Дайте определение понятию мобильная связь и перечислите его основные виды.

Дайте определение понятию мобильная связь и перечислите его основные виды.

Мобильная связь – вид телекоммуникаций, при котором голосовая, текстовая и графическая информация передается на абонентские беспроводные терминалы, не привязанные к определенному месту или территории. Различаются спутниковая, сотовая, транкинговая и др. виды мобильной связи.

В спутниковой телефонии базовые станции располагают на спутниках, находящихся на околоземных орбитах. Спутники обеспечивают связь там, где развертывание обычной сотовой сети невозможно или нерентабельно (в море, на обширных малонаселенных территориях тундры, пустынь и т.д.).

Технология спутникокой связи Современные беспроводные системы

В основу организации сети мобильной спутниковой связи (СМСС) заложена достаточно простая идея. На спутнике (сателлите) располагается активный ретранслятор СМСС. По заданной орбите спутник движется длительное время, получая электропитание от солнечных батарей, установленных на его платформах, или от малогабаритных ядерных электростанций

Рисунок 1.2 Структура систем спутниковой связи

На спутнике-ретрансляторе расположены специальная антенная система и приемопередающая аппаратура, осуществляющая прием, преобразование, обработку (например, усиление, изменение частоты несущей и пр.) и передачу сигналов в направлении земных станций (ЗС) – станций радиосвязи, расположенных на земной поверхности и предназначенных для обеспечения собственной связи.

В зависимости от вида предоставляемых услуг системы спутниковой связи (ССС) можно разделить на три основных класса: речевой (радиотелефонной) связи; пакетной передачи данных (ППД); определение местоположения (координат) потребителей.

Системы мобильной спутниковой связи классифицируют по двум признакам: типу используемых орбит и различию в зонах обслуживания и размещения ЗС.

По типу используемых орбит различают СПСС со спутниками, расположенными на геостационарных, высокоэлептических промежуточных и низких земных орбитах (англ. – LowEarthOrbit – LEO). Последние находятся в системах связи на низкоорбитальных спутниках (высота орбит 200…700 км). Системы мобильной связи на низкоорбитальных спутниках позволяют создать на поверхности Земли плотность потока мощности, достаточную для работы с легкими абонентскими станциями размером с портативную телефонную трубку, и дополняют сотовые сети. Практически во всех СМСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью. В абонентских терминалах (АТ), предназначенных для спутниковых систем, предполагается два режима работы; в спутниковой системе и в каком-либо сотовом стандарте.

Наиболее распространенной международной системой подвижной спутниковой связи является глобальная сеть связи Inmarsat. Среди ряда стандартов этой системы выделяют сеть Inmarsat-М, предназначенную для обслуживания подвижных абонентских станций.

Во многих регионах мира спрос на услуги мобильной связи может удовлетворяться только с помощью спутниковых систем. В новых проектах космических аппаратов (КА) предполагается использование передовых технологий, позволяющих повысить пропускную способность канала связи и улучшить энергетические характеристики технических средств.

Транкинговые сети, обеспечивающие абонентским терминалам (их принято называть не телефонами, а радиостанциями) связь в пределах определенной территории, представляют собой системы базовых станций (ретрансляторов), которые осуществляют передачу радиосигнала от одного терминала к другому при их значительном удалении друг от друга. Транкинговые сети обычно обеспечивают связь сотрудникам ведомств (МВД, МЧС, «Скорая помощь» и т.д.) или на технологических площадках большого размера (вдоль автотрасс, на стройке, на территории заводов и т.д.).

Рис. 1.3. Организация радиосвязи в транкинговых системах.

Максимальные расстояния связи (радиусы) между сайтом и мобильной станцией MS должны обеспечивать уверенную связь в зоне обслуживания. Сайтовый ретранслятор по заявке MS представляет ей рабочую частоту. Заявки на радиосвязь могут поступать одновременно от нескольких MS, поэтому сайтовый ретранслятор включает несколько свободнодоступных рабочих частот, составляющих канальную базу (англ. trunk – пучок) системы.

Основным принципом организации связи в транкинговых системах является создание радиосетей или разговорных групп.

Разговорные группы формируются по принципу общей заинтересованности пользователей в поступающей информации. Т. е, разговор одной пары абонентов могут слышать все абоненты этой радиосети, имеющие соответствующий доступ. Это позволяет существенно сократить расход рабочих частот и достичь наиболее полного использования выделенного диапазона.

