Репитеры СПРВ и режимы их работы

В процессе развития практически любой из рассмотренных выше СПРВ как правило возникает необходимость расширения зоны ее действия. Наиболее простым способом достижения этой цели является увеличение выходной мощности пейджингового передатчика и/или действующей высоты передающей антенны. Однако это не всегда допустимо из-за ограничений по электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в данном районе. Кроме того, указанные меры зачастую не позволяют кардинально решить проблему из-за "затенения" некоторых участков различными зданиями или элементами рельефа местности. Чаще всего расширение зоны обслуживания достигается за счет использования в системе нескольких передатчиков, управление которыми осуществляется по принципу R-систем. При этом каждая базовая станция оборудуется пейджинговым репитером, структурная схема которого приведена на рисунке 3.

Репитер представляет собой автономное приемно-передаощее устройство, включающее блок питания, приемопередатчик и блок управляющей логики.

Рисунок 3 - Структурная схема репитера

Приемопередатчик совместно с блоком управляющей логики осуществляет прием сигнала от базовой станции (или другого репитера), обработку информации с коррекцией ошибок и повторную передачу принятого сигнала.

Репитер может функционировать в следующих режимах:

- ожидания и приема сообщений;

- повторения всех сообщений;

- повторения пакетов данных с указанием адреса репитера;

- повторения всех пакетов с передачей их конкретному репитеру;

- повторения пакетов с адресацией по субкодам;

- самодиагностики;

- донесения результата диагностики на указанный пейджер.

Режим ожидания и приема сообщений является основным. В указанный режим репитер переходит после повторения всех ранее принятых сообщений. При этом репитер ожидает поступления блока синхронизации, после приема которого, осуществляется прием синхрослова или его инверсии. Затем принимается и декодируется адрес репитера, передающего сообщение. После установления синхронизации осуществляется прием сообщений, исправление обнаруженных ошибок и запись их в запоминающее устройство (ОЗУ). Если в процессе приема сообщений происходит переполнение ОЗУ, то все ранее принятые сообщения стираются и репитер переходит в режим ожидания очередного блока синхронизации.

В этом же режиме репитер может принимать сообщения в виде одного цифрового пакета, а также многопакетные сообщения. В последнем случае после окончания приема первого пакета репитер ожидает поступления следующего в течение некоторого времени. Если в течение этого установленного интервала времени очередной пакет не поступит, то репитер переходит из режима приема в режим ожидания поступления новых сообщений. Особенностью многопакетного режима является то, что при поступлении в установленный временной интервал "постороннего" сообщения, передаваемого с другой скоростью или полярностью модуляции, оно будет принято и записано в ОЗУ до окончания приема многопакетного сообщения.

Режим повторения всех сообщений. В этом режиме после приема сообщения или последовательности пакетов, из которых оно состоит, принятое сообщение повторяется полностью, после чего репитер переходит в режим ожидания.

Режимповторения пакетов сообщений с адресом репитера используется, как правило, при большой протяженности трассы радиопередачи, В этом случае сообщения передаются только после приема начального блока синхронизации и декодирования адреса очередного репитера. При последующей передаче адрес приема (очередного репитера) заменяется на адрес отправки, что обеспечивает возможность передачи сообщения по цепочке репитеров, т.е.в этом режиме используется два набора адресов приема и передачи, при этомвторая пара называется адресами обратного канала и используется для донесения о состояния репитера.

В режиме повторения всех пакетов сообщений с передачей их конкретному репитеру первый в цепочке репитер осуществляет прием всех сообщений от базовой станции, игнорируя сообщения, поступающие от других репитеров системы, чьи адреса указаны в специальном перечне. Наличие данного режима работы обеспечивает возможность совместного использования оборудования различных производителей СПРВ и предотвращает "зацикливание" системы.

Режим повторения пакетов сообщении с адресацией но субкодам реализуется за счет присвоения каждому репитеру входного и выходного субкодов. В этом режиме работы репитер принимает сообщения от базовой станции или другого репитера. При совпадении субкода сообщения с входным субкодом репитера, поступившее сообщение передается с указанием выходного субкода репитера. В случае несовпадения субкодов сообщение не передается.

Режимы самодиагностики и передачи донесений о состоянии репитера на указанный пейджер являются технологическими и обеспечивают возможность осуществления дистанционного контроля за рабочими параметрами репитера.

В заключение необходимо заметить, что существующие репитеры могут работать в безадресном или только в одном из рассмотренных выше режимов.

Основные технические характеристики, обобщенные по множеству известных типов репитеров приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные технические характеристики репитеров

Параметр	Значение
Чувствительность приемника, мкВ	Не хуже 0,5
Стабильность частоты гетеродина	< 2,5 Е-6 в диапазоне рабочих частот
Ширина полосы пропускания по уровню – 3 дБ, кГц
Выходная мощность передатчика, Вт	До 50
Отклонение частоты	< 2,5 Е-6 в диапазоне рабочих частот
Ширина полосы излучения на уровне – 30 дБ
Количество программируемых рабочих каналов	До 99
Емкость ОЗУ, кБит	До 140
Напряжение питания, В	~ 220; 13,6
Потребляемая мощность, Вт	Не более 200
Наличие органов управления	Как правило, отсутствуют Управление дистанционное
Вес, кг	До 40
Рабочий диапазон температур, град.	-30… +60

5.4 Основные протоколы передачи информации в СПРВ

В настоящее время известно достаточно большое количество протоколов пейджинговой связи, первым из них появился TWOTONE. Указанный протокол предусматривал передачу от базовой станции радиосигнала, представляющего собой несущую, промодулированную двумя низкочастотными посылками фиксированной длины с. последующим приемом и выделением заданной адресом пейджера комбинации частот этих посылок. Этот протокол позволял передавать в эфир только сигнал вызова сильно ограниченному кругу пользователей. Поэтому на смену ему пришли более совершенные протоколы (FIVETONE и 5/6 TONE), построенные по принципу модуляции несущей разнотональными посылками. С внедрением данных протоколов появилась возможность реализации режима работы пейджера с низким энергопотреблением. Сущность этого режима состоит в передаче дополнительной посылки, обеспечивающей включение декодера пейджера только на время приема сообщения.

Дальнейшее развитие пейджинговых протоколов пошло по пути частотной модуляции несущей двоичными сигналами. Такой подход обеспечил возможность создания специализированного оборудования, использующего высокоскоростные и помехозащищенные цифровые протоколы доведения информации.

Однако эти протоколы имеют ряд существенных недостатков, поэтому в настоящее время на территории РФ получили наиболее широкое распространение протоколы POCSAG, ERMES и FLEX, которые будут рассмотрены ниже.

