Наземні системи радіозв’язку

Системи мобільного зв'язку з рухомими об'єктами (СМЗРО) є ризновидом систем радіозв’язку, тобто систем зв’язку, в яких інформація від передавача до приймача передається лінією зв’язку, в якості якої виступає вільний простір – оточуюче нас середовище або так званий ефір чи радіолінія, що принципово є бездротовою (безпроводовою).

Лекція 1

1. Задачі вивчення дисципліни та її коротка характеристика

Такі системи займають чільне місце в сучасних телекомунікаціях, оскільки лише вони надають інформаційні канали зв’язку мобільному абоненту.

Курс “ СтМЗРО ” складається з 24 лекцій, в тому числі:

– 1–9 тиждень – 12 лекцій, 8 практичних занять; 11–19 тиждень – 12 лекцій, 8 практичних занять;

– 2 модульних контролі знань, реферат за тематикою курсу.

Підсумкове оцінювання знань – екзамен.

Мета навчальної дисципліни – забезпечити студентів комплексними знаннями принципів побудови СтМЗРО, їх технічних характеристик, особливостей функціонування систем і радіообладнання, яке застосовується при розгортанні відповідних мереж зв’язку.

Основна література:

1. Веселовский К. Системы подвижной радиосвязи. – М. Горячая линия – Телеком, 2006. – 536 с. - конвертований

2. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. - 440 с. – гл. 7-9 з 12-ти

3. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. - М.: Эко-Трендз, 2006.

4. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. -М.: Радио и связь, 2000, - 248 с

Системи радіозв’язку поділяють на наземні та космічні – це за формою організації, на мовні, відео та передачі даних – це за змістовною ознакою. В лекціях основну увагу буде зосереджено саме на мобільних (рухомих) системах радіозв’язку передачі мови та передачі даних.

Основними видами наземних мобільних систем радіозв’язку є бездротова телефонія, транкінговий зв’язок (персональний виклик), стільниковий зв’язок та різноманітні платформи радіодоступу до локальних та глобальної мереж.

До супутникових систем радіозв’язку відносяться системи персональної телефонії та глобального місцевизначення

Системи персонального радіовиклику (пейджингові системи– від англ. paging – виклик). Такі системи з початку їх застосування будувалися на основі мовних систем. У них пейджер може тільки приймати сигнали, тобто в них має місце однобічний – від базової станції (БС), зв'язаної з центром обробки викликів, до обраної рухомої станції (РС), яка працює тільки на прийом сигналу, виділяючи з усіх радіомовних радіосигналів системи лише їй адресований сигнал.

На ранній стадії розвитку пейджингових систем задача прийому радіосигналу була гранично проста – запустити «дзвоник» – генератор звукових сигналів. В наш час прийняте повідомлення має вид послідовності буквенно-цифрових символів чи короткого мовного повідомлення. Пейджер вибирається шляхом відправлення повідомлення з унікальною адресою. Як правило, при передачі повідомлень використовується частотна модуляція.

Оскільки пейджер – дуже простий пристрій, не призначений для передачі сигналу, він споживає мало енергії і має невеликі розміри. Потужний сигнал, який повинен проникати через стіни будинків, випромінюється базовою станцією (БС). Односпрямований зв'язок, установлюваний між БС і конкретним пейджером, оптимізується з урахуванням асиметрії з'єднання.

Таким чином, стандартна пейджингова система складається з таких основних блоків:

1. Центра обробки викликів, куди можна направити запит на передачу заданому користувачу мовного чи буквенно-цифрового повідомлення.

2. Базового передавача, що працює на частоті в сотні мегагерц.

3. Певної кількості приймачів (пейджерів).

Розміри зон обслуговування пейджингових систем варіюються від малих (локальних) – з однією антеною і невеликою зоною обслуговування, до регіональних, – з великою кількістю антен, розташованих так, зона їх обслуговування може охоплювати всю країну. Існує також загальноєвропейська пейджингова система, що носить назву ERMES.

Подальший розвиток пейджингових систем характеризується введенням каналу зворотного зв'язку, призначеного для підтвердження прийому повідомлень.

Зазначимо, що останнім часом темпи розвитку пейджингових систем значно знизились через величезну популярність стільникових телефонів. Отже, пейджингові системи мають шанси на виживання тільки в спеціалізованому сегменті ринку бездротових послуг, а також у нових застосуваннях, таких, як дистанційне керування.

Транкингові системи (англ. trunking – об'єднання в пучок) – радіально-зонові системи наземного рухомого радіозв'язку, які здійснюють автоматичний розподіл каналів зв'язку ретрансляторів (базових станцій – БС) між абонентами.. Під терміном «транкінг» розуміють метод доступу абонентів до загального виділеного пучка каналів, при якому вільний канал виділяється абоненту на час сеансу зв'язку.

Включають наземну інфраструктуру (стаціонарне обладнання) і абонентні станції. Основним елементом наземної інфраструктури мережі транкінгового радіозв'язку є базова станція (БС), до складу якої входять декілька ретрансляторів з відповідним антенним обладнанням і контроллер, який управляє роботою БС, комутує канали ретрансляторів, забезпечує вихід на телефонну мережу загального користування (ТфЗК) або іншу мережу фіксованого зв'язку.

Мережа транкінгового радіозв'язку може мати одну БС (однозонова мережа) або декілька базових станцій (багатозонова мережа). Багатозонова мережа звичайно містить сполучений зі всіма БС по виділених лініях міжзональний комутатор, який обробляє всі види міжзональних викликів.

Сучасні транкінгові системи, як правило, забезпечують різні типи виклику (груповий, індивідуальний, широкомовний), допускають пріоритетні виклики, мають доступ до ТфЗК, забезпечують можливість передачі даних і режим прямого зв'язку між абонентними станціями (без використання каналу БС).

Такі системи зв'язку призначені для побудови комунікаційних мереж на великих підприємствах, таких як парк вантажних чи обслуговуючих автомобілів, залізнична станція тощо, що оперують рознесеними в просторі ресурсами.

Транкінгові системи особливо ефективні в транспортних компаніях та спеціальних службах – в міліції, аварійних службах, у компаніях-постачальниках газу та енергії тощо. Їх характерна особливість – наявність диспетчерського і управляючого центра, який здійснює розподіл викликів. За допомогою таких систем стає можливим установлення таких видів з'єднань, які в звичайних телефонних мережах надаються тільки у виді спеціальних послуг. Приклад такого з'єднання – дзвоник з диспетчерського центра на всі рухомі станції чи на певну групу таких станцій. Інший характерний для транкінгових систем вид з'єднання – з'єднання між декількома рухомими станціями.

Розглянемо еволюцію транкінгових систем:

• системи з однією БС і загальним радіоканалом. Кожна рухома станція (РС) прослуховувала всі сигнали, що посилаються на будь-яку станцію мережі;

• удосконалені відповідно до британського стандарту МРТ 1327 аналогові системи;

• цифрові системи, відомі як TETRA і стандартизовані Європейським інститутом телекомунікаційних стандартів (European Telecommunications Standards Institute, ETSI). Ці системи надають можливість передачі як мовних, так і інших інформаційних сигналів.

Основна ідея, яка безпосередньо випливає з назви транкінгових систем (англ. Trunk – стовбур, об'єднання в пучок), відбиває правило розподілу каналів у цих системах: системні ресурси складаються з певної кількості каналів («стовбура зв'язку»), що є загальним ресурсом. Будь який вільний канал може бути призначений для встановлення нового з'єднання і буде негайно повернений у загальну квоту після завершення цього з'єднання. Саме в цьому полягає основна відмінність між транкінговими системами і класичними диспетчерськими системами, у яких канали розподілені по фіксованих групах користувачів. Якщо всі канали в групі диспетчерської системи зайняті, то користувач з цієї групи не може установити нове з'єднання, навіть за наявності вільних каналів в інших групах.

Стільникова телефонія – це наступний, найпоказовіший приклад системи зв'язку з рухомими об'єктами, яка забезпечує двостороннє бездротове з'єднання з РС, що можуть пересуватися з високою швидкістю по великій території, покритої мережею БС. Системи стільникового рухомого зв'язку (СРЗ) можуть покривати всю країну і навіть територію великої кількості країн, що і має місце в Європі із системою GSM.

Потужність сигналів в СРЗ перевищує таку в бездротовій телефонії і досягає декількох ват. У випадку мобільних ручних пристроїв обмеження випромінюваної потужності – це один з факторів, що впливають на тривалість роботи пристрою між перезарядженнями акумуляторної батареї; він відіграє вирішальну роль у ринковому успіху таких пристроїв. Однак таке обмеження призводить до зменшення зони дії мобільного пристрою і необхідності більш щільного розміщення базових станцій.

В останні два десятиліття системи СРЗ стрімко розвивалися й удосконалювалися. Системи першого покоління були аналоговими, в яких мова передавалася за допомогою частотної модуляції, а для забезпечення багатостанційного доступу використовувався метод FDMA. Потім були розроблені цифрові системи, Розвиток цифрових технологій з одного боку і часті приклади вичерпання аналоговими системами абонентської ємності (особливо у великих містах) з іншого боку, призвели до розробки систем другого покоління. Їхня реалізація була заснована на цифрових технологіях; тут використовувалися методи багатостанційного доступу TDMA і CDMA, мова про які піде в наступних лекціях курсу.

Основна задача, яка була поставлена розробникам систем другого покоління, – досягнення максимуму ємності системи, що виражається в кількості користувачів на одиницю спектра і на одиницю площі району охоплення. З іншого боку, зв'язок з користувачами, що пересуваються на транспортних засобах по шосе в малонаселених районах, вимагає встановлення потужних базових станцій далекої дії. Оскільки при розробці систем враховувалися ці суперечні одна одній вимоги, кінцева система характеризувалася наступними властивостями:

• відносно високою потужністю передавача;

• складною структурою мобільного телефону, особливо його підсистеми обробки цифрових сигналів;

• відносно низькою якістю зв'язку порівняно зі стаціонарними телефонними системами;

• складною структурою мережі, обумовленою процедурами змінювання базової станції (переходу) і управління мобільністю, необхідністю виявлення розшукуваної рухомої станції в системі, а також великою кількістю пропонованих послуг.

Незважаючи на очевидні відмінності між конкретними системами стільникової телефонії другого покоління, вони мають наступні загальні риси:

• низьку швидкість потоку цифрових даних, що представляють мовний сигнал користувача, обумовлену складними алгоритмами кодування мови; швидкість потоку даних не перевищує 13 кбіт/с, що дозволяє збільшити ємність системи за рахунок певного погіршення якості мовного сигналу;

• відносно невелику (порядку 200 мс) затримку передачі даних в обох напрямках, обумовлену алгоритмами кодування і декодування мови і складною системою детектування цифрового сигналу;

• дуплексну передачу даних з частотним поділом (FDD);

• контроль потужності рухомої станції, що гарантує незмінна якість зв'язку, що не залежить від відстані між рухомою і базовою станціями.

Подальший розвиток стільникових систем другого покоління супроводжувався появою безлічі нововведень. Особливо значною мірою розширився спектр послуг передачі даних. Спочатку стільникові системи другого покоління були розроблені для передачі мовних сигналів.

Широке поширення мережі Internet, загальний розвиток комп'ютерних мереж і популярність переносних комп'ютерів (ноутбуків) створили попит на можливість доступу до Internet через рухомі станції. Це вимагало збільшення швидкості передачі даних у вже існуючих системах. Розроблювачі, у свою чергу, запропонували спрощений протокол доступу до Internet, що у поєднанні з відповідним дизайном веб-сайтів дозволяє користувачам подорожувати по Internet за допомогою мобільних телефонів.

У минулому десятилітті були розроблені стільникові системи третього покоління. Було прогнозовано, що дані і мультимедійна інформація будуть складати велику частину сигналів, що передаються. Тому для нових систем була запропонована велика ємність і кілька типів трафіка. Швидкість передачі даних складає не менш 384 кбіт/с і може досягати 2 Мбіт/с, що дозволяє передавати відеодані.

Потрібен був всесвітній стандарт, який давав би можливість користувачам переміщатися з мобільними телефонами по усьому світу. Дотепер ця задача не була успішно вирішена, тому в Європі, Америці і деяких азіатських країнах були прийняті різні стандарти. Це призвело до появи цілої групи рекомендацій ITU-T, представлених під загальною назвою IMT-2000 (англ. International Mobile Telecommunications 2000). Основний метод доступу до каналу –багатостанційний доступ з кодовим поділом каналів (CDMA).

Системи беспроводового доступу до локальних обчислювальних мереж (ЛОМ).

Бездротові технології були застосовані для реалізації бездротового доступу до комп'ютерних мереж. Умови функціонування і задачі таких систем, що позначаються як WLAN (Wirless Local Area Networks - бездротова ЛОМ), відрізняються від описаних вище. Насамперед, передбачається, що зона покриття такої системи і мобільність користувача дуже обмежені. Випромінювана потужність рухомих станцій дуже невелика, у припущенні про можливість прямого з'єднання з базовою чи станцією іншим мобільним терміналом на найменших відстанях.

Існують різні конфігурації бездротових ЛОМ, починаючи з чітко визначених структур з базовими станціями і головним контролером, і закінчуючи специфічними мережами без виділеної головної станції, у яких усі рухомі станції можуть зв'язуватися безпосередньо друг із другом.

Дата добавления: 2014-01-06