Доминирующие системы и тенденции развития стандартов и систем подвижной радиосвязи.

Доминирующие системы и тенденции развития стандартов и систем подвижной радиосвязи.

Современное общество характерно увеличением потребности людей в обмене информацией. Человек все больше находится в движении, поэтому для него важна оперативная телефонная связь из любого места и в любое время.

Мобильная связь с помощью переносных радиостанций существует более шестьдесяти лет. Любительские и служебные системы радиосвязи хорошо известны и широко используются. Однако они не обеспечивают прямой доступ к общегосударственной автоматической телефонной сети общего пользования (ОАТС)

Внедрение цифровых технологий позволило повысить пропускную способность диапазонов частот, разрешенных для радиосвязи общего пользования ¹⁾, и обеспечить управление системами беспроводного доступа к ОАТС. Возможность мобильной связи стала доступной для большинства людей.

Рынок подвижной радиосвязи стремительно развивается. Глобальной стратегией развития является разработка и внедрение единых международных стандартов и создание на их основе международных и глобальных сетей общего пользования.

В настоящее время на рынке подвижной радиосвязи доминируют:

системы беспроводных (безшнуровых) телефонов (Cordless Тelephony);

системы сотовой подвижной радиосвязи (Cellular Radio Systems);

профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи (PMR, PAMR);

системы персонального радиовызова (Paging Systems).

Общими тенденциями развития современных стандартов и систем подвижной радиосвязи являются:

переход на цифровые методы передачи речевых сообщений;

внедрение методов разделения каналов связи и временного дуплексного разделения каналов передачи и приема;

исключение прослушивания передаваемых по радиоинтерфейсу сообщений;

шифровка сообщений, передаваемых по радиоинтерфейсу;

исключение несанкционированного доступа к радиоинтерфейсу и системе в целом;

обеспечение автоматического роуминга абонентов;

прямое взаимодействие с цифровыми стационарными сетями связи;

интеграция и взаимодействие сетей различных стандартов.

Б- импульсы дискретизации; д — двоично закодированные амплитуды отсчетов.

В- квантование отсчетов сигнала на М разрешенных уровнейРис. 1.

Рис.1 Преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Далее осуществляется квантование отсчетов по М уровням.

Число уровней квантования, необходимое для представления исходного сигнала, определяется отношением максимальной величины сигнала Аs к среднеквадратичному значению шума a_n. Это такой уровень шума, когда нельзя обнаружить разницу между соседними уровнями сигнала (эта разница по величине соизмерима с А _N ).

Таким образом, М = Аs/A_N.

Нарис. 1 число уровней принято равным 16. При квантовании амплитуды импульсов принимают ближайшие разрешенные значения. Ошибка квантования Дкв - это разность между квантованной величиной и истинным значением аналогового сигнала. Ошибка будет всегда меньше половины шага квантования Du_kb.

Количество уровней квантования М ограничено и поэтому их целочисленные значения удобно перевести из десятичной формы в двоичную, образуя кодовые комбинации. В этом и состоит последняя операция — Кодирование.

В реальных устройствах — аналого-цифровых преобразователях (АЦП) квантование и кодирование осуществляются одновременно.

Число разрядов в комбинации m определяется числом М уровней квантования аналогового сигнала: m=log₂M. В нашем примере для двоичного кодирования требуется 4 разряда. Данный метод преобразования аналогового сигнала в цифровой является наиболее распространенным и называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Лабораторные испытания квантованного речевого сигнала показывают, что приемлемое качество восприятия телефонного сообщения можно получить при отношении сигнал/шум, превышающем 20 дБ. Это соответствует примерно 32 уровням квантования. Однако опыт показывает, что кодирования с пятью двоичными разрядами недостаточно.

Это объясняется техническими причинами: разброс параметров оборудования и линий связи приводит к разбросу уровней сигналов; небходимость многократного кодирования/декодирования сигналов при регенерации приводит к увеличению шумов квантования.

Чтобы отношение сигнал/шум было примерно постоянным, не зависящим от уровня сигнала, можно использовать переменный шаг квантования: малый для слабых сигналов и большой для сильных. В этом случае можно ограничиться 256 уровнями квантования и 8 разрядами при кодировании, что соответствует рекомендациям Международного Союза Электросвязи (МСЭ).

Разрядность ИКМ определяет необходимую скорость передачи кодов по телефонному каналу связи. При 8-разрядном кодировании каждого отсчета телефонного сигнала скорость передачи будет равна fд*8 = 8000*8 = 64000 бит/с = 64 кбит/с.

Полученная на приемной стороне последовательность двоичных импульсов разделяется на восьмерки (коды отсчетов), которые затем подаются на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), преобразующего их в импульсы переменной амплитуды. Если эти амплитудно-модулированные импульсы пропустить через низкочастотный фильтр с полосой пропускания F_B, удается восстановить почти тот же самый аналоговый сигнал, который подавался на вход телефонного канала с передающей стороны.

4. Передача ИКМ речевых сигналов в системах уплотнения с ВРК

*. О передаче цифровых сигналов.

В системе с ВРК несколько телефонных ИКМ -каналов объединяют в единый цифровой поток методом мультиплексирования. При этом к рабочим каналам добавляют служебную информацию, необходимую для управления потоком.

Число организуемых на линии каналов связи зависит от используемой системы связи. Если в аналоговых системах на один телефонный канал отводится 4 кГц, то в цифровых системах 64 кГц. Но цифровая система характеризуется не частотой, а скоростью передачи информации в кбит/сек.

Скорость группового потока равна 64-N кбит/с. Так, например, для 32-канальных европейских версий системы с ВРК она имеет значение 64*32 = 2048 кбит/с (2 канала служебные). Это номинал скорости потока El.

При равном числе телефонных каналов необходимая полоса частот для систем с ВРК значительно превосходит необходимую полосу частот для систем с ЧРК. Например, для 32-канальной версии систем с ИКМ необходима полоса частот 2048 кГц, в то время как для эквивалентной по канальности системы с ЧРК — всего 30*4 кГц=120 кГц. Однако благодаря высокой помехоустойчивости цифровых систем требования к среде передачи могут быть значительно снижены.

Установлено, что любые среды, пригодные для аналоговых систем связи, могут эффективно использоваться и для цифровой связи. Так, например, все пары магистрального высокочастотного симметричного кабеля типа МКС можно использовать для аналоговой передачи 60 каналов, а высокая помехозащищённость цифровых сигналов позволяет использовать каждую такую пару для образования до 480 каналов (увеличения в 8 раз).

Существенно новые возможности для цифровой передачи открывают среды, в которых трудно организовать передачу широкополосных аналоговых сигналов. Исторически первой такой средой, давшей жизнь цифровым системам передачи, стали витые пары низкочастотного кабеля городских телефонных сетей. Благодаря высокой помехоустойчивости цифровых сигналов удалось на двух парах организовать 30 каналов.

А именно такими системами передачи заполнены городские сети в странах мира, в том числе и российские.

Вторая среда, которая не может широко использоваться для аналоговой связи — оптические волокна. Основная причина состоит в трудности реализации высоких требований к линейности электрооптических и оптоэлектрических преобразователей, предъявляемых аналоговыми системами передачи. В то же время цифровые системы обеспечивают высокоэффективную передачу сигналов по оптическим волокнам в диапазонах длин волн 0, 85; 1, 3; 1, 55 мкм. На практике реализованы все виды волоконно-оптических трактов.

Особенностью передачи цифровых сигналов в свободном пространстве является использование многоуровневой передачи с относительной фазовой манипуляцией или квадратурной амплитудной модуляцией в амплитудно-фазовой плоскости сигнала. Такая передача используется для радиорелейных линий, линий спутниковой связи и организации связи в цифровых сотовых сетях.

Высокая помехоустойчивость цифровых сигналов предоставляет возможность, например, в радиорелейных линиях осуществлять передачу групповых цифровых сигналов в одной и той же полосе ствола с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Даже при расстановке стволов через 28 МГц можно вследствие этого получить в одной и той же полосе ствола до 3840 каналов.

5. Электронные телефоны.

Структурные схемы телефонов.

Развитие электронной техники и микроэлектроники изменило классические телефоны, сделало их электронными, хотя принцип действия остался прежним.

Электронные телефоны обладают дополнительными функциями, которые невозможно реализовать без интегральных схем. Например: выбор сигнала вызова и его громкости, выбор импульсного или частотного набора, память на несколько номеров, повтор последнего номера, автодозвон и др.

Использование в электронных телефонах интегральных микросхем сделало их меньше по размерам, дешевле и технологичнее, а надежность и долговечность стали намного выше.

В электронных телефонах окончательно перешли к кнопочной наборной клавиатуре, которая позволяет использовать как импульсный, так и тональный набор номера. Структурная схема ТА отечественного производства приведена на рис. 1.

Электронный ТА состоит из следующих основных узлов:

Вызывное устройство — предназначено для приема сигнала вызова от АТС и преобразования его в звуковые колебания (звонок или зуммер). Зуммер выполнен в виде генератора звуковых сигналов и миниатюрного громкоговорителя. Регулируется громкость или вызывное устройство полностью отключается

Рис. 1. Функциональная схема электронного ТА

Диодный мост — позволяет подключать линию к аппарату без учета полярности проводов.

Микропереключатель SP — отключает схему ТА от линии АТС, когда трубка на рычаге, т.е. " рычажный переключатель" в положении «разомкнут». Указывает на положение трубки (положена /снята) и осуществляет функцию " отбой".

Электронный номеронабиратель - состоит из интегральной микросхемы номеронабирателя (ИСНН), а также внешних времязадающих и вспомогательных элементов. ИСНН выполняет следующие функции:

• опрос клавиатуры;

• формирует сигнал набора номера, управляющего работой импульсного ключа;

• формирует сигнал отключения разговорной схемы на время набора номера при помощи разговорного ключа;

• запоминает последний или несколько набираемых номеров и обеспечивает их автоматический набор;

• программирует частоту импульсов кодовой посылки, значение импульсного коэффициента, длительность межцифровой паузы;

• вырабатывает звуковые и визуальные сигналы подтверждения нажатия клавиши;

• управляет контроллером индикатора;

• управляет дополнительным запоминающим устройством.

Времязадающие элементы генератора — определяют частоту внутреннего генератора ИСНН, от которой зависят все временные параметры сигналов, вырабатываемых микросхемой.

Схема " отбой" — осуществляет начальную установку ИСНН.

Схема питания ИСНН — обеспечивает питание микросхемы номинальным напряжением во время набора номера и поддержку питания встроенного оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) микросхемы при положенной на рычаг трубке.

Клавиатура - является источником сигнала для ИСНН. Она построена по координатной схеме (рис. 2), где Х — координата столбца, Y — координата строки. При нажатии клавиши, соответствующие столбцы и строки замыкаются между собой или на общий провод. Наиболее часто используются клавиатуры со следующей организацией: 3х4, 2х7.

Импульсный ключ — осуществляет непосредственно набор номера путем замыкания и размыкания линии АТС, то есть формирует тоновые (" пауза" ) и бестоновые (" импульс" ) посылки.

Разговорный ключ — отключает разговорную схему на время прохождения импульсов набора номера, что устраняет щелчки в трубке ТА.

Рис. 2. Кнопочная клавиатура типа 3х4

Элементы коммутации (ИК и РК) должны обеспечивать:

• коммутацию напряжения до 72 В при индуктивной нагрузке;

• коммутацию тока до 100 мА;

• выдерживать напряжение до 220 В длительностью до 10 мс, если трубка снимается во время поступления вызывного сигнала.

В импортных ТА элементы коммутации рассчитаны на напряжение телефонной цепи 48 В, а не 60 В, что может привести к выходу их из строя.

Микрофон ВМ — преобразует звуковые колебания в электрические.

Микрофонный усилитель — усиливает сигнал микрофона ВМ.

Телефон BF — преобразует электрические колебания в звуковые.

Телефонный усилитель — усиливает речевой сигнал до уровня нормальной слышимости и согласует сопротивление линии с сопротивлением телефонного капсюля.

Противоместная схема — устраняет местный эффект, то есть избыточное прослушивание в трубке собственного голоса.

При снятии трубки рычажный переключатель SB подключает ТА к линии АТС. В результате образования делителя напряжение на зажимах линии снижается до U _TA = 5-15 В. При этом схема " отбой" вследствие подачи напряжения u_TA в схему ТА осуществляет начальную установку ИСНН (режим готовности к набору номера).

В режиме готовности к набору номера ИСНН вырабатывает сигналы управления ИК и РК. При этом ИК размыкается, а РК замыкается и подключает говорную схему, состоящую из микрофонного и телефонного усилителей и противоместной схемы, к телефонной линии. В результате в трубке прослушивается ответ станции (гудок).

При нажатии кнопок клавиатуры ИСНН формирует последовательности импульсов, управляющие работой ИК и РК. ИК замыкает линию накоротко и размыкает ее, формируя посылки постоянного тока, управляющие работой АТС. А РК отключает разговорную систему от общего провода во время следования посылок набора номера, что устраняет неприятные щелчки в телефоне трубки при наборе номера.

По окончании набора РК вновь подключает разговорную систему и в трубке слышны тональные посылки АТС нашему абоненту. Это говорит об окончании процесса соединения. При снятии абонентом трубки слышен его голос.

По окончании разговора трубка укладывается на рычаг. Рычажный переключатель SB размыкает цепь и схема ТА переходит в дежурный режим. В этом режиме схема питания микросхемы обеспечивает подпитку ОЗУ микросхемы НН, в котором хранится последний набранный номер. Схема " отбой" запрещает набор номера с клавиатуры с целью сохранения последнего набранного номера, а вызывное устройство готово к приему сигналов вызова АТС.

При поступлении сигнала вызова от АТС, вызывное устройство вырабатывает звуковые сигналы, информирующие вас о вызове другим абонентом. До снятия трубки схема ТА находится в дежурном режиме. При снятии трубки микросхема НН устанавливается в исходное состояние, с той лишь разницей, что вместо ответа станции (гудка) вы услышите голос вызывающего вас абонента.

При кратковременном нажатии на рычажный переключатель или нажатии кнопки " отбой" на наборном поле клавиатуры с помощью схемы " отбой" ТА переводится в исходное состояние.

6. Электронные вызывные устройства.

С появлением специализированных « ИС звонков» появилась возможность создавать компактные ТА. Для полной совместимости с линией « ИС звонков» должна содержать пять функциональных узлов: выпрямитель, антизвонную систему, схему звукового генератора, выходной усилитель мощности и стабилизатор напряжения (рис.1).

Рис.1. Электронный звонок.

Для преобразования переменного сигнала вызова в постоянное напряжение питания ИС на ее входе включается мостовой выпрямитель, который кроме этого обеспечивает одинаковую полярность подаваемого напряжения. Навесной конденсатор С1 препятствует протеканию постоянного тока линии по цепи звонка, пропуская только переменный сигнал вызова, а резистор R1 ограничивает потребляемый ток.

Для защиты ИС от кратковременных помех, возникающих при наборе номера, используется антизвонная схема, состоящая из встроенногов ИСстабилитрона и навесного конденсатора С2.

Выпрямленное напряжение перед подачей на звуковой генератор и выходной усилитель мощности необходимо стабилизировать. При этом отклонения напряжения телефонной линии не будут сказываться на звучании звонка.

Звуковой генератор — это устройство, вырабатывающее электрический сигнал, который затем преобразуется в слышимый звук. Звуковые генераторы могут быть простыми и многотональными, некоторые из них могут воспроизводить отрывки мелодий.

Сигнал со звукового генератора поступает на выходной усилитель мощности, а затем — на пьезоэлектрический преобразователь (громкоговоритель), в котором возникают механические колебания, порождающие слышимый звук. Для регулирования громкости звонка в схему вводится переменный резистор.

Рис.1. Структурная схема стационарного блока.

Радиосигналы, передаваемые НМТ, принимаются антенной и поступают на усилитель радиочастоты ( усилитель РЧ ), в котором происходит их предварительное усиление. Радиосигналысодержат: несущую синусоиду определенной частоты, спектральные компоненты речевого сигнала в диапазоне ±4 кГц от несущей и сигналы управления, которые координируют совместную работу СБ и НМТ.

В обычном телефоне при разговоре замкнут рычажный переключатель. В БПТ, когда вы нажимаете кнопку " Разговор" на НМТ, на стационарный блок посылается управляющий сигнал и микропроцессор СБ вырабатывает команду включения реле захвата линии, контакты которого эквивалентны рычажному переключателю. После включения реле захвата СБ начинает передавать на НМТ сигнал готовности от местной телефонной станции, и вы можете его слышать.

Чтобы выделить речь и сигналы управления из принимаемого радиочастотного (РЧ) сигнала, его необходимо преобразовать. РЧ - сигнал поступает на смеситель, где он смешивается (перемножается) с сигналом гетеродина. Выделяется сигнал промежуточной частоты (ПЧ), равной разности между частотами РЧ - сигнала и гетеродина.

ПЧ - сигнал усиливается в усилителе ПЧ и детектируется. Детектор может быть как частотным, так и амплитудным — в зависимости от вида модуляции. Прошедшие через формирователь логических сигналов управляющие импульсы поступают в схему управления на микропроцессор, а речевые сигналы проходят через усилитель звуковой частоты ( усилитель ЗЧ ) и подаются на ИС разговорной схемы для передачи их в телефонную линию.

Передача стационарным блоком сигналов речи и управления происходит проще. Речевые сигналы из телефонной линии, прошедшие через ИС разговорной схемы, поступают на усилитель ЗЧ. Усиленный речевой сигнал (вместе с подмешанными управляющими сигналами) поступает на вход генератора несущей частоты, где и осуществляется модуляция радиосигнала.

Схема управления в микропроцессоре координирует работу всех узлов БПТ. В СБ микропроцессор координирует процессы приема и передачи, формирует управляющие сигналы, передаваемые на НМТ, обрабатывает поступающие с него команды, детектирует сигналы вызова, вырабатывает импульсные или тональные наборные сигналы и взаимодействует с телефонной линией через интерфейс. Совместно с МП используются ИС памяти для хранения программ и данных.

Телефонный интерфейс (разговорная схема) связывает СБ с телефонной линией. При поступлении команды с НМТ включается реле захвата линии, и оно своими контактами подключает телефонную линию к разговорной схеме. В линии появляется ток, станция воспринимает это как снятую трубку. На СБ от телефонной станции поступает сигнал готовности, который передается по радиоканалу в НМТ. После этого с НМТ можно начинать набор номера.

Системы и стандарты БП телефонии: аналоговая система СТ-1 (FDMA), цифровая система СТ-2 (TDD/FDMA). Характеристика стандартов. Процедура

Стандарт DECT (TDMA/TDD). Характеристика стандарта. Перспективы применения стандарта DECT в системах радиосвязи.

Кроме того, системы СТ-1 и СТ-2 имеют ограниченную абонентскую емкость. В итоге Европейский институт телекоммуникационных стандартов в 1992 г. принял стандарт DECT (Digital European Cordless Telephony). В условиях усиливающегося " частотного голода", уменьшения стоимости НМТ с одновременным увеличением ее потребительских свойств, растущего числа пользователей разработчики стандарта постарались максимально учесть все требования пользователей.

Этот стандарт использует многостанционный (СБ) доступ с частотным разделением каналов и временной дуплекс. Системе DECT выделено 10 частотных каналов (10 несущих частот) в диапазоне от 1880 до 1900 МГц. Интервал между соседними частотами составляет 1, 728 МГц. Не менее важным является временное разделение в канале — TDMA

Время передачи разбивается на 10-миллисекундные кадры, состоящие из 24 тайм-слотов. Каждому абоненту выделяется в этом кадре один тайм-слот на передачу и один на прием. Все остальное время носимая радиотелефонная трубка занята в межсистемном обмене управляющей информацией, поиском лучшего канала и т.п. Разнесение во времени приема и передачи есть не что иное, как дуплекс. Только дуплекс не частотный, как в аналоговых системах, а временной. Первая половина (12 тайм - слотов) кадра отведена для передачи от стационарного блока к носимым трубкам, а вторая — для приема.

В сотовых системах решение о выделении канала для связи принимает базовая станция, и канал выделяется на все время разговора. В DECT выбор канала переложен на НМТ. В процессе разговора канал меняется практически непрерывно (127? раз/сек). Такая дисциплина обслуживания получила наименование " непрерывный динамический выбор каналов". Приемопередатчик может практически мгновенно перестраиваться на любую из 10 частот. Переключение по каналам осуществляется автоматически в ходе связи.

Одновременно (в пределах 10 мс кадра) поддерживается 12 телефонных разговоров. Таким образом, каждая базовая станция (и соответственно любая абонентская трубка) в любой момент времени имеет выбор из 120 каналов (12 временных ´ 10 частотных), рис.3. На рис.2 приведена схема каналов для шведской реализации стандарта DCT-900.

Высокая степень гибкости позволяет использовать DECT:

• в бытовых системах индивидуального пользования;

• в учрежденческих АТС с выходом на ОАТС, сети сотовой связи и персонального вызова;

• в системе Telepoint;

• в системе передачи данных

Количество требуемых базовых станций зависит от требуемой площади покрытия и величины абонентского трафика, который должен быть обслужен.

Системные решения и состав служб в стандарте DECT близки к принятым в стандарте GSM и ориентированы на микросотовую топологию сетей. Так же как и в GSM, DECT использует интеллектуальные DAM-карты, содержащие информацию, аналогичную той, что записана на SIM-карте стандарта GSM.

Продвижение беспроводных систем на рынке в немалой степени определяется и тем, как они используют радиочастотный ресурс. Для работы DECT требуется полоса 20 МГц. Чтобы учесть такие параметры, как абонентский трафик, зона покрытия и использование спектра, обычно используется интегральная единица Эрланг/МГц/кв. км. Сравним емкости наиболее популярных систем подвижной связи: DECT- 500 Эрланг/МГц/кв.км.; GSM — 10; аналоговые сотовые — не более 2.

Операторы предоставляющие услуги связи особо заинтересованы в использовании DECT в беспроводных местных сетях связи. Речь идет об организации " последней мили" подключения абонентов к телекоммуникационным сетям общего пользования. Такое решение может быть применено как в городских условиях, так и поселках и деревнях. При этом для полноценного использования возможностей DECT желательно наличие мест с достаточно высокой плотностью абонентов.

В Западной Европе такие системы, отличающиеся быстротой внедрения, широко используются. Операторы сетей применяют такие решения для быстрого удовлетворения заявок на телефоны. Здесь DECT — идеальная система.

Специалисты считают, что в России широкое использование DECT начнется с появлением дуалмодовых трубок DECT-GSM, когда один и тот же радиотелефон используется как сотовый (платный), но дома и на работе функционирует как DECT (бесплатно).

Какое будущее у БПТ? Работы над перспективами развития мобильных средств связи ведутся в рамках проекта, разработанного Европейским сообществом по программе RACE, целью которого являются слияние в этом десятилетии БПТ и сотовых радиотелефонов, а также выработка единого стандарта UMTS, обеспечивающего работу единого радиотелефона в сетях как сотовой, так и беспроводной связи.

14. Принципы построения систем сотовой связи

Система сотовой связи является сложной и гибкой системой, позволяющей организовать не только телефонную связь, но и передачу других видов информации (факсимильные сообщения, передачу данных) и позволяющая оказывать множество услуг связи. Система сотовой связи представляет собой совокупность ячеек (сот), обеспечивающих радиосвязью обширные зоны. Пользователь этой системы может находиться как в фиксированном месте, так и может перемещаться пешком или на автомобиле. В минимальной конфигурации имеется всего одна сота, в которой устанавливается стационарный радиопередатчик - базовая станция (БС) (BTS-Base Transceiver Station или просто BS-Base Station). БС имеет свой контроллер (BSC-Base Station Controller). С помощью специальной антенны обеспечивается зона радиосвязи некоторого радиуса. В этой зоне располагаются абоненты системы. В зависимости от местности конфигурация этой зоны, конечно же, отличается от окружности. Радиус зоны радиосвязи зависит от мощности передатчика мобильной станции пользователя и принципиальных особенностей организации одновременной связи с ближними и дальними абонентами, о чем будет сказано в соответствующей лекции.

В случае необходимости покрытия больших территорий применяют многосотовые структуры. Схематично их удобно изображать в виде шестиугольников. Радиозоны соседних сот на границах соседствующих зон имеют взаимное перекрытие, что обеспечивает безобрывную связь при переходе пользователя из одной зоны в другую. Каждая сота имеет свою базовую станцию, а вся система имеет единый центр управления – центр коммутации мобильной связи (ЦК) (MSC-Mobile (services) Switching Center). Возможны системы с несколькими центрами коммутации, один из которых назначается ведущим (GMSC-Gateway Mobile Switching Center). На рис. 1 показан пример многосотовой структуры.

Рис. 1.1. Структура многосотовой системы.

Систему из сот, окружающих одну общую соту, называют кластером (Cluster). Разбиение большой системы на кластеры производится с целью повторного использования частот одного кластера в других кластерах. Используют кластеры из 3, 4, 7, 9 и 12 сот. Стандартным считается семисотовая система. Диапазон частот, отведенный системам подвижной связи, невелик и его распределяют внутри кластера. Для увеличения количества пользователей (емкости системы) каждой соте при частотном планировании выделяют лишь некоторую часть от всего выделенного диапазона частот. Таким образом, частоты одного кластера теперь могут повторяться в других кластерах. Возможное взаимное влияние сот, имеющих одинаковые частоты, уменьшают распределением одинаковых частот в наиболее удаленных друг от друга сотах. Например, одинаковые частоты могут быть в сотах с одинаковыми номерами согласно рис. 1.1.

В крупных городах с неодинаковой плотностью распределения абонентов разбиение системы на равновеликие кластеры неэффективно. Для увеличения емкости всей системы в 1 – 3 зонах с большой плотностью пользователей используют разбиение на более мелкие соты (с одновременным уменьшением мощности передатчиков базовых станций). Это позволяет большее число раз повторять частоты. В каждой соте своя базовая станция. В крупных городах БС может быть сотни. Контроллер BSC может обслуживать несколько десятков БС, а коммутатор мобильной связи MSC может быть один на всю систему. Лишь при больших зонах охвата (например, целый регион) и при большом количестве БС может оказаться целесообразным использовать несколько территориально разнесенных коммутаторов мобильной связи. Один из них назначается главным (ведущим) (GMSC). Подключение системы мобильной связи к сети ТФОП или к другим системам производится именно через центр коммутации мобильной связи MSC.

При перемещении пользователя из зоны действия одной базовой станции к другой (из одной соты в другую) центральный коммутатор организует передачу связи к другой базовой станции. Тем самым обеспечивается безобрывная связь. Исторически сложилось так, что эту процедуру для аналоговых сотовых систем называют Handoff, а для цифровых Handover.

Системы сотовой связи позволяют использовать одни и те же мобильные терминалы, зарегистрированные в одной какой-либо системе, использовать и в другой системе, расположенной, например, в другом городе или даже другой стране. Возможность пользоваться своим терминалом в разных городах (в принципе по всему миру) называется роуминг (Roaming). Роуминг возможен лишь в технически совместимых системах. Кроме того, между компаниями–операторами должна быть договоренность взаимного обслуживания клиентов.

15. Архитектура GSM системы

Архитектуру одной соты сети GSM упрощенно можно представить в виде, показанном на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Архитектура односотовой системы.

MS (Mobile Station) – мобильная станция (возимая, носимая или карманного типа); BTS (Base Transceiver Station) – трансивер базовой станции; BSC (Base Station Controller) – контроллер базовой станции; BSS (Base Station Subsystem) - подсистема (радиочастотная часть) базовой станции; MSC (Mobile services Switching Center) – коммутатор подвижной связи; HLR (Home Location Register) – «домашний» регистр; VLR (Visitor Location Register) – «гостевой» регистр; AuC (Authentification Center) - центр авторизации (аутентификации); EIR (Equipment Identity Register) – регистр идентификации оборудования; NSS (Network and Switching Subsystem) – подсистема сети и коммутации.

Архитектура из многих сот (ячеек) становится значительно сложнее. Пример такой системы приведен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Архитектура GSM системы.

3. Элементы сети сотовой связи. Подвижная станция

Начнем описание элементов сети подвижной связи с описания подвижной станции (ПС) (MS – Mobile Station). Этот маленький, изящный аппарат, приобретаемый пользователем, является настоящим шедевром техники! Он представляет собой приемопередатчик, способный выполнять множество функций. В его состав входят: блок управления, приемопередающий блок и антенный блок. Более подробно блок схема ПС приведена на рис. 1.3.

Рис.1.4. Блок-схема подвижной станции.

Назначение блоков понятно из приведенного рисунка. Несколько незнакомы, быть может, лишь блоки кодер (декодер) и эквалайзер. Кодер речи служит для преобразования цифрового сигнала с целью сокращения избыточности (декодер осуществляет обратное преобразование). Кодер канала добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи. С этой же целью в кодере канала информация подвергается определенной переупаковке (перемежению). Кроме того, в кодере канала в состав сигнала вводится информация управления, поступающая из логического блока. Декодер канала выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок. Принятая информация проверяется на наличие ошибок; выявленные ошибки исправляются. Для последующей обработки принятая информация подвергается обратной переупаковке для правильной расстановке во времени фрагментов переданной информации. Эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения. По существу он является адаптивным фильтром, настраиваемым по сигналам так называемой обучающей последовательности, специально посылаемым базовой станцией в составе передаваемой информации. Блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых моделях подвижных станций может отсутствовать. Более подробно об отдельных узлах ПС будет сказано в последующем.

16. Базовая станция

Блок-схема базовой станции приведена на рис.2.1. На базовых станциях обычно используют две приемные антенны для разнесенного приема. Передающей антенной может быть отдельная антенна или одна из приемных может использоваться и на прием и на передачу. Разнесенный прием в условиях многолучевого распространения сигнала обеспечивает на 3-4 дБ лучший уровень принимаемого сигнала по сравнению с приемом на одну антенну. В стойке радиоборудования базовой станции размещается сразу несколько передатчиков и столько же приемников (базовые приемопередающие станции – БППС). Их число N (например, 8 или 16) равно числу частотных каналов, выделенных данной базовой станции при частотном планировании. Каждая пара передатчик-приемник работают на своих (перестраиваемых) частотах передачи и приема с дуплексным разносом в 45 МГц.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраиваемые опорные генераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой. Сигнал с приемной (приемных) антенны с помощью делителя мощности делится на N приемников, а сигналы с N передатчиков поступают на передающую антенну через сумматор.

Рис.2.1. Блок-схема системы базовой станции.

В отличие от приемопередатчиков подвижной станции в трансивере БС нет ЦАП и АЦП, поскольку и принимаемый сигнал и передаваемый уже имеют цифровую форму. Кодеки (речи и канала), оставаясь элементами трансивера, могут располагаться не в радиоблоке, а в составе центра коммутации мобильной связи (ЦК; MSC).

Для связи БС с ЦК обычно используется радиорелейная или волоконно-оптическая линия (если они не располагаются территориально в одном месте). Для упаковки/распаковки информации в этой соединительной линии используется блок сопряжения.

Контроллер БС (компьютер) обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.

12 3 4 5 Следующая ⇒