5.4.1 Протокол POCSAG

Этот стандарт был утвержден Международным союзом электросвязи (МСЭ) как международный в 1982г. Основными его достоинствами по сравнению с другими протоколами того времени являются: высокая скорость передачи информации, эффективный алгоритм обнаружения и исправления ошибок, большое число производителей оборудования. Для увеличения производительности СПРВ протокол обеспечивает скорость передачи информации 512, 1200 и 2400 бит/с.

Сообщения передаются в асинхронном режиме: пакет сообщения может стартовать в любой момент времени и длина его не определена.

Общая структура сигнала в формате POCSAG приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структура сообщений в форме POCSAG

Сигнал в формате POCSAG начинается с преамбулы, состоящей из 576 бит чередующихся 0 и 1. Преамбула служит для вывода приемного устройства (пейджера) из «спящего» состояния в режим «приема» и его тактовой синхронизации.

После преамбулы следует поток блоков, содержащих физические адреса пейджеров и тексты сообщений. Длина кодовой последовательности в формате POCSAG не определена, блоки следуют один за другим каждый со своим кодовым словом синхронизации – для подстройки синхронизации приемников (при передаче длинных сообщений).

Каждый блок состоит из 17-ти 32-битовых слов. Первое из них – слово синхронизации (фиксированная последовательность 32 бит: 0111 1100 1101 0010 0001 0101 1101 1000), далее идет последовательность из восьми двойных слов или кадров (фреймов), нумеруемых с 0-го по 7-ой.

Каждое 32-разрядное слово содержит 21 информационный бит и 11 избыточных (контрольных) бит, которые служат для определения и корректировки ошибок. Протокол предусматривает коррекцию ошибок по алгоритму БЧХ, при котором в одном 32-битном кодовом слове корректируется ошибка при приеме одного неверного бита (или двух, если расстояние между ними не превышает 6 бит), а возникновение от 2-х до 5-ти ошибок детектируется (т.е. это слово исключается и в большинстве моделей текстовых пейджеров эта часть обозначается скобками).

В зависимости от функционального назначения блоки делятся на адресные, в которых передается физический адрес пейджера, и информационные, содержащие текст сообщения.

Основное отличие протокола POCSAG от других протоколов пейджинговой передачи заключается в способе приема содержащегося в начале каждого пейджингового сообщения физического адреса пейджера - кэпкода (CapCode), которому оно адресовано. Все возможные 2 млн. физических адресов разбиты на 8 групп, соответствующие 8 кадрам (frames) адресного блока.

Адресный блок состоит из адресного кодового слова и предшествующих "пустых" слов (специальные фиксированные 32-битовые последовательности) и формируется следующим образом: физический адрес пейджера делится на 8. Остаток от деления дает номер фрейма, в первое слово которого записывается частное от деления. Во все предыдущие фреймы записываются "пустые" слова (специальные фиксированные 32-битовые последовательности: 0111 1010 1000 1001 1100 0001 1001 0111), а все оставшиеся до конца адресного блока слова пропускаются, т.е. сразу за адресным словом начинается следующий блок. Фактически остаток от деления является номером интервала времени (кадра - frame), в котором данный пейджер будет вести прием и распознавание своего номера.

Пейджер принимает только кадры, соответствующие его адресу. Это позволяет в восемь раз увеличить адресную емкость системы и значительно повысить срок службы элементов питания.

Информационный блок служит для передачи цифровой и алфавитно-цифровой информации на пейджер, заданный адресным блоком. Он содержит слово синхронизации, информационные слова, и, если сообщение закончилось, "пустые" слова до конца блока.

Увеличение скорости передачи сообщений ведет к увеличению пропускной способности системы, однако, при этом снижается устойчивость к помехам, а главное - снижается чувствительность радиоприема, т.е. фактически - радиус рабочей зоны приема сообщений. Для подавляющего большинства пейджеров чувствительность в зависимости от скорости передачи равна следующим значениям: 512 бит/с - 5 мкВ/м; 1200 бит/с - 7 мкВ/м; 2400 бит/с - 9 мкВ/м.

5.4.2 Протокол FLEX

Протокол пейджинговой связи FLEX разработан формой Motorola. Основным достоинством этого протокола является высокая скорость передачи данных - 1600, 3200 и 6400 бит/с, а, следовательно, высокая пропускная способность. Так, если в стандарте POCSAG ресурс частоты составляет 10-15 тысяч абонентов, то во FLEX-системах ресурс частотного канала лежит в пределах 20-80 тысяч абонентов. В отличие от протокола POCSAG протокол FLEX использует синхронную передачу данных, т.е. синхронизация передатчика и приемника производится по абсолютному значению времени.

Структура формата FLEX приведена на рис. 5.

При скорости 1600 бит/с используется 2-уровневая частотная модуляция. При скорости 3200 бит/с может использоваться как 2-уровневая, так и 4-уровневая частотная модуляция. При скорости 6400 бит/с используется 4-уровневая частотная модуляция. Значения девиации для различных двоичных данных при 2-уровневой и 4-уровневой частотной модуляции приведены на диаграмме рис. 6.

Данные в протоколе FLEX формируются в кадры, которые передаются последовательно со скоростью 32 кадра в минуту (1,875 с на кадр). Полный цикл протокола FLEX состоит из 128 кадров, которые нумеруются от 0 до 127, и передаются ровно 4 минуты. Каждый час делится на 15 циклов, пронумерованных от 0 до 14.

Так как протокол FLEX является синхронным, для его синхронизации используются сигналы точного времени, передаваемые в начале каждого часа в кадре 0 цикла 0. При передаче этого кадра осуществляется синхронизация приемников.

Каждый кадр протокола FLEX передается 1,875 с и состоит из блока синхронизации (115 мсек) и 11 информационных блоков (но 160 мс на блок).

Рисунок 5 - Структура формата FLEX

Блок синхронизации обеспечивает синхронизацию кадра и настройку пейджеров (фрагменты "Синхрон. 1" и "Синхрон.2"), а также несет информацию о номере цикла и кадра (фрагмент "Кадр инфо").

Рисунок 6 - Значения девиации для различных двоичных данных

Информационные блоки содержат служебную информацию, адресное поле, задающее адреса пейджеров, которым адресованы сообщения, векторное поле, указывающее, где расположены сообщения в поле сообщений и их длина, и непосредственно поле сообщений, содержащее сами сообщения. Последовательность расположения полей в кадре показана на рис. 7.

