1 Сети связи с подвижными объектами
2 Литература Основная 1. Горелов Г.В., Роенков Д. Н., Юркин Ю. В. Системы связи с подвижными объектами: учеб. пособие для студ., обуч. по спец. Системы обеспечения движения поездов / под ред. Г. В. Горелова. – М.: ФГБОУ "УМЦ ЖДТ", 2014. library.miit.ru. Дополнительная 1. Катунин Г.П. Телекоммуникационные системы и сети. Т.2: Радиосвязь, радиовещание, телевидение. – М.: Горячая линия-Телеком, 2014. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/63223. 2. Весоловский Кшиштоф. Системы подвижной радиосвязи. – М.: 2006. 3. Строганов М. П., Щербаков М. А.Информационные сети и телекоммуникации. – М.: 2008. 4. Васин В. А., Власов И. Б., Дмитриев Д. Д. и др./ Под ред. Федорова И. Б. Информационные технологии в радиотехнических системах. – М.: 2011. Лекции – 8 час; практические занятия – 8 час; курсовая работа – «Расчет параметров системы связи стандарта GSM-R».
3
4
Структурная схема системы связи ПДУ c(t) g(t) x(t) x(k·Δt) v k j b k s(t, b k ) S(t) n(t) z(t) ŝ(t, b k ) ṽ k j ĉ(t) Генератор u н (t) Источник помех Линия связи А Ц П Первичн. преобразователь ФНЧ Источник сообщений Модулятор Выходное уст-во ПДУ Генератор ( t) Дискрети - затор Квантова - тель Речевой кодер Канальный кодер Входное уст-во ПРУ Ц А П Выходной преобразователь ФНЧ Детектор (РУ) Интерполятор Речевой декодер Получатель Канальный декодер ПРУ
6
Методы многостанционного доступа: с частотным разделением каналов (МДЧР / FDMA ); с временным разделением каналов (МДВР / TDMA ); с кодовым разделением каналов (МДКЧ / CDMA ); комбинированные методы (МДВР – МДЧР / TDMA – FDMA и др.). Методы дуплексной связи: передача с частотным разделением направлений; передача с временным разделением направлений. Методы (протоколы) доступа к каналу: ALOHA; SALOHA; многостанционный доступ с контролем несущей (МДКН / CSMA ) 7
Эталонная модель взаимодействия открытых систем ( ISO /OSI) 8
Основа описания сетевой стратегии, разделяя задачу на семь относительно автономных уровней, и определяя их функции и правила взаимодействия. 1) Физический уровень (Physical). Определяет взаимодействие систем с физической средой, формирование и контроль сигнала, синхронизацию, организацию физического канала на звене и контроль за его целостностью; осуществляет побитовую передачу блоков (кадров) по линии связи. 2) Канальный уровень (Data link). Определяет формирование блока (или кадров из пакетов) данных, фазирование, управление каналом на звене, контроль качества передачи на звене (исправление ошибок). 3) Сетевой уровень (Network). Определяет выбор оптимального маршрута передачи сообщения, управление потоками информации, организация обходных маршрутов с использованием специальных пакетов. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 9
4) Транспортный уровень (Transport). Описывает контроль качества обмена информацией между системами на выбранном маршруте, контроль за соблюдением параметров соединения (обязательств перед пользователями), контроль передачи «из конца в конец». Обеспечивает разделение сообщения на пакеты. 5) Сеансовый уровень (Session). Обеспечивает организацию сеансов связи (начало, конец), синхронизацию диалога между прикладными процессами. 6) Уровень представительный (Presentation ). Определяет способ превращения информации, предоставленной в произвольном виде, в стандартный: перекодировка сообщения с седьмого уровня в единое кодовое представление принятого на сети связи. Например, операции компрессии или шифрования. 7) Прикладной уровень (Application). Определяет сетевые сервисы, используемые конечными пользователями и приложениями (Application protocol). Как пример, можно привести передачу файлов, подключение удаленных дисков, управление удаленным сервером. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 10
11
Передатчик с мачтой и антенной, системой питания и некоторыми дополнительными устройствами получил название «базовая станция» (БС). Идею повторного использования частот иллюстрирует рисунок, на котором несущие частоты передатчиков в сотах обозначены f 1, f 2 и f 3. 12
13
14
15
16
-- подсистемы базовых станций – BSS, включающей узел поддержки пакетной передачи данных – GPRS ; -- сетевая подсистема – NSS ; -- подсистема (центр) эксплуатации и управления сетью – OSS, -- центр расчетов за пользование сетью – Billing Centre ; -- абонентские терминалы – MS. 17
-- базовые станции BTS, содержащие приемо-передающее оборудование и обеспечивающие радиосвязь с абонентскими терминалами MS ; -- коммутатор базовых станций BSC, к которому может быть подключено несколько (до 10) BTS, осуществляющий предварительную обработку вызовов MS ; -- оборудование перекодировки и адаптации быстродействия TRAU, обеспечивающее взаимодействие BSS с MSC. 18
-- центр коммутации мобильной связи MSC, -- домашний регистр HLR, в котором записана информация о постоянных абонентах данной сети, -- гостевой регистр VLR, в котором записаны данные переместившихся мобильных абонентов, -- регистр группового вызова GCR, -- центр аутентификации AUC, выполняет процедуры удостоверения подлинности абонента, -- регистр базы данных идентификации устройств EIR, в котором хранятся данные об абонентских устройствах, -- центр подтверждения аварийных вызовов AckC ; -- центр трансляции сообщений в сотах CBC ; -- центр системы голосовой почты VMSC ; -- центр услуг кратких сообщений SMSC ; -- интеллектуальную сеть IN, обеспечивающую выполнение специализированных для железнодорожного транспорта услуг. 19
-- центр эксплуатации и технического обслуживания (OMC). Выполняет функции текущего руководства функционирования сети, ее технического обслуживания, обновления системы, проведения операций по загрузке команд и программного обеспечения на BSS, MSC, HLR, VLR и AuC; -- центр обслуживания сети и управления сетью ( NMC ). Центральный пункт наблюдения за сетью GSM и анализа ее функционирования. 20
-- в диспетчерские сети ОТС (поездного диспетчера, дежурного по станции, дежурного по депо и др.) – FDN, в состав которых входит коммутатор фиксированной диспетчерской связи ( PBX - R ) ; -- в сети GSM - R других железных дорог (соседних стран или частных); -- в сети GSM общего пользования различных операторов – PLMN ; -- в сети фиксированной связи ведомственные (ОбТС) и общего пользования – PSTN ; -- в сети пакетной передачи данных: локальные – WAN и общего пользования – Internet. 21
Стандарт общедоступных сетей GSM обеспечивает следующие функции: – посылка и прием вызова в пределах всей сети; – передачу экстренных вызовов; – передачу данных со скоростью 9,6 кбит/с; – передачу коротких сообщений ( SMS ); – выход в телефонные сети общего пользования; – защита переговоров от прослушивания. Стандарт GSM- R обеспечивает дополнительные функции: — специфические требования железных дорог: адресация по номеру поезда; динамическая адресация диспетчеров (вызов того диспетчера, на участке ответственности которого в данный момент времени находится подвижный объект); передача фиксированных коротких сообщений (команд); — дополнительные требования, расширяющие и совершенствующие стандарт GSM: групповой вызов; циркулярный вызов; приоритетный вызов; ускоренный набор номера вызываемого абонента. 22
Аутентификация – важнейшая мера безопасности, предотвращающая несанкционированный доступ абонентов к сети GSM- R и предоставляемым ею услугам. Успешная аутентификация является обязательным условием пользования абонентом GSM- R услугами сети. Без предварительной аутентификации оборудование мобильной связи может использоваться только для вызовов служб экстренной помощи. Для аутентификации каждому абоненту GSM- R назначаются индивидуальные параметры (включая индивидуальный ключ аутентификации абонента Ki и триады, состоящие из случайного числа RAND, отклика со знаком SRES, ключа шифрования Kc ), а также номера версий жестко определенных алгоритмов (А3, А8). Предварительно рассчитанные триады и алгоритмы хранятся в сети (HLR/A U C). Алгоритмы А3 и А8 хранятся в дополнение к параметру Ki на мобильной станции в SIM-карте. Параметры безопасности SRES и Kc рассчитываются независимо друг от друга в мобильной станции. SRES используется в VLR для фактического аутентификационного сравнения. Kc используется в качестве шифровального параметра в MS. При совпадении значений SRES, полученных от MS и рассчитанного в MSC, абонент получает доступ в сеть. Идентификация – процедура отождествления абонентского аппарата MS (радиооборудования), с одной из групп, обладающих определенными свойствами или признаками. Используется для выявления утерянных, украденных или неисправных (фальсифицированных) аппаратов. 23
24
25
26
27 Длина периода последовательности в этой структуре, которая называется гиперкадром, равна Т г = 3 ч 28 мин 53 с 760 мс (12533,76 с). Гиперкадр делится на 2048 суперкадров, каждый из которых имеет длительность Т с = 12533,76/2048 = 6,12 с. Суперкадр состоит из мультикадров. Для организации различных каналов связи и управления в стандарте GSM используются два вида мультикадров : 1) 26-позиционные TDMA-кадры мультикадра ; 2) 51-позиционные TDMA-кадры мультикадра. Суперкадр может содержать в себе 51 мультикадр первого типа или 26 мультикадров второго типа. Длительности мультикадров равны соответственно: 1) Т м1 = 6120/51 = 120 мс; 2) Т м2 = 6120/26 = 235,385 мс (3060/13 мс). Длительность каждого TDMA-кадра Т к = 120/26 = 4,615 мс (60/13 мс). В периоде последовательности каждый TDMA-кадр имеет свой порядковый номер (NF) от 0 до NF max, где NF max = (26х51х2048) – 1 = 2715647.
28 Информационное сообщение передается по радиоканалу со скоростью 270,833 кбит/с. Это означает, что временной интервал TDMA-кадра содержит 156,25 бит. Длительность одного информационного бита 576,9 мкс /156,25 = 3,69 мкс. Каждый временной интервал, соответствующий длительности бита, обозначается B N со значением от 0 до 155; последнему интервалу длительностью 1/4 бита присвоен номер 156. Для передачи информации по каналам связи и управления, подстройки несущих частот, обеспечения временной синхронизации и доступа к каналу связи в структуре TDMA кадра используются пять типов передаваемых пакетов (видов слотов).
29
30
31
32
33
34
Внутренние интерфейсы Интерфейс между MSC и BSS ( А-интерфейс ) обеспечивает передачу сообщений для управления BSS, передачи вызова, управления передвижением. Полная спецификация А-интерфейса соответствует требованиям серии 08 Рекомендаций ETSI/GSM. Интерфейс между MSC и VLR ( В-интерфейс ). Интерфейс между MSC и HLR ( С-интерфейс ) используется для обеспечения взаимодействия между MSC и HLR. Интерфейс между HLR и VLR ( D-интерфейс ) используется для расширения обмена данными о положении подвижной станции, управления процессом связи. Интерфейс между двумя MSC сети ( Е-интерфейс ) обеспечивает взаимодействие между разными MSC при осуществлении процедуры «хендовер» – "передачи" абонента из зоны в зону при его движении в процессе сеанса связи без ее перерыва. 35
36 Внутренние интерфейсы
37
38
39
40
-- Базовая приемопередающая станция (BTS) - обеспечивает связь в определенной зоне (ячейке). БС выполняет основные функции, связанные с передачей радиосигналов: сопряжение с МС, шифрование линий связи, пространственно-разнесенный прием, управление выходной мощностью МC, управление радиоканалами. -- Устройство управления БС (BCF ) - элемент сети с возможностями коммутации, который управляет несколькими БС и обеспечивает доступ к внешним сетям ISDN, PSTN, PDN, РАВХ, а также используется для подключения ДП и терминалов ТОЭ; -- Контроллер БС (BSC) - элемент сети с большими по сравнению с устройством BCF коммутационными возможностями, позволяющий обмениваться данными между несколькими BCF. Так же, как и BCF обеспечивает доступ к внешним сетям. BSC имеет гибкую модульную структуру, позволяющую использовать большое число интерфейсов разного типа. В сетях TETRA контроллеры БС могут выполнять функции сопряжения с другими сетями TETRA и управления централизованными БД; -- ДП - устройство, подключаемое к контроллеру БС по проводной линии и обеспечивающее обмен информацией между оператором (диспетчером сети) и другими пользователями сети; -- Мобильная станция (MS) ; -- Стационарная радиостанция (FRS) - PC, используемая абонентом в определенном месте. -- Терминал ТОЭ - терминал, подключаемый к УУ базовой станцией BCF и предназначенный для контроля за состоянием системы, проведения диагностики неисправностей, учета тарификационной информации и т.п. С помощью таких терминалов реализуется функция управления ЛС (LNM - Local Network Management). 41
ISDN – цифровая сеть с интеграцией услуг. PSTN – коммутируемая телефонная сеть общего пользования. PDN – сеть пакетной передачи. PTN – ведомственная (частная) телефонная сеть. 42
43 Т м = 18 TDMA -кадрам = 1,02с TDMA -кадр = 4 слота = 56,67мс Т г = 60 Т м = 1060 TDMA -кадрам = 61,2с 1 2 3 4 5 56 57 58 59 60 1 2 3 4 5 506 507 508 509 510 Управляющий кадр в мультикадре 1 слот = 510 бит = 14,167мс 1 мс 6 мс 1 мс 6 мс 0,167мс 1 2 3 4 5 14 15 16 17 18 1 2 3 4 PA информация SYNCH информация GP 36 би т 216 бит 6 бит 36 бит 216 бит
