Установления связи с помощью индивидуального идентификационного кода.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Первые системы БПТ появились в 70-х годах в Европе, Азии и Северной Америке. Они работали в диапазоне частот 27-50 МГц. Передача аналоговых речевых сообщений осуществлялась с помощью частотной модуляции, количество рабочих каналов не превышало 10. Дальность связи по направлению " Носимая Микротелефонная Трубка - Стационарный Блок" (НМТ-СБ) составляла 200-300 м.

В 1983 году Европейская организация администраций и почт разработала первый европейский стандарт (СТ-1) для аналоговых систем БПТ в полосе частот 900 МГц с 40 дуплексными каналами и частотным разделением каналов (FDMA) через 25 кГц. При этом связь осуществлялась только через индивидуальный стационарный блок с использованием идентификационного кода. Общее число идентификационных кодов составило более миллиона.

В дежурном режиме каждый блок БПТ постоянно сканирует частотные каналы в поиске сигнала, содержащего его код идентификации (не хочет ли кто с ним связаться).

Когда возникает собственная потребность в установлении связи, блок БПТ находит свободный канал, определяя уровень напряженности поля в сканируемых каналах. На выбранном канале инициирующий блок начинает передавать код идентификации абонента. При обнаружении своего кода блок абонента прекращает дежурное сканирование и передает по обратному дуплексному каналу ответный код. После того как инициирующий блок обнаруживает код идентификации, согласующийся с ответным кодом, передача опознавательных сигналов прекращается и происходит занятие абонентской линии.

Новый стандарт СТ-2 разработан в Англии в 1987г. Он был цифровым, обеспечивал конфиденциальность переговоров и лучшее качество приема речевых сообщений.

Этот стандарт использует дуплексный режим с временным разделением в канале НМТ-СБ и многократный доступ с частотным разделением (TDD/FDMA), рис.1. На одном временном интервале осуществляется передача пакета сообщения от НМТ абонента, а на следующем интервале — прием пакета сообщения для НМТ абонента от стационарного блока. Обмен пакетами осуществляется на одной частоте. Полоса 864-868 МГц поделена на 40 каналов по 100 кГц. Выбор ширины канала определен исходя из требуемой скорости передачи данных – 64 килобит/сек.

Стандарт СТ-2 использован при создании системы БПТ Telepoint, предназначенной для одночастотной связи подвижных абонентов через радио-порты, установленные в городе, с абонентами ОАТС. Связь осуществляется в зоне базовой станции с дальностью до 200 м.

Особенность этой системы в том, что она обеспечивает подвижных абонентов выходом в городскую телефонную сеть, но не позволяет им связаться между собой. Сети Telepoint развиваются в Европе и Канаде.

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.

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

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.

В стандарте GSM используется понятие системы базовых станций (СБС) (BSS – Base Station System), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько (например, до шестнадцати) базовых приемопередающих станций. В частности, три базовые приемопередающие станции, расположенные в одном месте и замыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать с помощью секторных антенн каждая свой 120-градусный азимутальный сектор в пределах ячейки. Или шесть станций с одним КБС обслуживают шесть 60-градусных секторов.

17. Центр коммутации

Центр коммутации – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. ЦК осуществляет постоянное слежение за ПС, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении ПС из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей.

На ЦК замыкаются потоки информации всех БС и через него осуществляется выход на другие сети связи – сети ТФОП, сети междугородней связи, спутниковой связи, другие сотовые системы. В состав ЦК входит несколько процессоров (контроллеров).

Блок-схема центра коммутации представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Блок-схема центра коммутации

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие контроллеры, осуществляющие промежуточную обработку (упаковку/распаковку, буферное хранение) потоков информации. Управление работой ЦК и системы в целом производится от центрального контроллера. Работа ЦК предполагает участие операторов, поэтому в состав центра входят соответствующие терминалы, средства отображения и регистрации информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы. В необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы оперативные команды.