Рисунок 7 - Последовательность расположения полей в кадре FLEX

Поля не привязаны к границам блока. Порядок расположения адресов пейджеров в адресном поле должен соответствовать порядку расположения векторов в векторном поле. Адреса пейджеров могут задаваться одним кодовым словом (короткий адрес), поддерживая при этом до 2 миллионов адресов, или двумя кодовыми словами (длинный адрес), поддерживая до 5 миллиардов адресов.

При кодировании информации используется код БЧХ, позволяющий восстанавливать единичные ошибки передачи данных. Кроме того, используемая в протоколе последовательность передачи сформированных бит информации позволяет восстанавливать принятые данные при пропадании сигнала на интервале до 10 мс.

К достоинствам протокола FLEX следует отнести:

- повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропускную способность на один частотный канал;

- возможность поддержания большого количества адресов (до 5 миллиардов);

- улучшенные характеристики помехоустойчивости канала передачи;

- обеспечение энергоэкономичного режима работы пейджеров;

- возможность совместной работы с другими протоколами.

5.4.3 Протокол ERMES

Протокол ERMES был разработан как общеевропейский протокол пейджинговой связи.

К достоинствам протокола ERMES следует отнести следующее:

- повышенную скорость передачи данных, а, следовательно, повышенную пропуски способность на один канал;

- обеспечение энергоэкономичного режима работы пейджеров;

- возможность передачи произвольного набора данных объемом до 64 Кбит;

- возможность удобной организации роуминга во всех регионах, охваченных сетью ERMES

Для функционирования СПРВ по протоколу связи ERMES выделяется единый диапазон частот (или его часть) 169,4-169,8 МГц, в котором организуются 16 частотных каналов c разносом частот в 25 кГц. Для приема сигнала используются сканирующие по частоте абонентские приемники (пейджеры). Скорость передачи данных составляет 6,25 кбит/с.

Системы персонального радиовызова на базе протокола ERMES обеспечивают следующие услуги:

- передачу цифровых сообщений длиной до 1600 знаков;

- передачу буквенно-цифровых сообщений длиной до 9000 символов;

- передачу произвольного набора данных объемом до 64 Кбит;

- возможность приема вызова и сообщений одним унифицированным приемником (пейджером) во всех странах, входящих в объединенную СПРВ ERMES.

Структура протокола ERMES приведена на рис. 8.

Рисунок 8 - Структура протокола ERMES

Каждый час передается 60 циклов по одной минуте каждый. Каждый минутный цикл содержит 5 последовательностей по 12 с. Каждая из последовательностей включает в себя 16 типов групп, которые обозначаются буквами латинского алфавита от А до Р. Каждая группа имеет длину 0,75 с и состоит из четырех блоков: синхронизации; служебной информации; адреса; информационного сообщения.

Порядок расположения групп внутри последовательности для каждого частотного канала свой и устроен так, что позволяет пейджеру в пределах последовательности просмотреть свою группу в режиме сканирования на всех 16 частотах.

Протокол ERMES использует помехоустойчивое кодирование передаваемой информации с прямой коррекцией ошибок (FEC), циклический код (30, 18), кодовое расстояние Хемминга - 6.

Приемники персонального вызова (пейджеры) в системе ERMES работают следующим образом. Находясь в зоне приема "своей" базовой станции пейджер принимает сообщения на ее частоте. При попадании в другой регион пейджер, не "слыша" сигнал на своей частоте, переходит в режим сканирования по каналам ERMES и, обнаружив сигнал, начинает принимать информацию на частоте базовой станции данного региона.

Протокол RDS

Протокол RDS (Radio Data System) получил путевку в жизнь в начале 90-х годов в качестве многофункционального формата передачи данных, как на адресные, так и на безадресные приемники. Принцип передачи данных основан на уплотнении сигнала вещательной станции, работающей в FM и УКВ диапазонах. Передача данных происходит путем замешивания в комплексный стереосигнал на поднесущей частоте 57 кГц с девиацией ±2 кГц частотно-модулированного сигнала RDS. Спектр суммарного сигнала показан на рис. 9 (где А и В - сигналы левого и правого каналов стереовещания).

Рисунок 9 - Спектр суммарного сигнала

Помимо пейджинговых сообщений, формат RDS позволяет передавать на радиприем-ники с декодером сигнала RDS различную текстовую информацию в виде неподвижной или бегущей строки - это может быть название принимаемой радиостанции, темп музыки, рекламные тексты. Более того, радиоприемник, при переезде из одного города или области в другие, может сам настраиваться на требуемую радиостанцию или выбранный тип передачи (классическая музыка, рок, известия и пр.) и, при передаче экстренных сообщений, переключаться из других режимов (проигрывание компакт-дисков и аудиокассет) на прием.

Протокол RDS рассчитан на работу с фиксированной скоростью 1187 бит/с и имеет структуру, показанную на рис.10.

Самый большой элемент в структуре формата называется "группой" и содержит 104 бита информации. Каждая группа включает в себя 4 блока по 26 битов каждый. Блок состоит из 16-разрядного информационного слова и 10-разрядного контрольного слова. Передача данных полностью синхронна и не имеет разрывов между группами или блоками. Информационное слово служит непосредственно для передачи данных. Контрольное слово - для синхронизации и исправления ошибок.

Информационные слова группы RDS содержат следующую информацию.

Группа начинается с 16-разрядного, так называемого Pi-кода (Program Identification), индивидуального для каждой страны, который является признаком RDS передачи, и, соответственно, страны, в которой эта передача ведется.

Следующие пять бит (начало второго блока) определяют тип передачи данных: радиотекст, передача времени и даты, радиопейджинг и пр.

Один бит (бит ТР - Traffic program) управляет переключением радиприемника из режима проигрывания аудиокассеты или CD-диска в режим приема при передаче важных информационных сообщений. Следующие 5 бит формируют название программы, которое высвечивается на дисплеи радиоприемника при приеме вещательной станции. Это могут быть новости (News), спортивная информация (Sport), типы передаваемой музыки (например Rock, Jazz, Classic) и т.д.

Далее идет (последние 5 бит второго информационного слова) 5-ти разрядный адресный код AC (Address Code), который определяет местоположение данных передаваемых сообщений и команд, в том числе и адрес пейджерного приемника.

Рисунок 10 - Структура формата RDS

При передаче пейджингового сообщения тип передачи данных задается как 01110, а адрес пейджера и само сообщение передаются в нескольких последовательных группах и занимают в каждой группе два последних блока. Первоначально следует адрес пейджера, а затем символы самого сообщения.

В организации передачи пейджингового сообщения участвуют и другие RDS группы предназначенные для передачи времени и даты, а также синхронизации RDS приемников. Синхронизирующая метка передается каждую секунду, а время и дата - каждую минуту.