44
45 Нормальный режим В этом режиме общий канал управления на основной несущей частоте является главным каналом управления, отображается в тайм-слоте всех кадров (с 1 по 18) и служит для передачи всех общих служебных сигналов. Абонентские радиостанции, не участвующие в конкретном вызове, «прослушивают» такой канал. Расширенный режим применяется в системах, использующих одновременно два или более каналов управления в целях обеспечения требуемого уровня сервиса – по времени установления соединения либо по степени надежности (при пакетной передаче данных). Дополнительные каналы управления способны работать в качестве общих вторичных каналов управления.
46 Минимальный режим (MM) ориентирован на зоны покрытия с «низким» трафиком. В этом режиме система выделяет все временные интервалы в главном канале управления для передачи трафика либо набора специализированных сигналов управления, поэтому для транспортировки общих служебных сигналов можно использовать только 18-й кадр. В разрывном режиме, который чаще называют режимом разделения времени (TSM), радиочастотный канал используется совместно несколькими БС. Такой режим применим только для зон покрытия с очень низким уровнем трафика и очень ограниченным спектром выделенных частот. В разрывном режиме TSM основные сигналы управления передаются по главному каналу управления, который совместно задействуется несколькими БС; каналы трафика используются базовыми станциями также совместно.
47 Для абонента система стандарта TETRA может функционировать в следующих режимах: транкинговой связи; с открытым каналом; непосредственной связи. В режиме транкинговой связи система работает либо с выделенным частотным каналом управления, либо с распределенным. При работе сети связи с выделенным каналом управления приемопередающие станции предоставляют абонентам несколько частотных каналов, один из которых - канал управления - предназначается для обмена служебной информацией. При работе сети с распределенным каналом управления служебная информация передается либо в специально выделенном временном канале (одном из 4-х каналов, организуемых на одной частоте), либо в контрольном кадре мультикадра (одном из 18).
48 Передача сообщений абонента. 1. Транкинг сообщений (messagetrunking). Канал присваивается в начале сеанса связи и освобождается по его окончанию. 2. Транкинг передач (transmissiontrunking). Канал присваивается только на время одной транзакции (периода передача/прием), после чего он освобождается. Для следующей транзакции может быть выделен новый канал. 3. Квазитранкинг передач ( quasi - transmissiontrunking ). Канал так же, как и в транкинге передач освобождается после транзакции, однако с некоторой задержкой, что позволяет снизить количество сигналов управления.
49 В режиме с открытым каналом группа пользователей имеет возможность устанавливать соединение «один пункт - несколько пунктов» без какой-либо установочной процедуры. Любой абонент, присоединившись к группе, может в любой момент использовать этот канал. В режиме с открытым каналом радиостанции работают в двухчастотном симплексе. В режиме непосредственной (прямой) связи между терминалами устанавливаются двух- и многоточечные соединения по радиоканалам, не связанным с каналом управления сетью, без передачи сигналов через базовые приемопередающие станции.
