Реферат
Класифікація систем та мереж радіодоступу
Зміст
Введення
Класифікацію систем радіодоступу за параметрами та характеристиками радіоінтерфейсу.
Класифікація за розв'язуваним прикладним завданням.
Класифікація за діапазоном частот.
Модель фізичного рівня системи радіодоступу.
Висновок
Список літератури
Введення
Для детального розгляду і простеження тенденцій розвитку систем і мереж радіодоступу необхідно їх поділ за однорідними ознаками на класи. До основних ознак слід віднести параметри та характеристики радіоінтерфейсу; види послуг, що надаються в мережі; клас розв'язуваних задач зв'язку; вигляд і параметри інтерфейсу з мережею загального користування; структуру і архітектуру мережі; протоколи обміну інформацією та взаємодії в мережі; протоколи управління і моніторингу мереж; рівні забезпечення безпеки обміну інформацією в мережі та багато інших.
Загальна класифікація систем і мереж радіодоступу виявиться досить великою, що не дозволить вільно орієнтуватися в ній. Тому почнемо з поділу на класи відповідно з однією ознакою. Тоді конкретну систему або мережу радіодоступу легко буде визначити в загальній системі класифікації.
Опорна мережа системи радіодоступу виконує розподільчу функцію і являє собою сукупність комутаційних пристроїв (АТС, IP - і Ethernet-пристроїв - комутаторів, маршрутизаторів) і радіоелектронних засобів, що забезпечують з'єднання у відповідності з правилами, заданими радіоінтерфейсом, з численними абонентськими пристроями. У свою чергу, абонентські пристрої визначають порядок взаємодії з абонентами і перелік послуг, доступних з їх використанням.
Класифікація систем радіодоступу за параметрами та характеристиками радіоінтерфейсу.
Опорна мережа системи радіодоступу взаємодіє з мережами загального користування або з мережами іншого призначення за допомогою інтерфейсів.
Перш за все, проведемо класифікацію систем радіодоступу за параметрами та характеристиками радіоінтерфейсу.
За способом подання та передачі інформації всі системи радіодоступу можна розділити на аналогові та цифрові. Аналогові способи передачі використовувалися в основному в системах першого покоління, і в силу притаманних їм недоліків, пов'язаних, перш за все, з низькою якістю передачі інформації, в системах наступних поколінь не застосовуються. Цифрові способи передачі інформації виявилися значно більш гнучкими, перш за все, завдяки широким можливостям цифрової обробки сигналів (DSP) і управлінню якістю передачі інформації в межах зони обслуговування системи радіодоступу. Починаючи з другого покоління, цифрові способи передачі інформації займають чільне місце.
У системах з аналогової та цифрової передачею, можливе надання всіх видів послуг. У випадку аналогових систем для передачі даних, забезпечення послуг телематики та мультимедіа обміну, аналогові канали використовуються як середовище передачі і вимагають додаткових пристроїв, наприклад модемів.
Цифрові системи дозволяють надавати всі види послуг зв'язку як окремо, так і одночасно.
Послуги цифрового передачі мови, починаючи з методів ІКМ і до IP-телефонії, розвивалися одночасно з розвитком технологій комутації в мережах зв'язку з метою забезпечення найбільшої ємності мережі, ефективності використання каналів зв'язку при заданому рівні якості.
Класифікація за розв'язуваним прикладним завданням.
За розв'язуваним прикладним завданням можна виділити системи зв'язку, управління і моніторингу. Різниця систем визначається реалізованими функціями.
Найважливішими ознаками, відповідно до яких виділяються покоління систем радіодоступу, є характеристики і параметри радіоінтерфейсу. Повної вважати наведену класифікацію не представляється можливим в силу постійного розвитку методів і засобів обробки сигналів, технологій передачі інформації та потреб споживачів (абонентів).
Класифікація за діапазоном частот.
За діапазону частот класифікація ускладнена тим, що постійно з розвитком технологічних можливостей у поле зору розробників систем радіодоступу потрапляють нові діапазони частот (наприклад, в стандарті 802.16 можлива побудова систем в діапазоні до 60 ГГц). У той же час відповідно до результатів експлуатації засобів радіодоступу, наприклад, при застаріванні тієї чи іншої технології деякі діапазони частот можуть стати недоступними для побудови систем. Зокрема, з розвитком цифрових систем і їх повсюдним застосуванням слід чекати спаду інтересу до аналогових систем або їх модифікації, або припинення їх виробництва і експлуатації.
Для класифікації систем радіодоступу за діапазоном частот найважливіше значення має національне розподіл смуг частот. У Росії національне розподіл частот визначається Таблицею розподілу смуг частот.
У світі безліч виробників (заводів-виготовлювачів) обладнання радіодоступу, функціонуючого практично у всіх доступних смугах частот. Однак в Російській Федерації дозволене застосування систем радіодоступу тільки в деяких смугах частот у згоді з чинними правилами.
Для аналогових засобів радіодоступу першого покоління використовується частотне розділення каналів, в поєднанні з частотним поділом дуплексних каналів і частотною модуляцією.
Для цифрових систем наступних поколінь у всіх діапазонах частот допустимі методи частотного, тимчасового, кодового, просторового розділення каналів та їх комбінацій. При поділі каналів кожен абонент використовує лише свій сигнал. Обмін інформацією здійснюється по прямому і зворотному каналах. Їх поділ не дозволяє накластися сигналах, що передаються у різних напрямках по дуплексному каналу і одночасно виконувати передачу і прийом інформації. До традиційних методів розділення дуплексних каналів відносяться методи частотного, тимчасового і кодового розділення. За аналогією з методами поділу каналів можна припустити, що з'явиться просторове розділення і комбіноване, використання декількох перерахованих методів розділення дуплексних каналів.
Найважливішими для систем радіодоступу параметрами, що визначають швидкість передачі інформації при заданій смузі частот, є методи модуляції сигналів. Саме розвиток останніх знаменує перехід від покоління до покоління. Однак у класифікації на рис. 1.7 обмежимося основними методами модуляції сигналів: частотна (F), фазова (G), амплітудно-фазова і її різновид - квадратурна модуляція, імпульсна модуляція.
Характеристики корисних сигналів у поєднанні з параметрами та характеристиками радіоканалів визначають пропускну здатність, достовірність, дальність зв'язку, ефективність використання смуги частот, завадостійкість, електромагнітну сумісність та ін Тому вибору сигналів приділяється першорядна увага.
Для захисту сигналів від помилок в каналі зв'язку застосовуються методи завадостійкого кодування і сигнали з розширеним спектром. В даний час розглядається адаптивний підхід, який забезпечує максимальну пропускну здатність каналу зв'язку за рахунок оптимального поєднання методів кодування, модуляції, розширення спектру та обробки сигналів.
Модель фізичного рівня системи радіодоступу.
Модель фізичного рівня системи радіодоступу не відрізняється від традиційно використовується в теорії електричного зв'язку і включає передавач і приймач в складі абонентської станції (АС), канал зв'язку, передавач і приймач в складі базової станції (БС).
Для абонентської станції (АС) джерелом і одержувачем повідомлень служить порт, що з'єднує обладнання абонента з обладнанням АС.
Перетворення повідомлення, що відбуваються в обладнанні АС, забезпечують максимальну ефективність системи радіодоступу виходячи з оптимізації пропускної здатності, кількостей абонентів, затримки передачі і т.д. У загальному випадку цифрова послідовність, що надходить з виходу джерела повідомлення (ІС), подається в кодер джерела (КІ), в якому усувається надмірність повідомлення і повідомлення наводиться до зручного для подальших перетворень увазі, наприклад послідовному. З виходу КІ інформаційна послідовність потрапляє на вхід кодера каналу (КК), де до вихідної послідовності додаються надлишкові символи для захисту інформації від помилок в каналі зв'язку під впливом перешкод. Отримана таким чином послідовність проходить на вхід модулятора (М). У ньому кожному символу (або блоку символів послідовності) зіставляється свій сигнал u s (f). Зіставлення або модуляція здійснюються відповідно до обраного способу модуляції, і може бути двійковій і тя-ічной. Вибір виду модуляції визначається класом вирішуваних завдань і моделями каналу радіозв'язку, що використовується в системі радіодоступу.
З виходу модулятора сигнал надходить в підсилювач з формуючим вихідним фільтром, або пристрій формування сигналів (УФС), що забезпечує посилення до необхідного рівня потужності і остаточне формування спектральних характеристик, відповідних радіопослуга. Виходом передавача АС є антенна система (А Щ!), Що випромінює електромагнітне поле у згоді із заданою характеристикою спрямованості.
Радіоканали зв'язку поділяються за багатьма ознаками: закону розподілу перешкод, виду взаємодії перешкод і сигналу, наявності і виду завмирань, діапазону частот і особливостей розповсюдження радіохвиль.
При прийомі спостереження є електромагнітне поле з напруженням E (r, t) та H (r, t) електричної та магнітної складових в конкретній області простору р е [R] і інтервалі часу t е [О, Т \. Приймальня антенна система (Л "рм) перетворює електромагнітні хвилі в електричні процеси на свій вихід у відповідності з характеристикою спрямованості. У результаті на вході пристрою обробки сигналів (УТОС) діє суміш корисного сигналу, перешкод і шуму X (t). Після обробки цієї суміші відбувається первинне виділення корисного сигналу за рахунок передбачених для використання властивостей селекції на радіочастоті: частотної, тимчасової, амплітудної, поляризаційної, просторової, комбінованою. Пристрій обробки здатне в значній мірі компенсувати ефекти завмирань різної природи і спотворення, викликані впливом характеристик радіоканалу.
З виходу пристрою обробки виділений сигнал надходить в демодулятор (ДМ), в якому відбувається процес, зворотний модуляції. Так як на вході ДМ спостерігається сигнал u s (s), спотворений перешкодами, шумом і характеристиками радіоканалу, то ідеального, тобто безпомилкового відновлення вихідної інформаційної послідовності отримати не вдається. Тому для усунення можливих помилок, присутніх на виході демодулятора, передбачений декодер каналу (ДКК), що забезпечує виправлення помилок за рахунок завадостійкого надлишкового кодування. Якщо статистикою помилок відповідає потужність застосованого коду, то на виході ДКК буде отримана безпомилкова інформаційна послідовність (або послідовність з допустимою ймовірністю помилки на біт (BER)).
Декодер джерела відновлює з інформаційної послідовності сигнал, зручний для сприйняття одержувачем повідомлення. Наприклад, переводить сигнал з послідовного до паралельного увазі, змінює тривалість, амплітуду, форму та інші параметри символів відповідно до вимог інтерфейсу.
До складу передавача і приймача АС і БС входять пристрої синхронізації, що дозволяють оцінювати часові та інші параметри сигналів і формувати всі необхідні для правильного і надійного функціонування АС і БС тактові та інші сигнали. До складу пристроїв синхронізації можуть входити приймачі зовнішніх синхросигналов й пристрої місцевизначення, такі як GPS / GLONASS. Їх використання дозволяє не тільки підвищити завадостійкість прийому сигналів за рахунок більш точного формування опорного сигналу в приймальному пристрої, але й істотно збільшити ефективність використання частотного ресурсу. Зокрема, прив'язка до єдиної шкалою часу з урахуванням місцеположення АС і БС здатна призвести до повного усунення взаємних перешкод у системах радіодоступу з тимчасовим доступом до каналу з тимчасовим розносом дуплексних каналів.
Канал «вниз» зазвичай повністю аналогічний по характеристиках і перетворенням каналу «нагору». Канали «нагору» і «вниз» утворюють дуплексну пару і з цієї точки зору наш розгляд архітектури фізичного рівня є повним. Стик (інтерфейс) абонентського пристрою, як правило, включає сигнальні кола джерела, одержувача, синхронізації і різні допоміжні і керуючі ланцюга.
Навіть якщо зосередитися лише на розгляді особливостей реалізації фізичного рівня і одержуваних в результаті характеристик систем радіодоступу для різних умов функціонування, обмежень і вимог до швидкості передачі інформації, і т.д., то вийде важкий фоліант. Тому надалі обмежимося системним рівнем вивчення проблем і завдань радіодоступу на фізичному і канальному рівнях моделі відкритих інформаційних систем (OSI) і їм відповідають. При цьому якщо детальна інформація про технології, протоколі, інтерфейсі або пристрої для доступу не вимагає істотної модифікації для правильного сприйняття, то читачі будуть відсилатися до відомим джерелам без докладного розгляду в матеріалах книги. Такий підхід дозволить істотно скоротити обсяг досліджуваного матеріалу і в той же час не упустити головне - еволюцію розвитку технологій, послуг, техніки, протоколів, інтерфейсів і т.п. систем і мереж радіодоступу.
Якщо завданням фізичного рівня вважається надійний зв'язок між АС і БС, то для сполук типу «АС - абонент мережі загального користування», обов'язково потрібно інтерфейс з СОП, що дозволяє передавати інформаційні та службові сигнали, що забезпечують точну і надійну адресацію абонента і з'єднання в викликаній режимі і із заданими характеристиками. Інтерфейси з СОП чинності подвійного процесу розвитку відрізняються помітним різноманітністю.
Традиційними для телефонного зв'язку є стики з телефонною мережею загального користування (ТФОП), які для аналогових систем радіодоступу виконуються у вигляді аналогових абонентських ліній, а для цифрових систем радіодоступу використовують інтерфейси за специфікаціями El (G .703), V .5.1, V .5.2 , що дозволяють застосовувати, у тому числі методи статистичного ущільнення активних каналів. У свою чергу, традиційними для комп'ютерних мереж були мережі з комутацією пакетів і інтерфейсом стандарту Ethernet. Де-факто вони служили загальним стандартом для СПД ОП.
Прагнення розробників об'єднати телефонні, комп'ютерні мережі, мережі передачі даних, мережі розподілу телевізійних програм і т.д., вимагало застосування нових типів інтерфейсів, що підтримують управління різними видами трафіку. Як один з варіантів, які забезпечують реалізацію мереж з інтегрованими послугами розглядаються інтерфейси асинхронного режиму передачі (ATM).
Одним із способів об'єднання різних видів трафіку в однієї універсальної середовища передачі (УСП) є перехід на мережі з повністю IP протоколами обміну. Це означає побудову інтерфейсів з УСП на основі IP-протоколів.
Мережі і системи радіодоступу за характеристиками і принципам побудови опорної мережі можуть бути класифіковані відповідно до рис. 1.10.
Опорні мережі радіодоступу першого покоління є аналоговими і використовують частотну модуляцію, частотне розділення каналів, частотне дуплексне розділення. Однак, незважаючи на відсутність різноманітності в побудові радіоінтерфейсу, для цих систем використовуються методи комутації каналів, комутації повідомлень, наприклад, заняття вільного частотного каналу першого абонентом з черги і виділені канали зв'язку.
На прикладі аналогових систем радіодоступу весь світ відчув перспективність застосування радіотехнологій в домашніх умовах. Це довели перші беспровідні телефонні апарати (БТА), що дозволяють підключати кілька трубок до однієї бази БТА. Всілякі подовжувачі телефонних каналів звільнили операторів від необхідності прокладання кабелю до абонента. Фактично перші мережі забезпечували обслуговування на пі-косотовом і макросотовой рівнях. Як правило, в аналогових мережах використовується одна БС, що істотно здешевлює реалізацію мережі. Якщо аналогові БТА на сьогоднішній день повсюдно поширені, то аналогові макросотовой мережі застосовуються в основному для телефонізації населення в сільській місцевості.
БТА призначені для обслуговування рухомих абонентів, що знаходяться в межах виробничого, офісного приміщення або будинку. У свою чергу макросотовой мережі забезпечують підключення фіксованих абонентських пристроїв. Зокрема, виявилося вигідним розгортання мереж таксофонів на основі аналогових мереж радіодоступу, завдяки їх можливостям щодо зміни місця розташування в межах зони обслуговування. Такі проекти реалізовувалися на базі обладнання ACSHIONET фірми Nokia з застосуванням стандарту МРТ 1327.
Цифрові опорні мережі можуть бути побудовані з використанням всіх видів комутації. Методи комутації пакетів, починаючи з систем третього покоління, міцно увійшли в усі протоколи обміну пикосотовой, мікростільникових і макросотовой мереж, служачи загальним середовищем обміну трафіком (інформацією).
Зберігаються і активно існують мережі цифрової передачі з комутацією каналів, які використовують, наприклад, протоколи IS -95.
У цифрових, а особливо IP-мережах помітним стає «поділ праці» між системами радіодоступу. Чітко виділяються системи малого радіусу дії, які поділяються на внутрішньоофісні і зовнішні мережі.
Локальні комп'ютерні мережі, мережі всіляких приемопередающих пристроїв у складі сенсорів, приводів, БТА цифрових стандартів (DECT, СТ2 та ін) створюють наше середовище проживання. Широко поширені мережі радіодоступу міського масштабу (MAN). Побудова їх по стільниковому принципом дозволяє припустити, що скоро будуть створені регіональні (місто і область, декілька міст) та глобальні опорні мережі радіодоступу із зоною дії, що поширюється на всю країну.
Незважаючи на те, що спочатку мережі радіодоступу орієнтовані на обслуговування фіксованих у просторі абонентів, життя і зростаючі потреби змушують створювати умови, коли абонент не виключається з роботи в мережі, переміщаючись в зоні обслуговування.
Для завершення характеристики мереж радіодоступу наведемо класифікацію стиків (інтерфейсів) абонентських пристроїв з обладнанням абонента (рис. 1).
Рис. 1. Класифікація абонентських інтерфейсів систем радіодоступу
Висновок
Історично першим стиком, що застосовуються у системах радіодоступу, були телефонні аналогові розетки (роз'єм RG 11), які встановлювалися в перших подовжувача ТЛФ каналів, БТА у вигляді радіорозеток і перейшли в сучасні системи. Кількість аналогових телефонних розеток може досягати на одному абонентському пристрої до декількох десятків.
Список літератури
Волков Л. Н «Системи цифрового радіозв'язку. Базові методи і характеристики », 2005
Григор'єв В.А., Лагутенко О.І, розпався Ю.А. - Мережі та системи радіодоступу
Громаков Ю.А. «Стандарти і системи рухомого радіозв'язку», 1998