Стандарт RDS рассчитан для одновременной поддержки 4 пейджинговых сетей. Поскольку формат RDS "не привязан" к конкретной частоте, а работает в диапазоне частот (FМ/УКВ), пейджер для своей настройки производит сканирование всего диапазона. После настройки на одну частоту вещательной станции в течение 1 с происходит синхронизация приемника, в течение 2 с определяется код страны и признак сети пейджинга. Если они не соответствуют кодам, хранящимся в памяти пейджера, то он настраивается на волну другой радиостанции. После нахождения своей сети пейджер в течение 15 с переходит в режим экономии батарейки. Организация экономии расхода электроэнергии достигается за счет активизации приемника в отдельные интервалы времени, определяемые его индивидуальным номером, и аналогична подобной организации в стандарте POCSAG. Специфика RDS-стандарта - уплотне­ние сигнала вещательной станции - позволяет операторам связи в большинстве случаев с меньшими капиталовложениями, чем для других систем, развернуть СПРВ. Экономия объясняется отсутствием расходов на частотное присвоение, антенно-фидерное устройство и передатчик, которые являются весьма дорогостоящим оборудованием. Расходы же состоят из арендной платы за поднесущую 57 кГц, стоимости кодера RDS и организации диспетчерской.

Зона покрытия RDS пейджинга при эксплуатации наиболее широко распространенных RDS-пейджеров Nokia, Infotelecom, Matador на 10-20% меньше зоны устойчивого приема самой вещательной станции и имеет, как правило, радиус в несколько десятков км. Для выравнивания зон вещания и RDS пейджинга, а также уменьшения ошибок при передаче пейджинговых сообщений, обусловленных взаимным влиянием спектров вещательного и RDS сигналов, в передающий тракт включают аудиопроцессор.

Аудиопроцессор осуществляет компрессию сигнала, а также ограничение по частотному диапазону, подавляя высокочастотные компоненты (выше 15 кГц) спектра вещательного сигнала левого и правого каналов. Это исключает наложение спектра сигнала КСС на спектр RDS. В качестве аудиопроцессоря на российском рынке широко используется процессоры американской фирмы SRL марки SMP-850.

Дальнейшим развитием системы RDS является система голосового пейджинга Моbi DARC.

Центральной частотой передачи пейджинга здесь выбрана частота 76 кГц. Система MobiDARC не оказывает влияния на передаваемую аудиоинформацию, а также на другие системы передачи данных на поднесущей (RDS с центральной частотой 57 кГц). Канальная скорость передачи данных - 16 кбит/с (эффективная скорость - 1200 бит/с). Удельная емкость системы голосового пейджинга - 35000 абонентов на одну частоту из расчета 1,5 сообщений в день длительностью 45 с для каждого абонента.

6 Литература

6.1 Соловьев А.А. Пейджинговая связь. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.

Практическая работа № 3

«Изучение общих принципов организации систем подвижной связи»

1 В результате выполнения работы студент должен

знать:

- общие принципы построения систем подвижной связи;

- основные стандарты сотовых систем связи.

уметь:

- применять принципы повторного использования выделенного ресура частот.

2 Содержание работы

Цель работы: Изучение общих принципов построения и организации систем подвижной радиосвязи.

3 Направляющие вопросы

3.1 Дайте понятие частотно-территориального плана.

3.2 Что называется кластером?

3.3 Как влияет коэффициент повторного использования частот на емкость сети?

3.4 Поясните понятие интеллектуальная антенная система.

3.5 В чем отличие микросотовых сетей подвижной связи от макросотовых сетей?

3.6 Поясните процедуру «ведение абонента», «роуминг».

3.7 Назначение каналов трафика и управления.

3.8 Поясните назначение центра коммутации.

3.9 Назначение интерфейсов в сетях сотовой связи.

4 Рабочее задание

4.1 Ознакомиться с общими принципами построения систем подвижной радиосвязи. Изучить основные стандарты сотовых систем связи, дать их характеристику:

Вариант А – стандарт GSM;

Вариант Б – стандарт ADC;

Вариант В – стандарт JDC.

Номер варианта задается преподавателем.

4.2 Изучите особенности построения цифровых ССПС с макросотовой структурой. Приведите значения количества каналов N на соту для ССПС различных стандартов при разных коэффициентах повторного использования частот. Сделайте вывод.

4.3 Изучите и перечислить основные категории каналов, предусмотренные в ССПСЭ.

5 Указания по выполнению работы

В разных источниках используется различное название систем мобильной связи, в данном случае будем использовать два названия: сотовые системы мобильной связи (ССМС) и сотовые сухопутные подвижные системы электросвязи (ССПЭ).

5.1 Основные стандарты ССПС

Развитие в 70-х годах сотовых систем подвижной связи и их внедрение решили проблему экономии спектра радиочастот путем многократного использования выделенного частотного ресурса при пространственном разнесении приемопередатчиков с совпадающими рабочими частотами. Сотовая топология позволила многократно увеличить емкость телекоммуникационных сетей по отношению к сетям радиальной структуры без ухудшения качества связи и расширения выделенной полосы частот. Однако, внедрение систем сотовой подвижной связи (ССПС) началось после того, как были найдены способы определения текущего местоположения подвижных абонентов и обеспечения непрерывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.

Известны девять основных стандартов аналоговых ССПС. Один из них NMT-450 принят в качестве федерального стандарта для России. На его основе созданы ССПС в Москве ("Московская сотовая связь"), Санкт-Петербурге ("Дельта-Телеком") и других городах.

Однако, аналоговые ССПС уже не удовлетворяют современному уровню развития информационных технологий из-за многочисленных недостатков, главные из которых: несовместимость стандартов; ограниченная зона действия; низкое качество связи; отсутствие засекречивания передаваемых сообщений и взаимодействия с цифровыми сетями с интеграцией служб (ISDN) и пакетной передачи данных (PDN).

В последние годы из-за ограниченных возможностей стандартов NMT-450 и NMT-900 во всем мире наблюдается снижение роста числа их пользователей.

В 80-х годах в Европе, Северной Америке и Японии приступили к интенсивному изучению принципов построения перспективных цифровых ССПС и сегодня уже разработаны три стандарта таких систем с макросотовой топологией сетей и радиусом сот до 35 км: общеевропейский стандарт GSM, принятый Европейским институтом стандартов в области связи (ETSI); американский стандарт ADC (D-AMPS), разработанный Промышленной ассоциацией в области связи (TIA); японский стандарт JDC, принятый Министерством почт и связи Японии.

