ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Учреждение образования

"ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ"

ВИТЕБСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра телекоммуникационных систем

СЕТИ И СИСТЕМЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Конспект темы

по дисциплине

«ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ»

для студентов специальности

2 - 45 01 03 – Сети телекоммуникаций

Минск

ВГКС

2008

УДК 621.396.93

ББК 32.88

С33

Рекомендовано к изданию филиалом кафедры

телекоммуникационных систем

14 января 2008, протокол № 6

Составитель Л. А. Варнава

Рецензент

М. С. Лис, преподаватель высшей категории кафедры телекоммуникационных систем

С33	Сети и системы сотовой связи : конспект темы по дисциплине «Основы построения систем и сетей телекоммуникаций» для студентов специальности 2 - 45 01 03 – Сети телекоммуникаций / сост. Л. А. Варнава. - Минск : ВГКС, 2008. – 35 с.

ISBN 978-985-6866-15-2.

Рассмотрены принцип построения сетей сотовой связи и состав оборудования с указанием его функционального назначения. Кратко изложены принципы множественного доступа, стандарты сотовой связи в РБ и перспективные системы мобильной связи.

Предназначено для студентов специальности 2 - 45 01 03 – Сети телекоммуникаций.

УДК 621.396.93

ББК 32.88

ISBN 978-985-6866-15-2 © ВГКС, 2008

ВВЕДЕНИЕ

Первые радиотелефоны использовали обычные фиксированные каналы, и, если один из них был занят, абонент вручную переключался на другой. С развитием техники радиотелефонные системы совершенствовались, уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала (trunking). Но возникла проблема - ограниченность частотного ресурса при огромной потребности в предоставлении услуг.

Выход был найден: обслуживаемая территория разбивается на небольшие участки, называемые сотами (cell). Каждая из ячеек обслуживается передатчиком с ограниченным радиусом действия и числом каналов. Это без помех позволяет повторно использовать те же самые частоты в другой ячейке, но удаленной на значительное расстояние. Теоретически их можно использовать в соседней ячейке. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться из-за различных факторов, например, изменения условий распространения радиоволн. В результате появляются взаимные помехи. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты.

За более чем 20-летний период развития сформировались три поколения систем сотовой связи (ССС) :

1) первое поколение - аналоговые системы;

2) второе поколение - цифровые системы;

3) третье поколение - универсальные системы мобильной связи.

В 1981 г. началась эксплуатация аналоговой ССС первого поколения стандарта NMT-450(Nordic Mobile Telephone) диапазона 450 МГц.

В 1983 г. в США была запущена сеть стандарта AMPS(Advanced Mobile Phone Service) в диапазоне 800 МГц. Этот стандарт широко используется в США, Канаде, Центральной и Южной Америке, Австралии и является среди аналоговых систем наиболее распространенным в мире.

Известны еще несколько аналоговых стандартов, появившихся в середине 80-х гг.:

- С-450, RTMS(Radio Telephone Mobile System) - для использования в диапазоне 450 МГц,

- Radiocom-2000- для использования в диапазонах 170, 200,

400 МГц,

- NTT- для использования в диапазоне 900 МГц. Все эти стандарты распространены в странах Европы.

Аналоговый способ передачи информации с помощью частотной модуляции (ЧМ) имеет ряд существенных недостатков:

- относительно низкая емкость из-за недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов,

- возможность прослушивания разговоров,

- отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий.

В 1982 г. Европейская конференция администрации почты и электросвязи (СЕРТ) создала специальную группу Group Special Mobile с целью разработки единого европейского стандарта цифровой сотовой связи в диапазоне 900 МГц. В 1992 г. в Германии система вступила в эксплуатацию. Позже была широко распространена во всем мире и GSMстали расшифровывать как Global System for Mobile Communications.

Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически, нашел применение в новом частотном диапазоне 1800 МГц. Для нее характерны более широкая рабочая полоса частот и меньшие размеры ячеек (сот), что позволяет строить сотовые сети значительно большей емкости.

Цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMA). Однако в июле 1993 г. в США был разработан стандарт системы сотовой связи на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access - CDMA). Одним из основных преимуществ этого стандарта является значительное увеличение емкости системы.

Операторами сети GSM (900 МГц) в Республике Беларусь являются

«Мобильные телесистемы» (МТС) и VELCOM. Стандарт CDMA используется оператором Бел Сел.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Свое название сети сотовой связи получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на некоторое число ячеек или сот (рисунок 1).

Рисунок 1- Организация сети сотовой связи

Ячейки обычно схематически изображают в виде правильных шестиугольников, которые имеют сходство с пчелиными сотами, это и послужило поводом назвать систему сотовой. Сотовая структура сети непосредственно связана с принципом повторного использования частот, согласно которому одни и те же частоты могут повторяться в ячейках, удаленных друг от друга на определенное расстояние. В центре каждой соты расположена базовая станция (БС), которая в пределах своей ячейки, обслуживает все подвижные станции. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой.

Коммутация каналов базовых станций осуществляется в центре коммутации (ЦК), который подключается к телефонной сети общего пользования (ТФОП) на правах оконечной или УПАТС.

В действительности ячейки никогда не бывают строгой геометрической формы. Реальные границы ячеек имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, т.е. от рельефа местности обслуживаемой территории, плотности застройки и других факторов. Кроме того, в пределах зоны уверенного приема часто имеют место области, в которых прием сигнала невозможен (теневые зоны). Соответственно положение базовой станции лишь приблизительно совпадает с центром ячейки, который сложно определить однозначно. Если на БС используются направленные антенны, то фактически оказываются на границах ячеек. В цифровых системах сотовой связи (например, GSM) используется понятие «система базовой станции» (СБС), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько базовых приемопередающих станций (БППС), как показано на рисунке 2.

Один контроллер может управлять несколькими БППС и 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. Три БППС, которые подключаются к одному общему КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный сектор, а шесть БППС с одним КБС - шесть 60-градусных секторов.

Рисунок 2 - Система базовой станции

СТРУКТУРА ЦЕНТРА КОММУТАЦИИ

Центр коммутации является «мозговым» центром и одновременно диспетчерским пунктом системы сотовой связи. На нем замыкаются потоки информации со всех БС. Через ЦК осуществляется выход на другие сети связи - телефонную сеть общего пользования, спутниковую сеть связи или на другие сотовые сети. В состав ЦК входит несколько процессоров (контроллеров), и он является типичным примером многопроцессорной системы.

Коммутатор осуществляет переключение потоков информации между соответствующими линиями связи. В частности, он может направить поток информации от одной БС к другой или от БС к стационарной сети связи либо, наоборот - от стационарной сети связи к требуемой БС.

Рисунок 3 - Структура центра коммутации

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку (упаковку/распаковку, буферное хранение) потоков информации. Общее управление работой центра коммутации и системы в целом производится от центрального контроллера, который имеет мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть (software). Работа центра коммутации предполагает активное участие операторов, поэтому в состав центра входят соответствующие терминалы, а также средства отображения и регистрации (документирования) информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

Важным элементом системы является база данных, в которую входят: домашний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации и регистр аппаратуры (последний имеется не во всех системах).

Домашний регистр (домашний регистр местоположения Home Location Register, HLR) содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны, так как при заключении договора на обслуживание для разных абонентов может быть предусмотрено оказание различного набора услуг. Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации его вызова, и регистрируются фактически оказанные услуги.

Гостевой регистр (гостевой регистр местоположения - Visit Location Register, VLR) содержит примерно такие же сведения об абонентах-гостях, т.е. об абонентах, зарегистрированных в другой сети сотовой связи, но пользующихся в настоящее время услугами связи в данной сети того же стандарта.

Центр аутентификации (Authentication Center, AUC) обеспечивает процедуры аутентификации (проверки подлинности) абонентов и шифрования сообщений.

