Основные задачи построения и функционирования систем радиодоступа

Тема 9-1 СИСТЕМЫИ СЕТИ РАДИОДОСТУПА

(ТТвЭСБ)

 

Содержание:

9.1 Основные задачи построения и функционирования систем радиодоступа

9.2 Сети мобильной связи

9.3 Сети мобильной связи GSM и CDMA (2G)

9.4 Сети мобильной связи UMTC (3G)

Основные задачи построения и функционирования систем радиодоступа

9.1.1 Исторически, по мере развития науки и техники в области телекоммуникаций задачи радиодоступа становились все более актуальными, а способы их решения, как организационные, так и технические непрерывно совершенствовались. Этот процесс, в настоящее время, ускоряется и захватывает все больше смежных областей науки и техники.Наблюдается процесс конвергенции (взаимопроникновения) научных методов, технических и технологических решений для обеспечения инфокоммуникационных потребностей человечества на постиндустриальной стадии развития.

Задачи построения и функционирования систем радиодоступа решаютсяпоэтапно, по мере возрастающей потребности абонентов в мобильных средствах, с одной стороны, а с другой –по мереразвития систем радиосвязина основе совершенствования элементной базы, системотехники и информационных технологий.

Системы радиодоступастроятся на базе систем как стационарной, так и мобильной радиосвязи.Они, на сегодняшний день,являются важнейшими составляющимисетей телекоммуникаций, которые позволяютобеспечивать информационное взаимодействие абонентовс использованиемне только радиосистем, но и проводных сетей телекоммуникаций. Доступ к проводным сетям телекоммуникаций, в свою очередь, обеспечиваетдоступ к сервисам, которые предоставляются абонентам этих сетейпоставщиками услуг, таких, например, какE-mail, Facebookи др.

9.1.2 К первому поколениюсистем радиодоступа (1960-е гг.) можно отнести средства радиодоступа к аналоговым автоматическим телефонным станциям (АТС). На этом этапе развития решались задачи удаленного подключения как можно большего числа мобильных абонентовк телефонным каналам АТС. При таком подключении, как правило, использовались радиоудлинителипроводных линий связи, которые включались между АТС и специально оборудованными стационарными телефонными аппаратами (СТА), либо использовались беспроводные телефонные аппараты (БТА). Эти устройства работали в диапазоне частот до 1 ГГц. В настоящее время они практически вытеснены системами цифровой мобильной связи.

Уже в 1960-е гг. системы радиодоступа давали возможность подключаться к телефонной сети общего пользования (ТФОП) через одну базовую станцию (БС) или центральную станцию (ЦС) системы, которые обеспечивали возможность независимых соединений мобильных абонентов. Например, в СССР радиодоступ к АТС осуществлялся через системы «Алтай». В последнее время на смену системы «Алтай» и др. пришло оборудование стандарта МРТ 1327.

Следует также отметить, что, наряду с системами радиодоступа, для подключения к ТФОП широко используются аналоговые стыки (интерфейсы) по двухпроводным абонентским линиям. В настоящее время еще производятся системы радиодоступа, работающие в диапазонах частот:

– 30÷ 57,5 МГц – оборудование УТК-015;

– 300 МГц – оборудование МРТ 1327, заменившее «Алтай»;

– 450 МГц – оборудование УТК-01;

– 30÷ 40 МГц и 900 МГц – бесшнуровые телефонные аппараты (БТА).

9.1.3 Второе поколение систем радиодоступа (1980-е гг.) появилось в связи с повышением требований к качеству передачи речи и появлению потребности в передачи данных, в частности, передачи компьютерного трафика.

Это уже были цифровые узкополосные системы радиодоступа к цифровым и аналоговым АТС. Развитие систем шло, прежде всего, в направлении создания корпоративных протяженных систем радиодоступа. Качество передачи речи в них соответствовало качеству в сетях ISDN, скорость передачи данных была кратна 64 Кбит/с.

Для подключения к ТФОП использовались как аналоговые, так и цифровые стыки (интерфейсы). В целом системы радиодоступа второго поколения были направлены на совершенствование телефонных сетей высокого качества. При этом передача данных рассматривалась как дополнительная, не основная услуга в силу неразвитости компьютерных сетей и небольшой потребности в сетях передачи данных.

К этому поколению относятся также системы стандартов DECT и СТ-2, которые обеспечивают подключение терминалов пользователей с предоставлением услуг цифровой телефонии.

Системы радиодоступа второго поколения на сегодняшний день выпускаются фирмами: IRT, GrangerTelecom, SR-Telecom. На их базе развернуты, как корпоративные (технологические и выделенные), так и коммерческие сети связи. Сети второго поколения обеспечивают одновременной связью от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентов.

Во время разработки и строительства сетей радиодоступа второго поколения в мире появилась тенденция экспоненциального роста объемов обмена данными в компьютерных сетях, сначала локальных (LAN), а затем и городских (MAN). К началу 1990-х годов уже существовала сеть Интернет, использование в которой радиотехнологий носило традиционный характер – это радиорелейные линии (РРЛ), радио удлинители телефонных каналов (УТК), спутниковые радиолинии (СРЛ). Однако потребности в объеме передаваемых данных существенно возросли, и существующие радиосистемы не могли конкурировать с проводными линиями передачи данных, например, в локальных сетях.

3.5.4 Третье поколение (1990-е г.) систем и сетей радиодоступа появилось в результате попытки использования преимуществ радиосвязи для создания каналов передачи данных, как между отдельными компьютерами, так и компьютерными сетями, объединенными в составную сеть. Для этого в Институте инженеров по электротехнике и электросвязи (IEЕЕ – США) была организована исследовательская группа 802.11 по стандартизации оборудования беспроводных локальных сетей (WLAN).

С этого момента начался новый этап развития систем радиодоступа. Системы радиодоступа, выпускаемые по стандартам группы 802.11 стали доминировать на рынке и быстро завоевали популярность потребителей. Связано это, прежде всего, с простотой оборудования Radio Ethernet. Влияние стандарта оказалось настолько сильным, что распространилось даже на выпускаемое корпорациями по собственным (внутрифирменным) стандартам оборудование радиодоступа в диапазоне 2,4÷ 3,6 ГГц.

В основном, оборудование стандарта IEEE 802.11 рассчитано на диапазон 2,4÷ 2,4835 ГГц. Изначально стандарт был ориентирован на удовлетворение потребностей внутриофисных локальных сетей с относительно низкой скоростью передачи информации в радиоканале – 1 Мбит/с. В этом случае отдельным абонентам доступна скорость, не превышающая 256 Кбит/с из-за используемых протоколов S-ALOHA или CSMA-CA и их низкой эффективности использования пропускной способности радиоканала: 36% и 53% соответственно.

Скорость передачи информации оказалась недостаточной для осуществления связи между компьютерами крупной локальной сети, поэтому появилась модификация стандарта IEEE 802.11 – стандарт 802.1lb, допускающий скорость передачи в радиоканале 11 Мбит/с. С увеличением объемов выпуска начала снижаться стоимость оборудования, и стандарт стал популярным среди специалистов в области компьютерных сетей, а затем и у связистов.

Оборудование стандарта 802.1lb широко представлено на рынке связи, постоянно совершенствуется и выпускается известными производителями, такими как Cisco, Alvarion, Proxim, LusentTecknologis и др. В этих системах для расширения зоны покрытия базовой станции в передающую часть были установлены усилители и высоко направленные антенны, что позволяло работать вне офисных помещений.

Однако, из-за ограниченности доступной полосы частот в диапазоне 2,4 ГГц возможности использования оборудования стандарта 802.11b были быстро исчерпаны. Поэтому потребовался «переход» в более высокочастотный диапазон для расширения полосы занимаемых частот.

Стандарт 802.11 стал отправной точкой для разработки ряда технологий, сходных по организации протоколов, но для которых высокие скорости передачи информации не требовались. Это стандарт 802.15.1, известный как Bluetooth, обеспечивающий скорость передачи 722 кбит/с в радиоканале, стандарт 802.15.4, разрабатанный альянсом ZigBee со скоростями 20, 40 и 250 кбит/с. Перечисленные стандарты ориентированы, прежде всего, на решение специфических задач связи оборудования различного назначения внутри дома, где основными критериями качества являются низкое энергопотребление, малая стоимость устройств, способность к самоорганизации маршрутов передачи данных в группе взаимосвязанных устройств.

Здесь следует отметить такие научно-производственные программы, как Home RF, ZigBee, в рамках которых разрабатывались средства домашней и внутриофисной радиосвязи для подключения датчиков, сенсоров, управляющих систем дома или офиса в единую сеть, функционирующую надежно независимо от расположения элементов системы

Появилась и начала коммерческое развитие технология маршрутизации «Ad Нос» (АН-технология), в которой не выделяются специальные устройства-коммутаторы. Роль коммутаторов-ретрансляторов выполняют все входящие в сеть приемопередающие устройства.

В это же время (1990-е г.)впервые в радиосвязь вошла технология компьютерных сетей Ethernet, которая на сегодняшний день уже является неразрывным целым с сетями радиодоступа. Без протокола пакетной передачи Ethernet уже невозможно представить нынешнее состояние и будущее систем радиодоступа Он фактически стал протоколом межсистемного взаимодействия на MAC и LLC уровнях в открытых информационных системах (OSI).

В системах третьего поколения берут начало способы передачи информации (например, речь, данные, видеоизображения) с использованием коммутации пакетов и IP-протоколов.

Протоколы IP изначально позволяли осуществлять связь с заведомо худшим качеством, чем синхронные проводные системы. Однако со временем они совершенствовались и в настоящее время даже специалисту трудно определить установлено, например, телефонное соединение по синхронной сети (традиционный проводной вариант со скоростью 64 Кбит/с) либо по IP-сети с использованием протоколапакетной передачи Н.323 и поддержкой качества обслуживания (QoS). Третье поколение систем радиодоступа дало начало активному использованию компьютерных технологий передачи информации и конвергенции их с традиционными способами передачи, например с коммутацией каналов.

Особым продуктом, имеющим компромиссную реализацию с точки зрения протоколов обмена, стали системы радиодоступа, работающие в диапазоне частот 3,4÷ 4,2 ГГц и до сегодняшнего дня занимающие специфический участок рынка систем радиодоступа. Несмотря на внешнюю организацию, подчиняющуюся технологиям IP и Ethernet, радиоинтерфейс этих систем организован эффективно и является синхронным.

Отсутствие стандартизации систем с диапазоном 3,4÷ 4,2 ГГц в мировом масштабе привело к огромному разнообразию в реализации радиоинтерфейсов различных производителей. Здесь, как на опытном полигоне, отрабатываются способы разделения каналов (доступа к общему каналу), частотное разделение (FDMA), временное разделение (TDMA), кодовое разделение (CDMA) и их комбинации. При разделении дуплексных каналов используется частотное (FDD) и временное (TDD) уплотнение каналов.

На базе систем с диапазоном рабочих частот 3,4 ÷ 4,2 ГГц оказалось удобным строить городские сети (MAN) с полным спектром предоставляемых услуг. Это быстро привело к расширению диапазона частот для реализации уже апробированных технологий. Первоначально такое расширение диапазонов происходило за счет переноса спектра с помощью конверторов. Так, в частности, боролись с нехваткой частотного ресурса в диапазоне 2,4 ГГц, используя конверторы переноса спектра в диапазон 5,7 ГГц. Технические решения для систем диапазона 3,4 ГГц быстро нашли применения в полосах частот 10,5 и 26 ГГц.

С точки зрения идей, третье поколение систем радиодоступа дало еще одно важное направление развития технологий – создание высокоскоростных сетей с использованием синхронных потоков данных со скоростями кратными Tl, Е1 и другим стандартным скоростям, а также скоростям систем распределения телевизионных программ (MMDS и LMDS) в диапазонах частот до 26 ГГц включительно.

Появление систем радиодоступа с поддержкой интерфейсов G.703 (Е1) было обусловлено ограниченностью возможностей организации цифровых соединительных линий традиционными способами и стремительным ростом потребностей к присоединению к ТФОП различных систем связи, прежде всего сотовых систем и различного рода учрежденческих и производственных АТС (УПАТС).В это время появилось оборудование фирм Alcatel, Siemens, Alvarion, Ericsson, SR Telecom и др., позволяющее решать перечисленные задачи.

На рисунке 9.1 схематеческипреставлены этапы развития технологий 1G÷3G.

 

Таблица 9.1 – Перечень стандартов систем мобильной связи

0G	PTT • MTS • IMTS • AMTS • Mobitex • Autotel/PALM • ARP
1G	NMT•AMPS •Hicap
2G	GSM • iDEN • D-AMPS • IS-95 • PDC • CSD • GPRS • HSCSD • WiDEN
2.75G	EDGE/EGPRS •CDMA2000(1xRTT)
3G	UMTS (W-CDMA) • CDMA2000 (1xEV-DO/IS-856) • FOMA • TD-SCDMA • WiMAX
3.5G	UMTS (HSDPA) • UMTS (HSUPA) • CDMA2000 (EV-DORev.A)
3.75G	UMTS (HSPA+) • CDMA2000 (EV-DORev.B/3xRTT)
4G	WiMAX •LTE

 

 

Рисунок 9.1 - Этапы развития технологий 1G÷3G.

 

 

9.1.5 Системы четвертого поколения (2000-х гг.) начали создаваться для предоставления возможности широкополосной высокоскоростной цифровой передачи данных, подключения к сети Интернет, цифровой телефонии, передачи видео- и теле- изображений в реальном масштабе времени, мультимедийной информации в различных организационных вариантах.

Ставилась задача, прежде всего, объединить локальные зоны, а затем и целые города в единую большую «локальную» сеть, в которой будет удобно работать любому пользователю. В частности, развивались концепции локальных зон свободного доступа к услугам связи WiFi или HotSpotи зон свободного доступа вне офиса, в масштабах города – WiMax. При этом пользователь должен получать те же услуги связи, как в любой точке города, так и своей локальной сети.

Следует отметить, что уже в системах радиодоступа третьего поколения ощущалась необходимость совершенствования радиоинтерфейсов, повышения их производительности и спектральной эффективности. Многие чаяния специалистов-разработчиков в полной мере воплотились в системах беспроводного доступа четвертого поколения.

Спектральная эффективность повысилась с 0,75 до 3 (бит/с/Гц) и более. Это произошло за счет применения спектрально-эффективных методов модуляции и кодирования. Доступными в таких системах стали скорости до 100 Мбит/с на одну несущую. Произошла четкая структуризация систем радиодоступа. Ясно, какие системы применяют для решения задач построения «последней мили», а какие для решения задачи доступа к абоненту.

Заявленная скорость передачи данных в канале связи 54 Мбит/с для стандарта 802.11а и реальная до 30 Мбит/с в сочетании с ортогональной частотной модуляцией сделали удобной работу абонентов в любой точке локальной или городской сети. Происходит это из-за повышенной устойчивости сигнала с OFDM-модуляцией к замираниям и, следовательно, к возможности работы с сигналом без прямой видимости (NLOS) базовой станции (BS) или точки доступа (АР).

В системах четвертого поколения в качестве технологий доступа к ресурсу общего канала используются все возможные виды разделения каналов:

- частотное разделение (FDMA) и его улучшенная модификация – ортогональное частотное разделение (OFDMA);

- временное разделение (TDMA);

- пространственное разделение (SDMA);

- кодовое разделение каналов (CDMA).

Пространственное разделение служит как для передачи большего количества полезных сигналов (увеличения количества активных абонентов), так и для повышения пропускной способности соединения «абонентское устройство – базовая станция». Известные алгоритмы, предложенные и реализованные исследовательскими группами, например, BLAST, METRA реализуют технологию MIMO обработки сигналов с многими выходами (передатчиками) и многими входами (приемниками). Технология использует методы пространственно-временной адаптивной обработки сигналов, в том числе пространственно-временного кодирования и позволяет увеличить количество активных абонентов в одной полосе частот в несколько раз по сравнению с методами CDMA, TDMA и FDMA, либо увеличить скорость передачи информации от абонента в 2÷ 4 раза.

Предусматривается и реализована возможность подавления и устранения помех от источников функционирующих в диапазоне частот системы радиодоступа, планируемой к применению в том же регионе. Такое свойство позволяет надеяться на решение проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) для систем с первичным и вторичным назначением частот, обеспечивая возможность не причинения помех и невосприимчивости к помехам. В частности, всегда возможно такое задание приоритетов в системе адаптивной обработки сигналов, что реализуемым станет динамическое распределение номиналов частот при выполнении условий и ограничений, предусмотренных разрешением на эксплуатацию сети.

В оборудовании четвертого поколения заметной и преобладающей становится тенденция к глобальному процессу стандартизации. Во всех странах выделен один диапазон частот, стандартизованы стыки, параметры радиоинтерфейса и другие характеристики. Такое оборудование, в частности абонентское, может выпускаться любым производителем и функционировать в любой стандартизованной сети.

Процесс глобализации приводит к удешевлению производства оборудования и, соответственно, увеличению объемов продаж, как оборудования, так и услуг. Так, современные PCMCI-карты для ноутбуков и карты для компьютеров поддерживают стандарты 802.11 1а, 802.11 lb, 802.11 lgс учетом модификаций специфичных для Японии, США и Европы. Компании и страны, решившие пойти «своим» путем, очевидно, проиграют в борьбе за потребителя. Пример дает ситуация с носимыми и карманными компьютерами и электронными записными книжками, в составе которых такие карты установлены изначально изготовителями.

Развитие интерфейсов (стыков) с сетью общего пользования (СОП) прошло этапы от аналоговых абонентских линий до интерфейсов El, V5.1, V5.2 для телефонных сетей. Для сетей передачи данных ситуация оказалась более стабильной. Стыки с сетью передачи данных общего пользования (СПД ОП) используются и планируются к использованию стандарта Ethernet.

Изменяются среды передачи и скорость передачи. Пользовательский интерфейс также подвергся изменениям. Применять оборудование радиодоступа сейчас означает: установить абонентское оборудование, подключить к компьютеру, инсталлировать программу-драйвер, взаимодействующую на уровне Ethernet с компьютером или другим оборудованием.

Программа-интерфейс пользователя интегрирована в общий пользовательский интерфейс, например, операционной системы Windows 2000, Windows ХР, Windows NT, Makintosh и др.

Общей характеристикой четвертого поколения является адаптивность почти всех элементов сети и интерфейсов, а также нацеленность на удовлетворение индивидуальных нужд абонента.

Дальнейшее развитие оборудования четвертого поколения планируется в направлении адаптивности на всех уровнях модели OSI, глобализации, индивидуализации и пр. Скорости, которые требуется обеспечить на одного абонента составляют до 100 Мбит/с. Оборудование, с помощью которого планируется решить указанные проблемы, относится к пятому поколению систем радиосвязи.

В частности, на него возлагается полное решение проблем организации индивидуального информационного пространства для человека в его доме, офисе, на улице.

В доме и офисе предполагается, что большинство задач позволит решить нарождающаяся сверхширокополосная технология радиосвязи (СШП, или UWB). В 2002 г. начат процесс стандартизации в группе 802.15.3, результатом работы которой явился стандарт 802.15.3а (оборудование корпорации Intel) с использованием сверхширокополосного сигнала, собранного из отдельных независимых частотных каналов. В настоящее время близок к завершению стандарт по традиционной сверхширокополосной (СШП) технологии, использующей субнаносекундные импульсы для передачи сообщений.

В состав радиоинтерфейсаСШП входят адаптивные антенные системы, решающие комплекс задач:

- борьба с замираниями;

- борьба с помехами;

- повышение скорости передачи информации;

- пространственное разделение сигналов.

Предпосылки создания систем пятого поколения имеются в существующем оборудовании. Внеофисное оборудование (входящее в тот же терминал абонента) позволит получать информацию в движении со скоростью до 150 км/ч с переменной скоростью передачи информации. Внедрение такого оборудования начато с 2005 г. Технологические и научные разработки в области радиосвязи позволяют надеяться на успешное решение всех поставленных задач и проблем.

9.1.6 Сети наземной мобильной и персональной связи можно разделить на три класса:

– сети сотовой мобильной и персональной связи;

– сети транкинговой мобильной связи;

– сети персонального радиовызова или пейджинговые сети.

В сотовой сети связи территория зоны обслуживания (например, город) делится на ячейки (соты). В центре каждой соты находится стационарная базовая радиостанция, которая соединена кабельной или радиорелейной линией связи с наземной стационарной сетью связи общего пользования.

Назначение сотовой сети – обеспечить связь между мобильным или стационарным персональным терминалом абонента сотовой сети через базовую станцию, с абонентом сети связи общего пользования или другим абонентом сотовой сети связи.

При перемещении мобильного терминала из одной соты в другую производится автоматическое переключение радиоканала связи с одной базовой станции на другую. Этот процесс называется эстафетной передачейхэндовером(handover).

Сети транкинговой мобильной связи предназначены для создания служебных, ведомственных сетей связи с мобильными и персональными терминалами (скорая медицинская помощь, милиция, пожарная служба, такси, автомобильные перевозки и др.). Как правило, сеть транкинговой связи является односотовой с большим размером соты и малым числом каналов выхода в сеть общего пользования.

Сеть персонального радиовызова является односторонней сетью передачи коротких сообщений от центральной радиостанции на миниатюрные абонентские приемники – пейджеры.

В такой системе отправитель сообщения передает короткое цифробуквенное сообщение по каналам телефонной сети общего пользования или сети сотовой связи на центральную радиостанцию, где оно запоминается. Затем в порядке очереди такая, своего рода электронная почта, передается в эфир вместе с адресом пейджера. Абонентский терминал принимает адресованное ему сообщение. В настоящее время пейджинговые сети практически вытеснены сетями сотовой связи.

9.1.7 Соты различают по размеру:

1 Пикосоты – связь внутри офиса, помещения с радиусом соты 10÷50 м.

2 Микросоты – связь внутри аэропорта, торговых центров, организация локальных вычислительных сетей и др. с радиусом соты 100÷ 1000 м.

3 Обычные соты– с радиусом1 ÷5 км.

3 Макросоты – являются основой сетей мобильной и персональной связи и имеют радиус соты от единиц километров до 30÷70 км.

4 Мегасоты – формируются узким лучом ретранслятора, установленного на КА, и имеют радиус соты от нескольких сотен до тысяч километров.

Условия распространения радиосигналов в пико-, микро-, макро- и мегасотах существенно различны. Сети связи в пикосотах и микросотах создаются как односотовые системы без режима эстафетной передачи. В силу вышесказанного сети связи в пико-, микро-, макро- и мегасотах создаются на базе различных технологий и технических средств, с различными скоростями передачи информации, методами модуляции сигналов и пр.

9.1.8 Рассмотрим принципы построения сотовых сетей связи на базе обычных сот. Функциональная схема типовой сотовой сети связи представлена на рисунке 9.1.

В модели пространственного представления конфигурации сотовой сети связи зона обслуживания теоретическиразбивается на шестиугольные соты с радиусом действия базовой станции и примыкающие друг к другу

Группа базовых станций с помощью стационарных наземных каналов связи связывается с центром коммутации. В сети связи может быть один или несколько центров коммутации.

Центры коммутации выделяют каналы связи мобильным терминалам по требованию и организуют их эстафетную передачу другим базовым станциям при перемещении абонента из одной соты в другую.

Головной центр коммутации объединен с автоматической телефонной станцией и обеспечивает выход мобильных терминалов в телефонную сеть общего пользования, сеть ISDN, Internet и другие цифровые сети интегрального обслуживания.

Кроме того, головной центр коммутации осуществляет проверку паролей мобильных терминалов, засекречивание сообщений при передаче их по радиоканалам, организует роуминг – подключение мобильных терминалов других операторов к сотовой сети связи и др.

 

 

Рисунок 9.1 – Функциональная схема типовой сети сотовой связи

9.1.9 Территориально-частотные планы сотовых сетей связи регламентируют использование электромагнитного ресурса с целью обеспечения качественной связи и удовлетворения требованиям электромагнитной совместимости.

Полоса частот, выделяемая сотовой системе связи, является важнейшим параметром, который определяет основные технико-экономические характеристики системы. Общая полоса частот системы определяет полосу частот, выделяемую отдельной соте, что, в свою очередь, определяет число каналов связи, которое можно организовать в этой соте, ее размер и пропускную способность.

Выделенные для Европы, России и Беларуси диапазоны и полосы частот для наземной сотовой связи (макросоты) приведены в таблице 9.1.

В ней под прямым каналом (каналом связи «вниз») подразумевается канал передачи информации в направлении от базовой станции к мобильным терминалам.

Под обратным каналом (каналом связи «вверх») понимается канал передачи информации от мобильного терминала в сторону базовой станции.

Стандарт NMT-450 (NordicMobileTelephone) является действующим федеральным стандартом России, в котором для передачи телефонного сигнала используется аналоговый сигнал с частотной модуляцией. Система сотовой сети связи NMT-450 относится к системам сотовой мобильной связи первого поколения (1G) и в настоящее время морально устарела.

Стандарт GSM (GlobalSystemsforMobileCommunications) является действующим европейским стандартом, федеральным стандартом России и стандартом Беларуси в котором используется цифровая передача телефонного сигнала и низкоскоростных данных в цифровой форме с временным разделением шести каналов на той или иной несущей частоте. Система GSM относится к системам сотовой связи второго поколения (2G).

Стандарт IMT-2000 (InternationalMobileTelecommunications) является международным стандартом высокоскоростных мультимедийных сотовых телекоммуникационных систем третьего поколения (3G).

Таблица 9.1 Частотные параметры отдельных систем сотовой связи

Система	Частотный дуплекс
	Частоты прямого канала, МГц	Полоса частот, МГц	Частоты обратного канала, МГц	Полоса частот, МГц
NMT-450	463-467,5	4,5	453-457,5	4,5
GSM	935-960 1805-1880		890-915 1710-1785
IMT-2000	290-2170		1920-1980

 

Кроме вышеуказанных сотовых сетей связи в отдельных регионах используются сотовые системы связи второго поколения (цифровая передача речи и низкоскоростных данных) стандартов США: D-AMPS; IS-95 и CDMA, работающих в диапазоне частот 800÷1800 МГц.

9.1.10 Основным принципом создания сотовых систем связи является принцип повторного использования одинаковых рабочих частот в несмежных сотах за счет ослабления сигналов в пространстве.

Повторное использование частот для передачи данных возможно за счет затухания радиоволн при их распространении в пространстве между несмежными сотами до уровня ниже порога чувствительности радиоприемных средств, работающих в этих сотах, при использовании тех же полос частот.

Это означает, что через несколько сот полосы рабочих частот можно использовать повторно. Следовательно, при ограниченной общей полосе частот системы (проблема «тесноты» в эфире) за счет чередования выделяемых полос частот для каждой соты есть возможность охватить сколь угодно большую зону обслуживания и увеличить число абонентов системы. Такой вид разделения сигналов в радиосистеме получил название «пространственная селекция».

Группа смежных сот с отличающимися рабочими полосами частот называется кластером. Коэффициентом эффективности использования полосы частот в кластере назовем отношение полосы частот, используемой в одной соте, к общей полосе частот системы связи. Следовательно .

9.1.11 На рисунке 9.2 изображены различные типы кластеров в системах сотовой связи, предположительно использующие ненаправленные антенны базовых станций.

В центре каждой соты расположена базовая станция с ненаправленной приемопередающей антенной в горизонтальной плоскости. На этом рисунке в сотах с одинаковыми номерами используются одинаковые рабочие частоты. Для кластеров а, б, в (Рис. 9.2) коэффициенты эффективности использования частот в кластере соответственно будут равны = 1/3, 1/4, 1/7. На рисунке 9.2 расстояние от базовой станции до ближайшего потенциально восприимчивого к сигналу мобильного терминала обозначено как .

Рисунок 9.2 – Типы кластеров в системах сотовой связи

На рисунке 9.3 показано покрытие зоны обслуживания на поверхности Земли трехсекторными сотами (3, 9) и (3, 6), где первая цифра в скобках означает количество секторов направленной антенны базовой станции в горизонтальной плоскости. Каждый сектор антенны работает на своей частоте. В данном случае в соте используется три полосы частот. Вторая цифра указывает на количество различных частотных полос, используемых в сети связи с трёхсекторными сотами.

Поскольку в потенциально «мешающей» соте мобильные терминалы, находящиеся вблизи своей базовой станции, имеют малую излучаемую мощность, то на рисунке 9.3 б в качестве расстояния для непреднамеренной помехи на совпадающей частоте взято расстояние от базовой станции до центра мешающего сектора.

Рисунок 9.3 – Покрытие зоны обслуживания трехсекторными сотами

Для покрытия зоны обслуживания (3, 9) требуется обеспечить = 1/3, а для покрытия (3, 6) – = 1/2. Для шестисекторных сот (6, 12) и (6, 6) покрытие зоны обслуживания показано на рисунке 9.4. Покрытие (6, 12) имеет = 1/2, а покрытие (6, 6) имеет = 1.

 

Рисунок 9.4 – Покрытие зоны обслуживания шестисекторными сотами

Отношение является исходным для оценки относительной мощности помехи, обусловленной излучением станции ближайшей соты (сектора), которая работает в той же полосе частот, что и станция в рассматриваемой соте.

Если принять для типовых условий распространения сигнала в сотовых системах связи, что плотность потока мощности сигналов, направляемых от источника к приемнику, убывает пропорционально второй степени расстояния, то ожидаемое медианное значение мощности помехи от ближайшей соты по отношению к медианному значению мощности полезного принимаемого сигнала будет пропорционально отношению .

Использование помехоустойчивых кодов в радиоканалах сотовой связи уменьшает требуемое отношение сигнал/помеха в приемном устройстве, что позволяет допустить больший уровень помех от станций в других сотах или секторах, работающих в той же полосе частот. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить величину и выбрать покрытие зоны обслуживания с большим значением , увеличивая тем самым частотную эффективность и пропускную способность соты и системы в целом.

Емкость сотовой системы связи, т.е. число каналов связи в зоне обслуживания, равна числу каналов связи, которое можно организовать в одной соте, умноженному на число сот в системе связи. Уменьшая размер соты при сохранении того же числа каналов связи в соте, которое определяется полосой частот, выделяемой одной соте, можно увеличить число сот а, следовательно, и емкость сотовой системы связи.

9.1.12 Классификация беспроводных сетей передачи данных (БСПД) может быть проведена по целому ряду признаков (критериев): структуре; используемому диапазону частот; технологии построения; содержанию трафика и пр. Общепринятой классификации БСПД на сегодняшний день не существует, однако возможна некоторая систематизация по основным критериям. Ниже приведена таблица доступа к высокоскоростным телекоммуникационным сетям с использованием основных видов БСПД (Рис. 9.5).

 

 

Рисунок 9.5 – Классификационная схема беспроводных систем и сетей.

 

Универсального решения проблемы доступа к ТК и КС – проблемы последней мили, не существует. У каждой технологии доступа есть своя область применения, свои преимущества и недостатки.

На выбор того или иного технологического решения влияет ряд факторов, в том числе:

1. Целевая аудитория и стратегия оператора, предлагаемые услуги в настоящее время и услуги, планируемые к предоставлению в будущем;

2. Размер инвестиций в развитие сети и срок их окупаемости;

3. Имеющаяся сетевая инфраструктура и ресурсы для её поддержания в работоспособном состоянии, возможность создания требуемой инфраструктуры;

4. Время, необходимое для запуска сети и начала оказания услуг.