Общеевропейский стандарт GSM - первый в мире стандарт на цифровые ССПС, который предусматривает их создание в диапазоне 900 МГц и является основой стандарта ССПС DCS 1800 (диапазон 1800 МГц) с микросотовой структурой, принятого в настоящее время в Европе. Стандарт GSM реализуется в настоящее время в Северной Америке в диапазоне 1900 МГц (PCS-1900).

Указанные выше стандарты на цифровые ССПС отличаются своими характеристиками. Они построены на единых принципах и концепциях и отвечают требованиям современных информационных технологий (табл. 1).

Таблица 1

Стандарт GSM - результат фундаментальных исследований ведущих научных и инженерных центров Европы. Разработанные в GSM системные и технические решения могут использоваться для всех перспективных цифровых ССПС. В первую очередь, к таким решениям относятся: построение сетей GSM на принципах интеллектуальных сетей; распространение модели открытых систем на ССПС; внедрение новых, более эффективных, моделей повторного использования частот; применение временного разделения каналов связи (ТDМА); временное разделение режимов приема и передачи пакетированных сообщений; использование эффективных методов борьбы с замираниями сигналов, основанных на частотном разнесении, путем применения режима передачи с медленными скачками по частоте (SFH) и тестирования канала связи с помощью псевдослучайной последовательности, известной в приемнике; применение блочного и сверточного кодирования в сочетании с прямоугольным и диагональным перемежением; программное формирование логических каналов связи и управления; использование спектрально-эффективного вида модуляции (GMSK); разработка высококачественных низкоскоростных речевых кодеков; шифрование передаваемых сообщений и закрытие данных пользователей.

Принципиально новым шагом в развитии ССПС было принятие для GSM концепции интеллектуальной сети и модели открытых систем (OSI), одобренных международной организацией стандартов.

Американский стандарт ADC (D-AMPS) разрабатывался для отличных от Европы условий; диапазон частот 800 МГц и работа в общей с существующей аналоговой ССПС AMPS полосе частот. В этом случае для цифровой ССПС необходимо было сохранить частотный разнос каналов 30 кГц, используемый в AMPS, и обеспечить одновременную работу абонентских радиостанций как в аналоговом, так и в цифровом режимах. Применение специально разработанного речевого кодека (VSELP), имеющего скорость преобразования речевого сигнала 8 кбит/с, и цифровой дифференциальной квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом p/4 позволило в режиме ТDМА организовать три речевых канала на одну несущую с разносом канальных частот 30 кГц (табл. 1).

Японский стандарт JDC во многом совпадает с американским. Основные отличия заключаются в использовании другого частотного диапазона, дуплексного разноса полос частот приема и передачи 55 МГц при разносе каналов 25 кГц. Стандарт JDC адаптирован также к диапазону 1500 МГц (табл. 1).

Все стандарты цифровых ССПС обеспечивают взаимодействие с ISDN и PDN. Принятые технические решения гарантируют высокое качество передаваемых сообщений в режимах открытой или закрытой (засекреченной) передачи.

5.2 Общие принципы построения сотовой сухопутной подвижной системы электросвязи

5.2.1 Основные понятия

Главные элементы сотовой сухопутной подвижной системы электросвязи (ССПСЭ) - это центр коммутации подвижной службы (ЦКПС), а также станции (БС и АС). Все БС соединены со своим ЦКПС стационарными линиями связи (кабельными, радиорелейными и др.), а все ЦКПС сети - стационарными линиями с транзитными коммутаторами ТФОП и обмениваются информацией по общему каналу сигнализации ОКС 7.

Сотовые сухопутные подвижные системы электросвязи строят на основе частотно- территориальных планов (ЧТП). При составлении ЧТП обслуживаемую территорию разделяют между базовыми станциями. Если на БС используется всенаправленная антенна, то граница территории, которую обслуживает одна БС, - окружность, в центре которой располагается БС (рис. 1.1,а). Границы трех соседних окружностей пересекаются в одной точке. Соединив точки пересечения окружностей, уточним границы территории, которую обслуживает каждая БС. Получается шестиугольник - сота.

Итак, сота - это территория, обслуживаемая одной БС при всенаправленных антеннах. Каждая БС поддерживает радиосвязь с абонентскими станциями, находящимися в своей соте. Во избежание взаимных помех соседние БС работают на разных частотах. Каждой соте присваивается частотная группа и для всей ССПСЭ составляется частотно- территориальный план.

Основой ЧТП является кластер. Кластер образован совокупностью соседних сот, в которых используются разные частотные группы. Частотные группы внутри кластера не повторяются. Число таких сот в кластере называется его размерностью. Все частотные каналы системы делят между БС, входящими в один кластер.

Рис. 1.1. Сотовые структуры: а — регулярная; б — секторная

Сотовая структура может быть двух типов:

- регулярная, использующая всенаправленные антенны (рис. 1.1,а);

- секторная на основе направленных антенн (рис. 1.1,б).

В качестве направленных антенн на БС используются секторные антенны. Получили распространение секторные антенны с шириной главного лепестка ДНА (a), равной 60, 90 или 120°. На рис. 1.1,б показаны соты с секторными антеннами при a = 120°. В этом случае сота делится на три сектора А, В, С. В каждом секторе устанавливается своя БС, причем в центре соты каждая БС работает на своей частоте. Частотные группы обозначены 1 А, 1В, …

5.2.2 Особенности построения цифровых ССПС с макросотовой структурой

Принципы построения цифровых ССПС позволили применить при организации сотовых сетей новые более эффективные модели повторного использования частот, чем в аналоговых сетях. В результате без увеличения общей полосы частот системы связи значительно возросло число каналов на соту. В первую очередь, сказанное относится к стандарту GSM. Вид модуляции, способы кодирования и формирования сигналов в каналах связи, принятые в GSM, обеспечивают прием сигналов с отношением сигнал/помеха С/I = 9 дБ, в то время как в аналоговых системах тот же показатель равен 17-18 дБ. Поэтому передатчики базовых станций (BTS), работающие на совпадающих частотах, могут размещаться в более близко расположенных сотах без потери высокого качества приема сообщений.

Первыми моделями повторного использования частот, которые применялись в аналоговых ССПС, были модели с круговыми диаграммами направленности (ДН) антенн базовых станций. В сетях цифровых ССПС для сот с круговой ДН антенн применяют модель повторного использования частот, включающую 7 или 9 сот. На рис. 2 показана модель повторного использования частот для семи сот. Модель с круговой ДН антенн предполагает передачу сигнала БС одинаковой мощности по всем направлениям, что для абонентских станций эквивалентно приему помех со всех направлений.

Эффективным способом снижения уровня соканальных помех, то есть помех по совпадающим частотным каналам, может быть использование секторных антенн. В секторе направленной антенны сигнал излучается в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Секторизация сот позволяет более часто повторно применять частоты в сотах при одновременном снижении уровня помех. Общеизвестная модель повторного использования частот в секторизованных сотах включает три соты и три БС.