В основе технологии DMR лежат механизмы TDMA (Time Division Multiple Access – многостанционный доступ с временным разделением каналов), что позволяет разместить два временных интервала на одной частотной несущей с сеткой частот 12,5 кГц. Сети радиосвязи стандарта DMR могут быть реализованы в диапазонах 136 – 174 МГц и 403 – 470 МГц, в частности, для железнодорожного транспорта перспективно использование стандарта в выделенном для ОАО «РЖД» диапазоне 160 МГц. 50
51
▬ цифровая обработка сигнала; ▬ управление аккумуляторной батареей; ▬ приоритетный аварийный вызов; ▬ улучшенный режим «свободные руки»; ▬ встроенный приемник GPS сигналов для реализации приложений по контролю местоположения; ▬ удаленный контроль; ▬ опциональное шифрование; ▬ дуплексный вызов (в проекте); ▬ одновременная передача голоса и данных (в том числе пакетных); ▬ работа в аналоговом режиме, что особенно актуально при постепенной замене аналоговых систем. 52
53 индивидуальный вызов «радиостанция – радиостанция»; групповой вызов «радиостанции – группа радиостанций»; групповой вызов «радиостанция – все радиостанции»; передача пакетных данных с канальной скоростью 2 кбит/c. Стандарт DMR отличает быстрое установление вызова (до 200 мс) и поддержка режима «поздний вход» для групповых вызовов. Ретранслятор кроме радиоинтерфейса имеет проводной интерфейс для подключения к среде IP и взаимодействия репитеров между собой. Такая конфигурация позволяет создавать распределенные сети без географических ограничений.
54
55 Спутниковая система связи содержит: космический сегмент, земной сегмент, линии радиосвязи и абонентские терминалы (AT). Космический сегмент образуют ретрансляторы на ИСЗ. В земной сегмент входят базовые земные станции (БЗС), центр управления сетью (ЦУС) и центр управления полетом (ЦУП). ЦУС планирует использование ресурсов спутника в системе, распределяет ресурсы ретрансляторов ИСЗ между БЗС, обеспечивает БЗС данными для слежения за ИСЗ. Он же планирует трафик.
56
57
58
59 БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ
60 Беспроводные сети Wi-Fi основаны на стандарте IEЕЕ 802.11. Существуют три основных редакции этого стандарта: - 802.11a – диапазон 5 ГГц, модуляция с использованием OFDM; - 802.11b – диапазон 2,4 ГГц, модуляция DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), расширение спектра методом прямой последовательности; - 802.11g – диапазон 2,4 ГГц, модуляция с использованием OFDM. Устройства, основанные на этих стандартах, не конфликтуют друг с другом, однако устройства, основанные на стандартах 802.11а и 802.11g, совместимы друг с другом, а с устройствами, основанными на стандарте 802.11b, несовместимы. Технология модуляции OFDM более адаптивна к среде и к условиям интерференции, поэтому она используется чаще. Стандартом в этой технологии предусматривается использование 64 поднесущих. Для устранения возможных коллизий при одновременной работе многих пользователей в стандарте 802.11 предусмотрено использование протокола устранения конфликтов при множественном доступе CSMA/CA. В нем на основе испытательных посылок определяет состояние сети и устанавливает очередность передачи/приема.
61 Для создания сетей MAN-уровня предлагается WiMAX-технология. Она поддерживает сотовые структуры, обслуживает большее число пользователей, обладает значительно большей производительностью и решает проблемы мобильной связи. Технология WiMAX является как бы естественным развитием Wi-Fi на более высоком уровне. Для расширения зоны покрытия от уровня LAN до уровня MAN стандартом 802.11s предусмотрена возможность создания сотовой структуры сети. В этой технологии также используется модуляция OFDM, но количество поднесущих увеличено до 256 (по сравнению с 64 в Wi-Fi).
62 Стандарт 802.16 предусматривает полосы частот 20, 25 и 28 МГц в диапазонах от 10 до 66 ГГц. Этим стандартом предусматривается применять метод прямого расширения спектра с использованием одной несущей SC (SingleCarrier). Стандарты 802.16-2004 и 802.16e предназначены для работы на частотах от 2 ГГц до 11 ГГц и позволяют гибко устанавливать полосы от 1,25 МГц до 20 МГц.
63
64 Обслуживающий шлюз (SGW) – выполняет функции обработки и маршрутизации пакетных данных из подсистемы базовых станций. Обслуживающий шлюз соединяется непосредственно с сетями 2G и 3G того же оператора. Это существенно упрощает передачу соединения в сети предыдущих поколений при ухудшении зоны покрытия или перегрузке сети. Шлюз соединения с другими сетями (PGW) – маршрутизирует информацию (голос, пакетные данные) из сети (в сеть) данного и других оператора. Узел управления мобильностью (MME) – предназначен для управления мобильностью клиентов сети LTE. Сервер абонентских данных (HSS) – представляет собой объединение в одном устройстве регистров VLR, HLR, AUC. Узел выставления счетов (PCRF) – предназначен для формирования клиентам счетов за оказанные услуги связи.
