отсутствия частотного диапазона разрешено бы-ло использовать NMT-450. В качестве регионального был разрешен AMPS.

3-е поколение (ближайшеебудущее) будет являться цифровыми стандартами персональной подвижнойрадиосвязи, что подразумевает все-объемлющий охват «где угодно, что угодно,когда угодно». Должны обеспе-чивать возможность высокоскоростной передачиданных (Multimedia) – 144 кбит/секдля объектов с высокой подвижностью, 2 Мбит/сек дляобъектов с низкой подвижностью. Стандарты: UMTS (сочетаетсяс 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 будетсовокупность различных стандартов, определяющих рекомендуемые направленияразвития уже существующих наиболее передовых стандартов.

Решать задачу создания ССПС3-го поколения целесообразно, использую принцип конвергенции стандартов(взаимопроникновения) – совместимости по цепям управления.

/>Структура стандарта 3-гопоколения:

                                          пС        

                   мкаС           мкС

/>                   — радиосвязи;

/>                   — могут быть как радиосвязями, так и использовать наземную структуру;

/>                   — используется наземная структура.

ИСЗ – искусственный спутникЗемли;

/>                   — абонентская станция;

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<5…6 км, связь с движущимся абонентом, эстафетнаяпередача;

ГС              — гиперсота, D=1,5…2,0 тыс. км, связь с удаленным абонентом, подвижным илинеподвижным.

Для такой системы необходимаполоса частот не менее 230 МГц, поэтому для системы 3-го поколения на всемирнойоснове были выделены следующие полосы частот: 1885 – 2025 МГц, 2110 – 2200 МГц,включая полосы 1980 – 2010 МГц и 2170 – 2200 Мгц для спутниковой составляющейсистемы.

Пейджинговыесистемы.

Пейджинговые системы – системыиндивидуального радиовызова.

Первый вариант – системы,работавшие на одной частоте, использовали код POCSAG соскоростью 1200 бит/сек, передавали 126000 тональныхвызовов в час. Принцип построения – сотовый, с синхронным разделением.

На данный момент – стандарт ERMES, 16 частотных каналов по 25кГц.

Перспектива – двухсторонняясвязь (обратно – с низкой скоростью, короткие сообщения).

Абонентскийрадиодоступ WLL (RLL).

Возможность доступа ксуществующим сетям на другой основе, т.е. на АТС ТФОП ставится базовая станция.Используется сотовый принцип, кодовое разделение.

Подходк проектированию ССПС.

ССПС – информационная сеть,содержащая как радиоканалы, так и проводные каналы, а также звено управления ввиде ЦКПС.

Любая сеть считается нормальнофункционирующей, если возможен обмен информацией между любой парой абонентовэтой сети.

Сети различают по ихконфигурации:

1.   Полносвязнаясеть

/>

К=1/2У(У-1),где

К – количество связей,

У – количество узлов.

          При этом в полносвязной сети У-2 ребра являютсяизбыточными, поэтому по такой схеме ССПС не строится.

2.   Древовиднаясеть

/>

          Любая пара узлов связана не более чем однимребром, используется в ССПС.

          Специфика работы сети ССПС определяетсяособенностями радиоканала (равнодоступность, внутрисистемная помеха, внешниепомехи).

          При характеристике сети в целом вводят понятиематрицы ее показателей качества.

          С=½½Сij½½- матрица пропускных способностей;

          Р0=½½Р0ij½½- матрица ошибок.

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

          Сеть характеризуется принципом организации сквозноготракта между ее узлами:

1.   Собственнотракт, выделяемый для передачи между узлами сетей на все время активности этихузлов (метод коммутации каналов) – системы 1-го и 2-го поколения.

2.   Поэтапнаяпередача сообщений с запоминанием на промежуточных узлах.

1.                          i                  j                  k                 l

/>


2.                          i                  j                  k                 l

/>


                                                                   m

          2.а Метод передачисообщение целиком (метод коммутации сообщений).

          2.б Метод передачи сообщений по частям (методкоммутации потоков) – наиболее перспективный с точки зрения пропускной способности,однако требует более сложного управления сетью.

          Пакетная передача позволяет повысить пропускнуюспособность системы за счет использования канала сразунесколькими абонентами(передача сообщений в паузах речи), а также уменьшение среднего времени дополучателя при высокой активности абонентов.