Самую высокую эффективность использования полосы частот, то есть наибольшее число абонентов сети в выделенной полосе частот, обеспечивает разработанная фирмой Motorola (США) модель повторного использования частот, включающая две БС. Как следует из схемы, показанной на рис. 3, каждая частота используется дважды в пределах модели, состоящей из четырех БС. Благодаря этому каждая из четырех БС в пределах действия шести 60-градусных антенн может работать на 12-ти группах частот.

Например, в сети GSM с общей полосой 7,2 МГц (36 частот), модель повторного использования частот двумя БС позволяет на одной БС одновременно применять 18 частот (в модели с тремя БС таких частот 12). Емкость сети возрастает на 50%, однако для обеспечения прежнего значения вероятности блокировки канала связи необходимо снижение этого показателя до 40%.

В любой ССПС емкость сетей зависит от количества каналов связи в соте N, которое, например, для стандартов с временным разделением каналов определяется выражением:

где F - полоса частот ССПС;

- эквивалентная полоса частот, приходящаяся на один речевой канал;

– полоса частот одного радиоканала;

n - число временных позиций в ТDМА кадре;

- число речевых каналов связи;

k - коэффициент повторного использования частот.

В таблице 2 приведены значения количества каналов N на соту для ССПС различных стандартов при разных коэффициентах повторного использования частот. Как следует из этой таблицы, при одинаковой полосе частот ССПС наибольшее число каналов на соту и, следовательно, наибольшая емкость сетей может быть реализована в стандартах GSM и JDC в полускоростном канале связи. Внедрение полускоростного канала в сетях связи GSM ожидается в ближайшее время после завершения разработки речевого кодека со скоростью преобразования речи 6,5 кбит/с.

Структура сот и схемы повторного использования частот разрабатывались при условии, что местоположение подвижного абонента заранее неизвестно и непредсказуемо. В отличие от этой концепции в настоящее время развивается новое направление в подвижной связи, основанное на использовании интеллектуальных антенных систем, автоматически перестраивающих свои диаграммы направленности на источник излучения сигнала.

Таблица 2

Рис.2. Модель повторного использования Рис.3.Модель повторного использования

частот для семи сот. частот, включающая две БС.

Интеллектуальные антенные системы разрабатываются и применяются уже много лет, однако их реализация до последнего времени в коммерческих системах была не выгодна до появления дешевых сигнальных процессоров, удобных к реализации алгоритмов управления диаграммой направленности антенн, разработанных применительно к цифровым сотовым системам связи со своей структурой логических каналов управления.

В настоящее время развиваются два способа построения интеллектуальных антенных систем, основанных на коммутировании лучей и адаптации диаграммы направленности. Оба способа основаны на увеличении коэффициента усиления антенны в направлении на абонентскую станцию, причем только адаптивные антенны обеспечивают максимальный коэффициент усиления и минимальный уровень соканальных помех.

Интеллектуальная антенная система состоит из нескольких антенн, объединенных электронной схемой с фазовыми и амплитудными анализаторами. В результате анализа принимаемых сигналов, поступающих на различные элементы антенны, вычисляется направление оптимального приема. Сигнальный процессор в реальном масштабе времени формирует суммарную диаграмму направленности антенн на источник излучения с учетом частоты принимаемого сигнала и некоторых других параметров.

Результаты исследований показали, что при граничном значении вероятности блокировки вызова 0,01 использование адаптации диаграммы направленности антенной системы позволяет увеличить нагрузку в системе связи до шести раз по отношению к обычной системе ТDМА.

Практическая реализация интеллектуальных антенных систем представляется весьма перспективной для сотовой связи независимо от стандарта GSM, DECT и т.д. Их применение на практике не будет требовать уменьшать размеры сот при возрастании нагрузки. Увеличение емкости сети сотовой связи может в этом случае обеспечиваться внедрением новых аппаратных средств и соответствующего программного обеспечения.

При включении АС выполняется определение ее местоположения и выделение для нее рабочих частот. При пересечении станцией границы соты сеть передает абонента дру­гой БС, при этом на АС производится автоматическая смена рабочих частот. Ведение абонента включает несколько функций. Одна из них - эстафетная передача АС от одной БС к другой при движении абонента с включенной АС. Другая функция - переключение частотных каналов внутри одной соты, например, при поражении сигнала рабочего канала помехой. Наконец, при перегрузке соты ЦКПС может передавать абонентскую станцию другой БС, имеющей свободные частотные каналы. Процедура «ведение абонента» часто называется процедурой эстафетной передачи (ПЭП). Ее называют также хэндовер или хэнд-офф (от англ, handover или амер. hanhd-off). Решение о выполнении ПЭП обычно принимает ЦКПС на основании результатов измерений, сделанных на АС и БС. На станциях измеряются уровни принимаемых сигналов, отношение сигнал-шум в канале и другие параметры. Эти результаты передаются на ЦКПС по каналам управления. Измеренные параметры используются также для регулирования мощности АС.

5.2.3 Роуминг. Если АС находится вне области обслуживания своего ЦКПС, то при ее включении выполняется процедура роуминга. Эта процедура предусматривает определение местоположения АС вне «собственной» зоны обслуживания и предоставление абонентской станции каналов связи при перемещении абонентов в пределах сети. Роуминг возможен между ЦКПС сети и между странами. Роуминг бывает автоматический и заказной.

5.2.4 Каналы трафика и управления.

В ССПСЭ предусмотрены две основные категории каналов:

• каналы трафика (или линейные каналы), предназначенные для передачи речи и данных (англ, аббревиатура ТСН);

• каналы управления, которые используются для сигнализации и управления, включая ведение абонента (англ, аббревиатура ССН).

Наличие каналов для ведения абонента отличает ССПСЭ от неподвижных систем радиосвязи с сотовой структурой, например от цифровых радиорелейных линий (ЦРРЛ) со структурой «точка - много точек».

Следующий шаг развития сотовых систем подвижной связи после введения цифровой технологии - переход к микросотовой структуре сетей. При радиусе сот несколько сотен метров их емкость может быть увеличена в 5-10 раз по сравнению с макросотами. Кроме того, возможно применение абонентских радиостанций существующих стандартов цифровых ССПС наряду с портативными маломощными абонентскими радиостанциями, служащими основой для создания систем персональной связи (PCS).