65 Базовая станция eNodeB кроме функций собственно базовой станции, выполняет еще функции контроллера базовых станций LTE. Такое решение позволяет упростить расширение сети, так как отпадает необходимость добавления новых контроллеров и расширения емкости существующих Терминал UE. П реимуществом стандарта LTE является большой выбор терминалов. Кроме сотовых телефонов могут использоваться ноутбуки, планшетные компьютеры, видеокамеры и игровые устройства со встроенными модулями совместимости с сетями четвертого поколения.
66 В разных структурах сетей 4G могут использоваться частотные полосы от 1,4 до 20 МГц. Наиболее приоритетным для сетей 4G является частотный диапазон 2,3 ГГц. Другие диапазоны частот: 2,5 ГГц; 2,1 ГГц – доступен очень узкий диапазон; 3,5 ГГц – перспективный частотный диапазон. В сетях LTE используется временное TDD и частотное FDD разделение сигналов.
67 Система кодирования OFDM – ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием – представляет собой цифровую схему модуляции, которая использует большое число ортогональных поднесущих частот. Технологии передачи данных MIMO – предусматривает передачу данных посредством N-антенн и прием M-антеннами, причем принимающие и передающие антенны расположены между собой на таком расстоянии, чтобы получить минимальную корреляцию. Технология стандарта LTE поддерживает хэндовер и роуминг с сотовыми сетями поколений 2G и 3G
CDMA система сотовой связи с кодовым разделением каналов. Более высокое качество связи по сравнению с другими стандартами сотовой связи. Более высокая скорость передачи данных и более широкие возможности использования CDMA терминалов. Меньшее энергопотребление терминалов. Большая емкость сети (более полное использование частотного ресурса). Стандарт CDMA более приспособлен к переходу к следующим поколениям сотовых сетей. 68
69 1 2 3 4 Частотные каналы
70 MSC
71
72 На БС формируются прямые каналы ( ПК ): канал пилот-сигнала (PI), синхроканал (SYNC), вызывной канал (РСН), канал трафика (ТСН). В MS используются два типа обратных каналов (ОК): доступа (АСН); трафика (ТСН). Передача речи и данных по стандарту IS-95 осуществляется кадрами длительностью 20 мс. Скорость передачи в пределах сеанса связи может изменяться от 1,2 до 9,6 кбит/с, но в течение одного кадра она остается неизменной.
73 В стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют и код превращают в шумоподобный широкополосный сигнал (ШШС) так, что его можно выделить снова, только располагая кодом на приемной стороне. При этом одновременно в широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу. На всех базовых станциях установлены приемники GPS - ГЛОНАСС, на выходе которых формируются временные интервалы с точностью 10 -10 с.
74
75
76
77
78 Пилот-сигнал - это сигнал несущей, который используется MS для выбора базовой станции (по наиболее мощному сигналу), а также в качестве опорного для синхронного детектирования сигналов информационных каналов. Излучение пилот-сигнала происходит непрерывно. Для его передачи используют функцию Уолша нулевого порядка (W 0 ). В канале синхронизации передается сигнал для установки синхронизации. По этому сигналу MS может определить системное время и сдвиг пилот-сигнала БС во время первоначального вхождения в систему. Работает с фиксированной скоростью 1200 бит/с.
79
80 Эффективная работа системы с кодовым доступом возможна при условии выравнивания сигнала от различных абонентов на входе базовой станции. Причем чем выше точность выравнивания, тем больше зона покрытия БС. В системе предусматривается три механизма регулировки мощности: в обратном канале (ОК) - внешняя петля регулирования; в прямом канале - разомкнутая петля (открытый цикл); в прямом канале - замкнутая петля (замкнутый цикл). Регулировка мощности
81 Все MS непрерывно передают информацию об уровне ошибок в принимаемых сигналах. На основании этой информации БС распределяет излучаемую мощность между MS таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить требуемое качество речи. Но это не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц), имеют различные уровни затухания сигналов и по-разному подвержены воздействию помех.
82
83 При открытом цикле MS после включения ищет сигнал БС. После синхронизации MS по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с БС. Процесс повторяется каждые 20 мс, но он не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности. При замкнутом цикле БС постоянно оценивает вероятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает программно заданный порог, то БС дает команду соответствующей MS увеличить мощность излучения. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс.