Регистр аппаратуры (регистр идентификации аппаратур Equipment Identity Register, EIR) содержит сведения об эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправности и санкционированного использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например, являющиеся источниками помех недопустимо высокого уровня. Как и в базовой станции, в центре коммутации предусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая источник питания, процессоры и базы данных. Базы данных часто не входят в состав центра коммутации, а реализуются в виде отдельных элементов. Кроме того, устройство центра коммутации может быть различным в исполнении разных фирм-изготовителей. Если интерфейс между центром коммутации и базовыми станциями не соответствует общепринятому стандарту или такой общепринятый стандарт вообще отсутствует, возникает необходимость использовать базовые станции и центр коммутации одной и той же фирмы-изготовителя.

СТРУКТУРА БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

Для организации нескольких частотных каналов на БС имеется соответствующее число приемников и передатчиков, что позволяет вести одновременную работу на нескольких каналах с различными частотами. Группа приемников и передатчиков может подключаться к общей антенне. Однако чаще всего базовая станция имеет различные антенны на прием и на передачу. Для борьбы с многолучевым замиранием в некоторых системах используется метод разнесенного приема. В этом случае БС имеет две приемные антенны (рисунок 4).

Одноименные приемники и передатчики имеют общие опорные генераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой. Конкретное число N приемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации БС. Для обеспечения одновременной работы N приемников на одну приемную антенну между приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности на N выходов. Для работы N передатчиков с одной передающей антенной между ними устанавливается сумматор мощности на N входов.

Блок сопряжения с линией связи обеспечивает согласование оборудования БС с линией для передачи информации от контроллера на центр коммутации и наоборот. В качестве линии связи с ЦК обычно используется радиорелейная или ИКМ-линия, они не располагаются территориально в одном месте.

Контроллер БС представляет собой мощный компьютер, который обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.

Рисунок 4 - Структура базовой станции

Для обеспечения достаточной степени надежности многие блоки и узлы БС резервируются. В состав станции также включаются автономные источники бесперебойного питания (аккумуляторы). Так как аппаратура БС потребляет значительную мощность и выделяет большое количество тепла, в ней предусматривают специальные устройства охлаждения.

СТРУКТУРА ПОДВИЖНОЙ СТАНЦИИ

Подвижную станцию условно можно разделить на три основных блока (рисунок 5): 1) антенный блок; 2) блок управления 3) приемопередающий блок.

Рисунок 5 - Структура подвижной станции

Приемопередающий блок, в свою очередь, включает передатчик, приемник, синтезатор частот и логический блок.

Антенный блок включает собственно антенну – в простейшем случае четвертьволновой штырь – и коммутатор прием - передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на вход передатчика, либо на вход приемника, поскольку, как будет ясно из дальнейшего, подвижная станция цифровой системы никогда не работает на прием и передачу одновременно.

Блок управления включает микротелефонную трубку – микрофон и динамик, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифровыми и функциональными клавишами) служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции.

В состав передатчика цифровой подвижной станции входят следующие элементы:

• аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка и передача сигнала речи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро–аналогового преобразования;

• кодер речи осуществляет кодирование сигнала речи - преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам с целью сокращения его избыточности, т.е. с целью сокращения объема информации, передаваемой по каналу связи;

• кодер канала - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи; с той же целью информация подвергается определенной переупаковке (перемежению ); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока;

• модулятор - осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту.

Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков:

• демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала кодированный сигнал, несущий информацию;

• декодер канала выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет ее на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются; до последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке;

• декодер речи восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

• цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) преобразует принятый сигнал речи в аналоговую форму и подает его на вход динамика;

• эквалайзер служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случаях блок эквалайзера может отсутствовать.

Помимо собственно передатчика и приемника, в приемопередающий блок входят логический блок и синтезатор частот. Логический блок - это микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой подвижной станцией. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема используются различные участки спектра.

Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответственно блоки шифрования и дешифровки сообщений. В подвижной станции системы GSM предусмотрен специальный системный модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module- SIM). Подвижная станция системы GSM включает также так называемый детектор речевой активности (Voice Activity Detector) , который в интересах экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения ), а также снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем передатчике, включает работу передатчика на излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум.

В необходимых случаях в подвижную станцию могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 2467; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!