Разделение сетей наиерархические уровни.

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

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

          Уровни:

-    физический;

-    канальный;

-    сетевой;

-    транспортный;

-    сеансовый;

-    представительный;

-    прикладной.

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

Физическийуровень.

Задача – обеспечение возможностейпередачи сообщения по каналу связи с заданным качеством.

Наиболее важное звено –радиоканал.

Этапы:

1.   Разбиениетерритории на соты.

Здесь важно правильно выбратьзначение R0и D сучетом требований высокой пропускной способности и ограничений побыстродействию системы управления сетью и по энергетическим возможностямаппаратуры, предназначеной для передачи по радиоканалу.

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

Пример: ССПС с частотным разделениемканалов (FDMA).

Каждая сота должна обслуживать lmax абонентов. Для этого требуется Fсоты=lmaxFa.Для всей системы – F=k lmaxFa,где k – коэффициент повторного использования частот k»1/3(D/R0)2; общее число абонентов N=lmaxL, где L – число сот на территорииобслуживания, L»1,21(R/R0)2; частотнаяэффективность сотовой системы g=N/F»3,6(R/R0)2/(Fa(D/R0)2.

Таким образом g увеличивается в случаях:

а) (D/R0)уменьшается – уменьшение размера кластера, т.е. увеличение перекрестных помех;снижение Рс/Рш – достигаетсяпомехоустойчивым кодированием.

б) Faуменьшается – использование 4ФМ, использование ММС – модуляции с минимальнымсдвигом – концентрация энергии в узком участке спектра + Гауссовскоесглаживание.

/>

          в) R/R0повышается– снижение размеров соты (сейчас R0 opt » 1,6 км) – поканет.

          В реальности приходится учитывать рельефместности и характер застройки территории, т.к. эти факторы являются причинамизон затемнения или участков с глубокими интерференционными замираниями. Поэтомупри энергетическом расчете системы сначала рассчитывают радиус сот для некоторогоусредненного рельефа по формулам, соответствующим распространению УКВ радиоволннад шероховатой поверхностью, которые позволяют получить среднестатическийрезультат. Затем для участков с усложненным рельефом производят специальныйусложненный расчет (детерминированный расчет). После этого с помощью подвижнойизмерительной аппаратуры для зон со сложным рельефом определяют реальныеграницы сот и указывают точки, где должны стоять дополнительные станции.

2.   Выбордиапазона рабочих частот

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

® вид кодирования.

Характеристикирадиоканала.

/>/>

/>                   — прямой луч.

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

-    от близлежащих объектов;

-    от больших удаленных объектов.

/>Считается, что интенсивностьлучей меняется по exp законуи импульсная характеристика канала имеет вид:

0                                tmin           tр max                                                                                     t

 

          tр max ограничивает скорость передачи дискретных сообщений порадиоканалу.

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

          Величины задержек лучей друг относительно другахарактеризует следующая таблица:

Город Пригород Здание

tр max, мкс

5…12 1…7 0,1…0,3

tр ср, мкс

1,5 0,5 <0,1 В, МГц 0,083 0,4 >1,25

          В – интервал корреляциизамираний по частоте

/>

          При использованиипростых (УСП – узкополосных) сигналов FT»1;эффективным средством борьбы с многолучевостью является перемежениепередаваемых символов (наряду с корректирующим кодированием). Однако, из-заотносительно большого интервала корреляции замираний по времени и низкойскорости замираний интервал перемежания оказывается очень большим.

         1        2       3                            — посылки

/>


t

         1        i         j                                           2                                     3

                             Dt > tзамир                            i                                 j              t

                   fI                                                                                             fII                                           fIII

          Rз=j(V,Q) — скоростьзамираний.

          В ситуации, когда Dtвелико, наряду с перемежением используют прыганье по частоте

/>

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

          В зависимости от того, где проходит трассараспространения сигнала, замирания в канале характеризуются законами Релея илиРайса. Райсовский закон характерен для связи внутри здания, релеевский – длягорода. 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 одинаковыхотраженных лучей.

3.   Кодирование.

Выбор методов кодированияопределяется характером группирования ошибок в канале. При независимых ошибкахдостаточно использовать мощный корректирующий код (блочный код или чащесверточный код). При коррелированных ошибках необходимо применять коды,корректирующие пакеты ошибок, однако эти коды имеют большую избыточность,поэтому применяют сочетание блочных и сверточных кодов, используя сверточныйкод для исправления одиночных ошибок, а блочный – для обнаружениянеисправленных ошибок.