Микросотовая структура ССПС органически сочетается с макросотами. Микросоты строятся на основе БС небольшой мощности, обслуживающих участки улиц, помещения в зданиях (магазины, аэропорты, вокзалы и т.д.). Микросотовая структура может рассматриваться как развитие оборудования макросотовой базовой станции, с управлением единым контроллером и с взаимным соединением при помощи линий со скоростью передачи 64 кбит/с. Микросоты берут на себя нагрузку от медленно перемещающихся абонентов, например, пешеходов и неподвижных автомобилей.

Принципы построения создаваемых микросотовых сетей подвижной связи отличаются от существующих для макросотовых сетей. К таким отличиям относятся отсутствие частотного планирования и "эстафетная передача" (handover).Первое отличие связано с тем, что в условиях микросот трудно спрогнозировать условия распространения радиоволн и дать оценку уровня соканальных помех. В этом случае практически невозможно применять принципы частотного планирования в микросотах. Кроме того, фиксированное распределение каналов приводит к низкой эффективности использования спектра частот. По данным причинам в микросотовых сетях связи действует процедура автоматического адаптивного распределения каналов (АРК) связи, реализованная, например, в европейском стандарте DECT на цифровые системы беспроводных телефонов общего пользования.

Преимущества АРК особенно заметны при рассмотрении емкости сетей связи, так как тогда практически отсутствуют потери эффективности использования соединительных линий, а возможность повторного задействования канала зависит от среднего уровня помех, а не от максимального.

Что касается второго отличия, то в микросотовых сетях в процессе обычного телефонного соединения число переключений между БС возрастает, и для обеспечения непрерывности связи необходимы новые быстродействующие алгоритмы переключения (handover).

В существующих цифровых ССПС применяют так называемые алгоритмы принудительного переключения, относящиеся к классу распределенных алгоритмов, которые работают значительно быстрее, чем централизованные алгоритмы аналоговыхССПС. В микросотовой структуре нет необходимости нагружать сеть измерением уровня радиосигнала для принятия решения о переключении. Функции измерения переданы подвижной станции, которая передает его результаты на БС. В процессе переключения не требуется синхронизировать БС. Центр коммутации подвижной связи не задействуется до тех пор, пока не будет выполнено фактическое переключение.

Микросотовая структура используется при реализации сетей в рамках концепции персональной связи (PCN), которые в Европе создаются на основе стандарта DCS-1800, предусматривающем соответствие радиоинтерфейса стандарту GSM. В рамках реализации концепции персональной связи в структуру сетей вводятся пикосоты с радиусом 10-60 м, предназначенные для обслуживания абонентов в городских районах с большой плотностью населения и в закрытых зонах (офисы, жилые помещения, подземные гаражи, вокзалы и т.д.). Применение пикосот - еще один значительный шаг к повышению емкости ССПС.

Центр коммутации - это автоматическая телефонная станция ССС, обеспечивающая все функции управления сетью. ЦК осуществляет постоянное слежение за подвижной станцией (ПС), организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении ПС из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей.

На ЦК замыкаются потоки информации со всех БС, и через него осуществляется выход на другие сети связи - стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав ЦК входит несколько процессоров (контроллеров).

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку (упаковку/распаковку, буферное хранение) потоков информации. Управление работой ЦК и системы в целом производится от центрального контроллера. Работа ЦК предполагает 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 их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

В каждом стандарте сотовой связи используется несколько интерфейсов, в общем случае различных в разных стандартах.

Предусмотрены свои интерфейсы для связи ПС с БС, БС - с ЦК (а в стандарте GSM - еще и отдельный интерфейс для связи приемопередатчика БС с контроллером базовой станции (КБС)), центра коммутации с домашним регистром, с гостевым регистром, с регистром аппаратуры, со стационарной телефонной сетью и другие.

Все интерфейсы подлежат стандартизации для обеспечения совместимости аппаратуры разных фирм-изготовителей, что не исключает возможности использования различных интерфейсов, определяемых разными стандартами, для одного и того же информационного стыка. В некоторых случаях используются уже существующие стандартные интерфейсы, например, соответствующие протоколам обмена в цифровых информационных сетях.

Интерфейс обмена между ПС и БС носит название эфирного интерфейса или радиоинтерфейса (air interface) и для двух основных стандартов цифровой сотовой связи (D-AMPS и GSM) обычно обозначается одинаково - Dm, хотя организован по-разному. Эфирный интерфейс обязательно используется в любой ССС при любой ее конфигурации и в единственном возможном для своего стандарта сотовой связи варианте. Данное обстоятельство позволяет ПС любой фирмы-изготовителя успешно работать совместно с БС той же или любой другой фирмы, что удобно для компаний-операторов и необходимо для организации роуминга Стандарты эфирного интерфейса разрабатываются весьма тщательно, чтобы обеспечить возможно более эффективное использование полосы частот, выделенной для канала радиосвязи.

6 Литература

6.1 Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учеб. пособие для вузов. - М: Радио и связь, 2002.

6..2 В.Г. Карташевский, С.Н. Семенов, Т.В. Фирстова. Сети подвижной связи.- М.: Эко-Трендз, 2001.

Практическая работа № 4

«Принципы построения систем сотовой связи стандарта GSM-900»

1 В результате выполнения работы студент должен

знать:

- функциональную схему и состав оборудования ССПСЭ стандарта GSM;

- общие характеристики стандарта GSM;

- процедуру проверки сетью подлинности абонента;

- параметры частотного плана ССПСЭ стандарта GSM.

уметь:

- выбирать оборудование ССПСЭ стандарта GSM.

2 Содержание работы

Цель работы:

Изучение основных технических характеристик, функциональной схемы, частотного план и интерфейсов, принятых в цифровой сотовой системе подвижной радиосвязи стандарта GSM.

3 Направляющие вопросы

3.1 Основные технические характеристики стандарта GSM.

3.2 Функциональная схема стандарта GSM.

3.3 Перечислить подсистемы, входящие в функциональную схему

3.4 Назначение и функции, выполняемые подсистемой базовых станций

3.5 Назначение и функции, выполняемые сетевой подсистемой

3.6 Функции, выполняемые под системой эксплуатации и технического обслуживания

3.7 Каким образом реализуется процедура проверки сетью подлинности абонента.

3.8 Состав внутрисистемных интерфейсов

3.9 Назначение оборудования транскодирования

3.10 Поясните частотный план стандарта GSM-900

4 Рабочее задание

4.1 Ознакомьтесь и нарисуйте функциональную схему ССПСЭ стандарта GSM. Перечислите состав оборудования и выполняемые функции:

Вариант А – подсистема ПБС;

Вариант Б – подсистема СПС;

Вариант В – подсистема ПЭТО.

4.2 Приведите основные характеристики стандарта GSM.