Принцип транкинговой связи очень удобен в ведомственных системах– воинские подразделения, пожарная служба, скорая помощь, милиция, служба спасения и т. д. При нарушении связи в разговорных группах вследствие воздействия помехи разговорный канал автоматически заменяется на новый. Это обуславливает необходимость введения быстрой электронной перестройки MS. Для вызова требуемого абонента используются специальные адресные сигналы (цифровые последовательности), которые передаются по управляющему каналу.

Транкинговые системы строятся на основе как аналоговых (MPT 1317, MPT 1327, MPT 1343, MPT 1347), так и цифровых стандартов (ETS 300.392, ETS 300.394), более известных под аббревиатурой общеевропейского стандарта TETRA (англ. Trans European Trunken Radio). Стандарты этой серии обеспечивают передачу речевых сообщений в цифровой форме, используя временное разделение каналов. Передача осуществляется со скоростью до 28,8 кбит/с. Стандарты предусматривают опознавание абонента и организацию прямой связи между абонентами без участия базовой станции.

Различают системы с последовательным (сканирующим) поиском свободного канала и системы с выделенным каналом управления.

Основным недостатком сканирующих транкинговых систем является значительное время установления связи и, в связи с этим, малое количество каналов (обычно до 10).

Достоинствами транкинговой радиосвязи является охват больших зон обслуживания путем формирования многосайтовых систем.

К недостаткам транкинговой связи относится не систематическая связь с абонентами из-за наличия теневых участков в зоне электромагнитного покрытия.

 

Сети транкинговой связи.

Сети транкинговой связи близки к сотовым (рисунок 1.1). Территория также делится на соты, осуществляется радиотелефонная связь с неограниченной мобильностью абонентов в пределах зоны обслуживания.

БПС МС   БПС ТК   МС ЦКС ТфОП   БПС МС ТК

Рисунок 3 - Упрощенная структура транкинговой системы мобильной связи.

Но имеются и отличия. Транкинговые системы – это профессиональные системы, предназначены для корпоративных групп абонентов – бригад скорой помощи, МЧС, пожарных, ФБС, милиции и т.д. Это системы подвижной связи со свободным и равным доступом мобильных станций к общему частотному диапазону и позволяют абонентам работать на любом переговорном канале сети.

В мировых стандартах профессиональных систем подвижной связи это называют «транкингом» (trunking – от англ. trunk – ствол, магистраль). Любой свободный переговорный канал временно закрепляется за мобильным абонентом для конкретного сеанса связи.

Транкинговые системы функционируют с ограниченной емкостью, поэтому стремятся предельно увеличить зону действия. Следовательно, мощность передатчика больше, чем у передатчика сотовой связи, больше расход энергии источника питания, больше габариты и масса мобильных станций (МС).

Отличаются транкинговые системы и набором предоставляемых услуг, например, возможно дистанционное включение абонентской радиостанции на передачу (дистанционное прослушивание "обстановки" у абонента).

Поиск свободного канала и вызывного сигнала может возлагаться на абонентскую станцию, осуществляющую последовательный (сканирующий) поиск незанятого канала во всем выделенном диапазоне частот, за счет использования устройств автоматического поиска вызывного канала (АПВК). В другом случае анализ занятости каналов связи возлагается на подсистему управления PMR (ProfessionalMobileRadio). При этом назначение свободного (вызывного) канала связи абонентской станции осуществляется по каналу управления.

К основным требованиям, предъявляемым к ПСПС, являются: обеспечение связи в заданной зоне, независимо от положения мобильных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов; оперативность управления связью на различных уровнях; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты МС; конфиденциальность разговоров.

Специфика служебной связи обуславливает более высокие по сравнению с сотовой связью требования к оперативности и надежности установления связи.

Общей тенденцией развития ПСПС является от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим более высокое качество связи.

Рис. 1.4. Основные составляющие систем сотовой связи.

Центр коммутации мобильной связи осуществляет выход абонентов сети на телефонные аналоговые сети общего назначения (PSTN), цифровые сети пакетной передачи (PDH), цифровые сети с интеграцией служб (ISDN), широкополосные цифровые сети связи (BSDN и ATM), а также каскадное соединение с аналогичными коммутаторами своей сети.

В пределах каждой соты соблюдается условие связности, т. е. каждая BS устанавливается в точку, обеспечивающую устойчивую связь (при наличии определенных помех) с любой MS, находящейся в пределах площади соты.

Достоинствами сотовой системы мобильной связи являются высокое качество каналов с мобильными абонентами независимо от того, в какой точке территории они находятся, а также возможность создания больших зон обслуживания.