/>

Для согласования кода с каналомиспользуют операцию повторения наиболее важных символов кода, т.е. этот символпередается подряд несколько раз и решение о его знаке принимается на основесравнения. Кроме того, для согласования кода с каналом используют методымногофазной манипуляции (4ОФМ).

4.   Выборметода доступа к каналу (МДЧР, МДВР, МДКР – соответственно FDMA,TDMA, CDMA).

Критерием выбора является, содной стороны, сложность управления доступом и сложность аппаратуры, с другойстороны, 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 наибольшаяпропускная способность, не требуется планирование частотно-временного ресурса.

Канальныйуровень.

Задача – довести информацию отзаданного количества пользователей с заданным качеством.

1.   Управлениераспределения ресурса.

1.а Самоуправляемый доступ кканалу.

1.б Предоставление каналов потребованию.

1.а Самоуправляемый доступхорош тем, что не требует выделения специального служебного канала управлениядоступом. Применяется в МДЧР и имеет следующий принцип:

Базовая станция на частотесвободного канала передает маркер. АС, выходя на связь, просматривает всечастотные каналы и фиксирует сигнал маркера, затем на дуплексной частоте этогоканала АС передает сигнал занятия канала. БС, приняв этот сигнал, снимаетмаркер и передает на АС сигнал разрешения занятия канала. Затем идет служебнаяинформация по соединению с корреспондентом.

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

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

АС передает по каналусигнализации запрос в виде пакета, содержащего служебную информацию. Пакетпосылается в режиме случайного доступа к каналу.

БС передает по каналусигнализации последовательность кадров с необходимыми сообщениями (ответ навызов с номером РК), либо сама вызывает АС.

/>/>/>/>Тз

/>/>Тп

/> /> /> /> /> <td/> /> /> /> <td/> /> /> /> <td/> /> /> /> <td/> /> /> /> />

                             18%      Ра

Случайный доступ к каналу имеетотрицательную сторону. При большой активности абонентов, когда вероятностьстолкновения пакетов Ра превышает 18%, время задержки передачипакета по отношению к длине пакета начинает недопустимо расти.

Требования по достоверностипередачи для канала сигнализации более высокие, чем для рабочего канала.Поэтому здесь применяют помехоустойчивые виды модуляции (при более низкойскорости передачи), кодирование с исправлением ошибок и многократную передачусообщений в пакете.

2.   Управлениемощностью передатчиков БС и АС.

Позволяет уменьшить среднийуровень перекрестных помех в системе и уменьшить размерность кластера ивеличину защитных частотных интервалов.

Управление мощностью передатчиковАС обеспечивает выравнивание сигналов от ближних и дальних АС на входеприемника БС.

Управление мощностьюпередатчика БС позволяет за счет снижения среднего уровня помех в дальней зонеуменьшить размерность кластера.

Основная сложность прирегулировке мощности связана с тем, что прямой и обратный каналы ССПС разнесеныпо частоте на 15…45 МГц, поэтому замирания сигналов в этих каналах некоррелированы.

В результате для точнойрегулировки мощности приходится использовать два уровня управления мощностью – низшийи более высокий.

Низший уровень базируется наАРУ приемника:

/>

На более высоком уровне дляполучения более точного результата БС передает пилот-сигнал, ретранслируемыйАС. Оценка уровня пилот-сигнала, принятого на БС после ретрансляции, позволяетуточнить значение мощности передатчика как БС, так и АС. Пилот-сигналформируется либо в виде синусоидального колебания, передаваемого вне полосыосновного сообщения, либо в виде тестовой кодовой комбинации.

/>S(t)

                                 f                          инф. пакет       тест.комбин.   t

     Аналоговые системы                                  Цифровые системы

Еще более точный результатможно получить, если осуществить промежуточный прием и оценку тестовойкомбинации на АС. При этом сама АС также будет формировать собственную тестовуюкомбинация для БС.

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

Сетевойуровень.

Задача – управлениевзаимодействием элементов ССПС.

1.   Взаимодействиемежду АС и сетью в целом.

/>

                                                      …

                                                    Аб

          БС

                          …                                                    …

        АС     …            …                                      …          …

               1       j      1        m                             1      n     1      s

          Управление в сети может быть:

-    централизованным;

-    децентрализованным.

При централизованном(квазицентрализованном) управлении все операции по взаимодействию с АСвыполняет ЦКПС.

При децентрализованномуправлении часть функций возлагается на БС и ЦКПС используется только длявзаимодействия с другим ЦКПС или с коммутационными станциями ТФОП.

В настоящее время в ССПСиспользуется в основном централизованное управление. Децентрализованный вариантболее характерен для WLL (RLL) систем– систем беспроводного абонентского доступа.

На вышеприведенном рисункеизображен централизованный вариант. Важнейшей функцией ЦКПС являетсяидентификация АС и ее обнаружение в режиме роуминга. Кроме того ЦКПС выполняетвсе операции, необходимые для взаиморасчетов между оператором и пользователем.

Данная схема обеспечиваетидентификацию АС следующим образом: АС передает свой номер на ЦКПС. ЦКПСпроверяет этот номер в ОРМ (опорном регистре местоположения). Если номера нет,ЦКПС1 запрашивает ЦКПС2 о наличии этого номера в его ОРМ. Получив положительныйответ ЦКПС1 заносит номер в свой ВРМ (визитный регистр местоположения).Дальнейшее обслуживание ЦКПС1 будет выполнять самостоятельно, не обращаясь кЦКПС2. При вызове АС абонентом ТФОП запрос поступает на ЦКПС2, а затемпереадресовывается на ЦКПС1, который далее взаимодействует с АС – роуминг. Всевзаиморасчеты с АС выполняет ЦКПС2 по данным, получаемым от ЦКПС1. Если АСуходит с территории обслуживания ЦКПС1, то ее номер убирается из ВРМ.

При децентрализованомуправлении в WLL (RLL) каждая БС имеет свою базу данных(БД), содержащую информацию об абонентах, обслуживаемых на данной территории.ЦКПС здесь выполняет только операции, управляющие соединением с центромкоммутации ТФОП или с БС других ЦКПС.

2.   Управлениев сети в процессе установления связи.

А. Установление связи поинициативе ЦКПС.

Основная сложность связана стем, что неизвестно, в какой именно из сот находится АС.

/>                    ЦКПС        БС1         БС2           БС3          АС

Вызов от                                                                                       

аб. ТФОП                                                                                      Выбор наиб.

                                                                                                          сигнала

                                        Вызов                                   квитанция

          КС                                      № РК                      

          РК                       

                                                                                                          Трубка

                                                     Проверка                                     снята

                                                      Разговор

                                                                                                          Переход

                                                      Отбой                                          на КС

          КС – канал сигнализации, РК – рабочий канал.

          Число различных КС в системе определяетсяразмером кластера. Приемник АС проходит по КС и выбирает КС с наибольшимуровнем сигнала, затем на дупрексной частоте выбранного КС (т.е. черезвыбранную БС) передается квитанция. ЦКПС определяет отношение сигнал-шум в этомКС (в этом случае уже начинает работать система управления мощностьюпередатчиков). Если отношение сигнал-шум при связи с выбранной БС хорошее, тоЦКПС передает на АС номер РК, а БС и АС переходят на этот РК. После проверкисвязи включается разговор, затем отбой, после которого приемник АС переходит вдежурный режим, т.е. в режим просмотра КС.

          Данный алгоритм не оптимален с точки зрениямомента включения управления мощностью. Лучше производить управление мощностьюв РК в процессе проверки связи. Тоже самое касается и проверки отношениясигнал-шум. Эти изменения позволяют уменьшить время занятости КС и,следовательно, уменьшить вероятность столкновения пакетов в КС.

          Б. Установление связи по инициативе АС.

          АС в дежурном режиме просматривает КС всех БС ипри необходимости выхода на связь выбирает канал с наибольшим уровнем сигнала.По этому КС и передается запрос от АС.

/>                   ЦКПС                            БСi                                 АС

                                                                   ЗапросРК

                                                                       № РК

                               Проверка РК

Соединение                                                Данныепо связи

с Аб. ТФОП

                               Разговор

/>                              Отбой                                                                Переход

                                                                                                           на КС

3.   Эстафетнаяпередача обслуживания АС.