84 Характеристика Значение Диапазон частот передачи MS, МГц 824,040-848,860 Диапазон частот передачи BTS, МГц 869,040-893,970 Относительная нестабильность несущей частоты BTS ±5х10 -8 Относительная нестабильность несущей частоты MS ±2,5х10 -6 Вид модуляции несущей частоты QPSK (BTS), O-QPSK (MS) Ширина спектра излучаемого сигнала, МГц: по уровню -3 дБ по уровню -40 дБ 1.25 1.50 Тактовая частота ПСП, МГц 1.2288 Число каналов BTS на одной несущей 1 пилот-канал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального вызова, 55 каналов связи Число каналов MS 1 канал доступа, 1 канал связи Скорость передачи данных, бит/с: в канале синхронизации в канале персонального вызова и доступа в каналах связи 1200 9600, 4800 9600, 4800, 2400, 1200
85 CDMA2000 – это технология, которая обеспечила эволюцию сетей CDMAOne/IS-95 к стандартам 3 G. Особенности стандарта CDMA2000 : усовершенствованный алгоритм управления мощностью; разнесенная передача – каждая антенна может принимать/ передавать до 6 различных сигналов. При этом MS выбирает частоту с наибольшим уровнем сигнала; умные антенны (Smart Antennas) БС позволяют формировать отдельные лучи передачи сигнала для каждого абонента с точностью в несколько десятков метров. Благодаря Smart antenna реализован пространственный метод множественного доступа абонентов (SDMA - Space Division Multiple Access); используются более эффективные вокодеры и б ó льшее число расширяющих кодов (Walsh code 128 вместо 64).
86
87
88
89
90
91
92 Биты входной последовательности Изменение фазы Δφ k = Δφ k ( x k y k ) Нечетные (первые биты) Четные (вторые биты) 1 1 −3π/4 0 1 3π/4 0 0 π/4 1 0 −π/4 Закон изменения фазы в модуляции DQPSK
93
94 Если на один из входов подан ноль напряжения, а на другой двоичная последовательность с относительными уровнями ±1, то имеем обычный балансный модулятор, обеспечивающий передачу 1 бит/символ. При подаче двоичных АИМ сигналов в оба канала модулятора по каждому из каналов передается 1 бит/символ, а общая скорость передачи составляет 2 бит/символ. В результате образуется сигнал квадратурной фазовой модуляции (QPSK). u ( t ) = U I cos (ω t ) + U Q sin (ω t ), U I ; U Q синфазная и квадратурные составляющие модулирующего сигнала.
95 Модуляция 16- QАМ обеспечивает удельную скорость передачи 4 бит/символ. Входной поток данных b(t) разделяется на четыре подпотока x(t), y(t), z(t) и w(t) с соответственно уменьшенными скоростями.
96 b(t) 16-QAM
97 Q I Применение многопозиционной QAM способствует передаче большего количества информации, однако в реальных условиях, при наличии помех, на приемной стороне возможно ошибочное определение амплитуды и фазы передаваемого сигнала. Основное преимущество QAM перед другими видами модуляции в ее хорошей помехозащищенности
98 Девиация частоты GMSK берется минимально возможной для обеспечения непрерывности фазы несущего колебания в момент изменения модулирующего сигнала, и разделения сигналов 0 и 1: = 0,5 В, где В =1/T – скорость передачи цифровой информации. T
99
100
101 Способ модуляции с одновременным использованием нескольких несущих частот. Передаваемый цифровой поток модулирующего сигнала «распараллеливается» и передается по нескольким каналам - путем модуляции нескольких несущих.
102 Несущие частоты выбираются из следующих соображений: • число несущих должно быть таким, чтобы при неизменной скорости потока данных на входе модулятора OFDM увеличить до требуемой величины время передачи одного символа на каждой несущей; • несущие должны быть достаточно близки по частоте друг к другу, чтобы сократить занимаемую полосу частот канала связи; • частоты несущих должны быть выбраны так, чтобы они не создавали взаимных помех. Это условие выполняется, если частоты удовлетворяют требованию ортогональности.
103 Смысл требования ортогональности: спектр сигнала на каждой несущей после модуляции должен иметь «нули» на других частотах, на которых расположены остальные несущие.
104
