1. Введение

Одним из наиболее динамично развивающихся видов связи является связь с подвижными объектами, значительно расширяющая рамки традиционной услуги телефонной связи. Применение радиосвязи на абонентском участке позволяет иметь доступ к каналу связи при перемещениях в пространстве. При этом сохраняется возможность соединения с подвижным абонентом по его неизменному номеру.

Радиотелефонная связь с подвижными объектами в районах с относительно высокой плотностью населения реализуется посредством наземных систем подвижной радиосвязи (СПРС). Однако в районах с низкой плотностью населения естественно применять системы персональной спутниковой связи (СПСС) - различные по построению спутниковые системы с космическими аппаратами на орбитах разного типа, работающие в различных диапазонах частот и предоставляющие пользователю различные услуги связи с помощью персонального терминала - как правило, вне зоны действия СПРС.

Основной тенденцией развития систем подвижной радиосвязи в целом является использование цифровых методов передачи. Наиболее привлекательные стороны цифровых методов передачи состоят в том, что они более эффективны в условиях сильных помех, обеспечивают рациональное использование радиочастотного ресурса и, кроме того, цифровая техника характеризуется высокими темпами улучшения характеристик, снижения стоимости и потребляемой мощности. Успехи технологии сверхвысокого порядка интеграции элементов сделали цифровую обработку сигналов связи и их цифровую передачу по радиоканалам более эффективной, нежели аналоговая обработка и аналоговые методы передачи. К наиболее эффективным методам цифровой обработки и передачи речевых сигналов относятся:

  • преобразование и кодирование (кодирование источника), позволяющие эффективно устранить избыточность в таких сигналах, благодаря чему в несколько раз уменьшить скорость передаваемого цифрового потока по сравнению с методами ИКМ;
  • помехоустойчивое кодирование канала - кодирование с исправлением ошибок, представляющее собой метод обработки сигналов, предназначенный для увеличения надежности их передачи по цифровым каналам за счет специально вводимой избыточности;
  • методы цифровой модуляции, которые позволяют повысить эффективность использования радиочастотного ресурса по сравнению с аналоговыми методами.

Использование цифровых методов передачи и временного разделения каналов (ВРК) в системах подвижной радиосвязи позволяет обеспечить: повышенную скорость передачи сообщений; одновременную передачу в стандартном формате речевых сообщений и данных; совместную передачу информационных сообщений и сигналов управления без взаимного мешающего влияния; стабильно высокий уровень разборчивости передаваемых речевых сообщений в условиях всего диапазона дальности связи; надежную и технически несложную защиту передаваемых сообщений; непрерывный контроль качества функционирования каналов связи.

Ведущее положение на рынке систем связи с подвижными объектами занимают:

  • профессиональные СПРС - транковая (транкинговая) связь;
  • системы сотовой подвижной радиосвязи - сотовая связь;
  • системы персонального радиовызова - пейджинговая связь;
  • системы беспроводных телефонов.

Профессиональные СПРС, как правило, имеют радиальную или радиально-зоновую структуру сети и, в отличие от сотовых систем, не обеспечивают непрерывности связи при пересечении абонентами границ зон радиопокрытия (передача обслуживания - handover) и не имеют автоматического роуминга - автоматической регистрации и поддержания связи при перемещении в другую зону обслуживания. Наиболее полно перечисленные выше достоинства цифровых технологий присущи перспективной транкинговой СПРС стандарта TETRA.

Основные усилия при разработке новых СПРС сосредоточены на обеспечении высоких показателей в части помехоустойчивости и пропускной способности системы передачи, эффективности использования выделенного спектра частот (частотной эффективности). В этом отношении наиболее перспективными признаны сотовые системы подвижной связи (ССПС) - системы связи с пространственно-разнесенным повторным использованием частот, когда выделенные частотные каналы многократно используются абонентами в ячейках, разнесенных друг от друга на необходимое защитное расстояние. Сеть ССПС состоит из множества приемо-передающих базовых станций (БС), которые обеспечивают все физические функции, требуемые для приема и передачи сообщений через радиоинтерфейс. Зона действия одной БС называется «сотой».

В настоящее время внедрены три стандарта цифровых ССПС второго поколения. Они разработаны и приняты в разных странах, отличаются своими характеристиками, но построены на единых принципах - используют макросотовую топологию сети с радиусом сот до 35 км, ВРК и отвечают требованиям современных информационных технологий. Это: общеевропейский стандарт GSM; американский стандарт ADC (D-AMPS) и японский стандарт JDC (PDC). Основные характеристики указанных стандартов приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1.

  Характеристики стандарта

GSM

D-AMPS

PDC

1

Метод доступа

ВРК

ВРК

ВРК

2

Разнос частот, кГц

200

30

25

3

Общая полоса частот, МГц

25

25

25

4

Эквивалентная полоса частот на речевой канал, кГц

25

10

8,3

5

Число речевых каналов связи

1000

2500

3000

6

Число каналов на соту

500

357

750

7

Скорость преобразования речи, кбит/с

13

8

11,2

8

Алгоритм преобразования речи

RPE-LTP

VSELP

VSELP

9

Общая скорость передачи, кбит/с

270

48

42

10

Вид модуляции

0,3 GMSK

DQPSK

DQPSK

11

Радиус соты, км

0,5...35

0,5...20

0,5...20

12

Частотный диапазон, МГц

900

800

800...1500

В настоящее время в мире доминирует общеевропейский стандарт GSM. В рамках этого стандарта абонент может воспользоваться более чем 60 услугами, среди которых наиболее востребованы: глобальный роуминг, определитель номера, короткие текстовые сообщения (SMS), система голосовых сообщений, улучшенное полноскоростное кодирование речи и ряд других. Одним из последних достижений техники подвижной радиосвязи является технология пакетной передачи данных по радиоканалу GPRS. Основные преимущества этой технологии: весьма высокая скорость передачи данных (до 171,2 кбит/с), аппарат постоянно подключен к сети Интернет, а оплата осуществляется не за время работы в глобальной сети, а за объем переданных данных.

Дальнейшее развитие систем сотовой подвижной связи осуществляется в рамках проекта ССПС третьего поколения (IMT-2000) под эгидой Международного союза электросвязи (МСЭ). В настоящее время определились три основных направления развития систем третьего поколения: эволюция систем на базе технологии ВРК (GSM, IS-136) и технологии IS-95 (проект cdma2000), а также проекты новых стандартов на основе технологии широкополосной W-CDMA. Универсальная система подвижной связи 3-го поколения будет обладать качественно новыми возможностями. В результате для многих пользователей мобильный абонентский терминал (АТ) или портативное абонентское устройство станет единственным универсальным устройством доступа к услугам связи.

Современный рынок услуг подвижной связи характеризуется высокими темпами развития систем персонального радиовызова (СПРВ), обеспечивающих передачу сообщений ограниченного объема в пределах обслуживаемой зоны. Эти системы гармонично сопрягаются с системами радиосвязи и передачи данных, как по ценовым показателям, так и по разнообразию требуемых пользователю услуг мобильной связи.

Требования к функциональному развитию сетей СПРВ, увеличению скорости передачи сообщений, а также интеграции национальных сетей СПРВ в транснациональные привели к созданию в 1992 г. общеевропейского стандарта ERMES. Фирма Motorola разработала свой протокол передачи сигналов СПРВ, получивший наименование FLEX, основными достоинствами которого являются повышенная скорость передачи сообщений (до 6400 бит/с), большая емкость системы и обеспечение экономичного режима работы пейджера.

Системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony) общего пользования, обеспечивающим своим абонентам выход на телефонную сеть общего пользования (ТфОП), составляют значительную конкуренцию сотовым системам связи. Внедрение систем беспроводных телефонов рассматривается в рамках реализации концепции персональной связи, предусматривающей предоставление услуг "всегда и в любом месте" при использовании легких малогабаритных АТ в рамках микро- и пикосотовых сетей связи. Европейская система стандарта DECT предназначена для передачи речевых сообщений и данных; технические решения и службы в этом стандарте близки принятым в стандарте GSM.

Размышления по поводу будущих систем связи привели к появлению концепции универсальной персональной связи (UPT). Согласно этой концепции несколько коммуникационных сетей - фиксированные сети, системы наземной подвижной связи и спутниковые сети подвижной связи - будут взаимодействовать друг с другом, образуя интегрированную систему, поддерживающую широкий спектр персональных услуг. Каждый пользователь определяется уникальным абонентским номером, не зависящим от сети, в которой находится в текущий момент.

Системы персональной спутниковой связи (СПСС) играют важную роль в концепции UPT. Эти системы нацелены на обеспечение доступа к телекоммуникационной сети из любой точки Земли, особенно из районов, не охваченных другими системами связи, такими, как сеть ТфОП или системы наземной подвижной связи. По сравнению с наземными системами подвижной радиосвязи системы СПСС в своем развитии задержались. Это объясняется тем, что энергетический баланс линий спутниковой связи до последнего времени не позволял уменьшить АТ до размеров телефонной трубки. Однако применение спутников на низких орбитах создает энергетические преимущества перед геостационарными спутниками и дает возможность организовать сети СПСС с персональными телефонами с ненаправленными антеннами. На вес и размеры АТ не всегда накладываются жесткие ограничения, свойственные сотовому телефону. Поэтому под СПСС понимаются различные по построению спутниковые системы с космическими аппаратами (КА) на геостационарной круговой (GEO) - высотой около 36 тыс. км, средневысотных круговых (MEO) - высотой порядка 10 тыс. км, низких круговых (LEO) - высотой 700...1500 км и вытянутых высокоэллиптических орбитах (HEO), работающие в различных диапазонах частот и предоставляющие пользователю различные услуги связи с помощью персонального терминала (портативного, мобильного, стационарного) - как правило, вне зоны действия наземных сотовых систем.

В основу классификации таких систем положены два основных признака: информационная скорость в абонентской линии и тип орбиты КА. Наибольшее распространение нашли низкоскоростные СПСС (информационная скорость передачи от 1,2 кбит/с до 9,6 кбит/с) и высокоскоростные СПСС (64 кбит/с и выше).

Низкоскоростные СПСС предназначены как для передачи данных, так и для организации персональной радиотелефонной и пейджинговой связи в глобальном масштабе. Наиболее известными системами данного класса являются системы Iridium и Globalstar. Отличительными особенностями таких систем радиотелефонной связи являются: совместимость с наземными сетями сотовой телефонной связи; передача данных со скоростью от 1,2 до 9,6 кбит/с, в том числе передача коротких однопакетных сообщений типа пейджинговых; определение координат подвижного объекта (с помощью приемника глобальной навигационной системы - GPS); возможность обеспечения связи в любое время суток в режиме реального времени; обеспечение глобального покрытия земной поверхности без мертвых зон в наиболее обжитых районах мира.

К высокоскоростным СПСС относятся глобальные системы широкополосной связи, использующие все типы орбит и предназначенные для передачи высококачественной речи, высокоскоростных потоков данных, мультимедиа, организации конференц-связи, доступа в Интернет, интерактивной связи.

Устройства преобразования и обработки информации в системах подвижной радиосвязи


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.