К недостаткам сотовых систем относятся существенное увеличение количества каналов радиосвязи и сложности оборудования и инфраструктуры, обеспечивающей связь системы со стационарной телефонной сетью. Поскольку все коммутации в сотовых системах связи обеспечиваются с помощью ЦКПС, то надежность его работы будет определять надежность работы всей системы.

 

Подсистема базовых станций

Подсистема базовых станций содержит два вида оборудования: базовая приемопередающая станция (BTS — Base Transceiver Station) и контроллер базовой станции (BSC — Base Station Controller). Они взаимодействуют через стандартизированный интерфейс A_bis (см. рис. 1.1).

На базовой приемопередающей станции размещается приемопередатчик, который для одной определенной соты реализует протоколы радиолинии с передвижной станцией. В большом городе обычно размещено большое количество BTS. Поэтому основные требования к BTS — прочность, надежность, портативность и минимальная стоимость.

Контроллер базовой станции управляет радиоресурсами для одного или более BTS: выбором и установлением соединения по радиоканалу, скачком частоты и хэндовером (переключением), как это будет показано ниже. BSC подключается между базовой приемопередающей станцией (BTS) и центром коммутации мобильной связи (MSC).

Аналоговая сотовая связь

На начальном этапе развития сотовой связи важнее всего было обеспечить максимально возможную зону охвата при минимально возможном количестве базовых станций. С этой задачей успешно справлялись аналоговые системы стандарта AMPS (Advanced MOBILE PHONE SERVICE), в которых каждому абоненту на время разговора выделялась определенная полоса частот. При небольшом числе абонентов это было удобно и не вызывало проблем-свободных частот хватало на всех, а базовые аналоговые станции диапазона 450 Мгц можно было размещать на значительном (порядка десятков километров) расстоянии друг от друга. Первые сотовые телефоны весили чуть ли не пять килограммов, имели форму небольшого чемодана и стоили достаточно дорого. Однако по мере роста числа абонентов начали возникать проблемы перегрузки сети, так как ограниченного диапазона частот перестало хватать на всех абонентов, которые желали поговорить одновременно в зоне действия одной и той же базовой станции.

Основой любой сотовой системы связи является обеспечение множественного доступа. Это означает, что система поддерживает одновременную работу в сети нескольких абонентов. В аналоговой же сотовой связи значительное количество абонентов делят между собой ограниченное число радиоканалов. Канал в этой ситуации может рассматриваться как часть ограниченного частотного диапазона, выделенного для данной сети связи.

Цифровая сотовая связь.

Интенсивный процесс развития новых технологий мобильной телефонной связи можно считать начавшимся с того момента, когда рост числа абонентов сотовых сетей связи натолкнулся на нехватку частот. Несмотря на значительные усовершенствования, стандарт аналоговой передачи AMPS начал отживать свое, и начался переход на цифровые стандарты, позволяющие при прочих равных условиях кардинально увеличить количество одновременно разговаривающих абонентов.

В разных системах сотовой связи используются разные технологии множественного доступа. Традиционные аналоговые системы сотовой связи, основанные на стандартах AMPS и TACS (Total Access Communications System), используют технологию частотного разделения каналов. AMPS - системы делят частотный диапазон на участки шириной 30 КГц на канал, узкополосные системы AMPS (NAMPS) используют участки спектра 10 КГц на каждый канал, а системы TACS - участки спектра 25 КГц.

Новую струю в развитие сотовой связи внесли цифровые системы. Самой распространенной является технологией многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA - Time Division Multiple Access). В группу стандартов цифровой связи TDMA входят Североамериканская цифровая сотовая связь (известная также под именем используемого ею стандарта IS-54/IS-136), Глобальная система мобильной связи (GSM - Global System for Mobile Communications) и Персональная цифровая сотовая связь (PDC - Personal Digital Cellular). Стандарт IS-54, в настоящее время IS-136, разработан в 1990 году для стран Северной Америки. Эта технология, которую еще называют D-AMPS (Цифровая AMPS), разрабатывалась для увеличения емкости существующих аналоговых сетей AMPS, для которых уже не хватало частот в условиях быстрого роста числа абонентов. Одновременно в США начала быстрыми темпами развиваться еще одна система сотовой цифровой связи, основанная на технологии кодового разделения каналов - стандарт CDMA.

