Лекция 20 Принципы построения сетей и систем радиосвязи Основные понятия и определения

Мобильная, или подвижная, радиосвязь является одним из наи­более динамично развивающихся направлений телекоммуникаций. Динамика роста числа абонентов мобильной связи приведена в табл.1.

Т а б л и ц а 1

Мобильная радиосвязь означает радиосвязь между подвижными объектами (ПО), один из которых или оба движутся либо занимают относительно друг друга случайное положение, при этом один из объектов может являться базовой станцией. Это определение спра­ведливо как для радиолиний между подвижными объектами, так и между подвижными объектами и базовой станцией. Термин подвиж­ный объект применим к наземным объектам, судам, летательным аппаратам и спутникам связи. Системы мобильной связи могут вклю­чать некоторые или все эти типы подвижных оконечных станций.

Системы мобильной радиосвязи разделяют на профессиональ­ные (частные) системы подвижной связи, системы персонального вызова, системы беспроводных телефонов и системы сотовой связи общего пользования.

Профессиональные системы подвижной радиосвязи - PMR (Professional Mobile Radio) создаются и развиваются в интересах государственных организаций и учреждений, коммерческих струк­тур, скорой помощи, милиции и т. п. Как правило, PMR имеют ради­альную или радиально-зоновую структуру сети, обеспечивающие соединение подвижных абонентов с абонентами телефонных сетей общего пользования - ТфОП, называют PAMR (Public Access Mobile Radio). PMR и PMAR могут использовать как симплексные, так и дуплексные каналы радиосвязи.

По способам использования частотного ресурса системы связи разделяются на следующие классы:

системы связи с закрепленными за абонентами каналами связи;

системы связи со свободным доступом к общему частотному ре­сурсу;

системы связи с пространственно-разнесенным повторным ис­пользованием частот (сотовые системы связи).

PMR и PMAR относятся к первым двум классам систем подвиж­ной радиосвязи.

В этих системах подвижной радиосвязи эффективное использова­ние выделенного частотного ресурса обеспечивается путем свобод­ного доступа абонентов к общему частотному ресурсу. Такие системы PMR еще называются транкинговыми (от англ. trank - магистраль, шина). Под термином «транкинг» понимается метод равного доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором кон­кретный канал закрепляется для каждого сеанса связи индивидуаль­но в зависимости от распределения нагрузки в системе. Различают транкинговые системы с последовательным (сканирующим) поиском свободного канала связи и с выделенным каналом управления. Сканирующий транкинг характеризуется значительным временем установления канала связи и может быть рекомендован при неболь­шом количестве каналов (до 5...8). Наиболее распространенным видом транкинговых систем связи подвижной радиосвязи являются системы с выделенным каналом управления.

В настоящее время находят применение аналоговые PMR и цифровые. Первые характеризуются низкой помехоустойчивостью и постепенно заменяются цифровыми, использующими методы помехоустойчивого кодирования и перемножения, способы по­строения цифровых модуляторов и демодуляторов (например адаптивных дельта-кодеков), высококачественные акустические преобразователи и др.

Важнейшей характеристикой системы подвижной радиосвязи яв­ляется ее емкость, т.е. максимальное количество обслуживаемых абонентов.

Системы персонального радиовызова (СПРВ) или пейджинга (radio paging) предоставляют услугу радиосвязи, обеспечивающую одностороннюю беспроводную передачу информации в пределах обслуживаемой зоны с отображением данных на дисплее получате­ля. СПРВ гармонично сопрягаются с системами радиосвязи и пере­дачи данных. Рост числа абонентов мобильной передачи данных представлен в табл. 2.

        Таблица 2

Считается, что совместное развитие цифровых подвижных систем радиосвязи и сетей передачи данных (особенно на базе Internet-технологий) обеспечат рост рынка пользователей услуг мобильной передачи данных до уровня 25...30 млн абонентов к 2005 г.

По своему назначению СПРВ можно разделить на частные (ве­домственные) и общего пользования.

Частные СПРВ обеспечивают передачу сообщений в локальных зонах или на ограниченной территории в интересах отдельных групп пользователей. Как правило, передача сообщений в таких СПРВ осуществляется с пультов управления диспетчерами без взаимодействия с телефонной сетью общего пользования (ТфОП).

Под системами персонального радиовызова общего пользования понимается совокупность технических средств, через которые с помощью ТфОП происходит передача в радиоканале сообщений ограниченного объема.

Основными достоинствами радиопейджинга являются: широкая зона обслуживания в масштабах страны с возможностью межнацио­нального взаимодействия; относительно низкие тарифы и арендная плата; простота передачи сообщений и удобство пользования.

Системы беспроводных телефонов были первоначально ори­ентированы на резидентное использование, т.е. в условиях офисов и квартир. Позже они стали развиваться как системы общего поль­зования, обеспечивающие поддержку услуг общего пользования.

Сети связи с подвижными объектами могут иметь радиальную, радиально-зоновую и сотовую структуры.

Радиальные системы основаны на использовании одной цен­тральной наземной радиостанции, имеющей значительный радиус действия (до 50... 100 км). При радиально-зоновой структуре сети область обслуживания делится на зоны, в каждой их которых ис­пользуется радиальный принцип передачи сигналов.

Радиальным сетям присущ ряд недостатков, основными из кото­рых являются ограниченность зоны обслуживания, нерациональное использование имеющегося частотного ресурса, невозможность существенного увеличения числа обслуживаемых абонентов из-за появления взаимных помех. Для передачи информации в радиаль­ных системах выделяется диапазон частот ∆F_S. В этом диапазоне организуются каналы с полосой пропускания ∆F_C. Тогда число кана­лов N в диапазоне ∆F_S равно N = ∆F_S/∆F_C. Это число и будет опре­делять количество абонентов, пользующихся радиосвязью.

Для преодоления ограничений на число каналов в условиях огра­ниченного частотного ресурса ∆F_S была предложена сотовая идеоло­гия построения сетей радиосвязи, позволяющая использовать одни и те же частоты в нескольких ячейках (сотах), отстоящих друг от друга на расстояние, зависящее от размеров соты. Ячейки имеют форму шестиугольника и напоминают по форме пчелиные соты. Отсюда и название систем и сетей подвижной радиосвязи - сотовые.

Идея сотовой связи такова (рис. 1). Площадь, подлежащая теле­фонизации, покрывается сетью базовых приемопередатчиков -базовых станций (БС). При этом чувствительность и мощность базо­вой станции гораздо выше мобильной - подвижной станции (ПС), что позволяет сделать телефоны достаточно компактными и использо­вать источники питания ограниченной емкости. При перемещении ПС через границу зоны обслуживания БС (соты) должно обеспечиваться автоматическое (и незаметное для абонента) переключение обслу­живания с одной базовой станции на другую. Переключение осущест­вляет центр коммутации (ЦК) подвижной сети. Центр коммутации подвижной связи имеет выход на коммутируемую телефонную сеть общего пользования (ТфОП).

Рис. 1. Сотовая система подвижной радиосвязи общего пользования

Сотовая идеология систем подвижной связи начала разрабаты­ваться в 1970-е годы прошлого века. Однако внедрение сотовых систем началось только после того, как были найдены способы опре­деления текущего местоположения абонентов и обеспечения непре­рывности связи при перемещении абонента из одной соты в другую.

Различают аналоговые и цифровые сотовые системы подвижной связи. Известно несколько стандартов аналоговых систем, один из них NMT (Nordic Mobile Telephone System) принят в качестве феде­рального стандарта для России. Аналоговые системы уже не удовле­творяют современному уровню развития информационных технологий из-за ряда недостатков, главные из которых ограниченная зона действия, низкое качество связи, отсутствие засекречивания передаваемых сообщений и взаимодействия с цифровыми сетями с интеграцией служб и пакетной передачи данных. Пик числа абонен­тов аналоговых сетей подвижной радиосвязи приходится на 1994 г.

В 1980-х годах в Европе, Северной Америке и Японии приступи­ли к интенсивному изучению принципов построения перспективных цифровых систем и сегодня уже разработаны три стандарта таких систем, один из них (GSM-900), принят в качестве федерального для цифровых сотовых сетей России.

В России развитие сетей подвижной радиосвязи на основе ис­пользования передовых технологий ведется путем создания сис­тем сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования СПР-ОП, определенной «Концепцией развития в России до 2010 г. подвижной радиосвязи общего пользования».

Под системами СПР-ОП понимается совокупность технических средств (радиооборудование, коммутационное оборудование, соединительные линии и сооружения), с помощью которых можно

предоставлять подвижным абонентам связь между собой и абонен­тами телефонной сети общего пользования.