Системи стільникового рухомого зв`язку

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Міністерство освіти Російської Федерації

РЕФЕРАТ

з дисципліни: Мережі зв'язку з рухомими об'єктами
на тему: "Системи стільникового рухомого зв'язку"

Виконав: ... ... ... ... ....

Перевірила: ... ... ... ... ....

м.Москва

2004р.

Зміст:
1.Вступ

2. Історія розвитку стільникового зв'язку

3. Принципи функціонування систем стільникового зв'язку
4. Аналогові системи стільникового зв'язку
5. Цифрові системи стільникового рухомого зв'язку
6. Стільникові телефони
7. Глосарій
8.Спісок використовуваної літератури

1. Введення
Серед сучасних телекомунікаційних засобів найбільш стрімко розвиваються системи стільникового радіотелефонного зв'язку. Використання сучасної технології дозволяє забезпечити абонентам таких систем високу якість мовних повідомлень, надійність і конфіденційність зв'язку, захист від несанкціонованого доступу в мережу і мініатюрність радіотелефонів. Є можливість забезпечення якісного телефонного та факсимільного зв'язком офісів, котеджів, пансіонатів, лікарень, дачних селищ, а також організації оперативного зв'язку при проведенні виставок, конференцій, будівельних робіт і т. п.

2. Історія розвитку стільникового зв'язку

Перша система радіотелефонного зв'язку, що пропонувала послуги всім охочим, почала своє функціонування в 1946 р. у м. Сент-Луїс (США). Радіотелефони, що застосовувалися в цій системі, використовували звичайні фіксовані канали. Якщо канал зв'язку був зайнятий, то абонент вручну перемикався на іншій - вільний канал. Апаратура була громіздкою і незручною у використанні.
З розвитком техніки системи радіотелефонного зв'язку удосконалювалися: зменшувалися габарити пристроїв, освоювалися нові частотні діапазони, поліпшувалося базове і комутаційне устаткування, зокрема, з'явилася функція автоматичного вибору вільного каналу (trunking). Але при величезній потребі в послугах радіотелефонного зв'язку виникали і проблеми.
Головна з них - обмеженість частотного ресурсу: число фіксованих частот в певному частотному діапазоні не може нескінченно збільшуватися, тому радіотелефони з близькими по частоті робочими каналами починають створювати взаємні перешкоди.
Учені і інженери різних країн намагалися вирішити цю проблему. І ось в середині 40-х років дослідницький центр Bell Laboratories американської компанії AT & T запропонував ідею розбиття всієї обслуговуваної території на невеликі ділянки, які стали називатися сотами, (від англ. Cell - осередок, стільника). Кожна стільника повинна була обслуговуватися передавачем з обмеженим радіусом дії і фіксованою частотою. Це дозволило б без всяких взаємних перешкод використовувати ту ж саму частоту повторно в іншому осередку (соте).
Але минуло понад 30 років, перш ніж такий принцип організації зв'язку був реалізований на апаратному рівні. Причому в ці роки розробка принципу стільникового зв'язку велася в різних країнах світу не по одних і тих же напрямках.
Ще в кінці 70-х років почалися роботи зі створення єдиного стандарту стільникового зв'язку для 5 північноєвропейських країн - Швеції, Фінляндії, Ісландії, Данії і Норвегії, який отримав назву NMT-450 (Nordic Mobile Telephone) і був призначений для роботи в діапазоні 450 МГц . Експлуатація перших систем стільникового зв'язку цього стандарту почалася в 1981 р. Але ще на місяць раніше система стільникового зв'язку стандарту NMT-450 вступила в експлуатацію в Саудівській Аравії.
Мережі на основі стандарту NMT-450 і його модифікованих версій стали широко використовуватися в Австрії, Голландії, Бельгії, Швейцарії, а також у країнах Південно-Східної Азії та Близького Сходу. На базі цього стандарту в 1985 р. був розроблений стандарт NMT-900 діапазону 900 МГц, який дозволив розширити функціональні можливості системи і значно збільшити абонентську ємність системи.
У 1983 р. в США, в районі Чикаго, після ряду успішних польових випробувань вступила в комерційну експлуатацію мережа стандарту AMPS (Advanced Mobile Phone Service), Цей стандарт був розроблений в дослідницькому центрі Bell Laboratories.
У 1985 р. у Великобританії був прийнятий як національний стандарт TACS (Total Access Communications System), розроблений на основі американського стандарту AMPS. У 1987 р. у зв'язку з різким збільшенням у Лондоні числа абонентів стільникового зв'язку була розширена робоча смуга частот. Нова версія цього стандарту стільникового зв'язку отримала назву ETACS (Enhanced TACS).
У Франції, на відміну від інших європейських країн, в 1985 р. був прийнятий стандарт Radiocom-2000. З 1986 р. в скандинавських країнах почав застосовуватися стандарт NMT-900.
Всі перераховані вище стандарти є аналоговими і відносяться до першого покоління систем стільникового зв'язку. Аналоговими ці системи називаються тому, що в них використовується аналоговий спосіб передачі інформації за допомогою звичайної частотної (ЧМ) або фазової (ФМ) модуляції, як і в звичайних радіостанціях. Цей спосіб має ряд істотних недоліків: можливість прослуховування розмов іншими абонентами, відсутність ефективних методів боротьби з завмираннями сигналів під впливом навколишнього ландшафту і будівель або внаслідок пересування абонентів.
Крім цього, використання різних стандартів стільникового зв'язку і велика перевантаженість виділених частотних діапазонів стали перешкоджати її широкому застосуванню. Адже іноді з одного й того ж телефону було неможливо через взаємних перешкод розмовляти навіть абонентам, які перебувають у двох сусідніх країнах (особливо в Європі). Збільшити число абонентів можна було лише двома способами: розширивши частотний діапазон (як, наприклад, це було зроблено у Великобританії - ETACS) або, перейшовши до раціонального частотного планування, що дозволяє набагато частіше використовувати одні і ті ж частоти.
Використання новітніх технологій і наукових відкриттів в галузі зв'язку та обробки сигналів дозволило підійти до кінця 80-х років до нового етапу розвитку систем стільникового зв'язку - створення систем другого покоління, заснованих на цифрових методах обробки сигналів.
З метою розробки єдиного європейського стандарту цифрового стільникового зв'язку для виділеного в цих цілях діапазону 900 МГц в 1982 р. Європейська Конференція Адміністрацій Пошт і Електрозв'язку (СЕРТ) - організація, що об'єднує адміністрації зв'язку 26 країн, - створила спеціальну групу Groupe Special Mobile. Абревіатура GSM і дала назву новому стандарту (пізніше, у зв'язку з широким розповсюдженням цього стандарту у всьому світі, GSM стали розшифровувати як Global System for Mobile Communications), Результатом роботи цієї групи стали опубліковані в 1990 р. вимоги до системи стільникового зв'язку стандарту GSM, в якому використовуються найсучасніші розробки провідних науково-технічних центрів. До них, зокрема, відносяться тимчасове розділення каналів, шифрування повідомлень і захист даних абонента, використання блокового і згортального кодування, новий вигляд модуляції - GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).
У 1989 р., за рік до появи технічного обгрунтування GSM, британський Департамент торгівлі та промисловості DTI (Department of Trade and Industry) опублікував концепцію "Рухомі телефони", яка після внесення доповнень і змін отримала назву "Мережі персонального зв'язку" - PCN (Personal Communication Networks), Метою реалізації концепції було створення конкуренції між основними учасниками! ринку рухомого радіозв'язку, щоб до 2000 р. їх абонентами стало близько населення країни
Не відставала від Європи і Америка, що проголосила свою концепцію "Послуги персонального зв'язку" - PCS (Personal Communication Services). Її метою був 50%-ний охоплення населення країни до 2000 р. Для реалізації цієї концепції Федеральна комісія зв'язку США виділила три частотні ділянки в діапазоні 1,9-2,0 ГГц (широкосмугові PCS) і одна ділянка в діапазоні 900 МГц (вузькосмугові PCS)
У США в 1990 р. американська Промислова Асоціація в області зв'язку TIA (Telecommunications Industry Association) затвердила національний стандарт IS-54 цифрового стільникового зв'язку. Цей стандарт став більш відомий під абревіатурою D-AMPS або ADC. На відміну від Європи, у США не були виділені нові частотні діапазони, тому система повинна була працювати в смузі частот, спільної з звичайним AMPS.
Одночасно американська компанія Qualcomm почала активну розробку нового стандарту стільникового зв'язку, заснованого на технології шумо-подібних сигналів і кодовому розділенні каналів, - CDMA (Code Division Multiple Access).
У 1991 р. в Європі з'явився стандарт DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 МГц), створений на базі стандарту GSM. Великобританія відразу ж прийняла його як основи для розробки вже згадуваної концепції PCN, що стало початком його переможного ходу по континентах земної кулі.
У розвитку стільникового зв'язку від Європи і США не відставала і Японія. У цій країні був розроблений власний стандарт стільникового зв'язку JDC (Japanese Digital Cellular), близький за своїми показниками до американського стандарту D-AMPS. Стандарт JDC був затверджений в 1991 Міністерством пошт і зв'язку Японії.
У 1992 р. у Німеччині вступила в комерційну експлуатацію перша система стільникового зв'язку стандарту GSM.
У 1993 р. в США після низки успішних випробувань Промислова Асоціація в області зв'язку TIA прийняла стандарт CDMA як внутрішній стандарт цифрового стільникового зв'язку, назвавши його IS-95. У вересні 1995 р. в Гонконзі була відкрита комерційна експлуатація першої мережі стандарту IS-95.
У 1993 р. у Великобританії вступила в експлуатацію перша мережа DCS-1800 One-2-One, яка налічує вже більше 500 тис. абонентів.
Що таке стільниковий зв'язок, Росія дізналася лише на заході перебудови. У Санкт-Петербурзі, а потім і в Москві з'явилися системи стандарту NMT-4501 (вдосконалений стандарт NMT-450). А прийняття в 1994 р. концепції розвитку мереж сухопутної рухомого зв'язку стало потужним каталізатором подальшого розвитку стільникового зв'язку в національному масштабі. І якщо з впровадженням стандартів NMT і AMPS наша країна відстала років на десять, то проголошення стандарту GSM як одного з двох федеральних стандартів (NMT і GSM) скоротило цей часовий розрив приблизно до трьох років.
Чітка орієнтація на прогресивні світові технології дає можливість Росії не відставати від провідних країн світу в розвитку сучасних систем рухомого радіозв'язку. Не відстає Росія і по впровадженню прогресивного стандарту CDMA. Умови розвитку мереж CDMA в Росії визначені наказом Міністерства зв'язку РФ № 18 від 24 лютого 1996 р., де вказано, що мережі CDMA орієнтовані на надання послуг стаціонарним абонентам. Але допускається можливість їх застосування з соти в стільнику, тобто забезпечується обмежена рухливість абонентів. Перша мережа стандарту CDMA відкрита в Челябінську, планується запуск мереж CDMA в Москві і Санкт-Петербурзі.
Подальший розвиток стільникового рухомого зв'язку здійснюється в рамках створення проектів систем третього покоління, які будуть відрізнятися уніфікованою системою радіо доступу, яка об'єднує існуючі стільникові і "біс шнурові" системи з інформаційними службами XXI ст. Вони будуть мати архітектуру єдиної мережі і надавати зв'язок абонентам у різних умовах, включаючи транспорт, що рухається, житлові приміщення, офіси і т.д. У Європі така концепція, що отримала назву UMTS (універсальна система рухомого зв'язку), передбачає об'єднання функціональних можливостей існуючих цифрових систем зв'язку в єдину систему третього покоління FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) з наданням абонентам стандартизованих послуг рухомого зв'язку. Роботи зі створення міжнародної системи рухливого зв'язку загального користування FPLMTS ведуться Міжнародним союзом електрозв'язку. Для неї визначений діапазон частот 1 - 3 ГГц, в якому будуть виділені смуги шириною 60 МГц для стаціонарних станцій і 170 Мгц - для рухливих станцій. Початок випробувань наземних компонентів системи очікується в 2000 р., а введення супутникової підсистеми FPLMTS у смугах частот 1980-2010 і 2170-2200 МГц - в 2010 р.
Принципово новим кроком у розвитку систем стільникового рухомого зв'язку стали схвалені міжнародною організацією стандартів (ISO) концепція інтелектуальних мереж зв'язку і моделі відкритих систем (OSI). Концепція побудови інтелектуальної мережі використовується сьогодні для створення всіх перспективних цифрових стільникових мереж з мікро-і макростільниками. Вона передбачає об'єднання систем стільникового рухомого зв'язку, систем радіовиклику і персонального зв'язку при умовах оперативного надання абонентам каналів зв'язку та розвитку послуг. Моделі OSI інтерпретують процес передачі повідомлень як взаємодія функціональних взаємозалежних рівнів, кожен з яких має вбудований інтерфейс на суміжному рівні.

3. Принципи функціонування систем стільникового зв'язку
Впровадження систем стільникового зв'язку дозволило вирішити проблему економічного використання виділеної смуги радіочастот шляхом передачі повідомлень на одних і тих же частотах і збільшити пропускну здатність телекомунікаційних мереж. Свою назву вони отримали відповідно до стільниковим принципом організації зв'язку, відповідно до якого зона обслуговування (територія міста або регіону) ділиться на осередки (соти). Ці системи рухомого зв'язку, що з'явилися порівняно недавно, є принципово новим видом систем зв'язку, тому що вони побудовані відповідно до стільниковим: принципом розподілу частот територією обслуговування (територіально-частотне планування) і призначені для забезпечення радіозв'язком значної частини рухливих абонентів з виходом у телефонну мережу загального користування. Якщо відомчі (чи приватні) системи створювалися (і створюються) в інтересах невеликої кількості абонентів, то стільникові системи рухомого зв'язку стали використовуватися в інтересах широких верств населення.
3.1 Розподіл території, що обслуговується на стільники
Розділити обслуговується територію на осередки (соти) можна двома способами: або заснованим на вимірі статистичних характеристик поширення сигналів у системах зв'язку, або заснованим на вимірі або розрахунку параметрів розповсюдження сигналу для конкретного району.
При реалізації першого способу вся обслуговується територія поділяється на однакові за формою зони і за допомогою закону статистичної радіофізики визначаються їх допустимі розміри і відстані до інших зон, в межах яких виконуються умови припустимого взаємного впливу. Для оптимального, тобто без перекриття або пропусків ділянок, поділу території на стільники можуть бути використані тільки три геометричні фігури: трикутник, квадрат і шестикутник. Найбільш придатною фігурою є шестикутник, так як, якщо антену з круговою діаграмою спрямованості встановлювати в його центрі, то буде забезпечений доступ майже до всіх ділянок соти.
При використанні першого способу інтервал між зонами, в яких використовуються однакові робочі канали, зазвичай виходить більше необхідного для підтримки взаємних перешкод на допустимому рівні. Більш прийнятний другий спосіб поділу на зони. У цьому випадку ретельно вимірюють або розраховують параметри системи для визначення мінімального числа базових станцій, які забезпечують задовільний обслуговування абонентів по всій території, визначають оптимальне місце розташування базової станції з урахуванням рельєфу місцевості, розглядають можливість використання спрямованих антен, пасивних ретрансляторів і суміжних центральних станцій на момент пікової навантаження і т. д.
3.2 Повторне використання частот
Кожна з комірок обслуговується своїм передавачем з невисокою вихідною потужністю і обмеженим числом каналів зв'язку. Це дозволяє без перешкод використовувати повторно частоти каналів цього передавача в інший, віддаленої на значну відстань, осередку. Теоретично такі передавачі можна використовувати і в сусідніх осередках. Але на практиці зони обслуговування сот можуть перекриватися під дією різних факторів, наприклад, внаслідок зміни умов поширення радіохвиль. Тому в сусідніх осередках використовуються різні частоти. Приклад побудови сот при використанні трьох частот F1 - F3 представлений на рис1.


Група сот з різними наборами частот називається кластером. Визначальним його параметром є кількість використовуваних в сусідніх стільниках частот. На рис1, наприклад, розмірність кластера дорівнює трьом. Але на практиці це число може досягати п'ятнадцяти.
Основною ідеєю, на якій базується принцип стільникового зв'язку, є повторне використання частот в несуміжних стільниках. Першим способом організації повторного використання частот, який застосовувався в аналогових системах стільникового рухомого зв'язку першого покоління, був спосіб, що використовує антени базових станцій з круговими діаграмами спрямованості. Він передбачає передачу сигналу однакової потужності в усіх напрямках, що для абонентських станцій еквівалентно прийому перешкод від всіх базових станцій з усіх напрямків.
Базові станції, на яких допускається повторне використання виділеного набору частот, віддалені один від одного на відстань D, зване "захисним інтервалом". Саме можливість повторного застосування одних і тих самих частот визначає високу ефективність використання частотного спектру в стільникових системах зв'язку.
Суміжні базові станції, що використовують різні набори частотних каналів, утворюють групу з З станцій. Якщо кожної базової станції виділяється набір з т каналів із шириною смуги кожного E, то загальна ширина смуги, яку займає системою стільникового зв'язку, складе Fc = E т С.
Таким чином, величина З визначає мінімально можливу кількість каналів у системі, тому її часто називають частотним параметром системи, або коефіцієнтом повторення частот. Коефіцієнт С не залежить від кількості каналів в наборі і збільшується в міру зменшення радіуса осередку. Таким чином, при використанні осередків менших радіусів є можливість збільшення повторюваності частот.
Застосування шестикутних осередків дозволяє мінімізувати ширину необхідного частотного діапазону, оскільки така форма забезпечує оптимальне співвідношення між величинами С і D. Крім того, шестикутна форма найкраще вписується в кругову діаграму спрямованості антени базової станції, встановленої в центрі клітинки.
Зупинимося докладніше на питанні вибору розміру осередку (радіуса R), Ці розміри визначають захисний інтервал В між осередками, в яких одні і ті ж частоти можуть бути використані повторно. Зауважимо, що величина захисного інтервалу D, крім уже перерахованих факторів, залежить також від допустимого рівня перешкод і умов поширення радіохвиль. У припущенні, що інтенсивність викликів у межах всієї зони однакова, осередки вибираються одного розміру. Розмір зони обслуговування базової станції, що виражається через радіус комірки R, визначає також число абонентів N, здатних одночасно вести переговори на всій території обслуговування. Отже, зменшення радіуса осередку дозволяє не тільки підвищити ефективність використання виділеної смуги частот і збільшити абонентську ємність системи, а й зменшити потужність передавачів і чутливість приймачів базових і рухливих станцій. Це, у свою чергу, покращує умови електромагнітної сумісності засобів стільникового зв'язку з іншими радіоелектронними засобами і системами.
Ефективним способом зниження рівня перешкод може бути використання спрямованих секторних антен з вузькими діаграмами спрямованості. У секторі такої спрямованої антени сигнал випромінюється переважно в один бік, а рівень випромінювання в протилежному напрямку скорочується до мінімуму. Розподіл сот на сектори дозволяє частіше застосовувати частоти в стільниках повторно. Загальновідомий спосіб повторного використання частот в організованих таким чином стільниках заснований на застосуванні 3-секторних антен для кожної базової станції і трьох сусідніх базових станцій з формуванням ними дев'яти груп частот (рис. 2). У цьому випадку використовуються антени з шириною діаграми спрямованості 120 °.

Найвищу ефективність використання смуги частот і, отже, найбільше число абонентів мережі, що працюють у цій смузі, забезпечує розроблений фірмою Motorola (США) спосіб повторного використання частот, при якому задіяні дві базові станції. При реалізації цього способу (рис. 3) кожна частота використовується двічі в межах кластера, що складається з 4 осередків; базова станція кожної з них може працювати на 12 частотах, використовуючи антени з діаграмою спрямованості шириною 60 °.


3.3 Склад систем стільникового зв'язку
Кожна з сот обслуговується багатоканальним приемопередатчиком, званим базовою станцією. Вона служить своєрідним інтерфейсом між стільниковим телефоном і центром комутації рухомого зв'язку, де роль проводів звичайної телефонної мережі виконують радіохвилі. Число каналів базової станції звичайно кратно 8, наприклад, 8, 16, 32 ... Один з каналів є керуючим (control channel). У деяких ситуаціях він може називатися також каналом виклику (calling channel). Ha цьому каналі відбувається безпосереднє встановлення з'єднання при виклику рухомого абонента мережі, а сама розмова починається тільки після того, як буде знайдений вільний у даний момент канал і відбудеться перемикання на нього. Всі ці процеси відбуваються дуже швидко і тому непомітно для абонента. Він лише набирає потрібний йому номер телефону і розмовляє, як зі звичайного телефону.
Будь-який з каналів стільникового зв'язку представляє собою пару частот для двостороння, тобто частоти базової та рухомого станцій рознесені. Це робиться для того, щоб поліпшити фільтрацію сигналів і виключити взаємний вплив передавача на приймач одного і того ж пристрою при їх одночасній роботі.
Всі базові станції з'єднані з центром комутації рухомого зв'язку (комутатором) по виділеним дротяних або радіорелейним каналах зв'язку (рис 1). Центр комутації MSC - це автоматична телефонна станція системи стільникового зв'язку, яка забезпечує всі функції управління мережею.
Вона здійснює постійне стеження за рухомими станціями, організовує їх естафетну передачу, в процесі якої досягається безперервність зв'язку при переміщенні рухомий станції з соти в стільнику і перемикання робочих каналів в соте при появі перешкод або несправностей, виробляє з'єднання рухомого абонента з тим, хто йому необхідний у звичайної телефонної мережі та ін

3.4 Алгоритм функціонування систем стільникового зв'язку
Незважаючи на різноманітність стандартів стільникового зв'язку, алгоритми їх функціонування, незалежно від наявних особливостей, в основному подібні. Для абонента практично немає ніякої різниці, в якому стандарті здійснюється зв'язок. Якщо йому потрібно подзвонити, то він просто натискає клавішу на своєму радіотелефони (це може бути будь-який стільниковий радіотелефон), що відповідає зняттю трубки звичайного телефону. Коли ж радіотелефон знаходиться в режимі очікування (стан "трубка покладена" звичайного телефону), його приймальний пристрій постійно сканує (переглядає) або всі канали системи, або тільки керівники. Для виклику відповідного абонента усіма базовими станціями стільникового системи зв'язку по керуючим каналах передається сигнал виклику. Стільниковий телефон абонента, що викликається при отриманні цього сигналу відповідає по одному з вільних каналів управління. Базові станції, що прийняли відповідний сигнал, передають інформацію про його параметри в центр комутації, який, у свою чергу, перемикає розмову на ту базову станцію, де зафіксований максимальний рівень сигналу стільникового радіотелефону абонента, що викликається.
Під час набору номера радіотелефон займає один з вільних каналів, рівень сигналу базової станції в якому в даний момент максимальний. У міру віддалення абонента від базової станції або у зв'язку з погіршенням умов поширення радіохвиль рівень сигналу зменшується, що веде до погіршення якості зв'язку. Поліпшення якості розмови досягається шляхом автоматичного перемикання абонента на інший канал зв'язку. Це відбувається наступним чином. Спеціальна процедура, яка називається передачею керування викликом або естафетної передачею (в іноземній технічній літературі - handover, або handoff), дозволяє переключити розмову на вільний канал іншою базовою станції, у зоні дії якої опинився в цей час абонент. Аналогічні дії робляться при зниженні якості зв'язку через вплив перешкод або при виникненні несправностей комутаційного обладнання. Для контролю таких ситуацій базова станція забезпечена спеціальним приймачем, періодично вимірює рівень сигналу стільникового телефону абонента, що розмовляє і порівнює його з допустимою межею. Якщо рівень сигналу менше цієї межі, то інформація про це автоматично передається в центр комутації по службовому каналу зв'язку. Центр комутації видає команду про вимірювання рівня сигналу стільникового радіотелефону абонента на найближчі до нього базові станції. Після отримання інформації від базових станцій про рівень цього сигналу центр комутації перемикає радіотелефон на ту з них, де рівень сигналу виявився найбільшим. Це відбувається так швидко, що абонент зовсім не помічає перемиканні.
Іноді виникає ситуація, коли потік заявок на обслуговування, що надходить від абонентів стільникової мережі, перевищує кількість каналів, що є на всіх близько розташованих базових станціях. Це відбувається тоді, коли всі канали станцій зайняті обслуговуванням абонентів і немає жодного вільного і надходить чергова заявка на обслуговування від рухомого абонента. У цьому випадку як тимчасовий захід (до звільнення одного з каналів) використовується принцип естафетної передачі всередині соти. При цьому відбувається почергове перемикання каналів у межах однієї і тієї ж базової станції для забезпечення зв'язком всіх абонентів.
Одна з важливих послуг мережі стільникового зв'язку - надання можливості використання одного і того ж радіотелефону при поїздці в інше місто, область або навіть країну, причому мережа дозволяє не тільки самому абоненту телефонувати з іншого міста або країни, але й отримувати дзвінки від тих, хто не встиг застати його вдома. У стільникового радіозв'язку така можливість називається роумінг (від англ. Roam - поневірятися, блукати). Для організації роумінгу стільникові мережі повинні бути одного стандарту (телефон стандарту GSM не буде працювати в мережі стандарту CDMA і т. п.), а центри комутації мобільного зв'язку цього стандарту повинні бути з'єднані спеціальними каналами зв'язку для обміну даними про місцезнаходження абонента. Інакше кажучи, стосовно до стільникових систем для забезпечення роумінгу необхідне виконання трьох умов:
-Наявність в необхідних регіонах стільникових систем стандарту, сумісного зі стандартом компанії, у якої був придбаний радіотелефон.
-Наявність відповідних організаційних та економічних угод про роумінговими обслуговуванні абонентів
-Наявність каналів зв'язку між системами, що забезпечують передачу звукової та іншої інформації для роумінгових абонентів
При переміщенні абонента в іншу мережу її центр комутації запитує інформацію у первісної мережі і за наявності підтвердження повноважень абонента реєструє його. Дані про місцезнаходження абонента постійно оновлюються в центрі комутації первісної мережі, і всі поступають туди виклики автоматично переадресовуються в ту мережу, де в даний момент перебуває абонент.
При організації роумінгу недостатньо провести тільки технічні заходи по з'єднанню різних мереж стільникового зв'язку. Дуже важливо ще вирішити проблему взаєморозрахунків між операторами цих мереж.
Розрізняють три види роумінгу:
- Автоматичний (саме з цією формою за кордоном зазвичай і пов'язують поняття роумінгу), тобто надання абоненту можливості вийти на зв'язок "у будь-який час у будь-якому місці";
- Напівавтоматичний, коли абонентові для користування даною послугою в будь-якому регіоні необхідно попередньо повідомити про це до відома свого оператора
- Ручний, по суті, простий обмін одного радіотелефону на інший, підключений до стільникової системі іншого оператора
Існуючий обсяг послуг роумінгу багато в чому визначається активністю діяльності конкретних компаній, так що виникають при цьому технічні проблеми у всіх приблизно однакові (хоча тут і можна відзначити стандарт GSM, в який можливість роумінгу була закладена з самого початку). Перспективи розвитку цієї сфери послуг залежать вже від поширеності стандартів.
Наприклад, для створення єдиної мережі стандарту GSM в Росії, що пропонує послуги роумінгу в національному масштабі, потрібна організація зв'язку з кожним регіональним оператором. Крім того, для передачі службових повідомлень необхідний, як мінімум, виділений цифровий канал зі швидкістю передачі інформації 64 Кбіт / с. Поки, в силу недостатнього попиту на послуги рухомого зв'язку поза столиць і великих міст, для місцевих операторів нерентабельно тримати такий канал для невеликої кількості приїжджих.

4. Аналогові системи стільникового зв'язку
Аналогові системи стільникового рухомого зв'язку належать до першого покоління стільникових систем. Ці системи забезпечують входження в зв'язок і реєстрацію вартості розмови, організацію зв'язку між рухомими абонентами і абонентами стаціонарної телефонної мережі загального користування і т. п. Порівняльні характеристики систем стільникового зв'язку основних використовуваних стандартів представлені в табл.1.
Таблиця 1. Характеристики аналогових стандартів стільникового зв'язку
Характеристика
AMPS
TACS (ETACS)
NMT-450
NMT-900
Radlocom-2000
NTT
Діапазон частот, МГц
825-845 870-890
935-950 (917-933) 890-905 (872-888)
453-457.5 463-467,5
935-960 890-915
424,8-427,9 418,8-421,9
925-940 870-885
Радіус осередку, км
2-20
2-20
2-45
0,5-20,0
5-20
5-10
Число каналів рухомий станції
666
600 (640)
180
1000/1999
256
До 1000
Число каналів базової станції
96
144
30
30
-
120
Потужність передавача базової станції, Вт
45
50
50
-
-
25
Ширина смуги частот каналу, кГц
30
25
25
25,0 / 12,5
12,5
25
Час перемикання каналу на межі осередку, мс
250
290
1250
270
-
800
Максимальна девіація частоти в каналі управління, кГц
8
6,4
3,5
3,5
-
4,5
Максимальна девіація частоти в мовному каналі, кГц
12
9,5
5
5
2,5
5
Мінімальне відношення сигнал / шум, дБ
10
10
15
15
-
15

Таблиця 2.Характеристика систем стільникового зв'язку
Система стільникового
Коефіціент повторення частоти
Число каналів управління
Число каналів передачі мови
Середнє число зайнятих
Середнє завантаження, Ерл / осередок
Кількість викликів на клітинку в ЧНН
AMPS
7
21
279
39.86
30,80
1208
TACS
7
21
279
39,86
30,80
1208
NMT
9-12
0
300
33,33-25,00
24,93-17,50
937-657
Ефективність використання аналогових систем стільникового рухомого зв'язку характеризується такими параметрами, як кількість викликів на клітинку в години найбільшого навантаження (ЧНН), середнє завантаження на клітинку та ін (табл.2).

5. Цифрові системи стільникового рухомого зв'язку
Цифрові системи стільникового рухомого зв'язку є системи другого покоління. У порівнянні з аналоговими системами вони надають абонентам більший набір послуг і забезпечують підвищену якість зв'язку, а також взаємодія з цифровими мережами з інтеграцією служб (ISDN) та пакетної передачі даних (PDN). Серед цих систем широке поширення отримали ті, які базуються на стандартах GSM (DCS 1800), D-AMPS (ADC), JDC, CDMA .. Порівняльні характеристики стандартів представлені в таблиці.
Характеристика
GSM
(DCS1800)
D-AMPS (ADC)
JDC
CDMA
Метод доступу
ТDМА
TDMA
TDMA
CDMA
Кількість мовних каналів несучу
8
3
3
32
Робочий діапазон частот, МГц
935-960;
890-915
824-840
869-894
810-826; 940-956 1429-1441; 1447-1489 1501-1513
824-840 869-894
Рознос каналів, кГц
200
30
25
1250
Еквівалентна смуга частот на один розмовний канал, кГц
25
10
8,3
-
Вид модуляції
0,3 GMSK
n / 4 DQPSK
n / 4 DQPSK
QPSK
Швидкість передачі інформації, Кбіт / с
270
48
42
Швидкість перетворення мови, Кбіт / с
13
8
11,2 (5,6)
Алгоритм перетворення мови
RPE-LTR
VSELP
VSELP
Радіус соти, км
0,5-35,0
0,5-20,0
0,5-20,0
0,5-25,0

6. Стільникові телефони
З тих пір, як системи стільникового рухомого зв'язку почали свій звитяжний хід по країнах світу, минуло зовсім небагато часу. Проте були розроблені різні стандарти та системи зв'язку, а разом з ними розвивалося і обладнання цих систем. Звичні для нас мобільні радіотелефони мали на початку свого розвитку величезні розміри й були схожі скоріше на радіостанції, ніж на телефони. Але з кожним роком вони все більше розвивалися: зменшувалися їх розмір і вага, поліпшувався дизайн, знижувалася вартість, перед користувачами відкривалися все нові і нові можливості рухомого зв'язку. На малюнку по казано, як змінювалися деякі пара метри абонентських радіотелефонів та їх зовнішній вигляд в останні роки. Вибір стандарту стільникового зв'язку однозначно визначає і вибір класу моделі радіотелефону. При цьому, незважаючи на наявність спільних рис, моделі розрізняються не тільки функціональними можливостями, обумовленими стандартом, але і деякими усталеними традиціями їх конструювання і зовнішнього оформлення. У межах кожного класу моделі радіотелефони різняться між собою не тільки об'ємом сервісних функцій, але часто і параметрами приемопередающих трактів. З цієї причини при виборі радіотелефону корисно не тільки керуватися зовнішнім виглядом, але і мати деяке уявлення про конструкцію апарату і його можливості. Тому перейдемо до розгляду пристрої аналогових і цифрових радіотелефонів, проаналізуємо їх основні можливості і функції.
Незважаючи на різноманіття представлених на світовому ринку моделей стільникових радіотелефонів, всі вони мають схожу конструкцію. Кожен радіотелефон має передавальне і приймальне пристрої, пристрої перетворення і відтворення мови, пристрій контролю і управління, антену, дзвінок (зумер), клавіатуру і дисплей. Залежно від моделі вони можуть відрізнятися розмірами, складом комплектуючих елементів, функціональними характеристиками та іншими показниками.
Останнім часом всі фірми-виробники намагаються знизити вартість, поліпшити дизайн, зменшити розміри і підвищити експлуатаційні показники своєї продукції. Це досягається за рахунок більш високого ступеня інтеграції логічних і радіотехнічних блоків радіотелефонів, впровадження потокових ліній їх виробництва (зниження частки ручної збірки), використання останніх досягнень науки і техніки в галузі зв'язку та приладобудування.
В якості прикладу розглянемо конструкцію радіотелефону ЕН237 фірми Ericsson. Цей радіотелефон призначений для роботи в аналогового стільникового системі стандарту ETACS. Він складається з передньої кришки, на якій розташовуються клавіатура, дисплей, мікрофон і гучномовець;
задньої кришки, на якій закріплена антена, і чотиришаровій друкованої плати, на якій розміщені всі основні вузли.
Антена апарату виконана у вигляді спіралі, а задня кришка корпусу використовується в якості противаги і служить для поліпшення випромінювальної здатності антени. Характеристики такої антени, незважаючи на її малі геометричні розміри, відповідають аналогічним характеристикам традиційної полуволновой антени і не залежать від її орієнтації в просторі.
На чотиришаровій друкованої плати (в цифровому радіотелефони їх може бути дві) зібрані основні вузли. У приймальному і передавальному блоках повністю виключені намотувальні контури. У приймальнику фільтрація сигналів здійснюється за допомогою фільтрів на поверхневих акустичних хвилях (ПАР), які мають гранично малі розміри і високі фільтруючі характеристики в порівнянні з традиційними фільтрами, які використовують LC-контури. У передавачі для зменшення позасмугових випромінювань використовуються високодобротні керамічні фільтри. Вихідні каскади передавача виконані на арсенід-галієвих транзисторах. Для отримання необхідних частот передавача і гетеродинних частот приймача використовується синтезатор частот, роботою якого керує блок контролю і управління. Основою останнього є центральний процесор. Всі блоки виконані, головним чином, на мікросхемах з низьким споживанням енергії і високими функціональними можливостями. Вони включають в себе звукові фільтри, виборчі підсилювачі для мікрофону і гучномовця, фазовий модулятор і демодулятор, генератор DTMF-сигналів, блоки автоматичного тестування та управління. На платі встановлені роз'єми для підключення антени, зовнішніх пристроїв, клавіатури і дисплея. Плата встановлюється на рамку і закріплюється на передній кришці корпусу. Малі розміри плати досягаються за рахунок використання щільного монтажу, застосування безкорпусних радіоелементів і функціональних вузлів - чіпів.
Структурна схема радіотелефону аналогового стандарту ETACS представлена ​​на малюнку.

Передавальний і прийомний блоки виконані за класичною схемою. Приймальний пристрій являє собою супергетеродинний приймач з подвійним перетворенням частоти. Вхідний сигнал надходить в смуговий фільтр на ПАР, що виділяє сигнал, що приймається і послабляє перешкоди. Відфільтрований сигнал надходить в малошумливий підсилювач (МШУ) і після підсилення подається в змішувач. На другий вхід останнього з синтезатора частот надходить сигнал гетеродина. Отриманий сигнал першої проміжної частоти (45 МГц) надходить в підсилювач першої проміжної частоти УПЧ1 і після посилення фільтрується смуговим фільтром на ПАР. Відфільтрований сигнал поступає в другий змішувач. У нього ж з гетеродина Г надходить сигнал. Отриманий в результаті гетеродінірованія сигнал другої проміжної частоти c частотою 450 кГц фільтрується смуговим фільтром на ПАР і посилюється підсилювачем УПЧ2. Посилений до необхідного рівня сигнал надходить у фазовий демодулятор, де виділяються сигнали управління та мовний сигнал. Останній надходить в підсилювач УНЧ і далі - на гучномовець. Сигнали управління обробляються процесором CPU.
Аналоговий сигнал, що надходить з мікрофону, посилюється підсилювачем УНЧ до необхідного рівня і надходить у фазовий модулятор. Промодульованих сигнал частотою 90 МГц через смуговий фільтр на ПАР надходить в змішувач. З виходу змішувача сигнал через смуговий керамічний фільтр надходить в підсилювач потужності класу С, що забезпечує максимальний ККД передавача. Посилений сигнал через регулятор потужності УМ і смуговий керамічний фільтр надходить до антени. Обробка сигналів управління, опитування клавіатури, формування необхідних частот і висновок інформації на дисплей відбувається під управлінням центрального процесора. Синтезатор частоти дозволяє отримувати Високостабільні сигнали частот усього використовуваного діапазону.
Структурна схема радіотелефону, що працює в стандарті GSM, представлена ​​на малюнку.


Зазвичай в таких радіотелефонах є аналогова і цифрова частини, які можуть виконуватися на окремих платах. Аналогова частина включає в себе приймальні та передавальні пристрої, які за своїми характеристиками та побудові нагадують описані вище.
Антена А виконує одночасно функції передавальної і приймальні. Вона являє собою спіральну укорочену антену, за характеристиками аналогічну стандартної полуволновой антені. У системах стандарту GSM передавач і приймач працюють не одночасно, і передача здійснюється тільки протягом 1 / 8 тривалості кадру. Це значно зменшує витрати енергії акумуляторної батареї і збільшує час функціонування як в режимі передачі (розмови), так і в режимі прийому (очікування). Крім того, знижуються вимоги до ВЧ-фільтру приймача, виконаному на ПАР, і робить можливим інтеграцію малошумящего вхідного підсилювача МШУ зі змішувачем. Сигнал, що приймається після проходження вхідного смугового фільтра посилюється МШУ і надходить на перший вхід змішувача. На другий вхід поступає сигнал гетеродина з синтезатора частот. Сигнал першої проміжної частоти проходить через смуговий фільтр на ПАР і посилюється підсилювачем першої проміжної частоти УПЧ1, після чого поступає на перший вхід другого змішувача. На другий його вхід надходить сигнал гетеродина, з генератора частот. Отриманий сигнал другої проміжної частоти фільтрується смуговим фільтром на ПАР, посилюється підсилювачем УПЧ2 і надходить на аналого-цифровий перетворювач АЦП, де перетворюється в сигнал, необхідний для роботи сигнального процесора CPU.
У режимі передачі інформаційний цифровий сигнал, сформований в CPU, надходить на I/0-генератор, де відбувається формування модулюючого сигналу. Останній надходить у фазовий модулятор, з якого сигнал надходить в змішувач. На другий вхід змішувача надходить сигнал з синтезатора частот. Отриманий сигнал через полоссовой фільтр надходить в підсилювач потужності УМ, керований за допомогою CPU-Посилений до необхідного рівня сигнал через смуговий керамічний фільтр надходить до антени А і випромінюється в простір.
Цифрова логічна частина радіотелефону забезпечує формування, і обробку всіх необхідних сигналів. Вона складається з цифрового сигнального процесора CPU, пам'яті MEM, канального еквалайзера, канального кодера / декодера, SIM-карти, перетворювачів АЦП і ЦАП, клавіатури і дисплея.
Логічна частина виконує завдання, які полягають у демодуляції, кодуванні, стиску та відновлення мовного сигналу, зменшенні шумів, в обробці інформації, що вводиться з клавіатури. Вона виводить необхідну інформацію на екран дисплея, проводить обмін інформацією з SIM-картою, що забезпечує аутентифікацію абонента і шифрування даних.

7. Глосарій
МДЧР - метод частотного розділення каналів
МЛА - багатопроменева антена
AFN - Absolute Frame Number - абсолютний номер кадру
BCCH-Broadcast Control Chanel - канал управління передачею
BS-Bfise Station Number - код базової станції
CDMA-Code Division Multiple Access - кодове розділення каналів
DCA-Dinamic Chanel Allocation - Динамічне розділення каналів
DCS - Digital Cellular Sistem - цифровий стільниковий система
FDMA - Frequency Division Multiple Access - частотне розділення для суміжних сот
FN-Frame Number-номер кадру
GSM - Groupe Special Mobile - Група експертів рухомого зв'язку
HS - HandSet - ручний телефон
ISDN - Integrated Services Digital Network - цифрова мережа з інтеграцією послуг
MAP - Mobile Application Part - підсистема мобільного зв'язку
MS - Mobile Station - мобільна станція
PCM - Pulse Code Modulation - імпульсно кодова модуляція
PMR - Professional Mobile Radio - професійні системи рухомого зв'язку
RACH - Random Access Channel - канал довільного доступу

8.Спісок використовуваної літератури
1. Ратинський М. Телефон в кишені. - М: "Радіо і зв'язок", 2000.
2. Громаков Ю. Стандарти і системи рухомого радіозв'язку. - М: "Радіо і зв'язок", 1996.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
128.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Системи рухомого зв`язку
Ринок стільникового зв`язку Республіки Казахстан
Маркетинг на ринку послуг стільникового зв`язку
Стандарти стільникового зв`язку 1 го та 2 го поколінь Організація хендовери
Стандарти стільникового зв`язку 1-го і 2-го поколінь Організація хендовери
Аналіз стану ринку послуг стільникового зв`язку
Маркетингові дослідження ринку послуг стільникового зв`язку г Новосибірська
Проект будівництва радиобашни для розміщення антен стільникового та радіорелейного зв`язку
Система забезпечення пожежної безпеки радиобашни для мереж стільникового зв`язку
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru