Свойства спутниковых систем подвижной радиосвязи.
Диапазон частот в спутниковых системах подвижной радиосвязи от
200 МГц до 10 ГГц. На частотах свыше 10 ГГц в большой степени
проявляются потери в молекулах атмосферы; однако в этом диа-
пазоне имеются частоты, доступные для радиосвязи, например
125...150 ГГц, 210...280 ГГц. На частотах ниже 200 МГц радиосвязь
затруднена из-за относительного уменьшения геометрических
размеров антенны (влияет отношение длины, используемой вол-
ны, к эффективному поперечнику антенны), а также невозможно-
сти получения приемлемых коэффициентов усиления антенн, т.е.
их диаграмм направленности.
Благодаря развитию космических технологий появилась
возможность создания на орбите мощных ретрансляторов с боль-
шими площадями передающих и принимающих антенн с управ-
ляемыми диаграммами направленности. Это позволяет использо-
вать малогабаритные носимые наземные радиостанции, габариты
антенн которых не превышают сумку-«дипломат», что крайне важ-
но для подвижной радиосвязи. Поскольку связь осуществляется
при малых мощностях сигналов (пороговое отношение сигнал-шум
составляет 8... 12 дБ), обработку получаемых сообщений целесо-
образно осуществлять на борту спутника перед ретрансляцией их
абоненту. Это позволяет также реализовать пакетную передачу
с маршрутизацией потоков, что особенно эффективно в массовых
сетях с произвольным (асинхронным) доступом к каналу связи.
Многостанционный доступ реализуется одним из трёх способов:
с частотным, временным и кодовым разделением. Характерная
особенность спутниковой подвижной связи - это противоречие
между желанием получить большие коэффициенты усиления и
узкие диаграммы направленности антенн и необходимостью охва-
та относительно больших зон обслуживания. Обычно применяют
многолучевые антенны с остронаправленными управляемыми диа-
граммами направленности. Как и в любых других спутниковых сис-
темах связи в спутниковой подвижной радиосвязи существуют
строгие ограничения на максимально допустимую плотность пото-
ка мощности, излучаемого передатчиком спутника. К примеру, в
диапазоне 8... 10 ГГц допустимая плотность потока мощности со-
ставляет примерно (-150) дБВт/м2. Подробно подвижная спутнико-
вая радиосвязь с описанием примеров существующих российских
и международных спутниковых систем рассматривается в § 8.17.
Термины, классификация и особенности сетей
подвижной радиосвязи
Термины, классификация. Системы передачи информации
служат для обмена сообщениями между абонентами. Сообщения
могут быть представлены в дискретной и непрерывной форме.
Дискретные сообщения являются последовательностью различ-
ных символов, причем число символов конечно. Чаще всего дис-
кретное сообщение состоит из символов 0 и 1. Примерами дис-
кретных сообщений могут служить телеграфные сообщения. Не-
прерывные сообщения, представляющие собой непрерывную
функцию времени, могут быть представлены в виде дискретных
путем дискретизации по времени и квантования по амплитуде.
Каналом радиосвязи, называют сово-
купность технических средств, обеспечивающих передачу сообще-
ния, и среды распространения любых сигналов от источника к по-
лучателю с помощью радиосигналов. Системой передачи инфор-
мации называется канал связи вместе с источником информации и
её получателем при заданных методах преобразования сообще-
ния в сигнал и восстановления сообщения по сигналу. Системы,
предназначенные для передачи дискретных сообщений, называ-
ются дискретными, или цифровыми, а предназначенные для пере-
дачи непрерывных сообщений - аналоговыми. Соответственно и
каналы, в которых передаются сообщения, называются цифровы-
ми и аналоговыми.
Основной задачей систем радиосвязи, в том числе систем
подвижной радиосвязи, является одновременная передача сооб-
щения от многих источников информации к абонентам, которым
Данная информация предназначена.
Взаимосвязанные каналы связи образуют сеть связи. Кана-
лы и сеть связи, основой которой служит радиосвязь, соответст-
венно образуют сеть радиосвязи. Подвижная радиосвязь и соот-
ветственно подвижная служба подвижной радиосвязи - радио-
связь и служба радиосвязи между подвижными или между
подвижными и неподвижными (фиксированными) станциями. Под-
вижной станцией является станция, предназначенная для работы
во время движения или во время остановок в неопределенных
пунктах. Сухопутной подвижной службой называется служба,
в которой все входящие в нее станции располагаются на суше.
Морская или воздушная служба - служба, в которой хотя бы одна
из станций может находиться на море или в воздухе. Если в под-
вижной радиосвязи используется хотя бы одна космическая стан-
ция, то такая служба называется космической. Базовой станцией
называется сухопутная станция, работающая с подвижными
станциями и обеспечивающая связь между ними.
Сети подвижной радиосвязи различаются по следующим
признакам:
а) по местонахождению связывающихся или базовых стан-
ций: сухопутные, морские, воздушные, спутниковые, смешанные; 1
б) по виду используемых сигналов и соответствующей аппа-
ратуре: аналоговые, цифровые и смешанные (аналого-цифровые).
Первые системы подвижной радиосвязи, как и в других об-
ластях электроники и радиотехники, реализовывались аналоговы-
ми методами. В результате развития цифровой техники, прежде
всего появления интегральных технологий, обеспечивающих высо-
кое быстродействие, а также вследствие особенностей аналоговых
систем связи - несовместимости стандартов, трудности достиже-
ния высокого качества связи и защищенности информации, прояв-
ляется тенденция к постепенной замене аналоговых сетей цифро-
выми. Одним из важных преимуществ цифровых сетей связи яв-
ляется возможность пакетной передачи данных и маршрутизации
пакетов, что способствует повышению пропускной способности
канала и повышению верности передачи. Примерно с 1994 г. стои-
мость цифровых радиостанций стала, как правило, меньше стои-
мости аналоговых, что наряду с другими преимуществами цифро-
вых сетей (большие надежность и помехоустойчивость, возмож-
ность шифрования и аутентификации пользователя, возможность
большей унифицированности и стандартизации) является факто-
ром, приводящим к вытеснению аналоговых сетей цифровыми.
в) по предоставляемым пользователю услугам: сети переда-
чи данных, речи, персонального вызова, " локационные" (с опреде-
лением местоположения абонента), радиотелефоны (удлинители
телефонных линий) и др.;
г) по степени автономности: сети, имеющие выход в другие
сети и автономные, т.е. изолированные от других сетей. В настоя-
щее время все большее влияние на развитие сухопутной подвиж-
ной радиосвязи, являющейся наиболее существенной частью все-
го блока систем подвижной радиосвязи, оказывает стремление к
их унификации. Это делается для обеспечения взаимной совмес-
тимости как существующих, так и вновь разрабатываемых систем.
Национальные стандарты уступают место региональным; так, в
настоящее время имеются три распространенных стандарта - ев-
ропейский (GSM), североамериканский (ADC) и японский (JDC),
которые предполагается объединить на основе единых принципов
сотовых сетей связи;
д) по категориям пользователей: системы общего доступа и
специализированные (например, аварийно-спасательные).
Развитие сухопутных сетей подвижной радиосвязи идет по
двум направлениям: создаются ведомственные сети, все большее
развитие получают сети связи с подвижными объектами общего
пользования. Ведомственные сети связи создаются отдельными
организациями и позволяют осуществлять радиосвязь группам
абонентов, выполняющих отдельные производственные функции.
Они объединяют средства, различные по диапазонам используе-
мых радиочастот, техническим характеристикам, техническим воз-
можностям, количеству обслуживаемых абонентов и виду переда-
ваемой информации. В результате локализации и разобщенности
ведомственных сетей, неэффективного использования спектра
частот, отсутствия унификации аппаратуры и элементной базы,
а также частых нарушений электромагнитной совместимости с дру-
гими радиотехническими системами их построение и применение
на данном этапе не является оптимальным.
Сети общего пользования позволяют устранить недостатки,
присущие ведомственным сетям. Эти сети предоставляют абонен-
там большой комплекс услуг - от диспетчерских и технологических
функций в отдельных учреждениях, работающих на своего ведом-
ственного диспетчера, до автоматического выхода на абонентов
городских телефонных сетей, а по междугородным и международ-
ным линиям - и на абонентов других городов и стран. Важным
преимуществом сетей общего пользования, по сравнению с ве-
домственными, является более высокая эффективность использо-
вания выделяемого для них спектра частот, за счет того, что
большой круг обслуживаемых абонентов имеет свободный доступ
ко всем частотным каналам в этом спектре.
Сети подвижной радиосвязи можно разделить по назначе-
нию на шесть групп: радиотелефонные сети общего пользования;
Диспетчерские радиотелефонные сети; автономные радиотеле-
фонные сети; сети персонального радиовызова (как общего поль-
зования, так и ведомственные); сети аварийной радиосвязи; сети
бесшнуровых телефонов общего пользования.
Радиотелефонные сети общего пользования (РТСОП) обес-
печивают соединение с телефонной сетью общего пользования.
При этом абонент не должен замечать разницы в организации свя-
зи и ведении переговоров, если он осуществляет связь с другим
абонентом фиксированной телефонной сети или с радиоабонен-
том, находящимся в подвижном объекте.
Радиотелефонные сети общего пользования строятся по
следующим принципам: радиальному, когда одна базовая радио-
станция обслуживает подвижные объекты на территории радиусом
30...50 км; территориальному, когда обслуживаемая территория
разбивается на зоны радиусом 1, 5...5 км, в каждой из которых'ус-
танавливается базовая радиостанция данной зоны, обслуживаю-
щая абонентов, находящихся в этой зоне; линейному, когда базо-
вые радиостанции устанавливаются вдоль магистралей - каждые
5... 10 км (шоссе, железных дорог) и обслуживают находящихся на
этих магистралях абонентов. Именно последние два вида РТСОП
называют сотовыми сетями подвижной радиосвязи. Именно они
играют наиболее существенную роль среди всех других систем
подвижной радиосвязи по количеству пользователей, объёму и
совокупной стоимости выпускаемого оборудования, а также по
темпам развития. В данной главе рассматриваются только сото-
вые системы радиосвязи.
Радиальные сети предполагают использование одной цен-
тральной радиостанции, антенна которой располагается в наиболее
высокой точке предполагаемой области обслуживания на макси-
мально возможной высоте. Для этого используются телевизионные
вышки, высокие здания или устанавливаются специальные мачты.
Мощность передатчика центральной (базовой) радиостанции
выбирается такой, чтобы создать заданную напряженность поля в
максимально удаленных точках обслуживаемой территории. При
расчете зоны обслуживания необходимо учитывать, что из-за мно-
голучевости распространения радиоволн, обусловленной отраже-
ниями от зданий и других объектов в городских условиях, возмож-
ны замирания сигналов глубиной до 40 дБ и более от среднего
уровня, причем соседние минимумы этих замираний могут быть
расположены примерно через полуволну несущей (на частоте 300
МГц через 0, 5 м). При движущемся автомобиле это может приво-
дить к значительным искажениям сигнала на предельных дально-
стях связи.
Сотовые сети имеют ряд преимуществ перед радиальными:
1) они обеспечивают более высокие надежность и качество
связи во всей рабочей зоне. Это связано с тем, что на территории
сравнительно малых ячеек удается обеспечить высокое качество
связи даже с помощью базовых станций небольшой мощности.
При этом улучшается электромагнитная обстановка благодаря
уменьшению размеров ячеек (сот), что также ведет к уменьшению
габаритов, электропотребления и стоимости радиостанций;
2) в сотовых системах возможно более эффективное ис-
пользование частотных ресурсов путем многократного задейство-
вания одних и тех же частот при пространственном разнесении
базовых станций, что значительно увеличивает емкость сети.
Недостатком сотовых сетей подвижной радиосвязи, по срав-
нению с радиальными сетями, является значительно большая
сложность реализации, в частности большое число проводных ка-
налов, используемых обычно для связи базовой станции с цен-
тральной станцией сети, сложность осуществления перехода из
одной ячейки в другую по мере перемещения, усложнение проце-
дуры вызова абонента и др. Поэтому при относительно небольшом
числе подвижных абонентов и ограниченном числе проводных ка-
налов предпочтение целесообразно отдать радиальным сетям.
Например, более чем в 40 городах России эксплуатируется ради-
альная сеть с частотным разделением каналов типа «Алтай-ЗМ»,
работающая в диапазоне 300 МГц, которая будет подробнее рас-
смотрена далее.
Аппаратура систем подвижной радиосвязи классифицирует-
ся по следующим признакам: по мощности передатчика; по ис-
пользуемому спектру частот; по виду используемой модуляции
(амплитудная, однополосная и угловая модуляция; в аппаратуре,
работающей в диапазоне частот 30 МГц и ниже используется од-
нополосная модуляция; на более высоких частотах применяется
угловая модуляция); по подвижности (стационарная, возимая, но-
симая); по количеству каналов (одно- и многоканальные); по виду
работы (симплексная, дуплексная и полудуплексная).
Симплексная передача - радиосвязь, при которой передача
возможна переменно в каждом из двух направлений. Двухчастот-
ный симплекс осуществляет ретрансляцию сообщения в прямом и
обратном направлениях с использованием разных частот. Дуплекс
- работа радиостанции одновременно на прием и на передачу.
Частоты и виды модуляции радиоканалов. Диапазон ра-
диочастот от 10 кГц до 275 ГГц, используемый для радиосвязи,
Распределен между разными службами. Присвоение конкретных
частот и контроль за их использованием осуществляют соответст-
вующие службы. Распределение и присвоение частот постоянно
находятся в поле зрения соответствующих международных и оте-
чественных организаций.
В настоящее время в сетях подвижной радиосвязи исполь-
зуются участки диапазонов частот до и даже выше 1000 МГц, что объясняется особенностями технической реализации радио-
средств, используемых на подвижных объектах.
Условно по диапазону частот системы целесообразно раз-
делить на работающие на частотах ниже и выше 30 МГц. Такое
деление связано с условиями распространения радиоволн и со
спецификой аппаратуры, используемой для радиосвязи. Участки
в диапазоне частот 1, 605...30 МГц используются в радиостанциях,
предназначенных для связи на достаточно большие расстояния
без ретрансляторов. В России используются участки
диапазонов 40; 160; 330 МГц. Диапазоны 450; 900 МГц использу-
ются в США, Японии и других странах.
В подвижной радиосвязи используются в основном однопо-
лосная (ОМ) на частотах ниже 30 МГц и угловая (УМ) модуляция -
частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) на частотах выше 30 МГц.
На частотах ниже 30 МГц иногда используется и амплитудная мо-
дуляция (AM), например, в индуктивных системах персонального
вызова, а также узкополосная частотная модуляция - на железных
дорогах. При AM абонентские радиостанции имеют сравнительно
простую конструкцию, но помехоустойчивость радиосвязи значи-
тельно хуже по сравнению с ОМ и УМ.
Особенности распространения радиоволн При связи
с подвижными объектами существуют следующие особенности
распространения радиоволн:
а) многолучевое распространение, заключающееся в том,
что сигнал от передатчика к приемнику может идти многими путя-
ми. В этом случае возможна интерференция, ведущая к появле-
нию в пространственном распределении интенсивности поля глу-
боких провалов. Часто на приеме присутствуют лишь переотра-
жённые сигналы, так как прямая видимость между приёмником
и передатчиком, особенно в городских условиях, может отсутство-
вать. Пример: на частоте 900 МГц длина волны составляет около
30 см, следовательно, два сигнала, пришедших со сдвигом во
времени на 0.5 не, что соответствует разнице в пути в 15 см, будут
складываться в противофазе. Поэтому при перемещении подвиж-
ного объекта на расстояния порядка половины длины волны
(в примере на 15 см) можно ожидать больших перепадов мощно-
сти сигнала;
б) если подвижная станция находится в движении в момент
осуществления связи, возможно проявление эффекта Доплера,
приводящего к паразитной модуляции частоты сигнала и измене-
нию ширины спектра. Например, на частоте 900 МГц при радиаль-
ной скорости подвижного объекта 250 км/ч сдвиг частоты состав-
ляет примерно 200 Гц;
в) в городских условиях транспорт, проходящий мимо стан-
ции, вызывает изменения уровня сигнала на входе приемника -
эффект замираний. Действие этого эффекта сходно с эффектом,
наблюдаемым при многолучевом распространении;
г) более быстрое, чем в условиях свободного пространства
(обратно пропорционально расстоянию) снижение уровня сигнала
с увеличением расстояния.
Популярное:
