1. Классификация телекоммуникационных систем

2. Телевидение коллективного пользования

3. Системы персонального радиовызова

4. Сети транкинговой связи

5. Спутниковые системы связи

6. Системы сотовой связи

7. Эволюция систем сотовой связи

8. Аналоговые системы сотовой связи

9. Сотовая система подвижной связи стандарта AMPS

10. Система сотовой связи стандарта GSM

11. Система сотовой подвижной связи стандарта D-AMPS

12. Цифровые системы сотовой связи с кодовым разделением каналов

13. Микросотовые системы мобильной связи

14. Проектирование сотовых систем связи

15. Системы широкополосного беспроводного доступа

16. Технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS и MVDS

17. Биллинговые системы

1. Классификация телекоммуникационных систем

Под телекоммуникационными системами (ТС) принято понимать структуры и средства, предназначенные для передачи больших объёмов информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслуживание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры передачи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.

Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.

Типы телекоммуникационных систем

По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:

  • системы телевещания;
  • системы связи (в т.ч. персонального вызова);
  • компьютерные сети.

По типу используемой среды передачи информации:

  • кабельные (традиционные медные);
  • оптоволоконные;
  • эфирные;
  • спутниковые.

По способу передачи информации:

  • аналоговые;
  • цифровые.

Системы связи подразделяются по мобильности на:

  • стационарные (традиционные абонентские линии);
  • подвижные.

Подвижные системы связи подразделяются по принципу охвата зоны обслуживания:

  • на микросотовые - DECT;
  • сотовые - NMT-450, D-AMPS, GSM, CDMA;
  • транкинговые (макросотовые, зоновые) – TETRA, SmarTrunk;
  • спутниковые.

Системы телевещания

Системы телевещания (ТВ) по способу доставки сигнала и зоне охвата подразделяются на:

  • сети телевизионного приёма;
  • «кабельные» (систем коллективного телевизионного приёма (СКТП));
  • технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS , MVDS и LMDS;
  • спутниковые.

Сети телевизионного приёма, исторически - самые первые ТС, доставляют сигнал к потребителю посредством ретрансляторов (релейных линий связи), охватывающих территорию России (густонаселенные регионы). Расстояние между ретрансляторами составляет порядка 40-80 км.

На современном этапе развитие техники коллективного телевизионного приёма связано с созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из которых может обслуживать до нескольких десятков тысяч абонентов. Использование таких систем позволяет решать вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой информации, каналы спутникового вещания.

Системы коллективного телевизионного приёма в зависимости от объёма охватываемых абонентов разделяют следующим образом:

  • системы коллективного телевизионного приёма;
  • крупные системы коллективного телевизионного приёма;
  • системы кабельного телевидения.

При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также технико-экономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным приёмом в стандартных каналах ТВ и радиовещания других видов программ (спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок, иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими дополнительными капитальными затратами.

Системы спутникового телевидения получили новое развитие в направлении создания недорогих установок индивидуального приема программ спутникового телевидения. Трансляция программ телевидения через системы спутникового телевизионного вещания (СТВ) оказалась экономически выгодной для небольших территории. По ряду энергетических параметров подходящим диапазоном частот является диапазон в области 12 ГГц: на этих частотах сравнительно невелики потери в осадках (в Европе изменение затухания из-за осадков не превышает 3,3 дБ в течение 99,9% времени, приемлемы размеры антенн (диаметром 2 м) с узкой диаграммой направленности, разработана сравнительно дешевая элементная база.

Для прямой трансляции телевизионных программ используют геостационарные спутники. Спутники для передачи телевизионных программ делятся на:

  • спутники дальней связи для телефонной связи, передачи информации и передачи телевизионных программ;
  • спутники перераспределения телевизионных программ, например, на кабельные сети;
  • спутники для передачи программ телевидения и радиовещания непосредственно на индивидуальные приемники, ТВ-спутники: в английском обозначении DBS (спутник прямого вещания), в немецком обозначении SDE (спутник прямого приема);

Системы подвижной связи

Сотовые системы подвижной связи (СПС), сети персонального радиовызова (СПР) и системы спутниковой связи предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию и пр. Увеличение объема информации требует сокращения времени на ее передачу и получение, в следствие чего наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов).

Основное преимущество СПС: подвижная связь позволяет абоненту получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей; благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы (AT). СПС представляют потребителям возможность выхода в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), передачу компьютерных данных.

К сетям подвижной связи относятся: сети сотовой подвижной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи.

Сети сотовой подвижной связи

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему экономичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах, но в разных зонах (сотах) и увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты).

Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации (условной или безусловной) вызова и пр.

Современные технологии позволяют обеспечить абонентам ССС высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюрность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа.

Сети транкинговой связи

Сети транкинговой связи в некоторой степени близки к сотовым: это также сети наземной радиотелефонной подвижной связи, обеспечивающие мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют абонентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально ориентированы на ведомственную (корпоративную) мобильную связь. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, например, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значительно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями к СТС являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров.

Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как правило, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторонней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному каналу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС по сравнению с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способностью) при тех же показателях качества обслуживания.

Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это одна ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом (узком) наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходимости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически, радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчика, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса абонентского оборудования.

Даже если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делается в первую очередь с целью расширения зоны действия, а не ради повышения емкости; при этом размеры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупностью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, которая (если она вообще реализуется) приводит к кратковременному прерыванию связи.

Для повышения пропускной способности обычно накладываются ограничения на длительность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе приоритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие, в среднем, по сравнению с сотовой связью, требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речевой информации в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в частности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.

Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи является переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.

Сети персонального радиовызова

Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).

В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой станции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, выполняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства, и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону действия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях СПР может иметь несколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону.

В СПР могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквенно-цифровые, речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений в ранних моделях пейджеров. Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по которому следует позвонить. Наиболее распространена передача текстового сообщения длиной до 100-200 символов. Сообщение отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до восьми строк, до 12-20 символов в строке, длинные сообщения отображаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила. Вызов абонента, т.е. адресация сообщения, может осуществляться одним из трех способов: индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов (ГВ)). В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором - нескольким абонентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем - вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, также вводятся в систему одним из трех способов: голосом через телефонную сеть и оператора пейджинговой связи; через телефонную сеть с тональным набором - сообщение набирается на клавиатуре телефонного аппарата и проходит сразу на пейджинговый терминал, минуя оператора; с компьютера (через телефонную сеть) с набором сообщения на компьютере и выходом непосредственно на ПТ.

К недостаткам пейджинговой связи следует отнести передачу сообщения вне реального времени: сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с аналогичными сообщениями других отправителей; практически задержка от момента получения сообщения до его передачи в эфир невелика - обычно она не превышает нескольких минут. Следует иметь так же в виду, что в случае передачи сообщения на пейджер, находящийся на момент передачи в «теневой» зоне, сообщение будет потеряно (не получено абонентом).

Асинхронность (очерёдность) передачи сообщений в сочетании с краткостью последних, передаваемых, как правило, только в одну сторону, обеспечивается весьма эффективное использование канала связи, по меньшей мере, на два порядка более эффективное (по числу обслуживаемых абонентов), чем в сотовой связи, даже с учетом повторного использования частот в последней. В результате пейджинг оказывается технически проще и экономичнее сотовой связи, т.е., в конечном итоге, значительно дешевле для абонента.

Кроме сообщений, предназначенных конкретным абонентам или группам абонентов, в пейджинговых системах обычно организуется своеобразный общий информационный канал, содержащий оперативную информацию о биржевых новостях, погоде, обстановке на дорогах и т.п. В пейджерах, как правило, предусматривается ряд дополнительных услуг: часы, календарь, возможность регулировки типа и громкости звукового сигнала, сохранение в памяти полученных ранее сообщений с возможностью их повторного чтения и др.

Сети персонального радиовызова предоставляют услуги удобного и относительно дешевого вида мобильной связи, но с существенными ограничениями: связь односторонняя, не в реальном времени и только в виде коротких сообщений. СПР получили в мире довольно широкое распространение - в целом, того же порядка, что и сети сотовой связи, хотя их распространенность в разных странах существенно различается.

Сети мобильной спутниковой связи

Наряду со ставшими уже общедоступными СПС (персонального радиовызова и сотовыми), все более активно развиваются сети спутниковой связи. Актуальными являются следующие области применения мобильной спутниковой связи:

  • расширение сотовых сетей;
  • использование спутниковой связи в районах, где развертывание СПС нецелесообразно, например, из-за низкой плотности населения;
  • использование спутниковой связи в дополнение к существующей сотовой, например, для обеспечения роуминга при несовместимости стандартов, или в каких-либо чрезвычайных ситуациях;
  • стационарная беспроводная связь в районах с малой плотностью населения при отсутствии СПС и проводной связи;
  • при передаче информации в глобальном масштабе (акваториях Мирового океана, местах разрывов наземной инфраструктуры и т.д.).

В частности, при удалении абонента за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке абонента к конкретной местности. Во многих регионах мира спрос на услуги подвижной связи может быть эффективно удовлетворен только с помощью спутниковых систем.

Спутниковая связь достаточно органично сочетается с сотовой. Практически во всех СПСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью; в частности, кроме AT, предназначенных для спутниковых систем, предполагается создание двухрежимных терминалов, предназначенных для работы в спутниковой системе и в каком-либо из сотовых стандартов.

Для абонента пользование спутниковым терминалом не требует специальных знаний. Набор номера производится пользователем с помощью клавиатуры, как и при пользовании обычным телефоном. Система автоматически выделяет свободный канал и закрепляет его за собеседниками на время разговора. Как правило, используется уплотнение (временное, частное или кодовое), хорошо зарекомендовавшее себя в многоканальной связи.

Безусловно, оборудование (не только абонентское) сетей спутниковой связи является более дорогим, чем у ССС, соответственно, и значительно выше абонентская плата. Некоторое неудобство представляет и задержка речевого сигнала в силу удаленности базовой (спутниковой) станции (порядка 36 000 км), составляющая доли секунды.

Различные СПСС обладают своими особенностями, обусловленными, главным образом, характеристиками их орбитальных группировок, но в сфере пользовательских характеристик и предоставляемых услуг они имеют много общего (как между собой, так и с наземными сотовыми системами). Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в AT устройств преобразования скорости передачи сигналов. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные AT позволяют подключать компьютер и поддерживают разнообразный набор услуг, таких, как передача факсимильных сообщений, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение местоположения абонента.

Волоконно-оптические сети

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей, помимо вопросов волоконной оптики, охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.

Преимущества ВОЛС

Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 ГГц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним волокном диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.

Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть, только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительность срока эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.

Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические сети имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков, вероятнее всего, будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

Недостатки ВОЛС

Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические, и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически - да. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно ни было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например, нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.

Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.

2. Телевидение коллективного пользования

Принципы построения систем телевещания

На первом этапе развитие систем коллективного телевизионного приёма (СКТП) происходило, в основном, в направлении совершенствования используемого оборудования и практически не затрагивало схем построения сетей телевизионного приёма; системы строились по принципу - одна антенна на один подъезд. По мере расширения территорий, т.е. увеличения числа жилых и общественных зданий, обслуживаемых СКТП, всё чаще отмечались случаи неудовлетворительного качества телевизионного изображения: приёмные антенны оказывались либо в зоне затенения, где напряжённость поля была недопустимо низкой, либо в зоне с высокой интенсивностью запаздывающих сигналов, обусловленной отражениями электромагнитных волн в тракте распространения. Ситуация особенно осложнялась в связи с застройкой городов зданиями, резко различавшимися по высоте, что привело к образованию «пораженных» зон, охватывающих целые кварталы.

Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным решением возникшей проблемы является создание крупных систем коллективного телевизионного приёма (КСКТП), каждая из которых рассчитана на обслуживание от одной антенной установки, расположенной в точке с благоприятными условиями приёма, нескольких тысяч абонентских устройств.

Развитие техники коллективного телевизионного приёма связано с созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из которых может обслуживать до нескольких десятков тысяч абонентов. Использование таких систем позволяет решить вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой, каналов спутникового вещания.

Системы коллективного телевизионного приёма в зависимости от объёма охватываемых абонентов разделяют следующим образом:

  • системы коллективного телевизионного приёма;
  • крупные системы коллективного телевизионного приёма;
  • системы кабельного телевидения.

При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также технико-экономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным приёмом в стандартных каналах ТВ и ЧМ вещания других видов программ (спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок, иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими дополнительными капитальными затратами.

Наибольшие искажения (или затухания) сигнала возникают на участке распространения от передающей антенны (телецентра) до приёмной (абонента). Выбор места установки приёмных антенн, улучшение их параметров не всегда приводят к желаемому результату. Решить проблему качественного приёма сигнала системой кабельного телевидения можно созданием специальных линий подачи программ на головные станции (ГС) СКТ, в частности - с излучением в СВЧ-диапазоне или с использованием волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Однако такие решения оправданы только при высокой насыщенности крупных городов системами кабельного телевидения.

Значительна роль систем кабельного телевидения при распределении программ, получаемых через спутниковые системы вещания. Совмещение приёмных установок с эфирными ретрансляторами сопряжено с ухудшением параметров сигнала, обусловленным отражением в тракте распространения радиоволн от ретранслятора до приёмной антенны абонента. Устранить этот недостаток можно использованием СКТ для распространения ТВ-программ, полученных со спутникового ретранслятора.

Системы кабельного телевидения имеют потенциальную возможность организации двустороннего обмена информацией между абонентом и головной станцией (в диапазоне частот, расположенных ниже стандартных телевизионных каналов, например, 5÷30 МГц), что фактически значительно расширяет сферу услуг, предоставляемых СКТ. При этом необходимо иметь в виду, что СКТ являются широковещательными, т.е. способными распространять циркулярную информацию и собирать определённую информацию, поступающую от абонентов, но не могут устанавливать связь между любыми (абонент - абонент) абонентами СКТ.

Частотный план телевизионного вещания (таблица 2.1) охватывает спектр частот в метровом диапазоне 48.5-100 МГц и 170-230 МГц (частоты 100-170 МГц для вещания не используются), в дециметровом диапазоне - 470-790 МГц. Полоса частот одного канала составляет 8 МГц.

Структурная схема СВТ определяется в каждом конкретном случае и зависит от различных факторов: условий приёма, планировки жилого массива, характера застройки и т.п.

Наибольшее распространение среди различных схем построения СКТ получила древовидная структура с аналоговым способом передачи сигналов и частотным разделением каналов в метровом диапазоне волн.

На рис. 2.1 приведена простейшая схема СКТП, предназначенная для обслуживания абонентов одного здания. Сигналы ТВ и ЧМ-вещания, принятые антенной, после усиления и преобразования (если приём осуществлялся в дециметровом диапазоне) складываются на общую нагрузку. С выхода устройства сложения сигналы подаются в домовую распределительную сеть, включающую несколько распределительных линий (обычно, соответственно количеству подъездов). К ответвительным устройствам через абонентские коробки посредством кабеля подключаются оконечные устройства (телевизоры, видеомагнитофоны, ЧМ-приёмники). Направленные ответвители обеспечивают разделение мощности сигнала в равных пропорциях и обеспечивают высокую степень защищенности абонентских отводов от отраженных волн кабеля.

Таблица 2.1. Частотный план телевизионного вещания

Диапазон

Номер канала

Полоса частот, МГц

1

1

48,5...58,5

2

58...66

2

3

76...84

4

84...92

5

92...100

3

6

174...182

7

182...190

8

190...198

9

198…206

10

206…214

11

214...222

12

222...230

4

21-34

470-582

5

35-60

582-790

Необходимость конвертирования частот дециметрового диапазона в свободные в данной местности каналы метрового диапазона диктуется также экономическими соображениями: оборудование распределительных сетей рассчитано на работу в диапазоне до 230 МГц (т.е. в метровом диапазоне), что позволяет использовать существующие PC без каких-либо изменений. Реализация же сети в дециметровом диапазоне сопряжена с существенным увеличением её стоимости. Перенос каналов метрового диапазона на другие частоты обеспечивает исключение помех, обусловленных прямой наводкой ретрансляторов на входы телевизоров и абонентские кабели. При подключении телевизора к СКТ на его входе присутствуют два сдвинутых во времени сигнала; один приходит по кабелю, второй - наводится в силу недостаточной экранировки входных цепей, что приводит к наличию на экране опережающего левого повтора изображения. Благодаря селективности входных цепей телевизионного приёмника и переносу канала в другой частотный диапазон помеха в виде эхо-изображения отсеивается.

При создании СКТ значения параметров усилительных устройств должны быть на уровнях, необходимых для построения многоканального линейного тракта требуемой протяженности и емкости. Реализуется это посредством широкополосных усилителей, обладающих высокой линейностью передаточной характеристики, низким коэффициентом шума, высокой равномерностью АЧХ. Причём, если усилители предназначены для использования в трактах большой протяженности, должны быть приняты меры по автоматической, стабилизации уровней, сигнала. Для уменьшения влияния искажений из-за отражения от неоднородностей необходимо высокое согласование элементов тракта и коаксиального кабеля.

Потенциальная пропускная способность распределительной сети соответствует полосе 20-ти телевизионных каналов и 70 каналов радиовещания, однако реализовать её трудно из-за недостаточной избирательности по соседнему каналу используемых телевизоров и наличия на их входах, напряжений гетеродинов селекторов каналов с достаточно высоким уровнем. Необходимость преобразования частоты принимаемых сигналов из-за недостаточной экранировки входных цепей телевизоров также снижает пропускную способность распределительных систем. С учётом указанных факторов существующие СКТ обеспечивают возможность распределения 5-8 ТВ программ.

Качественные показатели СКТ во многом определяются качеством сигнала на выходах антенн; требования к коэффициенту усиления антенн - порядка 5-8 дБ (в зависимости от диапазона), к помехозащищённости - порядка 20-30 дБ. Несмотря на использование довольно эффективных антенн, качество приёма во многом зависит от места расположения, определяемого обычно эмпирическим путем.

В СКТ с преобразованием частот накладывается много ограничений, связанных с распределением частот и с особенностями работы самих конверторов. В частности:

  • сдвиг по частоте (для однократного преобразования) не должен превышать 8 МГц, поскольку иначе будет трудно отфильтровать сигнал на выходе смесителя;
  • частоты гетеродинов, телевизоров и конверторов не должны попадать в полосы других каналов распределения, чтобы не создавать помех;
  • номера каналов должны сочетаться так, чтобы уровни комбинационных помех, возникающих в смесителе конвертора, находились ниже уровней, определяемых допустимыми защитными отношениями;
  • каналы желательно сочетать так, чтобы полосы частот, принимаемых сигналов не были зеркальными по отношению друг к другу для используемых в данной местности конверторов.

Для обеспечения равномерного деления мощности сигналов между отводами, подключенными к одной линии, коэффициент ответвления должен увеличиваться к концу линии по закону, обратно-пропорциональному закону затухания сигнала - это основное требование к ответвителям. Кроме того, ответвители должны иметь практически линейную характеристику переходного затухания при высокой направленности и согласовании. Наиболее полно этим требованиям соответствуют направленные ответвители (НО) с использованием трансформаторов на магнитных сердечниках. При построении домовых разветвительных устройств широко распространены УАР-6, выполненные по принципу НО с электромагнитной связью и имеющие переходное затухание в отвод около 17 дБ.

Оборудование систем телевещания

Рассмотрим построение типовой системы кабельного телевидения. На рисунке 2.2 приняты следующие условные графические обозначения:

Наличие отдельных антенн для каждого канала обусловлено различным расположением передающих станций, исключение составляют 1-й, 4-й и 21-й каналы, передающие антенны которых расположены на одной вышке; кроме того, антенны метрового диапазона рассчитаны на приём 1-3 соседних каналов.

Сигнал, полученный с антенн, выравнивается (усиливается или ослабляется) антенными усилителями для достижения уровня, достаточного для обеспечения качественного приёма программ. Посредством канальных фильтров отсеиваются боковые каналы приёма и помехи. Каналы, расположенные в дицеметровом диапазоне, переносятся посредством конверторов в свободные метровые каналы; занятыми являются 1-й и 4-й метровые каналы. Конверторы также обеспечивают стабилизацию уровня сигнала. Сумматор производит сложение сигналов принимаемых программ для дальнейшей передачи по коаксиальному кабелю в магистраль СКТ. Программы спутникового телевидения после преобразования ресивером и конвертором также поступают в сумматор. С выхода сумматора сигналы вводятся в линейный коаксиальный тракт, включающий коаксиальные кабели, широкополосные линейные усилители и распределители мощности сигналов. Следует отметить необходимость хорошего согласования линейного оборудования с кабелем во избежание потерь мощности сигнала. Поскольку магистральные кабели подвержены влиянию температуры внешней среды (от -35° до +40)°, магистральные усилители снабжены блоками автоматической регулировки уровня, компенсирующими изменения затухания сигнала в кабеле.

Унифицированное телевизионное оборудование (УТО) для СКТП используется в качестве составного элемента линейного тракта СКТ. В состав УТО входят необходимый набор канальных усилителей (или комплект диапазонных усилителей) метрового диапазона частот, конвертор и смеситель сигналов. Канальный усилитель предназначен для усиления сигнала одного определенного канала, т. о. существуют канальные усилители на 1-й,. 2-ой, 3-й и т.д. ТВ каналы в УТО устанавливаются канальные усилители соответственно транслируемым в данном здании ТВ каналам. Диапазонные усилители перекрывают несколько соседних каналов (см. табл. 3.1). Наряду с описанными канальными усилителями используется более поздние разработки - диапазонные усилители УТД-1,11 и УТД-111,, перекрывающие соответственно диапазоны 1-5 каналов (48.5-100 МГц) и 6-12: каналов (174-230 МГц). Наряду с описанными усилителями в состав УТО входит дециметровый конвертор, включающий трёхрезонаторный коаксиальный фильтр, устройство сложения мощностей сигнала и гетеродина, смесителя, гетеродина и усилителя промежуточной частоты. Схема конвертора (и конструкция) позволяет настраивать его на любые заданные сочетания каналов, за исключением несовместимых.

3. Системы персонального радиовызова

Структура пейджинговых систем

Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).

В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой станции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, выполняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону действия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях (рисунок 3.1) СПР может иметь несколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону.

Пейджинговый протокол POCSAG

Во второй половине 70-х годов с целью объединения производителей пейджингового оборудования для создания стандарта, соответствующего требованиям рынка, была образована специальная группа – Post Office Code Standartisation Advisory Group. Ее аббревиатура POCSAG и дала название новому протоколу (т.е. структуре организации передачи информации по каналу связи), спецификации которого были опубликованы в 1978 г. Первоначально код предназначался для передачи тональных сообщений со скоростью 512 бит/с. Но уже годом позже, в 1979 г., он был адаптирован для передачи цифровых и буквенно-цифровых сообщений. Разработка не была запатентована и стала использоваться в ряде стран в качестве стандарта. В 1982 г. этот стандарт был утвержден Международным консультативным комитетом по радиосвязи Международного союза электросвязи, как международный стандарт, получив наименование Radio Paging Code №1 или сокращенно RPCN1 (Рекомендация 584). Однако это название протокола встречается, в основном, в сугубо официальных документах и вряд ли известно широкому кругу. Но сам факт признания POCSAG на таком уровне объясняет то, что этот протокол сегодня используется в подавляющем большинстве пейджинговых систем, оставив позади собственные разработки протоколов фирм Motorola и NEC. Основными преимуществами формата по сравнению с другими форматами того времени были скорость, эффективный алгоритм исправления ошибок и большое число производителей оборудования. Впоследствии с целью увеличения количества передаваемых сообщений протокол был адаптирован для передачи со скоростью 1200 бит/с, а в начале 90-х годов, со скоростью 2400 бит/с. В качестве модуляции используется частотная манипуляция.

Как и любой метод однонаправленной передачи информации, POCSAG использует метод прямого исправления ошибок. Цифровые данные обычно собираются в слова, которые, в свою очередь, группируются в блоки. Код, в котором коррекция ошибок осуществляется в блоках, называется блочным. Одним из самых простых методов обнаружения/исправления ошибок является добавление избыточных битов. Например, цифровое слово из восьми бит может содержать один избыточный. Этот бит вставляется для определения, четное или нечетное число "единиц" в слове с целью выявления возможной ошибки. Для более наглядной иллюстрации представим, что передается семизначное слово "1100011". Общее число "единиц" в нем равно четырем. Тогда для проверки на четность избыточный бит должен быть равен "0", так что слово будет иметь вид "11000110". И, наоборот, для проверки на нечетность этот бит равен "1" и общее слово соответственно выглядит как ”11000111”.

Приемники пейджеров обычно работают в условиях большого уровня помех и число ошибок довольно высоко (примерно одна ошибка на 15-18 передаваемых битов). Для борьбы с этим должны применяться более эффективные способы. В протоколе POCSAG в 32-битных кодовых словах используется циклический блочный код БСН 31,21 (получивший название по именам создателей Боуз-Чхоудхури-Хоквингем или просто БЧХ), где 31 - общая длина слова, 21 - число информационных бит в слове.

Не вдаваясь во все тонкости алгоритма, скажем, что он позволяет исправлять две ошибки, а его адресная емкость равна 2 097152 адресам.

Структура протокола POCSAG показана на рисунке 3.2. Протокол по своей сути является асинхронным. В начале каждой передачи стоит преамбула длиной не менее 576 бит, представляющая собой последовательность 10101010... Во время ее передачи пейджер переводится в режим "Прием сообщения", причем в интервале приема преамбулы осуществляется тактовая синхронизация. После этого следует передача "пачек" (batch), число которых произвольно.

Каждая "пачка" состоит из слова синхронизации в ее начале и восьми кадров (frame). Так как слово синхронизации по длине равно одному 32-битному слову, то "пачка" состоит из 17 слов. Структура кадров такова, что каждому из них (пронумерованному 0-7) соответствует группа пейджеров. Это означает, что каждый индивидуальный пейджер оказывается постоянно закрепленным за конкретным кадром и будет "слушать" адресную информацию только в своем собственном кадре. Кадр состоит из двух кодовых слов: адреса пейджера и сообщения плюс избыточные биты. Когда в кадре отсутствует сообщение, вместо адреса передается незанятое кодовое слово, имеющее определенный протоколом формат.

Структура кодовых слов приведена на рисунке 3.2. Длина адресной части равна 18 бит, но действительный адрес пейджера равен 21 биту. Обычно эти три избыточных бита служат для определения номера кадра, содержащего адрес пейджера. Функциональные биты обычно используются для того, чтобы разрешить передачу многократных сообщений на один пейджер, таких как разные коды тональных посылок ("бипов"). Длина информационного поля в слове равна 20 бит, однако это не ограничивает размер сообщения, и в случае необходимости может быть передано дополнительное кодовое слово. Если нет, то сообщение заканчивается передачей в кадре следующей "пачки". Такой вариант используется для сохранения структуры протокола.

В настоящее время протокол POCSAG применяется почти во всех странах, где внедрены системы персонального радиовызова. Однако из-за значительного увеличения нагрузки системы POCSAG перестает соответствовать реалиям нынешнего времени - при трафике средней плотности, на одном радиоканале, использующем максимальную для протокола скорость 2400 бит/с, без потери качества обслуживания можно разместить примерно 20-25 тыс. пользователей. Это привело к возникновению следующего этапа развития пейджинга – разработке высокоскоростным протоколам FLEX и ERMES.

Пейджинговый протокол ERMES

Для создания единой европейской системы персонального радиовызова в конце 80-х годов несколько операторов, объединившихся под эгидой одной из комиссий Европейского Сообщества, принялись за разработку концепции. В 1989 году были разработаны рекомендации ЕЭС 166/3, формально положившей начало стандарту. По сути дела, он должен был стать для пейджинга тем, чем стали сети на основе GSM и DCS на рынке сотовой телефонии - всемирной универсальной технологией.

В январе 1990 года, между 23 заинтересованными сторонами, в том числе 16 операторами из 8 стран, был подписан Меморандум о взаимопонимании, утвердивший график реализации проекта. Согласно ему, началом коммерческой эксплуатации сетей ERMES должен был стать декабрь 1992 г. Практически одновременно с этим за разработку стандарта принялся Европейский Институт Стандартизации в области Телекоммуникаций (ETSI), создавший для этой цели специальный Технический комитет пейджинговых систем. Результатом его работы стало появление и утверждение в 1992 г. довольно объемной спецификации стандарта ETS 300-133, иначе ERMES (European Radio Message System). В октябре 1994 года Международный союз электросвязи рекомендовал использовать ERMES в качестве международного стандарта в СПРВ различных стран мира. Но на 2002 год в коммерческой эксплуатации сети стандарта находятся лишь в нескольких (более 8) странах мира.

Системы персонального радиовызова ERMES позволяют предоставлять следующие услуги:

  • передачу цифровых сообщений длиной 20-1600 знаков;
  • передачу буквенно-цифровых сообщений длиной от 400 до 9000 символов;
  • передачу произвольного набора данных объемом до 64 кбит;
  • возможность приема вызова и сообщений одним пейджинговым приемником (пейджером) во всех странах, входящих в СПРВ ERMES.

Одним из условий, позволяющем обеспечить эту услугу, является договоренность стран, участвующих в проекте ERMES, выделять для этих систем единого частотного диапазона 169,4...169,8 МГц, что позволяет организовать 16 радиоканалов с разносом несущих частот в 25 кГц с использованием при приеме сигналов сканирующие по частоте приемники.

Структура радиосигнала в системах ERMES выбрана таким образом, что позволяет повысить емкость трафика в 10-15 раз по сравнению с существующими аналоговыми СПРВ. При этом следует отметить, что ERMES является полностью цифровой системой, обеспечивающей скорость передачи информации 6,25 кбит/с.

Структура радиоинтерфейса в системе ERMES показана на рисунке 3.3. Цикл передачи состоит из 60 циклов по одной минуте каждый, в свою очередь, каждый цикл содержит пять последовательностей по 12 с. Каждая из подпоследовательностей включает в себя 16 типов "пачек", которые условно обозначены от А до Р. Все пачки содержат четыре группы бит, позволяющие обеспечить:

  • синхронизацию;
  • передачу служебной системной информации;
  • передачу адреса;
  • передачу информационного сообщения.

Процедура поиска и приема сообщения приемником пейджера заключается в следующем. Следует иметь в виду, что пейджер "не знает", во-первых, в каком из 16 каналов передается сообщение, предназначенное именно для него, и, во-вторых, в какой из 16 пачек (от А до Р) находится это сообщение. Поэтому, чтобы "выловить" сообщение из эфира, приемник настраивается на первый канал, просматривает все пачки, далее, если не было найдено сообщение с адресом данного пейджера, приемник перестраивается на следующую частоту, т. е. на следующий канал, и опять просматривает все пачки и так до тех пор, пока не будет найдена и принята информация, адресованная этому абоненту. После этого процедура повторяется снова. Возможна также ситуация, когда сообщение большого объема передается в определенном пакете (например, только в А), но последовательно на каждом из каналов.

Протоколу ERMES свойственно экономичное использование источника питания. Например, при длине сообщения 40 знаков соотношение режимов работы "прием - дежурный прием (standbye)" может быть равно 1:200 при условии, что на передачу всего сообщения понадобилось 6 с. Так что при соотношении режимов работы только 1:70 и токе потребления приемника 30 мкА (что вполне реально достижимо в современных пейджерах) время непрерывной работы приемника составляет более 40 недель.

Важным преимуществом также является более высокая помехоустойчивость системы ERMES, поскольку предполагается использование помехоустойчивого кодирования, а именно прямой коррекции ошибок (FES), циклического кода (30,18).

Помимо преимуществ, связанных со структурой протокола, можно выделить еще и расширенный интерфейс доступа всевозможных систем связи к пейджинговой системе (см. рисунок 3.1). Эта особенность позволяет получить несколько более богатый набор сервисных услуг, среди которых можно выделить переадресацию пейджингового сообщения, приходящего на ваш пейджер, на пейджер другого абонента или переадресацию звонка, поступающего на радиотелефон стандарта GSM, в пейджинговую сеть, абонентом которой является владелец радиотелефона. Таким образом, он получает возможность выключать свой телефон и экономить аккумуляторную батарею, а человек, который звонит на мобильный телефон, может передать нужное сообщение. Кроме того, система позволяет осуществлять процедуру роуминга, т. е. абонент получает возможность использовать свой пейджер в странах, охваченных сетями ERMES. При этом пользователю только нужно сообщить оператору "родной" (или "домашней") сети о планах своего путешествия, и тогда оператор позаботится о том, чтобы все сообщения, поступившие для абонента, попадали в соответствующую пейджинговую сеть по месту его нахождения.

Существенными достоинствами стандарта ERMES являются обеспечение совместимости с европейским стандартом сотовой связи GSM в диапазоне 900 МГц и возможность роуминга одного и того же пейджера в любых сетях, использующих стандарт ERMES. Недостатками являются сложность внедрения этого стандарта в существующие российские пейджинговые сети вследствие необходимости использования новых типов передающего и приемного оборудования, что естественно потребует существенных капитальных вложений.

Пейджинговый протокол FLEX

Мотивом разработки протокола FLEX явился рост числа потребителей услуги пейджинговой связи и объемов передаваемой информации. В начале 90-х годов фирмой «Моторола» был разработан протокол FLEX. Именно за счет того, что протокол позволяет операторам обслуживать большее количество абонентов и обеспечивать более высокие скорости передачи данных, он был принят на вооружение во многих странах Азии, Северной и Южной Америки.

Структура протокола представлена на рисунке 3.5. После того, как информация абонента подвергается кодированию, происходит ее структурная организация. Все данные передаются в виде пакетов определенной длины (их иногда называют окнами или кадрами). Система FLEX содержит 128 окон. Чтобы передать все 128 окон, требуется ровно 4 минуты вне зависимости от скорости передачи информации. Передача всех 128 окон носит название flex-цикл. Таким образом, получается, что за один час можно передать 15 циклов.

Основными задачами, которые удалось решить разработчикам протокола, являются: максимизация емкости канала, увеличение скорости передачи данных, увеличение срока службы источников питания и усовершенствование методов защиты данных от ошибок. Рассмотрим каждый из этих аспектов.

FLEX позволяет передавать сообщения на трех скоростях, что дает возможность операторам пейджинговой связи адаптировать емкость своей системы под определенные требования рынка. Высокоскоростной протокол позволяет обеспечить более высокую пропускную способность канала, а также более низкую задержку передачи сообщений.

Протокол поддерживает следующие скорости: 1600 бит/с, 3200 бит/с и 6400 бит/с. При работе со скоростью 6400 бит/с выигрыш в емкости канала составляет примерно 10 раз по сравнению с системой POCSAG, работающей на скорости 512 бит/с. В системе FLEX на один канал может приходиться 600 000 абонентов, имеющих цифровые пейджеры, что значительно выше, чем в системе POCSAG. Также, важно отметить, что если число адресов в системе POCSAG ограничено двумя миллионами, то адресное поле FLEX составляет более миллиарда. Кроме того, пейджер системы FLEX может работать на любой из возможных скоростей, таким образом, отпадает необходимость использовать различные пейджинговые приемники для различных скоростей передачи.

Известно, что POCSAG, например, по своей структуре протокол асинхронный, что требует сигнала, сигнализирующего о начале информационной последовательности (так называемая преамбула). Чтобы ее обнаружить, пейджеру необходимо хотя бы периодически включаться в режим поиска преамбулы, соответствующей номеру данного абонента. Это, в свою очередь, приводит к значительным затратам электроэнергии. FLEX, напротив, протокол синхронный. Любое сообщение, предназначенное для конкретного абонента, посылается в эфир не случайным образом, а в определенный момент времени, т. е. в определенном временном интервале. Это значит, что приемнику достаточно включаться для просмотра одного или более предназначенных для него временных окон всего один раз каждый flex-цикл, так что не требуется расходовать энергию на декодирование сообщений, предназначенных для других пейджеров. Такая организация передачи сообщений значительно снижает энергопотребление, что приводит к увеличению времени работы источников питания, которые можно сделать несколько меньших размеров, а, следовательно, сделать сам пейджер более компактным.

В системах данного класса предусмотрена дополнительная защита от замираний сигнала, вызванных многолучевым распространением радиоволн в условиях города. По этому показателю системы FLEX в 12 раз более эффективны, чем POCSAG со скоростью передачи 1200 и в 24 раза более эффективны, чем POCSAG со скоростью 2400.

В отличие от ERMES внедрение стандарта FLEX не требует кардинальной замены передающего оборудования. Имеющаяся аппаратура позволяет проводить смешение протоколов FLEX и POCSAG во время передачи информации, т.е. осуществлять попеременно ее передачу в синхронном режиме (стандарт FLEX) и в асинхронном (стандарт POCSAG). В настоящее время в трех городах Российской Федерации — Москве, Санкт-Петербурге и Самаре — существуют пейджинговые сети, работающие на основе стандарта FLEX.

Для работы в сетях FLEX предназначен цифровой пейджер PROENCORE. Существуют также некоторые версии буквенно-цифровых пейджеров данного протокола. Одна из таких разработок, принадлежащих семейству FLEX, носит название ReFLEX и является первым протоколом, позволяющим осуществлять двустороннюю пейджинговую связь. Для этих целей используется пейджер Tango, также разработанный фирмой Моторола. Эта же фирма активно работает над внедрением протокола In FLEXion для обеспечения передачи на пейджер голосовых сообщений. Первая модель такого пейджера называется Tenor.

Тенденции развития пейджинговой связи

В настоящее время в России сложилась устойчивая структура связных систем персонального радиовызова. Число компаний — операторов пейджинговой связи перевалило за сотню, а их услугами охвачено большинство крупных российских промышленных городов и прилегающие к ним районы. Системы персонального радиовызова обеспечивают своих абонентов достаточно оперативной и относительно недорогой связью. С другой стороны, они являются едва ли не единственным видом односторонней связи. Работа большинства существующих пейджинговых систем строится на утверждении, что их клиентам нет необходимости организовывать двустороннюю связь, а достаточно получать только короткую информацию или вызов.

Увеличение объема предоставляемых услуг абонентам пейджинговой связи достигается двумя основными методами: организационно-техническим совершенствованием работы служб компаний и внедрением новых технологий и стандартов.

Метод в области расширения услуг основан на максимальном использовании возможностей существующего связного оборудования. Подавляющее большинство отечественных пейджинговых сетей работают в известном асинхронном стандарте POCSAG (в документах МККР стандарт обозначается как Radiopaging Code No. 1, рекомендация № 584), разработанном еще в начале 70-х годов. Хотя, безусловно, данный стандарт уже не удовлетворяет современным требованиям, но и в его рамках отдельным компаниям-операторам удается значительно расширить комплекс предоставляемых услуг.

Клиентам предлагается все более широкий диапазон информационных сообщений, получаемых по пейджинговым каналам. Стандартный набор многих крупных компаний включает курсы основных мировых валют, сводки погоды, описание ситуаций на дорогах, информацию о работе клубов, театров, ресторанов и т.д. Пытаясь еще более расширить этот вид услуг, некоторые компании предлагают своим клиентам использовать информационные каналы для их рекламных нужд, создают пакеты предоставляемой информации по группам пользователей, деля их по профессиональным и возрастным категориям. Расширяется перечень дополнительных услуг, общепринятыми дополнительными услугами в настоящее время являются:

  • сквозная нумерация сообщений;
  • ведение архива сообщений с возможностью ограничения доступа к хранящейся в нем информации;
  • возможность временного отключения абонента;
  • отправка сообщения абоненту в заданное время;
  • групповой вызов;
  • роуминг;
  • использование в качестве идентификатора абонента нескольких одновременно действующих цифровых и символьных обозначений (фамилии или имени, пр.).

Отправить сообщение на пейджер, обслуживаемый в одной из крупных компаний, можно через Web-сайт этой компании.

В 1998 г. в Москве введена в эксплуатацию система двусторонней пейджинговой связи, предоставляющая владельцам специальных двухсторонних пейджеров - твейджеров - возможность ответа на получаемые сообщения и передачу собственных. Использование технологии двустороннего пейджинга позволило в значительной мере расширить возможности изначально симплексной (односторонней) пейджинговой связи. Пользователь твейджера в ответ на полученное сообщение выбирает подходящий ответ и отсылает его адресату. Для массовых пользователей выпускается твейджер SPR-8000 фирмы Samsung. Существует модель твейджера фирмы Nexus Telocation Systems (Израиль), специально разработанная для применения в автоматизированных системах промышленного мониторинга или охраны объектов. Данный тип твейджера не имеет экрана и органов ручного управления, ему требуется внешнее питание напряжением 12 В, но он обладает всеми возможностями полноценной связи с внешними устройствами, такими как компьютер через интерфейс RS-422. Это позволяет строить на его основе автоматизированные системы связи и управления. Областями применения этих систем могут быть: автоматическое определение местоположения подвижных объектов, управление обеспечением безопасности подвижных и стационарных объектов, дистанционное управление включением и выключением различных приборов, автоматическое снятие показаний удаленных датчиков и т.д.

Еще одно направление развития пейджинговой связи - спутниковый пейджинг. С 1998 г. в России существует возможность полного международного пейджингового роуминга через спутниковую систему связи IRIDIUM. По существу он является многочастотным синтезаторным приемником спутникового сигнала, способным принимать сообщения, приходящие по одному из четырех частотных каналов в диапазоне 1,6 ГГц. Обладая возможностью измерения уровня сигнала из эфира, он позволяет осуществлять индикацию зоны уверенного приема.

4. Сети транкинговой связи

Организация транкинговой радиосвязи

Транкинговая система радиосвязи (TCP) — это система, в которой используется принцип равной доступности каналов для всех абонентов или групп абонентов. Этот принцип давно и повсеместно используется в телефонных сетях, откуда в радиосвязь и пришло слово "trunk" (пучок, т.е. пучок равнодоступных каналов). Транковые системы создавались как ведомственные и хорошо себя зарекомендовали в эксплуатации в течение 30 лет, однако, на текущий момент транкинговые системы являются морально устаревшими.

Суть транкинга заключается в следующем. Рассмотрим ситуацию, когда имеется три радиочастотных канала, каждый из которых жестко закреплен за несколькими группами пользователей. Для такой системы (точнее, трех раздельных систем) типична ситуация: канал 1 перегружен и абонент этой группы не может выйти на связь, в то же время каналы 2 и 3 не используется. В случае, когда три канала объединены в единую систему (т.е. присутствует элемент централизации – базовая станция) и равнодоступны для любой группы абонентов, тот самый абонент имеет возможность установления связи.

Основной, определяющей название, функцией оборудования TCP является автоматическое предоставление свободного радиоканала по требованию абонента радиостанции и переключение на этот канал вызываемого абонента или группы абонентов. Кстати, с этой точки зрения беспроводные телефоны (такие, как PANASONIC KX-T9080), работающие на общем наборе радиоканалов, также в совокупности образуют TCP.

Транкинговые сети связи предоставляют широкий спектр услуг, а именно:

  • внутренние вызовы (индивидуальный и групповой);
  • роуминг;
  • передача данных;
  • режим непосредственной связи;
  • тарификация;
  • удаленное управление абонентскими радиостанциями.

Системы профессиональной радиосвязи характеризуются большим радиусом действия, поскольку, даже в простейшей TCP, связь радиостанций между собой осуществляется через ретрансляторы базовой станции (БС). Кроме того, многозоновые TCP имеют в своем составе несколько (от единиц до сотен) БС, каждая из которых обслуживает свою зону. При этом система установит соединение между радиостанциями независимо от их местоположения и, как правило, совершенно прозрачно для пользователей вызываемой и вызывающей радиостанций.

Кроме вызова группы радиостанций (имеется во всех TCP), почти все системы обеспечивают индивидуальный вызов конкретной радиостанции. При этом многие современные TCP обеспечивают разделение всего парка радиостанций на отдельные отряды. Отряд - это совокупность радиостанций, принадлежащих определенной организации, внутри которого осуществим индивидуальный и групповой вызов. Предполагается, что вызовы между отрядами в большинстве случаев запрещены. Таким образом, каждая из организаций, пользующихся TCP, может иметь как бы свою изолированную систему связи.

Как правило, TCP обеспечивают связь радиостанции с абонентами городской и нескольких учрежденческих телефонных сетей, причем их подключение к таким сетям может осуществляться как простейшим способом по абонентским линиям (аналогично офисным АТС), так и по соединительным линиям. В последнем случае, с точки зрения нумерации абонентов, TCP становится частью телефонной сети города или учреждения.

Доступ к каждому виду услуг, предоставляемых системой, обычно программируется индивидуально для каждого абонента. Кроме того, программируется предельное время разговора и приоритет абонента. TCP имеют также защиту от несанкционированного доступа в систему. Все радиостанции, рассчитанные на работу в TCP, имеют возможность переключения в режим обычной радиостанции.

Оборудование любой TCP рассчитано на коммерческую эксплуатацию, поэтому обязательно обеспечивает учет времени использования системы каждым абонентом (тарификацию).

В таблице 4.1 приведены характеристики некоторых TCP, заложенные в стандарты. Оборудование TCP зачастую позволяет расширить эти возможности (несколько банков каналов в SmarTrunkII, многозоновая работа в LTR и т.п.).

Таблица 4.1. Основные характеристики ТСР

Характеристика

Стандарт TCP

SmarTrunk II

LTR

МРТ1327

TETRA

Способ передачи речи

Аналоговый

Аналоговый

Аналоговый

Цифровой

Структура системы

Однозоновая

Однозоновая

Многозоновая

Многозоновая

Принцип действия

Сканирующий

Распределенный управляющий канал

Выделенный управляющий канал

Выделенный управляющий канал

Скорость обмена управляющей информацией, бит/с

560

300

1200

7200

Время установления соединения, с

0,8 + 0,2 * N где N - число каналов

0,3

0,4

0,3

Количество каналов

16

300

1024

Нет данных

Количество абонентов или групп

10000

7500

1 000 000

Нет данных

Ширина полосы в эфире, кГц/канал

12,5; 25

12,5; 25

12,5; 25

25 кГц на 4 канала

Постановка на очередь

Нет

Нет

Да

Да

Индивидуальный вызов

Да

Нет

Да

Да

Передача коротких данных

Нет

Нет

Да

Да

Передача данных по разговорным каналам

С дополнительным оборудованием

С дополнительным оборудованием

1200 б/с, с дополнительным оборудова-нием

7,2-28,8 кб/с при занятии 1-4 каналов

Как следует из таблицы, наиболее впечатляющими возможностями обладает стандарт TETRA, что и неудивительно - он разработан с учетом опыта эксплуатации существующих TCP.

В настоящее время наиболее эффективными в условиях России являются системы SmarTrunkII и МРТ1327.

Классификация сетей транкинговой связи

Транкинговые системы радиосвязи классифицируют по следующим признакам.

1) По методу передачи речевой информации: аналоговые и цифровые. Передача речи в радиоканале аналоговых систем осуществляется с использованием частотной модуляции, шаг сетки частот обычно составляет 12,5 кГц или 25 кГц. Для передачи речи в цифровых системах используются различные типы вокодеров, преобразующих аналоговый речевой сигнал в цифровой поток со скоростью до 4,8 кбит/с.

2) В зависимости от количества БС и общей архитектуры: однозоновые или многозоновые системы. В системах первого типа имеется одна БС, в системах второго типа - несколько БС с возможностью роуминга.

3) По методу объединения БС в многозоновых системах. БС могут объединяться с помощью единого коммутатора (системы с централизованной коммутацией), или соединяться друг с другом непосредственно, или через системы с распределенной коммутацией (СОП).

4) По типу многостанционного доступа: FDMA, FDMA+TDMA. В большинстве ТСР используется многостанционный доступ с частотным разделением (FDMA), включая цифровые системы. Комбинация FDMA и многостанционного доступа с временным разделением (TDMA) используется в системах стандарта TETRA.

5) По способу поиска и назначения канала: системы с децентрализованным (СДУ) и централизованным (СЦУ) управлением. В СДУ процедуру поиска свободного канала выполняют абонентские радиостанции (АР). В этих системах ретрансляторы БС обычно не связаны друг с другом и работают независимо. Особенностью СДУ является относительно большое время установления соединения между абонентами, растущее с увеличением числа ретрансляторов. Такая зависимость вызвана тем, что АР вынуждены непрерывно последовательно сканировать каналы в поисках вызывного сигнала (последний может поступить от любого ретранслятора) или свободного канала (если абонент сам посылает вызов). Представителями данного класса являются системы стандарта SmarTrunk.

В СЦУ поиск и назначение свободного канала производится на БС. Для обеспечения нормального функционирования таких систем организуются каналы двух типов: рабочие (трафика, разговорные) и управления. Все запросы на предоставление связи направляются по каналу управления, по этому же каналу БС извещает абонентские устройства о назначении канала, отклонении запроса, или о постановке запроса в очередь.

6) По типу канала управления (КУ). Во всех ТСР каналы управления являются цифровыми. По принципу действия КУ можно выделить три типа:

  • сканирующие TCP;
  • TCP с распределенным управляющим каналом;
  • TCP с выделенным управляющим каналом.

Рассмотрим подробнее каждый из типов КУ.

Сканирующие TCP

Подобные системы несправедливо именуют псевдотранкинговыми. В таких системах радиостанция при вызове сама ищет незанятый канал и занимает его. В дежурном режиме радиостанция непрерывно перебирает (сканирует) все каналы системы, проверяя, не вызывают ли ее на одном из них. К таким TCP относятся некогда распространенная в СССР система "Алтай", а также система SmarTrunk II.

Сканирующие TCP просты и дешевы. В этих системах возможна полная независимость каналов БС друг от друга, поскольку их объединение в общую TCP происходит на уровне абонентской радиостанции. Это обуславливает высокую надежность и живучесть сканирующих TCP.

Однако таким TCP присущ ряд принципиальных недостатков. С ростом количества каналов быстро возрастает длительность установления соединения в такой системе, так как она не может быть меньше длительности полного цикла сканирования. Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободного канала вызывающей радиостанции. Кроме того, в сканирующих TCP затруднительна реализация многих современных требований, в числе которых многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка на очередь при занятости системы или вызываемого абонента и т.д.

Таким образом, сканирующая TCP идеально подходит в качестве небольшой (1-8 каналов, до 200 абонентов) однозоновой системы связи, к которой предъявляются минимальные требования. Это и обусловило в последние годы широкое распространение систем SmarTrunk II по России и странам СНГ.

TCP с распределенным управляющим каналом

Такими являются распространенная в США система LTR, разработанная еще в конце семидесятых годов (фирмой E.F. Johnson), и ее современная модификация ESAS (фирма UNIDEN). В этих TCP управляющая информация передается непрерывно по всем каналам, в том числе и по занятым. Это достигается использованием для ее передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал является управляющим для радиостанций, закрепленных за ним. В дежурном режиме радиостанция прослушивает свой управляющий канал. В этом канале БС непрерывно передает номер свободного канала, который радиостанция может использовать для передачи. Если же на каком-либо канале начинается передача, адресованная одной из радиостанций, то информация об этом передается на ее управляющем канале, в результате чего эта радиостанция переключается на канал, где происходит вызов.

Такие TCP обладают рядом достоинств, присущих TCP с управляющим каналом, не требуя в то же время выделения частот для него. В системе LTR установление соединения происходит настолько быстро, что оно осуществляется каждый раз при включении передатчика станции, т.е. в паузах разговора канал не занят.

Однако при выходе из строя какого-либо канала в системе LTR происходит отказ всех радиостанций, для которых он является управляющим. Кроме того, в таких TCP скорость передачи управляющей информации крайне ограничена.

Это затрудняет реализацию многих требований, предъявляемых к современным TCP, в том числе и многозоновости. Передача информации на частотах ниже 300 Гц одновременно с речью делает такие системы весьма критичными к точности регулировки. Все это привело к тому, что TCP с распределенным управляющим каналом в настоящее время не разрабатываются. Исключение составляет лишь ESAS, в котором используется данный принцип ради совместимости с LTR.

TCP с выделенным управляющим каналом

Для аналоговых систем речь идет о частотном канале, для цифровых - с временным разделением каналов - о временном слоте. В таких TCP радиостанция непрерывно прослушивает управляющий канал ближайшей к ней БС. При поступлении вызова БС передает информацию об этом по управляющему каналу, вызываемая радиостанция подтверждает прием вызова, после чего БС выделяет один из разговорных каналов для соединения и информирует об этом по управляющему каналу все участвующие в соединении радиостанции. Далее - БС переключаются на указанный канал и остаются на нем до окончания соединения. В то время, когда управляющий канал свободен, радиостанции могут передавать свои запросы на установление соединения. Некоторые типы вызовов (например, передача коротких пакетов данных между радиостанциями) могут осуществляться вообще без занятия разговорного канала.

TCP с выделенным управляющим каналом в наибольшей степени отвечает современным требованиям. В них легко реализуются многозоновость (радиостанция выбирает БС с лучше всего принимаемым управляющим каналом) и другие функции (в т.ч. постановка вызовов на очередь при занятости системы или вызываемого абонента), что переводит такие TCP из класса систем с отказом при занятости в класс систем с ожиданием. Тем самым не только повышается комфортность работы пользователя, но и, главное, увеличивается пропускная способность системы. В системах с отказом при занятости для обеспечения приемлемого качества сервиса в любой момент времени должен простаивать хотя бы один канал, чтобы абонент мог произвести вызов. В системе с ожиданием загружены могут быть все каналы - вызывающему абоненту придется немного подождать в очереди.

Однако выделение отдельного управляющего канала имеет свои недостатки. Во-первых, это худшее использование частотного ресурса. В большинстве систем этот недостаток смягчается возможностью перевода управляющего канала в разговорный режим при перегрузке системы. Во-вторых, выделенный управляющий канал является уязвимым местом TCP — при отсутствии специальных мер отказ оборудования БС для этого канала означает отказ всей БС. К тому же результату приводит и появление помехи на частоте приемника управляющего канала БС. По этой причине при разработке TCP с выделенным управляющим каналом автоматическому контролю за работой оборудования БС уделяется особое внимание. При обнаружении отказа или длительной помехи на частоте приема БС делает управляющим другой, исправный канал.

Выделенный управляющий канал предусматривается большинством современных стандартов на TCP - как закрытых, так и открытых (МРТ1327), а также перспективным стандартом TETRA.

7) По способу удержания канала. ТСР позволяют абонентам удерживать канал связи на протяжении всего разговора или только на время передачи. Первый способ, называемый также транкингом сообщений, наиболее традиционен для систем связи и обязательно используется во всех случаях применения дуплексной связи или соединения с ТфОП.

Второй способ может быть реализован только при использовании полудуплексных радиостанций (PC), в которых передатчик включается только на время произнесения абонентом фраз разговора. В паузах между окончанием фраз одного абонента и началом ответных фраз другого передатчики PC выключены. Значительная часть ТСР эффективно использует такие паузы, освобождая канал немедленно после окончания работы передатчика АР. Реплики одного и того же разговора могут передаваться по разным каналам. Такой метод обслуживания, предусматривающий удержание канала только на время передачи, называется транкингом передачи. Платой за высокую эффективность данного метода служит снижение комфортности переговоров - в состоянии высокой нагрузки канал предоставляется с некоторой задержкой, что приводит к фрагментарности и раздробленности разговора.

Принципы построения транкинговых сетей

На рисунке 4.1 представлена обобщенная структурная схема однозоновой ТСР. В состав БС, кроме радиочастотного оборудования (ретрансляторы, устройство объединения радиосигналов, антенны) входят также коммутатор, устройство управления (УУ) и интерфейсы к внешним сетям.

Ретранслятор - набор приемопередающего оборудования, обслуживающего одну пару несущих частот. До последнего времени в подавляющем большинстве ТСР одна пара несущих означала один канал трафика (КТ). В настоящее время, с появлением систем стандарта ТЕТRА и системы EDACS ProtoCALL, предусматривающих временное уплотнение, один РТ может обеспечить два или четыре КТ.

Антенны БС, как правило, имеют круговую диаграмму направленности. При расположении БС на краю зоны применяются направленные антенны. БС может располагать как единой приемопередающей антенной, так и раздельными антеннами для приема и передачи. В некоторых случаях на одной мачте может размещается несколько приемных антенн для борьбы с замираниями, вызванными многолучевым распространением.

Устройство объединения радиосигналов позволяет использовать одно и то же антенное оборудование для одновременной работы приемников и передатчиков на нескольких частотных каналах. РТ работают только в дуплексном режиме, разнос частот приема и передачи составляет от 45 МГц до 3 МГц.

Коммутатор в однозоновой ТСР обслуживает весь ее трафик, включая соединение абонента с ТфОП и все вызовы, связанные с передачей данных.

Устройство управления обеспечивает взаимодействие всех узлов БС. Оно также обрабатывает вызовы, осуществляет аутентификацию вызывающих абонентов, ведение очередей вызовов, внесение записей в БД повременной оплаты. В некоторых системах УУ регулирует максимально допустимую продолжительность соединения с ТСР. Как правило, используются два варианта регулировки: уменьшение продолжительности соединения в заранее заданные часы наибольшей нагрузки, или адаптивное изменение в зависимости от текущей нагрузки.

Интерфейс к ТфОП реализуется в ТСР различными способами. В недорогих системах (например, SmarTrunk) подключение производится по двухпроводной коммутируемой линии. Более современные ТСР имеют в составе интерфейса к ТфОП аппаратуру прямого набора номера, обеспечивающую доступ к абонентам транкинговой сети с использованием стандартной нумерации АТС. Ряд систем использует цифровое ИКМ-соединение с аппаратурой АТС.

Одной из основных проблем при регистрации и использовании транкинговых систем в России является проблема их сопряжения с ТфОП. При исходящих вызовах транкинговых абонентов в телефонную сеть сложность заключается в том, что некоторые транкинговые системы не могут набирать номер в декадном режиме по абонентским линиям в электромеханических АТС. Таким образом, необходимо использовать дополнительное устройство преобразования тонального набора в декадный. Входящая связь от абонентов ТфОП к радиоабонентам оказывается также проблематичной по ряду причин. Большинство транкинговых сетей сопрягаются с телефонной сетью по двухпроводным абонентским линиям. В этом случае после набора номера ТфОП требуется донабор номера радиоабонента. Однако после полного набора номера абонентской липни и замыкания шлейфа управляющим устройством транкинговой системы телефонное соединение считается установленным, и дальнейший набор номера в импульсном режиме затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Применяемый в системе SmarTrunk II детектор «щелчков» не гарантирует правильности импульсного донабора, так как качество приходящих из абонентской линии «импульсов-щелчков» зависит от ее электрических характеристик, длины и т.д.

Телефонный интерфейс ELTA 200 предназначен для сопряжения транкинговых систем связи разных типов с ТфОП; интерфейс позволяет сопрягать транкинговые системы связи и ТфОП по цифровым каналам (2,048 Мбит/с), трехпроводным соединительным линиям с декадным набором номера или по четырехпроводным каналам тональной частоты с системами сигнализации различных типов с ведомственными телефонными сетями.

Соединение с ТфОП является традиционным для ТСР, но в последнее время все более возрастает число приложений, предполагающих передачу данных, всвязи с чем наличие интерфейса к сетям передачи данных (СПД) также становится обязательным.

Терминал технического обслуживания и эксплуатации располагается, как правило, на БС. Терминал предназначен для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, тарификации, внесения изменений в БД абонентов. Большинство ТСР имеют возможность удаленного подключения терминала через ТфОП или СПД.

Необязательными, но характерными элементами ТСР являются диспетчерские пульты (ДП). ТСР используются в первую очередь потребителями, работа которых требует наличия диспетчера - службы охраны, скорая медицинская помощь, пожарная охрана, транспортные компании, муниципальные службы. ДП могут включаться в систему по абонентским радиоканалам, или подключаться по выделенным линиям непосредственно к коммутатору БС. В рамках одной ТСР может быть организовано несколько независимых сетей связи. Пользователи каждой из таких сетей не будут замечать работу соседей и не смогут вмешиваться в работу других сетей. Поэтому в одной ТСР могут работать несколько ДП, различным образом подключенных к ней.

Абонентское оборудование ТСР включает в себя широкий набор устройств. Как правило, наиболее многочисленными являются полудуплексные PC, так как они в наибольшей степени подходят для работы в замкнутых группах. В основном это функционально ограниченные устройства, не имеющие цифровой клавиатуры. Их пользователи имеют возможность связываться лишь с абонентами внутри своей рабочей группы, а также посылать экстренные вызовы диспетчеру. Существуют и полудуплексные PC с широким набором функций и цифровой клавиатурой, но они, будучи существенно дороже, предназначены для более узкого круга абонентов.

В ТСР постепенно находит применение новый класс абонентских устройств - дуплексные PC, напоминающие сотовые телефоны, но обладающие значительно большей функциональностью по сравнению с последними.

Как полудуплексные, так и дуплексные транкинговые PC выпускаются не только в портативном, но и в автомобильном исполнении. Как правило, выходная мощность передатчиков автомобильных PC выше.

Относительно новым классом устройств для ТСР являются терминалы ПД. В аналоговых ТСР терминалы ПД - это специализированные радиомодемы, поддерживающие соответствующий протокол радиоинтерфейса. Для цифровых систем более характерно встраивание интерфейса ПД в АР различных классов. В состав автомобильного терминала ПД часто включают спутниковый навигационный приемник системы Global Position System (GPS), предназначенный для определения текущих координат и последующей передачи их диспетчеру на пульт.

В ТСР используются также стационарные PC, преимущественно для подключения ДП. Выходная мощность передатчиков стационарных PC приблизительно такая же, как у автомобильных.

Архитектура многозоновых ТСР может строиться по двум принципам. Если определяющим фактором является стоимость оборудования, используется распределенная межзональная коммутация. Каждая БС в такой системе имеет свое собственное подключение к ТфОП. При необходимости вызова из одной зоны в другую он производится через интерфейс ТфОП, включая процедуру набора телефонного номера. Кроме того, БС могут быть непосредственно соединены с помощью физических выделенных линий связи.

Использование распределенной межзональной коммутации целесообразно лишь для систем с небольшим количеством зон и с невысокими требованиями к оперативности межзональных вызовов (особенно в случае соединения через коммутируемые каналы ТфОП). В системах с высоким качеством обслуживания используется архитектура с ЦК. Структура многозоновой ТСР с ЦК изображена на рисунке 4.2.

Основной элемент этой схемы - межзональный коммутатор. Он обрабатывает все виды межзональных вызовов, т.е. весь межзональный трафик проходит через один коммутатор, соединенный с БС по выделенным линиям. Это обеспечивает быструю обработку вызовов, возможность подключения централизованных ДП. Информация о местонахождении абонентов системы с ЦК хранится в единственном месте, поэтому ее легче защитить. Кроме того, межзональный коммутатор осуществляет также функции централизованного интерфейса к ТфОП и СКП, что позволяет при необходимости полностью контролировать как речевой трафик ТС, так и трафик всех приложений ПД, связанный с внешними СПД, например Интернет. Таким образом, система с ЦК обладает более высокой управляемостью.

5. Спутниковые системы связи

Классификация систем спутниковой связи

Сети спутниковой связи обладают преимуществом перед другими системами связи: спутниковая связь не имеет ограничений по привязке к местности и охватывает местности, где построение других систем связи нерентабельно или невозможно: морские транспортные магистрали, незаселённые или малозаселенные территории (в частности, северные территории России), местах разрыва наземной инфраструктуры телекоммуникаций.

В зависимости от вида предоставляемых услуг сети спутниковой связи можно разделить на следующие классы:

  • речевая (радиотелефонная) связь;
  • пакетная передача данных;
  • определение местоположения потребителей;
  • телевещание.

Радиотелефонная связь использует протоколы цифровой передачи сообщений, удовлетворяющие международным стандартам на спутниковую связь. В частности, передача сообщений должна осуществляться в реальном масштабе времени, задержка сигнала не должна превышать 0,3 с, недопустимо прерывание сеанса связи. Обеспечение перечисленных требований формируется посредством: высокоточной системой ориентации спутников для удержания луча антенн в заданном направлении, достаточным для сплошного (непрерывного) покрытия зоны обслуживания количеством спутников в системе и количеством многолучевых антенных систем (работающих на частотах выше 1,2 ГГц), достаточным количеством наземных узловых (шлюзовых) станций.

Системы пакетной передачи данных обеспечивают передачу любых данных в цифровом виде: телексные, факсимильные сообщения, компьютерные данные и т.д.; как правило, в таких системах отсутствуют требования к оперативности доставки сообщений, скорость передачи составляет от единиц до сотен килобайт в секунду. В настоящее время развернуты несколько систем пакетной передачи данных для организации доступа в Internet.

Для определения местоположения абонента развернута GPS система на базе спутниковой группировки ГЛОНАСС/НАВСТАР. Как правило, GPS система используется в промышленных и военных целях: определение координат морских судов, самолетов, железнодорожных и автомобильных транспортов специального назначения, находит применение в геологоразведовательных экспедициях и т.п.

Сеть спутникового телевещания охватывает практически всю территорию материков и насчитывает сотни телевизионных каналов, сгруппированных по тематикам: новости, спорт, культура, развлекательное телевидение и т.д. Помимо сервиса в виде избыточного количества телеканалов достоинством сетей спутникового телевещания является охват малозаселённых территорий, где отсутствуют (в виду их нерентабельности) ретрансляционные сети телевещания.

Для построения спутниковых систем связи используют орбитальные группировки, расположенные на разных по высоте орбитах (классификация по высоте орбиты):

  • высокоорбитальные, или геостационарные – круговые экваториальные орбиты высотой около 40 000 км;
  • среднеорбитальные – с круговой орбитой высотой порядка 10 000 км;
  • низкоорбитальные – круговые орбиты высотой 700-1500 км.

Высота орбит определятся многими факторами: энергетические характеристики радиолиний (мощность уменьшается пропорционально квадрату расстояния), задержкой распространения радиоволн, размеры и расположение обслуживаемых территорий, угол места спутника, способ организации связи и т.д.

Геостационарные орбитальные группировки имеют период обращения спутника вокруг Земли 24 часа, т.е. спутник является неподвижным относительно поверхности Земли, как бы «висит» над одной и той же точкой экватора. Помимо этого, большое соотношение высоты орбиты и радиуса Земли позволяет трем геостационарным спутникам охватить практически полностью поверхность планеты (за исключением полюсов). Однако геостационарные космические группировки имеют значительный недостаток – большое время распространения радиосигнала, что приводит к задержкам передачи сообщений во время сеанса связи.

Спутники, находящиеся на низких орбитах, не имеют ощутимой задержки распространения радиосигнала. Однако в зону видимости абонента попадают лишь на 8-12 минут, что требует для обеспечения непрерывности связи наличие большого количества спутников, как бы «передающих по эстафете» абонента посредством наземных шлюзовых станций или межспутниковой связи.

С увеличением высоты орбиты увеличивается зона видимости и, соответственно, время нахождения спутника в зоне видимости, что позволяет уменьшить количество спутников в группировке. Высота орбит среднеорбитальных систем связи является компромиссным значением между параметрами: количество спутников в группировке и время распространения сигнала (при скорости спутника 7 км/с - порядка 130 мс).

Системы спутниковой связи имеют много общего с сотовыми системами связи: территория обслуживания, как правило, формируется посредством нескольких радиолучей, с той лишь разницей, что размер соты составляет несколько сотен километров, а роль базовых станций выполняют спутники (или многолучевые антенны). Многолучевые антенны используют в геостационарных (иногда – в среднеорбитальных) системах связи с целью достижения необходимой пропускной способности сети. Абонентские терминалы речевой связи оборудованы вокодерами, обеспечивающими переменную скорость передачи речевого сигнала; передача информации ведётся со скоростью порядка 1200-9600 бит/с. Геостационарные системы связи в большинстве своём используют протокол TDMA, низкоорбитальные – CDMA (например: Globalstar, Odyssey). В настоящее время активно ведутся разработки по интеграции сотовых систем связи и спутниковых систем связи.

Принципы построения спутниковых систем связи

Спутниковая сеть связи (рисунок 5.1) включает в себя:

  • космический сегмент, состоящий из нескольких спутниковых ретрансляторов;
  • наземный сегмент, (центр управления орбитальными спутниками, шлюзовые станции);
  • абонентский сегмент (абонентские терминалы);
  • интерфейсы сопряжения шлюзовых станций с наземными сетями связи.

С целью обеспечения отсутствия взаимных помех систем спутниковой связи использование частот и расположение спутниковых ретрансляторов регламентируется Международным консультативным комитетом по радио и Международным комитетом по регистрации частот. Диапазоны частот, выделенные под типы связи (см. рисунок 5.1) представлены в таблице 5.1.

Космический сегмент включает спутниковую группировку, состоящую из нескольких спутниковых ретрансляторов, равномерно размещенных на орбитах. Космические аппараты (КА) включают:

  • центральный процессор;
  • радиоэлектронное оборудование бортового радиотрансляционного комплекса;
  • антенные системы;
  • системы ориентации и стабилизации;
  • двигательные установки;
  • система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи).

Диапазон

Полоса частот, ГГц

L

1,452 - 1,500

1,61 - 1,71

S

1,93 - 2,70

C

3,40 - 5,25

5,725 - 7,075

Ku

10,70 - 12,75

12,75 - 14,80

Ka

14,40 - 26,50

27,00 - 50,20

K

84,00 - 86,00

Количество спутников в орбитальной группировке определяется из соображений полного охвата обслуживаемой территории. Например, для низкоорбитальной группировки с орбитой 1000 км и при скорости спутника 7 км/с время видимости спутника составляет 14 минут; после этого спутник «уходит» за линию горизонта и, для обеспечения непрерывности связи, на смену ему должен приходить следующий, за ним – третий и т.д. Т.о. количество спутников будет определяться отношением периода обращения спутника вокруг Земли к периоду нахождения спутника в зоне видимости. С увеличение высоты орбиты увеличивается время видимости спутника, соответственно, уменьшаются требования к численности орбитальной группировки, однако, из-за увеличения дальности связи требуется более сложное и дорогостоящее оборудование. Численность орбитальной группировки определяется компромиссом между стоимостью и объёмом оказываемых услуг и простотой и стоимостью подвижного спутникового терминала.

Обеспечение связи абонента, находящегося в зоне видимости одного спутника, с абонентом, находящимся в зоне видимости другого спутника, организуется посредством связи между спутниковыми ретрансляторами (по цепочке, пока информация не дойдёт до спутникового ретранслятора второго абонента). В некоторых системах эту функцию выполняют шлюзовые станции, транслирующие информацию с одного спутника на другой.

Наземный сегмент включает:

  • центр управления системой;
  • центр запуска КА;
  • центр управления связью;
  • шлюзовые станции.

Центр управления системой осуществляет слежение за КА, расчёт их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику бортовой аппаратуры, передачу командной информации и т.д. функции управления осуществляются на основе телеметрической информации, получаемой от каждого КА группировки. Благодаря использованию территориально разнесённых контрольно-измерительных станций центр управления системой с достаточно высокой оперативностью выполняет: контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту, контроль состояния каждого КА, контроль и управление орбитой каждого КА, разрешение нештатных ситуаций, вывод КА из состава орбитальной группировки.

Центр запуска КА определяет программу запуска, осуществляет сборку ракеты-носителя, установку полезной нагрузки КА, предстартовую проверку; после запуска ракеты-носителя - траекторные измерения на активном участке полёта, которые передаёт в центр управления системой для корректировки последующей траектории.

Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, посредством шлюзовых станций контролирует и управляет связью. В нормальных условиях работы орбитальной группировки связь со шлюзовой станцией и пользовательскими терминалами осуществляется автономно. В нештатных ситуациях (неработоспособность КА, оборудования спутникового ретранслятора или шлюзовой станции) центр переходит в режим поддержания связи с повышенной нагрузкой, или проводит реконфигурирование сети.

Абонентский сегмент определяется номенклатурой предоставляемых спутниковой системой связи услуг: связь абонентов спутниковой сети с абонентами спутниковой сети, ТфОП, пейджинговых и сотовых сетей, определение местоположения (координат) абонентов.

Абонентское оборудование разделяют на переносные спутниковые терминалы (весом до 700 г) и мобильные терминалы (весом порядка 2,5 кг). Спутниковые телефоны оборудованы антенной, не требующей ориентации на спутниковый ретранслятор. При установлении связи (что занимает порядка 2 с) система автоматически определяет свободный канал и закрепляет его за абонентом на период сеанса связи. Как правило, в телефонах используется временное или частотное уплотнение каналов, хорошо зарекомендовавшее себя в сотовой связи. Некоторые спутниковые телефоны способны работать с сотовыми сетями связи (устанавливается соответствующая SIM-карта).

Краткий обзор спутниковых систем мобильной связи

Teledesic

Teledesic - широкополосной низкоорбитальной спутниковой коммуникационной системе - выделены две полосы по 500 МГц в Ка-диапазоне (20-30 ГГц). Up-link: 28,6-29,1 ГГц; down-link: 18,8-19,3 ГГц.

Система состоит из 288 спутников на 12 орбитах. Все эти спутники, связанные в единую сеть, должны организовать систему "космического Интернета" (Internet in the sky). В пределах зоны радиусом 100 км система сможет поддерживать скорость 500 Мбит/с на и от пользователя. Большинство пользовательских терминалов способны поддерживать скорость 64 Мбит/с в обоих направлениях. Базовым режимом, то есть наиболее массовым, по оценкам экспертов компании, будет режим c up-link скоростью 2 Мбит/с и down-link скоростью 64 Мбит/с.

Celestri

Особенность этой системы заключается в совместном использовании низкоорбитальных и геостационарных спутников. Спутники, находящиеся на низких орбитах, будут осуществлять региональную трансляцию, геостационарные спутники — глобальную. Эта система является "второй серией", которую решила продемонстрировать компания Motorolla вслед за уже широко известным Iridium'ом. Если Iridium осуществляет телефонную и пейджинговую связь, то система Celestri должна предоставить своим пользователям полный набор мультимедийных услуг.

Низкоорбитальная группировка будет состоять из 63 спутников, расположенных на 7 орбитах. Высота орбиты - 1400 км, наклонение - 48°, период обращения - 1,9 часа. Каждый спутник будет общаться с пользователями со скоростью 80 Гбит/с. Минимальный срок службы каждого аппарата - 8 лет. Частотный диапазон: Up-link 28,6-29,1 и 29,5-30,0 ГГц; Down-link 18,8-19,3 и 19,7-20,2 ГГц; скорость межспутниковой связи 4,5 Гбит/с.

Геостационарная группировка состоит из девяти спутников, каждый из которых будет формировать 4 широких луча и 84 узких. Скорость связи в каждом луче - 2,8 Гбит/с. Набор пользовательской аппаратуры предусматривает терминалы со скоростями от 64 Кбит/с до 155 Мбит/с. Стоимость самого дешевого комплекта оборудования не должна превышать 750 долларов.

Ellipso

Ellipso является гибридной системой, включающей 17 спутников в двух группировках: средне- и низко-орбитальной.

Создатели системы поставили себе задачу минимизировать стоимость одной минуту, для чего они пошли по пути достижения максимальной эффективности системы минимальными средствами. То есть сделали так, чтобы спутники обслуживали заселенные области, а время пролета над малонаселенными областями было минимизировано.

Спутниковая группировка разделена на две половины: Ellipso-Boreal и Ellipso-Concordia. Первая предназначена для обслуживания Северного полушария, вторая - южного. В системе Ellipso-Boreal - 10 спутников, выведенных на эллиптические орбиты (апогей - 7846 км, перигей - 520 км, наклонение - 116,5°, период обращения - 3 часа). Апогей орбиты находится в северном полушарии, таким образом, большую часть периода спутник обслуживает северное полушарие. Система Ellipso-Concordia состоит из шести спутников, находящихся на круговых экваториальных орбитах высотой 8040 км. Эта система будет обслуживать южное полушарие, причем только до 47° ю.ш. Все территории, находящиеся южнее, по замыслу создателей, не заселены и в мобильной связи не нуждаются. Кстати, на эту орбитальную схему создателями получен патент. По их словам, данное расположение орбит повышает эффективность системы чуть ли не на 20 % по сравнению с системой, расположенной на круговых орбитах.

Globalstar

Система состоит из 56 спутников на восьми орбитах. При этом шесть спутников на каждой орбите являются рабочими, а по одному - резервными. Высота орбиты - 1414 км, наклонение - 52°. Масса каждого спутника - 450 кг, минимальный срок службы - 7,5 лет.

Особенность Globalstar заключается в том, что при запросе пользователя сначала будет сделана попытка соединить пользователя через местную сотовую сеть. При невозможности сделать это, сигнал будет отправлен на спутник, с которого - на узловую станцию (Gateway), и далее - в местные коммуникационные сети. Таким образом, Globalstar является не альтернативой традиционным методам связи, а только дополнением. В проект всех остальных систем тоже заложена совместимость с наземными сетями, однако, "врастание" в такой сильной степени характерно только для Globalstar.

Рабочие частоты Globalstar:

  • 1610-1621,35 МГц - Up-link - связь пользователь-спутник
  • 2483,5-2500 МГц - down-link - связь спутник-пользователь
  • 5091-5250 МГц - feeder up-link - связь gateway-спутник
  • 6875-7055 МГц - feeder down-link - связь спутник-gateway

Sky Bridge

Спутниковая группировка Sky Bridge включает 64 спутника на низких орбитах, обеспечивая пользователей всем "джентльменским набором" мультимедийных услуг: передача данных, корпоративная связь, выход в Интернет, игры. Каждый спутник формирует 45 лучей, каждый из которых обслуживает область радиусом 350 км. Масса спутника - 800 кг, минимальный срок службы - 8 лет. Пользовательский терминал обеспечивает скорость 64 Мбит/с на линии "спутник-Земля" и 2 Мбит/с на линии "Земля-спутник". Предполагается создать около 200 узловых трансляционных станций, обеспечивающих связь Sky Bridge c местными коммуникационными сетями. Эти же станции будут обеспечивать переключение пользователя со спутника, выходящего из зоны видимости.

ORBICOMM

В 1995 г. на орбиту были выведены два экспериментальных спутника. В настоящее время идет разворачивание системы из 28 КА. Система осуществляет слежение за передвижными объектами (аналогично системе Euteltraks), автоматический сбор информации (пожарные службы, радиационный контроль и др.), корпоративную и персональную связь. Спутники находятся на орбите высотой 825 км. Для трансляции "Земля-спутник" используется диапазон 137-138 МГц и 400 МГц, для трансляции "спутник-Земля" — 148-150 МГц.

Спутниковый Internet

Рекомендуемое использование высокоскоростного спутникового Интернета - подключение групп пользователей: корпоративные структуры, небольшой город с медленной телекоммуникационной магистралью. Обычно используется выделенная линия небольшого (32-64 кбит/с) объема; при такой линии и возрастании числа пользователей «всё начинает тормозить». Подключение к высокоскоростному спутниковому Интернету позволяет резко повысить скорость и улучшить качество приема при незначительном увеличении расходов.

Следует отметить, что посредством спутникового Internet принципиально невозможна IP-телефония, поскольку сервер обрабатывает только ftp- и http-протоколы.

НТВ Internet

В предоставляемом НТВ-Интернет сервисе (сайт www.ntvi.ru) используется стандартная схема посылки запроса и получения ответа, которая отражена на рисунке 5.2. Работа портала НТВ-Интернет основана на PROXY-сервере, расположенном в Москве.

Для предоставления данного сервиса работает один транспондер спутника "Бонум" на частоте 12 297 МГц. Ширина транспондера 36 МГц. Не вдаваясь в точные расчеты, ориентировочно можно сказать, что при гарантированной скорости 365 кбит/с одновременно около сотни пользователей могут непрерывно качать информацию. Понятно, что такого не бывает: во-первых, не все одновременно, во-вторых, не все время качают файлы. У сервиса EON на настоящий момент порядка 15 000 пользователей. Но при этом уже задействовано 4 или 5 транспондеров спутника "Астра". Предполагается подключить ещё 3 транспондера. Очевидно, с возрастанием количества пользователей компания НТВ-Интернет будет предпринимать всякого рода шаги для обеспечения качества: от ограничения количества пользователей или скорости передачи до ввода новых мощностей. На этот случай резервы у компании есть: еще далеко не все транспондеры спутника используются на полную мощность.

Абонентское оборудование для высокоскоростного доступа в Интернет с возможностью приема телевизионных каналов:

  • компьютер;
  • "тарелка" НТВ-Плюс;
  • DVB-карта (двойного назначения: Internet и телевещание);
  • CD-ROM с соответствующим программным обеспечением.

DVB-карта - со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером - предназначена для приема данных Интернет и приема некодируемых телевизионных программ НТВ-Плюс (НТВ, ТНТ и др.); просмотр программ возможен, как на экране компьютерного монитора, так и на экране обычного телевизора. Эта карта комплектуется также выходом высококачественного стереофонического звукового сигнала.

Перечисленное оборудование предоставляет следующие функции:

  • прием и декодирование Интернет-трафика со спутника;
  • обработка push-потоков;
  • организация обратного потока от пользователя;
  • просмотр на экране компьютерного монитора в полностью масштабируемом окне телевизионных программ НТВ-Плюс;
  • запись телевизионных программ на дисковые накопители компьютера - программный видеомагнитофон.

Следует отметить, что такого сервиса, как одновременный прием в компьютер телевидения и Интернет оборудование не предоставляет.

Гарантированная скорость Интернет-трафика составляет 365 кбит/с. Однако, экспериментально было определено: при подключении одного, двух, трех и более файлов наблюдается возрастание скорости скачки (920 кбит/с); особой разницы между скоростями закачки файлов по FTP и HTTP не замечено. Иногда скорость стабильно держалась (для 10 ftp соединений около 1800-2000 кбит/с.

EuropeOnline Internet

EuropeOnline стартовала немного раньше, чем НТВ-Интернет, возможно поэтому он сейчас несколько более распространен. На этот сервис работает пять транспондеров спутника "Астра". Для приёма, благодаря "московскому" лучу, достаточно 90-сантиметровой "тарелки". Скорость получения информации гарантирована на уровне 370 кбит/с.

Схема предоставления сервиса представлена на рисунке 5.2. Несмотря на некоторые различия, по сравнению со схемой предоставления услуг компанией НТВ-Интернет, принцип у них одинаков. Программное обеспечение формирует и отсылает запросы к локальному Интернет-провайдеру, откуда они передаются на PROXY-сервер спутникового Интернет-провайдера, расположенный в Люксембурге. Все ответы на запросы, приходящие на сервер от пользователя, транслируются на спутник, а со спутника на компьютер пользователя. По сведениям сайта www.itelsat.com.ua, сервер работает как шлюз с Интернет через канал 622 Мбит (по сведениям из другого сайта www.omicom.ru - 650 Мбит).

Необходимое оборудование такое же, как и у НТВ-Интернет, за исключением спутниковой карты - EuropeOnline предлагает две платы:

  • SkyStar 1 со встроенным MPEG-2 декодером и тюнером (помимо Internet);
  • SkyStar 2 (только Internet).

Web-серфинг и ftp-закочка принципиально отличаются тем, что при web-серфмнге абонент часто посылает запросы, и соотношение времени 1/8 - 1/10 между запросом и получением ответа начинает играть существенную роль. Одно дело один раз подготовить информацию и долго ее передавать (ftp-закачка), другое дело - прыгать со странички на страничку в поисках какой-либо информации. Уже из принципа передачи (короткий запрос по медленному телефонному каналу и длинный ответ через спутниковый канал) ясно, что ftp-закачка предпочтительней web-серфинга.

Различий в скорости закачки по FTP- и HTTP-протоколам не замечено. Так, один из файлов, закачиваемых по FTP-протоколу, в розные промежутки времени показывал различную скорость закачки: иногда скорость была выше, чем при закачке по HTTP-протоколу, иногда ниже. Чаще всего оказывается, что no FTP качаются большие файлы, о свойство IP-протокола такое, что скорость наращивается постепенно, и чем длиннее файл, тем выше будет скорость к концу его закачки (поднимется до максимума). Файлы HTTP-протокола обычно меньше размером, поэтому, скорее всего, скорость просто не успевает подняться до максимальной. Скорость устойчиво возрастает при подключении дополнительных файлов, но с какого-то момента перестает расти: скорости выше 950 кбит/с зафиксировать не удавалось.

Сам по себе сервер EuropeOnline насыщен огромным количеством информации. Одним из самых интересных вариантов является робота Download Centre EON. Обещана скорость перезагрузки по заказу(!) без связи через телефонный канал для запроса (?) в 2-2.5. Мбит/с! Однако, предварительно с компьютером необходимо проделать ряд действий (какие именно, можно уточнить на сервере).

6. Системы сотовой связи

Принципы функционирования систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификации, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи: разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами или ячейками.

Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны, и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты использован шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Повторное использование частот

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Обычно антенны базовых станций имеют круговые диаграммами направленности (передача сигнала одинаковой мощности по всем направлениям). Пример построения сот при использовании трех частот f1 - f3 представлен на рисунке 6.1. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рисунке 6.1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати. Базовые станции удалены друг от друга на расстояние В, называемое «защитным интервалом» (рисунок 6.1).

Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого Fк, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:

Fс = Fк*m*С (5.1)

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки, следовательно, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и В. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R). Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала В, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рисунок 6.2). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 ячеек; базовая станция каждой из них может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

Состав системы сотовой связи

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (control channel), в некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (call channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рисунок 6.3). Центр коммутации MSC - это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи

Не смотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования в основном сходны. Для абонента практически нет разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своём телефоне, что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние "трубка положена" обычного телефона), его приёмное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передаётся сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведёт к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путём автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной литературе - handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приёмником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Переключение производится так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.

Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, кода все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного, но поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочерёдное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.

Одна из важных услуг сетей сотовой связи - предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или страну, причём сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто ему звонит. В сотовой связи такая возможность называется роуминг (от англ. roam - скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (например, телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т.п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Т.е. для обеспечения роуминга в сотовых сетях необходимо выполнение трёх условий:

  • наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой подключен данный радиотелефон;
  • наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;
  • наличие каналов связи между системами, обеспечивающими передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть её центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

При организации роуминга не достаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.

Различают три вида роуминга:

  • автоматический, т.е. предоставление абоненту возможности выйти на связь "в любое время в любом месте";
  • полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора;
  • ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.

Существующий объём услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя в стандарте GSM услуга роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространённости стандартов.

Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с.

Сотовый радиотелефон и здоровье

Время от времени в средствах массовой информации поднимается вопрос о вредном воздействии на человека систем сотовой связи, в частности, связанном с последствиями облучения головного мозга при пользовании сотовым радиотелефоном. Однако пока не установлены какие-либо статистически обоснованные закономерности распространения тех или иных заболеваний среди абонентов систем сотовой связи.

Никто не может, категорически утверждать, что нет вреда от радиотелефонов, равно как никто не может утверждать, что вред есть. Исследования в этой области ведутся с начала 90-х годов. Все учёные единодушно сходятся на том, что электромагнитное излучение сотовых телефонов, конечно же, влияет на ткани головного мозга.

7. Эволюция систем сотовой связи

История развития систем сотовой связи

Появлению сетей сотовой подвижной связи предшествовал долгий период эволюционного развития радиотелефонной системы связи, в течение которого осваивались различные частотные диапазоны, и совершенствовалась техника связи. Идея сотовой связи была предложена в ответ на необходимость развития широкой сети подвижной связи в условиях ограничений на доступные полосы частот.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Labs американской компании AT&T предложил идею разбиения обслуживаемой территории на небольшие участки, которые стали называться сотами, (cell - ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке (соте).

Но прошло около 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. В 70-х годах начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для пяти североевропейских стран - Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии, который получил название NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) и был предназначен для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г. Сети на основе стандарта NMT-450 и его модифицированных версий стали широко использоваться в Австрии, Голландии, Бельгии, Швейцарии, а также в странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На базе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900 диапазона 900 МГц, который позволил расширить функциональные возможности и значительно увеличить абонентскую емкость системы.

В 1983 г. в США вступила в эксплуатацию сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service). Этот стандарт был разработан в исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1985 г. в Великобритании был принят в качестве национального стандарт TACS (Total Access Communications System), разработанный на основе американского стандарта AMPS.

В конце 80-х годов приступили к созданию систем сотовой связи (ССС), основанных на цифровых методах обработки сигналов. С целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц в 1982 г Европейская Конференция Администраций Почт и Электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу Groupe Special Mobile. Аббревиатура GSM дала название новому стандарту (позднее GSM стали расшифровывать как Global System for Mobile Communications). Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г. требования к системе ССС стандарта GSM.

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в области связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт более известен под аббревиатурой D-AMPS. В отличие от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны, поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с обычным AMPS. В то же время американская компания Qual-comm начала разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на технологии шумоподобных сигналов и кодовом разделении каналов - CDMA (Code Division Multiple Access).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM.

В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к стандарту D-AMPS. Стандарт JDC был утвержден в 1991 г. Министерством почт и связи Японии.

В 1993 г. в США Промышленная Ассоциация в области связи (TIA) приняла стандарт CDMA как внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В сентябре 1995 г. в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация первой сети стандарта IS-95.

В общем виде эволюция систем подвижной связи представлена на рисунке 6.4.

Поколения систем сотовой связи

В эволюционном развитии сотовых систем связи можно выделить три поколениях: первое - аналоговые системы; второе - цифровые системы; третье - универсальные системы мобильной связи. Следует отметить, что стандарты первого поколения разрабатывались почти каждой экономически развитой страной самостоятельно, чем объясняется их большое количество; второе поколение уже имеет тенденцию к объединению (примером является стандарт GSM).

Аналоговые системы сотовой связи

В таблице 6.1 представлены наиболее распространенные стандарты аналоговой связи.

Таблица 6.1. Аналоговые стандарты сотовой связи

Абривиа-тура

Расшифровка абривиатуры

Перевод

Распространенность

AMPS

Advanced Mobile Phone Service

Усовершенствованная мобильная телефонная служба

Широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии; используется в России в качестве регионального стандарта

TACS

Total Access Communications System

Общедоступная система связи

Используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); второй по распространенности стандарт среди аналоговых

NMT-450 NMT-900

Nordic Mobile Telephone

Мобильный телефон северных стран

Используется в Скандинавии и во многих других странах; третий по распространенности среди аналоговых стандартов; стандарт NMT-450 принят в России в качестве федерального

С-450

 

(диапазон 450 МГц)

Используется в Германии и Португалии

RTMS

Radio Telephone Mobile System

Мобильная радиотелефонная система, диапазон 450 МГц

Используется в Италии

Radiocom 2000

   

Используется во Франции

NTT

Nippon Telephone and Telegraph system

Японская система телефона и телеграфа

Используется в Японии

Характеристики ССС основных аналоговых стандартов представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Характеристики аналоговых стандартов сотовой связи

Характеристика

Стандарт

AMPS

TACS

NMT-450

NMT-900

Radiocom-2000

NTT

Диапазон частот, МГц

800

900

450

900

170, 200, 400

800-900

825-845 870-890

935-950 890-905

453-457,5 463-467,5

935-960 890-915

424,8-427,9 418,8-421,9

925-940 870-885

Метод доступа

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

FDMA

Радиус ячейки, км

2-20

2-20

2-45

0,5-20

5-20

5-10

Число каналов подвижной станции

666

600 (640)

180

1000/1999

256

До 1000

Число каналов базовой станции

96

144

30

30

-

120

Мощность передатчика базовой станции, Вт

45

50

50

40

-

25

Ширина полосы частот канала, кГц

30

25

25

25 (12,5)

12,5

25

Время переключения канала на границе ячейки, мс

250

290

1250

270

-

800

Минимальное отношение сигнал/шум, дБ

10

10

15

15

-

15

Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков:

  • возможность прослушивания разговоров другими абонентами;
  • отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.

Цифровые системы сотовой связи

Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС. Переход к цифровым системам также стимулировался широким внедрением цифровой техники в отрасль связи и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов.

Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim Standard, т.е. «промежуточный стандарт»). В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (GSM-900 - диапазон 900 МГц). Цифровой стандарт, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. - PDC (Personal Digital Cellular - «персональная цифровая сотовая связь»).

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (КУ). Цифровая версия IS-54 сохранила структуру КУ аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые КУ были введены в версии IS-136. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость КУ и расширены функциональные возможности системы. Позже было принято решение обозначать этот стандарт GSM-1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи (PCS - Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM-1900 - стандарт IS-661).

Цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMA). Однако уже в 1992 - 1993 гг. в США был разработан стандарт ССС на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access - CDMA) - стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995-1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц.

Основные цифровые стандарты ССС приведены в таблице 6.3:

Таблица 6.3. Основные цифровые стандарты сотовой связи

Абривиатура

Расшифровка абривиатуры

Перевод

Распространенность

D-AMPS

Digital AMPS (Advanced Mobile Phone Service)

Усовершенствованная мобильная телефонная служба

цифровой AMPS

GSM

Global System for Mobile Communications

Глобальная система мобильной связи

второй по распространенности стандарт мира

CDMA

Code Division Multiple Access

Множественный доступ с кодовым разделением каналов

 

JDC

Japanese Digital Cellular

Японский стандарт цифровой сотовой связи

 

Цифровые ССПС по сравнению с аналоговыми системами предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).

Характеристики цифровых стандартов представлены в таблице 6.4.

Таблица 6.4. Сравнительные характеристики цифровых стандартов

Характеристика

Стандарт

D-AMPS

GSM

JDC

CDMA

Метод доступа

TDMA

TDMA

TDMA

CDMA

Число речевых каналов на физический канал

3

8 (16)

3

32

Отведенный и рабочий диапазон частот, МГц

(800 и 1900 МГц)

(900, 1800 и 1900 МГц)

810-826

940-956

1429-1441

1447-1489 1501-1513

(800 и 1900 МГц)

824-840

869-894

935-960

890-915

824-840 869-894

Ширина полосы частот радиоканала, кГц

30

200

25

1250

Эквивалентная полоса частот на один разговорный канал, кГц

25

25 (12,5)

8,3

-

Вид модуляции

π/4 DQPSK

0,3 GMSK

π/4 DQPSK

QPSK

Скорость передачи информации, кбит/с

48

270

42

-

Скорость преобразования речи, кбит/с

-

13 (6,5)

11,2 (5,6)

8

Минимальное отношение сигнал/шум, дБ

16

9

-

7

Алгоритм преобразования речи

VSELP

RPE-LTR

VSELP

CELP

Радиус соты, км

0,5-20

0,5-35

0,5-20

0,5-25

Системы мобильной связи 3-го поколения

Дальнейшее развитие CCC осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поколения (3G), которые будут отличаться унифицированной системой радиодоступа.

Программа IMT-2000 (International Mobil Telecommunications-2000) по созданию нового семейства систем подвижной связи третьего поколения, охватывает технологии, наземной сотовой, спутниковой связи и беспроводного доступа. Суть новой концепции состоит в совмещении существующих сетей с системами, базирующимися на новом семействе стандартов 3-го поколения, которое получило обозначение IFS (IMT-2000 Family of Systems).

Архитектура систем будущего должна включать в себя два основных элемента: сетевую инфраструктуру (Access Network) и магистральные базовые сети (Core Network). Она должна обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения):

  • до 2,048 Мбит/с - при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;
  • до 144 кбит/с - при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;
  • до 64 (144) кбит/с - при глобальном покрытии (спутниковая связь).

В соответствии с концепцией IMT-2000 в системах 3-го поколения предполагается создание единого частотного пространства шириной 230 МГц с разными сценариями использования. Основа этих сценариев - режимы FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). Новизна технологии IMT-2000 связана, прежде всего, с выделением парных полос частот для систем, работающих с частотным дуплексным разносом (FDD), и непарных - для систем с временным дуплексным разносом (TDD).

Комбинированное использование этих двух режимов делает систему гибкой, позволяя изменять пропускную способность и способы организации связи. Режим FDD более эффективен при больших размерах сот и высокой скорости передвижения абонентов, а TDD, напротив, предназначен для работы в пико и микросотах, т. е. там, где абонент передвигается с невысокой скоростью.

Таким образом, системы на базе WCDMA FDD и UTRA TDD дают возможность нескольким операторам совместно использовать одну и ту же полосу частот без взаимных помех и снижения качества связи. Частотной координации между операторами в этом случае не требуется, а гибкая сетевая архитектура обеспечивает создание сетей разной конфигурации (макро-, микро- и пикосоты) при экономном использовании радиоресурсов.

В качестве магистральной предполагается использовать сеть, базирующуюся на IP-технологии, а также усовершенствованные опорные сети GSM MAP и ANSI-41, которые развернуты для наиболее развитых стандартов мобильной связи 2-го поколения - европейского GSM и североамериканских TDMA (IS-136) и CDMA(IS-95). Взаимодействие между тремя магистральными сетями - GSM MAP, ANSI-41 и базовой IP-сетью - будет осуществляться через межсетевой интерфейс NNI (Network-to-Network Interface).

Организация ETSI участвует в разработке систем сотовой связи для массового использования. Ее вкладом в создание систем 3-го поколения стала программа UMTS, базирующаяся на успешном опыте разработки и внедрения систем GSM и DECT. В этой программе однозначно определено, что UMTS - это глобальная система, включающая как земные, так и спутниковые сети. Она отличается от GSM и других систем 2-го поколения широким спектром услуг передачи речи с высоким качеством (сопоставимым с качеством при фиксированной связи) и мультимедиа. UMTS позволяет организовать взаимодействие с системами GSM и модификациями этого стандарта, что обеспечит использование работающих сейчас сетей.

8. Аналоговые системы сотовой связи

Аналоговые системы сотовой подвижной связи принадлежат к первому поколению сотовых систем. Эти системы обеспечивают вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора, организацию, связи между подвижными абонентами и абонентами стационарной телефонной сети общего пользования и т. п. Сравнительные характеристики систем сотовой связи основных используемых стандартов представлены в таблице 6.2 и таблице 6.5.

Таблица 6.5. Нагрузочные характеристики систем сотовой связи

Система сотовой связи

Коэффициент повторения частоты С

Число каналов управления

Число каналов передачи речи

Среднее число занятых каналов

Средняя загрузка Эрл/ячейка

Число вызовов на ячейку в ЧНН

AMPS

7

21

279

39,86

30,80

1208

TACS

7

21

279

39,86

30,80

1208

NMT

9-12

0

300

33-25

24,93-17,50

937-657

Эффективность использования аналоговых систем сотовой подвижной связи характеризуется такими параметрами, как число вызовов на ячейку в часы наибольшей нагрузки (ЧНН), средняя загрузка на ячейку и др. (таблица 6.4).

Система сотовой связи стандарта NMT-450/900

Принципы организации

Разработка системы сотовой связи стандарта NMT-450 была закончена в 1978 г., а эксплуатация первых систем сотовой подвижной радиотелефонной связи общего пользования этого стандарта началась в 1981 г. К 1985 г. число абонентов системы достигло 180 тысяч. Изначально системы стандарта NMT (Nordic Mobile Telephone) были предназначены для 5 североевропейских стран. Это были аналоговые системы первого поколения, которые работали в диапазоне 450-467 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 кГц каждый. За счет многократного использования частот эффективное число каналов составляло 5568. Среднее число каналов, выделяемое базовым станциям, было равно 30. Ячейки с радиусом, находящимся в диапазоне 5-25 км, покрывали территории этих стран. Сети на основе модификаций данного стандарта находят применение во многих странах мира и в настоящее время благодаря большой зоне обслуживания, низкой цене установки и запуска, наращиваемости и простоте технического обслуживания. Характерной особенностью стандарта является то, что все подвижные абоненты имеют возможность работать в любой из стран, входящих в систему, благодаря тому, что подвижные станции полностью совместимы со всеми базовыми станциями системы любой страны. В настоящее время более 40 стран мира используют системы сотовой подвижной связи стандартов NMT-450 и NMT-900, работающие в диапазоне частот 450 и 900 МГц соответственно. Основное различие между этими стандартами заключается в том, что с повышением используемых частот стало возможным уменьшение габаритов радиотелефона, а также расширение спектра услуг связи и управления. К основным достоинствам стандарта NMT следует отнести надежную работу на открытых пространствах и возможность брать телефон с собой в поездку в те страны, где используется этот стандарт. Система сотовой связи NMT-450 предназначена для обслуживания наземных подвижных абонентов, но может быть использована и морскими подвижными службами вблизи берега. Система сотовой связи стандарта обеспечивает:

  • вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора в автоматическом режиме;
  • организацию связи между подвижной станцией и любым абонентом стационарной телефонной сети или с любой включенной в систему подвижной станцией, независимо от страны;
  • автоматический поиск подвижного абонента в пределах объединенных сетей сотовой связи.

Системы сотовой связи этого стандарта, кроме передачи речевых сообщений на местном, междугородном и международном уровнях, позволяют отправлять телефаксы и иметь доступ к базам данных (со скоростью передачи в пределах 4,8 Кбит/с), а также предоставляют абонентам следующие сервисные услуги: переадресацию вызова на другой номер, ограничение вызова (продолжительности разговора), конференцсвязь трех абонентов, организацию пользовательских групп с сокращенным набором номера и т.п.

Стандарт NMT-450 был усовершенствован: увеличилась производительность системы связи; повысилось качество работы; произведена защита доступа к сети с помощью системы идентификации абонента, исключившая возможность пиратского использования канала связи. Эта доработанная версия стандарта получила обозначение NMT-450i. Основной ее особенностью является применение так называемой SS №7 (Сигнализации номер 7 по спецификации МККТТ), что позволяет быстрее переключать абонентские станции на обслуживание другой базовой станцией при перемещениях абонента, выполнять функции их идентификации и снижать потребление энергии радиотелефонами.

Основные характеристики стандарта NMT-450 сохранены и в более новой его версии NMT-900. Основные технические характеристики стандартов представлены в таблице 6.6.

Таблица 6.6. Основные технические характеристики NMT-450 и NMT-900

Наименование параметра

NMT-450 (NMT-450i)

NMT-900

Полоса частот, МГц:

для передачи подвижной станцией

для приёма подвижной станцией

453,0-457,5

463,0-467,5

890-915

935-960

Частотный разнос каналов, кГц

25 (20)

25

Количество каналов

180 (225)

999

Дуплексный разнос каналов приёма и передачи, МГц

10

45

Мощность передатчика базовой станции, Вт

до 50

до 25

Мощность передатчика подвижной станции, Вт

15

1,5

0,15

6

1

0,1

Радиус ячейки, км

15-40

2-20

Как следует из таблицы 6.6, рабочие частоты стандарта NMT-450 находятся в двух полосах: 453,0-457,5 и 463,0-467,5 МГц, т.е. разнос каналов приёма и передачи равен 10 МГц.

Поскольку общее число каналов ограничено (разнос соседних каналов равен 20-25 кГц), то для того, чтобы увеличит абонентскую ёмкость системы, предусматривается организация малых зон связи.

Состав системы сотовой связи стандарта NMT-450

Принцип работы системы подвижной связи основан на взаимодействии с телефонной сетью общего пользования. Структурная схема подобной типовой сети представлена на рис. 6.3.

В состав сети сотовой подвижной связи входит:

  • Центр коммутации подвижной связи (MSC);
  • Базовые станции (BTS);
  • Подвижные станции (MS);
  • Различные контроллеры.

Центр коммутации подвижной связи обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является соединительным звеном между подвижными станциями и телефонной сетью общего пользования. Каждый MSC обслуживает группу базовых станций, совокупность которых образует его зону обслуживания.

Система спроектирована таким образом, что, в зависимости от значимости абонентов, она может предоставлять им некоторые преимущества в обслуживании, например, приоритет вызова, сокращённый набор и т.п.

Каналы связи каждой базовой станции подразделяются на разговорные каналы и каналы управления (вызова). По каналу управления передаётся специальный сигнал опознавания. По свободным разговорным каналам транслируется другой сигнал опознавания, подтверждающий, что канал свободен и может быть использован для ведения переговоров. Все подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовых станций, постоянно работают на приём на частоте канала управления для ведения разговора.

В системе NMT для обмена служебной информации между MSC, BTS и MS, кроме служебных сигналов, определяющих каналы управления и разговорные каналы, используются сигналы, определяющие зону обслуживания, страну, в которой находится подвижный абонент, а также сигналы, обозначающие номер канала. Все эти служебные сигналы являются цифровыми и формируются с помощью быстрой частотной манипуляции FFSK (Fast Frequency Shift Keying). Принцип формирования FFSK-сигнала представлен на рисунке 6.5. Из этого рисунка видно, что цифровой сигнал, определенный как логическая единица, представляет собой один период колебания частотой 1200 Гц, а сигнал логического нуля - 1,5 периода колебания частотой 1800 Гц. Таким образом, цифровой сигнал передается по каналу связи со скоростью 1200 бит/с.

Рисунок 6.5. Принцип формирования FFSK-сигнала.

Рисунок 6.5. Принцип формирования FFSK-сигнала.

Служебная информация в системе NMT передаётся в 64-разрядном пакете и располагается в середине полного рабочего кадра. Каждый такой пакет содержит пять полей (рисунок 6.6.):

  • номер канала N1N2N3, по которому передаётся данное сообщение;
  • префикс Р, характеризующий тип кадра;
  • номер района обслуживания Y1Y2, где расположена базовая станция с номером канала N1N2N3;
  • помер подвижной станции X1-X7;
  • информационное поле.

Рисунок 6.6. Структура рабочего кадра стандарта NMT

Рисунок 6.6. Структура рабочего кадра стандарта NMT

При передачи в направлении MSC-MS информационное поле содержит 12 бит; в направлении MS-MSC номер района обслуживания Y1Y2 не передаётся, информационное поле содержит 20 бит. В системе NMT в качестве управляющего может использоваться любой из разговорных радиоканалов, что, по мнению специалистов, повышает эффективность управления сотовой системой связи.

Организация соединений и принципы адресации абонентов

В системе сотовой подвижной связи стандарта NMT вызов всех типов подвижных станций производится одновременно всеми базовыми станциями, расположенными в зоне связи. Когда подвижная станция принимает сигнал вызова, содержащий её опознавательный номер (номер радиотелефона), она отвечает сигналом подтверждения на соответствующей частоте канала управления. После этого MSC передаёт канал связи той базовой станции, в зоне которой оказался абонент.

Для организации всех соединений в системе сотовой связи используется специальная схема адресации, которая выполняет следующие задачи:

  • предоставляет возможность вызывающему абоненту информировать телефонную сеть о номере вызываемой подвижной станции;
  • служит для передачи информации в телефонную сеть;
  • предоставляет возможность подвижной станции отвечать на вызов MSC;
  • опознает в MSC вызывающую станцию.

Номер абонента ZX1X2X3X4X5X6X7 присутствует во всех передачах в направлениях:

  • MSC-MSC;
  • MSC-MS;
  • MSC-BTS.

Цифра Z используется только внутри самой системы и прибавляется к номеру абонента тем радиотелефонным коммутатором, в зоне обслуживания которого он находится. Кроме того, формируется ещё код доступа, состоящий из префикса Pn (0 или 9) и двух цифр Y1Y2, а при организации международного вызова вместо кода доступа - код страны I1I2I3, после чего служебная информация посылается в эфир.

Установление входящего вызова

Протокол установления входящего вызова в системе NMT построен следующим образом. В исходном состоянии подвижная станция MS настроена на частоту канала управления, имеющего максимальный уровень сигнала. Вызов абонента производится центром коммутации MSC через все базовые станции BTS, которые относятся к так называемой зоне вызова, в которой расположен подвижный абонент в данный момент времени (рисунок 6.7).

Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный сигнал (тональный сигнал частотой около 4 кГц) и посылает его в сторону подвижной станции, которая ретранслирует этот сигнал по каналу управления на базовую станцию. Ретранслированный сигнал принимается, детектируется и оценивается базовой станцией (определяется отношение сигнал/шум в канале передачи, усредненное за определенный промежуток времени).

Рисунок 6.7. Диаграмма установления входящего вызова

Рисунок 6.7. Диаграмма установления входящего вызова

Базовые станции посылают информацию о результатах оценки отношения сигнал/шум в MSC. Если качество передачи сигнала соответствует норме, то устанавливается соединение по этому каналу. Аппаратурой MSC выделяется разговорный радиоканал, номер которого сообщается по каналу управления на MS, после чего канал управления освобождается. В противном случае MSC принимает решение о подключении другой базовой станции или об окончании разговора.

Далее осуществляется контроль установленного между BTS и MSC разговорного канала на правильность выполненных операций. При этом по запросу MSC, подвижная станция MS передает ранее принятый номер радиоканала, который идентифицируется в центре коммутации. В случае отсутствия ошибок центр коммутации передает исполнительную команду вызова «включить сигнал» (звонок). Входящий вызов завершается окончательным переключением на разговорный канал и включением на соответствующей базовой станции BTS тонального сигнала частотой 4 кГц (внеполосная модуляция в радиоканале) для непрерывного контроля качества связи.

Установление исходящего вызова

Если подвижный абонент снимает трубку для организации исходящего вызова, то он набирает номер, который переписывается в запоминающее устройство его станции. После этого станция находит один из свободных разговорных каналов и по нему передает сигнал «канал занят». Со стороны центра MSC производится подтверждение принятия этого сигнала, в ответ на который подвижная станция выдает свое подтверждение. При получении этого подтверждения аппаратура MSC передает на MS сигнал готовности к приему номера. Из запоминающего устройства подвижной станции по разговорному радиоканалу транслируется номер вызываемого абонента, и после подтверждения приема номера центром коммутации MSC проводная телефонная пара стыкуется с радиотрактом. Ответ вызываемого абонента служит основанием для формирования разговорного тракта и включения на базовой станции тонального сигнала частотой 4 кГц для контроля качества передачи.

Таким образом, обмен сигналами в системе стандарта NMT ведется по разговорным радиоканалам, система работает с взаимным многократным подтверждением приема каждого сигнала, что обеспечивает высокую надежность связи.

Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

В режиме эстафетной передачи в системе NMT протокол обмена сообщениями выглядит следующим образом (рисунок 6.8). Контроль качества речи ведется по тональному сигналу частотой 4 кГц, который методом внеполосной модуляции вводится в разговорный тракт на станции BTS1. Этот сигнал излучается совместно с речевым сигналом в сторону подвижного абонента и ретранслируется им на базовую станцию, где производится оценивание его параметров.

Рис. 6.8. Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

Рис. 6.8. Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

При уменьшении величины ответного сигнала ниже порогового значения центр MSC выдает на соседние базовые станции команду произвести измерение отношения сигнал/шум с указанием номера используемого в настоящий момент радиоканала РК1. Для этих целей все базовые станции снабжены многоканальными приемниками-мониторами. По результатам полученных измерений MSC выбирает базовую станцию с максимальным значением уровня принимаемого сигнала (например, BTS2) и выделяет свободный радиоканал РК2 в зоне действия этой станции. По радиоканалу РК1 через станцию BTS1 на MS передается номер нового радиоканала PK2, по которому аппаратура абонента и центра коммутации взаимодействуют с помощью сигналов «передача - подтверждение». По окончании обмена MSC производит переключение соответствующих устройств и проводной телефонной пары для продолжения разговора по новому разговорному каналу. После переключения всех необходимых цепей с базовой станции BTS1 на базовую станцию BTS2 центр коммутации MSC отключает телефонную пару, соединенную с радиоканалом PK1 на станции BTS1.

Оборудование стандарта NMT-450

В системе NMT в качестве MSC может использоваться электронная автоматическая телефонная станция типа DX-200 MTX, которая может применяться на всех уровнях сети. При обслуживании такой станцией проводной и радиотелефонной сетей максимальная абонентская емкость определяется удельной нагрузкой абонентских линий. Кроме того, широко используется коммутационная станция мобильной связи SMALL МТХ, отвечающая всем современным требованиям, а именно:

  • модульность — позволяющая идти в ногу с последними достижениями современных технологий и вводить новые функции в систему;
  • гибкость — возможность поддерживать связь с любыми типами коммутаторов — аналоговыми или цифровыми;
  • универсальность — возможность работать в любом коммутационном окружении;
  • высокая степень готовности — малая подверженность отказам вследствие избыточности и наличия процедур «самовосстановления»;
  • защищенность от морального старения благодаря модульному построению.

Для стандарта NMT-450 специально разработаны экономичные, небольшого размера, простые в установке и обслуживании базовые станции RS4000. В стандартном варианте (RS4000 Standart) такую станцию рекомендуется использовать в тех случаях, когда требуется получение максимальной выходной мощности, а занимаемое станцией пространство не является важным показателем. Эта станция укомплектована набором самых современных самонастраивающихся комбинированных фильтров, имеет 16 каналов с выходной мощностью передатчика от 0,5 до 30 Вт каждый, работает в частотном диапазоне 380-500 МГц, имеет габаритные размеры 1970x600x400 мм и весит 220 кг.

Для использования в городских условиях и организации сот небольшого размера лучше подходит более компактное устройство, а именно, базовая станция RS4000 Midi. Размеры самой станции (1250x600x400 мм) облегчают ее установку в стесненных условиях. Она имеет 8 или 16 каналов (мощностью каждого соответственно 3,0 и 1,5 Вт) и весит 150 кг.

В связи с тем, что установка базовой станции внутри помещения не всегда приемлема (особенно в городских условиях), то лучшим решением становится использование аппаратуры RS4000 City. Эта станция имеет 8 каналов и один анализатор уровня сигнала. Она оборудована системой обогрева и температурного контроля.

Для всех этих станций предусмотрено дистанционное управление (удаленный компьютер).

9. Сотовая система подвижной связи стандарта AMPS

Принципы построения и общие характеристики

Система сотовой подвижной связи стандарта AMPS была впервые введена в эксплуатацию в США в 1979 г. Общие характеристики стандарта AMPS представлены в таблице 6.2. Система работает в диапазоне 825-890 МГц и имеет 666 дуплексных каналов при ширине полосы частот каждого канала 30 кГц. Мощность передатчика базовой станции составляет 45 Вт, автомобильной подвижной станции - 12 Вт, переносного аппарата - 1 Вт. В стандарте использован ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение качественной связи при минимальной стоимости оборудования. На основе этого стандарта в дальнейшем были разработаны две его модификации: аналоговая N-AMPS и цифровая D-AMPS. Оба эти варианта были созданы, в первую очередь, для размещения в выделенной полосе частот большего числа разговорных каналов. В N-AMPS это достигается использованием более узких полос частот каналов, а в D-AMPS — использованием временного разделения каналов.

В системе сотовой связи стандарта AMPS применяются базовые станции с антеннами, имеющими ширину диаграммы направленности 120°, которые устанавливаются в углах ячеек. Базовые станции подключены к центрам коммутации с помощью проводных линий, по которым передаются речевые сигналы и служебная информация. Длина управляющего сообщения, передаваемого абоненту, составляет 463 бита.

В системе используется принцип разнесенного приема сообщений, поэтому базовые станции содержат по две антенны и соответствующие полосовые фильтры. Приемник — двухканальный, с двойным преобразованием частоты в каждом канале. Блок контроля выполняет функции диагностики состояния станции.

Для принятия решения о переключении каналов в системе осуществляется периодический контроль качества каждого из них путем измерения интенсивности принимаемого сигнала (напряженности поля) с помощью специального приемника. Информация об уровне сигнала в контролируемом канале передается в центр коммутации подвижной связи, где производится сравнение принятой информации с аналогичными данными соседних базовых станций и, в случае необходимости, принимается решение о переключении абонента на другую базовую станцию.

Подвижная станция состоит из трех блоков: приемопередатчика с синтезатором частоты на 666 каналов, блока управления, состоящего из клавиатуры и панели индикации, и логического блока.

Аппаратура центра коммутации подвижной связи и аппаратура базовых станций состоит из блоков типовых конструкций. Аппаратура базовой станции представляет собой комплект приемопередающей аппаратуры, процессоров, блоков управления и контроля. Примером такой аппаратуры может служить универсальная базовая радиостанция RBS 884 Compact, предназначенная для сотовых систем стандартов AMPS, D-AMPS и D-AMPS 1900. Она создана для работы в закрытых помещениях и на открытом воздухе. В густо населенных районах эта аппаратура может монтироваться на крышах домов, так как она защищена герметичным кожухом, устойчивым к воздействию окружающей среды, имеет небольшие габариты (1250x920x510 мм) и вес (190 кг). Количество приемопередающих каналов каждой станции равно 10 при выходной мощности каждого 10 Вт. Станция проста в монтаже, а ввод в эксплуатацию, управление, контроль и конфигурирование по частоте осуществляются дистанционно из центра управления. Все компоненты RBS 884 Compact имеют высокую надежность и высокую степень функциональной развязки, что сводит к минимуму риск выхода базовой станции из строя при повреждении одного из ее устройств.

Организация каналов управления

В рассматриваемой системе используются два типа каналов управления: прямой и обратный. Информация по прямому каналу управления в направлении от базовой станции к подвижной передается со скоростью 8 Кбит/с непрерывным потоком, который, при отсутствии информации для последней, содержит лишь контрольный текст. Это является необходимым условием функционирования системы, так как в свободном состоянии приемное устройство подвижной станции сканирует каналы управления, выбирая канал с наиболее высоким уровнем сигнала. Для передачи служебной информации в каналах управления используются сообщения стандартных форматов. В прямом канале управления сообщения стандартных форматов используются для передачи следующих сведений:

  • о состоянии соответствующего обратного канала управления (свободно/занято);
  • информационных данных (слова А) для четных номеров абонентов;
  • информационных данных (слова В) для нечетных номеров абонентов.

Рисунок 6.9. Форматы сообщений в канале управления AMPS

Рисунок 6.9. Форматы сообщений в канале управления AMPS

Разряды, отражающие состояние обратного канала (свободно/занято), всегда располагаются на одних и тех же позициях передаваемого сообщения, с тем, чтобы упростить их выделение из общего потока информации. Объединение двух потоков информации (слова А и слова В) уменьшает временной промежуток, отведенный для синхронизирующей последовательности. Достоверность принимаемой информации увеличивается благодаря многократной ее передаче (пять повторов), что особенно важно для каналов, подверженных замираниям и интерференции сигналов. Для обеспечения необходимой достоверности информационные слова кодируются и объединяются с разрядами коррекции ошибок. В приемнике осуществляется мажоритарное накопление последовательностей по соответствующим правилам принятия решения (3 из 5). В прямом канале управления каждое кодовое слово содержит 28 бит информации и 12 бит коррекции ошибок; в обратном канале управления используются 36 информационных бит и 12 бит коррекции ошибок. Код с такой структурой позволяет исправлять однократную ошибку и обнаруживать 4 ошибки. Информационные слова — это сложные пакеты информации, разделенные на группы или на отдельные разряды, каждый из которых определяет параметры системы, цифру в набираемом номере и т. п. Более точное содержание формата слова зависит от типа сообщения, а длина полного информационного слова может составлять 463 бита.

Установление входящего вызова

Процедура установления входящего вызова в системах стандарта AMPS выполняется следующим образом. Если в центр коммутации подвижной связи поступает заявка на установление связи с подвижным абонентом от абонента телефонной сети общего пользования или другого подвижного абонента, т. е. заявка на входящий вызов, то он по проводному каналу передачи данных дает команду всем базовым станциям, находящимся в зоне обслуживания, вызвать необходимого подвижного абонента. Этот вызов по каналу управления транслируется на подвижную станцию, которая, получив его, проверяет возможность доступа в обратный канал управления с помощью флага «свободно/занято», имеющегося в принятом сообщении. Если обратный канал управления свободен, то абонентская станция выдает в центр коммутации подвижной связи MSC через базовую станцию подтверждающее сообщение, которое содержит личный номер подвижного абонента.

Центр коммутации, приняв это сообщение, анализирует поступившую информацию, определяет номер базовой станции, обслуживающей в данный момент времени вызываемого абонента, и, тем самым, определяет его местоположение. Затем он выбирает свободный разговорный канал на данной базовой станции BTS и занимает его, указывая в информационной части канала управления, что этот канал «занят». Процедура входящего вызова происходит в течение 1-4 мс, что совсем не заметно для пользователя. Реализация такой процедуры позволяет снизить до минимума вероятность конфликтной ситуации при занятии канала управления несколькими абонентами одновременно. После выполнения процедуры установления свободного канала связи и его занятия из центра коммутации по разговорному каналу посылается повторный вызов на базовую станцию с указанием номера выделенного радиоканала и номера специального сигнала SAT (Supervisory Audio Tone).

В качестве сигнала SAT в одной ячейке системы сотовой связи может использоваться сигнал одной из трех тональных частот: 5970, 6000 или 6030 Гц, который необходим для контроля за исполнением команд и качеством связи в разговорном канале.

Получив информацию от центра коммутации, абонентская станция перестраивается на частоту свободного разговорного канала и по нему ретранслирует выделенный сигнал SAT. При его распознавании на базовой станции принимается решение о готовности дуплексного радиоканала «базовая станция - абонент», о чем сообщается в центр коммутации соответствующим сигналом. Далее производится коммутация наземной телефонной линии между центром MSC и базовой станцией, радиоканала между станцией BTS и подвижной станцией MS, которая соответствующей командой приводится в готовность. Если абонент свободен, то от него по назначенному разговорному каналу на базовую станцию передается тональный сигнал ST (Signalling Tone) частотой 8 кГц, который прерывается при снятии трубки абонентского аппарата. По сигналу ST базовая станция сообщает в центр коммутации о готовности абонентского терминала, и центр MSC посылает абоненту сигнал вызова (звонок).

При прерывании сигнала ST центр коммутации подключает весь разговорный тракт, передает в канал сигнал SAT и следит за результатами контроля качества связи. По завершении разговора от абонентского терминала передается сигнал ST и сигнал о перестройке на частоту канала управления, поэтому базовая станция сообщает в центр коммутации подвижной связи об окончании сеанса связи, после чего коммутационное оборудование освобождается.

Сигнал SAT постоянно передается в канале связи во время разговора. В том случае, если обнаружено прерывание этого сигнала, абонентская станция включает таймер и, если сигнал SAT не будет обнаружен по истечении определенного времени, переключается на частоту канала управления. На этом сеанс связи заканчивается.

Следует отметить, что в отличие от алгоритма входящего вызова системы NMT в данном алгоритме контроль достоверности принимаемых сообщений частично перенесен на блок управления абонентской станции. Например, с его помощью определяется соответствие между принятым номером разговорного канала и номером канала управления, который обслуживает данную группу разговорных каналов.

Организация управления при исходящем вызове

Исходящий от подвижного абонента вызов может быть предназначен как для абонента телефонной сети общего пользования, так и для другого подвижного абонента системы сотовой связи. Для производства исходящего вызова пользователь набирает на радиотелефоне номер вызываемого абонента; этот номер передается на базовую станцию и далее транслируется в центр коммутации по каналу передачи данных. После анализа информации и выделения свободного разговорного канала в действующих системах сотовой связи организуется тестирование состояния каналов, устанавливается соединение и в сторону вызываемого абонента посылается вызов. При ответе абонента подключается весь разговорный тракт.

В системах сотовой связи стандарта AMPS управление при исходящем вызове основано на применении сигналов SAT и ST. Как и в системе стандарта NMT, номер вызываемого абонента записывается в запоминающее устройство абонентской станции, которая затем проверяет состояние обратного канала управления на занятость, т. е. определяет возможность доступа в прямой канал управления.

Получив доступ, абонентская станция передает исходящий вызов, в котором содержатся номера вызывающего и вызываемого абонентов. Базовая станция транслирует исходящее сообщение по каналу передачи данных в центр коммутации, где осуществляется проверка на несанкционированный доступ вызывающего абонента к данной сети. Если абонент имеет право доступа, то центр коммутации инициирует в течение 1-4 мс состояние обратного канала управления, как «занято», выделяет свободный разговорный канал и передает сигнал SAT. Одновременно с этим устанавливается соединение с вызываемым абонентом и ему передается вызов. Получив номера разговорного канала и сигнала SAT, вызывающая станция настраивается на частоту разговорного канала и передает по нему через базовую станцию в центр коммутации подвижной связи соответствующий сигнал SAT, после получения которого, осуществляется проверка разговорного тракта MSC-BTS-MS. Далее центр коммутации ожидает ответа вызываемого абонента и, при снятии им трубки, подключает разговорный тракт и ведет контроль качества речи.

Организация эстафетной передачи абонента

Одной из основных проблем при разработке систем сотовой связи является обеспечение непрерывной связи во время передвижения абонента по зоне обслуживания. Для ее разрешения используется принцип эстафетной передачи. В системах стандарта AMPS протокол обмена сообщениями в рассматриваемом режиме подобен протоколу систем стандарта NMT и отличается лишь тем, что контроль за качеством передачи ведется с помощью сигнала SAT. В процессе эстафетной передачи абонента от одной базовой станции к другой аппаратура подвижного абонента уведомляется о номере сигнала SAT специальным сообщением. По мере приближения подвижной станции к границе ячейки величина отношения сигнал/шум уменьшается. Поэтому базовая станция BTS1 может выдать в центр коммутации сигнал «ухудшение качества», по которому центр коммутации идентифицирует шесть ближайших к абоненту базовых станций и дает им команду измерить уровень сигнала SAT1 в данном радиоканале. Центр коммутации сравнивает полученные результаты и выбирает новую ячейку с более высоким уровнем сигнала, например, ячейку 2, в базовую станцию которой передается номер нового разговорного канала и номер SAT2. Это сообщение транслируется на подвижную станцию в разговорном канале, по которому ведется сеанс связи. Подтверждением получения информации является кратковременное (на 50 мс) прерывание сигнала SAT2, зафиксировав которое, BTS1 посылает сигнал исполнения на центр коммутации. В новом разговорном канале абонентский терминал передает в центр коммутации сигнал готовности, последний производит соответствующую перекоммутацию каналов, освобождая базовую станцию BTS1, и подключает новый разговорный тракт. Контроль качества передачи ведется по сигналу SAT2, дискретная информация передается в разговорном канале методом бланкирования, при котором речевые сигналы прерываются. Вся процедура эстафетной передачи занимает около 250 мс, поэтому для абонента момент переключения незаметен.

Система сотовой подвижной связи стандарта TACS

Системы сотовой подвижной связи стандарта TACS строятся по радиальному принципу с использованием небольшого числа базовых станций. В таких системах каждая базовая станция непосредственно соединяется с центром коммутации (центральной станцией), который имеет выход в телефонную сеть общего пользования. Первая система этого стандарта была введена в эксплуатацию в Великобритании (г. Лондон) в январе 1985 г.

Основные характеристики системы представлены в таблице 6.2.

По принципу построения, сопряжению между станциями и организации управления система сотовой подвижной связи стандарта TACS почти полностью идентична системе стандарта AMPS. Отличие, в основном, состоит в ширине каналов и пиковой девиации частоты: в системе стандарта AMPS ширина канала равна 30 кГц, пиковая девиация частоты 12 кГц, а в системе TACS - 25 и 9,5 кГц соответственно. В системе используется 1000 дуплексных каналов, из которых 956 являются разговорными, а остальные образуют две группы по 21 каналу, которые являются каналами управления. В разговорных каналах для передачи информации используется узкополосная частотная модуляция. В каналах, которые используются для передачи данных, для преобразования цифровой информации в аналоговый сигнал применяется двоичная частотная манипуляция.

В сельской местности радиусы ячеек достигают 30 км, в городе же они могут уменьшаться до 200 м вследствие плохого качества приема сигнала. В системах этого стандарта обычно используются ненаправленные антенны. Коэффициент повторения частот С при этом равен 7.

Логика работы системы предусматривает автоматическую регулировку мощности передающих устройств: для автомобильной абонентской станции на 32 дБ, для портативной - на 20 дБ.

Тональные сигналы служат для организации дуплексного канала связи между базовой и абонентской станциями, Коэффициент повторения этих сигналов СУПР = 7·3 = 21, причем для передачи используются частоты 5970, 6000, 6030 Гц. Сигнал частотой 800 Гц является ответным и передается только абонентской станцией.

Организация каналов управления в системах сотовой связи стандарта TACS аналогична рассмотренному выше стандарту AMPS (см. подраздел 6.4.2).

Процедура установления входящего вызова в системах стандарта TACS, а также процедуры установления исходящего вызова и эстафетной передачи абонента аналогичны таким же процедурам, регламентированным стандартом AMPS (см. подраздел 6.4.3, 6.4.4, 6.4.5).

Цифровые системы сотовой подвижной связи

Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой системы второго поколения. По сравнению с аналоговыми системами они предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают повышенное качество связи, а также взаимодействие с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачи данных (PDN). Среди этих систем широкое распространение получили те, которые базируются на стандартах GSM (DCS1800), D-AMPS (ADC), JDC, CDMA. Сравнительные характеристики стандартов представлены в таблице 6.4.

10. Система сотовой связи стандарта GSM

Мультидоступ

В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов. При мультидоступе с временным разделением каналом абоненты передают свои сообщения на одной и той же радиочастоте, но в разное время. Это позволяет увеличить объем речевого трафика и дает ряд других преимуществ, характерных для цифровых систем связи. В структуре CDMA кадра содержит 8 временных позиций на каждой из 124 FDMA / TDMA / FDD.

FDD - частотное дуплексирование: полосы частот передачи и частот приема разнесены.

FDMA - частотное разделение рабочего диапазона. В полосе 25 МГц организует 120 несущих частот.

TDMA - временное разделение на 1 несущей частоте организуется 8 временных окон.

Спектр частот

Спектр частот представлен на рисунке 6.10.

Основные характеристики стандарта GSM:

  • частоты передачи мобильной (МС) и приема базовой станции (БС) 890-915 МГц;
  • частоты приема мобильной и передачи БС 935-960 МГц;
  • ширина полосы одного канала Dfk=200 кГц;
  • ширина полосы системы 50 МГц;
  • максимальное количество радиоканалов – 124;
  • максимальное количество радиоканалов в БС - 16-20;
  • количество речевых каналов на несущей - 8;
  • алгоритм преобразований речи – RPE-LTP;
  • скорость преобразования речи – 13 Кбит/с;
  • скорость передачи информации – 270 Кбит/с;
  • вид модуляции – 0,3 GMSK;
  • радиус соты –5-35 км;
  • мощность передачи: БС - 44 Вт (13 дБ*Вт), МС – 1 Вт (3 дБ*Вт).

Рисунок 6.10. Дуплексный разнос частот передачи и приема

Рисунок 6.10. Дуплексный разнос частот передачи и приема

Обработка речи в данном стандарте осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи DTX (Discontinuous Transmission), которая обеспечивает включение передатчика только тогда, когда пользователь начинает разговор и отключает его в паузах и в конце разговора. Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и без шума речи даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи.

Для защиты от ошибок, возникающих в радиоканалах, применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот сеанса связи (со скоростью 217 скачков в секунду).

Для борьбы с интерференционными замираниями принимаемых сигналов, вызванные многолучевым распространением радиоволн в условиях города, в аппаратуре связи используется эквалайзеры, обеспечивающие выравнивание импульсных сигналов со среднеквадратическим отклонением времени задержки до 16 мкс. Система синхронизации оборудования рассчитана на компенсацию (до 233 мкс) абсолютного времени задержки. Это соответствует максимальной дальности связи 35 км (максимальный радиус соты).

Для модуляции радиосигнала применяется спектрально-эффективная гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Формирование GMSK-радиосигнала происходит таким образом, что на интервале, соответствующем одному биту, фаза несущей изменяется на 90º. Это наименьшее изменение фазы, которое может быть обнаружено при данном типе манипуляции.

Виды интерфейсов

В переводной литературе приняты следующие обозначения: MS — подвижная станция; BTS — базовая станция; BSC — контроллер базовой станции; TCE — транскодер; ВSS — оборудование базовой станции (BSC+TCE+BTS); MSC — центр коммутации подвижной связи; HLR — регистр положения; VLR — регистр перемещения; AUC — центр аутентификации; EIR— регистр идентификации оборудования; OMC — центр управления и обслуживания; NMC — центр управления сетью; ADC — административный центр; PSTN — телефонная сеть общего пользования; PDN— сети пакетной передачи; ISDN — цифровые сети с интеграцией служб.

Интерфейсы обеспечивают функциональное сопряжение элементов системы:

а) с внешними сетями:

  • соединение с PSTN –осуществляется по линиям связи 2 Мб/с;
  • соединение с ISDN-предусматривает 4 линии связи 2 Мб/с;
  • соединение с сетью NMT-450 через 4 линии связи 2 Мб/с;

б) Внутренние интерфейсы:

  • интерфейс между BSC и BTS (A-lis интерфейс с 64 Кб/с);
  • между MSC и BSS (A-интерфейс);
  • между MSC и HLR совмещен с VLR (B-интерфейс);
  • между MSC и HLR (C-интерфейс);
  • между HLR и VLR (D-интерфейс);
  • между MSC (E-интерфейс);
  • между BSC и OMC (O- интерфейс);
  • между MS и BTS (Um-радиоинтерфейс);

Физические и логические каналы

На одной несущей организуется 8 физических каналов, размещенных в 8 временных окнах, в пределах TDMA-кадра каждый физический канал использует одно и тоже временное окно в каждом временном TDMA- кадре и в нем содержится 114 бит.

Сообщение и данные группируются в логические каналы до формирования физического канала.

Логические каналы бывают 2-х типов:

  • каналы связи для передачи речи и данных в цифровой форме TCH.
  • каналы управления для передачи сигналов управления и синхронизации (CCH-каналы, таблица 6.7).

В GSM различают каналы для передачи речи и данных:

  • TCH/F - канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 Кбит/с;
  • TCH/H – полускоростной канал передачи сообщений со скоростью 11,4 Кбит/с.

Таблица 6.7. Каналы управления и синхронизации

 

BCCH

CCCH

SDCCH

ACCH

Канал для передачи сигналов управления

Общие каналы управления

Индивидуальный канал управления

Совмещенный канал управления

FSSH – канал подстройки несущей частоты fBS

MSCCH - канал временной синхронизации и опознавания BS.

BCCH – канал управления передачей BS - MS.

PSH - канал вызова BS - MS

RACH - канал параллельного доступа BS - MS (для запроса о назначении индивидуального канала управления).

AGSH - канал разрушенного доступа BS- MS (для прямого доступа к каналу)

SDCCH/4

SDCCH/8

Состоит из 4 (8) подканалов. По ним идет запрос от MS о требуемом виде обслуживания BS- MS.

FACCH - быстрый совмещенный канал используется для передачи команд при хендовере

SACCH – медленный – используется в прямом канале для передачи команды на установку выходного уровня мощности передатчика MS

Процесс преобразования сигналов в мобильной станции

Преобразование речи

Формирование сигналов начинается с процесса преобразования речевого сигнала в цифровую форму.

Процедура преобразования происходит в речевом кодере. Для стандарта GSM выбран речевой кодер RPE-LTP (кодер с регулярным импульсным возбуждением и линейным кодированием с предсказанием) с долговременным прогнозирующим устройством от MPE-LTP кодером, что позволило снизить скорость передачи до 13 Кбит/с (с 14,77 Кбит/с).

Уменьшение скорости до 13 Кбит/с достигается тремя этапами:

  • линейным кодированием с предсказанием;
  • долговременным предсказанием;
  • регулярным импульсным возбуждением.

Диапазон входных амплитуд разбивается на сегменты. Затем в процессе анализа вычисляются 8 коэффициентов r(i), которые представляются как уровни. Затем в процессе долговременного предсказания каждый сегмент выравнивается до уровня следующих друг за другом сегментов речи.

Кодеры с линейным предсказанием извлекают существенные для восприятия характеристики речи непосредственно из временной формы сигнала. Такой кодер анализирует речевой сигнал для получения меняющейся во времени модели возбуждения речи образующего тракта.

Восемь коэффициентов r(i) кодируются и передаются со скоростью 3,6 Кбит/с, периодическая последовательность фрагментов передается со скоростью 9,4 Кбит/с. Общая скорость передачи составляет 3,6 + 9,4 Кбит/с. Таким образом, обработка речи производится по кадрам длительностью 20 мс. За время кадра при анализе вычисляются 93 значения параметров, которые передаются каждые 20 мс цифровым потоком со скоростью 13 Кбит/с.

Кодер распознает при анализе речи различные звуки речи и передает с генератора синусоидальный сигнал во всем диапазоне речевых частот.

В речевом декодере сигнал восстанавливается по откликам последовательности регулярного импульсного возбуждения.

Система DTX управляет детектором активности речи VAD (Voice Activity Detector), который обеспечивает обнаружение и выделение интервалов речи с шумом и шума без речи, даже в тех случаях, когда уровень шума соизмерим с уровнем речи, рисунок 6.11.

декодер

Рисунок 6.11. Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM.

Рисунок 6.11. Структурная схема процессов обработки речи в стандарте GSM.

Канальное кодирование

Речевой кодер передает каждые 260 бит информационной последовательности со скоростью v = 13 Кбит/с на схему канального кодирования. Первые 182 бита этого кадра (биты 1-го класса) защищаются с помощью блочного кода. Для этого биты 1-го класса разделяются дополнительно на 50 бит класса 1а и 132 бита класса 1б, рисунок 6.12.

Рисунок 6.12. Структура формирования сигнала

Рисунок 6.12. Структура формирования сигнала

Блочный код представляет собой систематический циклический код (53,50).

В соответствии с принятым правилом формирования системного кода, ключ SW закрыт на время первых 50 тактовых импульсов, а информационные биты, поступающие на вход кодирующего устройства, одновременно поступают на блок переупорядочения и формирования 3 бит проверки на четность, рисунок 9.11.

После 50 тактовых импульсов переключатель SW срабатывает, и биты проверки на четность поступают из кодирующего устройства.

Рисунок 9.11. Структурная схема циклического кодера.

Рисунок 9.11. Структурная схема циклического кодера.

Рисунок 9.12. Структура формирования сигнала.

Рисунок 9.12. Структура формирования сигнала.

Далее проводится первый шаг перемежения: биты с четными индексами собираются в первой части информационного слова, затем идут 3 бита проверки на четность, затем собираются биты с нечетными индексами и переставляются. Затем следуют 4 нулевых бита, которые нужны для формирования кода, исправляющего случайные ошибки в канале, рисунок 9.13.

Рисунок 9.13. Структура формирования сигнала.

Рисунок 9.13. Структура формирования сигнала.

Затем 189 бит кодируются сверточным кодом. Сверточный код является непрерывным. В основу положен принцип формирования проверочных разрядов путем суммирования по модулю «2» каждого информационного разряда с некоторым набором предыдущих разрядов. К информационному разряду добавляются 2 проверочных, полученных в процессе формирования, рисунок 9.14, таблица 9.2.

Рисунок 9.14. Схема сверточного кодера

Рисунок 9.14. Схема сверточного кодера

Таблица 9.2

Входная информация

Содержимое ячеек

1

2

3

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

После сверточного кодирования общая длина кадра составит 456 бит, рисунок 9.15.

Рисунок 9.15 - Структура формирования сигнала

После этого кадр из 456 бит делится на восемь 57-битовых подблоков, рисунок 9.16 .

B0

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

Рисунок 9.16 – Структура формирования сигнала.

Затем подблоки подвергаются диагональному и внутрикадровому перемежению, разбиваются на пакеты и пакеты перемежаются.

Формирование TDMA-кадра

В результате этих преобразований каждый отсчет уровня исходного аналогового сигнала представляется в виде зашифрованного сообщения, состоящего из 114 бит – двух самостоятельных блоков по 57 бит, рисунок 3.14, разделенных между собой эталонной (обучающей) последовательностью 26 бит. При приеме этой последовательности определяется характер искажений в тракте распространения сигнала, и характеристики приемника формируются уже применительно к конкретным условиям работы в данный момент времени.

По обучающей последовательности производят настройку эквалайзера. Временной интервал пакета имеет длительность 0,577 мс. В его состав кроме двух блоков по 57 бит и обучающей последовательности включается:

  • 2 концевых комбинации TB (Tail Bits) по 3 бита каждая;
  • 2 контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения;
  • защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

Рисунок 3.14. Структура формирования сигнала.

Рисунок 3.14. Структура формирования сигнала.

Каждый интервал кадра обозначается от 0 до 7, т.е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, - это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком соответствующим речевому сообщению или данным.

Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс.

В общем виде временная диаграмма процесса передачи выглядит следующим образом, рисунок 3.15.

Для передачи информации по каналам управления и связи, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи используются пять видов временных интервалов (окон):

  • NB (Normal Burst) — нормальный временной интервал;
  • FB (Frequency correction Burst) — временной интервал подстройки частоты;
  • SB (Synchronisation Burst) — интервал временной синхронизации;
  • DB (Dummy Burst) — установочный интервал;

- Рисунок 3.15. Структура кадров сигнала в стандарте GSM.
АВ (Access Burst) — интервал доступа.

Рисунок 3.15. Структура кадров сигнала в стандарте GSM.

При передаче по одному разговорному каналу в стандарте GSM используется нормальный временной интервал NB (пакет) длительностью 0,577 мс, который включает в себя:

  • 114 бит зашифрованного сообщения;
  • две концевых комбинации ТВ (Tail Bits) по 3 бита каждая;
  • два контрольных бита, разделяющих зашифрованные биты сообщения и эталонную последовательность;
  • защитный интервал GP (Guard Period) длительностью, равной времени передачи 8,25 бита.

Это означает, что интервал NB содержит 156,25 бит, а длительность одного бита составляет 3,69 мкс.

Временной интервал подстройки частоты содержит 142 нулевых бита, две концевых комбинации ТВ и защитный интервал. Повторяющиеся временные интервалы подстройки частоты образуют канал установки частоты (FCCH). Интервал временной синхронизации SB используется в подвижной станции для синхронизации работы аппаратуры. Он состоит из синхропоследовательности длиной 64 бита и двух зашифрованных блоков (по 39 бит каждый), несущих информацию о номере TDMA-кадра и идентификационном коде базовой станции. Этот интервал передается вместе с интервалом установки частоты. Повторяющиеся интервалы синхронизации образуют так называемый канал синхронизации (SCH).

Установочный интервал DB обеспечивает установление и тестирование канала связи. По своей структуре установочный интервал совпадает с нормальным временным интервалом NB. Различие их состоит в том, что интервал DB содержит установочную последовательность длиной 26 бит и в нем отсутствуют контрольные биты. Интервал доступа АВ обеспечивает разрешение доступа подвижной станции к новой базовой станции, Он содержит большой защитный интервал GP длительностью 252 мкс (68,25 бита), две концевых комбинации ТВ (по 3 бита каждая), синхропоследовательность длиной 41 бит и 36 зашифрованных бит. Большой защитный интервал (252 мкс) обеспечивает возможность связи с подвижными абонентами в сотах радиусом до 35 км, поскольку он перекрывает время распространения радиосигнала в прямом и обратном направлениях, которое может составлять при этом до 233,3 мкс.

Передача информации при временном разделении каналов осуществляется в составе TDMA- кадра. Каждый временной интервал этого кадра обозначается номером от 0 до 7, т. е. в одном кадре одновременно могут передаваться 8 речевых каналов. Физический смысл временных интервалов, которые иначе называются окнами, — это время, в течение которого осуществляется модуляция несущей цифровым информационным потоком, соответствующим речевому сообщению или данным. Цифровой информационный поток представляет собой последовательность пакетов, размещаемых в этих временных интервалах (окнах). Пакеты формируются немного короче, чем интервалы, их длительность составляет 0,546 мс, что необходимо для приема сообщения при наличии временной дисперсии в канале распространения. Общая длительность одного TDMA-кадра составляет 4,615 мс. Из ТDМА-кадров составляются мультикадры. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров:

  • состоящие из 26 TDMA-кадров;
  • состоящие из 51 ТDМА-кадра.

Длительность одного мультикадра первого вида равна 120 мс, второго - 235,385 мс. Из 51 мультикадра первого вида (по 26 кадров) или из 26 мультикадров второго вида (по 51 кадру) составляется суперкадр длительностью 6, 12 с (1326 ТОМА- кадров). 2048 суперкадров составляют 1 гиперкадр, содержащий 2715648 TDMA- кадров, Длительность 1 гиперкадра составляет 3 ч 28 мин 53 с 760 мс. Необходимость такой большой длительности гиперкадра обусловлена требованиями применяемого процесса криптографической защиты, в котором номер кадра используется как входной параметр шифрования. Однако даже без дополнительного шифрования прослушивать разговоры практически невозможно.

Одной из особенностей формирования сигналов в стандарте GSM является использование медленных скачков по частоте в процессе сеанса связи – SFH (Slow Frequency Hopping). Главное назначение таких скачков – обеспечение частотного разнесения в радиоканалах, функционирующих в условиях многолучевого распространения радиоволн. Медленные скачки частоты используются во всех подвижных сетях, что повышает эффективность кодирования и перемежения при медленном движении абонентских станций.

Принцип формирования медленных скачков по частоте состоит в том, что сообщение, передаваемое в выделенном абоненту временном интервале TDMA-кадра 0,577 мс, в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте, рисунок 3.16. В соответствии со структурой кадров, время для перестройки частоты составляет около 1 мс.

В процессе скачков по частоте постоянно сохраняется разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. Всем активным абонентам, находящимся в одной соте, ставятся в соответствие непересекающиеся последовательности переключения частот, что исключает взаимные помехи при приеме сообщений абонентами. Параметры последовательности переключений частот (частотно-временная матрица и начальная частота) назначаются для каждой подвижной станции в процессе установления канала связи.

Рисунок 3.16. Принципы формирования медленных скачков по частоте

Рисунок 3.16. Принципы формирования медленных скачков по частоте

Шифрование

Далее сигнал подвергается шифрованию сообщения по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA) для обеспечения безопасности передачи сообщений.

Алгоритм шифрования с открытым ключом RSA заключается в том, что каждое сообщение М разбивается на блоки фиксированной длины, и каждый блок кодируется как совокупность фиксированного числа цифр. Такой алгоритм обеспечивает высокую степень безопасности при передаче речи и исключает возможность извлечения информации из канала связи кому-либо, кроме санкционированного пользователя. На приеме сообщение расшифровывается в дешифраторе.

Алгоритм ключа шифрования хранится в модуле SIM.

Гауссовская частотная манипуляция (GMSK)

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом – GMSK. Индекс модуляции 0,3. GMSK представляет собой двоичную ЧМ с двумя соответствующими сигналу частотами, выбранными таким образом, чтобы на одном тактовом интервале между двумя частотами имелся фазовый сдвиг на 90°. Этот процесс показан на рисунках 3.17, 3.18.

Рисунок 3.17. Принцип формирования GMSK-сигнала

Рисунок 3.17. Принцип формирования GMSK-сигнала

Рисунок 3.18. Формирование GMSK-сигнала

Рисунок 3.18. Формирование GMSK-сигнала

Модуляцию GMSK характеризуют следующие свойства:

  • постоянная по уровню огибающая, позволяющая использовать передающие устройства с усилителями мощность класса С;
  • узкий спектр на выходе усилителя мощности передающего устройства обеспечивающий низкий уровень внеполосного излучения;
  • хорошая помехоустойчивость канала связи.

Структурная схема сети стандарта GSM

Оборудование сетей GSM (рисунок 3.19) включает в себя: подвижные радиотелефоны, базовые станции, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, дополнительные подсистемы и устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов.

В рамках стандарта GSM приняты пять классов мобильных станций: от модели 1-го класса с выходной мощностью до 20 Вт, устанавливаемой на транспортных средствах, до модели 5-ro класса с максимальной выходной мощностью до 0,8 Вт (таблице 3.3). При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи. Подвижная и базовые станции независимы друг от друга.

Таблица 3.3. Классификация подвижных станций

Класс модели

Максимальная мощность передатчика, Вт

Допустимые отклонения, дБ
1 20 1,5
2 8 1,5
3 5 1,5
4 2 1,5
5 0,8 1,5

Каждая подвижная станция имеет свой международный идентификационный номер (IMSI), записанный в ее памяти. Такой подход позволяет устанавливать радиотелефоны, например, в автомобилях, сдаваемых напрокат.

Каждой подвижной станции присваивается еще один международный идентификационный номер IMEI, который используется для исключения доступа к сетям GSM с помощью похищенной станции или станции, не обладающей такими полномочиями.

Оборудование подсистемы базовых станций состоит из контроллера базовых станций BSC и собственно базовых станций BTS. Один контроллер может управлять несколькими станциями. Он выполняет следующие функции: управляет распределением радиоканалов; контролирует соединения и регулирует их очередность; обеспечивает режим работы с «прыгающей» частотой, модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи речи, данных и сигналов вызова; определяет очередность передачи сообщений персонального вызова.

Оборудование подсистемы коммутации состоит из центра коммутации подвижной связи MSC, регистра положения HLR, регистра перемещения VLR, центра аутентификации AUC и регистра идентификации оборудования EIR. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается подвижная станция в процессе своей работы. Он представляет собой интерфейс между сетью подвижной связи и фиксированными сетями, такими как телефонная сеть общего пользования PSTN, сети пакетной передачи PDN, цифровые сети с интеграцией служб ISDN, и обеспечивает маршрутизацию вызовов и функцию управления вызовами. Кроме этого, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов, к которым относятся эстафетная передача, обеспечивающая непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения и перемещения. В регистре положения хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов. Этот регистр содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI), который используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC), а также еще некоторые данные, необходимые для нормальной работы сети GSM.

Регистр перемещения - это второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из соты в соту. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами контролируемой регистром положения зоны. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовых станций в зону действия другого, то она регистрируется последним, т.е. в регистр перемещения заносится новая информация. Для сохранности данных, находящихся в регистрах положения и перемещения, в случае сбоев предусмотрена защита запоминающих устройств этих регистров.

11. Система сотовой подвижной связи стандарта D-AMPS

Принципы построения и общие характеристики

Стандарт сотовой подвижной связи D-AMPS был разработан и принят к использованию в США в 1990 г. Необходимость его создания была обусловлена тем, что существовавшая национальная аналоговая сотовая система связи стандарта уже перестала отвечать требованиям, предъявляемым к системам подвижной связи: из-за малой пропускной способности, недостаточного качества связи, ограниченного набора услуг, отсутствия засекречивания передаваемых сообщений и т.п. В отличие от Европы, где для вновь разрабатываемой цифровой системы стандарта GSM был выделен отдельный частотный диапазон, в США не удалось обеспечить новую разработку собственной полосой частот, поэтому было принято решение о совместном использовании в одной полосе частот систем двух стандартов: аналогового AMPS и нового цифрового D-AMPS, сохранив при этом существовавший в аналоговой системе разнос частот между каналами, равный 30 кГц.

Ассоциациями TIA и CTIA были приняты три внутренних стандарта: IS-54 — на систему сотовой связи D-AMPS (ADC); IS-55 — на двухмодовую подвижную станцию, обеспечивающую связь по двум стандартам (аналоговому и цифровому); IS-56 — на базовые станции. Внедрение этих стандартов было временным шагом на пути продвижения цифровой технологии на рынок сотовой связи США. И хотя стандарт IS-54 и не совсем цифровое решение, но он оказался более прогрессивным, чем его предшественник AMPS. В 1994 г. был принят новый национальный стандарт США IS-136 на полностью цифровую систему сотовой подвижной связи, который представляет собой усовершенствованный стандарт IS-54. По своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам этот стандарт приближается к стандарту GSM.

Стандарт D-AMPS (ADC) не принят в европейских странах, за исключением России, где он ориентирован на региональное использование.

Состав оборудования и принципы функционирования

Состав оборудования и его функциональное назначение почти полностью повторяют соответствующие положения стандарта GSM. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC) представлена на рисунке 6.10. В этом стандарте для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму используется кодер VSELP. Аналоговый сигнал речевого диапазона разбивается на сегменты длительностью по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит, передаваемых со скоростью 7,95 Кбит/с.

Рисунок 6.10. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC)

Рисунок 6.10. Структурная схема сотовой системы связи стандарта D-AMPS (ADC)

Далее эти данные подвергаются канальному кодированию, для чего используется сверточный код со скоростью r= 1/2. При этом пакет, поступающий от речевого кодера, состоящий из 159 бит, делится на две группы: 1 — 77 бит, 2 — 82 бита. В группе 1 осуществляется указанное выше сверточное кодирование, причем 7 бит используются для обнаружения ошибок. Биты 2-й группы передаются без кодирования, В результате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент длительностью 20 мс представляется 260 битами, что соответствует скорости передачи 13 Кбит/с. Структурная схема канального кодирования представлена на рис. 9.2. Результирующая скорость (по результатам формирования TDMA-кадра) составляет 16,2 Кбит/с в расчете на одного абонента.

Рис. 9.2. Структурная схема канального кодирования стандарта D-AMPS (ADC)

Рис. 9.2. Структурная схема канального кодирования стандарта D-AMPS (ADC)

Пакет из 260 кодированных бит в дальнейшем подвергается перемещению, принцип которого поясняется рис. 9.3. Любой речевой фрагмент разбивается на две равных части. Одна из этих частей передается в исходном окне фрагмента, а другая — в окне, сдвинутом на три окна (например, в окнах 1 и 4).

Рис. 9.3. Организация перемещения пакета кодированных 6ит в стандарте D-AMPS

Рис. 9.3. Организация перемещения пакета кодированных 6ит в стандарте D-AMPS

Для передачи сообщений по радиоканалу используется спектрально-эффективная p/4 DQPSK-модуляция, реализуемая квадратурной схемой с прямым переносом на несущую частоту,

Структура TDMA-кадров в прямом и обратном каналах для стандарта с полускоростным речевым каналом представлена на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Структура кадров для стандарта с полускоростным речевым каналом

Рис. 9.4. Структура кадров для стандарта с полускоростным речевым каналом

В качестве базовой станции этого стандарта для систем сотовой связи может использоваться, например, компактная станция RBS 884 Indoor. Она обеспечивает максимальную гибкость при конфигурировании системы и значительную абонентскую емкость сети.

12. Цифровые системы сотовой связи с кодовым разделением каналов

Принципы кодового разделения каналов

Принципы кодового разделения каналов связи (CDMA – Code division Multiple Access) основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разделением каналов (FDMA). Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т:

(10.1)

В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т=1/С. Поэтому база сигнала В=F/C характеризует расширение спектра ШПС относительно спектра сообщения. Расширение спектра частот передаваемых сообщений может осуществляться двумя методами или их комбинацией:

  • прямым расширением спектра частот;
  • скачкообразным изменением частоты несущей.

При первом способе узкополосный сигнал (рис. 10.1) умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т, включающую N бит последовательности длительностью t0 каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП В=Т/t0 =N.

Скачкообразное изменение частоты несущей (рис. 10.2), как правило, осуществляется за счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования псевдослучайной последовательности.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с полностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл

(10.2)

где х(t) – входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала u(t) и помехи n(t) (в данном случае белый шум) Затем величина Z сравнивается с порогом Z0.

Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора (рис. 10.3) или согласованного фильтра. Коррелятор осуществляет «сжатие» спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию u(t) с последующей фильтрацией в полосе 1/Т, что и приводит к улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в В раз по отношению ко входу. При возникновении задержки между принимаемым и опорным сигналами, амплитуда выходного сигнала коррелятора уменьшается и приближается к нулю, когда задержка становится равной длительности элемента ПСП t0. Это изменение амплитуды выходного сигнала коррелятора определяется видом автокорреляционной функции АКФ при совпадающих входной и опорной ПСП и взаимнокорреляционной функции ВКФ при отличающихся входной и опорной ПСП. На рис. 10.4 показана структура М-последовательности с N=15(а), вид её периодической АКФ(б) и апериодической АКФ(в), то есть периодически непродолжающейся во времени.

Выбирая определённый ансамбль сигналов с “хорошими” взаимными и автокорреляционными свойствами, можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделение сигналов. На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.

В существующих и разрабатываемых системах сотовой связи преимущественно используются ШПС, формирование которых осуществляется по методу расширения спектра. В этом случае адресность абонентов определяется формой псевдослучайной последовательности, используемой для расширения полосы спектра частот. Радиосигнал, сформированный в этом случае (рис. 10.1) называется фазоманипулированным широкополосным сигналом (ФМн ШПС). Спектр частот ФМн ШПС на выходе формирующего устройства и на выходе усилителя мощности передатчика после фильтрации показаны на рис. 10.5.

Доминирующее значение в выборе вида ПСП для формирования ШПС в системах подвижной радиосвязи играют, прежде всего, взаимные и автокорреляционные характеристики ансамбля сигналов, его объём, простота реализации устройства формирования и «сжатия» (свертки) сигналов в приёмнике. В этой связи для формирования ФМн ШПС преимущественно используются линейные М-последовательности и их сегменты. Для расширения объёма ансамбля сигналов часто используют составные ПСП, сформированные, например, на основе М-последовательностей и последовательностей Уолша.

Создание систем сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением абонентов сдерживалось отсутствием технических и технологических возможностей по реализации малогабаритных, малопотребляющих и многофункциональных устройств «сжатия» ШПС. В настоящее время эти проблемы успешно решены американскими фирмами Qualcomm, Inter Digital, Motorola. На основе предложений фирмы Qualcomm в США принят стандарт IS-95 на систему сотовой подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов. В рамках европейской программы RACE разрабатывается проект CODIT (Code Division Testbed), основной целью которого является изучение потенциальных возможностей системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов как метода доступа для третьего поколения систем сотовой подвижной связи UMTS/FPLMTS.

Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов стандарта IS-95

Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением каналов впервые была разработана фирмой Qualcomm (США). Основная цель разработки состояла в том, чтобы увеличить ёмкость системы сотовой связи по сравнению с аналоговой не менее чем на порядок и соответственно увеличить эффективность использования выделенного спектра частот.

Технические требования к системе CDMA сформированы в ряде стандартов Ассоциации промышленности связи (TIA):

  • IS-95- CDMA-радиоинтерфейс;
  • IS-96- CDMA-речевые службы;
  • IS-97- CDMA-подвижная станция;
  • IS-98- CDMA базовая станция;
  • IS-99- CDMA- служба передачи данных.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц, выделенном для сотовых систем стандартов AMPS, N-AMPS и D-AMPS. (Стандарты TIA IS-19, IS-20; IS-54; IS-55, IS-56, IS-88, IS-89, IS-90, IS-553.)

Безопасность или конфиденциальность является свойством технологии CDMA, поэтому во многих случаях операторам сотовых сетей не потребуется специального оборудования шифрования сообщений.

Система CDMA Qualcomm построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400 и 1200 бит/с.

В каналах системы CDMA применяется свёрточное кодирование со скоростью 1/2 (в каналах от базовой станции) и 1/3 (в каналах от подвижной станции), декодер Витерби с мягким решением, перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса канала связи составляет 1,25 МГц. Основные характеристики стандарта CDMA Qualcomm и технические параметры оборудования сетей приведены в таблице 10.1.

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приёма на базовой станции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции – 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим “эстафетной передачи” при переходе из соты в соту.

Мягкий режим «эстафетной передачи» происходит за счёт управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром, как показано на рис. 10.6. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего «склеивания» кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в «эстафетной передаче». Мягкое переключение обеспечивает высокое качество приёма речевых сообщений и устраняет перерывы в сеансах связи, что имеет место в сотовых сетях связи других стандартов.

На рис. 10.7 приведена обобщённая структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA, основные элементы которой (BTS, BSC, MSC , ОMC) аналогичны, используемым в сотовых сетях с частотным (NMT-450/900, AMPS, TACS) и временным разделением каналов (GSM, DCS-1800, PCS-1900, D-AMPS, JDC).

Таблица 10.1

Технический параметр

Значение

Диапазон частот передачи MS

824,040-848,970 МГц

Диапазон частот передачи BTS

869,040-893,970 МГц

Относительная нестабильность несущей частоты BTS

±5*10-8

Относительная нестабильность несущей частоты МS

±2,5*10-6

Вид модуляции несущей частоты

QPSK (BTS), O-QPSK (MS)

Ширина спектра излучаемого сигнала:

по уровню минус 3 дБ

по уровню минус 40 дБ

1,25 МГц

1,50 МГц

Тактовая частота ПСП

1,2288МГц

Количество элементов в ПСП

для BTS

для MS

32768 бит

242-1 бит

Количество каналов BTS на 1 несущей частоте

1 пилот канал

1 канал сигнализации

7 каналов персональн. вызова

55 каналов связи

Количество каналов MS

1 канал доступа

1 канал связи

Скорость передачи данных:

в канале синхронизации

в канале перс. вызова и доступа

в каналах связи

1200 бит/с

9600, 4800 бит/с

9600, 4800, 2400, 1200 бит/с

Кодирование в каналах передачи BTS (канал синх., перс. вызова, связи)

сверточный код r=1/2 длина кодового огр. К=9

Кодирование в каналах передачи МS

сверточный код r=1/3 К=9

64-ичное кодирование ортогональными сигналами Уолша

Требуемое для приёма отношение энергии бита информации к спектральной плотности шума (Е6 /N0)

6-7дБ

Максимальная эффективная излучаемая мощность ВТS

до 50 Вт

Максимальная эффективная излучаемая мощность MS:

1 класс

2 класс

3 класс

6,3 Вт

2,5 Вт

1,0 Вт

Точность управления мощностью передатчика MS

±0,5 дБ

Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC.

Протоколы установления связи в CDMA , также как в стандартах AMPS N-AMPS, основаны на использовании логических каналов.

В CDMA каналы для передачи с базовой станции называются прямыми (Forward), для приема базовой станцией - обратными (Reverse). Структура каналов в CDMA в стандарте IS-95 показана на рис. 10.8.

Прямые каналы в CDMA:

  • ведущий канал – используется подвижной станцией для начальной синхронизации с сетью и контроля за сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе;
  • канал синхронизации обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;
  • канал вызова – используется для вызова подвижной станции. После приёма сигнала вызова подвижная станция передаёт сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего по каналу вызова на подвижную станцию передаётся информация об установлении соединения и назначения канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как подвижная станция получит всю системную информацию (частота несущей, тактовая частота, задержка сигнала по каналу синхронизации);
  • канал прямого доступа – предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

  • канал доступа – обеспечивает связь подвижной станции к базовой станции, когда подвижная станция не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова (Paging Channel), команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова;
  • канал обратного трафика – обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной станции на базовую станцию.

На рис. 10.9 показана процедура установления обычного соединения (входящий вызов к подвижной станции)

На рис. 10.10 показана процедура прохождения обычного вызова (исходящий вызов от подвижной станции).

Базовая станция одновременно может передавать 64 канала, из которых 2 канала используются для синхронизации, 7-для персонального вызова (Paging), остальные 55 – для передачи речевых сообщений (Traffic).

Для передачи всех 64 каналов применяется одна и та же псевдослучайная последовательность. В каждом канале при передаче используется одна из 64 последовательностей Уолша. При изменении знака бита информационного сообщения фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180 градусов. Так как эти последовательности взаимно ортогональны, то взаимные помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют. Помехи по каналам передачи базовой станции создают лишь соседние базовые станции, которые работают в той же полосе радиочастот и используют ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

В подвижных станциях ортогональные сигналы также используются при передаче, но не для уплотнения каналов, а для повышения их помехоустойчивости. В этом случае каждой группе из 6 бит информационного сообщения соответствует при передаче одна из 64 ортогональных последовательностей Уолша. При передаче каждая подвижная станция использует ПСП с разными циклическими сдвигами, что даёт возможность базовой станции при приёме разделить сигналы от подвижных станций.

Помехи, создаваемые другими абонентскими станциями и другими базовыми станциями, представляют собой фактор, в конечном итоге определяющий верхний порог пропускной способности сети стандарта CDMA. При разработке сети с кодовым разделением каналов необходимо свести к минимуму общий уровень помех.

Пусть в соте находятся К активных абонентов, все подвижные станции работают в общей полосе частот F, скорость передачи сообщений постоянна и равна С, чувствительность приемника базовой станции - Р0, уровень фонового шума – Рш. Тогда отношение сигнал/шум на входе приемника базовой станции (Рвх) определится выражением

где (К-1)* Р0 – уровень сигналов от других активных станций.

Отношение энергии бита Е0 информационного сигнала к спектральной плотности шума N0 может быть определено выражением

Учитывая, что отношение F/C численно равно базе сигнала В,

количество активных абонентов в соте системы CDMA определяется выражением

при условии, что уровни сигналов от всех абонентских станций на входе базовой станции будут приблизительно равны и близки к минимальным (Р0).

Рассмотренные условия работы системы CDMA определяют высокие требования к регулировке уровней мощности сигналов подвижных станций, принимаемых базовой станцией.

В стандарте IS-95 регулировка уровня мощности сигнала, излучаемого подвижной станцией, осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1дБ. Это обеспечивает возможность приема сигналов подвижных станций базовой станцией с практически одинаковым уровнем мощности независимо от удаления до базовой станции. Чем ближе уровень мощности сигналов от подвижных станций на входе базовой станции к минимальному, соответствующему требуемому качеству связи, тем меньше уровень взаимных помех в системе и, следовательно, тем выше её ёмкость.

Высокие требования к регулировке уровня мощности подвижной станции можно отнести к недостатку системы Qualcomm . Вторым недостатком CDMA Qualcomm является необходимость использования одинаковых по размерам сот на всей сети, в противном случае возникают взаимные помехи от сигналов подвижных станций, которые находятся в соседних сотах разного размера. В этом случае также возникает проблема “эстафетной передачи”.

Стандарт CDMA обеспечивает большую ёмкость сети по сравнению с традиционными аналоговыми сотовыми сетями. Увеличение ёмкости может быть достигнуто двумя способами:

  • увеличением количества каналов на МГц выделенной полосы частот;
  • увеличением повторного использования каналов связи на данной территории.

Примером второго подхода является переход от частотного разделения каналов к временному, что реализовано в стандарте GSM. Допустимое отношение сигнал/помеха в каналах GSM составляет 9 дБ вместо 17-18 дБ для аналоговых систем, что позволяет обеспечить повторное использование частот при меньшем территориальном разносе базовых станций с повторяющимися частотами. Это позволяет увеличить ёмкость сетей GSM примерно в два раза по сравнению с аналоговым стандартом AMPS (800 МГц). При использовании полускоростного речевого кодека ёмкость сетей GSM увеличится в 4-5 раз по сравнению с AMPS.

Стандарт CDMA позволяет использовать одну и ту же частоту по всей сети, во всех сотах. Коэффициент повторного использования частот для CDMA равен (k=1 или k=4), увеличение ёмкости в этом случае по отношению к AMPS составит 7-10 раз [15; 16].

Другим фактором, способствующим снижению взаимных помех в системе CDMA и, следовательно, увеличению её емкости является применение, аналогично GSM, системы прерывистой передачи речи на основе использования детектора активности речи и вокодера с алгоритмом CELP и переменной скоростью преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой [15].

На интервале сеанса связи активная часть разговора составляет около 35%, 65% приходится на прослушивание сообщений с противоположной стороны и паузы [15]. Излучение сигнала подвижной станцией только на интервалах активности речи приводит к дополнительному снижению системных помех и общему увеличению ёмкости системы CDMA.

Передача сообщений в стандарте IS-95 осуществляется кадрами (рис. 11, 14). Используемые принципы приёма позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре. Если количество ошибок превышает допустимый уровень, приводящий к недопустимому ухудшению качества речи, этот кадр стирается (frame erasure).

С частотой ошибок или « частой стирания битов» однозначно связано отношение энергии информационного символа к спектральной плотности шума E0 /N0/ На рис. 17 приведены зависимости вероятности ошибки в кадре (Prob. Frame Error) от величины отношения E0 /N0 (белый шум) для прямого обратного каналов с учетом модуляции, кодирования и перемежения.

При увеличении количества активных абонентов в соте из-за взаимных помех отношение E0 /N0 снижается, а частота ошибок увеличивается. В этой связи разные фирмы принимают свои допустимые значения частоты ошибок. Например, фирма Motorola считает допустимой CDMA частоту ошибок в 1%, что соответствует с учетом замираний отношению E0 /N0= 7-8 дБ. При этом пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем AMPS.

Фирма Qualcomm за допустимую величину частоты ошибок принимает значение 3%. Это является одной из причин, по которым Qualcomm заявляет, что ёмкость CDMA в 20-30 раз превышает ёмкость аналоговых AMPS.

Отношение E0 /N0= 7-8 дБ и допустимая частота ошибок в 1% позволяет организовать 60 активных каналов на трехсекторную соту. Зависимость количества активных каналов связи (ТСН) для обратного канала от величины отношения E0 /N0 для трехсекторной соты показана на рис. 18 [17].

Обеспечение безопасности в стандарте IS-95

Стандарт IS-95 обеспечивает высокую степень безопасности передаваемых сообщений и данных об абонентах. Прежде всего, он имеет более сложный, чем GSM , радиоинтерфейс, обеспечивающий передачу сообщений кадрами с использованием канального кодирования и перемежения с последующим «расширением» передаваемых сигналов с помощью составных ШПС, сформированных на основе 64 видов последовательностей Уодша и псевдослучайными последовательностями с количеством элементов 215 и (242-1).

Безопасность связи обеспечивается также применением процедур аутентификации и шифрования сообщений.

Процедура аутентификации в стандарте IS-95 соответствует процедуре аутентификации стандарта D-AMPS, EIA/TIA/IS-54-B [13].

В подвижной станции хранится один ключ А и один набор общих секретных данных, которые используются при работе как в режиме с частотным разделением каналов, так и в режиме CDMA. Подвижная станция может передавать «цифровую подпись» для аутентификации, состоящую из 18 бит. Эта информация передается в начале сообщения (в ответе подвижной станции на запрос сети при поиске станции) добавляется к регистрационному сообщению или пакету данных, передаваемых по каналу доступа. Предусматривается возможность обновления общих секретных данных в подвижной станции.

Шифрование сообщений, передаваемых по каналу связи (ТСН), осуществляется также с использованием процедур стандарта IS-54 В[13].

В стандарте IS-95 используется также режим «частный характер связи», обеспечиваемый с помощью секретной маски в виде длинного кода. Этот процесс также аналогичен процессу формирования маски в виде длинного кода, который описан в стандарте IS-54 В[13].

Подвижная станция стандарта IS-95

Фирмы Qualcomm и Motorola разработали двухрежимные CDMA подвижные станции, которые поддерживают связь с существующими сетями аналоговых стандартов с частотной модуляцией (AMPS и N-AMPS). Это обстоятельство дает значительные преимущества абонентам CDMA, так как позволяет использовать свой радиотелефон там, где существующие аналоговые сотовые сети обеспечивают радиопокрытие.

Структурная схема подвижной станции для CDMA фирмы Qualcomm приведена на рис. 19. Основное отличие между абонентскими станциями CDMA и существующими станциями аналоговых стандартов заключается в добавлении в состав подвижных станций CDMA функций цифровой обработки сигналов, которые реализованы в настоящее время на трёх заказных СБИС. Эти три интегральные схемы конструктивно объединяются в одном устройстве.

Базовая станция стандарта IS –95

В системах связи CDMA используются соты с круговой диаграммой направленности антенн или секторные соты (обычно 120-градусные)

На рис. 22 показана типовая структурная схема базовой станции (ВТS) для соты с круговой диаграммой направленности антенны с цифровым оборудованием, в состав которого входят канальные блоки. Каждый канальный блок может быть сконфигурирован как информационный канал или как служебный канал. Для синхронизации работы сети используется приемник GPS (глобальная система местоопределения) Сюда входят генератор, формирующий секундные импульсы, и опорный тактовый генератор [17].

Отсек приемопередатчика преобразует сигналы промежуточной частоты, сформированные в отсеке цифрового блока, в радиочастотный сигнал на несущей частоте и обеспечивает обратное преобразование принимаемого сигнала на промежуточную частоту. В направлении передачи сигнал проходит от приемопередатчика через усилитель мощности и фильтр к передающей антенне. В обратном направлении тракт приема начинается с приемных антенн, фильтра, усилителя с низким коэффициентом шума. Затем в приемопередатчике сигнал преобразуется на промежуточную частоту и поступает в отсек цифрового оборудования. Следует отметить, что передающий и приемные тракты подключаются непосредственно к своим антеннам, что позволяет исключить дорогостоящие сумматоры мощностей и потери мощности при сложении.

Управление режимами работы цифрового оборудования и приемопередатчика осуществляется контроллером соты (СС). Контроллер соты обеспечивает требуемые режимы и алгоритмы работы оборудования внутри соты, назначает и конфигурирует ресурсы BTS для обслуживания нагрузки и вызовов, формирует статистическую информацию о работе соты, контролирует распределение сигналов опорных частот. Он также управляет объединением портов канальных блоков для передачи сообщений в цифровую линию к контроллеру сети (BSC) и центру коммутации подвижной связи (MSC).

Оборудование Motorola SС 9600, SC 2400

Фирмой Motorola разработаны комплексы сетевого оборудование SС 9600 и SC 2400 для создания систем связи с «суперсотовой» (SC) архитектурой, которая объединяет новые и существующие технологии сотовой связи и открывает широкие возможности по совершенствованию управления оборудованием и функциями связи. Объединение и централизация управления компонентами различных сетей в совокупности с созданием унифицированного гибкого приемно-передающего оборудования определяет перспективность нового технического решения Motorola SС 9600 и SC 2400.

Оборудование SС 9600 предназначено для работы в полосах частот 869-894 МГц – передача от базовой станции, 824-849 МГц – передача от подвижной станции и состоит из радиочастотного модема (SIF), обеспечивающего формирование сигналов с различными протоколами связи, линейного усилителя мощности (LPA) и подсистемы диагностики.

В состав радиочастотного модема может входить до 80 CDMA канальных плат и 16 CDMA приемопередатчиков, которые могут обеспечить поддержку 320 CDMA каналов. Для TDMA, AMPS, N-AMPS SC 9600 может содержать до 96 приемопередатчиков, обеспечивающих функции приема-передачи речевых сообщений и сигнальной информации, а также поиска принимаемых сигналов (вызовов).

В состав BTS может входить до трех линейных усилителей мощности. Каждый усилитель обслуживает все выходы передатчиков, работающих на одну антенну и обеспечивает дистанционную настройку под конкретные частоты.

Подсистема диагностики обеспечивает контроль и поддержку работоспособности оборудования BTS совместно с центром управления радиоподсистемой (OMC-R).

Между SС 9600 и центром коммутации подвижной связи поддерживается открытый интерфейс, что обеспечивает совместимость этого оборудования с центрами коммутации различных производителей.

В целом оборудование SС 9600 обеспечивает возможность обслуживания абонентов в стандартах CDMA, AMPS, N-AMPS и D-AMPS. Кроме того, возможно использование этого оборудования в сетях сотовой цифровой пакетной передачи данных (CDPD) [14; 18].

Дальнейшим развитием семейства оборудования SC Motorola является создание комплекса SC 2400, предназначенного для сетей с малыми и средними сотами. SC 2400 представляет собой базу для создания и развития систем сотовой радиосвязи с повышенной эффективностью, низкой стоимостью, возможностью дистанционного управления в двух диапазонах частот 800 МГц и 2ГГц. SC 2400 поддерживает CDMA, AMPS, N-AMPS, а также CDPD [19].

Оборудование SC 2400 компактно, имеет модульную структуру, обеспечивает экономическое развитие емкости сети, имеет единый радиочастотный модем для различных радиоинтерфейсов. Рабочие полосы радиочастот:

  • 869-894 МГц – передача от базовой станции
  • 824-849 МГц – передача от подвижной станции
  • 1930-1970 МГц – передача от базовой станции
  • 2180- 2200 МГц
  • 1850-1890 МГц - передача от подвижной станции
  • 2130-2150 МГц

Общая ёмкость: 48 физических каналов для аналоговых стандартов 160 физических каналов для цифровых стандартов.

Рассмотренные принципы построения системы стандарта IS-95, возможность одновременной работы подвижных станций в существующих сетях сотовой связи определяют перспективность развития сетей связи CDMA в регионах, где уже действуют сети связи стандартов. Совместное использование сотовых сетей связи указанных стандартов с частотным и кодовым разделением каналов обеспечит значительное увеличение количества обслуживаемых абонентов, расширит состав услуг и зону покрытия связью.

Применение CDMA в системах беспроводной связи типа WILL

В последние годы значительное внимание уделяется разработкам и внедрению систем беспроводной радиосвязи (WILL) для обслуживания стационарных абонентов в сельских и труднодоступных районах. В этой области известны разработки фирмы Motorola, Alcatel, Siemens и т.д. При определённых условиях, связанных с количеством обслуживаемых абонентов и их удалённостью от телефонных сетей общего пользования (ТФОП), прокладка кабельных линий связи становится экономически неэффективной по сравнению с внедрением радиоканалов для соединения стационарных абонентов с ТФОП. Обычно применение систем WILL считается целесообразным для обслуживания абонентов, удаленных от ТФОП на расстояния от нескольких километров до нескольких десятков километров. Одной из основных тенденций в разработке систем WILL является использование известных стандартов сотовой связи AMPS, N-AMPS, D-AMPS, GSM для топологического построения сетей беспроводной связи и разработки оборудования. При этом многие алгоритмы функционирования сети и принципы построения оборудования связи упрощаются, так как исключаются все процедуры связанные с перемещением абонентов. В результате значительно снижаются стоимость абонентского оборудования и затраты на построение и эксплуатацию сети. Как было отмечено ранее, системы CDMA имеют ряд преимуществ перед существующими сетями сотовой связи и позволяют повысить ёмкость сетей. Однако достоинства систем CDMA обеспечиваются усложнением процессов функционирования сети и абонентского оборудования, которые становятся незаметными при использовании передовых методов цифровой обработки сигналов, быстродействующих средств и современных технологий микроэлектроники. Более сложные процессы функционирования сетей CDMA связаны с необходимостью обеспечения регулировки уровня мощности передатчика абонентской станции в процессе сеанса, а также использованием алгоритмов пространственного разнесения при приёме сигналов подвижной станции несколькими базовыми станциями в процессе мягкого переключения (Soft handoff) с последующей «склейкой» лучших кадров.

Реализация указанных функций в подвижной сети CDMA требует значительных затрат ресурсов связи, организации специальных каналов управления, создаёт дополнительные системные помехи, что в совокупности снижает количество обслуживаемых абонентов в соте.

В варианте сети беспроводной связи для фиксированных абонентов не требуется непрерывного управления регулировкой уровня мощности абонентских станций, уровень излучения может быть зафиксирован один раз при установке абонентской станции. Исключаются процедуры мягкого переключения и пространственного разнесения. Для снижения системных помех используются направленные антенны для абонентских станций (по направлению на базовую станцию). Всё это позволяет обеспечить ещё большую ёмкость сети WILL CDMA по сравнению с сетью подвижной сотовой связи.

В целом технология CDMA при использовании её в сети WILL обеспечивает, по оценкам Motorola [15; 16], 18-20-кратное увеличение ёмкости по сравнению с сетью аналогового стандарта AMPS.

Как было отмечено, CDMA стандарта IS-95 может поддерживать одновременно 60 активных каналов на трёхсекторную соту.

Фиксированное размещение абонентских станций, применение направленных антенн в направлении от абонентской станции на базовую станцию позволяет реализовать 60-градусные соты, т.е. обеспечить одновременную работу 180 активных абонентов. При нагрузке от одного абонента до 0,025 Эрланга количество абонентов, обслуживаемых одной 60-градусной сотой, составит около 7000. Данные результаты подтверждают высокую эффективность использования CDMA для построения систем беспроводной связи с фиксированными абонентами.

13. Микросотовые системы мобильной связи

Европейский стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) разработан Европейским Институтом Стандартов в области Связи (ETSI). Первая редакция стандарта DECT была принята в 1992 году и с тех пор стандарт продолжает развиваться и совершенствоваться в части расширения набора предоставляемых услуг и взаимодействия с сетями различных типов.

DECT укрепил свои позиции как глобальный стандарт беспроводного доступа - необходимый частотный диапазон для DECT выделен уже более чем в 110 странах мира. Сегодня на рынке представлено свыше 200 различных продуктов в стандарте DECT. Можно с уверенностью сказать, что он представляет собой прочную, прогрессивную основу для развития беспроводной связи, обладая при этом достаточной гибкостью для удовлетворения новых потребностей рынка.

В 2000 году объем продаж терминального оборудования DECT систем увеличился до 30 млн. терминалов.

Основным рынком DECT остается Европа. Результаты маркетингового исследования Strategy Analytics убедительно свидетельствуют о бесспорном лидерстве DECT в этом регионе:

  • европейские пользователи сегодня отдают предпочтение телефонам DECT, продажи которых превысили продажи аналоговых радиотелефонов – более 60 % всех продаваемых радиотелефонов работают в стандарте DECT;
  • в Германии, которая задает тенденции на рынке DECT, более 80 % продаваемых радиотелефонов - это DECT-телефоны;

В России, как и во всем мире, растет интерес к стандарту DECT со стороны операторов и пользователей. Свидетельством тому является возросшая рекламная деятельность поставщиков оборудования и операторов местных сетей телефонной связи, популяризация стандарта DECT в специальных изданиях и средствах массовой информации.

Большую роль в достижении такого успеха сыграл DECT Форум – международная ассоциация ведущих телекоммуникационных операторов и производителей оборудования. DECT Форум ставит своей целью продвижение стандарта DECT как самого прогрессивного из всех существующих сегодня стандартов беспроводной связи. DECT Форум предоставляет уникальную возможность для обмена информацией и опытом между органами стандартизации и регулирования, операторами, пользователями и производителями DECT-оборудования.

DECT Форум объединяет усилия 35 крупных компаний и организаций из разных стран, 13 локальных отделений DECT Форума работают во всех крупных регионах мира. Рабочая группа по маркетингу представляет информацию из первых рук на Internet-странице и в бюллетенях DECT Форума, участвует в проведении конференций. Технические рабочие группы организуют полевые испытания и исследования в области возможностей сосуществования DECT с другими технологиями связи. Совместно с Европейским институтом стандартов связи DECT Форум участвует в разработке новых профилей и приложений DECT для удовлетворения новых потребностей рынка (таких, как высокоскоростная передача данных, мультимедиа и др.). Работая в тесном контакте с Международным союзом электросвязи, DECT Форум способствует органичному вхождению DECT в систему мобильной связи третьего поколения.

Преимущества выбора DECT

  • Качество проводной линии связи – 32 кБит/с ADPCM
  • Самая высокая скорость передачи данных среди всех TDMA-стандартов
  • Возможность создания различных систем на основе DECT:
    • домашние беспроводные многотерминальные системы, которые также подходят для малого офиса,
    • микросотовые беспроводные корпоративные системы (офисные и учрежденческие АТС с радиодоступом),
    • микросотовые системы общего пользования (СТМ),
    • системы фиксированного радиодоступа (WLL) и др.
  • Сосуществование различных некоординируемых DECT-систем в общем частотном диапазоне без необходимости частотного планирования
  • Совместимость оборудования разных производителей (при наличии GAP)
  • Обеспечение перехода из соты в соту без разрыва соединения (хэндовер)
  • Возможность обслуживания одной трубки в разных сетях (частных и общего пользования)
  • Обеспечение большого трафика - до 10,000 Эрл/км2.
  • Совместимость с другими радиосистемами
  • Отсутствие канала управления - устойчивость к радиопомехам
  • Низкий уровень излучения - безопасность для здоровья

Помимо предоставления услуг, характерных для традиционной телефонии, которые преобладают сегодня на рынке беспроводной связи, сегодня рассматриваются приложения по передаче данных как новый сегмент рынка. Уже сейчас устройства на базе стандарта DECT обеспечивают передачу данных на скорости 552 кБит/с. Новые методы модуляции позволят в ближайшее время увеличить скорость до 2 МБит/с.

В Европейском институте стандартов связи завершена разработка стандартов DPRS (DECT Packet Radio Services) и DMAP (DECT Multimedia Access Profile). DPRS создает основу для сопряжения всех услуг беспроводной пакетной передачи данных, которые предоставляются через интерфейс DECT, независимо от того, в каком приложении (домашний сектор, домашний офис, малый офис, корпоративный сектор, системы общего пользования) используется этот продукт, и, следовательно, значительно подтолкнет развитие рынка DECT-продуктов передачи данных. Стандарт DMAP представляет собой надстройку над DPRS, GAP и базовым стандартом DECT и описывает более специфический набор мультимедийных услуг для приложений "Домашний сектор, домашний офис, малый офис". DMAP станет первым из новой категории профилей доступа для конкретных приложений (Application Specific Access Profiles - ASAP), которые будут гарантировать совместимость DECT-оборудования, обеспечивающего комплексные услуги.

В современном мире, в котором Internet становится необходимостью, а беспроводное подключение - обычной функцией многих электронных устройств, технологии беспроводной связи могут удовлетворить многие ожидания расширяющегося рынка беспроводной передачи данных, среди которых - совместимость устройств от разных производителей. Именно поэтому в ETSI в рамках созданной рабочей группы DECT/Data ведется разработка DECT-профиля доступа в Internet (DECT Internet Access Profile).

Стандарт DECT станет одной из основных составляющих систем связи 3-го поколения. Он будет играть центральную роль в интеграции услуг фиксированной и мобильной связи. Ряд исследователей полагает, что технологии DECT будут особенно актуальны в переходный период от систем 2G к системам 3G мобильной связи. В ноябре 1999 года на встрече в Хельсинки МСЭ утвердил DECT в качестве одного из пяти радиоинтерфейсов для системы мобильной связи третьего поколения.

С самого начала DECT разрабатывался как средство обеспечения доступа к телекоммуникационной сети любого типа, и, таким образом, поддерживает в отличии от других стандартов разнообразные приложения и услуги. Среди приложений DECT - системы для дома и малого офиса, микросотовые корпоративные системы, системы абонентского радиодоступа (WLL), системы доступа к сети GSM, микросотовые системы общего пользования (CTM), системы доступа к локальной сети, предоставляющие голосовую телефонию, факс, модем, электронную почту, Internet, X.25 и многие другие перспективные услуги.

Структура DECT - систем

Типовая архитектура простейшей DECT-системы приведена на рис. 5.

Контроллер предназначен для сопряжения системы DECT с внешними сетями, например, городской и/или учрежденческой АТС. При этом ЦКС, как правило, обеспечивает преобразование протоколов сигнализации между АТС и системой DECT. В некоторых случаях для этих целей используются специальные устройства – конвертеры протоколов. Кроме того, в ЦКС осуществляется преобразование речевой информации ADPCM  PCM при сопряжении по цифровым интерфейсам и ADPCM  аналоговый сигнал при сопряжении по аналоговым интерфейсам.

БС – Базовая станция (в иностранной литературе они называются – Radio Fixed Part) обеспечивают требуемое радиопокрытие. БС подключается к контроллеру по одной или двум парам проводов. Базовая станция представляет собой приемопередатчик, обеспечивающий одновременную работу по 4 – 12 каналам, работающий на две пространственно разнесенные антенны. БС выполняются в двух вариантах – для внутреннего и наружного размещения.

УД – Устройства доступа представляют собой мобильную трубку или стационарный абонентский терминал, который иногда именуется «радиорозеткой».

Для увеличения зоны покрытия базовой станции может также применяться ретранслятор (репитер).

Технические аспекты DECT

Стандартные характеристики систем DECT

Таблица 1

Рабочий спектр

1880..1900 MГц

Количество частот

10

Разнос частот

1,728 MГц

Метод доступа

MC/TDMA/TDD

Частотное планирование

не требуется

Число каналов на одну частоту

24 (12 дуплексных каналов)

Длительность фрейма

10 ms

Скорость передачи

1,152 Mbps

Метод модуляции

GMSK (BT = 0,5)

Сжатие голоса

ADPСM (G.721) - 32 Кбит/сек

Выходная мощность

10 мВт - средняя (пиковая мощность не более 250 мВт)

Достижимая дальность

до 20 км

Гарантированная (разрешенная) дальность

до 5 км

Мобильность

полная в рамках одной системы (без перерыва разговора – хэндовер), в нескольких системах с перерывом разговора (роуминг)

Профили доступа

GAP, RAP, GIP, IAP, DMAP, DPRS, и др.

Принцип MC/TDMA/TDD

Радиоинтерфейс DECT основывается на методологии радиодоступа с использованием нескольких несущих, принципа множественного доступа с временным разделением и принципа дуплекса с временным разделением (MC/TDMA/TDD). В стандарте DECT в выделенном диапазоне 1880-1990 МГц используется 10 частотных каналов (MC - Multi Carrier). Временной спектр для DECT подразделяется на временные кадры (фреймы), повторяющиеся каждые 10 мс (рис. 3). Фрейм состоит из 24 временных слотов, каждый из которых доступен индивидуально (TDMA - Time Division Multiple Access).

Рисунок 2

В базовой речевой услуге DECT два временных слота - с разделением в 5 мс - образуют дуплексную пару для обеспечения 32 кБит/с соединений (ADPCM - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция - G.726). Для реализации базового стандарта DECT временной фрейм в 10 мс разделяется на две половины (TDD – Time Division Duplex) - первые 12 временных слотов используются для передачи БС (“связь вниз”), а остальные 12 - для передачи АРБ (“связь вверх”).

Структурой TDMA обеспечивается до 12 одновременных голосовых соединений DECT (полный дуплекс) на каждую БС, что дает значительные ценовые преимущества по сравнению с технологиями, позволяющими только одно соединение на БС (например, CT2). Благодаря усовершенствованному радиопротоколу, DECT может предлагать полосы частот различной ширины, соединяя несколько каналов в одну несущую.

Использование радиоспектра

При использовании принципа MC/TDMA/TDD для базовой спецификации DECT (10 частотных и 12 временные номиналов) устройству DECT в любой момент доступен общий ресурс из 120 дуплексных каналов. При высокой плотности установки базовых станций DECT (например, на расстоянии 25 м в идеальной модели покрытия в форме шестиугольника) с учетом низкого коэффициента повторного использования канала (C/I = 10 дБ) можно достичь емкости трафика для базовой технологии DECT приблизительно до 10 000 Эрланг/км2 при отсутствии необходимости частотного планирования. Инсталляция оборудования DECT упрощена, так как необходимо учитывать только требования к радиопокрытию и трафику.

Динамический выбор и динамическое выделение канала

Вместо частотного планирования используется механизм Непрерывного Динамического Выбора и Распределения Каналов (CDCS/CDCA). Суть этого механизма заключается в том, что каналы выбираются динамически из всего набора каналов по таким показателям, как качество прохождения сигнала и уровень помех. Причем канал не закрепляется за соединением на все время, он может меняться по мере необходимости. Происходит это следующим образом.

Каждая БС непрерывно сканирует приемные таймслоты всех 120 каналов, измеряет уровень принятого сигнала (RSSI — Received Signal Strength Indicator) и выбирает канал с минимальным уровнем (свободный канал без помех). В этом канале БС излучает служебную информацию, которая, в числе прочих, содержит данные:

  • для синхронизации АРБ;
  • об идентификаторе системы;
  • о возможностях системы;
  • о свободных каналах;
  • пейджинговую.

Анализируя эту информацию, АРБ находит свою БС и прописывается к ней. При выходе из зоны действия одной БС происходит поиск следующей. Таким образом, АРБ всегда прописан к той или иной БС своей или дружественной системы. Далее АРБ синхронно с БС начинает непрерывно сканировать все 120 приемных таймслотов и измерять силу сигнала в каждом из них. Номера каналов с наименьшими RSSI заносятся в память. Одновременно в памяти находятся не менее двух таких каналов.

При необходимости организации исходящей связи АРБ направляет запрос БС, в которой она в данный момент прописана, предлагая установить связь в одном из свободных, с точки зрения АРБ, каналов. Если этот канал отвергается БС, то АРБ предлагает следующий из списка свободных. После согласия БС на установление соединения по одному из предложенных каналов происходит обмен сигнализационной и другой служебной информацией, а затем установление соединения и разговор.

Организация входящей связи осуществляется аналогичным образом. АРБ непрерывно анализирует "пейджинговое" сообщение на наличие «своего» входящего вызова. После распознавания входящего вызова АРБ посылает запрос на установление связи в одном из свободных каналов. Таким образом, выбор канала для установления соединения происходит динамически и только по инициативе и под управлением АРБ. Этот механизм называется непрерывным динамическим выбором канала (CDCS).

Канал, в котором происходит разговор, не является постоянно выделенным на все время соединения. По тем или иным причинам (например, ухудшение качества связи при перемещении АРБ в зону «тени») АРБ может сменить канал. При этом АРБ выбирает канал из списка свободных и предлагает его БС. При согласии БС происходит переход на новый канал. Переход может происходить и по инициативе БС. При этом БС о своем желании перейти на новый канал сообщает АРБ, далее все происходит так, как описано выше, т.е. выбор нового канала осуществляется АРБ.

Если в процессе соединения новый канал запрашивается у той же БС, то переход называется "intercell handover", а если у другой БС — то "intracell handover". Этот механизм называется непрерывным динамическим распределением каналов (CDCA).

Хендовер в DECT системе происходит мягким способом. Это значит, что во время хендовера между АРБ и системой одновременно работают два канала: «старый» и «новый». В какой-то момент времени информация между АРБ и системой передается одновременно по обоим каналам. Только после успешного перехода на «новый» канал происходит деактивация «старого». Надо отметить, что хендовер происходит не только при ухудшении качества связи или при разрыве соединения, но и в том случае, когда АРБ находит лучший с его точки зрения канал. Таким образом, для соединения всегда используется лучший свободный канал.

Механизм CDCS/CDCA существенно отличает DBCT от сотовых систем связи: управление каналами осуществляется не центральным контроллером, а мобильными терминалами.

Уникальная возможность DECT по динамическому выбору и распределению каналов гарантирует использование только лучшего канала. Эта способность DECT позволяет сосуществовать нескольким системам в одной и той же полосе частот, при сохранении в каждой из них высокого качества и безопасности связи. Кроме того, этот механизм существенно увеличивает емкость трафика системы за счет минимизации каналов с несколькими путями распространения. Особенно это важно для офисных приложений, где происходит многократное отражение радиосигнала от стен помещения.

Метод MC/TDMA/TDD совместно с механизмом CDCS/CDCA обеспечивает высокую емкость DECT системам даже в условиях высокого трафика и сложной помеховой обстановки. При этом высокого качества услуг добиваются без использования частотного планирования.

Разнесенные антенны

Хэндовер в DECT – это механизм ухода от каналов, подверженных воздействию помех, или каналов с низким уровнем сигнала. Однако хэндовер происходит недостаточно быстро, чтобы противодействовать ситуациям быстрого замирания. Для борьбы с быстрыми интерференционными замираниям (БИЗ) стандартом DECT предусматривается механизм пространственного разнесенного приема. БИЗ возникают в результате интерференции нескольких лучей в точку приема, которая перемещается относительно БС. В результате чего меняется разность хода между этими лучами и, как следствие этого, уровень суммарного сигнала претерпевает колебания, которые могут достигать 30 и более дБ. При использовании двух пространственно разнесенных антенн разность хода лучей от каждой из них в точке приема будет различной. В офисных и WLL системах к каждой БС подключаются две коммутируемые пространственно разнесенные в горизонтальной плоскости антенны, причем разнос антенн в офисных системах приблизительно равен  (длине волны), а в WLL системах – 10 . Поэтому эффективность этого метода в офисных системах сказывается при малых удалениях. В системах WLL АРБ стационарны и причина замираний заключается в воздействии эффекта рефракции на разность хода прямого и отраженного лучей. Из теории известно, что при разносе антенн на 10  и более суммарные сигналы, принимаемые каждой из антенн практически не коррелированны. Переключение антенн и выбор рабочего канала происходит под управлением АРБ.

Защищенность

В настоящее время все больше внимания уделяется проблемам защищенности систем связи к несанкционированному доступу. Стандарт DECT предусматривает меры защиты доступности телекоммуникационных систем, характерной для беспроводной связи.

Перечень штатных услуг и процедур по обеспечению безопасности в системах стандарта DECT включает в себя:

  • прописку АРБ;
  • аутентификацию АРБ;
  • аутентификацию БС;
  • взаимную аутентификацию АРБ и БС;
  • аутентификацию пользователя;
  • шифрование данных.

Прописка – это процесс, благодаря которому система допускает конкретный АРБ к обслуживанию. Оператор сети или сервис-провайдер обеспечивает пользователя АРБ секретным ключом прописки (PIN-кодом), который должен быть введен как в КБС, так и в АРБ до начала процедуры прописки. До того, как трубка инициирует процедуру фактической прописки, она должна также знать идентификатор БС, в которую она должна прописаться (из соображений защищенности процедура прописки может быть организована даже для системы с одной БС). Время проведения процедуры обычно ограничено, и ключ прописки может быть применен только один раз, это делается специально для того, чтобы минимизировать риск несанкционированного использования.

Прописка в DECT может осуществляться “по эфиру”, после установления радиосвязи с двух сторон происходит верификация того, что используется один и тот же ключ прописки. Происходит обмен идентификационной информацией, и обе стороны просчитывают секретный аутентификационный ключ, который используется для аутентификации при каждом установлении связи. Секретный ключ аутентификации не передается по эфиру.

АРБ может быть прописан на нескольких базовых станциях. При каждом сеансе прописки, АРБ просчитывает новый ключ аутентификации, привязанный к сети, в которую он прописывается. Новые ключи и новая информация идентификации сети добавляются к списку, хранящемуся в АРБ, который используется в процессе соединения. Трубки могут подключиться только к той сети, в которую у них есть права доступа (информация идентификации сети содержится в списке).

В процессе аутентификации любого уровня используется криптографическая процедура ''запрос-ответ'', позволяющая выяснить, известен ли проверяемой стороне аутентификационный ключ.

Аутентификация АРБ позволяет предотвратить его неправомочное использование (например, с целью избежать оплаты услуг) или исключить возможность подключения похищенного или незарегистрированного АРБ.

Аутентификация происходит по инициативе БС при каждой попытке установления соединения (входящего и исходящего), а также во время сеанса связи. Сначала БС формирует и передает запрос, содержащий некоторый постоянный или сравнительно редко меняющийся параметр (64 бита), и случайное число (64 бита), сгенерированное для данной сессии.

Затем в БС и АРБ по одинаковым алгоритмам с использованием аутентификационного ключа К вычисляется так называемый аутентификационный ответ (32 бита). Этот вычисленный (ожидаемый) ответ в БС сравнивается с принятым от АРБ, и при совпадении результатов считается, что аутентификация АРБ прошла успешно.

Аутентификация БС исключает возможность неправомочного использования станции. С помощью этой процедуры обеспечивается защита служебной информации (например, данных о пользователе), хранящейся в АРБ и обновляемой по команде с БС. Кроме того, блокируется угроза перенаправления вызовов абонентов и пользовательских данных с целью их перехвата.

Алгоритм аутентификации БС аналогичен последовательности действий при аутентификации АРБ.

Взаимная аутентификация может осуществляться двумя способами:

  • При прямом методе последовательно проводятся две процедуры аутентификации АРБ и БС;
  • Косвенный метод в одном случае подразумевает комбинацию двух процедур - аутентификации АРБ и шифрования данных (поскольку для шифрования информации необходимо знание аутентификационного ключа К), а в другом - шифрование данных с использованием статического ключа SCK (Static Cipher Key), известного обеим станциям.

Аутентификация пользователя позволяет выяснить, знает ли пользователь АРБ свой персональный идентификатор. Процедура инициируется БС в начале вызова и может быть активизирована во время сеанса связи. После того, как пользователь вручную наберет свой персональный идентификатор UPI (User Personal Identity), и в АРБ с его помощью будет вычислен аутентификационный ключ К, происходит процедура, аналогичная последовательности действий при аутентификации АРБ.

Во всех описанных процедурах аутентификационный ответ вычисляется по аутентификационному запросу и ключу аутентификации К в соответствии со стандартным алгоритмом (DSAA-DECT Standard Authentication Algorithm) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям безопасности связи. Алгоритм DSAA является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI. Использование другого алгоритма будет ограничивать возможности абонентских станций, так как возникнут трудности при роуминге в сетях общего пользования DECT.

Аутентификационный ключ К является производной от одной из трех величин или их комбинаций, приведенных ниже.

1. Абонентский аутентификационный ключ UAK (User Authentication Key) длиной до 128 бит. UAK является уникальной величиной, содержащейся в регистрационных данных пользователя. Он хранится в ПЗУ абонентской станции или в карточке DAM (DECT Authentication Module).

2. Аутентификационный код АС (Authentication Code) длиной 16-32 бита. Он может храниться в ПЗУ абонентской станции или вводиться вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации.

Необходимо отметить, что нет принципиальной разницы между параметрами UAK и АС. Последний обычно используется в тех случаях, когда требуется довольно частая смена аутентификационного ключа.

3. Персональный идентификатор пользователя UPI (User Personal Identity) длиной 16-32 бита. UPI не записывается в устройства памяти абонентской станции, а вводится вручную, когда это требуется для проведения процедуры аутентификации. Идентификатор UPI всегда используется вместе с ключом UAK.

Шифрование данных обеспечивает криптографическую защиту пользовательских данных и управляющей информации, передаваемых по радиоканалам между БС и АРБ.

В АРБ и БС используется общий ключ шифрования СК (Cipher Key), на основе которого формируется шифрующая последовательность KSS (Key Stream Segments), накладываемая на поток данных на передающей стороне и снимаемая на приемной. KSS вычисляется в соответствии со стандартным алгоритмом шифрования DCS (DECT Standard Cipher) или любым другим алгоритмом, отвечающим требованиям криптографической стойкости. Алгоритм DSC является конфиденциальной информацией и поставляется по контракту с ETSI.

В зависимости от условий применения систем DECT могут использоваться ключи шифрования двух типов: вычисляемый – DCK (Derivation Cipher Key) - и статический – SCK (Static Cipher Key). Статические ключи SCK вводятся вручную абонентом, а вычисляемые DCK обновляются в начале каждой процедуры аутентификации и являются производной от аутентификационного ключа К. В ПЗУ абонентской станции может храниться до 8 ключей.

Статический ключ обычно используется в домашних системах связи. В этом случае SCK является уникальным для каждой пары ''абонентская /базовая станция'', формирующей домашнюю систему связи. Рекомендуется менять SCK один раз в 31 день (период повторения номеров кадров), иначе риск раскрытия информации существенно возрастает.

Организация протоколов DECT

Архитектура протоколов DECT включает:

  • физический уровень (PHL Layer);
  • уровень доступа к среде (MAC Layer);
  • уровень управления звеном передачи данных (DLC layer);
  • сетевой уровень (NWK. layer);
  • прикладные уровни (Application profiles).

Физический уровень

Первый уровень, PHL, обеспечивает среду для связи АРБ с БС и описан в стандарте ETS 300 174-2. Этот стандарт определяет параметры радиотракта DECT. В частности, в стандарте определены диапазон частот, излучаемая мощность, метод модуляции, структура временного разделения TDMA и др.

Именно PHL уровень отвечает за механизм MC/TDMA/TDD.

Для обеспечения высокоскоростной передачи данных (до 2Мбит/с) базовый стандарт ETS 300 175 был дополнен методом высокоскоростной передачи на основе фазовой модуляции. Используются две схемы модуляции: 4-уровневая (/4-DQPSK) и 8-уровневая (/8—D8PSK). Высокоуровневая модуляция (4-х и 8-ми уровневая) используется только для модуляции информационного канала (данные пользователя), а для модуляции каналов синхронизации и управления используется частотная манипуляция. Таким образом, обеспечивается совместимость новых систем с высокоуровневой модуляцией с существующими системами.

Каждый таймслот (рис. 4) содержит защитный интервал длительностью 25 мкс, 32 бита синхронизации (SYN), 64 бита управления (С) и биты данных (В). Поскольку биты синхронизации присутствуют в каждом физическом канале, синхронизация может проводиться перед каждым физическим каналом. Биты С и В образуют 2 логических канала соответственно для управления и передачи пользовательских данных (как в ISDN).

Рисунок 3

Уровень доступа к среде

Уровень доступа к среде отвечает за установление радиоканала между АРБ и БС. Основными функциями этого уровня являются:

  • установление соединений;
  • обеспечение сигнализации;
  • управление хендовером.

Именно MAC уровень отвечает за "мягкий" хендовер и механизм CDCS/CDCA. Кроме того, MAC уровень обеспечивает канал для передачи пейджинговой информации и сигнализации.

Уровень управления звеном передачи данных

Уровень DLC отвечает за надежную передачу управляющей информации по физическому каналу. На этом уровне решаются задачи по:

  • защите передаваемых данных от ошибок;
  • управлению качеством физического соединения;
  • управлению процедурой выбора канала на МАС уровне.

На уровнях MAC и DLC используются так называемые протокольные блоки данных, состоящие из:

  • заголовка;
  • поля данных MAC уровня;
  • поля данных DLC уровня;
  • циклического проверочного кода (CRC).

Заголовок сообщения определяет тип сообщения и тип DECT системы (домашняя, офисная или общего пользования). Кроме того, передается идентификатор системы, информация о поддерживаемых функциях системы и пейджинговая информация.

Сетевой уровень

Этот уровень отвечает за сигнализацию и осуществляет:

  • управление уровнями MAC и DLC;
  • управление вызовами;
  • управление мобильностью (внешний хендовер, роуминг и т.д.);
  • передачу информации с/без установления соединения;
  • обеспечение ДВО.

Для обеспечения внутреннего хендовера не требуется участие третьего уровня, т.к. за это отвечает только второй уровень. В этом заключается основное (принципиальное) отличие DECT от GSM.

Профили приложений DECT

В профилях приложений содержатся дополнительные спецификации, определяющие как эфирный интерфейс DECT должен быть использован в конкретных приложениях. Стандартные сообщения и суб-протоколы были созданы из набора средств базового стандарта и подстроены под конкретные приложения с целью обеспечения максимальной совместимости оборудования DECT от разных производителей. Помимо самих профилей ETSI также разработал спецификации тестов на соответствие профилю, позволяющие проводить всестороннее тестирование оборудования DECT, претендующее на удовлетворение требованиям профиля.

Профили приложений определяют дополнительную спецификацию протокольного стека DECT для конкретных приложений. Хотя базовый стандарт DECT, определенный в ETS 300 175, обеспечивает возможность реализации широкого спектра услуг, основная цель профилей приложения — обеспечить совместимость оборудования разных производителей. Существуют следующие основные профили DECT, определенные ETSI:

  • GAP (Generic Access Profile);
  • CAP (CTM Access Profile);
  • IAP и IIP (DECT/ISDN Interworking profiles);
  • GIP (DECT/GSM Interworking Profile);
  • DSP (Data Service Profile);
  • RAP (Radio Local Loop Access Profile);
  • DMAP (DECT Multimedia Access Profile);
  • DPRS (DECT Packet Radio Services).

GAP как основной профиль доступа был разработан для таких приложений DECT как домашние и офисные системы. GAP является главным профилем доступа DECT, предназначенным для использования в системах, поддерживающих телефонные услуги независимо от типа присоединенной сети. Он определяет минимум необходимых требований к АРБ и БС, обеспечивающих их совместимость. В GAP определены процедуры для установления и разрушения входящих и исходящих соединений, для поддержания мобильности, включая роуминг.

Хотя стандарт DЕCT определяет технологию радиодоступа, обеспечивающую мобильность, в нем не рассмотрены сетевые аспекты системы. Поэтому технология DECT может быть использована для доступа в любые сети. GIP описывает способ подключения сетей DECT к сети GSM. Такой доступ обеспечивается интерфейсом А сети GSM (к МSС). При этом сеть GSM воспринимает DECT как систему базовых станций (ВSС).

Использование этого профиля обеспечивает два преимущества. Во-первых, появилась возможность строительства мобильных сетей DECT на основе наземной инфраструктуры сетей GSM. При этом существенно снижаются затраты на создание инфраструктуры сете DECT поскольку сети GSM имеют практически глобальное распространение и постоянно увеличивают охват территорий. Во - вторых, для операторов сетей GSM появилась возможность использования дуальных мобильных терминалов GSM/DECT для увеличения трафика, так как сети DECT поддерживают очень высокую плотность трафика. Сети, построенные на основе DECT и GSM, обладают такими качествами, как высокая плотность трафика для малоподвижных абонентов в местах наибольшего скопления абонентов за счет подсистемы базовых станций DЕCT, большая площадь радиопокрытия и высокая мобильность за счет подсистемы базовых станций GSM.

В настоящее время рассматривается другой способ взаимодействия сетей GSM и DEСТ через ISDN сети. Этот подход основан на протоколе DSS1+, являющимся расширением протокола DSS1.

При разработке протоколов стандарта DECT был учтен богатый опыт, накопленный при создании протоколов для сетей ISDN. Поэтому предполагается тесное взаимодействие ISDN и DECT. Такое взаимодействие определяется профилями IАР и IIP. Оба профиля поддерживают одинаковый набор услуг. Основное отличие между ними заключается в способе соединения.

Первый из них ориентирован на доступ к услугам сети ISDN посредством стандартного терминала DECT. При этом со стороны сети ISDN терминал DECT виден как обычный терминал ISDN с соответствующими возможностями. Преимущества данного профиля заключаются в том, что для получения услуг ISDN используется только один трафиковый канал DECT. Информационный канал ISDN (В канал) шириной 64 кБит/с передается в канал «данных пользователя» DECT (рис. 4) путем преобразования кодирования РСМ в ADРCM. Очевидно, что этот профиль может обслуживать только речевые терминалы.

Второй профиль (IIP) называется профилем промежуточной системы и используется для подключения стандартного терминала ISDN к сети ISDN посредством радиоинтерфейса DECT. При этом появляется возможность подключения и терминалов передачи данных на скорости до 64 кбит/с. Недостатком этого профиля является неэффективное использование радиоспектра. Для организации информационного канала используются два трафиковых канала DECT. Кроме того, для отображения канала сигнализации (D канала ISDN) выделяется еще один канал. Таким образом, для одного соединения используются 3 трафиковых канала DECT.

В рамках этого профиля возможна организация стандартной канальной структуры 2B+D базового доступа ISDN путем выделения 5 трафиковых каналов DECT. При этом DECT обеспечивает стандартное сетевое окончание ISDN с интерфейсом SO. Преимуществом данного профиля является возможность использования любого стандартного терминала ISDN, в том числе и терминалов передачи данных.

Для систем абонентского радиодоступа (WLL) на основе технологии DECT разработан профиль RAP. RAP определяет протоколы и методы предоставления услуг сетей общего пользования конечным пользователям с использованием технологии DECT. RAP определяет два типа сервиса:

  • базовые телефонные услуги, включая передачу данных с помощью модемов на скоростях вплоть до V.34;
  • широкополосные услуги, включая ISDN и передачу данных с коммутацией пакетов.

Услуги предоставляются через стандартный АРБ DECT, аналогично ISDN.

В связи с тем, что WLL на основе DECT пользуются большой популярностью в мире, в ETSI рассматривается вопрос о расширении возможностей стандарта DECT по поддержке удаленных терминалов (более 5 км). На данный момент предлагается механизм "усовершенствованной схемы синхронизации", обеспечивающий связь на расстояниях до 16 км. Достоинство этого предложения заключается в сохранении совместимости с существующими системами. Таким образом, DECT является очень привлекательной технологией для создания систем WLL с точки зрения экономической эффективности, простоты планирования, монтажа и эксплуатации.

Для построения сетей доступа на основе технологии DECT определен профиль доступа в сети мобильных терминалов (СТМ). СТМ обеспечивает роуминг терминалов между сетями доступа DECT. В местах, где обеспечивается радиопокрытие DECT системой (домашней, офисной или общего пользования), беспроводный телефон может обслуживать как входящие, так и исходящие вызовы. При этом мобильный терминал регистрируется только в одной системе с одним телефонным номером. Таким образом, обеспечивается связь в любом месте, где присутствует DECT система. Причем для терминала во всех сетях сохраняется один и тот же сетевой номер, поэтому входящие звонки не теряются.

Основное отличие CAP от GIP заключается в том, что СТМ обеспечивает мобильность не только в пределах сети GSM, но может взаимодействовать с любой сетью, поддерживающей мобильность. Примерами таких сетей являются сети ISDN с расширением поддержки мобильности (протокол DSSI+) и сети ОКС-7 (INAP и MAP).

Надо отметить, что CAP является надмножеством GAP, что обеспечивает совместимость с GAP терминалами, т.е. сохраняется преемственность между GAP и CAP.

Интеграция DECT систем с сетями передачи данных (СПД) обеспечивает пользователям СПД новое качество — мобильность. Taк как существует большое разнообразие СПД, то ETSI определил ряд профилей передачи данных DSP, которые отличаются по предоставляемым услугам и степени мобильности. По степени мобильности профили подразделяются на два класса:

  • без поддержки мобильности в пределах одного БРБ;
  • с поддержкой мобильности в частных сетях и сетях общего пользования.

По предоставляемым услугам профили передачи данных делятся на 6 типов:

  • низкоскоростная передача данных с frame relay (до 24,6 кБит/с);
  • высокоскоростная передача данных с frame relay (до 552 кБит/с, в будущем - до 2 МБит/с);
  • передача данных на основе коммутации пакетов;
  • прозрачная передача данных;
  • передача коротких сообщений с/без подтверждения;
  • услуги телесервиса (например, FAX).

DMAP разработан в первую очередь для организации беспроводного доступа в сети Internet через ISDN сети и поддержания речевых терминалов и терминалов передачи данных DECT. Поэтому базируется DMAP на протоколах ISDN, GAP и DSP.

Этот профиль тесно связан с компьютерной технологией, в частности ноутбуками. Потому для обеспечения совместимости и упрощения доступа в терминале эмулируется клиент САРI (v. 1.1/2.0), а в базовой станции — сервер САРI.

DPRS создает основу для сопряжения всех услуг беспроводной пакетной передачи данных, которые предоставляются через интерфейс DECT, независимо от того, в каком приложении (домашний сектор, домашний офис, малый офис, корпоративный сектор, системы общего пользования) используется этот продукт, и, следовательно, значительно подтолкнет развитие рынка DECT-продуктов передачи данных.

Особенности сопряжения систем DECT с внешними сетями

Как уже неоднократно отмечалось выше, стандарт DECT – это одно из последних достижений в области цифровой связи. Наиболее эффективно системы DECT работают при сопряжении именно с цифровыми сетями. Однако на данный момент достаточно типичной является ситуация, когда оборудование DECT необходимо подключать по аналоговым абонентским линиям. Особенно это характерно для домашних радиотелефонов и офисных систем небольшой емкости. Следует отметить, что и для систем WLL в России в настоящий момент следует ориентироваться на аналоговые АЛ. Структура коммутационного оборудования ГАТС в целом по России такова, что только около 32 % АТС цифровые, а 50 % - координатные и 18 % еще декадно – шаговые. Кроме того, большое многообразие типов СЛ отечественных АТС и вполне определенные, характерные для импортного оборудования, протоколы сопряжения систем DECT с внешними сетями (R2, V5.1, V5.2, EDSS-1 и для отдельных систем 2-х проводные АЛ) вызывают необходимость использования конвертеров протоколов.

14. Проектирование сотовых систем связи

Технология проектирования ССС

Проектирование – один из наиболее сложных и ответственных этапов развертывания систем сотовой связи (ССС), поскольку он должен обеспечить возможно более близкое к оптимальному построение сети по критерию эффективность-стоимость. При проектировании необходимо определить места установки БС и распределить имеющиеся частотные каналы между ячейками (составить территориально-частотный план в соответствии с принципом повторного использования частот) таким образом, чтобы обеспечить обслуживание сотовой связью заданной территории с требуемым качеством при минимальном числе БС, т.е. при минимальной стоимости инфраструктуры сети. Фактически эта задача очень сложна. С одной стороны чрезмерно частая расстановка БС невыгодна. Так как влечет за собой неоправданные затраты. С другой стороны, слишком редкое расположение БС может привести к появлению необслуживаемых участков территории, что недоступно. Задача дополнительно осложняется трудностью аналитической оценки характеристики расположения сигналов и расчета напряженности поля, а также необходимостью учета неравномерности трафика в пределах обслуживаемой территории.

В проектируемой сети обязательно производиться экспериментальные измерения характеристик электромагнитного поля, и по результатам измерений схема сети также корректируется. Необходимый объем экспериментальных измерений, и частота их повторения определяется на основании опыта проектировщиков. Окончательно качество проекта оценивается уже на этапе эксплуатации сети, где также неизбежны его корректировка и доработка, особенно в самом начале работы, когда производятся настройка и оптимизация сети. Этот этап работы фактически оказывается наиболее трудоемким. Доработки проекта требуются по мере развития и совершенствования сети, для повышения ее качества.

Качество услуг, предоставляемых ССС, во многом определяется характеристиками ее подсистемы БС. В процессе планирования сети БС решаются следующие задачи: обеспечения радиопокрытия территории, на которой должны предоставляться услуги связи; построение сети, емкости которой будет достаточно для обслуживания создаваемого абонентами трафика с допустимым уровнем перегрузок; оптимизация решения указанных выше задач (с использованием минимального числа сетевых подсистем и элементов) на протяжении всего цикла сети.

Без решения перечисленных задач нельзя обеспечить высокое качество предоставляемых услуг. Согласно определению Международного союза электросвязи (МСЭ), под качеством обслуживания понимают – совокупный эффект от предоставления услуг, который определяет степень удовлетворения ими абонента. Кроме технических аспектов качества работы сети в это определение включены и аспекты, связанные с предоставлением дополнительных услуг (например, таких, как передача коротких сообщений), стоимостью обслуживания, ценой и качеством работы мобильных терминалов и т.д.

На протяжении всего жизненного цикла сети число ее абонентов, объем трафика и его распределение по обслуживаемой территории постоянно изменяются. Кроме того, существуют сезонные (периодические) изменения объема трафика и его территориального распределения. Конфигурация сети БС должна адаптироваться к происходящим изменениям, поэтому ее планирование – это непрерывный процесс. В нем можно выделить несколько этапов: планирования радиопокрытия; планирование емкости; частотное планирование; анализ работы и оптимизация сети.

Такое поэтапное деление в значительной степени условно, так как все этапы тесно взаимосвязаны между собой. Последовательность этапов планирования сети БС показана на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Этапы планирования сети БС

Рисунок 4.1. Этапы планирования сети БС

На этапе планирования радиопокрытия определяется минимально необходимое число БС (сот), их оптимальное расположение на местности и радиотехнические параметры для обеспечения радиопокрытия заданной территории с требуемым уровнем мощности радиосигнала, принимаемым мобильным терминалом.

Модели распространения радиоволн

Условия распространения радиоволн включают 5 моделей:

  • статическая модель (STATIC);
  • для сельской местности (Rax);
  • для холмистой местности (НТх);
  • для типичной городской застройки (Tux);
  • для плотной городской застройки (Bux).

В моделях с динамическими (Rax, HTx, Tux, Вuх) оговорены два варианта изменения пара­метров, которые соответствуют условиям движения автомобиля в городе со скоростью 50 км/ч и в сельской местности — 200 км/ч. Например, изменение радиосигнала на входе приемника авто­мобильной радиостанции, движущийся со скоростью 200 км/ч в условиях холмистой местности, описывается моделью НТ200.

Дополнительно предусмотрена модель для тестирования эквалайзера (Eqx).

Статическая модель характеризуется отсутствием амплитудных и фазовых искажений сигнала.

Модель распространения сигнала в сельской местности описывает флуктуации сигнала рас­пределением Райса и имитирует постоянный доплеровский сдвиг частоты.

Условия распространения сигнала над холмистой местностью предполагают отсутствие пря­мой радиовидимости между приемником и передатчиком, а также наличие достаточно удаленных переотражающих объектов. Такие условия описываются двулучевой моделью со средним соотношением уровня лучей минус 8,6 дБ и средней задержкой сигнала во втором луче на четверть символа. Флуктуации сигнала на входе приемника описываются законом Релея.

Модели распространения сигнала в городских условиях предполагают отсутствие прямой ра­диовидимости между приемником и передатчиком, и наличие большого количества переотра­жающих объектов. Данный случай также описывается двулучевой моделью, но с другими амплитудными и временными соотношениями. Например, задержка между лучами составляет при­близительно 1/10 символа, то есть сигнал на входе приемника практически не испытывает меж­символьных искажений.

Модель для тестирования эквалайзера применяется только для тестирования аппаратуры класса Е. В данной модели флуктуации сигнала на входе приемника имитируются релеевскими замираниями по четырем лучам с задержкой сигнала в лучах до двух символов.

Программный пакет планирования радиосетей RPS-2

Известно большое количество методик расчета обеспеченности радиосвязью абонентов в сотовых сетях. Данные методики основаны на результатах теоретических и практиче­ских исследований распространения радиоволн в реальных условиях. Процесс оценки зоны об­служивания состоит из нескольких этапов.

На первом этапе определена мощность сигнала, излучаемая в эфир. На втором - средняя мощность сигнала на приемной антенне, при которой обеспечивается заданная чувствительность приемника. По результатам этих этапов определен допустимый уровень потерь на трассе рас­пространения радиосигнала. На третьем этапе выбрана модель расчета потерь на трассе, и на ее основе построена зависимость потерь от расстояния. По данному графику определена средняя дальность радиосвязи с учетом запаса на обеспеченность связью по месту и времени.

Для обеспечения максимальной емкости радиосети необходимо оптимальным образом разместить приемопередатчики, правильно определить состав и назначить режимы работы приемопередающей аппаратуры.

Решение этой задачи в условиях современной сложной радиообстановке невозможно без использования компьютерных средств планирования радиосетей. Одним из таких компьютерных инструментов планирования беспроводных радиосетей является программный пакет RPS-2. Важными особенностями пакета RPS-2 являются высокая точность применяемых моделей распространения радиоволн, а также возможность использования его для планирования радиосетей практически во всех используемых в настоящее время стандартах.

Возможности RPS

Система RPS предназначена для планирования радиорелейных и сотовых сетей связи. RPS позволяет проводить частотное планирование и выполнять все необходимые расчеты для оценки качества связи и зон обслуживания радиосети на основе реальных данных о рельефе местности.

Функции RPS

  • Размещение базовых станций с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;
  • Размещение препятствий (не отраженных на цифровой карте) с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;
  • Редактирования карты местности путем задания дополнительных высот для отдельных типов местности (лес, городские кварталы и т.п.);
  • Задание и редактирование карты трафика на рассматриваемой территории;
  • Поддержка локальных баз данных оборудования: антенн, диаграмм направленности, приемопередатчиков;
  • Отображение профиля местности между двумя выбранными точками;
  • Определение и отображение точек прямой видимости в заданной окрестности базовой станции;
  • Расчет и отображение уровня принятого сигнала в заданной окрестности базовой станции
  • Задание коэффициентов, корректирующих потери распространения, для отдельных типов местности;
  • Вывод результатов расчетов на печатающее устройство;
  • Преобразование электронных карт из форматов MAPINFO и PLANET во внутренний формат RPS;

Для сотовых сетей:

  • Расчет максимального уровня принятого сигнала от нескольких базовых станций;
  • Расчет зон обслуживания для нескольких базовых станций;
  • Оценка мощности передатчика абонента, необходимой для связи с базовой станцией;
  • Расчет отношения сигнал – помеха в указанной области;
  • Расчет зон перекрытия сигнала от базовых станций;
  • Оценка загруженности базовых станций;
  • Расчет максимального уровня принятого сигнала вдоль выбранного маршрута;
  • Статистический анализ и отображение результатов измерения принятого сигнала.
  • Сравнение результатов расчета уровня принятого сигнала вдоль выбранного маршрута с реальными измерениями.

Требования к аппаратуре

  • Персональный компьютер IBM PC, рекомендуется процессор Intel Pentium 100МГц и выше;
  • Оперативная память не менее 16 MB (рекомендуется 32 MB);
  • Монитор 15" (рекомендуется 17");
  • Разрешение дисплея не ниже 800x600 точек в режиме 256 цветов;
  • Объем пространства на жестком диске определяется размером базы данных с картами местности и объемом хранимых результатов расчета. Для работы RPS в минимальной конфигурации требуется около 20 MB;
  • Операционная система Windows95 или Windows NT;

Моделирование систем связи в RPS

Проект RPS включает в себя всю информацию, связанную с планированием радиосетей в некотором регионе (рабочей области), который определяется цифровой картой местности. Для одного региона может быть создано несколько проектов, но в одном проекте нельзя объединить несколько регионов, определяемых разными цифровыми картами.

Проект сохраняется на диске в текстовом файле с расширением «.pro». В состав проекта входят следующие компоненты:

  • имя каталога с цифровой картой региона;
  • имя каталога с базами данных оборудования;
  • имя рабочего каталога, в котором сохраняются результаты расчетов;
  • общие параметры, относящиеся ко всему региону;
  • описание сетей, размещенных в данном регионе;
  • перечень базовых станций и их параметров для каждой сети;
  • перечень радиолиний для радиорелейных сетей;
  • информация о выполненных расчетах;
  • перечень дополнительных препятствий, корректирующих цифровую карту, и их параметры;
  • характеристики типов местности, учитываемые в расчетах;
  • атрибуты объектов, отображаемых на экране.

Развитие проекта предусматривает размещение новых объектов (сетей, станций, радиолиний и т.д.), изменение параметров и удаление ранее созданных объектов.

Результаты расчетов, требующих больших затрат времени, сохраняются на диске, информация о них хранится в проекте и используется для отображения результатов без проведения повторных расчетов.

Базы данных оборудования могут расширяться и редактироваться независимо от проекта и использоваться в нескольких проектах одновременно. Следует учитывать, что изменение параметров оборудования в базе данных скажется на результатах расчетов во всех проектах, ссылающихся на эту базу данных.

Порядок работы с RPS:

  • Задать общие параметры для нового проекта, имена рабочих каталогов и выбрать тип первой сети проекта.
  • Открыть новый проект. При этом создается описание первой «пустой» сети.
  • Установить параметры сети, выбрав радиостандарт или задав собственный набор сетевых параметров.
  • Настроить параметры, описывающие свойства различных типов местности: высоту, коэффициенты, корректирующие потери распространения, распределение трафика.
  • Осуществить планирование сети связи. В ходе этой операции на цифровой карте размещаются базовые станции и выбираются их параметры. В радиорелейных сетях устанавливаются связи между станциями (формируются радиолинии). При необходимости в базы данных оборудования добавляются новые элементы.
  • Выполнить необходимые расчеты и распечатать (или сохранить) результаты. В расчетах во внимание принимаются лишь объекты, определенные в данной сети.

В рамках одного проекта можно сформировать несколько сетей разных типов. Однако в данной версии RPS наличие других сетей не учитывается в расчетах, т.е. сети независимы друг от друга.

Прежде, чем начать работу с RPS, необходимо подготовить цифровую карту района и сформировать базы данных оборудования.

В RPS используется иерархическая система меню. Ниже приводится перечень пунктов главного меню.

Project -- Операции с проектом (открыть, создать новый проект, сохранить, закрыть, настроить общие параметры проекта, настроить параметры печати, завершить работу RPS);

Network -- Создание новой сети в текущем проекте, переключение между сетями, редактирование общих параметров сети;

View -- Выбор вида отображения карты местности, выбор масштаба карты, включение (выключение) отображения результатов расчетов;

Edit -- Редактирование параметров объектов текущей сети;

Run -- Выполнение расчетов;

Equipment -- Доступ к базам данных оборудования;

Tools -- Настройка общих параметров отображения объектов;

Window -- Стандартное меню Windows для управления дочерними окнами;

Help -- Вызов справочной подсистемы RPS.

Линейка инструментов располагается под главным меню и содержит пиктограммы для переключения режимов работы и выполнения часто используемых команд. Ниже приводится список пиктограмм и соответствующие им команды меню:

В RPS поддерживаются следующие базы данных оборудования:

  • База данных антенн с диаграммами направленности (файл antenna.sdb);
  • База данных приемопередатчиков (файл trxdata.sdb);
  • База данных волноводов (файл wgdata.sdb).

Параметры оборудования, содержащегося в базах данных, используются для инициализации параметров станций.

При создании новой станции пользователь указывает тип антенны, приемопередатчика и волновода. RPS выбирает параметры, указанных устройств, из базы данных и копирует их в набор параметров станции.

Некоторые параметры могут быть уточнены для конкретной станции.

База данных антенн

Для пополнения базы данных или для изменения параметров антенн следует выбрать пункт меню Equipment/Antennas. На экране появится следующее диалоговое окно.

В списке, расположенном в левом верхнем углу окна, перечислены названия антенн, содержащихся в базе данных.

Пакет позволяет производить следующие действия с базой данных антенн:

  • Изменение параметров антенны
  • Добавление новой антенны
  • Удаление антенны
  • Изменение диаграммы направленности

Диаграмма направленности может быть загружена из заранее подготовленного текстового файла, рекомендуется создавать файлы с расширением “.dgm”.

База данных приемопередатчиков

Для пополнения базы данных или для изменения параметров отдельных устройств необходимо выбрать пункт меню Equipment/Transceiver. На экране появится следующее диалоговое окно.

В списке Transceiver перечислены названия приемопередатчиков, содержащихся в базе данных.

Пакет позволяет производить следующие действия с базой данных антенн:

  • Изменение параметров приемопередатчика
  • Добавление нового приемопередатчика
  • Удаление приемопередатчика

Для пополнения базы данных или для изменения параметров волноводов следует выбрать пункт меню Equipment/Waveguide. На экране появится следующее диалоговое окно.

В списке Waveguide перечислены названия волноводов, содержащихся в базе данных.

Пакет позволяет производить следующие действия с базой данных волноводов:

  • Изменение параметров волновода
  • Добавление нового волновода
  • Удаление волновода

Прежде чем начать работу с новым проектом необходимо подготовить цифровую карту региона, с которым будет связан проект. Необходимо подготовить также базы данных оборудования. Порядок подготовки цифровых карт подробно рассматривается в приложении. Формирование баз данных оборудования рассмотрена в разделе «Работа с базами данных».

Операции с проектом сгруппированы в пункте Project главного меню:

  • Открыть новый проект (Project/New).
  • Открыть ранее сохраненный проект с восстановлением его параметров и положением размещенных объектов (Project/Open).
  • Сохранить проект (Project/Save).
  • Сохранить проект под новым именем (Project/Save As).
  • Закрыть проект (Project/Close).
  • Выбор рабочих каталогов (Project/Preferences/Directories).
  • Выбор типа первой сети проекта (Project/Preferences/First network).
  • Общие параметры проекта (Project/Preferences/General).

Цифровые карты местности хранятся в специальном формате, принятом в RPS. В состав RPS входят вспомогательные программы для преобразования цифровых карт из форматов MAPINFO и PLANET в формат RPS.

Цифровая карта включает в себя следующие компоненты:

  • Набор растровых листов карты, содержащих для каждой точки информацию о высоте над уровнем моря и типе местности;
  • Набор векторных файлов, описывающих линейные объекты: реки, дороги, линии электропередачи и т.п.;
  • Набор файлов с надписями, размещаемыми на карте: названия населенных пунктов, рек, объектов и т.п.
  • Описание карты: размер листа, масштаб, координаты листов карты, тип проекции, в которой получена карта.

Размеры рабочей области определяются набором листов цифровой карты. Листы карты должны быть одинакового размера, иметь одинаковое разрешение и не должны накладываться друг на друга.

В ходе работы с проектом к цифровой карте могут добавляться новые листы, что приведет к автоматическому расширению рабочей области. Удаление листов карты из цифровой карты не допускается.

С каждым проектом RPS должна быть связана цифровая карта местности, в которой проводится моделирование. Имя каталога, в котором размещается карта, задается при создании нового проекта. В ходе работы карта местности используется для размещения объектов (станций, радиолиний) и отображения результатов расчетов.

Цифровая карта включает в себя три составляющих: растровые, векторные и текстовые данные.

Растровые данные содержат информацию о высоте и типе местности для каждой точки местности. Эта информация используется во всех расчетах и является обязательной.

Векторные и текстовые данные описывают вспомогательные объекты, такие как дороги, реки, названия населенных пунктов. Векторные и текстовые объекты используются только при отображении карты и не являются обязательными.

В RPS реализованы три базовые формы представления растровой информации:

  • Карта типов местности. Цветом выделяются различные типы местности;
  • Карта относительных высот. Высота местности выделяется оттенком серого цвета, высоким точкам соответствует более светлый оттенок;
  • Карта рельефа.

Рис.1. Карта рельефа с векторными объектами.

Рис.1. Карта рельефа с векторными объектами.

Расчеты для сотовой сети

Для расчета характеристик сотовой сети в RPS реализованы следующие две группы функций:

A)

  • Просмотр профиля местности между двумя точками.
  • Определение области прямой видимости
  • Расчет принятого сигнала в окрестности базовой станции.

B)

  • Расчет максимального уровня принятого сигнала от нескольких базовых станций в заданной области.
  • Расчет отношения сигнал-помеха в заданной области.
  • Расчет необходимой мощности передатчика абонента для связи с базовой станцией в заданной области.
  • Определение зон обслуживания для базовых станций.
  • Определение зон перекрытия сигнала от нескольких базовых станций.
  • Определение зон наличия (отсутствия) связи как в прямом, так и в обратном направлении.
  • Определение загруженности базовых станций.

Расчеты группы A выполняются аналогично расчетам для радиорелейных сетей.

Расчеты группы B базируются на расчетах уровня принятого сигнала в окрестности базовых станций, которые должны быть выполнены заранее.

Порядок проведения расчетов группы B:

  • Расчет принятого сигнала в окрестности всех базовых станций.
  • Выбор области для расчета.
  • Выбор базовых станций.
  • Выбор вида расчета.

Результаты расчета для выбранной области сохраняются на жестком диске.

Для выбранной области можно оперативно изменять вид отображаемых данных, включать и выключать отображение результатов.

Для выбранной области можно изменять состав базовых станций, принимаемых во внимание в расчетах. В этом случае необходимо выполнить повторный расчет.

Примечание: С каждым проектом в RPS связан набор параметров общего назначения, используемый в расчетах. К таким параметрам относятся, например, характеристики климата района, в котором производится расчет, максимальная дальность расчетов, требуемое отношение сигнал помеха, характеристики частотного диапазона.

Диалог для изменения общих параметров проекта вызывается в пункте меню Project/Preferences, для изменения сетевых параметров - меню Network/Parameters.

Цифровая карта отображается на экране в виде нескольких слоев:

  • Типы местности, например, лес, город, кварталы.
  • Векторные объекты, например, реки, дороги.
  • Названия географических объектов.
  • Сетевые объекты (станции, радиолинии).

Каждый слой состоит из множества объектов. Диалог настройки параметров цифровой карты служит для выбора отображаемых объектов и их свойств.

Параметры типа местности:

  • Conductivity – проводимость;
  • Permittivity – проницаемость;
  • Extra height – дополнительная высота, назначаемая типу местности;
  • Extra loss – дополнительные потери, назначаемые типу местности;
  • Traffic density – плотность трафика, характерная для данного типа местности;
  • Visible – признак видимого типа местности;
  • Grades – число градаций цвета для рельефной карты.

Программа моделирования сети радиосвязи deciBell Planner

Программа служит для анализа распространения радиосигнала и моделирования сети передающих станций на основе ГИС MapInfo.

Программа использует эффективные алгоритмы моделирования систем радиосвязи для достижения точности планирования сети, также объединяет функции частотного и пространственного анализа и моделирования сетей в одном программном пакете.

Объединение ГИС MapInfo и deciBell Planner позволяет выполнять:

  • создание карт распространения сигнала,
  • анализ и сравнение результатов полевых измерений и данных моделирования,
  • географический анализ данных,
  • простой обмен данными между организациями, использующими MapInfo,
  • создание карт для публикации в сетях Internet/Intranet.

Рисунок 4.3 - Карта рельефа

На карте, слои могут сравниваться друг с другом на экране или с помощью функций пространственного анализа. Например, можно показать на карте местоположение клиентов в момент отказов связи или планировать размещение новых передатчиков в зависимости от уровня доходов населения в регионе. Используя данные о сети передающих станций и цифровую модель рельефа (ЦМР) которая показана на рисунке 4.3, а также семантические данные (строения и другие препятствия) можно получить карту распространения сигнала по частоте и мощности.

Программа deciBel Planner выполняет вычисления в диапазоне от 3 MГц до 40 ГГц, поддерживаются условия работы трансляционной сети, сотовой сети, LMDS, WLL, пейджинговых сообщений и др., позволяет настраивать характеристические свойства подстилающей поверхности, можно изменить тип передатчика, характеристики антенны (наклон, направление, мощность.

Диалог Project Settings (Настройка проекта) является основным в программе deciBell Planner. Тип аппаратуры связи, анализ состояния которой требуется выполнить, физические параметры региона и данные об используемых технических средствах вводятся именно здесь.

В начале требуется определить, к какому типу связи относится исследуемый проект: сотовой, пейджинговой системы или вещательная/двусторонняя радиосвязь. При выборе настроек проекта можно задать файлы, содержащие семантические данные и о рельефе, выбрать таблицы с местоположением передатчиков, геометрией сот связи и настроить другие параметры системы, например способ раскраски гридов и контуров при отображении модели распространения сигнала.

Закладка Colors (Цвета) в диалоге настроек проекта, выбирает способ представления модели распространения при помощи цветов. Можно настроить значения точек перегиба характеристической кривой (inflection values) и сохранить палитру оттенков с тем, чтобы в однотипных расчетах (например, при моделирование зоны уверенного приема сигнала) использовались стандартные представления моделей.

Рисунок 4.5. Настройка диаграммы направленности антенны

Рисунок 4.5. Настройка диаграммы направленности антенны

Например, можно настроить способ показана единственного диапазона принимаемой мощности сигнала или отобразить на карте районы, в которых отношение мощности сигнала к плотности населения с высоким уровнем дохода мало. С помощью такого типа анализа оценивается возможность расширения деловых операций.

Поля ввода на закладке Network Analysis (Анализ передающей/трансляционной сети) меняются в соответствии с типом связи в проекте. Например, из практики расчетов сотовой сети можно установить минимальный уровень мощности принимаемого сигнала, ниже которого значения принимаются за равные нулю, пороговые значения влияния совместно используемых каналов (co-channel interference threshold) и соседних каналов (adjacent interference thresholds).

До того как разместить на карте узлы связи и передатчики необходимо выбрать модель распространения сигнала используемую в этом проекте. Возможен выбор следующих моделей CRC-Predict – модель высокой точности, использующая методы физической оптики, Окамуры–Хата, Лонгли-Райса и прямой видимости.

Можно использовать одну модель распространения для всех передатчиков или для каждого применять оптимальную модель, исходя из начальных условий.

Программа настраивает другие характеристики узла связи, например, пространственную диаграмму направленности антенны (рисунок 4.5), пространственную схему частотного разделения передатчиков, высоту, на которой размещается узел связи, высоту и взаимную удаленность антенн, мощность передатчика и другие.

После того, как все исследуемые (используемые) характеристики введены и местоположение узла связи указано на карте (при помощи кнопки Place New Sites/Transmitters, разместить новые узлы связи/передатчики), программа готова построить модель распространения сигнала, как для одиночного передатчика, так и для всей трансляционной сети.

Рисунок 4.6. Схема размещения сот

Рисунок 4.6. Схема размещения сот

На рисунке 4.6 показаны местоположения узлов трансляционной сети и схема размещения сот с разделением частот. С помощью deciBell Planner можно использовать стандартные структурные схемы разделения частот 3/9, 4/12, 7/21 или задавать собственную схему разделения, и проводить анализ распространения сигнала.

15. Системы широкополосного беспроводного доступа

В настоящее время большинство телекоммуникационных услуг предоставляются через узкоспециализированные независимые друг от друга сети. Тем не менее, современные методы цифровой обработки сигнала предоставляют возможность конвергенции информационных потоков путем преобразования всех их видов в единый поток с возможностью его передачи по единой широкополосной сети связи. Одновременно предоставление пользователям широкого набора современных услуг связи настоятельно требует создания широкополосных сетей доступа, что часто сдерживается необходимостью прокладки новых кабелей. Одним из эффективных решений этой проблемы является использование систем беспроводного широкополосного доступа.

Создание информационно-телекоммуникационной инфраструктуры на базе сетей широкополосного доступа, в том числе беспроводных, является основой для создания мультисервисной телекоммуникационной сети во многих странах мира. Беспроводные сети требуют выделения радиочастотного ресурса, достаточного для предоставления всех видов телекоммуникационных услуг.

Основной целью развертывания сетей на базе систем широкополосного беспроводного доступа (BWA – Broadband Wireless Access) является предложение экономически эффективных решений для создания широкополосных сетей доступа с целью доставки услуг связи. Они могут быть предназначены для работы как в одностороннем, так и в двухстороннем (интерактивном) режиме. В соответствии с этим оборудование BWA использует радиочастоты в диапазонах от 2 до 60 ГГц.

Дело в том, что, несмотря на наличие в развитых странах сравнительно большого числа различных классов пользователей, получающих услуги телефонии, передачи данных, доступа в Интернет и пр., чувства полного удовлетворения не наблюдается. Хорошо известно, что многие уже использующиеся и только готовящиеся к использованию сетевые решения имеют свои известные недостатки, заключающиеся либо в невысоких скоростях передачи, либо в организационных проблемах, либо просто в высоком уровне необходимых инвестиций для тотального охвата потенциального электората, что свойственно, прежде всего, фундаментальным кабельным решениям. Кроме того, свежие ветры либерализации рынка телекоммуникаций выявляют новых желающих стать его потенциальными игроками, чтобы занять там достойную нишу. Ну а выдача лицензий и радиочастот сулят новые доходы в национальный бюджет.

Беспроводные решения имеют преимущества, позволяющие производить выборочное (адресное) обслуживание клиентов без необходимости вкладывания значительных инвестиций при строительстве сетей КТВ. Операторы сетей на базе систем BWA имеют больше степеней свободы, позволяя адресно вкладывать инвестиции, что, как представляется, дорогого стоит. И ограничения предоставляемого ими сервиса зависят лишь от наличия доступного радиочастотного ресурса.

Сети BWA могут использоваться для доставки широкополосных и узкополосных услуг связи в интересах категорий заинтересованных пользователей, а также могут служить основой для создания транспортных сетей в интересах сетей связи назначения (ТВ-вещания, доступа в Интернет, сотовой радиотелефонной связи). Сети BWA развертываются преимущественно в местах с высокой концентрацией потенциальных пользователей (например, в крупных городах), однако, это не исключает их использование для организации телекоммуникационного обслуживания в отдельных населенных пунктах. Сети BWA являются наиболее целесообразным решением при организации массового обслуживания населения по доставке услуг ТВ-вещания и Интернет-вещания.

Разновидности систем BWA и их развитие

Мачта с передатчиком диапазона 42 ГГц в Санкт-Петербурге

К системам BWA относятся:

  • беспроводные сети передачи данных, в том числе сети для предоставления услуг одновременной передачи данных (с различными скоростями) и голоса (VoP);
  • сети распределения программ ТВ-вещания (MMDS — Multichannel Microwave Distribution System, MVDS – Multipoint Video Distribution System), предоставления в аренду каналов Е1/Т1 и высокоскоростного доступа в Интернет (LMDS – Local Miltipoint Distribution System);
  • мультисервисные сети MWS (Multimedia Wireless System).

Указанные названия типов отдельных систем (кроме MWS), часто используемые за рубежом, являются в настоящее время довольно условными и часто не отражают их реального функционального исполнения (в том числе используемого диапазона радиочастот). Часто довольно трудно найти какие-либо различия между беспроводными системами связи, кроме архитектурных, протокольных или скоростных. Ну а принцип покрытия обслуживаемой территории общий – сотовый.

К основным функциональным и техническим возможностям систем BWA можно отнести:

  • предоставление телекоммуникационного сервиса сразу во всей зоне покрытия, размеры которой определяются используемым диапазоном радиочастот и техническими характеристиками конкретного оборудования;
  • быстрый монтаж абонентского оборудования независимо от его расположения в зоне покрытия;
  • возможность обеспечения высокоскоростного доступа в Интернет по схеме с интерактивным радиоинтерфейсом или с использованием альтернативного обратного канала (например, через ТфОП);
  • возможность реализации двухстороннего обмена данными;
  • возможность динамического резервирования ширины полосы пропускания в зависимости от запроса абонента;
  • возможность реализации всех видов ТВ-сервиса от простого многопрограммного ТВ-вещания до ТВ высокой четкости, интерактивного ТВ, а также разновидностей услуг видео по запросу;
  • предоставление услуг цифровой телефонии, в том числе услуг ISDN;
  • возможность доставки высококачественного ТВ-сигнала до сетей КТВ, когда доставка сигнала традиционными кабельными способами экономически нецелесообразна;
  • возможность интеграции всех видов сервиса по желанию пользователей;
  • принципиальная открытость системы для территориального функционального и сервисного наращивания.

Постоянный рост интереса к передаче данных спровоцировал адекватное развитие беспроводных ЛВС, которые перешагнули символический технологический рубеж 10 Мбит/с и скоро будут обеспечивать скорости передачи 18…54 Мбит/с. Это, в частности, позволяет их рассматривать в качестве серьезного конкурента для сотовых сетей подвижной связи следующих поколений.

Во многих странах практически все существующие беспроводные системы связи, как правило, используются для передачи данных (главным образом для создания корпоративных сетей ПД) в интересах преимущественно бизнес-клиентов. Полосы рабочих частот таких систем располагаются в диапазонах 2, 3, 4, 5, 7 и 8 ГГц. Наиболее известными разновидностями систем BWA, используемых преимущественно для доставки услуг ТВ-вещания, являются системы MMDS. Однако для предоставления широкополосных услуг перспективными считаются высокочастотные диапазоны, указанные в табл. 1 и обладающие соответствующим свободным частотным ресурсом:

Таблица 1. Диапазоны частот для перспективных беспроводных широкополосных систем
Диапазон Доступная полоса частот Регион
10 ГГц 350 МГц Европа
24 ГГц 800 МГц США
26 ГГц 1 ГГц Европа, США
27,5-29,5 ГГц От 425 до 1,975 ГГц Европа, США
31 ГГц 225 МГц США
38 ГГц 700 МГц США
40,5-43,5 ГГц 3 ГГц Европа

 Отечественный приемник системы широкополосного доступа диапазона 42 ГГц компании МТУ-Информ

Отечественный приемник системы широкополосного доступа диапазона 42 ГГц компании "МТУ-Информ"

Указанные диапазоны уже распределены между операторами в Европе и Северной Америке и используются на коммерческой основе для создания беспроводных сетей с коммутацией каналов и пакетов.

Распределительная система телевизионных сигналов точка-многоточка (MVDS) является одной из подсистем так называемой системы мультимедийного беспроводного доступа MWS (Multimedia Wireless System). Телекоммуникационное оборудование данного типа на сегодняшний день является наиболее перспективным по обеспечению фиксированного беспроводного абонентского доступа и доставке мультимедийных услуг, а также целого ряда других услуг телематических служб.

Современные системы, обеспечивающие мультимедиа, часто используют пакетную коммутацию (фактически АТМ или IP) для концентрации разнородной информации (голос, данные, видео) и дальнейшей передачи этого единого потока в одной частотной полосе. Регулирующие органы Европейского сообщества в области телекоммуникаций ERC (The European Radiocommunication Committee), ETSI (The European Telecommunications Standards Institute) определили для этой технологии сквозной для всей Европы частотный ресурс 40,5-43,5 ГГц и направленность работающих там систем (MWS) на обеспечение широкополосного беспроводного доступа для корпоративных клиентов среднего и малого бизнеса SME (Small & Medium Enterprises) и SOHO (Small Office — Home Office), а также индивидуальных клиентов.

Физические преимущества и экономическая привлекательность систем BWA довольно понятны и заключаются в следующем:

  • Быстрый монтаж абонентского оборудования системы независимо от его положения в пределах зоны покрытия.
  • Гарантируемое высокое качество сервиса в зоне покрытия.
  • Оператор системы несет незначительные затраты при увеличении числа абонентов в зоне уверенного покрытия.
  • Простота реконфигурации сети для абонента в зоне покрытия сектора без дополнительных затрат на прокладку стационарной линии связи.
  • Принципиальная открытость системы для совершенствования сервисных возможностей.
  • Поэтапный ввод новых секторов и базовых станций не ограничивается и не влияет на работу ранее установленных при соответствующем частотном планировании.

Основные принципиальные особенности диапазона 40,5-43,5 ГГц, отличающие его от остальных диапазонов:

  • Возможность выделения относительно большого частотного ресурса единым блоком.
  • Низкий уровень электромагнитных эфирных помех в диапазоне 40,5-43,5 ГГц.
  • Физическая возможность качественного приема отраженного сигнала диапазона 40,5-43,5 ГГц узконаправленной антенной.
  • Одна из самых низких для реально существующих систем беспроводного фиксированного широкополосного доступа излучаемая мощность в зоне покрытия.
  • Малые размеры абонентских приемо-передающих антенн (около 15 см в радиусе 3 км).

Первой реально работающей телевизионной распределительной системой была система LMDS (29 ГГц) компании Cellular Vision, развернутая несколько лет назад в Нью-Йорке. Так оказалось, что в массовых испытаниях в качестве абонентов системы LMDS участвовали советские эмигранты. Данный район в свое время не был охвачен сетями кабельного телевидения, поэтому новая сеть оказалась весьма кстати. С ее работой в свое время знакомились специалисты из разных стран, в том числе и из России. Однако сегодня системы LMDS ориентируются в США исключительно на предоставление услуг по схеме "business-to-business" (B2B).

Системы MWS

Как следует из вышесказанного, наибольшим потенциалом среди систем BWA обладают системы MWS. Они же имеют на всей территории Европы (включая Россию) и самые малые помехи со стороны РЭС другого назначения, ибо исторически сложилось так, что их рабочий диапазон никто не успел занять (как известно, во всех других диапазонах коммерческие системы вынуждены работать на "вторичной основе"). В целом среди систем MWS можно выделить три класса сервиса:

- Фиксированный беспроводный доступ SME/SOHO корпоративных клиентов. Обеспечение первого класса услуг (N x Е1, IP, телефония и т.д.) возможно не только на частотах 40 ГГц, но и в диапазонах 18, 23, 26 и 38 ГГц. Обычно системы, обеспечивающие беспроводный фиксированный широкополосный доступ на этих частотах, называют LMDS системами. Однако частотный ресурс, доступный для этих систем, существенно ограничен не только в России, но и большинстве развитых стран.

- Обеспечение соединительных линий для различных телекоммуникационных нужд (например, подключение базовых станций для систем мобильной связи). Это представляет значительный интерес при обеспечении сотовых сетей подвижной связи с высокой абонентской плотностью и радиусом действия сот около 500 м (пикосоты).

- Мультимедийный сервис для индивидуального пользователя. Услуги, предоставляемые индивидуальному потребителю, – это асимметричная передача данных (до 10-12 МБ/с к абоненту и до 500 кБ/с от абонента), внутри которой и телефония, и Интернет, и видео, и чисто ПД для организации специализированных сетей.

Теперь необходимо кратко рассказать о том, как это делается чисто технически. Принципиально широкополосные беспроводные системы типа LMDS/MVDS и MWS базируются на принципах организации цифрового (ранее аналогового) спутникового непосредственного ТВ-вещания (СНТВ), используя помехоустойчивые виды модуляции. Собственно, базовая станция такой системы – не что иное, как "простой и дешевый спутник, положенный на крышу дома". В частности, такая цифровая система имеет ширину одного радиоканала 36 МГц (расстояние между несущими 39 МГц). Благодаря использованию волн с различной поляризацией она позволяет разместить в полосе радиочастот шириной 2 ГГц до 96 цифровых радиоканалов, каждый из которых может быть использован, например, для передачи одной ТВ-программы. Разумеется, при использовании сжатия ТВ-сигнала по стандарту MPEG-2 в одном радиоканале можно одновременно передавать до 8 и более ТВ-программ, что позволяет говорить чуть ли не о тысячах последних.

Справедливости ради следует сказать, что такие характеристики присущи отдельно стоящей соте, потому что в условиях работающей многосотовой сети приходится проводить мероприятия по сетевому планированию, хорошо известные операторам сотовой связи и призванные исключить использование одинаковых радиочастот в соседних сотах. Технология сетевого планирования довольно традиционна, и при использовании четырехсекторных сот число транслируемых ТВ-программ уменьшится в 4 раза, что, впрочем, при имеющихся радиочастотных ресурсах не столь критично.

Разумеется, использование обратного канала при предоставлении интерактивных услуг внесет свои коррективы в процесс сетевого планирования, потому что, как гласят последние проекты соответствующего стандарта ETSI 301/199, под обратный канал на каждом участке выделенной полосы 1 ГГц выделяется до 250 МГц. При этом во всем выделенном диапазоне (40,5-43,5 ГГц) могут работать максимально до 4 операторов, а защитный интервал между прямым и обратным каналами должен составлять не менее 0,5 ГГц (прием и передача на базовой станции осуществляется на общую антенну, и сигналы нужно суметь отфильтровать), что указывает на то, что рабочие радиочастотные полосы различных операторов будут чередоваться.

Повторное использование одного и того же частотного диапазона в каждой соте оказалось, между тем, очень полезным, поскольку появилась возможность трансляции различных программ на относительно небольших территориях в зоне действия разных сот, что не получалось ранее при помощи других способов эфирного вещания. Так что мощность передатчика с этой точки зрения и не должна быть большой.

Высокая рабочая частота радиоканала имеет свои плюсы и минусы, поскольку, с одной стороны, массогабаритные показатели оборудования очень малы, а с другой — мал и радиус распространения сигналов у системы MWS (3...6 км) при максимальной излучаемой мощности, приходящей на один радиоканал, составляющий не более 0,25 мВт. Разумеется, дальность связи зависит также и от метеорологических условий, и от видов передаваемой информации (чем выше требуемая достоверность передачи, тем меньше зона покрытия).

Интересно, что такие системы хорошо работают именно в городе, где СВЧ сигнал приходит к абоненту, многократно переотражаясь от стен домов. Ранее использование сверхвысоких диапазонов частот ограничивалось необходимостью обеспечения прямой видимости между передатчиком и приемником, пока не были проведены исследования по работе на отраженном сигнале. Малая длина волны позволяет избавиться от влияния интерференции и многолучевого распространения волн. В частности, эксперименты, проведенные компанией "МТУ-Информ" с подобными системами, подтвердили такую возможность.

Абонентское устройство систем MWS представляет собой модернизированный для работы на высоких частотах приемник сигналов спутникового телевидения с миниатюрной антенной (так называемый тюнер, он же set-top box или STB), которая имеет размеры всего лишь 15 х 15 см (могут быть и более чувствительные антенны с несколько большими габаритами).

Упоминавшиеся системы MVDS, как уже понятно, являются частным (однонаправленным) случаем систем MWS.

Потенциал систем MWS впервые может позволить построенным на их базе широкополосным телекоммуникационным сетям предоставлять все существующие современные услуги связи в рамках одной беспроводной телекоммуникационной сети. И это уникальное в мировой практике обстоятельство в первую очередь привлекает внимание всех потенциальных участников рынка широкополосных услуг.

Место на рынке

В настоящее время выдача европейским операторам радиочастот в диапазоне 40 ГГц находится в стадии подготовки. В результате сложилась ситуация, когда Россия чуть ли не впервые опередила зарубежные страны в выделении радиочастот для развертывания коммерческих сетей связи. Кроме России аналогичная работа произведена национальной администрацией связи только в Чехии. Именно это обстоятельство объясняет то, что в настоящее время на рынке пока отсутствуют массовые предложения оборудования для работы в диапазоне 40 ГГц, хотя, как свидетельствуют различные информационные источники, целый ряд компаний-производителей работает в данном направлении и имеет продукты, близкие к началу коммерческих продаж (mmRadiolink, Hughes Network Systems, Technosystems и др.). Кроме того, целый ряд компаний, уже выпускающих аналогичные системы для работы в диапазонах 27.5-29,5 ГГц (Netro, Alcatel и др.), при определенной заинтересованности способны освоить выпуск систем для диапазона 40 ГГц. Коренное изменение данной ситуации на рынке оборудования ожидается после распределения радиочастот в большинстве европейских стран, когда при появлении реальных операторов появятся и соответствующие предложения поставщиков. Вынужденная пауза в широком внедрении систем диапазона 40 ГГц вызвана также необходимостью осознания со стороны потенциальных операторов всех открывающихся перспектив в части набора услуг, объема потенциального телекоммуникационного рынка и охвата потенциальных пользователей с учетом уже имеющегося опыта внедрения различных частных проводных/кабельных и беспроводных решений.

Оценивая перспективы сетей MWS, в настоящее время зарубежные специалисты высказывают мнения, что в будущем операторы широкополосных сетей, использующих оборудование типа MWS, могут поглотить значительную часть операторов различных узкополосных сетей, действующих в мегаполисах, включая операторов подвижной сотовой связи.

В настоящее время появились ориентиры для определения границ объемов информационных потоков, которые могут потребоваться потенциальным пользователям. Специалистами высказываются мнения, что в ближайшем будущем индивидуальный пользователь (семья, проживающая в отдельном коттедже или квартире) будет потреблять информационный поток со скоростью до 15 Мбит/с в направлении от базовой станции и от 384 кбит/с до 1-2 Мбит/с в обратном направлении, что подразумевает следующий типовой набор услуг:

  • 2 точки подключения ТВ-приемников для независимого приема программ ТВ-вещания, а также получения услуг "видео по требованию" (VoD) и пр.;
  • 4 телефонных номера;
  • 2 и более точек подключения к Интернет в режиме on-line.

Беспроводная широкополосная сеть фиксированной связи, обеспечивающая мультисервисное обслуживание самого широкого круга абонентов, будет представлять собой новую телекоммуникационную инфраструктуру, не только альтернативную существующей инфраструктуре ТфОП, но и превосходящую ее как по пропускной способности, так и по возможной степени интеграции услуг связи.

Сетевая архитектура

В соответствии с реализацией (полной или частичной) сервисного потенциала архитектура сетей на базе систем BWA/MWS может иметь несколько вариантов, зависящих от размера обслуживаемой территории, технических характеристик применяемой системы и заложенных в нее производителем функциональных возможностей.

Вообще с точки зрения покрытия сеть BWA/MWS может иметь зоновую или сотовую структуру. Зоновая структура (как самый простой вариант сотовой) представляет собой сеть из одной или более базовых станций (БС), зоны покрытия которых не соприкасаются. Сотовая структура предназначена для сплошного покрытия обширной территории, а также для предоставления возможности оператору увеличивать пропускную способность сети BWA/MWS в зависимости от роста клиентской базы (аналогично сетям сотовой радиотелефонной связи). При построении сотовой структуры существует необходимость осуществления планирования рабочих радиочастот (частотное разнесение, смена поляризации) на каждой БС или ее секторе, что снижает общую абонентскую емкость сети.

Размеры зоны покрытия каждой БС определяются используемым диапазоном радиочастот и мощностью передающего оборудования БС и абонентских терминалов. В зависимости от функциональных возможностей систем BWA/MWS сети на их основе могут быть однонаправленными и двунаправленными. Скорости передачи информации определяются оператором сети в зависимости от его потребностей.

При использовании двухстороннего обмена информационными потоками в абонентском комплекте (конверторе) присутствует передатчик, STB работает в интерактивном режиме. При необходимости сеть BWA/MWS может выполняться в комбинированном виде, интегрируясь как с сетями КТВ, так и с другими сетями BWA/MWS. Аналогичным образом сеть BWA/MWS может выступать в роли транспортной сети для сетей КТВ (телефонных сетей, сетей ПД и пр.), а также для других сетей BWA (в частности, сеть MWS может осуществлять доставку многопрограммного ТВ-вещания на базовую станцию системы MMDS, имеющую большую зону охвата). Сеть BWA также может использовать информационные потоки, получаемые из сетей КТВ и др. В общем, оперативный простор для телекоммуникационного оператора огромен. Все это следует иметь в виду российским специалистам в области связи и особенно бизнесменам, поскольку польза от развертывания универсальных беспроводных телекоммуникационных решений на отечественных просторах более чем очевидна.

Широкополосные системы беспроводного абонентского доступа

"AirStar" - цифровая система радиодоступа компании SR Telecom

Система AirStar - это система радиосвязи типа "точка-многоточка", предназначенная для организации беспроводного доступа локальных телекоммуникационных сетей различного или одного назначения к более мощной (например, общего пользования) интегрированной или предоставляющей конкретные услуги телекоммуникационной сети.

В состав AirStar входят базовые станции, терминальные станции и система управления сетью. Каждая базовая станция устанавливается на объекте, к которому подведены телекоммуникации мощной сети. Терминальные станции устанавливаются на объектах, расположенных вокруг базовой станции на расстоянии до 3,3-20 км (в зависимости от частотного диапазона), где функционируют локальные сети связи. Терминальные станции, осуществляя радиосвязь с базовой станцией, обеспечивают доступ локальных сетей к более мощной сети. Фрагмент сети доступа на базе оборудования AirStar приведен ниже.

Рис. 7.1.1. Структурная схема цифровой сети широкополосного радиодоступа AirStar

Рис. 7.1.1. Структурная схема цифровой сети широкополосного радиодоступа AirStar

Система AirStar позволяет организовывать беспроводный доступ на больших территориях, при этом базовые станции объединяются с помощью имеющейся транспортной или магистральной сети, к которой подключается система управления оборудованием AirStar. При наличии в сети всего одной базовой станции система управления подключается или непосредственно к базовой станции или удаленно, по каналу связи.

Одно из наиболее важных преимуществ системы AirStar заключается в том, что оборудование разработано на основе использования технологии АТМ пакетной коммутации. Базовая станция в стандартной комплектации имеет АТМ STM-1 интерфейс или АТМ Е3. Но с помощью дополнительного оборудования базовые станции могут подключаться и к другим телекоммуникационным сетям. В радиоэфире также обеспечивается АТМ протокол. Терминальные станции имеют в стандартной комплектации три интерфейса: 4xE1+V.35+ +10/100BT или E1+V.35+ 10/100BT.

Основные характеристики системы AirStar:

  • возможность работы в диапазонах частот: 3.5 ГГц, 10,5 ГГц, 26 ГГц, 28 ГГц и 39 ГГц;
  • обеспечение высокоскоростного мультисервисного доступа во внешние сети (до 15,5 Мбит/с на терминальную станцию);
  • емкость базовой станции на один сектор - до 28 Mбит/c;
  • емкость базовой станции при использовании двух пар дуплексных частот - до 224 Мбит/с;
  • максимальное количество абонентов на сектор - 250;
  • два режима использования пропускной способности БС: фиксированный (закрепление за терминальной станцией (ТС) требуемой пропускной способности) и динамический (коллективный доступ множества ТС к имеющейся пропускной способности);
  • поддержка широкого спектра стандартных интерфейсов: E1 (G.703), Serial (RS.232), Ethernet (10/100BaseT), STM-1;
  • прозрачность системы для любых сетевых протоколов (Frame Relay, АТМ и др.);
  • модульная архитектура, обеспечивающая быстрое наращивание системы;
  • угол сектора определяется применяемыми антенными системами и обычно составляет от 30 до 180 градусов.

Airstar предоставляет возможность:

  • подключения АТС к телефонной сети общего пользования;
  • привязки базовых станций операторов сотовой связи к опорной сети;
  • обеспечения транспортной среды в сети передачи данных;
  • объединения существующих телекоммуникационных систем в единую мультисервисную интегрированную сеть с возможностью развертывания на ее базе новых подсистем, а именно:
  • подсистемы цифровой телефонной связи,
  • единой компьютерной сети Intranet с возможностью высокоскоростного доступа в Интернет,
  • сети передачи промышленного телевидения,
  • подсистемы видеоконференцсвязи,
  • автоматизированной подсистемы управления производством,
  • сети телематических услуг, объединяющей датчики охранных систем контроля доступа и системы пожаротушения;
  • предоставления ряда новых мультимедийных услуг, таких как:
  • услуги VoD (Video on Demand - видео по требованию),
  • услуги передачи мультимедийной информации,
  • организация защищенных виртуальных частных сетей,
  • создания корпоративных сетей для подключения территориально распределенных офисов и производственных помещений.

В настоящее время для решения задач построения сетей доступа также используется волоконно-оптический кабель и РРЛ. Высокая стоимость прокладки кабеля обычно поглощает основную часть инвестиций в развитие системы предоставления услуг связи, а значительные сроки выполнения строительных работ и тестирования линий задерживают их ввод в эксплуатацию.

При построении РРЛ необходимо помимо стоимости оборудования платить за разрешительные частотные документы по каждому направлению, которые будут выданы при условии свободного частотного диапазона. Кроме того, такие решения обязательно требуют аппаратного резервирования оборудования по каждому направлению, что не позволяет оператору быстро вернуть инвестиции в строительство системы.

Использование предлагаемого решения на базе технологии беспроводного широкополосного доступа вместо традиционных решений дает оператору ряд стратегических конкурентных преимуществ таких, как:

  • оперативное развертывание сети обеспечивает быстрое расширение доли рынка и привлечение новых абонентов;
  • низкая стоимость развертывания системы по сравнению с развертыванием аналогичной системы на базе оптоволоконного кабеля или РРЛ за счет работы системы по принципу "точка-многоточка" (в системе нет необходимости резервирования отдельных направлений в базовой станции), что при невысокой относительной стоимости оборудования способствует ускорению окупаемости инвестиций в развертывание инфраструктуры;
  • возможность подключения к сети объектов, удаленных на расстояние до 10 км и более от основных линий связи;
  • большая пропускная способность системы при высокой скорости передачи информации с гарантированным качеством;
  • возможность изменения географического расположения узлов без существенных капиталовложений и получения полного комплекта разрешительных документов (что связано с потерями времени).

Объединение оборудования AirStar с оборудованием других производителей позволяет cоздавать интегрированные сети связи.

"Canopy™" - стационарная система беспроводной передачи данных компании Motorola

Сanopy - это стационарная cистема беспроводной широкополосной передачи данных производства Моторола. Система Сanopy призвана решать задачи быстрой и простой организации каналов связи для обмена данными между абонентами, расположенными в зоне действия системы, в том числе для предоставления высокоскоростного Интернет-сервиса. Оборудование Canopy позволяет строить сети любой топологии, объединяя схемы "точка-точка" и "точка-многоточка" в единую систему. Линии связи "точка-точка" с использованием Canopy могут быть организованы на дальностях до 56 км, в сетях "точка-многоточка" - до 16 км. Оборудование имеет сертификаты соответствия по системам "ГОСТ-Р" и "Связь" и Санитарно-эпидемиологическое заключение ГСЭС РФ.

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что система Canopy обеспечивает:

  • простоту развертывания системы в течение нескольких часов (а при решении всех организационных вопросов в течении 15-20 мин.);
  • компактность всех модулей (вес любого модуля не превышает 0,45 кг);
  • высокую скорость передачи данных;
  • гарантированное качество передачи данных (параметр QoS);
  • прозрачность среды передачи для различных видов информации;
  • возможность интеграции с оборудованием других производителей по протоколу Ethernet;
  • возможность передачи речи в формате IP при использовании дополнительного оборудования.

При возникновении необходимости в увеличении емкости системы решение Canopy демонстрирует свою превосходную способность к масштабированию, удовлетворяя новые требования к площади покрытия, плотности абонентов и пропускной способности. Благодаря высокой устойчивости к интерференции и использованию направленных антенн, добавление новых приемо-передатчиков базовой станции увеличивает емкость системы, но не уровень интерференции. С качеством, идентичным кабельным технологиям, базовая станция обеспечивает скорость передачи информации 10 Мбит/с на один сектор (а для 6 секторов - до 60 Мбит/с в кластере). Скорость передачи информации на одну абонентскую станцию до 3,5 Мбит/с.

Таблица 7.2.1 Технические характеристики системы Canopy

Характеристики радиоинтерфейса Canopy

диапазон частот

2,4-2,5 ГГц, 5.25-5.35 ГГц и 5.725-5.825 ГГц

метод доступа и тип модуляции:

TDMA, высокоиндексная BFSK (оптимизированная по помехоустойчивости)

соотношение сигнал/шум

C/l3dB10-4BER@-65dbm

скорость передачи

10 Mбит/с конфигурация "Звезда" (Multipoint) 20 Mбит/с конфигурация "точка-точка" (Backhaul)

рабочая дальность

до 3.5 км с интегрированной антенной ("точка-многоточка") до 16 км с пассивным отражателем ("точка-многоточка") до 32 км с пассивным отражателем ("точка-точка")

Питание Canopy

источник питания

питание по неиспользованным парам Ethernet24 VDC @ О.ЗАМР (в состоянии передачи)

интерфейс

RJ45 автоопределение 10/100 Baselполу / полный дуплекс в соответствии со стандартом IEEE 802.3

Допустимые параметры окружающей среды Canopy

температура воздуха

от -30°С до +55°С (-40°F to +131°F)

относительная влажность

100%

ветер

190 км/ч

   

размеры

29,9 см х 8,6 см 2,8 см (ВхШхГ) (8,6 см - с креплением)

вес

0,5 кг

Функционально система Canopy состоит из нескольких компактных модулей.

Базовая станция Canopy (точка доступа Access point) находится на стороне оператора или провайдера и обеспечивает передачу услуг в пределах 60? сектора для 200 абонентов. Кластер блоков базовой станции в составе до 6 модулей может обслуживать до 1200 абонентов по всем направлениям (360?). Точки доступа могут быть подключены к существующей локальной сети или маршрутизатору через стандартное Ethernet соединение.

Абонентский модуль (Subscriber Module) устанавливается у заказчика для обеспечения доступа к услугам, предоставляемым оператором или провайдером, и его можно подключить непосредственно к домашней сети, персональному компьютеру или устройству Wi-Fi.

Модули транзитного соединения (Backhaul Module) используются для объединения нескольких сайтов структуры "точка-многоточка" либо создания одной или нескольких структур "точка-точка". Для увеличения дальности связи в системе точка-точка совместно с модулем транзитного соединения используются пассивные рефлекторы.

Модуль управления базовой станцией (Cluster Management Module) осуществляет питание, GPS-синхронизацию и соединение с локальной сетью Ethernet всего кластера блоков базовой станции. Модули транзитного соединения Canopy также могут быть подключены к нему, что делает модуль управления базовой станцией центральной связующей точкой в многосайтовом варианте построения сети.

BAM-сервер регулирует полосу пропускания для каждого абонента и обеспечивает необходимые требования по защите информации от несанкционированного доступа по радиоинтерфейсу благодаря использованию современных методов аутентификации и шифрования. Передача пакетов данных происходит между абонентом и базовой станцией на основании данных QoS (гарантированного качества передачи данных), предоставляемых ВАМ-сервером.

Решение Canopy™ обеспечивает превосходную производительность за счет использования схемы частотной модуляции BFSK, наилучшим образом реализующую качественную передачу данных и устойчивость к внешней интерференции.

Рис.

Рис. 7.3.2. Структурная схема системы беспроводной передачи данных Canopy.

Техническая спецификация:

1008СК - модуль управления кластером включает:

  • GPS приемник;
  • антенну для автоматической синхронизации точек доступа;
  • встроенный Ethernet коммутатор с подачей электропитания;
  • по незадействованным проводам кабеля типа витая пара;
  • источник переменного тока.

5200АР / 5700АР - Canopy точка доступа (АР)

  • размеры: 29,9 см х 8,6 см х 2,8/8,6 см;
  • 10/100baseT Ethernet соединение.

5200SM / 5700SM - Canopy модуль абонента (SM)

  • размеры: 29,9 см х 8,6 см х 2,8/8,6 см;
  • один кабель к устройству - стандартный RJ45, 8-pin Ethernet;
  • конвертер-инжектор питания (220VAC/24VDC).

5200ВН / 5700ВН - Canopy канальный модуль (ВН)

  • размеры: 29,9 см х 8,6 см х 2,8/8,6 см;
  • размер пассивного отражателя: 60 см х 47 см;
  • 10/100baseT Ethernet соединение.

300SS - защитный разрядник

  • опциональный разрядник для защиты по Ethernet кабелю может монтироваться вне помещения, подключается к точке заземления.

Система Canopy позволяет операторам связи организовывать сети передачи данных, в том числе и высокоскоростного доступа в Интернет. По своим характеристикам она подходит не только для решения задач операторов связи, но и для построения самостоятельных технологических и административно-технологических сетей передачи данных и доступа к информационным ресурсам, а также систем видеонаблюдения на промышленных предприятиях, энергетических объектах, добывающих комплексах.

16. Технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS и MVDS

Технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS , MVDS и LMDS в настоящее время стали альтернативой кабельных систем. Данные системы в полной мере проявили свои возможности и завоевали популярность во всем мире.

MMDS

Microwave Multipoint Distribution System

микроволновая многоточечная распределительная система.

LMDS

Local Multipoint Distribution Service –

локальная многоточечная распределительная служба.

MVDS

Multipoint Video Distribution Systems

многоточечная видео распределительная система.

Микроволновая многоточечная распределительная система MMDS, иногда называемая беспроводным кабельным телевидением (КТВ) - один из методов доставки телевизионных сигналов и других сервисных услуг. Основным преимуществом MMDS является отсутствие дорогой проводной инфраструктуры. Технология MMDS наиболее интенсивно внедрялась в сельских местностях, а также в странах, где недостаточно развиты кабельные сети. До некоторых пор аналоговым MMDS было сложно конкурировать с КТВ. Сегодня система MMDS стала серьезным конкурентом КТВ и спутниковому ТВ как по стоимости, так и по качеству и функциональным возможностям. Оборудование производится как для диапазона 2,5–2,7ГГц, так и для других диапазонов частот в соответствии с требованиями заказчика, совместимо с известными и самыми современными методами модуляции и кодирования. Такие системы помимо преобразования аналоговых ТВ сигналов в цифровые и распределения этих сигналов позволяют создавать сети беспроводных Internet для стационарных и подвижных объектов, телефонии, передачи информации от датчиков со скоростью более 2Мбит/сек, системы контроля и управления.

Система MMDS намного эффективнее по стоимости, чем система КТВ, обеспечивая с использованием передатчиков и ретрансляторов высочайшее качество приема сигнала на огромных территориях в удаленных местах. В прошлом, когда требовались высокие уровни мощности, использовались одноканальные передатчики. Выходной сигнал от каждого передатчика попадал на комбайнер. Сегодня уровень технологии проектирования и производства, позволяет иметь полный набор компактного, экономичного по энергетике, широкополосного передающего оборудования.

Для увеличения дальности или расширения зоны охвата MMDS используются ретрансляторы. Передача сигнала широкодиапазонным ретранслятором схожа с вещанием от широкодиапазонного передатчика. Принятые сигналы усиливаются ретрансляторами до уровня, требуемого для дальнейшей передачи. Маломощные ретрансляторы работают на частоте MMDS диапазона для покрытия затемненных зон за холмами и большими зданиями.

На приемном посту конструкция из маленькой антенны с преобразователем сигнала крепится в зоне прямой видимости от передатчика. Сигналы от выходного блока подаются по коаксиальному кабелю через стандартный декодер в квартиру абонента. Сигналы декодируются при наличии разрешения от системы адресного кодирования. В соответствии с Регламентом радиосвязи для радиосистем типа MMDS, LMDS и MVDS выделены следующие полосы частот:

  • 2,1-2,7 ГГц.
  • 30,8-33,4 ГГц.
  • 27,5-29,5 ГГц.
  • 40,5-42,5 ГГц.
  • 42,5-43,5 ГГц.

Возможно распределение для данных систем дополнительных полос частот, в частности 51,4-52,6 ГГц ,55,78-59 ГГц , 64-66 ГГц.

Структура и конфигурация перспективных сетей телевещания

По своей структуре сеть телевещания должна включать в себя:

  • распределительные сети (уровень сети абонентского доступа);
  • магистральные сети (уровень коммутации);
  • источники программ;
  • базы данных по выдаче информации.

Выбор используемой технологии и физической среды распространения для каждого уровня сети обусловлен оптимальным сочетанием экономического и технического аспектов проекта оператора. В зависимости от назначения и функций сети некоторые ее уровни могут объединяться или отсутствовать.

Перспективные сети в разно населенных по численности пунктах могут различаться по своей конфигурации и составу оборудования. Целесообразно разработать несколько типовых проектных решений гибридных широкополосных интерактивных телекоммуникационных сетей:

  • для городов с населением более 1 млн. человек (мегаполисов);
  • для городов с населением в несколько сотен тысяч человек;
  • для городов с населением в несколько десятков тысяч человек;
  • для небольших населенных пунктов и поселков коттеджного типа.

Индивидуальные проекты для конкретных городов могут разрабатываться на базе типовых решений с учетом их специфики и экономических возможностей.

Основными шагами на пути создания единой информационно-телекоммуникационной сети на базе кабельных сетей являются:

  • реконструкция действующих кабельных сетей с целью расширения полосы частот распределения в прямом направлении от 48 до 862 МГц (с возможностью увеличения верхней границы до 1000 МГц)
  • создания каналов обратного направления в полосе частот 5...30 МГц (с возможностью увеличения верхней границы до 65 МГц в коаксиальном кабеле и до 200 МГц в оптическом кабеле),
  • сокращение числа головных станций в крупных городах;
  • объединение разрозненных кабельных сетей между собой для создания на базе волоконно-коаксиальной технологии единой широкополосной сети, полностью пригодной для подачи и распределения информации в цифровом виде.

В многофункциональных широкополосных интерактивных сетях появляется возможность помимо передачи абоненту сигналов программ ТВ и радиовещания организовать передачу абонентам в прямом направлении цифровых сигналов данных с различной скоростью, а также организовать передачу сигналов данных от абонентов (обратное направление). Сеть должна обеспечить возможность предоставления следующих услуг:

  • подачу программ вещательного ТВ, полученных по эфиру, по спутниковым линиям и от ТВ студий;
  • подачу программ звукового вещания;
  • предоставление заказных аудио видео программ;
  • соединение с сетью Интернет;
  • организацию телефонной связи;
  • организацию передачи данных;
  • сбор данных телеметрии (инженерно-коммунальные службы, УВД, ГИБДД, МЧС, пожарные и охранные службы и т.д.).

Технология и преимущества MMDS

Системы MMDS получили в последние годы широкое распространение как альтернатива классическим кабельным сетям, в которых распределительная сеть строится за счет прокладки коаксиальных или оптических кабелей.

К настоящему времени в западном полушарии внедрены десятки систем MMDS, которые реализуют доступ к Интернет, предоставляют услуги интерактивного телевидения и других широкополосных услуг по технологии беспроводного доступа. Несколькими фирмами в мире производится оборудование, которое позволяет обеспечивать высокоскоростной доступ к Интернет любому удаленному жителю, находящемуся в зоне уверенного приема и установившему приемно-передающую антенну MMDS. Среди специалистов стран СНГ, занимающихся внедрением систем MMDS, наибольшей популярностью пользуется оборудование трёх американских фирм - EMCEE, ADC и Comwave, превосходящее оборудование других фирм.

Возможность интеграции системы MMDS с высокоскоростным беспроводным обменом цифровыми данными, позволяет легко решить проблему "последней" мили. Это открывает дополнительные рынки сбыта информационных услуг удаленным пользователям, расположенным на огромном пространстве, которое может охватывать только система MMDS, обеспечивая радиус вещания, ограниченный линией горизонта (около 60 км).

Запрашиваемые пользователями данные транслируются нисходящими потоками в цифровых каналах, использующих модуляцию QPSK, 16-, 32-, 64-, 128- или 256-QAM. При этом в зависимости от ширины канала и выбранной схемы модуляции сигнала, в одном ТВ-канале шириной до 8 МГц обеспечивается скорость передачи данных до 56 Мбит/сек. Пользователи получают данные из Internet со скоростью всего канала, который используется в режиме разделения времени, что в 1000-1500 раз быстрее, чем позволяет аналоговый телефонный модем (33,6 Кбит/с), в 200-400 раз быстрее, чем по линии ISDN (64 и 128 Кбит/с), и в 20-30 раз быстрее, чем по выделенному каналу E1 или по RadioEthernet (2 Мбит/с).

Радиус зоны обслуживания системы MMDS определяется высотой подвеса передающей антенны, мощностью передатчика, количеством передаваемых каналов, потерями в антенно-фидерном тракте и коэффициентом усиления передающей и приёмной антенн.

Применение таких систем имеет ряд неоспоримых преимуществ перед кабельными сетями:

  • Главное преимущество сетей MMDS - вещания перед кабельными состоит в том, что они требуют меньших капитальных затрат (как минимум в четыре раза при 100 распределительных точках в радиусе 20 км от телецентра). При этом развертывание головной станции MMDS занимает всего несколько дней.
  • Система MMDS по сравнению с кабельной сетью более компактна и мобильна, не требует содержания большого штата сотрудников для эксплуатации и ремонта сети.

Рис.1 Телерадиовещание на базе системы MMDS

Рис.1 Телерадиовещание на базе системы MMDS

Использование систем MMDS в многоканальных системах наземного телевидения имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными системами наземного телевещания:

  • Они имеют возможность передачи до 25 телевизионных программ, в зависимости от стандарта при аналоговом сигнале и в 4-6 раз больше при модуляции цифровыми сигналами стандарта MPEG-2.
  • Радио- и телевещание ведется на экологически безопасном уровне, когда суммарная мощность передатчика не превышает 1000 Вт (в основном 1-10 Вт). (Для справки: в применяемых сейчас системах ТВ-вещания используются передатчики мощностью в метровом диапазоне до 50 кВт, в дециметровом - до 10 кВт, при этом уровень электромагн