При ухудшении отношениясигнал-шум ЦКПС посылает по КС БС тестовые сигналы и выбирает БС с наилучшимотношением сигнал-шум, затем передает номер нового РК на АС и АС переходит наэтот канал. Сигнал также переадресуется со старой БС на новую, которая предаетего на РК, указанный ЦКПС.

Недостатком такой схемыявляется явление «пинг-понга» – из-за интерференционных замираний и затененияотношение сигнал-шум для соседних БС на границах сот может сильно варьироватьсяв ту или иную сторону и происходит многократное взаимное переключение БС. Методборьбы с этим для CDMA будет рассмотрен далее.

Путиусовершенствования ССПС.

Сушествует три пути усовершенствования:

1.         Повышение пропускной способности ССПС без увеличения используемогоресурса.

2.   Повышениенадежности поддержания связи с АС.

3.   Повышениескорости передачи.

1.  Повышение пропускной способности ССПС.

а) СнижениеD/R0.

Достигается за счет снижениядопустимого отношения сигнал-шум (применение цифровых методов передачи,помехоустойчивое кодирование и модуляция).

Другой способ применениесекторного обслуживания сот:

/>

                                       1200

                                                                   600

1200

                                           1200

          Был придуман стокгольмский план расположениясот:

/>

                                                    D            E

                                                           A  B

                                         C           F            C         F

                                                           E   D

                                                  B                   A

          В данном случае величина D/R0получается минимально возможной (через одну ячейку), а также, за счет примененияантенн с разной шириной ДН, перераспределяется пропускная способность междузонами с большей и меньшей активностью абонентов. Такой план позволяетобслуживать город с разделением на центральную деловую зону и периферийную зонуспальных районов.

          Достигается при использовании CDMA,т.к. размерность кластера – единица, и вся полоса частот, отводимая на системуиспользуется в каждой соте.

          б) Увеличение числа одновременно работающихабонентских станций путем динамического распределения частотно-временногоресурса: пакетный режим передачи (коммутация пакетов) и предоставление РК впаузах речи другим абонентам (длительность пауз – до 45% от общего временизанятия канала).

          в) Применение методов доступа к каналуэластичных к изменению нагрузки в канале. Обеспечивается при использовании CDMA.

          Для узкополосных систем: />.

          Для ШПС (CDMA): />.

          Если число работающих АС велико, то сумма Pci<sub/>малоизменится при добавлении еще нескольких АС и, соответственно, мало уменьшится h2. Таким образом, мы меняем ухудшение качествасвязи на увеличение пропускной способности. Другой путь состоит в обменескорости передачи на количество абонентов.

          R=1/T Þ Rmax Þ (TF)min Þ Mабонентов при F=const.

                         Rmin Þ  (TF)max ÞM+Kабонентов, где К=const.

          Скорость  символов  на  выходе  вокодера меняется  в  пределах  8…1бит/сек.

2.  Повышение надежности.

а) Повышение устойчивостиработы в канале с замираниями.

Для этого необходимо:

-    осуществлять помехоустойчивое кодирование;

-     перемежение символов;

-            в CDMA — применять сигнал, обеспечивающийразделение лучей при приеме, и методы обработки этого сигнала, позволяющиеиспользовать сигналы лучей для улучшения качества связи.

При обработке возможно дваподхода:

-           автовыбор наиболее мощного сигнала луча и прием информации только поэтому лучу;

-           раздельная обработка нескольких лучей с последующим сложениемрезультатов обработки. Этот метод обеспечивает выигрыш в несколько дБ. Обычнообрабатывают не более 3 – 4 лучей, что позволяет обеспечить выигрыш посравнению с узкополосными системами порядка 10дБ и выше.

Для узкополосных систем TDMA-FDMA очень опасной является межсимвольная интерференция:непрерывный поток символов сообщения преобразуется в пакеты, занимающие одноокно в кадре. При этом скорость следования символов в пакете будет в Ткадра/Тпакета выше и длительность Тсимвола  впакете меньше или равна времени запаздывания между соседними лучами. Для борьбыс замираниями в этом случае используют перемежение символов и скачки почастоте. Кроме того применяют «эквалайзеры» – адаптивные фильтры, позволяющиеподавить сигналы всех лучей кроме самого мощного:

/>1-ый

луч

                                                                    t

2-ой

луч

        tз                                                         t

/>

Одно звено эквалайзера

Для настройки эквалайзера всоставе каждого пакета передается обучающая последовательность, известная наприемном конце, и настройка производится по критерию минимальной ошибки приемаэтой последовательности.

Кроме перечисленных методовшироко используется прием на пространственно разнесенные антенны на БС.

б) Уменьшение вероятности срывасвязи при эстафетной передаче.

Сбой связи при эстафетнойпередаче может возникнуть из-за неправильного выбора момента переходаобслуживания на другую БС.

Повышение надежности эстафетнойпередачи может быть достигнуто за счет дублирования передачи информации к АСчерез 2 БС (через предыдущую и следующую). При этом решение об окончанииэстафетной передачи принимает сама АС, сравнивая сигналы, поступающие от двухБС.

/>

Порог

на ЦКПС

          начало         дублирование информации          конец   t

          эст. прд.                                                               эст.прд.

             — БС1,                — БС2.

В данном случае система небоится режима «пинг-понга», а вероятность потери связи при эстафетной передачебудет меньше, поскольку сигналы, несущие информацию, складываются между собой.

3.  Увеличение скорости передачи.

Более высокая скоростьпередачи информации является обязательным требованием к ССПС 3-го поколения.

а) Параллельная передачасообщений по нескольким РК.

б) Переход к многопозиционнойпередаче.

в) Сочетание а) и б).

Для систем TDMA-FDMAэти способы имеют реализацию:

-    используется несколько временных окон в кадре для использования однимабонентом – при этом снижается пропускная способность системы в целом;

-    увеличение числа градаций фазы (2ФМ ®4ФМ® 8…16ФМ) – уменьшаетсяпомехоустойчивость.

Для CDMA:

-    вариант а) в чистом виде;

-    увеличение общего числа сигналов – не влияет на пропускную способность ипомехоустойчивость;

-    сочетание позволяет увеличить скорость в m x kраз (m – число каналов, k –число сигналов).

Если в системе CDMA одновременно действуют два требования – повышениескорости и сохранение пропускной способности, то может использоваться вариантпараллельной передачи а) на одно радионаправление. При этом в точке приемаобрабатываются все тсигналю, передаваемые по каналу («свои» и «чужие»). Чужиесигналы затем полностью восстанавливаются и вычитаются из принятой смесисигналов. Т.о., окончательно будут приниматься только «свои» сигналы –многопользовательское детектирование.

/>

            Чужие                                                            Свои

СтандартыССПС.

NMT – 450.

Общаяхарактеристика.

1-ое поколение; аналоговый;передача речи 300 – 3000 Гц; ЧМ; девиация ±5кГц; полоса 25 кГц; шаг сетки 25 кГц; полоса системы 4,5 МГц; 180 дуплексныхчастотных каналов; FDMA; управление доступом со стороныАС – самоуправляемый доступ.

Сетевойуровень

Централизованное управлениесетью; система управления обеспечивает идентификацию АС, роуминг, эстафетнуюпередачу, установление связи между ТФОП или АС с другой АС; для сопряжения ЦКПСс АТС любого вида используется транзитная станция. ЦКПС – электроннаякоммутационная станция, работающая по записанной программе. Пример – DX-200: число субзон обслуживания 1…8; число БС в субзонах4…64. Управляющие линии связи ЦКПС – БС  ИКМ30 (цифровые, 30 кБит/сек, 72 линии). Максимальное число телефонных каналов связи,подключенных к ЦКПС DX-200 – 2160. Емкость ЦКПС – 5…100тыс. абонентов.

Канальныйуровень.

Характеристики всех радиоканаловодинаковы. При выходе на связь по инициативе АС, она сама находит свободный РК,отмеченный маркером БС. Если инициатива от ЦКПС, используется служебный канал,по которому передается вызов. Этот вызов принимает АС и на дуплексной частотепередает квитанцию. После этого ЦКПС сообщает номер РК на который переходят АСи БС. Сообщения по служебночу каналу передаются в цифровой форме со скоростью1200 бит/сек с помехоустойчивым кодированием. Чтобыхарактеристики СК и РК были одинаковы, сообщение в служебном канале передаютсяметодом FFSK:

/>                                                 ®                                            ®      ЧМ

                                                        1200  1800    1200  Гц

Для контроля качества связи используются  тестовый сигналв виде гармонического колебания 4000Гц.

Физический уровень.

          Диапазон частот БС – АС 463-467,5 МГц, АС – БС453-457,5 МГц. Для борьбы с замираниями – ничего (благодаря диапазону ониневелики). Для устойчивости приема на БС используется пространственноеразнесение. Отношение сигнал-шум должно быть 15 дБ и более, поэтому размеркластера n=9 (обычно), радиус соты – до 30 км с УМ испециальной антенной (4 –5 км для АС). Для повышения пропускной способностисистемы используются секторные антенны с ДН 1200, 900, 600,при этом часто используется зонтичная схема обслуживания. Также применяетсярегулировка мощности передатчиков АС по командам от ЦКПС, передаваемым в паузахречи.

AMPS.

Общаяхарактеристика.

          1-ое поколение; аналоговый; FDMA;диапазон БС – АС  870-890 МГц; АС –БС  825-845 МГц; ЧМ; девиация ±12 кГц; полоса 30 кГц; шаг сетки 30кГц; 666частотных каналов.

          Принципы, заложенные в систему очень близки к NMT – 450.

Основные отличия.

          Управление доступом: по требованию (выделяетсяспециальный служебный канал, который используется как при вызове от ЦКПС, так ипри запросе от АС). Для снижения вероятности блокировки СК при запросах от АСприменяется передача БС сигналов «свободно-занято». корость передачи по СК –8000 бит/сек. «Свободно-занято» повторяется 5 раз(принцип 3 из 5). Для контроля качества связи используется одно из трех sin-колебаний с f=5970, 6000, 6030 Гц(SAT), причем номер сигнала БС сообщается АС в видекоманды. Для сообщения о готовности к связи со стороны АС, она после полученияномера РК и настройки на него передает сигнал ST с f=8 кГц.

GSM– 900.

Общаяхарактеристика.

          2-ое поколение; цифровой; TDMA-FDMA;mt=8; mf=128; диапазон частот БС– АС  935-960 МГц, АС – БС  890-915 МГц; полоса 200 кГц.

Сетевой уровень.

          Централизованное или децентрализованноеуправление.

          При децентрализованном управлении каждый ЦКПСимеет свою базу данных, включающую в себя ОРМ и ВРМ, а также блокиидентификации и аутентификации.

/>                             кКБС                   к другим ЦКПС

(система сигнализации №7)

      группа                                                                     ТФОП

        БС                                                                          ISDN

                             к КБС

                                      БД

          КБС – контроллер БС – выполняет часть функцийЦКПС других стандартов (кодирование, декодирование, криптография, прыганье почастоте).

Канальный уровень.

          Предоставление каналов по требованию; система свременным разделением – много операций, связанных с синхронизацией.

          Главная задача – обеспечение всех уровнейсинхронизации в системе. Поскольку система с TDMAтребует синхронизации различного вида и эти сигналы синхронизации должны передаватьсяс различной периодичностью, то в GSM принятаиерархическая структура размещения всех подобных сигналов в кадрах. Исходнымявляется гиперкадр, длительность которого равна периоду генератора системыкриптографической защиты. Далее -  суперкадр, мультикадр и, собственно, кадр.Все кадры в составе гиперкадра пронумерованы, поэтому прочтя номер кадра можноопределить, какой вид синхросигнала передается в данном кадре. Стандарт GSM различает физические каналы – частотно-временные окна,занимаемые передаваемыми пакетами, и логические каналы, определяющиеинформационное содержание пакета. Различают логические каналы: с собственноинформацией, с синхронизацией по f, с сигналами тестирования, с синхронизациейна передачу и на прием, кроме того должны передаваться специальные «пустые»пакеты, позволяющие поддерживать синхронизацию в паузах речи.

Физический уровень.

          Для защиты от замираний используется не толькопомехоустойчивое кодирование, но и прыганье по частоте. Для этого на каждыйканал выделяется по 3 частоты, чередующихся от кадра к кадру. При этом закончередования выбирается из условия сохранения защитного интервала 45 МГц почастоте между прямым и обратным направлением.

          Характеристики цифровых сигналов в системеопределяются из следующей структурной схемы:

/>                                                                                        GMSK

                  13              22,8                        33,8         270,83           кбит/сек

          ПК – помеховый кодер; ПМ– перемежитель; Ш – шифратор; ФП – формирователь пакета; М – модулятор (GMSK – модуляция с минимальным сдвигом и гауссовскимсглаживанием); ПП – преобразователь пакета.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике