Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество «Алматинский университет энергетики и связи»

Кафедра ТКС

Специальность: Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Выполнил: Фарзон

Конструктивное построение сотовых систем связи

Алгоритмы работы ССС и протоколы управления

Международные стандарты ССПС и их характеристики

Перспективы развития ССС

Вывод

Список используемой литературы

Список сокращений (Аббревиатуры)

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во многих капиталистических станах, а также в ряде развивающихся стран ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост мобильных средств радиосвязи (автомобильных и портативных радиотелефонов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне рабочего места оперативно решать производственные вопросы. Радиотелефон перестал быть символом престижа и стал рабочим инструментом, который позволяет более эффективно использовать рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролировать ход технологических процессов, что обеспечивает дополнительные доходы при использовании радиотелефона в производстве.

Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления.

СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны в другую производится автоматическое переключение канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом.

В отличие от централизованных, в сотовых сетях подвижной связи радиосвязь базовой станции с абонентской станцией осуществляется в пределах малой рабочей зоны, что позволяет многократно использовать одни и те же частоты в зоне обслуживания. Число абонентов в ССС определяется пропускной способностью и числом БС, равным числу рабочих зон, которое возрастает по квадратическому закону с уменьшением радиуса рабочей зоны R при постоянном радиусе зоны обслуживания R0. Если десять лет назад радиус рабочей зоны в ССС был равен 5-15 км, то в настоящее время он равен 200 м. Так уменьшение радиуса рабочей зоны с 30 до 0,5 км позволит увеличить в 3600 раз число подвижных абонентов, оснащенных радиосвязью и имеющих возможность выхода на ТФОП. Следовательно, эффективность использования спектра радиочастот в ССС во много раз выше, чем в централизованных системах подвижной связи, что позволит в перспективе обеспечить управление большим числом наземных подвижных объектов.

Внедрение ССС означает появление принципиально нового вида связи - массовой радиотелесвязи, т.е. нового вида услуг. Уже сейчас абонентский терминал ССС - сотовый радиотелефон (СРТ) - признается многими зарубежными экспертами первичным терминалом, которым абонент пользуется как в стационарном состоянии (дома, на службе), так и в движении. Широкое внедрение портативных СРТ в перспективе позволит обеспечить каждого человека персональным телефоном со своим индивидуальным номером.

Действующие в настоящее время зарубежные ССС по сравнению с централизованными сетями имеют следующие преимущества:

- большое число абонентов;

- высокое качество передачи телефонных сообщений и данных;

- возможность связи с ЭВМ и базами данных;

- высокая эффективность использования спектра радиочастот и лучшая электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ РАДИОСВЯЗИ СПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ (ПО)

Классификация:

По назначению системы связи с ПО могут быть разделены на:

- ведомственные (специализированные) радиотелефонные системы;

- радиотелефонные системы общего пользования.

Созданные первыми, ведомственные системы применяются в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в строительстве, такси, скорой помощи, а также в различных аварийных службах. Эти системы предназначены для оперативного управления процессами производственной деятельности. Различают диспетчерские радиотелефонные системы, используемые для связи руководителя работ с абонентами ПО, а также для связи абонентов между собой и с радиосистемами передачи данных.

Радиотелефонные системы общего пользования в настоящее время составляют основной вид связи с ПО. Они позволяют наиболее полно и эффективно использовать выделенный частотный спектр и, объединяя своих потребителей в одну группу, дают им возможность общего доступа к системе связи независимо от ведомственной принадлежности (по принципу городской телефонной сети). Указанное преимущество систем обеспечивает широкий комплекс услуг: автоматическое соединение абонентов между собой и с абонентами городской телефонной сети, а также других городов и государств с использованием междугородных и международных линий, передачу речи и данных, а в ближайшем будущем телексных и факсимильных сообщений, цветных графических изображений, и т.п.

Радиотелефонные системы общего пользования делятся на два вида:

- системы с большими зонами обслуживания (БЗО - радиальные системы);

- системы с малыми зонами обслуживания (МЗО - сотовые системы связи).

Системы с большой зоной обслуживания основаны на использовании одной центральной радиостанции, обслуживающей зону большого радиуса (от 50 до 100 км). Мощность передатчика этой станции выбирается в зависимости от заданной напряженности поля на границах обслуживаемой территории и заключена в пределах от 100 до 250 Вт, а антенна располагается в наиболее высокой точке зоны обслуживания.

- исключать влияние мощных передатчиков на приемники центральных станций, так как на центральных станциях (УКВ-диапазон) они используются совместно;

- исключать влияние мощных передатчиков центральных станций соседних зон на работу центральной станции данной зоны;

- контролировать качество связи внутри каждой зоны для подвижных абонентов, находящихся на различных удалениях от центральной станции данной зоны;

- тщательно планировать частотную обстановку в выделенном диапазоне;

- обеспечивать равнодоступность каналов связи со стороны подвижных объектов.

К достоинствам систем МЗО относятся:

- применение сравнительно маломощных передатчиков в базовых станциях;

- возможность гибкого эволюционного развития системы МЗО.

К недостаткам систем МЗО относятся:

- увеличение стоимости систем в целом за счет использования большого числа стационарных базовых станций;

- необходимость применения аппаратуры непрерывного слежения за подвижными абонентами.

По принципам реализации управления СРПО подразделяются на следующие группы:

- СРПО с ручным управлением, в которых реализуется ручная коммутация радиоканалов, ручная коррекция и визуальный контроль оператором режимов работ как абонентских радиопередающих станций (АРС), так и аппаратуры центральных (базовых) станций и т.д.;

- СРПО с автоматизированным управлением, в которых только часть операций выполняются человеком, а большая часть операций по обслуживанию подвижных объектов - посредством управляющих вычислительных средств (УВС) согласно заданным алгоритмам работы;

В последнее время наибольшее распространение получили СРПО, имеющие:

- сотовую или квазисотовую структуры;

- автоматизированное или автоматическое управление;

- возможность входа в сеть общего пользования или сопряжения с другой СРПО;

- возможность передачи цифровых сигналов управления и прямого и обратного преобразования информации в цифровую форму и обратно.

КОНСТРУКТИВНОЕ ПОСТРОЕНИЕ СОТОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Оборудование для ССПР может быть разделено на несколько основных групп:

1) оборудование ЦС, обеспечивающих управление работой системы и контроль ее состояния, распределение каналов и коммутацию вызовов между БС, сопряжение ССПР со стационарной телефонной сетью;

2) оборудование БС, передающее и принимающее сигналы АС;

3) оборудование АС как перевозное, так и переносное;

4) комплект линейного оборудования для подключения БС к ЦС.

Как правило, основу оборудования ЦС составляют серийные электронные АТС, имеющие дополнительное программное обеспечение, позволяющее осуществлять процедуру переключения частотных каналов при перемещении ПА из одной ячейки в другую, контролировать техническое состояние системы, выявлять отказы и производить диагностику предполагаемых неисправностей, а также реализовывать административное управление работой системы.

На БС размещаются радиопередатчик и радиоприемник, контроллер, аппаратура передачи данных и контроля каналов, а также множество канальных плат и антенная система. С помощью этой аппаратуры, помимо передачи и приема, осуществляются под управлением ЦС поиск ПА и определение их местоположения, установление соединения, распределение каналов, а также передача данных и выполнение диагностических процедур на оборудовании БС.

АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ ССС И ПРОТОКОЛЫ УПРАВЛЕНИЯ

Структура системы управления в ССС. Одной из основных задач при построении ССС является разработка системы управления. При планировании ССС определяется территория обслуживания, разделяемая на ячейки шестиугольной формы, радиус описанной окружности которых может быть различным - от 20-30 км в районах с малой плотностью трафика (в основном сельскохозяйственных) до 0,5-2 км в районах с высокой плотностью трафика (в густонаселенных городских районах). Пользователи ССС, находясь в любой точке территории обслуживания, могут с помощью абонентских станций связываться с другими абонентами ССС и телефонной сети общего пользования. Абонентская станция может быть выполнена в портативном либо мобильном варианте. Базовые станции обеспечивают сопряжение между проводной частью ССС и абонентскими станциями.

При обслуживании абонентов ССС центральная станция выполняет такие основные функции, как:

- установление соединений между абонентами;

- разъединение по окончании разговора;

- слежение за качеством передачи речи;

- переключение АС на новый канал при перемещении АС во время сеанса связи из зоны обслуживания одной БС в зону обслуживания другой БС с целью обеспечения непрерывности соединений;

- поиск подвижного абонента на территории обслуживания;

- тарификация, диагностика состояния системы.

Управление входящего вызова в ССС. В действующих ССС процедура установления соединения входящего вызова любой АС осуществляется следующим образом. При поступлении на ЦС заявки на входящее для АС соединение ЦС по каналу передачи данных передает на БС команду вызова данной АС, которая, получив от БС вызов, передает в КУ сигнал подтверждения получения вызова, транслирующийся через БС на ЦС. В ответ ЦС передает на АС номер свободного разговорного радиоканала. После настройки на частоту выделенного радиоканала АС сообщает на ЦС о своей готовности, которая, в свою очередь, посылает сигнал (звонок) вызываемому абоненту. Когда абонент снимает трубку, ЦС подключает разговорный тракт, при этом в течение сеанса связи постоянно контролируется качество передачи.

В исходном состоянии АС настроена на вызывной канал с максимальным уровнем сигнала. Вызов в сторону АС производится от ЦС через все БС, которые относятся к так называемой зоне вызова, где расположена АС в данный момент времени.

Получив сигнал вызова, подвижная станция по обратному КУ пере-дает подтверждение, поступающее на ЦС. Получив подтверждение, на ЦС выделяется разговорный радиоканал (РК), номер которого сообщается по КУ на АС, после чего КУ освобождается. Далее осуществляется контроль установленного разговорного тракта АС-ЦС на правильность выполненный операций. При этом по запросу ЦС от АС передается ранее принятый номер РК, который проверяется на соответствие. В случае отсутствия ошибок ЦС передает исполнительную команду вызова "включить сигнал" (звонок). Входящий вызов завершается окончательным переключением разговорного тракта и включением на БС тонального сигнала 4 кГц (внеполосная модуляция в РК) для непрерывного контроля качества передачи.

Установление исходящего вызова в ССС. Исходящий вызов от АС может быть предназначен как для абонента ТФОП, так и для абонента ССС. Для установления исходящего соединения на АС набирается номер вызываемого абонента; этот номер передается на БС и далее транслируется на ЦС по каналу передачи данных. После анализа информации и выделения свободного РК в действующих ССС организуется тест контроля состояния каналов, устанавливается соединение и в сторону вызываемого абонента посылается вызов. После ответа абонента переключается тракт.

ПРОТОКОЛЫ ПОДДЕРЖАНИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ СВЯЗИ В ССС

Одной из основных проблем при разработке ССС является обеспечение непрерывной связи в течение сеанса передачи во время передвижения АС по территории обслуживания. Принцип этой операции, вызываемой "эстафетной передачей" АС, заключается в следующем. Для оценки качества передачи в установленном разговорном тракте по РК непрерывно передается пилот-сигнал для постоянного измерения отношения сигнал/помеха по мощности. Если величина принимает значение ниже установленного порогового уровня, то начинается процедура эстафетной передачи. Снижение мощности принимаемого полезного сигнала может происходить при выходе АС из зоны действия БС, а также при перемещении подвижного абонента в зону с длительными замираниями сигналов. В действующих системах при ухудшении качества передачи от ЦС по БС поступает команда измерить величину в РК. Измерение производится с помощью специальных приемников, которые могут быть настроены на частоту любого радиоканала системы. Оценивая полученные от БС результаты измерений, ЦС выбирает зону с максимальным отношением сигнал/помеха и переключает АС на новый радиоканал.

МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ ССПС И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Система AURORA. Одной из перспективных ССС считается система AURORA, разработанная канадской фирмой NOVATEL. Ее основным отличием является отсутствие ЦС подвижной связи, т.е. предполагается переход к распределенному принципу коммутации и управления. Такой подход позволил на 40% сократить первоначальные затраты, а эксплуатационные расходы снизить на 60%. Подсчеты специалистов показали, что общая экономия составит около 22 млн. дол. В системе с распределенным управлением вызовы из каждой ячейки поступают на ближайшую АТС обычной телефонной сети. Это определяет функциональную гибкость ССС, а также возможность ее расширения в условиях городской и сельской местности. Система AURORA работает в диапазоне 400 МГц и может быть перестроена на 150 или 800 МГц.

Система ARTS. Разработка фирмы Motorola (США). ССС с расширенной коммутацией, совместима с AMPS с точки зрения использования АС, разработанных в переносном варианте с выходной мощностью 1 Вт. С целью сохранения баланса уровней принимаемых сигналов в ARTS предусмотрена регулировка выходной мощности АС, которая выполняется автоматически по командам БС. В радиотракте использованы направленные 60-градусные антенны, обеспечивающие хорошее качество связи.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ССС

Цифровые ССПС с шумоподобными сигналами:

Следующее поколение сотовых систем предусматривает использование цифровых ССПС, обладающих большим числом абонентов и высоким качеством передачи речевых сообщений и данных в цифровой форме.

Для повышения помехоустойчивости используются многопозиционное кодирование и шумоподобные сигналы (ШПС). Система CD900 используется как составная часть интегральной цифровой сети связи.

К системе CD900 на этапе разработки были предъявлены следующие требования:

- высокая пропускная способность для обслуживания большого числа подвижных абонентов (порядка 10S06T на сеть);

- высокая частотная эффективность использования отведенного диапазона частот;

- высокое качество передачи при высокой помехоустойчивости;

- большие функциональные возможности;

- обмен речевыми сообщениями и различного рода данными.

Современные ССС совмещают преимущества радиосвязи и телефонии, обеспечивая подвижные и стационарные объекты возможностью ведения телефонных переговоров и передачи данных.

Цифровые системы позволяют, кроме этих услуг, передавать на ПО и принимать от них телексные и факсимильные сообщения, графическую, медицинскую и др. виды информации. Доступ через ССПР к базам данных и сетям ЭВМ еще в большей степени расширяет возможности ПА в получении самой разнообразной информации.

Одним из основных достоинств ССПР является способность обеспечить высококачественной связью большое количество абонентов в условиях ограниченного частотного спектра. Решение этой проблемы основано на повторном использовании одних и тех же частот, разнесенных в пространстве. Таким образом, благодаря сотовому принципу построения систем связи в сочетании с цифровыми методами передачи информации достигаются высокая пропускная способность и частотная эффективность.

Кроме того, сотовые системы могут найти применение для обеспечения связью в короткие сроки новых районов застройки, а также абонентов, находящихся в труднодоступных районах.

Эффективным дополнением к существующим и перспективным ССПР являются спутниковые системы с сотовой структурой зон обслуживания.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. www.cio-world.ru

2. www.softline.ru

3. www.docsvision.ru

4. www.pbxlib.com

ССС - сотовая сеть связи

ЦС - центральная станция

БС - базовая станция

АБ - абонентская станция

ПО - подвижный объект