Деление станций на аналоговые и цифровые производится по типу коммутации. Телефонная связь, действующая на основе преобразования речи (голоса) в аналоговый электрический сигнал и передачи его по коммутируемому каналу связи (аналоговая телефония), долгое время была единственным средством передачи речевых сообщений на расстояние. Возможность дискретизации (по времени) и квантования (по уровню) параметров аналогового электрического сигнала (амплитуды, частоты или фазы) позволили преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой (дискретный), обрабатывать его программными методами и передавать по цифровым телекоммуникационным сетям.

 

Для передачи аналогового речевого сигнала между двумя абонентами в сети ТфОП (телефонные сети общего пользования) предоставляется так называемый стандартный канал тональной частоты (ТЧ), полоса пропускания которого составляет 3100 Гц. В системе цифровой телефонии над аналоговым электрическим сигналом выполняются операции дискретизации (по времени), квантования (по уровню), кодирования и устранения избыточности (сжатия), после чего сформированный таким образом поток данных направляется принимающему абоненту и по «прибытию» в пункт назначения подвергается обратным процедурам.

 

Преобразование речевого сигнала осуществляется по соответствующему протоколу в зависимости от того, по какой сети он передается. В настоящее время наиболее эффективная передача потока любых дискретных (цифровых) сигналов, в том числе и несущих речь (голос), обеспечивается цифровыми электрическими сетями, в которых реализованы пакетные технологии: IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode) или FR (Frame Relay).

 

Сегодня существует несколько стандартизированных способов передачи информации, получившие наибольшее распространение на рынке услуг цифровой телефонии: это стандарты ISDN, VoIP, DECT, GSM и некоторые другие.

 

Скачок частоты

Передвижная станция позволяет применять любую из заданных частот: это означает, что частота может изменяться между передатчиком и приемником и управляться в пределах одного кадра TDMA. GSM использует это свойство, чтобы осуществить медленный скачок частоты, когда мобильная станция и BTS передают каждый на различной несущей частоте. Алгоритм скачка частоты является широковещательным и управляет по широковещательному каналу управления (BCCH — Broadcast Control Channel). Так как замирание из-за многолучевости зависит от несущей частоты, медленные скачки частоты помогают облегчить проблему помех. Кроме того, межканальные помехи в действительности случайны и взаимно не связаны.

В многопользовательской сети с кодовым разделением (CDMA) каждый из абонентов передает или принимает свои данные, используя некоторую индивидуальную сигнатуру, причем выбор ансамбля из сигнатур должен быть таким, чтобы гарантировать должную совместимость пользователей. Транспортировка потока данных с помощью -й сигнатуры подразумевает ее модуляцию, часто – с учетом широкополосной природы CDMA сигнатур – называемую широкополосной. Различают две классические разновидности широкополосной модуляции: с прямым расширением спектра (ПРС) и с расширением спектра прыгающей частотой (ПЧРС). Первая из них гораздо характернее для современных коммерческих беспроводных приложений, поэтому обсуждение второй будет предельно кратким.

При расширении спектра за счет прыгающей частоты используются ЧМ сигнатуры, и модуляция данными также, как правило, выполняется с помощью ЧМ. В зависимости от соотношения между длительностями чипа и символа данных ПЧРС традиционно классифицируют на две разновидности: быстрое и медленное. Для быстрого ПЧРС , где – натуральное число, тогда как для медленного – , где – натуральное. Другими словами, при быстром ПЧРС на один символ данных приходится несколько скачков частоты, тогда как при медленном – в течение одного символа сигнатуры может быть передано несколько символов данных.

Принципиальное различие быстрого и медленного ПЧРС очевидно: медленное не расширяет спектр отдельного символа данных, увеличивая только общую полосу, занимаемую системой. Система попросту время от времени переходит с одной рабочей частоты на другую, причем внутри группы символов данных фиксированной длины переключений не происходит. На приемной стороне перенос спектра на промежуточную частоту выполняется гетеродинированием с опорной несущей , модулированной ЧМ профилем (с соответствующей задержкой) сигнатуры (рисунок (с)). Эта операция возвращает колебание в полосу, соответствующую простой (без ПЧРС) ЧМ данными (рисунок (d)), после чего для восстановления передаваемых данных можно использовать стандартный ЧМ демодулятор.

 

История сотовой связи

Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные).

Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом! Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь. Эти системы предназначались главным образом для людей, ездивших на машинах, и стали известны как телефонные системы подвижной связи.

Опишите стандарт GSM.

Системы GSM существуют на каждом континенте, и сокращение «GSM» (Global System for Mobile System) обозначает «Глобальная система для мобильной связи».

Уникальная особенность GSM, которая отсутствует в старых аналоговых системах, — Служба передачи коротких сообщений (SMS — Short Message Service). SMS — двунаправленное обслуживание коротких алфавитно-цифровых (не свыше 160 байтов) сообщений. Сообщения транспортируются способом с промежуточным накоплением (store-and-forward fashion). При соединении между двумя абонентами SMS-сообщение можно передать третьему абоненту и получить подтверждение. SMS может также использоваться в широковещательном режиме, чтобы послать такие сообщения, как модификации трафика или модификации новостей. Сообщения могут также быть сохранены в SIM-карте абонента (SIM — Subscriber Identification Module) для использования в дальнейшем.

Дополнительно стандартизован широкий спектр особых услуг (включение в закрытую группу пользователей передача вызова, оповещения о тарифных расходах).

Они включают несколько вариантов переадресации вызова и запрет на вызов при входящей и исходящей связи, например, при роуминге (изменении местоположения) в другой стране. Осуществляются такие услуги, как идентификация вызывающего абонента, режим «ждущий вызов», многосторонняя (конференц-) связь.

Важной услугой признается стандарт «закрытой группы». Закрытая группа пользователей (CUG — Closed User Group) — это группа абонентов, в которой устанавливается соединение и происходит обмен информацией преимущественно в пределах этой группы. Возможно предоставление входящей и исходящей связи вне этой группы. При этом абонентам при связи внутри группы предоставляются льготы. Примером такой группы является связь внутри членов одной семьи. Обычно компании сотовой связи предоставляют при такой связи абонентам пониженный тариф или бесплатную связь.

Следующая услуга: сопровождающий вызов обеспечивает переадресацию входящего вызова на номер абонента стационарной сети.

В режиме «ждущий вызов» при занятости абонента входящий вызов ставится в режим ожидания освобождения предыдущего соединения. Абонент, к которому адресован вызов, получает предупреждающий сигнал. Абонент может:

• завершить предыдущий вызов;

• кратковременным нажатием рычага трубки перейти на новое соединение;

• после разговора по новому соединению вернуться к старому и повторить это многократно.

Все перечисленные соединения относятся к группе дополнительных видов обслуживания, которые реализуются в сетях ISDN и современных сетях PSTN.

 

Опишите стандарт CDMA.

Система CDMA в развитии телекоммуникаций области

Состав оборудования сетей стандарта CDMA во многом сходен с составом оборудования сетей стандарта GSM и включает в себя ПС и БС, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системы и устройства, функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов [5]. Архитектура сотовой сети и системы стандарта CDMA представлена в приложении Б.

 

 

 

Приведу основные характеристики CDMA и их краткое описание, определяющее достоинства и перспективность систем сотовой связи с кодовым разделением каналов.

Характеристики и их описание.

Высокая пропускная способность.

Полевые испытания, проводившиеся в различных условиях, подтвердили, что при высокой нагрузке пропускная способность систем CDMA в среднем в 15 раз превышает пропускную способность аналоговых систем

Высококачественная связь.

Вокодер, работающий на переменной скорости передачи, обеспечивает преобразование речевых сигналов в цифровую форму и высококачественное воспроизведение речи. Фоновые сигналы заглушаются даже при большой нагрузке. Метод мягкой передачи абонента (переключения абонента с одного радиоканала на другой), применяемой в системах CDMA, обеспечивает почти прозрачную передачу вызовов между сотами. Такой надежный метод передачи практически исключает потерю вызовов и снижает нагрузку на коммутационное оборудование.

Возможность введения новых функций.

Цифровые сигналы управления позволяют организовать целый ряд служб передачи данных, которые можно добавлять по мере того, как компания-оператор будет вводить новый услуги. Вокодер с переменной скоростью передачи и предусмотренная возможность передачи данных позволяют вводить различные уровни обслуживания.

Секретность связи.

Цифровая форма сигналов, передача в широкой полосе частот, защита информации для каждого адресата - все это обеспечивает значительно более высокую, чем в других системах, секретность связи. Простота перехода (и совместимость с аналоговыми системами) CDMA позволяет почти утроить существующую в аналоговых сетях пропускную способность и обеспечивает более высокое качество обслуживания. Пропускная способность и радиопокрытие позволяют вводить CDMA при значительно меньшем числе сот, чем на существующих сетях.

Цена и наличие оборудования

Существующие оценки стоимости системы CDMA в отношении сетевого и абонентского оборудования показывают, что по стоимости эта система эквивалентна существующим аналоговым системам. Более высокая пропускная способность позволяет организовать связь при значительно меньшем числе сот, чем в аналоговых системах и системах с TDMA, что снижает капитальные и эксплуатационные затраты. Проверенная технология заказных интегральных схем позволила свести технологию сложных схем CDMA к очень простым решениям.

Современные технологии связи с первых дней работы позволяют уходить от непроизводительного труда на всех этапах, начиная с проектирования и заканчивая строительством и эксплуатацией. Оценена простота проектирования и монтажа системы CDMA.

Данная система сразу стала популярной. За ней закрепился стабильный спрос, характерный, впрочем, для всех радиосистем, которые создают возможность немедленной установки телефона в тех районах, куда годами не доходили проводные сети. Это одноэтажные массивы городов, загородные дачные участки, пригородные хозяйства.

 

Технология сотовой связи.

Следующий шаг развития сотовых систем подвижной связи после введения цифровой технологии – переход к микросотовой структуре сетей – (рисунок 2.2).

 

Рисунок 2.3 -Микросотовая структура внутри макросотовой системы

При радиусе сот несколько километров их емкость может быть увеличена в 5-10 раз по сравнению с макросотами. Кроме того, возможно применение абонентских радиостанций существующих стандартов цифровых ССМС наряду с портативными маломощными абонентскими радиостанциями, служащими основой для создания систем персональной связи (PCS).

Микросотовая структура СМС органически сочетается с макросотами. Микросоты строятся на основе БС небольшой мощности, Обслуживающих участки улиц, помещения в зданиях, микросотовая структура может рассматриваться как развитие оборудования макросотовой БС, с управлением одним контроллером и 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 относится 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. Поэтому практически невозможно применить принципы частотного планирования в микросотах. 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. Аналогичным образом для увеличения емкости сети микросоты могут быть разбиты на пикосоты в местах, где скапливается население (абоненты). Это торговые центры, развлекательные учреждения и т. п.

Рис. 2.15 е. Организация мультикадра управления

 

 

• 890—915 МГц для канала связи от абонента к станции (направление MS к BS);

• 935—960 МГц для исходящего канала от станции к абоненту (направления BS к MS).

Полосы по 25 МГц разделены на 124 пары каналов, работающих в дуплексном режиме с интервалом несущей частоты по 200 кГц, используя! многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA — Frequency Division Multiple Access). Каждый радиоканал с шириной полосы 200 кГц разделен на временные соты, которые создают 8 логических каналов. При этом используется методика, известная как многостанционный доступ с временным разделением (TDMA — TIME DEVISION MULTIPLE ACCESS). Напомним: многостанционный доступ заключается в том, что группа пользователей имеет возможность использовать одну несущую частоту в разные моменты времени.

Канал, переносящий информацию (канал трафика, или логический канал), определяется номером несущей частоты и номером одного из 8 временных положений. Информация переносится в виде коротких пакетов (burst), объединенных в кадры.

Многостанционный доступ с временным разделением (TDMA — Time Division Multiple ACCESS), содержащий 8 слотов и 248 физических полудуплексных каналов, составляет группу из 1984 полудуплексных каналов. При размере кластера 7 число каналов в одной соте равно примерно 283 (1984 / 7) полудуплексных каналов. Как было показано ранее, разбиение, содержащее семь наборов частот, достаточно, чтобы охватить произвольно большую область, используя повторное применение частот с учетом допустимого расстояния между сотами

Центр коммутации мобильный связи (MSC)

Центральный компонент подсистемы сети — центр коммутации мобильной связи (MSC). Он работает как обычный узел коммутации общедоступной телефонной сети (PSTN — Public Switched Telephone Network) или цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN — Integrated Service Digital Network). Дополнительно он обеспечивает все функциональные возможности мобильного абонента, такие как регистрация, аутентификация, обновление местоположения, передача соединения (хэндовер) и маршрутизация вызова при передвижении абонента. Эти функции обеспечиваются совместно несколькими функциональными объектами, которые вместе формируют подсистему сети. MSC обеспечивает подключение к фиксированным сетям (таким как общедоступная телефонная сеть PSTN или цифровая сеть интегрального обслуживания ISDN). Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN коммутационной станции и реализует интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т. д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся «эстафетная передача», в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Москва и область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу ОКС №7, передачи вызова или поддержки других видов интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.

MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети. Он же поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов происходит между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя домашний регистр местоположения (HLR) и визитный регистр местоположения (VLR).

Как организуется многостанционный доступ с временным разделением канала (TDMA)?

Структура цикла TDMA