Важными элементами системы являются домашний и гостевой регистры, центр аутентификации и регистр аппаратуры, о которых еще будет сказано в дальнейшем.

18. Интерфейсы в сетях GSM

В системах стандарта GSM имеются интерфейсы трех видов: для соединения с внешними сетями; между различным оборудованием сетей GSM; между сетью GSM и внешним оборудованием. Они соответствуют рекомендациям ETSI/GSM 03.02. Названия интерфейсов и место их использования в сети было показано на рис. 1.2.

Интерфейсы с внешними сетями

u Интерфейс к ТФОП: соединение с телефонной сетью осуществляется через MSC (или GMSC при нескольких коммутаторах мобильной связи) по линии связи 2 Мбит/с в соответствии с сигнализацией ОКС 7 (SS 7). Электрические характеристики 2 Мбит/с интерфейса соответствуют рекомендациям МККТТ G.732.

u Интерфейс с сетью ISDN: предусматривает четыре линии связи по 2 Мбит/с с сигнализацией SS 7, в соответствии с рекомендациями МККТТ серии Q.700.

u Интерфейс с сетью стандарта NMT-450: Центральный коммутатор GMSC может соединяться сетью NMT-450 через четыре стандартные линии связи 2 Мбит/с с сигнализацией SS 7.

u Интерфейс с международными сетями стандарта GSM: эти соединения осуществляются на основе протоколов систем сигнализации (SCCP) и межсетевой коммутации подвижной связи (GMSC).

Внутренние интерфейсы

u Интерфейс между MSC и BSC: (А-интерфейс) обеспечивает передачу сообщений для управления передачи вызова BSC, управления передвижением. А-интерфейс объединяет каналы связи и линии сигнализации. Полная спецификация изложена в требованиях серии 08 рекомендаций ETSI/GSM.

u Интерфейс между MSC и HLR: (С-интерфейс).

u Интерфейс между MSC и VLR: (В-интерфейс).

u Интерфейс между HLR и VLR: (D-интерфейс) используется для расширения обмена данными о положении мобильного абонента и управления процессом связи.

u Интерфейс между коммутаторами мобильной связи MSC: (Е-интерфейс) обеспечивает взаимодействие между разными MSC при осуществлении процедуры handover-передачи абонента из зоны в зону в процессе сеанса связи.

u Интерфейс между BSC и BTS: (A-bis-интерфейс) служит для установления соединений и управления оборудованием. Передача осуществляется цифровыми потоками 2 Мбит/с (возможно использование физического интерфейса 64 Кбит/с).

u Интерфейс между BSC и OMC: (O-интерфейс) используется в сетях Х25.

u Внутренний BSC-интерфейс обеспечивает связь между различным оборудованием BSC и оборудованием транскодирования (TCE).

u Интерфейс между BTS и MS: (Um-интерфейс) (Air-интерфейс) обеспечивает связь между базовой станцией и оборудованием мобильного абонента (воздушный интерфейс). Этот интерфейс определен в сериях 04 и 05 рекомендаций ETSI/GSM.

u Сетевой интерфейс между центром управления OMC и сетью (управляющий интерфейс). Он определен рекомендациями 12.01 ETSI/GSM и является аналогом интерфейса Q.3. Соединение сети с OMC может обеспечиваться системой SS 7 или протоколом Х.25.

7. Уровневая модель построения сети GSM

При разработке современных систем связи пользуются разделением системы связи по функциональным слоям (Layer) в соответствии с моделью ISO / OSI. Различают 7 уровней.

От низшего 1-го уровня к высшему 7-му. Низший уровень (1 Layer) – это физический уровень – уровень среды передачи; высший уровень (7 Layer) – слой пользователей. В такой модели обмен информацией происходит как внутри слоя, так и между слоями. Внутри слоя (может быть это просто уровень передачи сигналов между блоками устройства) протоколы обмена могут быть разработаны каждым производителем и могут модернизироваться или меняться. Однако, между слоями (стыками) протоколы обмена стандартизованы и унифицированы для всех производителей, что обеспечивает совместимость функционального оборудования от различных производителей.

Layer 7	APPLICATION (приложений)	Application protocols, user-oriented provision of communication media (Протоколы приложений, обеспечивающие связь пользователя с системой)
Layer 6	PRESENTATION (представлений)	Application specific format transfer (Преобразование информации в специальный вид)
Layer 5	SESSION (подключений)	Connection of application processes, billing (Приложения процессов подключения, биллинг)
Layer 4	TRANSPORT (транспотртный)	Flow control for point-to-point connections (Управление соединениями (типа точка-точка))
Layer 3	NETWORK (сетевой)	Connection and switching of communication links (Соединение и коммутация линий)
Layer 2	DATA LINK (передача данных)	Control of signaling links, block transfer of signaling data (Управление каналами сигнализации)
Layer 1	PHYSICAL (физический)	Physical transmission, coding, error correction, modulation, etc. (Физическая среда передачи, кодирование, коррекция ошибок, модуляция и т.п.)

В системах сотовой связи принято различать 3 уровня: физический (Layer 1), слой управления сигнализацией (Layer 2) и сетевой (Layer 3). Их свойства и параметры будем рассматривать по мере накопления материала.

Вначале рассмотрим физический слой 1. А еще ранее рассмотрим некоторые проблемы, относящиеся к организации связи по радиоэфиру.

8. Методы множественного доступа

В физической среде передачи множественный доступ одновременно для многих пользователей можно по разному. С некоторыми технологиями множественного доступа мы уже знакомы.

метод частотного разделения каналов (FDMA);

метод временного разделения каналов (TDMA);

метод кодового разделения каналов (CDMA).

Кроме того, в радиосвязи используют и другие методы, например, метод разнесенного приема, разделения поляризации, симплексные методы и т.д.

В системах стандарта GSM применяют частотное разделение каналов (124 частоных канала в отведенном диапазоне частот шириной 25 МГц). Каждый частотный канал подвергается временному уплотнению в 8 раз методами TDMA.

Сами по себе технологии FDMA и TDMA мы уже проходили в курсе «Многоканальные системы передачи». О технологии CDMA расскажем в последующих лекциях.

Для понимания проблем организации множественного доступа для систем подвижной связи вначале рассмотрим особенности использования радиоэфира в качестве среды передачи.

9. Свойства радиоканала

Передача сообщений по радиоэфиру имеет некоторые отличия от передачи сигналов по проводам. Отличием является уже то, что по проводам передача ведется электрическим сигналом, а по радиоэфиру – с помощью электромагнитных волн. Существенно также, что для организации подвижной связи, в отличие от стационарной, необходимо учитывать изменение расстояния от мобильного абонента до базовой станции в процессе сеанса связи. Это усложняет проблему синхронизации при одновременной связи многих пользователей.

В организации радиосвязи участвуют следующие основные элементы:

модулятор;

среда передачи;

источники шумов;

- явления замирания;

демодулятор.

Для аналоговых систем связи при ухудшении условий приема, например, за счет удаленности, воздействия шумов и замираний возможна частичная потеря информации. Однако, даже при потере части слова или даже фразы часто смысл переданной информации остается вполне понятным. Обычно отношения сигнал/шум в 40 дБ вполне достаточная величина для нормальной связи. При ухудшении этого отношения до 10 дБ связь становится неудовлетворительной.

Для цифровых систем, особенно передачи данных, в частности нарушение синхронизации, потеря даже одного бита может оказаться недопустимой потерей и это может привести к полному нарушению переданной информации. А именно в цифровой связи на сверхвысоких частотах возможны замирания за счет разности времени прихода прямой и отраженных волн. За счет их взаимной интерференции возникают замирания глубиной до 20 дБ сотни раз в секунду. И это типичное явление для систем сотовой связи. При этом BER может ухудшаться в миллион раз.

