Выбор каналов для мобильных систем сотовой связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Камчатский Государственный Технический Университет

Кафедра судовождения, мореходный факультет

Выбор каналов для мобильных систем сотовой связи

Саранча Аркадий Михайлович

доцент, заведующий кафедры

АННОТАЦИЯ

Выбор каналов для мобильных систем сотовой связи и возникающие вместе с этим проблемы неинтересны обычным пользователям данных сетей, но работающим в этой отрасли инженерам приходится с ними не только сталкиваться, но и их решать. Некоторые вопросы в этой области характерны для любого вида радиосвязи, другие выделяют именно особенности сотовой связи и её повсеместного применения в условиях города.

Ключевые слова: сотовая связь, затухание сигнала, временные задержки сигнала, оптический кабель, скорость распространения сигнала, репитер, базовая станция

На сегодня сотовая связь самый распространённый вид мобильной связи, и является неотъемлемой частью жизни современного человека. По итогам 2018 года только в России число sim-карт составляло уже более 250 миллионов. Сотовая связь непрерывно развивается: с появления стандартов первого поколения связи в начале 1980-х, технологии дошли до 4G, технологии которого позволяют передавать данные со скоростью свыше 100Мбит/с для абонентов с высокой мобильностью и 1Гбит/с при низкой мобильности абонента. На 2018 год уже испытываются элементы будущего поколения 5G. Одним из главных преимуществ сотовой связи остаётся покрытие больших территорий при малой мощности передатчиков.

Кроме всего прочего, важно учитывать, что основное назначение данного вида связи - передача трафика реального времени, который не допускает длительных задержек. В рамках этой работы нельзя не затронуть такие повсеместные трудности как затухание сигнала, временные задержки и образование теневых зон.

С затуханием сигнала всё более-менее понятно. Оно рассчитывается по формуле:

L_дБ = 20lg4рr -- 20lgл -- D_1дБ -- D_2дБ

где r - расстояние между антеннами

л - длина волны

D_1дБ и D_2дБ - коэффициенты направленного действия антенн.

Рис.1 Сотовая связь - самый массовый и распространённый вид связи.

Таким образом, мощность передачи сигнала можно рассчитать заранее для необходимого расстояния передачи сигнала. Но препятствия на пути в виде различных зданий создают проблему для сотовой связи, что особенно чувствуется в условиях города. Это решается путем размещение особых внутриобъектовых базовых станций, которые специально предназначены для создания устойчивого покрытия внутри таких объектов как здания.

Следующей проблемой являются теневые зоны. С ними борются путём установки дополнительных базовых станций или специальных переизлучателей, называемых репитерами. И в том и ином случае возможен выход, показанный на рисунке 2.

Сложнее обстоит проблема с временными задержками. Телекоммуникационный сигнал, распространяется от источника по какому-либо каналу связи: электрический, оптический кабель или радиоэфир. При этом в зависимости от среды распространения и используемой частоты сигнал будет приходить к получателю с той или иной задержкой.

Рис. № 2. Антенна сотового сигнала.

Обычно борьбу с небольшими задержками (порядка нескольких сотен микросекунд или миллисекунд) ведут, вводя в структуру сигнала небольшие защитные интервалы. Однако если задержка вызвана переотражением или неоднородностью среды распространения, то она может начать изменяться и даже выходить за пределы защитного интервала. Это в свою очередь может привести к наложению двух соседних по времени посылок и потери части информации.

В общем случае существует метод построения и анализа взаимной функции неопределённости опорного и исследуемого сигналов:

? A(?t, f) = s (t)s (t ? ?t) exp(? j2 ?ft)dt

канал мобильный сотовый

Для узкополосных сигналов положение главного максимума функции неопределенности соответствует взаимной временной задержке и доплеровскому сдвигу между сигналами, при этом эффектами масштабирования спектра можно пренебречь. Однако для широкополосных сигналов функция неопределённости не позволяет точно компенсировать частотное смещение, поскольку сигналы каждого частотного канала характеризуются своим значением смещения несущей частоты. Для обработки сигналов систем связи с технологией расширения спектра также существует алгоритм оценки взаимной временной задержки.

Как известно, скорость распространения волны в однородной среде выражается через диэлектрическую и магнитную проницаемость материала внутреннего изолятора:

V=C vEd

Существует расхожее мнение, что разброс диапазона скоростей от коаксиального фидера до оптиковолокна и радиоэфира составляет от 3·10⁷м/с до 10⁸ м/с, что соответственно примерно в 30 и в 3 раза меньше скорости света в вакууме (2.9979·10⁸ м/с).

Рис. 3. Оптический кабель.

Произведём расчёты скорости распространения сигнала в коаксиальном и оптическом кабеле, согласно вышеуказанной формулы. Получаем, что распространения сигнала в медном кабеле составляет 2.7·10⁸ м/с. Оптоволокно имеет совершенно другую скорость распространения светового сигнала 2.14·10⁸ м/с. Как известно, скорость распространения электромагнитной волны в радиоэфире принято считать 2.9979·10⁸ м/с. Временная задержка распространения такой волны будет зависеть от свойств среды её распространения, т.е. от атмосферных явлений.

Итак, вопреки утвердившемуся мнению, мы убедились в том, что скорость распространения оптического сигнала в оптоволокне существенно ниже скорости распространения электрических сигналов в медных линиях связи и радиосигналов в атмосфере. Между тем, скорость распространения оптического сигнала в оптоволокне практически одинакова, с небольшим отклонением, но в целом значительно ниже скорости распространения электрических сигналов в медных линиях связи (~30%) и скорости распространения радиосигналов в атмосфере.

Скорость распространения радиосигнала в атмосфере самая высокая по сравнению с аналогичными значениями в проводных средах передачи. Разумеется, на неожиданный вывод это утверждение не похоже.

В итоге мы получаем предпочтение использования радиоэфира и медных линий связи. Конечно же, с точки зрения практики при решении задачи отдачи предпочтения тому или иному каналу передачи необходимо ориентироваться на цифры из каталогов производителей кабеля.

Однако, временные задержки могут оказывать не только вред, но и приносить пользу. В частности, в сотовой связи длительность задержки сигнала в радио интерфейсе может говорить о расстоянии, находящемся до объекта, т.е. мобильной станции (MS) абонента. Эта информация используется для подстройки мощности излучения передатчика. В стандарте GSM, например, максимальная дальность связи может достигать 35 км. Максимальное значение задержки (Timing advance) может быть равно 64 единицам. Таким образом, мы можем убедиться в том, что недостатки имеют и свои положительные стороны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иоргачёв Д.В., Бондаренко О.В. Волоконнооптические кабели и линии связи. -- М: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2002. - с. 27-34

2. Иванов А.Б. Волоконная оптика. -- М: САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - с. 132

3. Калягин А.М. Волоконно-оптические системы передачи. Курс лекций -- Новосибирск, 2006. - с. 78-87

4. Савин Е.З. Волоконно-оптическая линия связи на участке железной дороги. Методические указания к курсовому проектированию для студентов. -- ДГУПС, Хабаровск, 2010. - с. 12

5. Андреев Р.В., Прапорщиков Д.Е. Анализ зависимостей параметров хроматической дисперсии круглых слабонаправляющих оптических волокон от профиля показателя преломления//60-я Научная сессия, посвященная Дню радио. Секция оптоэлектроника и волоконно-оптические устройства. -- СПб.: ЗАО АВТЭКС, 2005.- с. 148

Размещено на Allbest.ru