Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС)
Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС).
СПРС предназначены для связи между движущимся абонентом и абонентом ТФОП или между двумя движущимися абонентами.
Принципы организации СПРС:
- полносвязная система;
- «принцип звезды».
i j i ТФОП
ЦС
k l j
i – l j – k k
i – ЦС – j i – ЦС - k
Полносвязная система Принцип звезды
По способу использования каналов связи различают системы:
- с жестко закрепленными за группой абонентов каналами;
- с полнодоступным пучком каналов.
a d a g
b e b h
c f c i
d … j
g j e k
h k f l
i l
Жесткое закрепление Пучок каналов – транкинговый принцип
При одинаковых условиях (Ротк=10%, tзан.канала=2,5 мин/час) в первом случае обслуживается 60 – 70 абонентов, во втором – 420 абонентов, однако, необходимо определять метод доступа.
Транкинговый принцип положен в основу всех коммерческих систем радиосвязи.
Наиболее распространенным средством подвижной связи являются радиально-зоновые (транкинговые) системы и сотовые системы.
Транкинговая система представляет собой типичную «звезду».
Сотовая система имеет структуру:
БС – базовая станция; ЦКПС – центр коммутации подвижной связи; ТФОП – телефонная сеть общего пользования.
Транкинговые системы.
Достоинством транкинговых систем является простота управления сетью. Развитие получили в 60 – 70 гг.
Отечественная транкинговая система – «Алтай» – была введена в 1965 году. Ее модификация существует и сейчас («Алтай 3М»). Есть также более новые системы: «Волемот», «Старт».
Недостатком систем является низкая пропускная способность (число абонентов невелико) из-за невозможности повторного использования одних и тех же каналов (частотных) на обслуживаемой территории (50 км при дополнительном усилении).
Сотовые системы (ССПС).
Основным недостатком ССПС является повышенная сложность систем из-за проблемы обслуживания абонента при его переходе из соты в соту – эстафетной передачи (handover, handoff).
Достоинством является много большая пропускная способность за счет возможности повторного использования одних и тех же каналов (частот) в различных сотах (потенциальный выигрыш: при Рблок=5%, tзан.канала=1,5мин/час для обслуживания 10000 абонентов на территории Москвы в транкинговой системе необходимо иметь 250 каналов (Dfк=25кГц, F=2 х 6,25 МГц), а в сотовой системе при 25 ячейках необходимо иметь всего 10 каналов). В реальности, чтобы избежать перекрестных помех между сотами их объединяют в кластеры – группы ячеек в зоне обслуживания с различными наборами каналов (частот). Широко используется кластер в виде «ромашки»:
Величина D определяется исходя из перекрестных помех между сотами с одинаковым набором частот. При этом оперируют не абсолютным значением D, а соотношением D/Rc, где Rc – радиус соты. Из соотношения находят необходимую мощность передатчика.
Вышеизложенное достоинство явилось причиной того, что для коммерческой подвижной связи используется именно сотовый принцип. Транкинговые системы существуют и развиваются, но, главным образом, применяются для так называемой корпоративной связи.
Важным достоинством ССПС является возможность постепенного развертывания этих систем на обслуживаемой территории во времени и в пространстве, что позволяет использовать доходы, полученные при начале эксплуатации системы для ее развития. Основой этого служит принцип расщепления ячеек:
При пространственном подходе учитывается территориальная загрузка сети (максимальная - в деловом центре, минимальная - в «спальных» районах и пригородах). В зависимости от этого меняется коэффициент расщепления ячеек и Rc.
Еще одним достоинством ССПС является роуминг – автоматический поиск и обслуживание абонентских станций (АС), пришедших с других территорий (других ЦКПС).
Стандарты сотовой связи.
Стандарт – совокупность услуг, предоставляемых ССПС и эксплуатационно-технических характеристик аппаратуры ССПС.
В настоящее время в мире существует 9 стандартов ССПС 1-го поколения и 4 – 2-го поколения.
К 1-му поколению относятся аналоговые стандарты, где основная услуга – передача речи, причем в аналоговой форме при ЧМ и частотном разделении каналов. Стандарты 1-го поколения разрабатывались независимо в разных странах и предназначались для использования каждой страной своего стандарта. Основные стандарты 1-го поколения: NMT-450 (Скандинавские страны) и AMPS (США).
Стандарты 2-го поколения – цифровые, то есть речь передается в цифровом виде, кроме того могут передаваться данные с невысокой скоростью (до 9600 бит/сек), используют временное разделение каналов, ФМ и ее варианты, предусмотрен режим роуминга. Стандарты: GSM-900 (Паневропейский) (GSM-1800) с разделением каналов TDMA-FDMA; D-AMPS (Америка) (DCS-180, IS-54, IS-136) с разделением каналов TDMA-FDMA; IS-95 (Америка, Южная Корея, Китай, Гонконг) с разделением каналов CDMA; японский стандарт.
В России в 90 – 91 гг. GSM-900 был признан федеральным стандартом, однако, из-за дороговизны и отсутствия частотного диапазона разрешено бы-ло использовать NMT-450. В качестве регионального был разрешен AMPS.
3-е поколение (ближайшее будущее) будет являться цифровыми стандартами персональной подвижной радиосвязи, что подразумевает все-объемлющий охват «где угодно, что угодно, когда угодно». Должны обеспе-чивать возможность высокоскоростной передачи данных (Multimedia) – 144 кбит/сек для объектов с высокой подвижностью, 2 Мбит/сек для объектов с низкой подвижностью. Стандарты: UMTS (сочетается с наземной структурой ISDN, B-ISDN), FPLMTS (полностью базируется на радиоканалах).
В настоящее время считается, что единого, общего для всех, стандарта 3-го поколения не будет, а будет совокупность различных стандартов, определяющих рекомендуемые направления развития уже существующих наиболее передовых стандартов.
Решать задачу создания ССПС 3-го поколения целесообразно, использую принцип конвергенции стандартов (взаимопроникновения) – совместимости по цепям управления.
Структура стандарта 3-го поколения:
пС
мкаС мкС
- радиосвязи;
- могут быть как радиосвязями, так и использовать наземную структуру;
- используется наземная структура.
ИСЗ – искусственный спутник Земли;
- абонентская станция;
пС - пикосота, D=60…100 м, связь с малоподвижными абонентами внутри здания, большая скорость передачи данных абоненту;
мкС - микросота, D=100…1000 м, связь с медленно перемещающимся абонентом;
мкаС - макросота, D<5…6 км, связь с движущимся абонентом, эстафетная передача;
ГС - гиперсота, D=1,5…2,0 тыс. км, связь с удаленным абонентом, подвижным или неподвижным.
Для такой системы необходима полоса частот не менее 230 МГц, поэтому для системы 3-го поколения на всемирной основе были выделены следующие полосы частот: 1885 – 2025 МГц, 2110 – 2200 МГц, включая полосы 1980 – 2010 МГц и 2170 – 2200 Мгц для спутниковой составляющей системы.
Пейджинговые системы.
Пейджинговые системы – системы индивидуального радиовызова.
Первый вариант – системы, работавшие на одной частоте, использовали код POCSAG со скоростью 1200 бит/сек, передавали 126000 тональных вызовов в час. Принцип построения – сотовый, с синхронным разделением.
На данный момент – стандарт ERMES, 16 частотных каналов по 25кГц.
Перспектива – двухсторонняя связь (обратно – с низкой скоростью, короткие сообщения).
Абонентский радиодоступ WLL (RLL).
Возможность доступа к существующим сетям на другой основе, т.е. на АТС ТФОП ставится базовая станция. Используется сотовый принцип, кодовое разделение.
Подход к проектированию ССПС.
ССПС – информационная сеть, содержащая как радиоканалы, так и проводные каналы, а также звено управления в виде ЦКПС.
Любая сеть считается нормально функционирующей, если возможен обмен информацией между любой парой абонентов этой сети.
Сети различают по их конфигурации:
1. Полносвязная сеть
К=1/2У(У-1), где
К – количество связей,
У – количество узлов.
При этом в полносвязной сети У-2 ребра являются избыточными, поэтому по такой схеме ССПС не строится.
2. Древовидная сеть
Любая пара узлов связана не более чем одним ребром, используется в ССПС.
Специфика работы сети ССПС определяется особенностями радиоканала (равнодоступность, внутрисистемная помеха, внешние помехи).
При характеристике сети в целом вводят понятие матрицы ее показателей качества.