Разумеется, при проектировании цифровых сотовых систем стараются учитывать многие неблагоприятные факторы. Однако, все расчеты носят достаточно приближенный характер, т.к. они основываются на статистических результатах измерений обобщаемых для разных условий местности. Результаты расчетов приходится перепроверять на полевых испытаниях. И все равно все ситуации предусмотреть, а тем более удачно их обойти, невозможно. Поэтому все проектируемые системы строятся с некоторым запасом на возможное ухудшение условий связи, но все трудности обойти невозможно.

Познакомимся с некоторыми свойствами радиоканала. С некоторым юмором можно сказать, что в диапазоне 900 МГц радиоканал является линейным, что уже хорошо. Все остальные свойства плохие или очень плохие. В диапазоне ВЧ и особенно СВЧ затухание электромагнитных волн увеличивается с ростом частоты. Кроме того, имеется множество «окон» на некоторых частотах, на которых прохождение радиоволн намного лучше или хуже, чем на других частотах. Вдобавок, сильно сказываются атмосферные осадки и всякого рода радиопомехи. В диапазоне работы сотовых систем радиоволны сильно поглощаются листвой деревьев. При этом меняются амплитуда, частота и фаза колебаний несущей частоты. Особенно важно учитывать влияние эффекта Доплере для движущихся пользователей и явления быстрых замираний – так называемые Релеевские замирания (фединги-Fading). Релеевские замирания возникают за счет разности хода лучей при переотражениях от зданий, деревьев, гор и т.п. Да еще при этом объект связи движется! Фединги наблюдаются при изменениях разности хода лучей на величину порядка полуволны. Значит, на частотах порядка 1ГГц эти замирания будут возникать при перемещении ПС на каждые 15 – 20 см! На практике так и оказалось. Достаточно сказать, что фединги возникают сотни раз в секунду с глубиной «провалов уровня принимаемого сигнала порядка 20 дБ (и могут быть до 40 дБ). Для цифровых систем связи наиболее характерным является необходимость почти непрерывно поддерживать взаимную синхронизацию субъектов связи. А пребывание ПС в зоне плохого приема или отсутствия приема в течении хотя бы нескольких секунд приводит к потере связи.

Для организации связи с подвижными объектами приходится учитывать даже фактор конечной скорости распространения радиоволн. В GSM технологии в принципе на одном и том же частотном интервале 200 кГц могут обслуживаться до 8-ми пользователей. Каждому пользователю жестко закрепляется свой номер временного слота в кадрах передачи. А это означает их жесткую взаимосвязь во времени. Чтобы не нарушать расположение слот в кадре необходимо учитывать, что за время кадра временной слот любого пользователя был бы принят ПС хоть на ближнем, хоть на дальнем расстоянии. Т.е. все подвижные абоненты должны «успевать» получить свой сигнал на любом удалении от БС. Для совместной работы всех пользователей в стандарте GSM принято в TDMA кадре передавать сигнал синхронизации длительностью 232, 47 мкс (63 бита по 3, 69 мкс). За время длительности этого таймирующего интервала радиоволны со скоростью света проходят расстояние

L = v * t = 3*105 * 232, 47*10-6 @ 70 км

Но за это время сигнал должен пройти двойной путь от БС до самого дальней ПС, т.к. ПС должна успеть подтвердить наличие синхронизации. Эти обстоятельства и определили предельную удаленность ПС от БС в 35 км (дальность связи; радиус зоны покрытия одной БС) для систем стандарта GSM. (для других стандартов интервал таймирования и радиус зоны покрытия могут быть иными). Исходя из этих свойств и проектируется радиоинтерфейс стандарта GSM (Air-interface; Um- interface).

18. Эфирный интерфейс системы GSM
^ Временная структура эфирного интерфейса системы GSM еще сложнее
Передача информации организуется кадрами, которые имеют
длительность 4, 615 мс. Каждый кадр состоит из восьми слотов по 577 мкс, и
каждый слот соответствует своему каналу речи, т.е. в каждом кадре
передается информация восьми речевых каналов. При полноскоростном
кодировании все последовательные кадры содержат информацию одних и тех же
восьми речевых каналов. При полускоростном кодировании, пока также не
реализованном, четные и нечетные кадры содержат информацию разных речевых
каналов, т.е. информация одного и того же речевого канала передается
через кадр, так что в общей сложности передается информация шестнадцати
речевых каналов. Возвращаясь к используемой в настоящее время схеме
полноскоростного кодирования, заметим, что информационный кадр может быть
одного из двух видов - кадр канала трафика или кадр канала управления
(рис.2.11). В обоих случаях он имеет одну и ту же длительность и состоит
из 8 слотов, но слоты имеют различную структуру и разное информационное
содержание.
На рис.2.11 представлена структура кадра канала трафика при передаче речи. Длительность слота соответствует 156, 25 битам, т.е. длительность
одного бита составляет 3, 69 мкс.

Первые 148 бит слота составляют информационный пакет, или информационную
пачку (английский термин burst - вспышка)', оставшиеся 8, 25 бит -
защитный интервал. Из 148 бит пачки на передачу информации речи отводится
116 бит (из них 114 бит - на передачу собственно речи и 2 бита - на
скрытые флажки, определяющие тип передаваемой информации), 26 бит
занимает обучающая последовательность, и оставшиеся 6 бит образуют два 3-
битовых защитных бланка по краям пачки.
Структура слота для каналов управления приведена на рис.2.12. При
полноскоростном кодировании каждый слот кадра соответствует своему каналу
речи. При полускоростном кодировании слоты, соответствующие одному и тому
же каналу речи, передаются через кадр.

Из верхней части рис. 2.11 следует, что информационные кадры объединяются
в мультикадры. 26 кадров канала трафика образуют мультикадр канала
трафика длительностью 120 мс. При этом в 24 кадрах передается информация
речи - это кадры 1...12 и 14...25, в кадре 13 передается информация
медленного присоединенного канала управления (канала SACCH), а кадр 26
остается пустым (он зарезервирован для передачи второго сегмента
информации канала SACCH при полускоростном кодировании). Мультикадр
канала управления имеет длительность 235 мс и состоит из 51 кадра канала
управления.
Мультикадры, в свою очередь, объединяются в суперкадры, один суперкадр
состоит из 51 мультикадра канала трафика или 26 кадров канала управления.
Длительность мультикадра в обоих случаях составляет 6, 12 с, или 1326
кадров. Наконец, 2048 суперкадров образуют один гиперкадр
(криптографический гиперкадр), имеющий длительность 3 ч 28 мин 53, 760 с,
или 2715648 кадров. Номер кадра в пределах гиперкадра используется в
процессе шифрования передаваемой информации.

19. Частотные, физические и логические каналы

Прежде чем приступить к описанию организации непосредственно процедур и
режимов работы системы сотовой связи, нам придется уделить некоторое
внимание организации информационного обмена по эфирному интерфейсу, с
которым мы познакомились в разделе 2.2.5. Дело в том, что кроме
собственно информации речи по каналу связи должна передаваться так
называемая сигнальная информация, или информация сигнализации (английский
термин signaling), включающая информацию управления и информацию контроля
состояния апаратуры; для ее обозначения будем употреблять также
наименование управляющая информация или просто управление. Поэтому в
настоящем разделе рассмотрим, как организуется использование каналов
связи, и начнем с определения часто употребляемых при этом понятий
частотных, физических и логических каналов.
Частотный канал - это полоса частот, отводимая для передачи информации
одного канала связи. Правда, как мы фактически уже отмечали ранее, при
использовании метода TDMA в одном частотном канале передается информация
нескольких каналов связи, т.е. в одном частотном канале размещается
несколько физических каналов, но это не противоречит приведенному
определению частотного канала, а подробнее мы рассмотрим это ниже - при
определении понятия физического канала. Поясним понятие частотного канала.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