4.3 Изучите и опишите процедуру проверки сетью подлинности абонента.

4.4 Изучите и поясните частотный план стандарта GSM-900.

5 Указания по выполнению работы

Стандарт GSM (Global System for Mobile communications) тесно связан со всеми современными стандартами цифровых сетей, в первую очередь с ISDN и IN (Intelligent Network). Основные функциональные элементы GSM входят в разрабатываемый международный стандарт глобальной системы подвижной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). В 1990г. были опубликованы спецификации первой фазы GSM. К середине 1991г. стали поддерживаться коммерческие услуги GSM, а к 1993г. функционировало уже 36 сетей GSM в 22 странах, и еще 25 стран выбрали направление GSM или поставили вопрос о его принятии. В июне 1992г. стандарт GSM принят в России в качестве федерального стандарта на цифровые сотовые системы подвижной связи (ССПС).

С января 1996г. в Москве и области началась коммерческая эксплуатация сети стандарта GSM (900 МГц). Оператором сети GSM в Москве является компания «Мобильные ТелеСистемы» (МТС). В первые дни коммерческой эксплуатации «МТС» впервые в России открыла автоматический роуминг абонементов своей сети с абонентами стандарта GSM в Германии, Швейцарии, Финляндии и Англии. Совместно с операторами сетей GSM в других регионах «МТС» организовала работу по созданию федеральной сети GSM России и ее интеграции с глобальной сетью сотовой связи, охватывающей Европу, Азию, Австралию и африканские страны.

В соответствии с определениями ITU - T (Intemational Telecommunication Union - Telecommunications Standardization Sector) сеть GSM может предоставлять следующие услуги: по переносу информации (bearer services); предоставления связи (teleservices); дополнительные (supplementary services).

Система GSM является цифровой системой передачи данных, речь кодируется и передается в виде цифрового потока. Кроме того, предоставляются разнообразные услуги передачи данных. Абоненты GSM могут осуществлять обмен информацией с абонентами ISDN, обычных телефонных сетей, сетей с коммутацией пакетов и сетей связи с коммутацией каналов, используя различные методы и протоколы доступа, например, Х.25 или Х.32. Возможна передача факсимильных сообщений, реализуемых при использовании соответствующего адаптера для факс-аппарата. Уникальной возможностью GSM, которой не было в аналоговых системах, является двунаправленная передача коротких сообщений SMS (Short Message Service) (до 160 байт), передаваемых в режиме с промежуточным хранением данных. Адресату, являющимся абонентом SMS, может быть послано сообщение, после которого отправителю посылается подтверждение о получении. Короткие сообщения можно использовать в режиме широковещания, например, для того, чтобы извещать абонентов об изменении условий дорожного движения в регионе. Текущие спецификации в виде дополнительних возможностей описывают услуги по переносу информации и предоставлению связи (например, перенаправление вызова в случае недоступности подвижного абонента). Ожидается появление новых возможностей, таких, как идентификация вызова, постановка вызова в очередь, переговоры сразу нескольких абонентов и др.

В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной связи в диапазоне частот 862…960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую сотовую систему наземной подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890…915 МГц (для передатчиков подвижных станций – АС), 935…960 МГц (для передатчиков базовых станций – БС).

В стандарте GSM используется узкополосный многостанционный доступ с временным разделением каналов (NB-TDMA). В структуре TDMA кадра содержится 8 временных позиций на каждой из 124 несущих.

Для защиты от ошибок в радиоканалах при передаче информационных сообщений применяется блочное и сверточное кодирование с перемежением. Повышение эффективности кодирования и перемежения при малой скорости перемещения подвижных станций достигается медленным переключением рабочих частот (SFH) в процессе сеанса связи со скоростью 217 скачков в секунду.

Функциональная схема стандарта GSM, иллюстрируются структурной схемой рис. 1.

Схема содержит (рис. 1) подсистему базовых станций (ПБС), сетевую подсистему (СПС) и подсистему эксплуатации и технического обслуживания (ПЭТО), а также АС. В АС входит абонентское оборудование (АО) и абонентский идентификационный модуль (АИМ) (SIM – карта). Пока не установлен этот модуль, не выполняются соединения АС с вызывающим и вызываемым номером. Подсистема базовых станций содержит базовые приемопередающие станции (БПС), контролер БСЭ (КБС) и оборудование транскодирования (ТКО). В составе СПС показаны: ЦКПС, ОРМ, ВРМ, центр аутентификации и технического обслуживания (ЦЭТО) и центр управления сетью (ЦУС). Подсистема базовых станций выполняет функции радиосвязи. Все БС в зоне ПБС соединены линиями связи с контроллером. Каждая БПС обслуживает одну соту. Содержит несколько приемопередатчиков (до 16) – по одному для каждого частотного канала. Каждой БПС стандарта GSM доступны все 124 частотных канала, что позволяет реализовать метод скачкообразной перестройки частоты в стандарте GSM. Один из способов переключения частоты состоит в переключении модулирующего сигнала на входе передатчика. В этом случае число частот, используемых для скачкообразной перестройки, определяется числом приемопередатчиков БС.

Рис. 1. Функциональная схема ССПСЭ стандарта GSМ

Контроллер БС управляет несколькими БПС. Основное назначение контроллера – правильное распределение радиоканалов между БС и АС и определение необходимости их переключений при передвижении. Другая его задача – управление конфигурацией БПС и загрузка программного обеспечения. Контроллер обеспечивает передачу вызова на АС, контролирует соединения, выполняет согласование скоростей передачи для речи, данных и сигналов вызова, кодирование и декодирование сигналов. Количество приемопередатчиков, которые может обслужить один контроллер, может быть более 100. Оборудование транскодирования включается между КБС и ЦКПС и служит для согласования скоростей цифровых потоков. В ТКО образуется стандартный первичный цифровой поток (ПЦП) из цифровых сигналов базовых станций. ТКО может размещаться вместе с КБС. Как известно, ПЦП образуют 32 канала, каждый со стандартной скоростью 64 кбит/с. Номинальная скорость передачи ПЦП В1 = (30 +2) · 64 = 2048 кбит/с. В стандарте GSM скорость передачи сигнала в одном речевом канале В1 GSM = 13 кбит/с. В транскодере с помощью добавочных битов эта скорость увеличивается до величины В1 тко =16 кбит/с. Таким образом, в полосе одного канала стандартной ИКМ передают сигналы четырех речевых каналов, всего речевых каналов в транскодере Nтко = 30 · 4 = 120. Оставшиеся два стандартных цифровых канала занимает сигнальная информация. Например, один канал – информация ОКС 7 и один канал – информация управления по протоколу Х.25.

Поиск по сайту: